表面硬化处理装置和表面硬化处理方法制造方法及图纸

根据由炉内氮化势运算装置运算出的处理炉内的氮化势和目标氮化势，一边将两种以上的炉内导入气体的总导入量保持恒定，一边改变该两种以上的炉内导入气体的流量比例，由此分别地控制上述两种以上的炉内导入气体的导入量，以使上述处理炉内的氮化势接近上述目标氮化势。

Surface hardening device and method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】表面硬化处理装置和表面硬化处理方法
本专利技术涉及进行例如氮化、软氮化、渗氮淬火等对于金属制的被处理品的表面硬化处理的表面硬化处理装置和表面硬化处理方法。
技术介绍
在钢等金属制的被处理品的表面硬化处理中，作为低应变处理的氮化处理的需求很多。作为氮化处理的方法，包括气体法、盐浴法、等离子体法等。这些方法中，在考虑到品质、环境性、量产性等的情况下，气体法在综合上是优异的。通过使用基于气体法的氮化处理(气体氮化处理)，可改善伴随对于机械部件的淬火的渗碳、碳氮共渗处理或感应淬火所引起的应变。作为与气体氮化处理相同种类的处理，还已知基于伴随渗碳的气体法的软氮化处理(气体软氮化处理)。气体氮化处理为下述工艺：对于被处理品仅使氮渗透扩散，并使表面硬化。在气体氮化处理中，将氨气单独、氨气与氮气的混合气体、氨气与氨分解气体(75％氢、25％氮)、或氨气、氨分解气体与氮气的混合气体导入处理炉内，进行表面硬化处理。另一方面，气体软氮化处理为下述工艺：对于被处理品，与氮一同使碳附带地渗透扩散，并使表面硬化。例如，在气体软氮化处理中，将氨气、氮气与二氧化碳(CO2)的混合气体、或者氨气、氮气、二氧化碳与一氧化碳气体(CO)的混合气体等两种以上的炉内导入气体导入处理炉内，进行表面硬化处理。气体氮化处理和气体软氮化处理中的气氛控制的基础是控制炉内的氮化势(KN)。通过控制氮化势(KN)，能够控制在钢材表面生成的化合物层中的γ’相(Fe4N)和ε相(Fe2-3N)的体积分数、或实现不生成该化合物层的处理等，能够得到广泛的氮化品质。例如，根据日本特开2016-211069(专利文献1)，通过γ’相的选择与其厚膜化，可改善弯曲疲劳强度、耐磨耗性，可实现机械部件的功能化的进一步提高。在上述的气体氮化处理和气体软氮化处理中，为了管理内部配置有被处理品的处理炉内的气氛，设置测定炉内氢浓度或炉内氨浓度的炉内气氛气体浓度测定传感器。并且，由该炉内气氛气体浓度测定传感器的测定值运算出炉内氮化势，与目标(设定)氮化势比较，进行各导入气体的流量控制(“热处理”、55卷、1号、7～11页(平冈泰、渡边阳一))。关于各导入气体的控制方法，一边将炉内导入气体的流量比例保持恒定一边控制总导入量的方法是公知的(“铁的氮化与软氮化”、第2版(2013)、158～163页(DieterLiedtke等人、AGNEGijutsuCenter))。(气体氮化处理的基本事项)若用化学方式说明气体氮化处理的基本事项，在气体氮化处理中，在配置被处理品的处理炉(气体氮化炉)内，发生下述式(1)表示的氮化反应。NH→[N]+3/2H2···(1)此时，氮化势KN由下述式(2)定义。KN＝PNH3/PH23/2···(2)此处，PNH3为炉内氨分压，PH2为炉内氢分压。氮化势KN作为表示气体氮化炉内的气氛所具有的氮化能力的指标而为人所知。另一方面，在气体氮化处理中的炉内，被导入该炉内的氨气的一部分根据式(3)的反应而热分解成氢气和氮气。NH3→1/2N2+3/2H2···(3)在炉内，主要发生式(3)的反应，式(1)的氮化反应在量上几乎可以忽略不计。