专利名称：热气淬火装置及热气热处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过使用将N2或Ar等惰性气体调节到与金属的相变点温度相关所规定的中间温度而成为的热气进行金属急冷或等温保持、不用盐浴而可以有效地进行高质量的由等温保持的热处理的使用热气的金属热处理方法及热气淬火装置和热气热处理系统。
背景技术：
作为金属淬火的方法，除了将预热到淬火开始温度的工件一下子冷却到常温、其后回火的通常的淬火以外，还周知称为等温热处理法、在S曲线(T、T、T曲线)中规定的中间温度下进行一定时间的等温保持、可以格外提高质量的奥氏体等温淬火、马氏体等温淬火、改良型马氏体等温淬火等。
历来，由等温保持的热处理用盐浴进行(参照社团法人日本热处理技术协会编、热处理技术便览、2000年8月30日发行、p.144～147(盐浴热处理))。淬火时使用150～550℃的低温用、570～950℃的中温用、1000～1300℃的高温用盐浴。作为盐浴的材料，温度有别地区分而使用KNO2或KNO3和NaNO2的混合物、BaCl2和KCl或CaCl2的混合物、或者NaCl和LiCl或KCl的混合物等。
在用盐浴的金属热处理中，从真空炉或大气炉等的预热炉中取出工件不能一下子进行向作为目的的温度冷却，要采取各种对策(参照社团法人日本热处理技术协会编、热处理技术便览、2000年8月30日发行、p.769～773(盐浴炉))。
例如，在真空炉内配置高温的盐浴，在表面一度附着盐的状态下取出工件，在实施防锈膜的状态下顺次向温度低的盐浴移行，在最终中间温度的盐浴中进行等温保持。盐浴间的移动，用拉链起重机等进行。在以高温工件和高温热浴作为对象的作业中，必须熟练、要非常贯注地进行。
另一方面，有在称为连续式的预热炉的下方配置奥氏体等温淬火处理用盐浴、将从预热炉排出的小型工件向盐浴移动、用传送带等顺次移动的例子。这种方法存在对处理品限制多、只能对奥氏体等温淬火利用的缺点。
也有称为多目的、通过料盘间歇式自动传送、联系预热炉及盐浴冷却槽、以全自动进行奥氏体等温淬火处理的例子。但是，该方法也无法改变花费大、使用盐浴的状况。
盐浴因为无论其使用的方法如何，都要将工件浸渍在盐浴内进行冷却或等温保持，因此必须有工件浸入和吊起的装置，自然，处理受到限制。例如，在如升温奥氏体等温淬火那样、在向200℃急冷后快速向250℃升温并进行等温保持、其后要向常温冷却这样的复杂的工序中，必须要有多个盐浴，另外，对于盐浴要有移送工件的装置，成为装置花费大、制品成本提高的原因。
另外，另一方面，近年来，从使用盐浴造成的环境恶化问题出发，进行工件的冷却、特别是淬火时，可以避开在盐浴中的冷却而用N2或Ar气等惰性气体进行冷却、淬火。例如，在特开平5-66090号公报中所示的真空炉中，将工件收纳在耐压性炉本体内，加热到1000～1200℃，为了进行其后的冷却，在上述炉本体内导入5Bar的惰性气体，通过涡轮鼓风机的动作使该气体循环，可以使上述热处理品比较迅速地冷却。该真空炉设有使设置在内部的工件进行除热、1次预热、2次预热、向淬火温度的预热、在预热温度下的高温保持等一系列的加热处理的加热器等的加热装置。对工件实施一系列预热处理时，接着，吸入5Bar的N2气体，可以进行冷却、淬火处理。该炉也称为喷流炉。
但是，在历来的可气体淬火的喷流炉中，虽然被预热的工件可以向常温急冷、向常温淬火处理，但是不能在中间温度下等温保持，也就不能够进行奥氏体等温淬火、马氏体等温淬火、改良型马氏体等温淬火等必须等温保持的热处理。
有用上述喷流炉试行由等温保持的奥氏体等温淬火的例子。该场合，将控制装置的目标温度设定为等温保持温度，这里，指令一定时间的等温保持。这时，上述喷流炉，根据指令，气体温度若从目标温度向下偏移，则工件加热用加热器起动，若向上偏移，加热器断开。
其间，用鼓风机循环的气体流平常用水冷装置冷却。因此，上述喷流路会显示上至50～100℃、下至100℃的大幅度的温度变化，无论如何也不能经受使用。即，在历来的喷流炉中，不可能实现等温保持的控制。另外，由于导入的惰性气体是常温，还存在部分的局部地方发生过冷却的问题。尽管如此，也就不是所谓只要仅仅使导入的惰性气体的温度提高就行的问题了。
发明内容
本发明人等锐意研究了可等温保持的气体淬火方法。另外，根据该研究结果，着眼于在冷却预热后的工件时，如果喷吹常温的惰性气体，由于必然发生部分的局部地方的过冷却，所以至少在初期赋予的惰性气体必须是例如Ms点附近的高温，确立了热气的概念，并对其应用进行了研究。所谓热气是指在将预热工件冷却到目标温度时所用的惰性气体中、根据淬火方法的类别、规定为工件不发生过冷却的温度、例如Ms点以上的温度的中间温度的惰性气体。若更正确定义，则所谓热气是指作为等温保持的目标温度、关联参照的相变点温度而调节生成规定的中间温度的惰性气体。通过生成这样的热气，喷吹到工件上，可以在无过冷却的条件下将工件冷却到目标温度、进行等温保持。
本发明的目的在于，沿袭以上所示的热气概念后，提供可以进行除了等温保持以外的热处理的由热气的金属处理方法及用该方法的热气淬火装置和热气热处理系统。藉此，用热气不仅能够更安全、更有效地进行由历来的盐浴法实施的由等温保持的金属热处理，而且还可以通过热气温度的自由控制自由地实施在历来的盐浴法中不能够进行的金属热处理方法。
另外，具体地说，其目的在于，提供一种热气淬火装置，其对于历来只能实施普通淬火的喷流炉，可能在中间温度下的等温保持，能够实施奥氏体等温淬火、升温奥氏体等温淬火、马氏体等温淬火、改良型马氏体等温淬火等任意淬火的5种(基本型、气体预热型、混合器内或流路内接触材料型、坩埚型)。
其目的还在于，将上述热气淬火装置与预热炉组合起来，提供除了等温保持以外，可以效率良好地实施各种热处理的热气热处理系统。
可以解决上述课题的本发明的由热气的金属热处理方法，其特征在于，对预热到淬火开始温度的工件，喷吹调节到上述工件的等温相变点温度附近的惰性气体(热气)而急冷，其后，在温度差5℃以内等温保持任意的时间，同时可任意地变更上述热气的温度，根据各种等温保持的金属热处理方法，进行静态的或动态的由等温保持的金属热处理。
从而，根据本发明的由热气的金属热处理方法，用由各种等温保持的金属热处理和热气代替历来的盐浴法，可以安全、有效地用小设备进行。此外，由于能够容易、迅速、自由地进行温度变化的控制，所以可以消除由历来盐浴的限制，进行除了静态的温度保持以外的动态的等温保持。所谓动态的是指快速的和变化是自由的。如设计为、例如300℃下10分钟、315℃下20分钟、再次305℃下30分钟，可以正确地进行动态的控制。
