专利名称：负压热处理用夹具和负压热处理方法
技术领域：
本发明涉及在负压气氛下进行热处理时用于支承被处理材料的热 处理用夹具和使用该夹具的负压热处理方法。
背景技术：
由以碳素钢或特种钢等钢材为代表的铁系材料构成的各种部件，有 时进行例如在负压渗碳处理等负压下的热处理。在这种情况下，由铁系 材料构成的被处理材料在配置于热处理炉内的情况下，通常不是直接设 置而是以被热处理夹具支承的状态进行配置。
作为上述热处理夹具，使用耐热性优良且具有耐久性的Ni钢等钢 材为代表的铁系材料。
另外，作为负压热处理，例如以下专利文献l记载的内容。
专利文献1:日本特开平8-325701号7〉净艮
另外，即使当在由铁系材料制成的热处理用夹具上支承由铁系材料 构成的被处理材料进行热处理时，在通常的大气压程度的气氛下进行热 处理的情况下，也不会在被处理材料和热处理用夹具之间发生大的问 题。
但是，当在比大气压低的气氛下进行热处理时，会发生热处理用夹 具与被其支承的被处理材料粘着的问题。
即使粘着的程度轻微，也会在例如尺寸精度要求非常严格的被处理 材料的情况下，降低尺寸精度而产生不良品。
发明内容
本发明针对该现有技术问题而做出，其目的在于提供负压热处理用 夹具以及使用该夹具的负压热处理方法，从而在进行负压热处理的情况下也能够防止热处理用夹具与被处理材料粘着。
本发明之一的负压热处理用夹具，是在比大气压低的负压气氛中对 铁系的被处理材料进行热处理时用于支承上述被处理材料的负压热处 理用夹具，其特征在于，
该夹具由铁系材料制成，并且至少在与上述被处理材料接触的表面 上，形成由在上述热处理中残留的材料构成的被膜。
本发明的负压热处理用夹具(以下适当地称为"夹具")，如上所述， 由铁系材料制成而在其表面中至少与上述被处理材料接触的表面上形 成上述被膜。该被膜由在上述热处理中即在上述负压气氛中升温至热处 理温度而保持的期间，残留而不会发生燃烧或蒸发的材料构成。
在由铁系材料构成的夹具表面和被处理材料上，通常形成有氧化铁 的被膜。根据发明者的调查结果可知，氧化铁的被膜在负压下的高温气 氛下易于蒸发。另外，在氧化铁蒸发后的表面上出现铁系材料的新生面， 因此夹具与被处理材料在新生面彼此接触的状态下暴露于高温。从而可 推定出夹具与被处理材料会出现粘着的情况。
本发明的夹具，形成有由上述材料构成的被膜，该被膜在上述热处 理中残留而不会发生蒸发等。因此，上述夹具的表面中形成上述被膜的 面不会出现铁系材料的新生面而保持被膜覆盖的状态。因此，能够防止 被处理材料与夹具在热处理中新生面彼此接触的情况，从而能够可靠地 防止两者粘着。
另外，采用该夹具则即使在例如对尺寸精度要求非常严格的被处理 材料进行处理的情况下也能够防止粘着引起的变形等而有助于提高品 质。
如上所述，根据本发明，能够提供一种负压热处理用夹具，从而即 使在进行负压热处理的情况下也能够防止热处理用夹具与被处理材料 粘着。
本发明之二的负压热处理方法，其特征在于，在比大气压低的负压 气氛中对铁系的被处理材料进行热处理时，用本发明之一的负压热处理用夹具支承上述被处理材料来进行。
本发明的负压热处理方法，在上述非常优良的夹具上支承被处理材 料来实施。因此，如上所述，即使在负压下进行热处理，也能够可靠地 防止被处理材料与夹具粘着。
图1为实施例1的表示负压热处理用夹具的构造的说明图。
图2为实施例1的表示被处理材料(齿圏)的构造图，(a)为俯视 图，(b)为断面图。
图3为实施例1的表示高温、负压下的金属氧化物的蒸气压力曲线 的说明图。
图4为实施例2的表示负压热处理用夹具的构造的说明图。
图5为实施例3的表示采用本发明的负压热处理用夹具时的BBD 椭圆测定结果的说明图。
