JPH0441615A - オーステンパ処理方法および装置 - Google Patents

オーステンパ処理方法および装置

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JPH0441615A
JPH0441615A JP14706290A JP14706290A JPH0441615A JP H0441615 A JPH0441615 A JP H0441615A JP 14706290 A JP14706290 A JP 14706290A JP 14706290 A JP14706290 A JP 14706290A JP H0441615 A JPH0441615 A JP H0441615A
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JP
Japan
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gas
fluidized bed
furnace
austempering
gaseous
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JP14706290A
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English (en)
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Naoharu Hamasaka
直治 浜坂
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はオーステナイト域まで加熱された綱や鋳鉄を
流動層によりベイナイトに変態させるようにしたオース
テンパ処理方法およびその方法に用いる装置に関する。
〔従来技術〕
球状黒鉛鋳鉄等のオーステンパ処理はその強度や靭性を
高める熱処理プロセスとして近年注目されてきている。
一般にオーステンパ処理は綱や鋳鉄等の被処理材をオー
ステナイト域まで加熱し、それをパーライト変態を阻止
するように急冷した後、250〜400℃程度の温度に
所定時間(約2時間)保持する熱処理法をいう。この保
持中に基地組織がベイナイト化して強度、靭性を向上さ
せることを狙っている。このオーステンパ処理のヒート
パターンを第1図に示す。
このようなオーステナイト域においては■オーステナイ
ト域からの2、冷、および■安定した恒温変態が処理上
のポイントであり、これを具現化する急冷方法および恒
温保持方法として、(1)溶融塩浴中で冷却・恒温保持
、 (2)油槽中で冷却後に恒温槽中で恒温保持、(3)水
と空気をノズル穴から噴出させて行う噴霧冷却後に恒温
槽で恒温保持、 (4〕アルミナとN2ガスによる流動層で冷却・恒温保
持、 する等の方法が実用化されあるいは提案されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、前述した従来の方法にはそれぞれ問題点
がある。
まず(1)では硝酸塩等の塩浴材を水洗によって被処理
材から除去するが、廃棄される処理水による環境汚染を
防ぐために処理水のBODおよびPH副調整の環境対策
を施す必要がある。
(2)および(3)では、冷却後恒温槽へ移し変える手
間がかかり、冷却装置とは別に恒温装置が必要である等
の設備コストがかかる。
(4)の流動層を用いる方法は温度分布が均一なことか
ら恒温保持には最適であるが従来例のような流動媒体に
アルミナ、流動ガスにN2ガスを用いた流動層では冷却
能が小さく、円部が厚い鋳造部品ではベイナイト組織を
得ることが困難であった。
本発明は、前述の問題点に鑑みて、これらを改良すべく
なされたもので、環境汚染対策を必要とせず冷却装置か
ら恒温槽へ被処理材を移し変えるような手間が省は設備
コストの点でも有利とした流動層を用い、さらに、流動
層の冷却能を高めて円部が厚い鋳造部品についてもオー
ステンパ処理を容易とする方法およびその方法に用いる
装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
流動層の冷却能を支配する因子として、■流動媒体(粒
子)の大きさや材質、 ■流動ガスの種類、 という2つの観点から検討を重ね、テストを行なった結
果、流動ガスの種類が冷却能に大きく影響することがわ
かった。すなわちHeガスを流動ガスに用いると流動層
の冷却能が高められることを見出して本発明を完成させ
たものである。すなわち本発明は、 オーステナイト域まで加熱された被処理材を流動層中で
ベイナイト変態させるようにしたオーステンパ処理方法
において、前記流動層の流動ガスにHeガスを用いる構