另外，可以谋求用历来的盐浴法可实施的奥氏体等温淬火、马氏体等温淬火、改良型马氏体等温淬火等的各种金属热处理方法的改良，可以提出更有效的由等温保持的金属热处理方法，制成原材料。
本发明的热气淬火装置取以下5种构成。将各构成的热气淬火装置分别作为H·O·T-1、H·O·T-2、H·O·T-3、H·O·T-4、H·O·T-5，将其分别的特征汇总示于表1。
表1
本发明的基本型的热气淬火装置H·O·T-1是可以将预热到淬火开始温度的工件急冷到在上述工件的在等温相变点温度附近规定的中间温度，其后进行等温保持的热气淬火装置，其特征在于，具备将预热的工件收纳在惰性气体气氛气体中的工件收纳部，相对于与上述工件收纳部连通的流路、分别具有可调节开度的控制口而分支配置的第1(高温用)及第2(低温用)流路，配置在上述第2流路中、使由其入口输入的惰性气体向常温冷却的气体常温冷却装置，配置在上述第1及第2流路的终端位置上、将可以从两流路送进的不同温度的惰性气体混合成均匀温度的混合器，将从上述混合器输出的惰性气体分支到细管中、均匀地喷吹到上述工件的外周面上的分配器，配置在上述混合器和上述分配器之间、将从上述混合器中输出的惰性气体相对于上述分配器加压而供给的鼓风机装置，将所需要量的惰性气体吹入上述第1或第2流路中的惰性气体导入装置，和驱动上述鼓风机装置而且导入上述惰性气体、同时按照上述混合器输出气体的温度成为上述中间温度那样调节控制上述控制口的开度的调节器。
本发明的热气淬火装置，由于在淬火开始前工件处于惰性气体气氛中，所以调节分别流入第1流路及第2流路的高温及低温的气体量，用配置在两流路终端位置的混合器混合两气体，就可以生成任意温度的惰性气体。
各流路及流路上具备的控制口可以调整通过各流路的气体量的比率，各自的开度，可以一个一个地控制，也可以联动控制。另外，只要在功能上可以调节气体量就行。例如，只要是风洞构成就行，断面形状既可以是角形，也可以是圆形。也可以是集合管材而构成。另外，控制口除了用板状构件间隔开口部分的构成以外，也可以是用阀构件关闭开口部分的方式。控制的方式，除了连续地控制开口部分以外，也可以将开口部分分割成多个，开闭控制几个分割部分，调节整体流量。
作为气体常温冷却装置的一例，有水冷装置的例。也可以是空冷装置。此外，有冷却媒体是水和空气以外的媒体制成的冷却装置的例子，但是，由实用出发，利用水冷装置最方便。因而，本发明中，气体常温冷却装置用水冷装置并进行说明。
通常，流入第1流路的气体从分配器输出后用工件冷却。另外，初期是600～700℃，其后，成为在本发明中调节的中间温度、例如200～500℃，最终成为常温。这时，由于本发明的第1流路是只通过气体的构成，所以只要是用适宜的石墨耐火材料等覆盖壁面的构成就行。另外，由于第2流路的内部配置水冷装置，可以使输入的高温气体立即冷却到常温，因是与平时的常温接近的状态，所以无须特别的耐火结构，可以容易地构成。
上述混合器仅仅将从第1及第2流路输出的气体均匀地混合。因而，只要是适宜地借助金属片或板、管路等可以混合从第1及第2流路分别输入的气体的结构就可以实现。
水冷装置、分配器和鼓风机装置可以用与历来例中所示的特开平5-66090号公报所示的喷流路同样的普通装置构成。由冷却水管的水冷装置的输出温度可以根据输入气体的温度取为20～100℃。
在本发明的热气淬火装置H·O·T-1中，可以将从混合器输出的惰性气体的温度调节为中间温度。从而，常温的惰性气体也可以导入第1流路或第2流路的任一个。例如，导入第1流路的惰性气体可以与流入第1流路的惰性气体混合，与从第2流路输出的惰性气体混合，成为中间温度而导向分配器。按照气体的导入量成为仅可以急冷工件的气体密度那样、压力成为例如5Ba那样调节。调节器可以经常监视混合器的输出温度，以中间温度作为目标温度，按照从分配器输出的温度成为目标温度那样调节各流路具备的控制口的开度。目标温度可以变化。例如，将奥氏体等温淬火中的等温保持温度取为300℃的场合，可以将目标温度最初取为200℃、然后取为300℃。在本发明中，将这些中间温度全部称为热气。
以上的构成，根据技术条件，由于通过分配器的气体平常是用调节器控制的温度，所以就不会输出使工件发生过冷却的低温气体。另外，由于温度是采用调节第1流路及第2流路的气体通过量的方式来进行，所以可以细致地进行控制，在等温保持阶段，可以充分控制在±1℃。
由以上所述，在本发明的热气淬火装置H·O·T-1中，可以使收纳在惰性气体气氛中的工件在中间温度下淬火或等温保持。另外，不会发生过冷却。除了奥氏体等温淬火以外，还可以实施马氏体等温淬火、升温奥氏体等温淬火等必须在中间温度下进行等温保持的淬火。
本发明的气体预热型的热气淬火装置H·O·T-2是可以将预热到淬火开始温度的工件急冷到在上述工件的等温相变点温度附近规定的中间温度，其后进行等温保持的热气淬火装置，其特征在于，具备将预热的工件收纳在真空中的工件收纳部，相对于与上述工件收纳部连通的流路、分别具有可调节开度的控制口而分支配置的第1(高温用)及第2(低温用)的流路，配置在上述第2流路中、使由其入口输入的惰性气体向常温冷却的气体常温冷却(水冷)装置，配置在上述第1及第2流路的终端位置上、将从两流路送进的不同温度的惰性气体混合成均匀温度的混合器，将从上述混合器输出的惰性气体分支到细管中、均匀地喷吹到上述工件的外周面上的分配器，配置在上述混合器和上述分配器之间、将从上述混合器中输出的惰性气体相对于上述分配器加压而供给的鼓风机装置，将预热到上述中间温度的惰性气体吹入到除上述第2流路以外的任意位置上的惰性气体导入装置和驱动上述鼓风机装置而且导入上述惰性气体、同时按照上述混合器输出气体的温度成为上述中间温度那样调节控制上述控制口的开度的调节器。
本发明的热气淬火装置H·O·T-2适用于将工件收纳在真空中的场合。导入的惰性气体必须预热到中间温度、例如150～300℃。即，由于第1及第2流路与上述的热气淬火装置H·O·T-1同样，可以说是只单独通过气体的结构，所以向第1或第2流路导入常温的惰性气体时，借助于分配器向工件喷吹常温的惰性气体。在这种情况下就会发生过冷却。但是，在本发明中，由于将惰性气体预热到中间温度后导入，所以可以使在初期喷吹到工件上的气体成为不发生过冷却的中间温度，而无过冷却发生。
导入气体的预热可以用电加热器和热交换器实施。导入量是1～数kg左右，只要可以将其升温到150℃左右就行。需要的能量是500～1000kcal左右。由于预热温度与调节器控制的控制目的温度不同，所以可以规定为始终不发生过冷却的温度。例如，可以将惰性气体的预热温度取为150℃，将控制目标温度在初期取为200℃，最终取为300℃而进行等温保持等。之所以将初期的目标温度比最终的目标温度设定小，是由于要尽可能使冷却温度进行迅速。
