(57)【要約】【課題】要求品質が互いに大きく異なる複数の浸窒部品を同一炉内で同一処理により生産することができるガス浸窒方法及びガス浸窒装置を提供する。【解決手段】ガス浸窒装置１は、複数の被処理部材２１、２２を順番に並べた状態で収容可能なガス浸窒炉２と、ガス浸窒炉２内で複数の被処理部材２１、２２の並び方向に並べて配置され、互いに触媒作用が異なる材料によって構成される複数の加熱ヒータ１１、１２を有する。そして、ガス浸窒炉内に、複数の被処理部材を順番に並べた状態で収容し、ガス浸窒炉内のアンモニアガスＧを加熱ヒータ１１、１２で高温加熱する。これにより、ガス浸窒炉２内におけるアンモニアガスＧのガス濃度を、被処理部材２１、２２の並び方向に変化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアガスを高温分解して被処理部材に浸窒処理を施すガス浸窒装置において、
複数の被処理部材を順番に並べた状態で収容可能なガス浸窒炉と、
該ガス浸窒炉内で前記複数の被処理部材の並び方向に並べて配置され、互いに触媒作用が異なる材料によって構成される複数の加熱ヒータを有することを特徴とするガス浸窒装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸窒ガスを用いて被処理部材に浸窒処理を行うガス浸窒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理部材の表面に窒素元素を浸窒させる浸窒方法の一つに、ガス浸窒炉内でアンモニアガスを高温分解し、ガス浸窒炉内に配置された被処理部材に浸窒処理を行うガス浸窒方法がある。
【０００３】
また、特許文献１には、浸炭工程の前に浸炭炉内の雰囲気のカーボンポテンシャルを被処理部材の炭素濃度以下とする均熱工程を行い、浸炭炉内における被処理部材の配置位置に起因する浸炭の度合いの差を小さくするガス浸炭方法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８１８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のガス浸窒方法の場合、ガス浸窒炉内におけるガス濃度のバラツキは少なく、ほぼ均一な分布状態となる。従って、複数の被処理部材に対して同一炉内で同一処理をした場合、表硬や硬化層深さ等の要求品質がほぼ均一の浸窒部品が生産される。
【０００６】
従って、要求品質が互いに大きく異なる複数の浸窒部品を生産する場合には、予め複数の被処理部材を要求品質別に分けて要求品質ごとに順番に浸窒処理を行う必要があり、同一炉内における同一処理で生産することはできなかった。従って、要求品質が互いに大きく異なる複数の浸窒部品を生産する場合には、長時間を要し、高コストとなっていた。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、要求品質が互いに大きく異なる複数の浸窒部品を同一炉内で同一処理により生産することができるガス浸窒装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する請求項１に記載したガス浸窒装置の発明は、アンモニアガスを高温分解して被処理部材に浸窒処理を施すガス浸窒装置において、複数の被処理部材を順番に並べた状態で収容可能なガス浸窒炉と、ガス浸窒炉内で複数の被処理部材の並び方向に並べて配置され、互いに触媒作用が異なる材料によって構成される複数の加熱ヒータとを有することを特徴としている。
【０００９】
本発明のガス浸窒装置によれば、互いに触媒作用が異なる材料によって構成された複数の加熱ヒータが、ガス浸窒炉内で複数の被処理部材の並び方向に並べて配置されているので、ガス浸窒炉内におけるアンモニアガスのガス濃度を、複数の被処理部材の並び方向に変化させることができる。
【００１０】
従って、ガス浸窒炉内におけるガス濃度の分布を制御することができ、被処理部材の配置位置に応じて、表硬や硬化層深さ等の浸窒部材の品質を変えることができる。従って、同一炉内における同一処理によって、互いに品質が大きく異なる複数の浸窒部品を生産することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガス浸窒炉内におけるアンモニアガスのガス濃度を、複数の被処理部材の並び方向に変化させることができる。従って、ガス浸窒炉内におけるガス濃度の分布を制御することができ、被処理部材の配置位置によって、表硬や硬化層深さ等の浸窒部材の品質を変えることができる。
