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JP2008260994A - Manufacturing method of carburized products - Google Patents

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JP2008260994A
JP2008260994A JP2007103886A JP2007103886A JP2008260994A JP 2008260994 A JP2008260994 A JP 2008260994A JP 2007103886 A JP2007103886 A JP 2007103886A JP 2007103886 A JP2007103886 A JP 2007103886A JP 2008260994 A JP2008260994 A JP 2008260994A
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Japan
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carburized
product
gas
carburizing
atmosphere
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Application number
JP2007103886A
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Japanese (ja)
Inventor
Norihiro Takasaki
典大 高崎
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

【課題】真空引きすることなく炉内の酸素濃度を十分に低下させ,ムラのない浸炭層を有する浸炭製品が得られる浸炭製品の製造方法を提供すること。
【解決手段】ワークWを収納した室内に,まず水素と窒素の混合ガスを導入して雰囲気置換を行う。これにより残留酸素を減少させる。露点が−50℃以下(より好ましくは−55℃以下)まで低下してから,アセチレンと窒素の混合ガスの供給による浸炭を開始する。これにより,雰囲気の残留酸素が非常に少なくなり,ワークWの表面の酸化膜もほとんどない状態で浸炭が行われる。このため,酸化膜により浸炭が妨害されることがない。こうして,真空引きすることなく,ムラのない良好な浸炭層を有する浸炭製品が製造される。
【選択図】図1
The present invention provides a carburized product manufacturing method capable of sufficiently reducing the oxygen concentration in a furnace without evacuating and obtaining a carburized product having a uniform carburized layer.
First, a mixed gas of hydrogen and nitrogen is introduced into a chamber in which a work W is stored to perform atmosphere replacement. This reduces residual oxygen. After the dew point is lowered to −50 ° C. or lower (more preferably −55 ° C. or lower), carburization is started by supplying a mixed gas of acetylene and nitrogen. As a result, the residual oxygen in the atmosphere is extremely reduced, and carburization is performed with almost no oxide film on the surface of the workpiece W. For this reason, carburization is not hindered by the oxide film. Thus, a carburized product having a good carburized layer without unevenness is produced without vacuuming.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は,鋼製の対象品に浸炭性ガスにより浸炭を施す浸炭製品の製造方法に関する。さらに詳細には,常圧のままで浸炭ムラのない均一な浸炭ができるようにした浸炭製品の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a carburized product in which a steel target product is carburized with a carburizing gas. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a carburized product that enables uniform carburization without uneven carburization at normal pressure.

炭化水素を炭素源とする浸炭においては,炭化水素が高温で分解して生じた活性炭素が鋼の表面に吸着し,内部へ侵入する。このような浸炭方法を,一酸化炭素等の状態を経由して浸炭させる方法と対比して直接浸炭法という。直接浸炭法では,炉内雰囲気に酸素が残存していると,浸炭深さのムラ等の不良の原因となる。酸素の存在により,鋼の表面に酸化膜が存在する状況で浸炭が行われることとなるからである。ムラになるのは,酸化膜厚が均一ではないからである。そこで例えば特許文献1の技術では,浸炭に先立ち炉内を真空引きすることとしている。真空引きにより炉内の酸素残存量を低減させてから浸炭処理のためのガスを導入するのである。これにより,上記の浸炭不良を防止しようとしている。
特開2005−120404号公報
In carburizing using hydrocarbons as a carbon source, activated carbon generated by decomposition of hydrocarbons at high temperatures is adsorbed on the surface of the steel and penetrates into the interior. Such a carburizing method is called a direct carburizing method in contrast to a method of carburizing via a state such as carbon monoxide. In the direct carburizing method, oxygen remaining in the furnace atmosphere may cause defects such as uneven carburizing depth. This is because the presence of oxygen causes carburization in the presence of an oxide film on the steel surface. The unevenness occurs because the oxide film thickness is not uniform. Therefore, for example, in the technique of Patent Document 1, the inside of the furnace is evacuated prior to carburizing. A gas for carburizing treatment is introduced after reducing the amount of oxygen remaining in the furnace by evacuation. This is intended to prevent the above carburization failure.
JP 2005-120404 A

しかしながら前記した従来の技術には,次のような問題点があった。すなわち,浸炭に先立ち真空引きをしているので,大掛かりな真空排気装置が必要である。このために設備の大規模化が避けられない。なお,真空引きする代わりに大気圧のまま窒素等の不活性ガスを導入して炉内雰囲気を置換することも考えられる。しかしこれでは酸素を十分に除去できず,結局,浸炭ムラを防止しきれない。   However, the conventional techniques described above have the following problems. That is, since vacuuming is performed prior to carburizing, a large vacuum exhaust device is required. For this reason, it is inevitable to increase the scale of facilities. It is also conceivable to replace the furnace atmosphere by introducing an inert gas such as nitrogen at atmospheric pressure instead of evacuating. However, this does not sufficiently remove oxygen, and eventually carburization unevenness cannot be prevented.