由以上，本发明的热气淬火装置H·O·T-2可以使收纳在真空中的工件一边吹入预热的惰性气体，一边冷却到中间温度，可以进行等温保持，也就可以进行奥氏体等温淬火、马氏体等温淬火、升温奥氏体等温淬火等的等温热处理。
本发明的混合器内接触材料型的热气淬火装置H·O·T-3是可以将预热到淬火开始温度的工件急冷到在上述工件的等温相变点温度附近规定的中间温度，其后进行等温保持的热气淬火装置，其特征在于，具备将预热的工件收纳在真空或惰性气体气氛中的工件收纳部，相对于与上述工件收纳部连通的流路、分别具有可调节开度的控制口而分支配置的第1(高温用)及第2(低温用)流路，配置在上述第2流路中、使由其入口输入的惰性气体向常温冷却的气体常温冷却(水冷)装置，配置在上述第1及第2流路的终端位置上、将从两流路送进的不同温度的惰性气体混合成均匀温度的混合器，将从上述混合器输出的惰性气体分支到细管中、均匀地喷吹到上述工件的外周面上的分配器，配置在上述混合器和上述分配器之间、将从上述混合器中输出的惰性气体相对于上述分配器加压而供给的鼓风机装置，配置在上述混合器内、具有通气性及热容量、可以与从其入口输入的惰性气体进行热量交换的蓄热型接触材料，将惰性气体(可常温)吹入到上述混合器的前段侧的惰性气体导入装置和驱动上述鼓风机装置而且导入上述惰性气体、同时按照上述混合器输出气体的温度成为上述中间温度那样调节控制上述控制口的开度的调节器。
在本本发明的热气淬火装置H·O·T-3中，配置在第1及第2流路的终端位置上的混合器内配置了蓄热型接触材料。所谓蓄热型接触材料是与惰性气体接触而可以热交换蓄热量的金属等的物质，通气性良好地构成。
作为蓄热型接触材料，有例如铁等金属的片和钢球或管材等的例子。总而言之，只要是可以与需要流路中流动的惰性气体进行热交换、将惰性气体的温度转换成蓄热型接触材料的预热温度的材料就行。接触材料的热容量Qm可以由与收纳在收纳部中的工件的热容量Qw的比率决定。计算方面，如果工件及蓄热型接触材料是同一材质(铁)，则可以以重量比率决定。
蓄热型接触材料的热容量Qm，在取工件的热容量为Qw时，必须是0.1～0.3倍左右。为使初期导入的常温惰性气体成为不发生过冷却的温度而喷吹到工件上，必须根据惰性气体的导入量而规定。热容量过于小时，惰性气体的导入量受到大幅的限制。热容量越大就越稳定，但是由于混合器容量也要增大，所以在实用时规定为0.3倍左右。
由以上，按照本发明的热气淬火装置H·O·T-3，将工件收纳在真空中的场合，导入第2流路的常温惰性气体可以用混合器内的接触材料升温到工件不发生过冷却的温度、例如200℃再喷吹到工件上。
收纳部在初期不是真空而是惰性气体气氛的场合，可以按照上述的热气淬火装置H·O·T-1所示那样，通过各流路的控制口的开度调节，从开始控制惰性气体的温度和不发生过冷却。但是，由于本发明在混合器内配置若干热交换型接触材料，所以可以使从收纳部输出的高温气体急冷到接触材料温度，气体的密度、即气体压力和气体流速增大，可以更急速地冷却工件。
本发明的流路内接触材料型的热气淬火装置H·O·T-4是可以将预热到淬火开始温度的工件急冷到在上述工件的等温相变点温度附近规定的中间温度，其后进行等温保持的热气淬火装置，其特征在于，具备将预热的工件收纳在真空或惰性气体气氛中的工件收纳部，相对于与上述工件收纳部连通的流路、分别具有可调节开度的控制口而分支配置的第1(高温用)及第2(低温用)的流路，配置在上述第1流路内、具有通气性及热容量、可以与从其入口输入的惰性气体进行热量交换的蓄热型接触材料，配置在上述第2流路中、使由其入口输入的惰性气体向常温冷却的水冷装置，配置在上述第1及第2流路的终端位置上、将从两流路送进的不同温度的惰性气体混合成均匀温度的混合器，将从上述混合器输出的惰性气体分支到细管中、均匀地喷吹到上述工件的外周面上的分配器，配置在上述混合器和上述分配器之间、将从上述混合器中输出的惰性气体相对于上述分配器加压而供给的鼓风机装置，将惰性气体(可常温)吹入到上述混合器的前段侧的惰性气体导入装置和驱动上述鼓风机装置而且导入上述惰性气体、同时按照上述混合器输出气体的温度成为上述中间温度那样调节控制上述控制口的开度的调节器。
本发明的热气淬火装置H·O·T-4与上述的热气淬火装置H·O·T-3不同，将蓄热型接触材料不是配置在混合器中，而是配置在第2流路内。由于流路的尺寸可以自由地设计，所以可以配置大量的蓄热型接触材料。1000℃下1t的工件、在流路中配置各种质量的250℃的铁制接触材料的场合的平衡温度如下表2所示。
表2
如表2所示，是等量的接触材料(1t)时，成为恰好的中间温度。是10倍量的接触材料时，上升了68℃。是30倍量时，终止在上升24℃。
在金属淬火时，必须急冷。即，必须将预热到1000～1350℃的工件在数分钟内向与相变点温度相关而规定的目标温度、例如300℃急冷。因此，通过在第1流路内配置与工件等量的接触材料，可以使更大量的气体以更高压高速供给，从而实现高速淬火。
如果将惰性气体的导入取为上述接触材料的前位置，由于导入的惰性气体用接触材料加热成为热气，所以收纳的工件无论是在真空还是在惰性气体气氛中，都不要预热。一点一点导入惰性气体时，不必将导入位置取为接触材料的前位置。但是，将惰性气体的导入位置取为接触材料的前位置的方法，是导入不发生温度不均所要量的惰性气体的最恰当的方法。
如以上所述，根据本发明的流路内接触材料型的热气淬火装置H·O·T-4，由于在第1流路内配置所需要量、例如1t的蓄热型接触材料，所以收纳工件无论在真空中还是在惰性气体气氛中，可以用接触材料的预热温度使伴随淬火开始的高温气体成为规定的中间温度，将大量的热气喷吹到工件上而可以急冷。另外，由于中间温度的控制是通过在1次及2次流路中具备的控制口的开度调节，所以可以容易、高精度地控制中间温度。
本发明的坩锅型热气淬火装置H·O·T-5是可以将预热到淬火开始温度的工件急冷到在上述工件的等温相变点温度附近规定的中间温度，其后进行等温保持的热气淬火装置，其特征在于，具备将预热的工件收纳在真空或惰性气体气氛中的工件收纳部，将从上述工件收纳部的气体取出口取出的惰性气体分支到细管中、均匀地喷吹到上述工件的外周面上的分配器，配置在上述气体取出口和上述分配器之间的气体循环路，配置在上述循环路中、对于上述分配器供给加压气体的鼓风机装置，配置在上述循环路中的大量的热容量型接触材料和使该热容量型接触材料维持为上述中间温度的由加热器或/及冷却器构成的辅助热源。
