专利名称：真空渗碳方法
技术领域：
本发明涉及用来对设置于减压气体氛围的渗碳室中的被处理物进行渗碳的真空 渗碳方法。
背景技术：
已知有通过向减压气体氛围的渗碳室中喷射丙烷气等渗碳气体来对设置在该渗 碳室中的被处理物(例如刚性(鋼性)的部件)进行渗碳的真空渗碳(参见专利文献1)。专利文献1涉及如上所述的真空渗碳，并公开了使用设置在渗碳室内的氧传感器 等氛围气体传感器来分析气体氛围中的渗碳气体的组成、同时根据该分析结果对其后喷射 的渗碳气体的组成等进行反馈控制的技术。利用该技术，可以对气体氛围中的渗碳气体的 组成进行监视，从而进行反馈控制，由此，可实现以高再现性及经济性进行高品质的渗碳。现有技术文献专利文献1 日本特开2002-212702号公报
发明内容
发明要解决的问题然而，专利文献1中公开的方法存在下述问题在被处理物的表面会出现斑点状 过量渗碳。所述斑点状过量渗碳是指由于向渗碳室中供给了必要量以上的渗碳气体，导致 渗碳气体中的过量碳堆积在被处理物的表面而形成黑斑状。其中，出现黑斑状的部位存在 表面硬度降低的缺陷。针对在上述方法中产生上述问题的原因进行说明。按照上述方法所示通过使用 氛围气体传感器，可以将供给至渗碳室的渗碳气体的组成等反馈控制成适宜的值。然而，实 际中，由于由渗碳气体产生的煤或焦油使氛围气体传感器无法正常发挥作用，或者，由于利 用氛围气体传感器测定的渗碳气体中的碳量与供给至被处理物的碳量不一致而导致反馈 控制的精确度降低等问题。其结果，导致了向渗碳室内供给必要量以上的渗碳气体的情况 的发生。另外，供给必要量以上的渗碳气体时，除了上述问题以外，还存在会引发渗碳周期 延长的问题。此外，还涉及对于无法正常发挥作用的氛围气体传感器进行交换等维护时引 发的成本增加的问题。本发明鉴于上述技术问题而完成，目的在于提供一种能够在防止斑点状过量渗碳 发生的同时又能对被处理物进行高品质渗碳的真空渗碳方法。解决问题的方法本发明涉及一种真空渗碳方法，该方法是通过向减压气体氛围的渗碳室中喷射渗 碳气体来对设置在所述渗碳室中的被处理物进行渗碳的真空渗碳方法，该方法包括下述步 骤气体喷射量确定步骤确定所述气体喷射量，以使实际贡献于所述被处理物的渗碳的 气体消耗量相对于喷射至所述渗碳室中的所述渗碳气体的气体喷射量的比例(以下，称其
3为“渗碳气体利用率”)包含在可抑制斑点状过量渗碳发生的范围；气体喷射周期确定步 骤确定喷射所述渗碳气体时的气体喷射时间及气体喷射停止时间，以使所述被处理物的 表面碳浓度保持在小于可抑制斑点状过量渗碳发生的浓度上限值的状态；气体喷射步骤 根据在上述气体喷射周期确定步骤中确定的气体喷射时间及气体喷射停止时间来间歇喷 射在上述气体喷射量确定步骤中确定的气体喷射量的渗碳气体。发明的效果按照本发明，可以基于渗碳气体利用率来确定气体喷射量，同时还可以基于被处 理物的表面碳浓度来确定气体喷射时间及气体喷射停止时间。此外，可以在能够抑制斑点 状过量渗碳发生的范围内确定这些气体喷射量、气体喷射时间及气体喷射停止时间的各设 定值。由此，可以在防止斑点状过量渗碳的发生的同时对被处理物进行高品质的渗碳。
图1是示出本实施方式中涉及的真空渗碳装置的装置构成图。图2是示出本实施方式中涉及的真空渗碳装置的控制逻辑的流程图。图3是示出被处理物的总表面积A与气体喷射量V的相关关系图。图4(a)和(b)是用来说明渗碳气体利用率E的上下限值的图。图5是示出气体喷射次数T与被处理物的表面碳浓度D的相关关系图。图6(a)和(b)是用来说明本实施方式中涉及的气体喷射时间及气体喷射停止时 间的确定方法的图。图7是示出本实施方式中涉及的渗碳处理的温度曲线的图。图8(a)和(b)是用来说明本实施方式中涉及的渗碳处理的效果的图。符号说明1真空渗碳装置2被处理物3真空渗碳室(渗碳室)4渗碳气体供给路线5流量调节阀6控制装置步骤S3气体喷射量确定步骤步骤S4气体喷射周期确定步骤步骤S5气体喷射步骤发明的