成を特徴としている。
また本発明ではこのようなオーステンパ処理方法を実施
するに適した装置を提供するものである。すなわち、 オーステナイト域まで加熱された被処理材をベイナイト
変態させるだめの流動層炉を有するオーステンパ処理装
置において、この装置はHeガスを流動ガスとして流動
層炉に供給する手段、この流動層炉から排出されたHe
ガスを前記流動層炉に循環させる手段、この循環手段ま
たは前記流動層炉に結合されていてHeガスを貯蔵する
手段を備える構成を特徴としている。
本発明においては冷却能の高いHeガスを冷却時にのみ
使い、恒温保持時には流動ガスにN2ガスを使用するこ
ともできる。すなわち、オーステナイト域まで加熱され
た被処理材をHeガスを流動ガスとする流動層中でベイ
ナイト変態温度まで急冷した後、前記流動層の流動ガス
をHeガスからN2ガスに換えこの流動層中で前記被処
理材をベイナイト変態温度に一定時間保持する構成とす
ることも可能である。したがって、この方法を実施する
ための装置としては、さらに流動層炉へN2ガスを供給
するための供給手段およびこのNtガスを循環させて再
利用するための循環手段が設けられ、オーステナイト域
まで加熱された前記被処理材のパーライト変態温度まで
の急冷を前記Heガスが供給された流動層炉で行ない、
急冷後Heガスを前記貯蔵手段に貯蔵してHeガスの供
給を止める一方、N2ガスを前記供給手段により流動層
炉に供給し、さらに前記循環手段により循環させてこの
流動層炉内において前記被処理材をベイナイト変態温度
に一定時間保持するようにした装置が好適に使用できる
〔作 用〕
熱伝導度についてN2ガス、ArガスおよびHeガスを
比較すると、100°CにおいてN2ガスが0.026
9kca 1 / +wh″C,Arガスが0.018
1kcal /a+h’cであるに対してHeガスでは
0.143kcal /mh’cと格段に大きい、これ
から球状黒鉛鋳鉄よりなるφ20moの刃棒の中心部の
冷却曲線を算定すると第2図のようになり、Heガス冷
却の場合では、N、ガス冷却の場合よりも急速に冷却が
行われることがわかる。したがって本発明では流動ガス
にHeガスを用いることにより流動層の冷却能が高めら
れる。
また本発明で使用するHeガスはN2ガスよりも高価で
あるが、本発明の装置によりHeガスを循環させて反復
使用でき、Heガスを使用しない時にはHeガスを貯蔵
しておくことができるのでHeガスを効率よく使用する
ことからランニングコストの上昇を抑止している。
さらにHeガスを冷却時のみに用い、恒温保持時にはN
2ガスを流動ガスに用いることにより、高い冷却能を維
持する一方でHeガスの使用量が節約でき、製造コスト
を下げることができる。このような意図に従って、本発
明装置では流動層炉を共通に用いるとともに、通常のN
2ガス供給手段とN2ガス循環手段を付加するものとし
た。したがって本発明装置の構造は単純化され設備コス
トも低く抑えられる。
〔効 果〕
以上説明したように、本発明ではHeガスを流動ガスに
用いることにより流動層の冷却能が大巾に高められ、塩
浴や油槽等を用いた場合に匹敵する冷却能が得られるよ
うになった。従来のN2ガスによる流動層では、例えば
非合金球状黒鉛鋳鉄のオーステナイト域を行なった場合
φ10III[Il以下の肉厚しかベイナイト構造を得
られなかったのが、本発明によりφ20mmの肉厚につ
いても内部までベイナイト化させることが可能となった
本発明では溶融塩を使用した場合のような環境汚染対策
を必要としない。また冷却の恒温保持が1つの流動層炉
の中でできるので、冷却と恒温保持を別の装置で行なう
従来法と比べて被処理品を移し変えるような手間がかか
らず、設備コストの点でも有利である。
〔実施例〕
次に、本発明の具体的な実施例を図面を参照しつつ説明
する。
まず実施例■において第3図に示されるオーステンパ処
理装置の流動層炉1内に、被処理材として800〜90
0°Cに加熱された球状黒鉛鋳鉄製部材を被処理材2と
して装入する。バルブ3゜4.5を開き、Heガスボン
ベ8からターボファン10により加速したHeガスを配
管9を通して流動層炉l内に導入する。なおバルブ3は
適当なHe供給量に達した後に閉しる。炉l内には先に
80メソシュ程度の粒径のアルミナ粉11を装入してお
く。分散板12から吹き上げられたHeガスはこのアル
ミナIIと共に流動層を形成し、この流動層の熱交換作
用により被処理材2が冷却される。一方熱交換によりあ
たためられたHeガスはフィルタ14を通って流動層炉
1の上方から排出され、熱交換器15によって冷却され
る。それから配管9を通り再びターボファン10によっ
て加速されて流動層炉1に導入される。
このようにHeガスを循環させて被処理材2を約250