根据本发明的热气淬火装置H·O·T-5，与上述热气淬火装置H·O·T-1～H·O·T-4同样，宛如实现代替历来的盐浴的热气的热浴(坩埚)，可以使收纳工件的温度熏染到接触材料的温度，在所要的温度下可以等温保持。也可以急冷。通过改变热气的温度、即接触材料的温度，就可以进行普通的淬火和奥氏体等温淬火。还可以作为回火炉利用。
与其它的热气淬火装置H·O·T-1～H·O·T-4的不同点在于，可以使表2所示的接触材料的量充分的大，可以使工件的温度和接触材料的温度均衡而急冷。本发明的热气淬火装置H·O·T-5不必有上述热气淬火装置H·O·T-1～H·O·T-4的第2流路。
根据表2所示的关系，热气淬火装置H·O·T-5中接触材料的热容量取为以工件的热容量作为基准的5～10倍以上，优选取为10～30倍的高容量，水冷装置不动作时，取为可急冷上述工件的程度的量。藉此，只用鼓风机装置的驱动，就可以向中间温度急冷和等温保持。
本发明的热气淬火装置H·O·T-5，使用的接触材料的量大，在改变接触材料的初期预热温度时，需要一定的时间及热量。因而，可以配置多个本装置H·O·T-5，例如，如果在200℃、250℃等不同的温度下进行管理，就可以与所要的温度立即对应，有效地而且圆滑地实施各种热处理。
本发明的热气热处理系统是可以使预热到淬火开始温度的工件急冷或者等温保持、同时对大量的工件应用各种等温保持热处理方法、顺序有效地进行热处理的热气热处理系统H·O·T·S，其特征在于，具有将上述工件预热到淬火开始温度的预热炉，保持上述预热炉内预热的工件在上述淬火开始温度原样移送的工件移送装置和接收由该工件移送装置移送的工件、急冷到在上述淬火开始温度和常温之间设定的中间温度或者进行等温保持的热气淬火装置H·O·T-i(i＝1～5)，将在上述预热炉内预热的工件送入上述热气淬火装置中，可以效率良好地进行奥氏体等温淬火、升温奥氏体等温淬火、马氏体等温淬火、改良型马氏体等温淬火、其它的热处理。
上述工件移送装置具有保温或者保热装置和调节内部压力的气压调节装置，由在热处理工厂内可自由移动的自动装置构成。另外，上述工件移送装置可以由保温或者保热装置和调节内部压力的气压调节装置及具备工件移送装置的风洞装置构成。
本发明的热气热处理系统H·O·T·S可以将各种热气淬火装置H·O·T-i(i＝1～5)编入各种热处理系统中，进行工件的移送，使预热到淬火开始温度的工件急冷或等温保持，同时对大量的工件应用各种热处理方法，顺序有效地进行热处理。
作为系统构成例，有热气淬火装置H·O·T-i(i＝1～5)和多个预热炉串联或并联地组合的例子。在由串联连接的连续送入的组合中，通过恰当地选取相对于各炉的生产节拍，可以使间歇送入的工件顺序地、效率良好地进行淬火。与用历来的盐浴而系统化的情况不同，不必有工件的浸入吊起，不必担心环境恶化，配置自由、应用范围广、可以形成灵活的热处理系统。
使用以上所示的本发明的热气淬火装置及热气热处理系统的热处理，由于可以进行由等温保持的热处理，所以可以防止脱碳和氧化那样的表面变质的危险。另外，由于不发生表面粗糙和变形，所以可以节省再精加工的成本。韧性高，可以防止裂纹大(割山)而寿命长。因自动化可以确实遵循参数，从而可以保证质量。无不愉快的环境，不发生污染、废水的问题。可以谋求操作的圆滑化，可以谋求加工成本的降低等，有较多的优点。
图1是表示与本发明的一种实施方式有关的热气淬火装置H·O·T-1、H·O·T-2的结构的纵剖面说明图。
图2是表示基本型热气淬火装置H·O·T-1的控制概要的温度曲线图。
图3是表示气体预热型热气淬火装置H·O·T-2的控制概要的温度曲线图。
图4是表示可以用本发明的热气淬火装置进行的等温保持淬火方法的时间和温度的淬火曲线图。
图5是表示本发明的混合器内接触材料型热气淬火装置H·O·T-3的结构的纵剖面说明图。
图6是表示本发明的流路内接触材料型热气淬火装置H·O·T-4的结构的纵剖面说明图。
图7是表示表2中所示的工件及接触材料的循环路中的平衡温度的曲线图。
图8是表示热气淬火装置H·O·T-4的控制概要的流程图。
图9是表示由图8的控制得到的各种变化或动作的时间图。
图10是表示本发明坩锅型热气淬火装置H·O·T-5(H·O·T·R)的实施方式的纵剖面说明图。
图11是表示与本发明的一种实施方式有关的热气热处理系统H·O·T·S的结构的平面说明图。
具体实施例方式
以下，参照附图，同时对本发明的热气淬火装置H·O·T-i(i＝1～5)及热气热处理装置H·O·T·S顺次说明实施的方式。
图1表示了与本发明的一种实施方式有关的热气淬火装置H·O·T-1、H·O·T-2的构成。基本型的热气淬火装置H·O·T-1和气体预热型热气淬火装置H·O·T-2，在外观上是相同的，但惰性气体(N2气)的导入位置和控制方法不同。在基本型H·O·T-1中，惰性气体的导入位置可以是第1流路或第2流路，但是在气体预热型中，是第1流路侧。图中，因为那一种场合都能适用，所以例示了将惰性气体导入第1流路的例子。
压力容器1按照可以耐受5Bar的压力制作。压力容器1的外周用保温材料2保温。在压力容器1的前面(图中左方)设开闭自由的门3。
在上述压力容器1的偏前的位置上，配置用绝热材料制作的预热炉4，在其内部是工件W的收纳部。用设在上述门3上的液压缸装置6使预热炉4的炉前口5与预热炉4的本体部分密合。在预热炉4的内部收纳工件W。
在本例中，预热炉4收纳工件W，用加热器7进行工件的预热。有时也从外部移送来预热好的工件W。预热炉4可以作为气氛气体炉或真空炉而构成。预热炉是真空炉时，在压力容器1的内部保持真空状态那样构成。在预热炉4的后部，设置根据回动轴8的回动而可开闭的炉后口9。
在上述压力容器1的内侧，对在上述预热炉4内收纳的工件W喷吹惰性气体，同时配置用于循环喷吹后的气体的循环路10。在循环路10内配置分配器11的吸气口11a，分配器11的输出口按照附有阀V1的多个细管11b被连续分支、可以向上述预热炉4内部的上述工件W喷出气体那样构成。在分配器11的本管的前端设细孔11c，平时可以喷出少量的气体。这是由于可以使循环路10中的气体在中间温度下进行预热保持。
在上述循环路10的途中，分支形成用于使循环路10中流动的惰性气体成为热气的上下1对流路F1、F2。在两流路F1、F2的终端位置上配置用于均匀地混合从两流路F1、F2输出的惰性气体的混合器12。在各流路F1、F2的气体入口处，设置用液压缸装置13、14可调节开度的控制口C1、C2。两口C1、C2还可以以在打开一方的口时、关闭另一方口的方式连续动作。
在上述第2流路中，配置水冷装置15。图中只表示了水冷管。从未图示的水罐等中将常温水送入图示的管中，使在第2流路F2中流动的惰性气体向常温冷却。在按照淬火开始时那样输入气体的温度在500℃以上的高温的情况下，通过水冷装置15后的气体温度有时会成为100℃以上。