具体实施例方式以下，结合附图对本发明的实施方式进行说明。(装置的构成)图1是示出本实施方式中涉及的真空渗碳装置1的筒略构成图。图1所示的真空 渗碳装置1的构成中具有被处理物2、真空渗碳室3、渗碳气体流路4、流量调节阀5、控制装置6。被处理物2是作为渗碳对象的刚性的部件。例如，用于汽车无级变速器的带轮(材 质JIS-SCr420H)。真空渗碳室3是内部设置有被处理物2、用来在减压的气体氛围中对该被处理物2实施真空渗碳的真空渗碳炉。渗碳气体流路4是用来连通渗碳气体供给源(无图 示)至真空渗碳室3的渗碳气体的气体流路。流量调节阀5是安装在渗碳气体流路4中、 用来对流通在该流路4中的渗碳气体的气体流量、即喷射至真空渗碳室3中的气体喷射量 进行调节的开关阀。该流量调节阀5的开关动作通过控制装置6来控制。控制装置6是用 来控制流量调节阀5的开关动作的微型控制器。关于控制内容，如后面所述。根据如上所示的构成，在本实施方式涉及的真空渗碳装置1中，通过由控制装置6 对流量调节阀5的开关动作进行控制，来调整喷射至真空渗碳室3中的气体喷射量，从而对 设置在该渗碳室3中的被处理物2进行渗碳。(控制逻辑)图2是示出本实施方式中涉及的真空渗碳装置1的控制逻辑的流程图。图1的控 制装置6在渗碳过程中实行图2所示的控制逻辑。首先，在步骤Sl中，由控制装置6设定渗碳处理温度(Si)。其中，控制装置6基于 由设置在真空渗碳室3中的温度传感器(无图示)测定的值或由使用者设定的值等来设定 真空渗碳室3的温度。详情如后面所述。接着，进入步骤S2，由控制装置6设定被处理物2的总表面积(S2)。其中，被处理 物2的总表面积的值由使用者输入到控制装置6中，由控制装置6将该输入值设定为被处 理物2的总表面积。详情如后面所述。接着，进入步骤S3，由控制装置6确定气体喷射量(S3)。其中，控制装置6基于在 步骤S2中设定的被处理物2的总表面积来确定气体喷射量。详情如后面所述。需要指出 的是，也可以由使用者将基于被处理物2的总表面积计算得到的气体喷射量的值输入到控 制装置6中，由控制装置6确定该输入值作为气体喷射量。另外，使用者根据所确定的气体 喷射量对流量控制阀5的开度进行调整。接着，进入步骤S4，由控制装置6确定气体喷射时间及气体喷射停止时间(S4)。其 中，控制装置6对气体喷射时间及气体喷射停止时间进行确定。详情如后面所述。需要说 明的是，也可以由使用者将计算得到的气体喷射时间及气体喷射停止时间的各个值输入到 控制装置6中，由控制装置6将该输入值确定为气体喷射时间及气体喷射停止时间。接着，在步骤S5中，由控制装置6基于气体喷射量及气体喷射时间来控制流量调 节阀5的开关动作(S5)。其中，基于在步骤S3中确定的气体喷射量和在步骤S4中确定的 气体喷射时间及气体喷射停止时间来控制流量调节阀5的开关动作。详情如后面所述。通过如上所示的控制逻辑，图1所示的控制装置6，特别是基于由步骤S3及步骤 S4确定的气体喷射量、气体喷射时间及气体喷射停止时间来控制流量调节阀5的开关动 作。由此，对喷射至真空渗碳室3的渗碳气体进行调整。以下，针对各步骤进行详细说明。(关于步骤Si)对步骤Sl进行详细说明。在步骤Sl中，将真空渗碳室3的温度设定为1203K 1253K范围的任意温度。其理由在于，本实施方式中涉及的真空渗碳装置1对于该范围内的 渗碳温度而言是有效。(关于步骤S2)对步骤S2进行详细说明。在步骤S2中，使用者求算出设置在真空渗碳室3中的 全部被处理物2的总表面积的值，并将该值输入到控制装置6中。该总表面积的值是对应于被处理物2的个数、形状而可以变化的值。