本発明は,前記した従来の浸炭技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,真空引きすることなく炉内の酸素濃度を十分に低下させ,ムラのない浸炭層を有する浸炭製品が得られる浸炭製品の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the problems of the conventional carburizing technique described above. That is, the object is to provide a method for manufacturing a carburized product that can sufficiently reduce the oxygen concentration in the furnace without evacuating and obtain a carburized product having a uniform carburized layer.

この課題の解決を目的としてなされた本発明では,鋼製の対象品を収納した室内に非浸炭性還元ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入することにより,対象品の周囲の雰囲気の露点を−50℃以下,より好ましくは−55℃以下にする露点低下を行う。あるいは混合ガスの導入により,雰囲気の酸素濃度を7.2×10-20体積%以下,さらに好ましくは2.6×10-20体積%以下にする。その後に対象品の周囲を炭化水素を含む雰囲気として浸炭を行う。こうした気相での浸炭方法により浸炭製品を製造するのである。 In order to solve this problem, in the present invention, a dew point of the atmosphere around the target product is introduced by introducing a mixed gas of non-carburizing reducing gas and inert gas into the room containing the target product made of steel. Is reduced to -50 ° C or lower, more preferably to -55 ° C or lower. Alternatively, by introducing a mixed gas, the oxygen concentration of the atmosphere is set to 7.2 × 10 −20 volume% or less, more preferably 2.6 × 10 −20 volume% or less. After that, carburization is performed with the atmosphere around the target product as an atmosphere containing hydrocarbons. Carburized products are manufactured by such a gas-phase carburizing method.

このため本発明の浸炭製品の製造方法では,室内への混合ガスの導入により,元々存在していた空気が押し出される。また,空気中の酸素が非浸炭性還元ガスとの反応して除去される。これにより,真空引きすることなく,雰囲気の残留酸素濃度が著しく低下する。それとともに対象品の表面の酸化膜があらかた除去される。その状態で浸炭を行うので,ムラのない均一な浸炭層を有する浸炭製品が得られるのである。   For this reason, in the carburized product manufacturing method of the present invention, the air that was originally present is pushed out by introducing the mixed gas into the room. Also, oxygen in the air is removed by reacting with the non-carburizing reducing gas. This significantly reduces the residual oxygen concentration in the atmosphere without evacuation. At the same time, the oxide film on the surface of the object is clearly removed. Since carburizing is performed in this state, a carburized product having a uniform and uniform carburized layer can be obtained.

本発明によれば,真空引きすることなく炉内の酸素濃度を十分に低下させ,ムラのない浸炭層を有する浸炭製品が得られる浸炭製品の製造方法が提供されている。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the carburized product in which the oxygen concentration in a furnace is fully reduced without evacuating and the carburized product which has a non-uniform | heterogenous carburized layer is obtained is provided.

以下,本発明を具体化した最良の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態では,次の手順により,成形済みの鋼製品に浸炭を施して浸炭製品を製造する。1.炉内に対象製品を収納する。
2.炉内に水素と窒素の混合ガスを導入し,この混合ガスにより炉内雰囲気を置換する。この雰囲気置換は,炉内雰囲気の露点が−50℃以下に定めた所定の値以下となるまで行う。
3.製品を所定の浸炭温度(950℃程度)まで加熱する。
4.炉内に炭化水素と窒素の混合ガスを導入し,浸炭を行う。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the best mode for embodying the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, carburized products are manufactured by carburizing formed steel products by the following procedure. 1. The target product is stored in the furnace.
2. A mixed gas of hydrogen and nitrogen is introduced into the furnace, and the atmosphere in the furnace is replaced by this mixed gas. This atmosphere replacement is performed until the dew point of the furnace atmosphere falls below a predetermined value set to -50 ° C or lower.
3. The product is heated to a predetermined carburizing temperature (about 950 ° C.).
4). Carburize by introducing a mixed gas of hydrocarbon and nitrogen into the furnace.

本形態の浸炭製品の製造方法は,図1の準備室付きの加熱炉と,図2の準備室なしの加熱炉とのいずれでも実施できる。図1の準備室付きの加熱炉は,準備室(パージ室ともいう)1と,処理室2とを有している。準備室1の前には外扉3が設けられており,準備室1と処理室2との間には中扉4が設けられている。準備室1には,第1ガス導入口5と排気口6と露点計9とが設けられている。処理室2にも,第2ガス導入口7と排気口8とが設けられている。第2ガス導入口7は,中扉4よりもやや内側(図中右側)に入り込んだ位置に配置されている。処理室2は加熱機能を有している。なお,処理室2には当然,処理済みの製品の取り出し口が設けられているが,それは本発明の特徴とは関係ないので図示を省略している。   The carburized product manufacturing method of this embodiment can be carried out in either the heating furnace with a preparation chamber in FIG. 1 or the heating furnace without a preparation chamber in FIG. The heating furnace with a preparation chamber in FIG. 1 has a preparation chamber (also called a purge chamber) 1 and a processing chamber 2. An outer door 3 is provided in front of the preparation chamber 1, and an intermediate door 4 is provided between the preparation chamber 1 and the processing chamber 2. The preparation chamber 1 is provided with a first gas introduction port 5, an exhaust port 6, and a dew point meter 9. The processing chamber 2 is also provided with a second gas introduction port 7 and an exhaust port 8. The second gas introduction port 7 is arranged at a position slightly inside the middle door 4 (right side in the figure). The processing chamber 2 has a heating function. Of course, the processing chamber 2 is provided with a processed product outlet, but this is not shown because it is not related to the features of the present invention.

図2の準備室なしの加熱炉は,処理室12と,扉13とを有している。処理室12には,第1ガス導入口15と第2ガス導入口17と排気口16と露点計19とが設けられている。処理室12は加熱機能を有している。   The heating furnace without a preparation chamber in FIG. 2 has a processing chamber 12 and a door 13. The processing chamber 12 is provided with a first gas introduction port 15, a second gas introduction port 17, an exhaust port 16, and a dew point meter 19. The processing chamber 12 has a heating function.

図1および図2において,第1ガス導入口5,15は,水素と窒素との混合ガスを室内に供給する導入口である。第2ガス導入口7,17は,不飽和炭化水素であるアセチレンと窒素との混合ガスを室内に供給する導入口である。これらのガス導入口には適宜,開閉弁や流量調整弁などが設けられている。またいずれのガス導入口も,窒素ガスのみを導入することもできる。導入されるいずれのガスも,水蒸気を含まない乾燥ガスである。   1 and 2, first gas inlets 5 and 15 are inlets for supplying a mixed gas of hydrogen and nitrogen into the room. The second gas inlets 7 and 17 are inlets for supplying a mixed gas of acetylene and nitrogen, which are unsaturated hydrocarbons, into the room. These gas inlets are appropriately provided with an on-off valve, a flow rate adjusting valve, and the like. In addition, any gas introduction port can introduce only nitrogen gas. Any gas introduced is a dry gas that does not contain water vapor.

排気口6,8,16には適宜,開閉弁や逆止弁等が設けられている。排気口6,8,16は,真空排気機能は有していないが,ガス導入口からガスが導入されて室内の圧力が上昇すると,室内のガスの流出を許容する。これにより,室内の圧力が大気圧からあまり変動しないようになっている。   The exhaust ports 6, 8, 16 are appropriately provided with on-off valves, check valves, and the like. The exhaust ports 6, 8, and 16 do not have a vacuum exhaust function, but allow gas to flow out in the room when gas is introduced from the gas inlet and the pressure in the room rises. This prevents the indoor pressure from fluctuating from atmospheric pressure.

図1の準備室付きの加熱炉における処理室2には通常,ワークWを載置するトレイが多数配置され,自動搬送装置が備えられる。すなわち,準備室付きの加熱炉は多くの場合,連続処理用に用いられる。その場合,処理室2は図1に示したよりももっと長く,第2ガス導入口7はその長手方向に沿って複数設けられる。これに対し図2の準備室なしの加熱炉は,毎回ワークWを入れ替えるバッチ処理用に用いられる。いずれの場合でも,油焼き入れその他の後処理のための設備を付設することができる。   In the processing chamber 2 in the heating furnace with a preparation chamber shown in FIG. 1, a large number of trays on which the workpieces W are placed are usually arranged and an automatic transfer device is provided. That is, a heating furnace with a preparation room is often used for continuous processing. In that case, the processing chamber 2 is longer than that shown in FIG. 1, and a plurality of second gas introduction ports 7 are provided along the longitudinal direction thereof. On the other hand, the heating furnace without a preparation chamber in FIG. 2 is used for batch processing in which the workpieces W are replaced each time. In either case, oil quenching and other post-treatment facilities can be provided.

以下,詳細な手順を説明する。この手順説明においては,各扉は特記しない限り閉じているものとする。また,各ガス導入口からのガスの導入も,特記しない限りしないものとする。まずは,図1の準備室付きの加熱炉を用いる場合の手順を説明する。この準備室付きの加熱炉を用いる場合,処理室2の中はあらかじめ,露点が所定値以下の状態に維持されている。   The detailed procedure is described below. In this procedure, each door is closed unless otherwise specified. In addition, gas shall not be introduced from each gas inlet unless otherwise specified. First, the procedure in the case of using the heating furnace with the preparation chamber of FIG. 1 will be described. When this heating furnace with a preparation chamber is used, the dew point is maintained in a state of a predetermined value or less in the processing chamber 2 in advance.

[1.製品挿入]
外扉3を開いてワークWを準備室1の中に挿入し,外扉3を閉じる。
[1. Product insertion]
The outer door 3 is opened, the workpiece W is inserted into the preparation chamber 1, and the outer door 3 is closed.