上述混合器12从两流路F1、F2分别输入温度不同的气体，混合两者，进行温度均匀化。因此，在混合器12的内部，为了混合两输入气体，借助于例如金属片和多层间隔板或者配置未图示的搅拌用的螺旋等。从上述预热炉4的炉后口9输出的气体借助于两流路F1、F2从混合器12的输出口输出。在循环路10内，配置用于控制温度的温度传感器和气压检测用传感器类。
另一方面，在上述压力容器1的后端，设置用直流马达16回转驱动回转轴17、用叶片18使气体加压而输出的涡轮式鼓风机装置19。用鼓风机装置加压的惰性气体向上述分配器11的吸气口11a输出。
回转轴17，由于其内侧是热气，平时是高温，所以是使绝热材料制的中间轴介于中间的结构。另外，水冷其回转部分、是热难以传导到直流马达16侧的结构。直流马达16，平时低速回转，将惰性气体送入分配器11的本管，通过从设在其前端的细孔11c的返回，使循环路10保持为平时的一定温度。另外，通过打开上述阀V1，使马达16全速回转，可以向工件W喷吹热气。在上述第1流路F1中，用于导入惰性气体的气体导入管20的前端被开口。
以上构成的热气淬火装置H·O·T-1、H·O·T-2在外观上两者是相同的，但是在预热炉4是气氛气体炉还是真空炉上不同。压力、气体温度、流量等的控制方式也不同。
首先，预热炉4是气氛气体炉的场合，适用于热气淬火装置H·O·T-1。由于预热炉4是气氛气体炉，循环路10也可以同压控制，所以炉后口9即使不是完全密闭结构也行。淬火开始前，鼓风机装置19慢慢回转。循环路10中的气体温度作为工件不发生过冷却的中间温度而规定。该中间温度取为比等温相变点温度TA稍微低的温度TB。
如图2所示，在适用于气氛气体炉的热气淬火装置H·O·T-1中，在淬火开始时刻t1时，例如，200℃的热气在循环路10中循环。设等温相变点温度TA为300℃。在时刻t1开始淬火时，调节控制口C1、C2的开度后，打开炉后口9，借助于流路F1及F2气体向混合器12流入。按照循环路10中的气体温度成为图2(a)所示的目标温度Tp那样控制控制口C1、C2的开度。
这时，压力容器1中的气体压力按照从气氛气体炉4使用中的压力、例如从2Bar顺次上升到高压、例如5Bar那样，从时刻t2起导入常温的惰性气体。时刻t2和时刻t1大体是同时。
检测循环路10中的温度，同时使该温度成为目标温度Tp而且不超过5Bar那样规定气体导入量。如图2(b)所示，工件W在材料表面(浅部)和深部的冷却曲线Tw1、Tw2不同，但是逐渐向等温相变点温度TA冷却。
工件W均匀地冷却到等温相变点温度TA时，使第2流路的控制口C2拧小，最终关闭，可以进行等温保持。
在预热炉4是真空炉时的气体预热型的热气淬火装置H·O·T-2中，如图3所示，在吹入预热的惰性气体这点上有所不同。另外，在对其以后使控制控制口C1、C2的时刻t3稍微延迟进行这点上不同。由于在导入惰性气体时为了生成气氛气体需要一定的时间，所以工件W的冷却曲线Tw3、Tw4与前例(Tw1、Tw2)相比，成为稍微延迟的形状。只要形成气氛气体，在其后与前例的热气淬火装置H·O·T-1是同样的。
图4是表示用本发明的热气淬火装置H·O·T-i(i＝1～5)可以进行的等温保持淬火方法的时间和温度的淬火曲线图。图中，虚线表示普通的淬火。实线表示奥氏体等温淬火。单点画线表示升温奥氏体等温淬火。双点画线表示改良型马氏体等温淬火。三点画线表示马氏体等温淬火。
在用虚线表示的普通淬火中，将淬火开始温度取为例如1000℃时，一下子向常温冷却，然后进行适当的回火。该方法也可以在历来的喷流炉中实施。在本发明的热气淬火装置H·O·T-i(i＝1～5)中，使用等温保持功能，可以在同一炉内进行到回火。
在奥氏体等温淬火中，例如将等温保持的目标温度取为300℃，用例如250℃的热气，在直至接近S曲线的鼻部的时间内冷却，进行等温保持并通过S曲线，然后向常温冷却。
在升温奥氏体等温淬火中，将目标温度Tp设定为比上述目标温度300℃低几分的温度、例如250℃，工件W的表面及内部成为均匀的温度后，上升到下个目标温度300℃并进行等温保持，通过S曲线后，向常温冷却。向常温的冷却，也可以在装置外进行。
在改良型马氏体等温淬火中，在比Ms点稍微高一点的温度下进行等温保持、淬火，在直至与S曲线接触的时间内，以与空冷相当的冷却速度冷却，然后进行回火。空冷也可以在装置外进行。
在马氏体等温淬火中，急冷到Ms及Mf点的中间温度并进行等温保持，得到回火马氏体和下部贝氏体的混合组成。也可以不等等温相变终了就出炉，在别的炉中进行回火处理。
如以上所述，在本发明的热气淬火装置H·O·T-i(i＝1～5)中，可以在100～400℃的中间温度下自由地急冷和进行等温保持。温度控制的误差在5～10℃以下，特别是在等温保持时可以达到±1℃左右。
图5是表示混合器内接触材料型热气淬火装置H·O·T-3的纵剖面图。与前例的热气淬火装置H·O·T-1、H·O·T-2不同，在混合器12内配置工件W的热容量Qw的0.3倍左右的热容量型接触材料21。对于其它构件，用相同参照符号表示的构件与前例起同样的作用。
作为接触材料21可以使用铁或铝等的金属球、金属细管、金属片等通风性良好的物体。用直径5～15mm左右的金属细管的场合，要使孔方向与通风方向一致而使用。在淬火开始时，接触材料21要预先预热到中间温度。通过使惰性气体与这些接触材料21接触，可以将惰性气体的温度立即转换成接触材料21的温度，借助于分配器11喷吹到工件W上。
由于配置在混合器12中的接触材料21的量、例如相对于1t工件是300kg，所以根据表2的关系，使平衡温度成为目标温度是不可能的。但是，在淬火开始时，可以使输入到混合器中的高温的惰性气体的温度瞬间冷却到接触材料21的温度。因此，通过将接触材料的温度预先设定为图1或图2所示的初期的目标温度、例如200℃，就可以使导入的惰性气体或者气氛气体的惰性气体至少在初期作为200℃喷吹到工件W上。换句话说，在淬火开始时，可以瞬间地导入大量的惰性气体，使急冷速度加快。然后，进行控制口C1、C2的开度调节，由于使气体冷却，所以可以进行与图1或图2所示同样的温度控制。通过用接触材料21，可以使控制稳定性更高。
如图6所示，本发明的流路内接触材料型的热气淬火装置H·O·T-4将接触材料21配置在第1流路F1内。对于其它的构件，与图1、图5所示的相同。对于与图1、图5所示的起相同作用的构件赋予相同的参照符号来表示。接触材料21不是配置在混合器12内，而是配置在第1流路F1内。
上述接触材料21的量可以参照表2设定。即，作为接触材料21，例如使用钢球的场合，规定取为工件W的重量的1.0倍。
