JPS63100124A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は焼入れ時の冷却処理や恒温熱処理を非酸化性雰
囲気中で能率良く行なうことのできる熱処理装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 構造用鋼、工具鋼、高速度鋼等の焼入れ処理に当たって
は一旦加熱した鋼材を所定の温度に保持した冷却炉に投
入して冷却する必要がある。ここで採用される冷却方式
としては真空炉で行なう加圧ガス冷却方式と水、油ある
いは塩浴等による液体冷却方式がある。前者は非酸化性
雰囲気で冷却を行なうものである為鋼材表面を酸化させ
ることがないという長所を有するが、冷却能力が低いの
で急速冷却が困難であり焼入れ時の急冷処理に不向であ
るという欠点がある。−力水・油焼入れや塩浴焼入れの
場合は急冷処理が可能であり、焼入れ時の冷却手段とし
て主流を占めているが、通常は大気中で行なわれる為鋼
材の表面酸化、油煙発生、塩浴から発生する塩化水素等
による環境汚染等の問題がある。

一方複雑な形状の工具、金型、治具等の熱処理に際して
は形状効果に伴う焼割れや歪等が発生し易く、これらの
防止対策として恒温変態処理が行なわれている。この恒
温変態処理においては、高温焼戻油、溶融鉛、溶融塩等
が熱媒体として使用されるが、この場合も処理環境が大
気中である為浴温度が高い分だけ上述の水・油焼入れや
塩浴焼入れ時の問題が増幅されて発生する他、鉛公害。

高温多湿による作業環境の悪化等の開運も発生し、処理
方法の改善が強く望まれている。上述の恒温変態処理に
限らず、一般に焼鈍、焼入れ、焼戻し、規準などの処理
においても同様の問題がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、下記の要請に答え得る様な熱処理装置を提供しようと
するものである。

■焼入れ及び恒温変態処理のいずれにおいても良好な処
理効果を得ようとすれば所定温度まで速やかに冷却する
必要がある。即ち所定の冷却スピード、殊に加圧ガス冷
却に比べて早く、油冷却等と同等の冷却スピードを得る
ことが必要となる。

■処理に際して鋼材表面が酸化されるのを防止しようと
すれば非酸化性雰囲気下Ｃおける冷却処理が不可欠であ
る。

■有害物質や有害ガスの発生がなく作業環境悪化や公害
の恐れがない。

■自動制御が可能で安全に且つ低コストで冷却処理を行
なうことができる。

［問題点を解決する為の手段］ しかして上記課題を解決した本発明の熱処理装置は焼入
れ時の冷却処理や恒温熱処理等に使用される熱処理装置
であって、温度制御手段を備えた固体微粒子流動床を不
活性ガス雰囲気の密閉可能容器内に形成する様に構成し
た点に要旨を有するものである。

［作用］ 本発明者等は、前記要請に答え得る様な熱媒体を見出す
べくかねてより研究を重ねてきた。まず熱伝達率の面か
ら考えるとガス体よりも液体の方が有利であり早い冷却
スピードを得られるが、液体の場合には蒸散、浸炭、脱
炭及び爆着という現象を防止することができず、前述の
不都合が生じる。しかしながらガス体では熱媒体として
の密度が小さく例え加圧したとしても液体に匹敵し得る
熱伝達率を得ることができない。

そこで本発明者等は固体殊に高温の被熱処理品と接触し
ても物理的及び化学的に変化をきたさない耐熱性であり
且つ不活性な固体に着目し、これを熱媒体として利用す
ることを検討した。即ち固体の熱伝達率は液体と同程度
に高く高速冷却も不可能ではない、また液体では避けら
れなかった蒸散というう現象も固体媒体では回避するこ
とができる。しかしながら固体の場合は被処理品（以下
ワークという）に対して如何に緊密に固体媒体を接触さ
せワークと固体媒体との間の熱伝達を効率良く行なうか
という問題がある。また大きな固体媒体であると熱容量
が大き過ぎるという問題もあり、且つワークとの全面接
触を保証する必要もあるので小さな固体媒体を多数流動
床状態にして使用するということが考えられたが、この
ときは固体媒体同土間の熱伝達についても配慮を払わな
ければならない、これらの点について更に研究を重ねた
結果、本発明者は耐熱・不活性固体の微粒子代表的には
セラミック微粒子を熱媒体として選択するという結論に
至った。そして本発明では該固体微粒子を熱媒体として
使用する熱処理装置について検討し、前記構成で示され
る熱処理装置を完成したのである。