[2.炉内雰囲気の置換]
外扉3を閉じたら,第1ガス導入口5から準備室1に水素と窒素の混合ガスを導入する。導入する混合ガスの水素濃度は,アセチレンとの混合により爆発しない程度に低くなければならない。後に中扉4を開いたときに準備室1の室内ガスと処理室2の室内ガスとが接触するからである。この導入により,準備室1内の大気は次第に排気口6を通して排出される。
[2. Replacement of furnace atmosphere]
When the outer door 3 is closed, a mixed gas of hydrogen and nitrogen is introduced into the preparation chamber 1 from the first gas inlet 5. The hydrogen concentration of the gas mixture to be introduced must be low enough not to explode due to mixing with acetylene. This is because the indoor gas in the preparation chamber 1 and the indoor gas in the processing chamber 2 come into contact when the middle door 4 is opened later. By this introduction, the atmosphere in the preparation chamber 1 is gradually discharged through the exhaust port 6.

これにより,準備室1内の大気中に元々含まれていた酸素や水蒸気は準備室1内からこ排出されていく。このため酸素濃度と湿度が低下していく。湿度の低下により,ワークWの表面や炉の壁面等に吸着していた水分子が遊離してくるが,これも排出されていく。また,ワークWの表面の酸化膜が水素により還元されて水分が生じるが,これも排出されていく。このため結局,酸素濃度と湿度はともに低下していく。湿度の低下は露点の低下を意味する。このため,露点計9により計測される露点を見ることで,準備室1内の残留酸素の減少の程度をモニタできる。また,残留酸素の減少はワークWの表面の酸化膜の減少と対応している。   As a result, oxygen and water vapor originally contained in the atmosphere in the preparation chamber 1 are exhausted from the preparation chamber 1. For this reason, the oxygen concentration and humidity decrease. Due to the decrease in humidity, water molecules adsorbed on the surface of the workpiece W, the wall surface of the furnace, etc. are liberated, but they are also discharged. Further, the oxide film on the surface of the work W is reduced by hydrogen to generate moisture, which is also discharged. As a result, both oxygen concentration and humidity decrease. A decrease in humidity means a decrease in dew point. For this reason, by observing the dew point measured by the dew point meter 9, the degree of decrease in residual oxygen in the preparation chamber 1 can be monitored. The decrease in residual oxygen corresponds to the decrease in the oxide film on the surface of the workpiece W.

このため本形態では,露点が,−50℃以下に定めた所定の値以下となるまで水素−窒素混合ガスによる準備室1内の雰囲気の置換を続けることとしている。露点がこのレベルにまで下がれば,残留酸素濃度は0.0062体積%以下である。この状態ではもはやワークWの表面には,浸炭を阻害するような酸化膜はほとんど存在しない。なお,露点を−55℃以下にまで下げれば,残留酸素濃度は0.037体積%以下でありさらに良好である。   For this reason, in this embodiment, the atmosphere in the preparation chamber 1 is continuously replaced with the hydrogen-nitrogen mixed gas until the dew point becomes equal to or lower than a predetermined value set to -50 ° C or lower. If the dew point drops to this level, the residual oxygen concentration is 0.0062% by volume or less. In this state, the surface of the workpiece W no longer has an oxide film that inhibits carburization. If the dew point is lowered to −55 ° C. or lower, the residual oxygen concentration is 0.037% by volume or lower, which is even better.

[3.加熱]
露点が所定値を下回ったら,第1ガス導入口5からの混合ガスの供給を停止する。そして中扉4を開いて,ワークWを準備室1から処理室2へ移す。そして中扉4を閉じる。さらに,処理室2の室内を加熱して950℃程度まで昇温させる。これによりワークWも950℃程度まで加熱される。なお,準備室1にある程度の予熱機能を持たせてもよい。
[3. heating]
When the dew point falls below a predetermined value, the supply of the mixed gas from the first gas inlet 5 is stopped. Then, the inner door 4 is opened, and the workpiece W is moved from the preparation chamber 1 to the processing chamber 2. Then, the inner door 4 is closed. Further, the interior of the processing chamber 2 is heated to raise the temperature to about 950.degree. Thereby, the workpiece | work W is also heated to about 950 degreeC. Note that the preparatory chamber 1 may have some preheating function.

[4.浸炭]
そして,第2ガス導入口7から処理室2内へアセチレンと窒素の混合ガスを導入する。すると,ワークWに浸炭処理が施される。このとき,ワークWの表面からは前述の露点低下により,酸化膜がほとんど除去されている。このため,ワークWの表面への炭素原子の吸着,さらに侵入がほとんど妨害されることがない。その状態を維持(例えば10分程度)することによりワークWに十分な炭素を侵入せしめ,その後,侵入した炭素の拡散のため,そのままの温度で保持する(例えば5分程度)。この保持のときにはアセチレンの供給を断って窒素のみの雰囲気にすればよい。こうして,表面にほぼ均一に浸炭層が形成された浸炭製品が製造される。
[4. Carburizing]
Then, a mixed gas of acetylene and nitrogen is introduced into the processing chamber 2 from the second gas introduction port 7. Then, the workpiece W is carburized. At this time, the oxide film is almost removed from the surface of the workpiece W due to the above-described dew point reduction. For this reason, adsorption of carbon atoms to the surface of the workpiece W and further penetration are hardly hindered. By maintaining this state (for example, about 10 minutes), sufficient carbon is allowed to enter the workpiece W, and then the temperature is kept as it is for diffusion of the intruded carbon (for example, about 5 minutes). In this holding, the supply of acetylene may be cut off to make the atmosphere only nitrogen. In this way, a carburized product having a carburized layer formed almost uniformly on the surface is manufactured.