图7是在表2所示的条件下，工件W及接触材料21在循环路10中进行温度平衡时的时间及温度的特性曲线图。如图所示，如果将接触材料21的温度取为250℃、将等温保持的目标温度Tp取为300℃，接触材料21是与工件W是同量的1t的场合，必须进行325℃程度的吸热。即，将热气喷吹到工件W上时，热气成为高温，压力上升，排向循环路10。此时，用接触材料冷却温度上升的气体。评价压力，同时调节N2气导入管20的阀，使压力保持在3～5Bar，缓慢打开第2流路F2的控制口C2，按照循环气体温度成为最终目标温度那样进行冷却。通过这样的处置，可以使热气温度成为例如300℃，可以使工件W的温度向目标温度平衡。其后，可以进行等温保持。
将本发明的热气淬火装置H·O·T-4的控制概要汇总在图8和图9中表示。工件W及接触材料21的重量都是1t。另外，将奥氏体等温淬火的目标温度取为300℃，将不生成过冷却的中间温度取为250℃。在图8中，在步骤801将循环路10中的接触材料21的温度取为250℃，生成热气，借助于步骤802向冷却工序移行。如图9(c)所示，鼓风机装置19根据需要可以变更回转速度。对接触材料21的加热，也可以利用气氛气体的气体温度，但也可以用未图示的加热器。
在步骤803中，高速驱动鼓风机装置19，在步骤804中，打开分配器11的阀V1，将热气喷吹到工件W上。此时，在步骤805中，打开炉后口9。
在步骤806～811中进行热气的温度检测，同时控制控制口C1、C2、加热器14，在目标温度下进行等温保持。借助于步骤812，还可以向目标温度的变更等的其它的程序转移。在步骤813中，进行向常温的冷却处理。也可以在向等温保持移行的时刻将工件移到其它炉中，装置内可以仍保持为平时的热气温度。由于该方法热损失少而且不会赋予内部结构物以大的温度变化而优选。
如图9所示，按照本例的热气淬火装置H·O·T-4，由冷却开始时刻t1后一直到时刻t5～t6，可以正确地进行等温保持。等温保持的温度误差可以在数℃以下。(a)图表示工件W的温度的变化，(b)图表示热气的温度变化。(c)图表示鼓风机装置19的回转速度的变化。(d)图表示惰性气体的压力变化。(e)图表示预热、急冷、等温保持、冷却的工序。工序中也可以包括加热、回火工序。
如以上所述，按照本发明的热气淬火装置H·O·T-4，通过用接触材料12生成的热气，可以急冷收纳的工件W，可以等温保持，此外，可以自由地进行加热，不用说奥氏体等温淬火，还可以用1个炉子进行改良型马氏体等温淬火、马氏体等温淬火等。虽然在控制精度上有所差别，但是对于其它的热气淬火装置H·O·T-1、H·O·T-2、H·O·T-3也是同样的。由于是不用盐浴的由热气的控制，所以是安全、自由的，可以是高精度的温度控制，可以如理论所述那样高质量地热处理金属制品。
图10是表示坩锅型热气淬火装置H·O·T-5的实施方式的纵剖面说明图。在纵型圆筒状的压力容器22的一侧的面上设置用于取出装入工件W的隔壁口23，在其内部设置收纳工件W的收纳部24。
上述压力容器22的内部，用多个隔板25从下端一直到上端交互每半量地隔开，形成流路。在流路内填充上述同样的接触材料21。在接近流路的收纳部24附近，配置分配器26，进入图下方的流路的气体借助于分配器26喷吹到工件W上，具有其后返回上段的流路中的构成。
上述压力容器22的上部设置与图1所示类似的鼓风机装置27，用鼓风机装置27加压的气体借助于管28从上端被送往下端，构成包括上述流路的循环路29。在管28的一部分上，设置用于补充惰性气体的气体导入管29和温度调节用加热器30及冷却装置31。冷却装置31借助于阀V2取出循环路29中的气体的一部分，用水管使其冷却，再返回循环路29中而构成。压力容器22及管28的外周，用适当的保温材料2保温。
参照表2、图7，假设只用接触材料21使例如1t的工件W冷却保持到目标温度300℃，将接触材料21的量设定为例如10t以上、30t。接触材料21的需要量(体积)，如果将铁的比重取为7.9g/cm3的话，则在接触材料是钢球的场合，表观比重是4.14g/cm3，所以如下述表3那样决定。
表3
由表3，可以认为，将工件重量取为1t时，接触材料量10～30t是实用的值。但是，工件重量是100kg时，接触材料量也可以以1/10的量相对应。
指出热气淬火装置H·O·T-5的作用。这里，借助于隔壁口23将例如预热到1000℃的工件W投入收纳部24中。这时，接触材料21的温度预热到例如250℃的热气温度。
投入工件W时，使鼓风机装置27高速回转，借助于分配器26将热气喷吹到工件W上。因为压力上升，但由于用大量的接触材料21，所以可以容易地控制在3～5Bar的范围内。即，热气的温度在初期是250℃。接触材料21的量取为10t时，由表2，平衡温度是318℃。目标温度取为300℃，在希望正确地控制它们的场合下，用冷却装置47去除18℃程度的热量，或者也可以将热气的温度、即接触材料21的温度从开始就取为降低18℃的232℃。如果接触材料21的量取为20t，则由于根据表2热气的温度成为296℃，所以可以使初期温度上升4℃，设定为254℃。由于以后的等温保持期间的温度降低是1℃左右，所以也不必动作加热器30。由以上所述，可以进行极高精度的急冷及进行等温保持。
如以上所述，本发明的热气淬火装置H·O·T-5，可以急冷投入的工件W，在一定的温度下进行等温保持。接受冷却到热气温度的工件W也可以只进行等温保持。因此，在包括图3所示的各种等温保持的热处理中，可以利用急冷或者等温保持的一部分或全部的工序，进行高质量的金属热处理。
收纳部24也可以配置在管28中。另外，通过配置例如150℃、200℃、250℃、300℃的各种温度不同的多个装置H·O·T-5、顺次或选择地使用，就可以利用任意的热处理。在该限定下，本发明的热气淬火装置也可以称为是代替历来的盐浴的“热气坩埚炉”。与盐浴不同，是安全的，无须浸入和吊起，使用特别方便。即使用10t的接触材料，其体积是2.4m3，也不是那样的大型的装置。作为等温保持专用而使用的场合，也可以将本装置称为热气等温保持装置H·O·T·R。
也可以将具有如图1所示的预热炉4的预热功能的真空炉或气氛气体炉(未图示)与隔壁口23直接连接。该场合，可以将用预热炉4预热的工件W收纳在打开隔壁口23的收纳部24中，进行冷却淬火、等温保持。
图11是表示组合3台预热炉32、1台热气淬火装置H·O·T-4和3台等温保持装置H·O·T·R而构成的热气热处理系统H·O·T·S-1的构成的平面图。热气淬火装置H·O·T-4除了在用隔壁口23这点以外与图6所示的是同样的。热气等温保持装置H·O·T·R与图10所示的是同样的。但是，在本例的热气等温保持装置H·O·T·R中，将工件收纳部24配置在管28内。