图6为实施例3的表示采用现有的负压热处理用夹具时的BBD椭 圆测定结果的说明图。
具体实施例方式
本发明的负压热处理用夹具，如上所述采用铁系材料构成。作为铁 系材料，在热处理温度非常高的情况下，可以釆用Ni钢其它各种公知 的耐热钢。另外，其形状可以采用适于支承被处理材料的各种形状。
另外，作为上述被膜，只要是在上述负压气氛中升温至热处理温度 的情况下不会发生蒸发等而能够稳定残留的材料即可，对材料没有特别 限制。
其中特别地优选，上述被膜含有在上述负压气氛下的蒸发温度比上 述热处理温度高的金属氧化物。由于是蒸发温度较高的金属氧化物，因 此即使在热处理中也能够稳定地存在，可靠地获得上述粘着防止效果。
5并且优选上述被膜含有氧化铝。氧化铝(A1203 )的蒸发温度，根据 后述的图3可知，在该图所示的整个压力范围内，均比氧化铁(FeO) 高，在通常采用的热处理温度(950"C以上)时稳定存在。另外，比较 廉价而易于处理，因此作为上述被膜的材质非常有效。
另外，上述被膜，可以通过将上述夹具浸渍在构成上述金属氧化物 的金属的熔融液内而在该夹具的表面上配置金属，然后在空气中放置或 者进行加热处理而生成上述金属氧化物来形成。在这种情况下，能够通 过熔融金属与夹具的接触，使金属与密布于夹具表面来进行配置，从而 形成密布性较高的上述被膜。另外，也能够获得熔融金属在夹具的铁系 材料表面渗透而合金化的效果，提高被膜的耐久性。另外，当金属为在 空气中易于氧化的材料例如铝等时，则仅通过在空气中放置即可生成稳 定的金属氧化物。
另外，上述被膜，还可通过在上述夹具的表面涂布含有上述金属氧 化物的颗粒的涂料或者浆料而形成。在这种情况下，能够非常简便地形 成上述被膜。涂布的涂料或者浆料只要至少含有上述金属氧化物的颗粒 即可而没有特别限制。另外，涂布方法也可以采用〃>知的各种方法。在 涂布后根据需要也可以加热进行烘烤。
总之，作为上述被膜的形成方法，不限于上述例子而可以采用多种 方法。
另外，如上所述，上述被膜只要在功能方面至少形成在与上述被处 理材料接触的表面上即可。但是，例如与局部地形成上述被膜相比，在 夹具整体上形成被膜更容易。因此，上述被膜可以在上述夹具的大致整 个面上配i殳。
另外，优选上述热处理为负压渗碳处理。负压渗碳处理，作为钢材 的表面改性方法，能够在负压下进行非常有效的渗碳处理。当进行负压 渗碳处理时，存在特别是由铁系材料制成的夹具与被处理材料易于粘着 的问题。因此，在该负压渗碳处理中使用上述夹具对于防止粘着是非常 有效的。
另外，上述热处理的负压状态可以是0.001 0.1bar的范围。作为负压热处理，多在该负压范围内进行，因此在该气氛条件下实施的热处理 中使用上述夹具非常有效。
另外，当上述被处理材料是具有大致圆筒形状的环部并在该环部的
外周面或者内周面上形成花键齿的齿圏时特别有效。上述齿圏为尺寸精 度要求非常严格的部件，粘着引起的微小变形或尺寸精度降低都会导致
严重问题。因此，在适用于对上述齿圏进行的负压热处理时非常有效。 (实施例1 )
参照附图对本发明实施例的负压热处理用夹具和负压热处理方法 进行说明。
在本例中，以在比大气压低的负压气氛中对由碳素钢构成的作为被
处理材料8的齿圏进行热处理的方法为例， 一并对该处理中釆用的负压 热处理用夹具l (以下适当地称为"夹具l")进行i^明。
如图2所示，本例的被处理材料8是具有圆筒形状的环部80并在 该环部80的内周面形成花键齿81的齿圈。该齿圏为装入汽车用自动变 速器(A/T)的部件，对圆度等尺寸精度的要求非常高。