自動搬送機能を用いて連続処理を行う場合には,処理室2の中をあらかじめ浸炭温度に加熱しておく。そして,中扉4から近い第2ガス導入口7からアセチレンと窒素の混合ガスを流しておく。さらに,中扉4から遠い第2ガス導入口7からは窒素のみを流しておく。こうすると,処理室2内で自動搬送されるワークWは,まずアセチレンと窒素の混合雰囲気内に置かれ,次いで窒素のみの雰囲気内に置かれることとなる。これにより,浸炭に引き続き拡散が行われる。また,1つのワークWを処理室2内に送り込んだら,準備室1では次のワークWのための露点低下処理を開始する。こうして,多数のワークWに連続的に浸炭処理を施すことができる。   When continuous processing is performed using the automatic transfer function, the inside of the processing chamber 2 is heated to the carburizing temperature in advance. Then, a mixed gas of acetylene and nitrogen is allowed to flow from the second gas inlet 7 close to the inner door 4. Further, only nitrogen is allowed to flow from the second gas introduction port 7 far from the inner door 4. In this way, the workpiece W automatically conveyed in the processing chamber 2 is first placed in a mixed atmosphere of acetylene and nitrogen, and then placed in an atmosphere containing only nitrogen. As a result, diffusion continues after carburizing. In addition, when one workpiece W is sent into the processing chamber 2, the preparation chamber 1 starts a dew point lowering process for the next workpiece W. Thus, the carburizing process can be continuously performed on a large number of workpieces W.

次に,図2の準備室なしの加熱炉を用いる場合の手順を説明する。この場合でも基本的な考え方は同じである。   Next, the procedure in the case of using the heating furnace without the preparation chamber of FIG. 2 will be described. Even in this case, the basic idea is the same.

[1.製品挿入]
扉13を開いてワークWを処理室12の中に挿入し,扉13を閉じる。
[1. Product insertion]
The door 13 is opened, the workpiece W is inserted into the processing chamber 12, and the door 13 is closed.

[2.炉内雰囲気の置換]
扉13を閉じたら,第1ガス導入口15から処理室12に水素と窒素の混合ガスを導入する。これにより,準備室付きの加熱炉の場合の説明で述べたのと同様にして,処理室12内の露点が低下していく。すなわち,残留酸素が減少していく。
[2. Replacement of furnace atmosphere]
When the door 13 is closed, a mixed gas of hydrogen and nitrogen is introduced into the processing chamber 12 from the first gas inlet 15. As a result, the dew point in the processing chamber 12 decreases in the same manner as described in the description of the heating furnace with a preparation chamber. That is, residual oxygen decreases.

[3.加熱]
処理室12内の酸素濃度が低下したら,処理室12の昇温を開始する。これによりワークWも加熱される。
[3. heating]
When the oxygen concentration in the processing chamber 12 decreases, the temperature increase in the processing chamber 12 is started. As a result, the workpiece W is also heated.

[4.浸炭]
露点が所定値を下回り,かつワークWが目標温度に達したら,第1ガス導入口15からの水素と窒素の混合ガスの導入を停止し,代わって第2ガス導入口17からアセチレンと窒素の混合ガスを導入する。十分にアセチレンと窒素の混合ガスを供給したら,拡散のためアセチレンを断って窒素のみを供給する。これにより,ワークWに浸炭処理を施す。こうして,表面にほぼ均一に浸炭層が形成された浸炭製品が製造される。
[4. Carburizing]
When the dew point falls below a predetermined value and the workpiece W reaches the target temperature, the introduction of the mixed gas of hydrogen and nitrogen from the first gas inlet 15 is stopped, and instead of the acetylene and nitrogen from the second gas inlet 17 Introduce mixed gas. When the mixed gas of acetylene and nitrogen is sufficiently supplied, turn off acetylene for diffusion and supply only nitrogen. Thereby, the workpiece W is carburized. In this way, a carburized product having a carburized layer formed almost uniformly on the surface is manufactured.