【００１２】
従って、例えばガス浸窒炉内にガス濃度の濃い領域とガス濃度の薄い領域を作ることができ、ガス濃度の濃い領域に被処理部材を配置して硬化層深さが深い浸窒部品を生産し、ガス濃度の薄い領域に被処理部材を配置して硬化層深さが浅い浸窒部材を生産することができる。従って、同一炉内における同一処理によって、互いに品質が大きく異なる複数の浸窒部品を生産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態におけるガス浸窒装置の構成とガス浸窒方法を説明する概念図である。ガス浸窒装置１は、図１に示すように、ガス浸窒炉２を有しており、ガス浸窒炉２は、複数の被処理部材２１、２２を上下に層状に並べて配置可能な容積空間を備えている。複数の被処理部材２１、２２は、表硬や硬化層深さ等の要求品質別に上下に分けられて、ガス浸窒炉２内の図示していない治具に積載される。
【００１５】
ガス浸窒炉２内には、互いに触媒作用の異なる材料によって構成された複数の加熱ヒータ１１、１２が設けられている。加熱ヒータ１１、１２は、ガス浸窒炉２内に上下に分かれて配置されており、各被処理部材２１、２２に対して個々に対向するようになっている。
【００１６】
本実施の形態では、上段の加熱ヒータ１１には、アンモニアガスＧ（ＮＨ３）の分解率が低い触媒作用を有するＳＵＳヒータが用いられ、下段の加熱ヒータ１２には、アンモニアガスＧの分解率が高い触媒作用を有するインコネルヒータが用いられている。
【００１７】
ガス浸窒炉２の天井部２ａには、高温下でガス浸窒炉２内にアンモニアガスＧを導入可能な導入口３と、ガス浸窒炉２内のガスを流動させるためのファン４が設けられている。
【００１８】
また、ガス浸窒炉２内には、上段の被処理部材２１と下段の被処理部材２２との間に介在されるように隔壁板１３が設けられている。隔壁板１３は、上段の被処理部材２１と下段の被処理部材２２との間で水平に延在するように配置されており、上段の被処理部材２１と下段の被処理部材２２との間のガスの流れを抑制するように構成されている。
【００１９】
上記したガス浸窒装置１を用いて浸窒処理を施す場合、まず、被処理部材２１、２２を要求品質別に分けて、表硬が硬く且つ硬化層深さが深い品質が要求される被処理部材２１をガス浸窒炉２内の上部に配置し、上段の被処理部材２１よりも表硬が柔らかく且つ硬化層深さも浅い品質が要求される被処理部材２２をガス浸窒炉２内の下部に配置する。そして、導入口３からガス浸窒炉２内にアンモニアガスＧを導入して、加熱ヒータ１１、１２で加熱し、所定温度で所定時間保持する。
【００２０】
ガス浸窒炉２内のアンモニアガスＧは、上段の加熱ヒータ１１と下段の加熱ヒータ１２で加熱されて分解される。上段の加熱ヒータ１１は、アンモニアガスＧの分解率が低く、下段の加熱ヒータ１２は、アンモニアガスＧの分解率が高いので、上段の加熱ヒータ１１の触媒作用によってガス浸窒炉２内の上側のガス濃度が濃くなり、下段の加熱ヒータ１２の触媒作用によってガス浸窒炉２内の下側のガス濃度が薄くなる。従って、ガス浸窒炉２内におけるガス濃度の分布を、上部が濃く、下部が薄くなるように制御することができる。
【００２１】
従って、上段に配置された被処理部材２１の表硬を高く、硬化層深さを深くすることができ、また、下段に配置された被処理部材２２の表硬を低く、硬化層深さを浅くすることができる。その結果、同一のガス浸窒炉２内における同一処理によって、品質の異なる二種類の浸窒部品Ａ、Ｂを生産することができる。
【００２２】
また、上記したガス浸窒装置１は、ファン４の駆動によって、ガス浸窒炉２内で上部から下部に向かって流れるガス流れを形成することができる。従って、ガス流れの上流側であるガス浸窒炉２内の上部では、アンモニアガスＧの分解率が低くなり、ガス濃度を濃くすることができる。また、ガス流れの下流側であるガス浸窒炉２内の下部では、アンモニアガスＧの分解率が高くなり、ガス濃度を低くすることができる。
【００２３】
従って、上記した加熱ヒータ１１、１２による触媒作用のみの場合と比較して、ガス浸窒炉２内におけるガス濃度の差を上下でより大きくすることができる。従って、上段に配置された被処理部材２１の表硬を更に高くしかつ硬化層深さを更に深くすることができ、また、下段に配置された被処理部材２２の表硬を更に低くしかつ硬化層深さを浅くすることができる。
【００２４】
また、上記したガス浸窒装置１は、天井部２ａに設けられた導入口３からガス浸窒炉２内にアンモニアガスＧを導入することによって、ガス浸窒炉２内に上部から下部に向かって流れるガス流れを形成することができる。
【００２５】
従って、ガス流れの上流であるガス浸窒炉２内の上部では、加熱ヒータ１１に接触する時間が短く、アンモニアガスＧのガス濃度を高くすることができる。また、ガス流れの下流であるガス浸窒炉２内の下部では、加熱ヒータ１１、１２に接触する時間が長く、アンモニアガスＧのガス濃度を低くすることができる。
【００２６】
従って、上記した加熱ヒータ１１、１２による触媒作用のみの場合と比較して、ガス浸窒炉２内におけるガス濃度の差を上下でより大きくすることができる。従って、上段に配置された被処理部材２１の表硬を更に高くしかつ硬化層深さを更に深くすることができ、また、下段に配置された被処理部材２２の表硬を更に低くしかつ硬化層深さを浅くすることができる。
【００２７】
［実験例］
次に、本実施の形態における実験例について図２及び図３に基づいて説明する。図２は、浸窒処理のヒートパターンを示す図、図３は、浸窒部材の硬化層深さを測定した測定結果を示すグラフであり、図３で左側のグラフが上段の浸窒部材の測定結果、図３で右側のグラフが下段の浸窒部材の測定結果を示す。
【００２８】
本実験例では、直径１０ミリメートル、軸方向長さ５０ミリメートルの丸棒形状を有するＳＣＭ４２０の鋼材を被処理部材２１、２２として実験を行った。ガス浸窒炉２内の温度は、図２に示すように、運転開始から徐々に上昇させ、浸窒温度８００℃に到達してから、４０分間の均熱工程を行い、均熱工程に連続して２００分間の浸窒工程を行い、焼入れを行った。均熱工程及び浸窒工程の間に、導入口３からガス浸窒炉２内に供給されるアンモニアガスＧの供給量は、２ｍ３／ｈとした。
【００２９】
実験例では、図２に示すように、上段の浸窒部品Ａと下段の浸窒部品Ｂで硬化層深さが互いに大きく異なるように、上段の浸窒部品Ａでは硬化層深さ０．２〜０．４ミリメートルを狙い値とし、下段の浸窒部品Ｂでは硬化層深さ０．０５〜０．２ミリメートルを狙い値として実験を行った。
【００３０】
その結果、上段の浸窒部品Ａは、硬化層深さ０．２５〜０．３５ミリメートルとなり、狙い値の範囲内とすることができ、また、下段の浸窒部品Ｂは、硬化層深さ０．０８〜０．１５ミリメートルとなり、狙い値の範囲内とすることができた。
【００３１】
上記構成を有するガス浸窒装置１によれば、互いに触媒作用が異なる材料からなるヒータを、ガス浸窒炉２内の上下に設けることにより、アンモニアガスＧの分解率を上段と下段で変えることができ、ガス濃度の分布を上下で大きく相異させることができる。
【００３２】
従って、表硬や硬化層深さ等の品質が互いに大きく異なる浸窒部品を、同一炉内における同一処理で作り分けることができる。また、ガス浸窒炉２内におけるアンモニアガスＧのガス濃度の分布を精密に制御することができ、浸窒部品の品質を調整することができる。
【００３３】
尚、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施の形態では、ガス浸窒装置１の場合を例に説明したが、ガス浸炭浸窒装置やガス浸炭浸窒方法に適用してもよい。
【００３４】
また、上述の実施の形態では、ガス浸窒炉２内の上下にガス濃度の差を設ける場合を例に説明したが、ガス浸窒炉２内の左右にガス濃度の差を設けてもよい。また、上述の実施の形態では、触媒作用が互いに異なる二種類の加熱ヒータ１１、１２を用いた場合を例に説明したが、三種類以上としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施の形態におけるガス浸窒装置の構成及びガス浸窒方法を説明する概念図。
【図２】浸窒処理のヒートパターンを示す図
【図３】浸窒部材の硬化層深さの測定結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３６】
１  ガス浸窒装置
２  ガス浸窒炉
２ａ  天井部
３  導入口
４  ファン
１１  上段の加熱ヒータ
１２  下段の加熱ヒータ
２１  上段の被処理部材
２２  下段の被処理部材
Ｇ  アンモニアガス
【図１】
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【図２】
2010132988.tif 000004
【図３】
2010132988.tif 000005