〜400℃のベイナイト変態温度まで急冷却する。必要
に応じてヒータ16により流動層炉1内を所定恒温温度
に調節することによりこのベイナイト変態温度を保持し
、流動層中においてベイナイト変態を行わせる。所定時
間(2時間程)経過後、バルブ3,4を閉じバルブ6を
開け(バルブ7は閉したままである。)ポンプ17によ
りHeガスを流動層炉1内から抜き出して貯蔵タンク1
8に貯蔵する。貯蔵完了後はまたバルブ6を閉じる。ベ
イナイト変態が終了した球状黒鉛鋳鉄部材としての被処
理材2は炉外へ取り出して放冷する。
別の被処理材2をオーステンパ処理するために再びこの
流動層炉装置を使用する際には、被処理材2を装入後、
バルブ7.4.5を開け、コンプレッサ19により貯蔵
タンク1日から排出されたHeガスを加圧して流動層炉
lに送り出す。
そして前述の操作を繰り返して行なう。この際Heガス
の流量が不足であればバルブ3を開けてHeガスを追加
供給すればよい。
次に別の実施例■を第4図を参照して説明する。この実
施例]において、オーステンパ処理の冷却工程は前述し
た実施例Iと全く同じであり説明を省略する。Heガス
流動による冷却終了後、Heガスはポンプ17によって
貯蔵タンク18内に貯蔵される。そしてHeガス供給お
よび循環にかかわるバルブ4,5,6.7は全て閉じら
れる。続いてバルブ20〜22を開け、N2ガスボンベ
23からN2ガスをターボファン24によって加速して
流動層炉1内に導入する。この時被処理材2である球状
黒鉛鋳鉄は既にベイナイト変態温度まで冷却されている
ので、ヒータ16により炉1内を加熱して変態温度に保
持しベイナイト変態を行わせる。分散板12から吹き上
げられたN2ガスはアルミナ粉11と共に流動層を形成
した後、フィルタ14を通って炉外へ排出される。それ
から再び配管9、ターボファン24、バルブ21を通っ
て流動層炉内を循環させて恒温保持工程を行う。この実
施例ではN2ガスはHeガスに比べて安価なのでN2ガ
スの貯蔵手段は用いていないが、Heガスと同様N2ガ
スについても貯蔵手段により貯蔵して再利用することは
もちろん可能である。またHeガス貯蔵タンクは独立し
て設置して流動層炉から直接Heガスを貯蔵タンクに引
き込むことも可能である。なおここで流動ガスに使用さ
れるHeガスやN2ガスの流量や圧力は流動層を形成し
得る程度であればよく、その他については何ら限定され
るものでない。
【図面の簡単な説明】
第1図は一般的なオーステンパ処理のヒートパターンを
示すグラフ、第2図はN2ガスとHeガスによる冷却曲
線を比較するためのグラフ、第3図および第4図は本発
明の方法および装置を説明するための装置の構成説明図
である。 8・・・・・・Heガスボンベ 9・・・・・・配 管 10.24・・・・・・ターボファン 11・・・・・・アルミナ粉 12・・・・・・分散板 14・・・・・・フィルタ 15・・・・・・熱交換器 16・・・・・・ヒータ 17・・・・・・ポンプ 】8・・・・・・貯蔵タンク 19・・・・・・コンプレッサ 23・・・・・・N2ガスボンベ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、オーステナイト域まで加熱された被処理材を流動層
    中でベイナイト変態させるようにしたオーステンパ処理
    方法において、 前記流動層の流動ガスにHeガスを用いることを特徴と
    するオーステンパ処理方法。 2、オーステナイト域まで加熱された被処理材をHeガ
    スを流動ガスとする流動層中でベイナイト変態温度まで
    急冷した後、前記流動層の流動ガスをHeガスからN_
    2ガスに換えこの流動層中で前記被処理材をベイナイト
    変態温度に一定時間保持することを特徴とする請求項1
    に記載のオーステンパ処理方法。 3、オーステナイト域まで加熱された被処理材をベイナ
    イト変態させるための流動層炉を有するオーステンパ処
    理装置において、 この装置はHeガスを流動ガスとして流動層炉に供給す
    る手段、 この流動層炉から排出されたHeガスを前記流動層炉に
    循環させる手段、 この循環手段または前記流動層炉に結合されていてHe
    ガスを貯蔵する手段 を備えることを特徴とするオーステンパ処理方法。 4、前記Heガスを流動層炉に循環させる手段には、流
    動層炉へN_2ガスを供給するための供給手段およびこ
    のN_2ガスを循環させて再利用するための循環手段が
    設けられていることを特徴とする請求項3に記載のオー
    ステンパ処理装置。
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