气体渗碳方法技术

气体渗碳方法的工序１中，在含有渗碳气体的渗碳气氛中，在达到从δ铁和液相相变为γ铁的包晶点以下、从液相相变为γ铁和渗碳体的共晶点以上的初期设定温度为止，加热钢制处理对象物以使其表面碳浓度不超过固溶限值。在工序１后的工序２中，使渗碳温度从前述初期设定温度逐渐下降，在不超过固溶限值的范围内使前述处理对象物的表面碳浓度增加的同时，使前述处理对象物的渗碳深度增加。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于例如汽车工业和产业机械工业中的金属零件的改性的。
技术介绍
以往，进行钢制处理对象物的气体渗碳时实际采用的渗碳温度低于从液相相变为γ铁和渗碳体的共晶点(例如，图1所示的铁和碳的平衡状态图中的C点温度1147℃)。但是，在渗碳温度低于共晶点的情况下，奥氏体中的碳原子的扩散流速较慢，从距处理对象物的表面的渗碳深度增加需要时间，所以不能够缩短渗碳时间。因此，考虑使渗碳温度位于上述共晶点以上，籍此使奥氏体中的碳原子扩散通量增加，以求缩短渗碳时间。但是，即使使渗碳温度位于上述共晶点以上，由于处理对象物的表面碳浓度达到目标值需要时间，所以很难更进一步缩短渗碳时间。本专利技术的目的是提供能够解决上述以往存在的问题的。
技术实现思路
在渗碳温度和渗碳气体的浓度一定的情况下，如果该渗碳温度较低，则渗碳深度达到目标值需要时间，如果该渗碳温度过高，则渗碳深度达到目标值前由于处理对象物的表面碳浓度超过固溶限值，所以处理对象物已经融化了。因此，在渗碳温度和渗碳气体的浓度一定的情况下，渗碳时间很难进一步缩短到比处理对象物的表面碳浓度达到固溶限值(例如，达到图1中的JE线)更短的时间。对此，本专利技术是利用渗碳温度、渗碳时间及处理对象物的表面碳浓度之间的新的关系，缩短渗碳处理所需的时间。本专利技术的的特征是，具备以下2个工序，即在含有渗碳气体的渗碳气氛中，在达到从δ铁和液相相变为γ铁的包晶点以下、从液相相变为γ铁和渗碳体的共晶点以上的初期设定温度为止，加热钢制处理对象物以使其表面碳浓度不超过固溶限值的工序1；在前述工序1后，使渗碳温度从前述初期设定温度逐渐下降，在不超过固溶限值的范围内增加前述处理对象物的表面碳浓度的同时使前述处理对象物的渗碳深度增加的工序2。本专利技术能够在工序1使处理对象物的表面碳浓度在短时间内接近固溶限值，在工序2在不融化处理对象物的前提下使其表面碳浓度增加，并且在短时间内使渗碳深度增加。最好预先求得前述工序1中，在将渗碳气体的分压维持为一定值的状态下，将前述处理对象物的表面碳浓度维持在固溶限值以下所需的前述处理对象物的温度上升速度的下限值，以该求得的下限值以上的速度使前述处理对象物的温度上升。如果将处理对象物加热至初期设定温度时的温度上升速度较慢，则在该上升过程中由于进行了渗碳气体的分解，所以处理对象物的表面碳浓度增加，不融化处理对象物而能够设定的初期设定温度下降。因此，预先求得不融化处理对象物而加热至初期设定温度时的处理对象物的温度上升速度的下限值，以该求得的下限值以上的速度使前述处理对象物的温度上升，这样能够防止初期设定温度的下降，缩短渗碳时间。最好在前述工序1中的前述处理对象物达到前述初期设定温度后马上开始前述工序2中的渗碳温度下降。如果处理对象物维持在初期设定温度，则表面碳浓度会超过固溶限值，所以在达到初期设定温度后马上使渗碳温度下降进入工序2，能够不融化处理对象物而缩短渗碳时间。最好预先求得前述工序2中，在将渗碳气体的分压维持为一定值的状态下，将前述处理对象物的表面碳浓度维持在固溶限值以下所需的渗碳温度的下降速度的下限值，以该求得的下限值以上的速度使渗碳温度下降。这种情况下，前述工序2中，最好设定前述下降速度的下限值，使前述处理对象物的表面碳浓度沿着铁和碳的平衡状态图中由γ铁形成的区域与由γ铁和液相形成的区域的边界线(图1中的JE线)增加。在包晶点以下、共晶点以上的温度范围内，如图1中的JE线所示，处理对象物的表面的碳的固溶限值随着渗碳温度的下降而增加。这种情况下，如果渗碳温度的下降速度过慢，则处理对象物的表面碳浓度超过固溶限值。因此，预先求得将处理对象物的表面碳浓度维持在固溶限值以下所需的渗碳温度的下降速度的下限值，以该求得的下限值以上的速度使渗碳温度下降，能够不融化处理对象物而在短时间内增加渗碳深度。