在图11中，预热炉32可以进行工件W的预热。热气淬火装置H·O·T-4可以接收预热的工件，进行图4所示的各种淬火。热气等温保持装置H·O·T·R预先预热到指定的温度、例如230℃、250℃、270℃等，可以使接收的工件W急冷到目标温度、例如300℃、进行等温保持。或者，接收急冷终了的工件W，在一定温度下进行等温保持、回火等。工件移送自动装置33，在真空或气体气氛中以一定温度使工件W保温，进行从一个炉向另一个炉的移送。
也可以是制作具备工件移送、保温或保热装置及气压调节装置和由辊装置等的工件移动装置的风洞、互相连接多个预热炉32和1个或多个热气淬火装置H·O·T-i的方式。另外，也可以在1个工作站上连接各装置、赋予1个或多个工件W以各种热处理。
作为热气热处理系统H·O·T·S，除了与上述实施方式有关的以外，还有各种方式。例如，有以可移送工件的工作站作为中心、回转地连接预热炉和热气淬火装置或等温保持装置的方式。另外，有串联地连接各加热温度不同的多个预热炉、接着连接热气淬火装置H·O·T-i、再接着并列地连接多个等温保持装置H·O·T·R的方式等。
如上所述，以本发明的热气淬火装置H·O·T-i作为中心，可以构筑各种各样的系统，可以高效率地进行高质量的热处理。
也可以用风洞连接多个各种温度不同的等温保持炉H·O·T·S-i，将选择的等温保持炉H·O·T·S-i的热气喷吹到风洞内设置的工件W上。如果这样，可以适当地选择任意的温度。另外，由于是顺次自然地加热并使用冷却的等温保持炉H·O·T·S-i的接触材料21的方式，所以可以节省能量而节省资源。
如由以上具体例表明的那样，由本发明的热气的金属热处理方法使用以上所示的装置、系统，不仅可以代替历来的盐浴法而使用，而且可以进行更加动态的等温保持控制。由于动态特性优良，所以盐浴转换操作的劳动和时间皆无，而且追随性良好，可以是任意的温度设计。
另外，确立由尚未开发的等温保持的金属热处理方法时，有可以立即实施它的优点。例如，可以赋予一点点温度变化，另外可以自由地设定上下温度变化。根据本发明的由热气的金属热处理方法，可以用由各种等温保持的金属热处理和热气代替历来的盐浴法，用小设备安全、有效地进行。此外，由于可以容易、迅速、自由地进行温度变化的控制，所以可以消除由历来盐浴的限制，可以进行除静态等温保持以外的动态等温保持。所谓动态是指快速的和变化是自由的。通过设计为、例如300℃下10分钟、315℃下20分钟、再次305℃下30分钟，可以正确地进行动态的控制。
另外，可以谋求在历来的盐浴法中可实施的奥氏体等温淬火、马氏体等温淬火、改良型马氏体等温淬火等的各种金属热处理方法的改良，可以提出更有效的由等温保持的金属热处理方法作为素材。
本发明对以上所示的实施方式不作限定，无须说，在不偏离本发明要旨的范围内可以进行适宜的设计变更，能够实施各种实施方式。
本申请公开的内容涉及在2001年10月23日申请的日本国申请专利申请号2001-325248、在2002年2月18日申请的日本国申请专利申请号2002-039955、在2002年3月25日申请的日本国申请专利申请号2002-084230和在2002年6月11日申请的日本国申请专利申请号2002-170194中包含的发明，将这些日本国申请全部纳入本说明书中。
根据本发明的由热气的金属热处理方法，可以用由各种等温保持的金属热处理和热气代替历来的盐浴法，用小设备安全、有效地进行。此外，由于可以容易、迅速、自由地进行温度变化的控制，所以可以消除由历来盐浴的限制，可以进行除静态等温保持以外的动态等温保持。
另外，可以谋求在历来的盐浴法中可实施的奥氏体等温淬火、马氏体等温淬火、改良型马氏体等温淬火等的各种金属热处理方法的改良，可以提出更有效的由等温保持的金属热处理方法作为素材。
本发明的基本型的热气淬火装置具有第1(高温用)及第2(低温用)的2个流路，通过进行各流路具备的控制口的开度调节，把流入循环路中的气体的温度控制在与等温相变点温度相关而规定的中间温度。从而，可以使惰性气体气氛中的工件向中间温度急冷，在等温相变点温度下，任意时间、高精度地进行等温保持。
调节器只要按照混合器输出温度成为中间温度那样控制各流路具备的控制口的开度就行。另外，只要按照冷却气体压力成为所要气体压力、例如5Bar那样控制向惰性气体气氛气体中追加导入的常温惰性气体的量就行，除了是真空炉的场合以外，惰性气体可以不预热。
本发明的气体预热型热气淬火装置具有第1及第2流路和在各流路终端位置上的混合器。另外，导入预热到中间温度的惰性气体，同时按照混合器的输出温度成为中间温度那样调节具备上述第1及第2流路的控制口的开度。从而，即使在将工件收纳在真空中的场合，也可以使工件急冷到中间温度，可以在等温相变温度下进行等温保持。
本发明的混合器内接触材料型的热气淬火装置，与基本型的相比，在混合器内配置具有热容量的接触材料。从而，可以使淬火开始时的气氛气体的惰性气体或导入的惰性气体立即变化成接触材料的温度、即中间温度。其后，可以进行使导入的惰性气体成为中间温度那样的与基本型相同的控制，急冷速度加快，控制稳定性良好。
本发明的流路内接触材料型的热气淬火装置，与基本型的相比，在第1流路内配置所要热容量型的接触材料。从而，与混合器内接触材料型相比，可以配置数倍量的接触材料。通过进行向第1流路的所要量的接触材料的配置，即使是大量的气体，也可以追随性良好地向中间温度冷却，可以容易、迅速、确实地向中间温度冷却。另外，在等温保持中，温度的稳定性良好。
根据本发明的坩锅型热气淬火装置，由于在循环路内配置大量的热容量型接触材料，所以只用气体循环就可以向工件的中间温度急冷。另外，作为等温保持装置也可以只以等温保持作为主体而被利用。
本发明的热气热处理系统，借助于工件移送自动装置或工作站或风洞装置而组合以上所示的各种热气淬火装置内的1个或多个和其它的预热炉等，可以效率非常良好地进行间歇或连续的等温保持金属热处理。
权利要求
1.一种使用热气的金属热处理方法，其特征在于，对预热到淬火开始温度的工件，喷吹调节到上述工件的等温相变点温度附近的惰性气体(热气)而急冷，其后，在温度差5℃以内等温保持任意的时间，同时可任意地变更上述热气的温度，根据各种等温保持的金属热处理方法，进行由静态的或动态的等温保持的金属热处理。
