JPH0312139B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、容器形状をなす被熱処理品の熱処
理に適用される熱処理方法に関し、とくに熱処理
しようとする被熱処理容器が割形中空球状あるい
は中空円筒状をなす場合において当該容器を熱処
理する際に適用するのに好適な熱処理方法に関す
るものである。

（従来の技術） 割形中空状をなす容器を用いる製品としては、
例えば、割形中空球状をなす容器を二個各々の開
口部で突き合わせて接合したチタン合金製の球形
ロケツトモータチヤンバや、割形中空球状をなす
容器と中空円筒状をなす容器の一端とを各々開口
部分で突き合わせて接合した胴長型ロケツトモー
タチヤンバなどがある。

従来、このような割形中空状をなす容器を熱処
理するに際しては、当該容器に対する加熱および
冷却がなるべく均等に行われるように例えば第３
図に示すような熱処理用治具を使用して行つてい
た。図に示す熱処理用治具１０１は、熱処理しよ
うとする割形中空球状の容器１０２をその開口部
を下向きにして保持するリング状の容器保持体１
０３と、前記容器１０２を冷却液中に浸漬した際
に中空部内に存在する空気および蒸気を排出する
ための排気ダクト１０４とを備えるものである。

そして、熱処理に際しては、容器１０２を熱処
理用治具１０１のリング状容器保持体１０３上に
設置したのち、クランプ１０５およびボルト１０
６により固定する。次いでアイボルト１０７を介
して前記熱処理用治具１０１および容器１０２を
加熱炉内に装入し、容器１０２の熱処理温度に所
定時間加熱したのち冷却液中に浸漬する。このと
き、容器１０２内に取り残された空気および内部
で発生した蒸気は排気ダクト１０４より外部に排
出される。

（発明が解決しようとする問題点） このような熱処理用治具を使用した熱処理にあ
つては、容器１０２をその開口部を下向きにして
冷却中に浸漬するようにしているため、焼むらや
焼ひずみ等の発生を極力少なくすることができ、
容器の頂上部に開孔が形成されていないときでも
中空部内に取り残された空気および中空部内で発
生した蒸気は排気ダクト１０４を通して外部に排
出されるため、容器の赤道部付近のみならず頂上
部付近においても冷却遅れが生じるのを防止する
ことができ、容器１０２の全体にわたつて均一な
熱処理を行うことが可能であるという優れた効果
が得られるものである。

しかしながら、このような熱処理においては、
加熱時に容器１０２の内外面ともが大気にさらさ
れているため、容器１０２の内外面ともに酸化物
層等の脆化層が生成し、また容器１０２の開口部
以外は無拘束の状態であるので、赤道部以外の部
分で焼ひずみを生じやすいためあらかじめ前記の
焼ひずみに相当する分だけ容器１０２の肉厚を大
きくしておく必要があり、これに比例して熱処理
後の旋削量が多くなり、素材および製造コストの
増大をもたらすことがあるという問題点があつ
た。

この発明は、上述した従来の問題点に着目して
なされたもので、容器の少なくとも内面において
加熱時に酸化物層等の脆化層が形成されず、ま
た、加熱時において容器の全体が矯正された状態
で冷却されるため、焼むろおよび焼ひずみがほと
んど生じない熱処理方法を提供することを目的と
している。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明による熱処理方法は、被熱処理容器の
少なくとも内面に、前記被熱処理容器よりも熱膨
張係数の大きい素材からなり且つ前記被熱処理容
器の内面と相似形の外面を有する熱処理用治具を
配設して、前記被熱処理容器の内面と熱処理用治
具の外面との間に不活性なガスを送給しながら加
熱し、前記加熱による熱膨張によつて前記被熱処
理容器を前記熱処理用治具で矯正した状態とし
て、前記被熱処理容器と熱処理用治具とを同時に
冷却するようにしたことを特徴としており、より
望ましくは、冷却時に、被熱処理容器の冷却速度
が熱処理用治具の冷却速度よりも大きくなるよう
にし、また、より望ましくは、熱処理用治具の外
面に、当該外面を形成する素材よりも熱伝導率の
高い冷却促進材を設けるようにし、さらにまた、
より望ましくは、熱処理用治具の外面に、被熱処
理容器の内面との間での拡散接合を防止するセラ
ミツクス粒子等よりなる拡散接合防止材を設ける
ようにしたことを特徴としている。

実施例 １ 第１図はこの発明の一実施例において使用した
熱処理用治具および容器を示す図であつて、ここ
で用いた熱処理用治具１は、主として、半球状を
なす被熱処理容器２の熱膨張係数よりも大きい熱
膨張係数の素材かなりかつ前記被熱処理容器２の
内面２ａと相似形の外面３ａを有する半球状金型
３と、前記被熱処理容器２および金型３の下端開
口部を支持するリング状保持体４と、前記金型３
の中空部の頂上付近で開口する排気ダクト５と、
前記容器２の内面２ａと金型３の外面３ａとの間
で形成された空間部分に不活性なガスを送り込む
ガス送給管６とを備えている。