以下,実施例を説明する。本実施例では,直径18mm,軸方向長さ50mmの円柱形状の試験片をワークWとして使用した。試験片の材質としては,クロム含有肌焼き鋼であるJIS−SCr420Hを使用した。加熱炉としては,図2の準備室なしのタイプのものを使用した。むろん,図1の準備室付きの加熱炉を用いても同様の試験ができる。   Examples will be described below. In this example, a cylindrical test piece having a diameter of 18 mm and an axial length of 50 mm was used as the workpiece W. As a material of the test piece, JIS-SCr420H which is a chromium-containing case-hardened steel was used. As the heating furnace, the one without the preparation room shown in FIG. 2 was used. Of course, the same test can be performed using the heating furnace with a preparation chamber shown in FIG.

Figure 2008260994
Figure 2008260994

「2.」の炉内雰囲気の置換は,次の条件で行った。
供給ガスの組成:窒素97体積%+水素3体積%
目標露点:表1に示す5水準(うち2水準は比較例)
ここで,水素を3体積%としたのは前述の通り,アセチレンとの混合による爆発を防止するためである。すなわち,後述の浸炭時の混合ガス成分下では,水素の爆発限界は3.5体積%である。このためこれに対し安全側にある程度の余裕を持たせたものである。なお,表1中の「酸素濃度」は,雰囲気の露点が目標値まで低下したときの残留酸素の濃度の,次の手順による計算値である。
Replacement of the furnace atmosphere of “2.” was performed under the following conditions.
Supply gas composition: 97% by volume of nitrogen + 3% by volume of hydrogen
Target dew point: 5 levels shown in Table 1 (of which 2 levels are comparative examples)
Here, the reason why hydrogen is 3% by volume is to prevent explosion due to mixing with acetylene as described above. In other words, the hydrogen explosion limit is 3.5% by volume under the mixed gas component during carburization described later. For this reason, a certain margin is provided on the safe side. The “oxygen concentration” in Table 1 is a value calculated by the following procedure for the concentration of residual oxygen when the dew point of the atmosphere decreases to the target value.

まず,雰囲気の自由エネルギーΔGは,
ΔG = −57250+4.48TlogT−2.21T
で表される。ここでTが露点である。また,
2+(1/2)O2 = H2
なる系の平衡定数kは,各成分の分圧P(**)を用いて,
k = P(H2O)/P(H2)/P(O2)1/2
で表される。また,自由エネルギーΔG,露点T,平衡定数kの間には,
logk = −ΔG/RT
なる関係がある。ここでRは気体定数である。これより,露点Tから自由エネルギーΔGを求め,さらに平衡定数kを求めることにより,酸素の分圧を求めることができる。その全圧に対する比をとることにより酸素濃度が求められる。
出典:O-Kubaschewski and Ell Evans: Metallurgical Thermochemistry, Pergamon Press Ltd, London (1956), p331
First, the free energy ΔG of the atmosphere is
ΔG = −57250 + 4.48TlogT−2.21T
It is represented by Here, T is the dew point. Also,
H 2 + (1/2) O 2 = H 2 O
The equilibrium constant k of the system is obtained by using the partial pressure P (**) of each component,
k = P (H 2 O) / P (H 2 ) / P (O 2 ) 1/2
It is represented by In addition, between free energy ΔG, dew point T, and equilibrium constant k,
logk = -ΔG / RT
There is a relationship. Here, R is a gas constant. Thus, the partial pressure of oxygen can be obtained by obtaining the free energy ΔG from the dew point T and further obtaining the equilibrium constant k. The oxygen concentration is determined by taking the ratio to the total pressure.
Source: O-Kubaschewski and Ell Evans: Metallurgical Thermochemistry, Pergamon Press Ltd, London (1956), p331

「4.」の浸炭(拡散を含む。)は,次の条件で行った。
・浸炭
炉内温度:950℃
供給ガスの組成:窒素99体積%+アセチレン1体積%
保持時間:600秒
・拡散
炉内温度:950℃
供給ガスの組成:窒素のみ
保持時間:300秒
Carburization (including diffusion) of “4.” was performed under the following conditions.
-Carburizing furnace temperature: 950 ° C
Composition of supply gas: 99% by volume of nitrogen + 1% by volume of acetylene
Holding time: 600 seconds, diffusion furnace temperature: 950 ° C
Supply gas composition: nitrogen only Retention time: 300 seconds

こうして得られた5水準の試験片について,処理完了後における浸炭深さを,顕微鏡による断面組織観察により測定した。測定箇所は,円柱の側面上で長さ方向に中央の位置とし,円周方向に等間隔に4箇所測定した。測定結果を表2に示す。表2中の「0°」,「90°」,「180°」,「270°」は,円周方向の4箇所の測定箇所を示す。「平均」,「MAX」,「MIN」は,水準ごとの4箇所の測定値の平均値,最大値,最小値を示す。   With respect to the five-level specimens thus obtained, the carburization depth after the treatment was completed was measured by observing the cross-sectional structure with a microscope. The measurement location was a central position in the length direction on the side surface of the cylinder, and four locations were measured at equal intervals in the circumferential direction. The measurement results are shown in Table 2. “0 °”, “90 °”, “180 °”, and “270 °” in Table 2 indicate four measurement points in the circumferential direction. “Average”, “MAX”, and “MIN” indicate an average value, a maximum value, and a minimum value of four measured values for each level.