即ち本発明装置は、非酸化性雰囲気下での熱処理を達成
する為の密閉可能容器内に固体微粒子を収納すると共に
、該容器内をＮ２等の不活性ガスで置換することにより
ワークの表面酸化を防止することに成功したのである。

又固体微粒子はワークの冷却を速やかに且つ均一に進行
させる為に流動床を形成しており、冷却された固体微粒
子が絶えずワークの全面に接触することとなり速やかな
冷却が行なわれる。尚固体微粒子流動床を形成させる手
段としては特に制限はないが、例えば雰囲気ガスと同じ
Ｎ２等の不活性ガスを固体微粒子貯留部内に噴出させて
該噴出ガスによって流動化させる方法が挙げられる。さ
らに本発明装置では固体微粒子流動床の温度を所定の温
度に維持する為にヒーターと水冷管等からなる温度制御
手段を流動床に内設しており、流動床の過昇温あるいは
過冷却を防止している。尚冷却速度即ち奪熱速度につい
ては固体微粒子流動速度を制御することによって調整す
ることができ、例えば不活性ガスの噴出速度を変化させ
ることにより調整は可能となる。

本発明装置において使用される固体微粒子としては前述
の通り物理的及び化学的に安定で耐熱性を有するもので
あれば特に制限はないが、代表的にはＡ１２０３　、Ｓ
ｉＣ，ＺｒＯ２，ＢｅＯ等のセラミックスの微粒子が挙
げられ、又その粒度分布は４０〜１２０メツシュ程度に
ピークを有するものが望ましい、固体→微粒子の種類に
よって若干の変動はあるが、該微粒子の粒度分布におけ
るピークが１２０メツシュ未満の場合は粒度が小さすぎ
る為に渣動状態が悪化する。一方ピーク粒度が４０メツ
シユを超える場合は固体微粒子と被処理品あるいは固体
微粒子同士の間の隙間が大きくなり熱伝達が悪化して所
望の冷却スピードを得ることが困難となる。

［実施例］ ＠１図は本発明実施例の熱処理装置を示す断面説明図で
、熱処理装置１は大きく分けて加熱室Ａ、予備室Ｂ、恒
温室Ｃの３つに区分されている。加熱室ＡはワークＷを
焼入温度まで加熱する部分であって、耐火壁２に囲まれ
た空間Ａ′にヒーター３を配設してなり、下部耐火壁２
ａは加熱室Ａと予備室Ｂを気密状態に区画する中間扉４
と一体的に形成されている。又耐火壁２の上部にはラッ
クピニオン機構によって上下に摺動する吊下げバー５が
配設されている０次に予備室Ｂは図面左側に予備室扉６
を有すると共に図面右側に慴伏の小室７を設け、小室フ
には中間扉４を矢印方向に進退（開閉）させる為のシリ
ンダー８が取付けられている。又予備室ＢにはワークＷ
を載置する受は台９が配設され、受は台９は、小室７に
設けたシリンダー１０で連結軸１１を回転させることに
よって予備室Ｂ内で退避し得る様に構成されている。さ
らに恒温室Ｃは予備室Ｂと区切ることなく形成され、ワ
ークＷ収納部の両側に隔壁１２ａ、１２ｂを設けると共
に、隔壁１２ａ。

１２ｂと恒温槽壁１３ａ、１３ｂに挟まれる空間部には
水冷管１４．ヒーター１５．不活性ガス噴射ノズル１６
を配設しており、且つ恒温槽Ｃ内には隔壁１２ａ、１２
ｂや水冷管１４等が浸漬される様にセラミック微粒子を
装填している。