これらのうち、被熱処理容器２は、この実施例
１において熱膨張係数が約9.74×10^-6／℃のチタ
ン系合金からなり、その赤道部の外周に複数の固
定金具７の係止溝２ｂを備えているものである。

また、半球状金型３は、前述したように被熱処
理容器２の内面２ａと相似形の外面３ａを有して
いると共に、冷却時に被熱処理容器２の冷却速度
を高めるための多数の溝部３ｂおよび多数の補強
用突出部３ｃを有し、前記補強用突出部３ｃの一
部には、半球状金型３の中空側から外面３ａ側に
向けて不活性なガス例えばアルゴンガスやヘリウ
ムガスなどを送給するためのガス送給孔３ｅを有
しており、さらに赤道部低面側にはリング状保持
体４との係止用段部３ｄが設けてある。そして、
この半球状金型３は、前述したように前記被熱処
理容器２の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数の
素材からなり、この実施例１においては熱膨張係
数が約18.0×10^-6℃であるオーステナイト系ステ
ンレス鋼から製作してある。

さらに、リング状保持体４は、前記容器２およ
び金型３の開口部直径に対応した直径を有するリ
ング状をなし、その上面には前記金型３に設けた
係止用段部３ｄと係止する段部４ａが形成してあ
ると共に、その外周には前記固定金具７の下端を
係止させる係止用段部４ｂおよび前記固定金具７
を固定する際に用いるボルト８のめねじ孔４ｃが
外周上の複数個所に形成してある。また、後述す
る不活性なガスの排出通路４ｄが複数箇所に形成
してある。さらに、リング状保持体４の下端側に
は、前記排気ダクト５を構成する水平ダクト５ａ
を支持するダクト支持部材９ａ，９ｂが設けてあ
り、一方のダクト支持部材９ｂはガス送給管６を
も同時に支持するものとなつている。

上記の排気ダクト５は、水平ダクト５ａと、中
空部内垂直ダクト５ｂと、外部垂直ダクト５ｃ
と、上部水平ダクト５ｄと、上部傾斜ダクト５ｅ
とを備えており、中空部内垂直ダクト５ｂの上端
は半球状金型３の頂上部分で開口していると共
に、中空部内垂直ダクト５ｂの中程には、前記ガ
ス送給管６を支持しかつこれを複数のガス送給管
６ａ，６ｂに接続して連通させるための分岐具９
が固定してある。そして、分岐したガス送給管６
ａ，６ｂの他方の端部は前記金型３に形成したガ
ス送給孔３ｃにねじ固定してある。

このような構造をもつ熱処理用治具１を使用し
て被熱処理容器２の熱処理を行うに際しては、リ
ング状保持体４上に半球状金型３を各係止用段部
３ｄ，４ａを介して係止固定し、ダクト支持部材
９ａ，９ｂによつて排気ダクト５を支持させ、ガ
ス送給管６の分岐したガス送給管６ａ，６ｂを金
型３のガス送給孔３ｃに固定すると共に、ガス送
給管６の他端を図示しないガス送給装置に接続し
た状態とする。

次いで、前記金型３の外面３ａに、ボロンナイ
トライド（BN）等のセラミツク粉末を拡散接合
防止材として塗布したのち、当該金型３の外面３
ａに中空状被熱処理容器２を被せ、その下端部分
をリング状保持体４上に設置して複数の固定用金
具７を前記容器２の赤道部外周に設けた係止溝２
ｂとリング状保持体４の外周に設けた係止部４ｂ
との間に掛けたのち、ボルト８をめねじ孔４ｃに
ねじ込んで、被熱処理容器２を熱処理用治具１に
固定する。

続いて、前記被熱処理容器２を熱処理用治具１
と共に図示しない加熱炉内に設置すると共に、図
示しないガス送給装置より不活性なガス、例えば
アルゴンガスを送給し、ガス送給管６を経て容器
２の内面２ａと金型３の外面３ａとの間に形成さ
れた空間部分１０にアルゴンガスを送給する。

このようにして、アルゴンガスを送給しながら
被熱処理容器２を所定の熱処理温度（例えば800
℃）に加熱して適宜時間保持する。このとき、金
型３の熱膨張係数は容器２の熱膨張係数よりも大
きいため、金型３の外面３ａが容器２の内面２ａ
に密着して押圧した状態となり、当該容器２を金
型３が矯正している状態となる。