Figure 2008260994
Figure 2008260994

表2の結果を図3のグラフに示す。図3のグラフ中では,表1,表2における「水準」を括弧付き数字で示している。これより,次のことが分かる。実施例である水準1,2においては,平均で0.18mm程度の浸炭深さがあり,最低でも0.12mm程度の浸炭深さが確保されている。このように水準1,2は,非常に良好な浸炭結果が得られた。このため表2中の「判定」を二重丸とした。実施例水準3においては,水準1,2と比較して,最低値ではやや劣るが,平均値ではさほど遜色ない。未浸炭領域の発生は見られない。このように水準3は,良好な結果が得られた。このため表2中の「判定」を一重丸とした。これに対し,比較例である水準4,5においては,最低値が「0」であった。すなわち未浸炭領域の発生が認められた。特に水準5では,全体としてほとんど浸炭されていなかった。   The results of Table 2 are shown in the graph of FIG. In the graph of FIG. 3, “level” in Tables 1 and 2 is indicated by numbers with parentheses. This shows the following. In levels 1 and 2 which are examples, the carburization depth is about 0.18 mm on average, and a carburization depth of about 0.12 mm is secured at the minimum. Thus, very good carburization results were obtained for levels 1 and 2. Therefore, “judgment” in Table 2 is a double circle. In Example Level 3, compared with Levels 1 and 2, the lowest value is slightly inferior, but the average value is not much different. There is no occurrence of uncarburized areas. Thus, level 3 gave good results. Therefore, “judgment” in Table 2 is defined as a single circle. On the other hand, at levels 4 and 5 as comparative examples, the lowest value was “0”. That is, the occurrence of an uncarburized region was observed. In particular, at level 5, it was hardly carburized as a whole.

むろん,実施例と比較例とでこのような顕著な相違が現れた原因は,雰囲気置換の終了時点での露点の低さ,言い替えると残留酸素濃度の少なさの違いにある。比較例である水準4,5においては,露点があまり下がらないうちに雰囲気置換を終了している。このために試験片の表面の酸化膜が多く残ったまま浸炭処理が開始されてしまったのである。このため,浸炭不良になったのである。   Of course, the reason why such a remarkable difference appears between the example and the comparative example is the low dew point at the end of the atmosphere replacement, in other words, the difference in the residual oxygen concentration. At levels 4 and 5 which are comparative examples, the atmosphere replacement is completed before the dew point is lowered so much. For this reason, the carburizing process was started with a large amount of oxide film remaining on the surface of the test piece. This resulted in poor carburization.

これに対し実施例である水準1〜3においては,露点が−50℃を下回るまで雰囲気置換を実施した。このため,残留酸素濃度が7.2×10-20体積%を下回った状態で浸炭処理に供されたのである。このために試験片の表面の酸化膜がほぼ除去された状態で浸炭処理が開始されたのである。これにより,良好な浸炭結果が得られたのである。 On the other hand, in levels 1 to 3 as examples, atmosphere substitution was performed until the dew point was below -50 ° C. For this reason, it was used for the carburizing process with the residual oxygen concentration falling below 7.2 × 10 −20 vol%. For this reason, the carburizing process was started with the oxide film on the surface of the test piece almost removed. As a result, good carburization results were obtained.

特に水準1,2においては,露点が−55℃を下回るまで雰囲気置換を実施した。このため,残留酸素濃度が2.6×10-20体積%を下回った状態で浸炭処理に供されたのである。このために試験片の表面の酸化膜がほとんど除去された状態で浸炭処理が開始されたのである。これにより,特に良好な浸炭結果が得られたのである。 In particular, at levels 1 and 2, atmosphere substitution was performed until the dew point was below -55 ° C. For this reason, it was used for the carburizing process in a state where the residual oxygen concentration was less than 2.6 × 10 −20 vol%. For this reason, the carburizing process was started in a state where the oxide film on the surface of the test piece was almost removed. This resulted in particularly good carburizing results.

以上詳細に説明したように本実施の形態および本実施例では,水素と窒素の混合ガスを炉内に供給することで,残留酸素を十分に低下させてから浸炭処理を行うこととしている。これにより,真空排気を行うことなく大気圧のままで,ワークの表面の酸化膜を除去して良好な浸炭製品が得られるようにしている。   As described in detail above, in the present embodiment and this example, the carburizing process is performed after the residual oxygen is sufficiently reduced by supplying a mixed gas of hydrogen and nitrogen into the furnace. As a result, a good carburized product can be obtained by removing the oxide film on the surface of the workpiece while maintaining the atmospheric pressure without evacuation.

なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。   Note that this embodiment is merely an example, and does not limit the present invention. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof.