ワークＷの熱処理に当たっては、まず予備室扉６を開放
し、予備室Ｂ内の受は台９上にワークＷを配置した後、
予備室扉６を閉鎖し、真空ポンプＰによりて室内の空気
を排気する。予備室Ｂ内の圧力が加熱室Ａの圧力と同一
になったところでシリンダー８を後退させて中間扉４を
開放し、ラックピニオン機構により吊下げバー５を降下
させてワークＷを把持し、吊上げて加熱室ＡヘワークＷ
を移送した後中間屏４を閉鎖し、所定の焼入温度まで加
熱する。他方恒温槽Ｃにおいては水冷管１４及びヒータ
ー１５により恒温槽Ｃ内のセラミック微粒子温度を調整
し、所定の温度に到達したら真空ポンプＰによる排気を
停止し、恒温槽Ｃ下部のガス吹出口１７及び噴射ノズル
１６より槽内に不活性ガスを吹込みセラミック微粒子層
の均熱化をはかる。尚予備室Ｂには圧力調整弁１８を介
設した抜出し管１９が付設され、恒温槽内を所定の圧力
に調整しつつ不活性ガスの排出を行なう、そして加熱室
Ａにおける焼入加熱係持が終了すると、不活性ガスの導
入により加熱室Ａと予備室Ｂの圧力が等しくなった時点
で中間扉４を開放すると共にシリンダー８を作動させて
受は台９を退避させ、吊下げバー５を降下させてワーク
Ｗを恒温槽Ｃ内のセラミック微粒子流動床へ投入する。

こうして焼入れあるいは恒温変態処理を行なう。

上記操業方法に従い第２図に示す寸法のワーク（材質５
ＫＨ５１）の熱処理を行なった。尚ワークの中央孔部に
は直径３．２　ｍｍす、長さ３ｍのシース型熱電対を挿
入し温度変化を記録した。熱処理パターンは第３図に示
す通りであり、１１６０℃で１０分間加熱した後３００
℃まで急冷し同温度で５時間保持して恒温変態処理を行
ない空冷した。その後５５０℃×４時間の熱処理を２回
繰返して焼戻しを行なった。恒温変態処理後の硬度及び
焼戻し硬度は下記の通りであった。尚恒温変態処理時に
おける１１６０℃から５５０℃までの冷却時間は１分３
０秒（平均）であった。

恒温変態処理後の硬度　ＨＲＣ５４〜５５焼戻し後の硬
度　　　　ＨＲＣ６３〜６４又本実施例データからセラ
ミック微粒子流動床による冷却性能を求め、他の冷却手
段によるときの冷却性能と比較したところ第１表に示す
結果が得られた。又該冷却性能の比較結果をグラフ化す
第　　１　　表 注）α：熱伝達率 Ｈ：焼入強裂度 第１表並びに第４図に示す様に、本発明装置によるセラ
ミック微粒子流動床では、油浴あるいは塩浴に近い冷却
性能を得ることができた。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、不活性ガス雰囲気
中で熱処理を行なうので被処理品が酸化・変色等を起こ
すことがなく、且つセラミック微粒子流動床を利用する
ことにより油浴あるいは塩浴等と同等の冷却性能を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例装置を示す断面説明図、第２図は
ワークの形状を示す正面図及び側面図、第３図は熱処理
スケジュールを示すグラフ、第４図は各種熱媒体の冷却
性能比較グラフである。 １・・・熱処理装置　　　２・・・耐火壁３・・・ヒー
ター　　　　４・・・中間扉６・・・予備室扉　　　　
フ・・・小室８・・・シリンダー　　　９・・・受は台
１１・・・連結軸　　　　　１２・・・隔壁１３・・・
恒温４ｆｉ　　　　　　１４・・・水冷管１５・・・ヒ
ーター　　　　１６・・・噴射ノズルＡ・・・加熱室　
　　　　Ｂ・・・予備室Ｃ・・・恒温室 第１Ｂ！！ 第２図 （ａ）　　　　　　　（ｂ） 第３図 １１６０℃ＸＩＯＭ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 焼入れ時の冷却処理や低温熱処理等に使用される熱処理
   装置であって、温度制御手段を備えた固体微粒子流動床
   を不活性ガス雰囲気の密閉可能容器内に形成する様に構
   成したことを特徴とする熱処理装置。