(关于步骤S3)对步骤S3进行详细说明。如上所述，在步骤S3中，基于在步骤S2中设定的被处 理物2的总表面积来确定气体喷射量。为此，首先对被处理物2的总表面积和气体喷射量 的相关关系进行说明。(被处理物2的总表面积和气体喷射量的相关关系)本申请发明人发现使被处理物2的总表面积(单位m2)为A、标准状态下每单位 时间的气体喷射量(单位NL/hr)为V时，这些被处理物2的总表面积A与气体喷射量之 间具有如图3所示的相关关系。图3是用来说明被处理物2的总表面积A与气体喷射量V的相关关系的图。在 图3中，横轴代表总表面积A、纵轴代表气体喷射量V。另外，图3上标绘出的各点的数值代 表基于各点对应的总表面积A及气体喷射量V、利用下式(1)算出的渗碳气体利用率E(单 位％ )的数值。这里，所述的渗碳气体利用率E是指实际贡献于被处理物2的渗碳的总 碳量(或气体消耗量)相对于喷射至真空渗碳室3的渗碳气体的总碳量(或气体喷射量) 的比例(单位％)。[数学式1]
权利要求
1.一种真空渗碳方法，该方法是通过向减压气体氛围的渗碳室中喷射渗碳气体来对设 置在所述渗碳室中的被处理物进行渗碳的真空渗碳方法，其中，该真空渗碳方法包括下述 步骤气体喷射量确定步骤确定所述气体喷射量，以使渗碳气体利用率包含在可抑制斑点 状过量渗碳发生的范围，所述渗碳气体利用率为实际贡献于所述被处理物的渗碳的气体消 耗量相对于喷射至所述渗碳室中的所述气体喷射量的比例；气体喷射周期确定步骤确定所述渗碳气体的气体喷射时间及气体喷射停止时间， 以使所述被处理物的表面碳浓度保持小于可抑制斑点状过量渗碳发生的浓度上限值的状 态；气体喷射步骤基于在上述气体喷射周期确定步骤中确定的气体喷射时间及气体喷射 停止时间来间歇喷射在上述气体喷射量确定步骤中确定的气体喷射量的渗碳气体。
2.根据权利要求1所述的真空渗碳方法，其中，在所述气体喷射量确定步骤中，使所述 渗碳气体利用率为)、所述被处理物的总表面积为A(m2)、流量值为F(g/m2)、渗碳气体 喷射时间为T(hr)、摩尔数为n(mol)、碳原子量为C( = 12. Olg/mol)、标准状态下每单位时 间的气体喷射量为V(NL/hr)时，确定所述气体喷射量V以满足下式
3.根据权利要求2所述的真空渗碳方法，其中，在所述气体喷射量确定步骤中，确定所 述气体喷射量V，以满足下式15≤E≤25。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的真空渗碳方法，其中，在所述气体喷射周期确定 步骤中，确定所述渗碳气体的气体喷射时间及气体喷射停止时间，以使所述表面碳浓度保 持小于最大固溶浓度的状态。
全文摘要
本发明提供即能防止斑点状过量渗碳发生又能对被处理物进行高品质渗碳的真空渗碳方法。该方法通过向减压气体氛围的渗碳室3喷射渗碳气体来对置于渗碳室3中的被处理物2进行渗碳。该方法包括气体喷射量确定步骤(S3)，以使对被处理物2的渗碳有用的气体消耗量，相对于喷射至渗碳室3中的渗碳气体量的比例(渗碳气体利用率)包含在可抑制斑点状过量渗碳发生的范围；确定气体喷射时间及喷射停止时间的气体喷射周期确定步骤(S4)，以使被处理物2的表面碳浓度保持在小于可抑制斑点状过量渗碳发生的浓度上限值状态；气体喷射步骤(S5)，是基于步骤S4确定的气体喷射时间及喷射停止时间来间歇喷射步骤S3确定的气体喷射量的渗碳气体。
文档编号C23C8/22GK102002663SQ20101026629
公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月26日 优先权日2009年9月1日
发明者井上信彦, 伊藤隆彦, 冈本宗幸, 太田利一 申请人:加特可株式会社