例えば,雰囲気置換時に用いる非浸炭性還元ガスとしては,水素の代わりにアンモニアを用いることもできる。また,浸炭処理時に用いる炭化水素としては,アセチレンに限らずエチレンやプロパンなどでもよい。不活性ガスとしては,窒素以外にアルゴン等の希ガスも使用可能である。対象材の鋼種は,普通鋼の他,クロム鋼やクロモリ鋼など一般的に浸炭処理に供されるものであれば何でもよい。処理温度は鋼種その他の条件に合わせて決めればよい。また,真空排気機能を有する処理炉を用いて,真空排気機能を休止させた状態で実施することもできる。   For example, ammonia can be used in place of hydrogen as the non-carburizing reducing gas used during atmosphere replacement. Further, the hydrocarbon used in the carburizing process is not limited to acetylene, but may be ethylene or propane. As the inert gas, a rare gas such as argon can be used in addition to nitrogen. The steel material of the target material may be anything as long as it is generally subjected to carburizing treatment such as chrome steel and chromoly steel in addition to ordinary steel. The treatment temperature may be determined according to the steel type and other conditions. Moreover, it can also implement in the state which stopped the vacuum exhaust function using the processing furnace which has a vacuum exhaust function.

本発明は例えば,次のような各種部品の成形後の浸炭処理に用いることができる。すなわち,内燃機関におけるピストンピンやカムギヤ等,車両の駆動伝達系における各種ギヤ,等速ジョイント等である。   The present invention can be used, for example, for carburizing treatment after forming various parts as follows. That is, piston pins and cam gears in internal combustion engines, various gears in vehicle drive transmission systems, constant velocity joints, and the like.

本形態で使用する準備室付きの加熱炉を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the heating furnace with a preparation chamber used with this form. 本形態で使用する準備室なしの加熱炉を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the heating furnace without the preparation room used with this form. 実施例および比較例に係る試験片の浸炭深さを示すグラフである。It is a graph which shows the carburizing depth of the test piece which concerns on an Example and a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

1 準備室
2,12 処理室
5,15 第1ガス導入口(水素,窒素)
7,17 第2ガス導入口(アセチレン,窒素)
044 露点計
1 Preparation chamber 2, 12 Processing chamber 5, 15 First gas inlet (hydrogen, nitrogen)
7, 17 Second gas inlet (acetylene, nitrogen)
044 Dew point meter

Claims (4)

鋼製の対象品に気相にて浸炭を施す浸炭製品の製造方法において,
対象品を収納した室内に非浸炭性還元ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入することにより,対象品の周囲の雰囲気の露点を−50℃以下にする露点低下を行い,
その後に対象品の周囲を炭化水素を含む雰囲気として浸炭を行うことを特徴とする浸炭製品の製造方法。
In a method for manufacturing a carburized product in which a steel target product is carburized in the gas phase,
By introducing a mixture of non-carburizing reducing gas and inert gas into the room containing the target product, the dew point of the atmosphere around the target product is reduced to -50 ° C or lower,
Then, carburizing product manufacturing method characterized by performing carburization by making the circumference of an object article into the atmosphere containing hydrocarbons.
請求項1に記載の浸炭製品の製造方法において,
前記露点低下の際に,露点を−55℃以下にすることを特徴とする浸炭製品の製造方法。
The method of manufacturing a carburized product according to claim 1,
A decarburization temperature of −55 ° C. or lower when the dew point is lowered.
鋼製の対象品に気相にて浸炭を施す浸炭製品の製造方法において,
対象品を収納した室内に非浸炭性還元ガスと不活性ガスとの混合ガスを導入することにより,対象品の周囲の雰囲気の酸素濃度を7.2×10-20体積%以下にする酸素濃度低下を行い,
その後に対象品の周囲を炭化水素を含む雰囲気として浸炭を行うことを特徴とする浸炭製品の製造方法。
In a method for manufacturing a carburized product in which a steel target product is carburized in the gas phase,
By introducing a mixture of non-carburizing reducing gas and inert gas into the room containing the target product, the oxygen concentration in the atmosphere around the target product is reduced to 7.2 x 10 -20 vol% or less. Make a decline,
Then, carburizing product manufacturing method characterized by performing carburization by making the circumference of an object article into the atmosphere containing hydrocarbons.
請求項3に記載の浸炭製品の製造方法において,
前記酸素濃度低下の際に,酸素濃度を2.6×10-20体積%以下にすることを特徴とする浸炭製品の製造方法。
In the manufacturing method of the carburized product of Claim 3,
A method for producing a carburized product, wherein the oxygen concentration is adjusted to 2.6 × 10 −20 vol% or less when the oxygen concentration is lowered.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2186593A1 (en) * 2008-11-17 2010-05-19 Linde Aktiengesellschaft Gas mixture
JP2015101735A (en) * 2013-11-21 2015-06-04 大同特殊鋼株式会社 Carburized component
US10053747B2 (en) 2014-03-11 2018-08-21 Honda Motor Co., Ltd. Steel part and method of manufacturing the same
JP2018162475A (en) * 2017-03-24 2018-10-18 大陽日酸株式会社 Carburizing furnace operation method

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