因此，若已知在式(3)的反应中消耗的炉内氨浓度或在式(3)的反应中产生的氢气浓度，可以运算出氮化势。即，由1摩尔氨，产生的氢和氮分别为1.5摩尔和0.5摩尔，因此若测定炉内氨浓度则还可知炉内氢浓度，能够运算出氮化势。或者，若测定炉内氢浓度，则可知炉内氨浓度，也能运算出氮化势。需要说明的是，流至气体氮化炉内的氨气在炉内循环后，被排出至炉外。即，在气体氮化处理中，对于炉内的现有气体，不断地使新鲜(新)的氨气流入炉内，从而将该现有气体持续排出至炉外(以供给压力挤出)。此处，若导入炉内的氨气的流量少，则炉内的气体停留时间变长，因此被分解的氨气的量增加，通过该分解反应产生的氮气+氢气的量增加。另一方面，若导入炉内的氨气的流量多，则未被分解而排出至炉外的氨气的量增加，在炉内产生的氮气+氢气的量减少。(流量控制的基本事项)接着，关于流量控制的基本事项，首先对将炉内导入气体设为仅氨气的情况进行说明。将导入炉内的氨气的分解度设为s(0<s<1)时，炉内的气体反应由下述式(4)表示。NH3→(1-s)/(1+s)NH3+0.5s/(1+s)N2+1.5s/(1+s)H2···(4)此处，左边为炉内导入气体(仅氨气)，右边为炉内气体组成，存在未分解的氨气、与通过氨气的分解以1：3的比例产生的氮和氢。因此，在利用氢传感器测定炉内氢浓度的情况下，右边的1.5s/(1+s)对应于基于氢传感器的测定值，能够由该测定值运算出被导入炉内的氨气的分解度s。由此，还能运算出与右边的(1-s)/(1+s)相对应的炉内氨浓度。即，仅由氢传感器的测定值能够获知炉内氢浓度和炉内氨浓度。因此，能够运算出氮化势。即使在使用多种炉内导入气体的情况下，也能控制氮化势KN。例如，将氨和氮这两种气体作为炉内导入气体，将其导入比例设为x：y(x、y已知且x+y＝1。例如，x＝0.5、y＝1－0.5＝0.5(NH3：N2＝1：1))时的炉内的气体反应由下述式(5)表示。xNH3+(1-x)N2→x(1-s)/(1+sx)NH3+(0.5sx+1-x)/(1+sx)N2+1.5sx/(1+sx)H2···(5)此处，右边的炉内气体组成为未分解的氨气、通过氨气的分解以1：3的比例产生的氮和氢、所导入的左边的氮气(在炉内未分解)。此时，x已知(例如x＝0.5)，因此，在右边的炉内氢浓度、即1.5sx/(1+sx)下，未知数仅为氨的分解度s。因此，与式(4)的情况同样地，能够由氢传感器的测定值运算出被导入炉内的氨气的分解度s，由此还能够运算出炉内氨浓度。因此，能够运算出氮化势。在不固定炉内导入气体的流量比例的情况下，炉内氢浓度和炉内氨浓度包含被导入炉内的氨气的分解度s和氨气的导入比例x这两个作为变量。通常，作为控制气体流量的设备，使用质量流量控制器(MFC)，因此，基于其流量值可以作为数字信号连续地读取氨气的导入比例x。因此，基于式(5)，通过将该导入比例x和氢传感器的测定值进行组合，能够运算出氮化势。现有技术文献专利文献本说明书引用的专利文献1为日本特开2016-211069。本说明书引用的非专利文献1为“热处理”、55卷、1号、7～11页(平冈泰、渡边阳一)，本说明书引用的非专利文献2为“铁的氮化与软氮化”、第2版(2013)、158～163页(DieterLiedtke等人、AGNEGijutsuCenter)，本说明书引用的非专利文献3为“EffectofCompoundLayerThicknessComposedofγ’-Fe4NonRotated-BendingFatigueStrengthinGas-NitridedJIS-SCM435Steel”、MaterialsTransaction本