2.一种热气淬火装置，可以将预热到淬火开始温度的工件急冷到在上述工件的等温相变点温度附近规定的中间温度，其后进行等温保持，其特征在于，具备将预热的工件收纳在惰性气体气氛中的工件收纳部，相对于与上述工件收纳部连通的流路、分别具有可调节开度的控制口而分支配置的第1(高温用)及第2(低温用)流路，配置在上述第2流路中、使由其入口输入的惰性气体向常温冷却的气体常温冷却装置，配置在上述第1及第2流路的终端位置上、将从两流路送进的不同温度的惰性气体混合成均匀温度的混合器，将从上述混合器输出的惰性气体分支到细管中、均匀地喷吹到上述工件的外周面上的分配器，配置在上述混合器和上述分配器之间、将从上述混合器中输出的惰性气体相对于上述分配器加压而供给的鼓风机装置，将所要量的惰性气体吹入上述第1或第2流路中的惰性气体导入装置和驱动上述鼓风机装置而且导入上述惰性气体、同时按照上述混合器输出气体的温度成为上述中间温度那样调节控制上述控制口的开度的调节器。
3.一种热气淬火装置，可以将预热到淬火开始温度的工件急冷到在上述工件的等温相变点温度附近规定的中间温度，其后进行等温保持，其特征在于，具备将预热的工件收纳在真空中的工件收纳部，相对于与上述工件收纳部连通的流路、分别具有可调节开度的控制口而分支配置的第1(高温用)及第2(低温用)流路，配置在上述第2流路中、使由其入口输入的惰性气体向常温冷却的气体常温冷却装置，配置在上述第1及第2流路的终端位置上、将从两流路送进的不同温度的惰性气体混合成均匀温度的混合器，将从上述混合器输出的惰性气体分支到细管中、均匀地喷吹到上述工件的外周面上的分配器，配置在上述混合器和上述分配器之间、将从上述混合器中输出的惰性气体相对于上述分配器加压而供给的鼓风机装置，将预热到上述中间温度的惰性气体吹入除上述第2流路以外的任意位置上的惰性气体导入装置和驱动上述鼓风机装置而且导入上述惰性气体、同时按照上述混合器输出气体的温度成为上述中间温度那样调节控制上述控制口的开度的调节器。
4.一种热气淬火装置，可以将预热到淬火开始温度的工件急冷到在上述工件的等温相变点温度附近规定的中间温度，其后进行等温保持，其特征在于，具备将预热的工件收纳在真空或惰性气体气氛中的工件收纳部，相对于与上述工件收纳部连通的流路、分别具有可调节开度的控制口而分支配置的第1(高温用)及第2(低温用)的流路，配置在上述第2流路中、使由其入口输入的惰性气体向常温冷却的气体常温冷却装置，配置在上述第1及第2流路的终端位置上、将从两流路送进的不同温度的惰性气体混合成均匀温度的混合器，将从上述混合器输出的惰性气体分支到细管中、均匀地喷吹到上述工件的外周面上的分配器，配置在上述混合器和上述分配器之间、将从上述混合器中输出的惰性气体相对于上述分配器加压而供给的鼓风机装置，配置在上述混合器内、具有通气性及热容量、可以与从其入口输入的惰性气体进行热量交换的蓄热型接触材料，将惰性气体(可常温)吹入上述混合器的前段侧的惰性气体导入装置和驱动上述鼓风机装置而且导入上述惰性气体、同时按照上述混合器输出气体的温度成为上述中间温度那样调节控制上述控制口的开度的调节器。
5.一种热气淬火装置，可以将预热到淬火开始温度的工件急冷到在上述工件的等温相变点温度附近规定的中间温度，其后进行等温保持，其特征在于，具备将预热的工件收纳在真空或惰性气体气氛中的工件收纳部，相对于与上述工件收纳部连通的流路、分别具有可调节开度的控制口而分支配置的第1(高温用)及第2(低温用)的流路，配置在上述第1流路内、具有通气性及热容量、可以与从其入口输入的惰性气体进行热量交换的蓄热型接触材料，配置在上述第2流路中、使由其入口输入的惰性气体向常温冷却的气体常温冷却装置，配置在上述第1及第2流路的终端位置上、将从两流路送进的不同温度的惰性气体混合成均匀温度的混合器，将从上述混合器输出的惰性气体分支到细管中、均匀地喷吹到上述工件的外周面上的分配器，配置在上述混合器和上述分配器之间、将从上述混合器中输出的惰性气体相对于上述分配器加压而供给的鼓风机装置，将惰性气体(可常温)吹入上述混合器的前段侧的惰性气体导入装置和驱动上述鼓风机装置而且导入上述惰性气体、同时按照上述混合器输出气体的温度成为上述中间温度那样调节控制上述控制口的开度的调节器。
6.一种热气淬火装置，可以将预热到淬火开始温度的工件急冷到在上述工件的等温相变点温度附近规定的中间温度，其后进行等温保持，其特征在于，具备将预热的工件收纳在真空或惰性气体气氛中的工件收纳部，将从上述工件收纳部的气体取出口取出的惰性气体分支到细管中、均匀地喷吹到上述工件的外周面上的分配器，配置在上述气体取出口和上述分配器之间的气体循环路，配置在上述循环路中、对上述分配器供给加压气体的鼓风机装置，配置在上述循环路中的大量的热容量型接触材料和使该热容量型接触材料维持为上述中间温度的由加热器或/及冷却器构成的辅助热源。
7.一种热气热处理系统，可以使预热到淬火开始温度的工件急冷或者等温保持、同时对大量的工件应用各种热处理方法、顺序有效地进行由等温保持的热处理，其特征在于，具有将上述工件预热到淬火开始温度的预热炉，将用上述预热炉预热的工件保持上述淬火开始温度原样移送的工件移送装置和接收由该工件移送装置移送的工件、急冷到在上述淬火开始温度和常温之间设定的中间温度或者进行等温保持的热气淬火装置，将在上述预热炉内预热的工件送入上述热气淬火装置中，效率良好地进行奥氏体等温淬火、升温奥氏体等温淬火、马氏体等温淬火、改良型马氏体等温淬火、其它必须进行等温保持的热处理。
8.根据权利要求7所述的热气热处理系统，其特征在于，上述工件移送装置具有保温或者保热装置和调节内部压力的气压调节装置，由在热处理工厂内可自由移动的自动装置构成。
9.根据权利要求7所述的热气热处理系统，其特征在于，上述工件移送装置由保温或者保热装置和调节内部压力的气压调节装置及具备工件移送装置的风洞装置构成，在该风洞装置的一部分中借助于适当的隔壁配置上述预热炉和上述热气淬火装置。
全文摘要
本发明提供用与盐浴不同的由100～400℃的惰性气体构成的热气可以有效地进行源于奥氏体等温淬火、升温奥氏体等温淬火、马氏体等温淬火、改良型马氏体等温淬火的各种高质量热处理的热气淬火装置及热气热处理系统。将循环路分支成第1(高温用)及第2(低温用)的2个流路、进行在两流路上具备的控制口的开度调节、同时将在上述第1及第2流路的终端位置上具备的混合器的输出温度控制为中间温度的基本型热气淬火装置。在真空炉的场合、将导入的惰性气体预热成中间温度的气体预热型热气淬火装置。在第1流路中配置所要量的接触材料的热气淬火装置。在不分支流路的循环路中配置大量的接触材料的坩锅型热气淬火装置。它们和预热炉等的组合系统。
文档编号C21D1/18GK1623004SQ02828620
公开日2005年6月1日 申请日期2002年10月23日 优先权日2002年3月25日
发明者谷口裕久 申请人:谷口裕久