特别是确定该下降速度的下限值，以使处理对象物的表面碳浓度沿着图1中的JE线增加，使渗碳温度以对应于该求得的下限值的速度下降，就能够尽可能地缩短渗碳时间。缩短渗碳时间后，最好设定前述初期设定温度和渗碳温度的下降速度，使前述工序2中前述处理对象物的渗碳深度达到目标值时的渗碳温度在前述共晶点以上。前述工序1中的渗碳气体的分压和前述工序2中的渗碳气体的分压最好设定为相同的一定值。这样工序1和工序2能够连续进行，实现渗碳处理的短时间化和自动化。本专利技术通过缩短渗碳时间，能够减少气体渗碳所需要的能量及气体的消耗量。附图说明图1为铁和碳的平衡状态图。图2表示使用本专利技术的实施方式的气体渗碳用装置对处理对象物的试样进行加热的状态。图3表示渗碳气体的碳势(carbon potential)和浓度的关系。图4表示为使本专利技术的实施方式的处理对象物的表面碳浓度对应固溶限值的变化而变化的表面碳浓度、渗碳温度及时间的关系。图5表示使用本专利技术的实施方式的气体渗碳用装置对处理对象物进行加热的状态。具体实施例方式图2表示本专利技术的实施所用的气体渗碳用装置。该气体渗碳用装置具备真空容器1、加热装置2、用于该真空容器1内的减压的真空泵3、向该真空容器1内供给渗碳气氛用气体的气体源4。本实施方式中，加热装置2利用与电源7连接的线圈2a在真空容器1内进行感应加热。电源7向线圈2a的输出功率是可变的。在进行钢制处理对象物的气体渗碳之前，进行钢制处理对象物的试样5′的气体渗碳。因此，在配置于加热装置2的试样5′的表面焊接作为温度检测用传感器的热电偶6。温度检测手段并不限定为热电偶。然后，利用真空泵3排出真空容器1内的空气，使真空容器1内减压，此时，真空容器1的内压最好降至约27Pa以下。减压后，在真空容器1内由气体源5导入渗碳气氛用气体。这样真空容器1内就充满了渗碳气氛，使该渗碳气氛的总压力上升。例如，使真空容器1内的渗碳气氛压力升至80kPa左右。本实施方式的渗碳气氛用气体由渗碳气体和稀释气体构成。对该渗碳气体和稀释气体的种类无特别限定。本实施方式的渗碳气体为甲烷气体，稀释气体为氮气。作为渗碳气体使用烃类气体可实现无氧化渗碳。渗碳气体并不仅限于烃类气体。渗碳气氛可部分含有渗碳气体，也可完全由渗碳气体组成。将真空容器1内的渗碳气氛保持为一定的情况下，以一定流量由气体源4向真空容器1内供给渗碳气氛用气体，同时以一定流量由真空泵3排出渗碳气氛用气体。这样在真空容器1内渗碳气氛用气体就例如以0.5L/min的一定流量流动，渗碳气氛的总压力例如保持在80kPa左右。即，在真空容器1内流动含有一定分压的渗碳气体的渗碳气氛。渗碳气体的分压是真空容器1内的渗碳气氛的总压力乘以渗碳气体的摩尔分率或容积％而获得的值，与渗碳气体浓度对应。通过改变真空容器1内的渗碳气氛的总压力，或改变渗碳气体和稀释气体的流量比，能够改变对应于某一定温度的渗碳气体的碳势的渗碳气体的浓度(容积％)。对应于该渗碳气体的分压的浓度可根据处理对象物的目标碳浓度决定。此外，如果使渗碳气体浓度一定长时间进行渗碳，则处理对象物的表面碳浓度与该一定温度下的碳势一致，所以某一定温度的渗碳气体的碳势与渗碳气体的浓度(容积％)间的关系能够预先通过试验求得。图3表示1300℃的渗碳气体的浓度(容积％)和碳势(重量％)间通过试验求得的关系的一例。在渗碳气体的分压维持在一定值的状态下，利用加热装置2对试本文档来自技高网...

【技术保护点】
气体渗碳方法，其特征在于，具备以下２个工序，在含有渗碳气体的渗碳气氛中，在达到从δ铁和液相相变为γ铁的包晶点以下、从液相相变为γ铁和渗碳体的共晶点以上的初期设定温度为止，加热钢制处理对象物以使其表面碳浓度不超过固溶限值的工序１；在前述工序１后，使渗碳温度从前述初期设定温度逐渐下降，在不超过固溶限值的范围内增加前述处理对象物的表面碳浓度的同时使前述处理对象物的渗碳深度增加的工序２。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：立里晓华，石桥智行，辻荘平，
申请(专利权)人：光洋热系统株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]