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面硬化处理装置，其中，作为在处理炉内产生氢的气体，将包括(1)仅氨气、(2)仅氨分解气体、或(3)仅氨气和氨分解气体这两种的两种以上的炉内导入气体导入所述处理炉内，进行气体氮化处理或气体软氮化处理作为配置于所述处理炉内的被处理品的表面硬化处理，该表面硬化处理装置的特征在于，/n其具备：/n炉内气氛气体浓度检测装置，检测出所述处理炉内的氢浓度或氨浓度；/n炉内氮化势运算装置，基于由所述炉内气氛气体浓度检测装置检测出的氢浓度或氨浓度，运算出所述处理炉内的氮化势；和/n气体导入量控制装置，根据由所述炉内氮化势运算装置运算出的所述处理炉内的氮化势和目标氮化势，一边将所述两种以上的炉内导入气体的总导入量保持恒定，一边改变所述两种以上的炉内导入气体的流量比例，由此分别地控制所述两种以上的炉内导入气体的导入量，以使所述处理炉内的氮化势接近所述目标氮化势，/n所述目标氮化势设定成对于同一被处理品来说根据时间段而不同，并且在同一时间段内设定为固定值，/n所述气体导入量控制装置实施PID控制，其中，将所述两种以上的炉内导入气体各自的导入量作为输入值，将由所述炉内氮化势运算单元运算出的所述处理炉内的氮化势作为输出值，将所述目标氮化势作为目标值，/n关于所述PID控制中的比例增益、积分增益或积分时间、与微分增益或微分时间，可以从实施导频处理预先获得的候补值中针对所述目标氮化势的每个不同值进行设定。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170707 JP 2017-133910;20170720 JP 2017-1405031.一种表面硬化处理装置，其中，作为在处理炉内产生氢的气体，将包括(1)仅氨气、(2)仅氨分解气体、或(3)仅氨气和氨分解气体这两种的两种以上的炉内导入气体导入所述处理炉内，进行气体氮化处理或气体软氮化处理作为配置于所述处理炉内的被处理品的表面硬化处理，该表面硬化处理装置的特征在于，
其具备：
炉内气氛气体浓度检测装置，检测出所述处理炉内的氢浓度或氨浓度；
炉内氮化势运算装置，基于由所述炉内气氛气体浓度检测装置检测出的氢浓度或氨浓度，运算出所述处理炉内的氮化势；和
气体导入量控制装置，根据由所述炉内氮化势运算装置运算出的所述处理炉内的氮化势和目标氮化势，一边将所述两种以上的炉内导入气体的总导入量保持恒定，一边改变所述两种以上的炉内导入气体的流量比例，由此分别地控制所述两种以上的炉内导入气体的导入量，以使所述处理炉内的氮化势接近所述目标氮化势，
所述目标氮化势设定成对于同一被处理品来说根据时间段而不同，并且在同一时间段内设定为固定值，
所述气体导入量控制装置实施PID控制，其中，将所述两种以上的炉内导入气体各自的导入量作为输入值，将由所述炉内氮化势运算单元运算出的所述处理炉内的氮化势作为输出值，将所述目标氮化势作为目标值，
关于所述PID控制中的比例增益、积分增益或积分时间、与微分增益或微分时间，可以从实施导频处理预先获得的候补值中针对所述目标氮化势的每个不同值进行设定。


2.如权利要求1所述的表面硬化处理装置，其特征在于，所述目标氮化势根据各时间段在0.05～1.3的范围内进行设定。


3.如权利要求1或2所述的表面硬化处理装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：平冈泰，渡边阳一，
申请(专利权)人：帕卡热处理工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP