(57)【要約】【課題】  熱変形の発生を抑制可能な析出硬化型軽合金の熱処理方法および熱処理装置を提供する。【解決手段】  析出硬化型軽合金からなるワークＷを溶体化処理し、次いで焼入れ処理を行うことにより、ワークＷの機械的特性を向上させる析出硬化型軽合金の熱処理であり、少なくとも前記溶体化処理を前記ワークＷを粒状物からなる流動層６中に埋設させ且つ粒状物の流動を停止させた状態で行うようにした。【選択図】    図２
2005233571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
析出硬化型軽合金からなるワークを溶体化処理し、次いで焼入れ処理を行うことにより、ワークの機械的特性を向上させる析出硬化型軽合金の熱処理方法において、
前記溶体化処理を、前記ワークを粒状物からなる流動層中に埋設させ且つ粒状物の流動を停止させた状態で行うことを特徴とする析出硬化型軽合金の熱処理方法。
【請求項２】
前記流動層の粒状物は、ワークの投入および取出し時には流動させることを特徴とする請求項１に記載の析出硬化型軽合金の熱処理方法。
【請求項３】
前記溶体化処理を行う加熱槽は、その上部に遮蔽手段を介在させてワークに焼入れ処理を施す焼入れ槽を備え、溶体化処理後のワークを焼入れ槽に移動し、遮蔽手段を遮蔽状態として焼入れ処理することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の析出硬化型軽合金の熱処理方法。
【請求項４】
前記溶体化処理を行う加熱槽は、粒状物を供給および排出する粒状物供給排出手段および冷媒を噴射する冷媒噴射手段を備え、
溶体化処理終了後に粒状物供給排出手段により加熱槽内の粒状物を排出し、冷媒噴射手段により冷媒を噴射してワークに焼入れ処理を施すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の析出硬化型軽合金の熱処理方法。
【請求項５】
析出硬化型軽合金からなるワークを溶体化処理し、次いで焼入れ処理を行うことにより、ワークの機械的特性を向上させる析出硬化型軽合金の熱処理装置であり、
投入されたワークを粒状物内に埋設して収容する加熱槽と、
加熱槽へ熱風を供給する熱風発生手段とを備え、
前記ワークの溶体化処理は、熱風発生装置よりの供給流量を低下させて粒状物の流動を停止させた状態で処理することを特徴とする析出硬化型軽合金の熱処理装置。
【請求項６】
前記熱風発生装置の熱風供給圧力若しくは熱風供給量は、ワークの投入および取出し時に粒状物を流動させるよう増大させることを特徴とする請求項５に記載の析出硬化型軽合金の熱処理装置。
【請求項７】
前記加熱槽は、その上部に仕切り手段を介在させて隣接配置され、加熱槽で溶体化処理後のワークに冷媒を噴射することにより焼入れ処理する焼入れ槽を備えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の析出硬化型軽合金の熱処理装置。
【請求項８】
前記加熱槽は、粒状物を供給および排出する粒状物供給排出手段と、冷媒を噴射する冷媒噴射手段とを備え、ワークの溶体化処理後に前記粒状物供給排出手段により粒状物を加熱槽から回収し、冷媒噴射手段による冷媒噴射により前記ワークを急冷して焼入れ処理を行うことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の析出硬化型軽合金の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、析出硬化型軽合金の熱処理方法および熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からアルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽合金の引張強度、耐力、伸び等の機械的性質をさらに向上させるための熱処理（溶体化処理）を、トンネル炉等の雰囲気炉を経由させる従来の方法に代えて、熱風の直接吹込みにより所定温度に調整された流動層内で実施する熱処理方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、軽合金からなる鋳造品のワークピースを、熱風の直接吹込みにより所定温度に調整された流動層中に存在させることにより、鋳造品を熱処理するものであり、被熱処理物の温度を均一とでき、溶体化温度を高くして短時間で処理できることや粉粒体による圧力の効果で膨れ（ブリスター）の発生が少なくでき、且つ短時間で処理できるようにしたものである。