如图1所示，支承该被处理材料8的夹具1是以上述被处理材料8 的轴心为垂直方向进行支承的类型的夹具。如该图所示，夹具l具有以 骨架部11围出多个空隙IO设置的骨架构造，可供热处理的环境气体流 通。另外，夹具l构成为具有多个定位突起部12，从而易于确定各被处 理材料8的支承位置。
另外，夹具1构成为在各骨架部11的上表面与被处理材料8的环 部80的端面抵接的状态下支承被处理材料8。
另外，夹具1采用铁系材料，具体而言作为材质使用耐热铸钢 SCH13。另外，在夹具1的骨架部11的上表面上，形成有在后述的本 例的负压热处理的处理中残留的被膜2。
本例的被膜2是以氧化铝为最高含量成分的膜，通过铝扩散渗透被 膜处理方法形成。另外，本例中进行的负压热处理为负压渗碳处理。
具体而言，是作为环境气体使用渗碳用乙炔，其压力降低为
0.001bar，渗碳温度为950"C，在保持规定时间后逐渐冷却的处理。
另外，该负压渗碳处理，如上述图l所示，在通过表面上具有被膜 2的上述夹具1支承被处理材料8的状态下实施。
在进行上述负压渗碳处理之后，从夹具1取下被处理材料8时，检 查两者之间是否发生粘着，可以确认完全不存在粘着的部位。
考虑到使用没有被膜2的现有夹具进行与上述相同的负压渗碳处理 时会发生粘着，可知使用本例的夹具l非常有效。
获得这种优良的作用效果的原因可以如下考虑。
在图3中示出了高温、负压下的金属氧化物的蒸气压力曲线。该图 中描绘了本例的热处理条件即负压度和温度的条件点(符号A )。
根据该图可知，至少在上述条件点，氧化铁(FeO)蒸发而无法稳 定存在，另一方面，氧化铝(A1203 )则能够保持氧化物状态而稳定存 在。该现象想必在本例的渗碳用乙炔气氛中也同样会发生。
因此，以往夹具l的表面和被处理材料8的表面在负压热处理中成 为没有氧化铁的新生面，而在本例中，含有氧化铝的被膜2在夹具1的 表面上稳定地存在。上述差异是由于发生粘着和防止粘着发生的差异产 生的。
(实施例2 )
在本例中，代替实施例l中的夹具l,如图4所示，采用负压热处 理夹具3(以下适当地称为"夹具3")。被处理材料8和负压渗碳处理 与实施例l相同。
如该图所示，本例的夹具3构成为在将被处理材料8的轴心置于水 平方向而用夹具3的一部分即吊架悬吊的状态下进行支承。如该图所示， 夹具3的底板部31具有设置多个空隙320的骨架构造，能够流通环境 气体。在底板部31上立设有多个支柱部32，并且通过支柱部32对横架
834和吊架35进行支承。
另外，在本例中值得关注的是，在上述吊架35的表面上形成与实 施例l相同的被膜2。
另夕卜，使用本例的夹具3进行负压渗碳处理，也完全不会在吊架35 和被处理材料8的接触部上发生粘着。
(实施例3 )
在本例中，为了明确采用实施例1中记载的夹具l进行上述负压渗 碳处理时的效果，进行对被处理材料8的处理后的尺寸精度进行测定评 价的试验。
具体而言，在上述夹具1之外准备没有形成被膜2的相同形状的现 有夹具，分别两次装料进行与实施例l相同的负压渗碳处理，总共分别 对336个被处理材料8进行热处理。
尺寸精度的评价，通过所谓的"BBD椭圆"的测定来进行。具体而 言，如图2所示，以与花键齿81的谷部分接触的方式配置规定直径的 钢球88，求出测定相对的硬球88彼此间的内径尺寸所得的尺寸即 "BBD"。在轴向3个位置(该图(b)的a位置、b位置和c位置)上 对于全周进行上述测定，求出该测定值的平均值(Ave)、最大值(Max)、 最小值(Min)。
接着，将轴向各测定位置的上述"BBD"的最大值和最小值的差作 为"BBD椭圆(jim)"求出。
在本例中，以上述轴向位置的b位置(轴向中央部)为代表例，示 出于图5和图6。图5表示采用实施例l所示本发明的夹具l进行负压 渗碳处理的本发明的实施例的结果。图6表示采用没有被膜的现有夹具 进行负压渗碳处理的现有例的结果。在图5和图6中，横轴表示BBD 椭圆(jim)的值，纵轴表示个数。