次いで、上記容器２および熱処理用治具１を加
熱炉内より取り出したのち、図示しない冷却槽、
例えば水槽中に浸漬して急速冷却処理を行う。こ
の冷却時においては、被熱処理容器２の冷却速度
が熱処理用治具１の金型３の冷却速度よりも大き
くなるようにすることによつて、容器２は金型３
の外面３ａにさりに密着してより一層良好に矯正
されるようになる。そして、冷却後に被熱処理容
器２を熱処理用治具１から取り出したが、この
際、金型３の外面３ａに拡散接合防止材が塗布し
てあつたため、その取り出しは容易に行うことが
できた。

このようにして熱処理した後の容器２は、熱処
理歪が非常に小さいと共に、内面２ａは加熱中に
大気と接触しないため良好な表面肌を有している
ものであつた。

実施例 ２ 第２図はこの発明の他の実施例を示す図であつ
て、第１図に示した熱処理用治具１において、そ
の半球状金型３の外面３ａに、当該金型３よりも
熱伝導率の高い素材からなる冷却促進材１１を配
設し、金型３の補強用突出部３ｃの一部には冷却
水流入用貫通孔３ｆを複数設けた場合を示すもの
である。なお、第２図においては第１図と同一構
成部分に同一符号を付してその説明を省略する。

この実施例２においては、冷却促進材１１の素
材としてニツケルを選定し（そのほか、例えば銅
などの高熱伝導材料を用いることができる。）、そ
のほかは実施例１と同様に被熱処理容器２として
はチタン系合金からなるものを用いると共に金型
３にはオーステナイト系ステンレス鋼を使用し、
実施例１と同様にして溶体化処理および時効処理
を行つた。

この結果、金型３の外面３ａには、当該金型３
を構成するオーステナイト系ステンレス鋼よりも
熱伝導率が約５倍であるニツケルよりなる冷却促
進材１１を配設しているため、被熱処理容器２の
冷却速度をさらに向上させることが可能となり、
熱処理効果をより一層高めることができた。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明による熱処
理方法は、被熱処理容器の少なくとも内面に、前
記被熱処理容器よりも熱膨張係数の大きい素材か
らなり且つ前記被熱処理容器の内面と相似形の外
面を有する熱処理用治具を配設して、前記被熱処
理容器の内面と熱処理用治具の外面との間に不活
性なガスを送給しながら加熱し、前記加熱による
熱膨張によつて前記被熱処理容器を前記熱処理用
治具で矯正した状態として、前記被熱処理容器と
熱処理用治具とを同時に冷却するようにしたか
ら、被熱処理容器を熱処理用治具と共に加熱した
状態では、当該熱処理用治具の外面にならつて前
記被熱処理容器の内面を無理なく押し拡げるよう
な力が作用して当該被熱処理容器のひずみを矯正
することとなるため、熱処理ひずみを著しく小さ
いものとすることが可能となる。また、加熱の間
には少なくとも被熱処理容器の内面が不活性なガ
スによる非酸化性雰囲気となつているため、熱処
理後の被熱処理容器の光輝性を著しく向上させる
ことが可能である。したがつて、従来の場合より
も熱処理後の容器の寸法精度を高めることができ
るため、ロケツトモータケースのような高精度が
要求される容器の場合に、熱処理後の容器の削り
量が少なくてすむ肉厚の薄い容器素材を使用する
ことが可能になり、素材原価の低減および製作時
間の短縮による製造原価の低減に役立つという非
常に優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は各々この発明による熱処
理方法の実施例１および実施例２において使用し
た熱処理用治具および該熱処理用治具に固定した
被熱処理容器の縦断面説明図、第３図は従来の熱
処理方法において使用する熱処理用治具および該
熱処理用治具に固定した被熱処理容器の縦断面説
明図である。 １……熱処理用治具、２……被熱処理容器、２
ａ……容器の内面、３……半球状金型、３ａ……
金型の外面、６……ガス送給管、１１……冷却促
進材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被熱処理容器の少なくとも内面に、前記被熱
   処理容器よりも熱膨張係数の大きい素材からなり
   且つ前記被熱処理容器の内面と相似形の外面を有
   する熱処理用治具を配設して、前記被熱処理容器
   の内面と熱処理用治具の外面との間に不活性なガ
   スを送給しながら加熱し、前記加熱による熱膨張
   によつて前記被熱処理容器を前記熱処理用治具で
   矯正した状態として、前記被熱処理容器と熱処理
   用治具とを同時に冷却することを特徴とする熱処
   理方法。 ２ 冷却時に、被熱処理容器の冷却速度が熱処理
   用治具の冷却速度よりも大きくなるようにした特
   許請求の範囲第１項記載の熱処理方法。 ３ 熱処理用治具の外面には、当該外面を形成す
   る素材よりも熱伝導率の高い冷却促進材を設けて
   いる特許請求の範囲第１項また第２項記載の熱処
   理方法。 ４ 熱処理用治具の外面には、被熱処理容器の内
   面との間での拡散接合を防止する拡散接合防止材
   を設けている特許請求の範囲第１項、第２項また
   は第３項記載の熱処理方法。