【特許文献１】特開２００２−２７５５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例では、ブロアよりの空気をバーナの火炎により７００〜８００℃の熱風まで暖めて多孔パイプを介して流動層炉内に吹込むことで、充填した粒状物を加熱空気泡により流動させて流動層炉内にハンガで吊るしたワークピースを熱処理するものであるため、被熱処理材は拘束されておらず、粒状物の流動状態によってはワークピースに均一な温度分布が得られず熱変形を生じ、後工程において歪矯正を必要とする。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、熱変形の発生を抑制可能な析出硬化型軽合金の熱処理方法および熱処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、析出硬化型軽合金からなるワークを溶体化処理し、次いで焼入れ処理を行うことにより、ワークの機械的特性を向上させる析出硬化型軽合金の熱処理であり、少なくとも前記溶体化処理を前記ワークを粒状物からなる流動層中に埋設させ且つ粒状物の流動を停止させた状態で行うようにした。
【発明の効果】
【０００７】
したがって、本発明では、析出硬化型軽合金からなるワークを溶体化処理し、次いで焼入れ処理を行う熱処理において、少なくとも前記溶体化処理を前記ワークを粒状物からなる流動層中に埋設させ且つ粒状物の流動を停止させた状態で行うため、被処理材であるワークが流動を停止した粒状物により固定され、熱変形の発生を抑制でき、後工程において歪矯正を必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の析出硬化型軽合金の熱処理方法および熱処理装置を各実施形態に基づいて説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、本発明を適用した析出硬化型軽合金の熱処理装置の第１実施形態を示す断面図である。図１において、析出硬化型軽合金の熱処理装置１は、下層に形成した加熱槽２と、上層に形成した焼入れ槽３とを備え、加熱槽２と焼入れ槽３とは開閉可能な仕切り板４により連通状態または遮蔽状態とすることができる。
【００１０】
前記加熱槽２は、仕切り板４の下層に形成され、底部側において熱風を吹き出す多数のノズル５Ａを備えた多孔板５で仕切ることで、多孔板５の上方に粒状物を溜めた流動層６を形成し、多孔板５下方の空間７には熱風発生装置８により発生した熱風を供給するよう構成している。
【００１１】
前記流動層６を形成する粒状物は、通気度を安定化させるために球状若しくは球状に近い形状としている。このため、熱風の定常流量状態での供給においては、ノズル５Ａから供給された熱風によって粒状物は流動層６内で流動状態となることなく粒状物同士の隙間を経由させて流通して粒状物および粒状物に埋設させたワークＷを加熱可能としている。また、熱風の増量状態での供給においては、粒状物が流動層６内で流動状態となり、ワークＷの粒状物内への埋設作業および粒状物内からの取出しを可能としている。ワークＷの流動層６内への埋設、流動層６内での支持および取出しは、ワークＷを支持する搬送装置のハンガ９の昇降により行う。
【００１２】
前記熱風発生装置８は、ブロア１０よりの空気を図示しないバーナで加熱して多孔板５下方の空間７に熱風を供給可能に構成しており、ブロア１０より供給する供給風量を加減することで、熱風の流量を加減して供給できる。前記流動層６内の温度は熱電対１２Ａで測定され、常時５３０〜５５０℃の炉内温度となるよう熱風発生装置８のバーナの目標燃焼温度を摂氏７００度〜８００度の範囲内でコントローラ１１により調整制御する。バーナの目標燃焼温度は、熱風の温度を熱電対１２Ｂにより測定し、熱風発生装置８のバーナをコントローラ１１により調整する。また、熱風の風量はコントローラ１１によりブロア１０の供給流量を制御することで実行する。
【００１３】
前記仕切り板４は、加熱槽２の内壁面に沿って環状に固定された固定壁４Ａと、固定壁４Ａに可動状態に取付けた可動壁４Ｂ、４Ｃとを備え、可動壁４Ｂ、４Ｃを図示の連通状態から開閉アクチュエータ４Ｄにより鎖線図示のように作動位置に移動させることで、加熱槽２と焼入れ槽３との間を遮蔽する遮蔽状態とすることを可能としている。遮蔽状態においては、後述する仕切り板４上に流れる冷却媒体を焼入れ槽３外に排出するドレインパイプ１３の端部が焼入れ槽３の内壁面に開口するよう構成している。ドレインパイプ１３は開閉バルブ１４備え、ドレインタンク１５に連通している。
【００１４】
前記焼入れ槽３は、壁面から露出させた複数の冷却媒体噴射装置２０を円周方向等間隔に配置して備える。複数の冷却媒体噴射装置２０は、導入管路２１を介して冷却媒体供給装置２２に接続されている。冷却媒体供給装置２２は、冷却空気若しくは冷却水を冷却媒体噴射装置２０に供給可能であり、コントローラ１１による指令により冷却媒体を冷却媒体噴射装置２０に供給する作動時には、冷却媒体噴射装置２０より噴射した冷却空気若しくは冷却水のミストをワークＷに噴射するよう作動可能である。
【００１５】
以上の構成の析出硬化型軽合金の熱処理装置１による熱処理方法について以下に説明する。析出硬化型軽合金の熱処理方法においては、先ずワークＷに合金元素として含まれているＳｉ、ＭｇやＣｕを固溶限温度（溶体化処理温度）まで加熱することでα相とする溶体化処理工程と、その状態からワークＷを急冷することでα固溶体として析出させる焼入れ工程とから構成されている。次いで必要に応じてワークＷに対して時効硬化処理が実行される。
【００１６】
先ず、仕切り板４を開放した状態で、熱風発生装置８およびブロア１０を作動させてバーナにより摂氏７００度〜８００度に加熱した熱風を加熱槽２に供給し、多孔板５の多数のノズル５Ａから流動層６に供給する。供給する熱風はブロア１０より供給する空気流量を増加させた熱風を供給し、流動層６の粒状物を流動させる状態とする。粒状物は熱風により加熱されて溶体化温度に維持される。
【００１７】
次いで、図２に示すように、ワークＷを保持した搬送装置のハンガ９を下降させ、保持したワークＷを流動層６内に埋設する。ハンガ９およびワークＷは、粒状物が熱風により流動しているため、次第に粒状物内に埋設させることができる。
【００１８】
次に、ブロア１０より供給する空気流量を定常状態の小容量に切換える。定常状態の熱風により、粒状物の流動状態が停止され、熱風は粒状物の隙間を下方から上方へ流れる状態となり、埋設したワークＷを粒状物および熱風で加熱し、溶体化温度に急激に昇温させる。粒状物は球体若しくは球体に近い形状をしているため、その通気度が安定しており、流動化されない。この状態で所要時間の溶体化処理がなされる。ワークＷは粒状物が流動化しないため、粒状物によりその移動が阻止され、ワークＷは固定される。粒状物およびワークＷの温度は溶体化温度である、例えば、摂氏５３０〜５５０度の温度に維持される。
【００１９】
溶体化処理時間経過後には、ブロア１０よりの供給空気を再び増量させ、粒状物を流動状態とし、搬送装置のハンガ９を上昇させてワークＷを流動層から取出し、焼入れ槽３に移動させる。流動層６の粒状物は増量された熱風により流動状態であるため、ワークＷおよびハンガ９は容易に流動層６から取出すことができる。
【００２０】
その後、仕切り板４を開閉アクチュエータ４Ｄを作動させて、その可動壁４Ｂ、４Ｃを遮蔽状態とすることで焼入れ槽３と加熱槽２とを遮断し、ブロア１０よりの供給流量を定常状態として加熱槽２の流動層６の粒状物の流動状態を停止させる。
【００２１】
焼入れ槽３では、冷媒供給装置２２を作動させて冷却空気または水からなる冷媒を冷媒噴射装置２０に供給し、冷媒噴射装置２０よりワークＷに向けて冷却空気または水滴からなるミスト状に冷媒を噴射し、ワークＷを急冷させて焼入れ処理する。ワークＷから流れ落ちた冷却水等の冷媒は仕切り板４上を流れて固定壁４Ａ上面に流れ、ドレインパイプ１３を経由してドレインタンク１５に排出される。焼入れ処理によりワークＷが所定温度に冷却されると、冷媒供給装置２２の作動が停止され、冷媒噴射装置２０よりの冷却空気または水滴からなるミスト状の冷媒の噴射は停止される。焼入れ処理されたワークＷは、ハンガ９を上昇させて加熱槽３外に取出され、次工程に搬送される。
【００２２】
次いで、次のワークＷのために、仕切り板４が開放され、次のワークＷがハンガ９により投入され、同様にして溶体化処理工程および焼入れ工程が順次実行される。
【００２３】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２４】
（ア）析出硬化型軽合金からなるワークＷを溶体化処理し、次いで焼入れ処理を行う熱処理において、少なくとも前記溶体化処理を前記ワークＷを粒状物からなる流動層６中に埋設させ且つ粒状物の流動を停止させた状態で行うため、被処理材であるワークＷが流動を停止した粒状物により固定され、熱変形の発生を抑制でき、後工程において歪矯正を必要としない。
【００２５】
（イ）流動層６の粒状物は、熱風発生装置８の熱風供給圧力若しくは熱風供給量を増大させる等して、ワークＷの投入および取出し時には流動させるため、ワークＷを粒状物内に埋設させたり粒状物から取出すことが容易となる。
【００２６】
（ウ）溶体化処理を行う加熱槽２の上部に遮蔽手段としての仕切り板４を介在させてワークＷに焼入れ処理を施す焼入れ槽３を隣接して配置し、溶体化処理終了後のワークＷを焼入れ槽３に移動させて仕切り板４を遮蔽状態として焼入れ処理するため、被熱処理材であるワークＷの移動時間が短縮され、溶体化処理後の被処理材温度を低下させずに焼入れ処理が実施でき、ワークＷの材質特性を向上できる。
【００２７】
（第２実施形態）
図４および図５は、本発明を適用した析出硬化型軽合金の熱処理装置の第２実施形態を示し、図４は熱処理装置による溶体化処理工程の断面図、図５は熱処理装置による焼入れ処理工程の断面図である。本実施形態においては、加熱槽に粒状物の回収・戻し機能と冷媒噴射機能を付加することにより、焼入れ槽の機能を持たせるようにしたものである。なお、図１と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００２８】
図４において、加熱槽２は、逆円錐形に傾斜させたテーパ状の底部２Ａを備え、底部２Ａ中心に接続した排出管路３０を経由させて、収容する粒状物を回収タンク３１に回収可能に構成しており、排出管路３０の中途部には、駆動モータ３２Ａにより作動する回収ポンプ３２を備える。回収タンク３１には、導入バルブ３３開放時に熱風発生装置８よりの熱風を底部近傍に導入可能に構成し、回収した粒状物を熱風導入により流動化させ、戻し管路３４を経由させて駆動モータ３５Ａにより作動する戻しポンプ３５により加熱槽２内へ戻すことができるよう構成している。
【００２９】
加熱槽２には、加熱槽２の中途部に多孔パイプ３６を架渡して構成し、熱風発生装置８よりの熱風を供給バルブ３７を介して多孔パイプ３６内に供給することで、多孔パイプ３６の多数のノズル孔３６Ａから熱風を吹き出させるようにしている。
【００３０】
また、加熱槽２の壁面には、壁面から露出させた複数の冷却媒体噴射装置２０を円周方向等間隔に配置して備え、第１実施形態と同様に、冷却空気若しくは冷却水が図示しない冷却媒体供給装置２２より供給されるよう構成している。また、噴出された冷却水ミストの回収のために、前記排出管路３０を下方に分岐させて形成したドレインパイプ１３およびドレインパイプ１３中途部に形成した開閉バルブ１４を経由させてドレインタンク１５に連通させている。
【００３１】
以上の構成の析出硬化型軽合金の熱処理装置１Ａによる熱処理方法について以下に説明する。図４は、溶体化処理時の状態を示し、粒状物が加熱槽２内に溜められており、熱風発生装置８およびブロア１０を作動させてバーナにより摂氏７００度〜８００度に加熱した熱風を多孔パイプ３６に供給し、多孔パイプ３６の多数のノズル３６Ａから加熱槽２内に供給する。供給する熱風はブロア１０より供給する空気流量を増量した熱風を供給し、粒状物を流動させる状態とする。粒状物は熱風により加熱されて溶体化温度に維持される。
【００３２】
次いで、ワークＷを保持した搬送装置のハンガ９を下降させ、保持したワークＷを流動状態の粒状物内に埋設する。ハンガ９およびワークＷは、粒状物が熱風により流動しているため、次第に粒状物内に埋設させることができる。
【００３３】
次に、ブロア１０より供給する空気流量を定常状態に切換える。定常状態の熱風により、粒状物の流動状態が停止され、熱風は粒状物の隙間を下方から上方へ流れる状態となり、埋設したワークＷを粒状物および熱風で加熱し、溶体化温度に急激に昇温させる。粒状物は球体若しくは球体に近い形状をしているため、その通気度が安定しており、流動化されない。この状態で所要時間の溶体化処理がなされる。ワークＷは粒状物が流動化しないため、粒状物によりその移動が阻止され、ワークＷは固定される。粒状物およびワークＷの温度は溶体化温度である、例えば、摂氏５３０〜５５０度の温度に維持される。
【００３４】
溶体化処理時間経過後には、回収ポンプ３２を作動させて粒状物を回収タンク３１に回収し、回収が完了した時点で回収ポンプ３２を停止させ、供給バルブ３７を閉じて多孔パイプ３６への熱風の供給を停止する。そして、熱風発生装置８よりの熱風を導入バルブ３３を開放して回収タンク３１に供給し、回収タンク３１内の粒状物を保温する。
【００３５】
次いで、図５に示すように、被処理材であるワークＷがハンガ９に支持されている加熱槽２において、冷媒供給装置２２を作動させて冷却空気または水からなる冷媒を冷媒噴射装置２０に供給し、冷媒噴射装置２０よりワークＷに向けて冷却空気または水滴からなるミスト状に冷媒を噴射し、ワークＷを急冷させて焼入れ処理する。ワークＷから流れ落ちた冷却水等の冷媒は底部２Ａの排出管路３０から分岐したドレインパイプ１３を経由してドレインタンク１５に排出される。焼入れ処理によりワークＷが所定温度に冷却されると、冷媒供給装置２２の作動が停止され、冷媒噴射装置２０よりの冷却空気または水滴からなるミスト状の冷媒の噴射は停止される。焼入れ処理されたワークＷは、ハンガ９を上昇させて加熱槽２外に取出され、次工程に搬送される。
【００３６】
次いで、次のワークＷのために、熱風発生装置８より回収タンク３１に供給している熱風を増量状態として粒状物を流動化させ、戻しポンプ３５を作動させて回収タンク３１内の粒状物を加熱槽２内に戻す。回収タンク３１内の粒状物の加熱槽２への戻しが完了した時点で戻しポンプ３５を停止させ、熱風発生装置８よりの熱風を導入バルブ３３を閉じ、供給バルブ３７を開放して多孔パイプ３６に供給して、多孔パイプ３６の多数のノズル３６Ａから加熱槽２内に供給する。供給する熱風はブロア１０より供給する空気流量を増量状態とした熱風を供給し、粒状物を流動させる状態とする。粒状物は熱風により加熱されて溶体化温度に維持される。
【００３７】
以下、同様の手順により、次のワークＷがハンガ９により投入され、同様にして溶体化処理工程および焼入れ工程が順次実行される。
【００３８】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）、（イ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。
【００３９】
（エ）溶体化処理を行う加熱槽２に、粒状物を供給および排出する粒状物供給排出手段３０〜３５および冷媒を噴射する冷媒噴射手段２０を設け、溶体化処理終了後に粒状物供給排出手段３０〜３５により加熱槽２内の粒状物を排出し、冷媒噴射手段２０により冷媒を噴射してワークＷに焼入れ処理を施すことができるため、ワークＷを移動させずに加熱槽２内で、溶体化〜焼入れの一貫処理が可能で、効率良く熱処理ができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態を示す析出硬化型軽合金の熱処理装置の断面図。
【図２】同じく熱処理装置による溶体化処理時の断面図。
【図３】同じく熱処理装置による焼入れ処理時の断面図。
【図４】本発明の第２実施形態を示す析出硬化型軽合金の熱処理装置の溶体化処理時の断面図。
【図５】同じく熱処理装置による焼入れ処理時の断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１、１Ａ  熱処理装置
２  加熱槽
３  焼入れ槽
４  仕切り手段としての仕切り板
５  多孔板
６  流動層
７  空間
８  熱風発生装置
９  ハンガ
１０  ブロア
１１  コントローラ
２０  冷媒噴射装置
２２  冷媒供給装置
【図１】
2005233571.tif 000003
【図２】
2005233571.tif 000004
【図３】
2005233571.tif 000005
【図４】
2005233571.tif 000006
【図５】
2005233571.tif 000007