根据图5可知，在使用本发明的具有被膜2的夹具的情况下，BBD 椭圆的尺寸精度突发性恶化的情况一个也没有发生，并且，平均值(XJ 和平均值+3a (XrH3aJ、 ( a:标准偏差)的值也比后述的现有例大幅减小。另外，在本发明的例子中，当从夹具1取下被处理材料8时， 完全没有阻力，完全不存在粘着。
另一方面，根据图6可知，在使用没有被膜的现有夹具时，则频发 BBD椭圆恶化为非常大的值的情况。这些BBD椭圓突发性地恶化的情 况，都是由于在从夹具取下被处理材料8时有阻力而产生一定程度的粘 着。另外，粘着的有无可以通过对从夹具取下被处理材料8时的应力进 行测定来确认。
另外，在现有例中，平均值(X2)和平均值+3a (X2+3a2)、(这 些是通过除去突发性的大值而算出的)的值，比本发明大。用平均值和 平均值+3a的差对本发明的情况和现有例的情况进行比较，分别为X2 -X产12ym、 (X2+3ct2) - (X"3cji) =43nm，根据这些值可知本发 明的BBD椭圆较好。
如上所述，根据本例可知，采用实施例1的具有被膜2的夹具1进 行负压渗碳处理，对于齿圏(被处理材料8)的品质提高非常有效。
权利要求
1.一种负压热处理用夹具，是在比大气压低的负压气氛中对铁系的被处理材料进行热处理时用于支承上述被处理材料的负压热处理用夹具，其特征在于，该夹具由铁系材料制成，并且至少在与上述被处理材料接触的表面上，形成由在上述热处理中残留的材料构成的被膜。
2. 根据权利要求l所述的负压热处理用夹具，其特征在于， 上述被膜含有在上述负压气氛中的蒸发温度比上述热处理温度高的金属氧化物。
3. 根据权利要求2所述的负压热处理用夹具，其特征在于， 上述被膜含有氧化铝。
4. 根据权利要求2或3所述的负压热处理用夹具，其特征在于， 上述被膜，是通过将上述夹具浸渍在构成上述金属氧化物的金属的熔融液内而在该夹具的表面上配置金属，然后在空气中放置或者进行加 热处理而生成上述金属氧化物来形成。
5. 根据权利要求2或3所述的负压热处理用夹具，其特征在于， 上述被膜，是通过在上述夹具的表面涂布含有上述金属氧化物的颗粒的涂料或者浆料而形成。
6. 根据权利要求1~5任一项所述的负压热处理用夹具，其特征在于，上述被膜在上述夹具的大致整个面上配设。
7. 根据权利要求1~6任一项所述的负压热处理用夹具，其特征在 上述热处理为负压渗碳处理。
8. 根据权利要求1~7任一项所述的负压热处理用夹具，其特征在上述热处理的负压状态处于0.001 0.1bar的范围。
9. 根据权利要求1~8任一项所述的负压热处理用夹具，其特征在于， 于，于，上述被处理材料是具有大致圆筒形状的环部并在该环部的外周面 或者内周面上形成花键齿的齿圏。
10. —种负压热处理方法，其特征在于，在比大气压低的负压气氛中对铁系的被处理材料进行热处理时，用 权利要求1~9任一所述的负压热处理用夹具支承上述被处理材料来进 行。
全文摘要
负压热处理用夹具(1)，用于在比大气压低的负压气氛中对铁系的被处理材料(8)进行热处理时支承被处理材料(8)，夹具(1)由铁系材料制成并且至少在与被处理材料(8)接触的表面上形成由热处理中残留的材料构成的被膜(2)。被膜(2)优选含有在负压气氛中蒸发温度比热处理温度高的金属氧化物。被膜(2)优选含氧化铝。
文档编号C21D1/00GK101663409SQ20088001277
公开日2010年3月3日 申请日期2008年5月26日 优先权日2007年9月28日
发明者信耕望, 冈田一晃, 加藤进, 田口圭太, 田畑守行 申请人:爱信艾达株式会社