專利名稱：熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱處理方法，特別是涉及通過霧沫冷卻進行的被處理物的淬火處理的熱處理方法。
背景技術(shù)：
在通過將作為被處理物的金屬材料加熱后將其冷卻而進行淬火處理的熱處理方法中，在需要高速冷卻的情況下，以往是使用液冷方式或氣體冷卻方式。上述液冷方式中，雖然冷卻效率優(yōu)良，但細微的冷卻控制幾乎不可能，被處理物容易變形。另一方面，在氣體冷卻方式中，雖然通過氣體的流量控制等冷卻控制容易，被處理物不易變形，但冷卻效率低。
在專利文獻I中公開了如下的技術(shù)，包圍被處理物地配置液用噴嘴和氣用噴嘴，通過從液用噴嘴以噴霧方式供給冷卻液(所謂霧沫冷卻)，從氣用噴嘴供給冷卻氣體，謀求了冷卻控制性以及冷卻效率的提高。專利文獻I :日本國特開平11-153386號公報。但是，由于霧沫冷卻的基本冷卻是氣化潛熱進行的冷卻，所以存在被處理物的內(nèi)外因霧沫的觸及情況不同而產(chǎn)生溫度差的情況。該溫度差有可能對品質(zhì)帶來惡劣影響。例如，在被處理物的外表面達到了規(guī)定的組織的相變點，而被處理物的內(nèi)部仍是高溫而未達至IJ該相變點的情況下，有可能在被處理物的內(nèi)外組織不均勻。進而，當被處理物的外表面的組織先于被處理物的內(nèi)部相變時，則產(chǎn)生內(nèi)部應力，有可能在被處理物上產(chǎn)生變形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而提出的，提供一種能夠抑制被處理物的組織不均勻化及變形的熱處理方法。本發(fā)明所涉及的第I技術(shù)方案具有第I工序，通過供給霧沫狀的冷卻介質(zhì)，將保持在規(guī)定溫度的被處理物霧沫冷卻到該被處理物的組織開始向規(guī)定的組織相變的第I相變點附近、且比該第I相變點高的目標溫度；第2工序，在上述第I工序之后，以停止了上述霧沫狀的冷卻介質(zhì)的供給的狀態(tài)保持上述被處理物規(guī)定時間；以及第3工序，在上述第2工序之后，將上述被處理物冷卻到上述第I相變點以下的溫度。在本發(fā)明中，即使在第I工序中被處理物的內(nèi)外產(chǎn)生了溫度差的情況下，在第2工序中的霧沫冷卻停止期間被處理物內(nèi)外的溫度差的擴大受到抑制，同時溫度差因被處理物內(nèi)外的熱傳導而緩和。通過以被處理物內(nèi)外的溫度差緩和了的狀態(tài)將被處理物冷卻到規(guī)定的組織的相變點以下，能夠使被處理物內(nèi)外的組織基本上同時向規(guī)定的組織相變。而且，本發(fā)明中，優(yōu)選在上述第I工序和上述第2工序之間具有緩冷工序，以比上述第I工序的霧沫密度小的霧沫密度對上述被處理物進行霧沫冷卻的方式供給上述霧沫狀的冷卻介質(zhì)。雖然在第2工序中溫度差因被處理物內(nèi)外的熱傳導而緩和，但存在被處理物整體的溫度因來自高溫的內(nèi)部的熱傳導而高于目標溫度，而達到向未作為目的的其它組織的相變點的可能性。在本發(fā)明中，通過在進入第2工序前對被處理物進行緩冷，能夠在緩和被處理物內(nèi)外的溫度差的同時，防止被處理物整體的溫度因被處理物內(nèi)外的熱傳導而高于目標溫度。而且，本發(fā)明中，優(yōu)選具有計量上述被處理物外表面的溫度的工序，在計量到的上述外表面的溫度達到上述目標溫度時，從上述第I工序向上述緩冷工序轉(zhuǎn)移。在這種情況下，監(jiān)測被處理物外表面的溫度，并在被處理物外表面的溫度達到了目標溫度時開始緩冷。而且，本發(fā)明中，優(yōu)選具有計量上述被處理物內(nèi)部的溫度的工序，在計量到的上述內(nèi)部的溫度達到上述目標溫度時，從上述緩冷工序向上述第2工序轉(zhuǎn)移。在這種情況下，監(jiān)測被處理物內(nèi)部的溫度，并在被處理物內(nèi)部的溫度達到了目標 溫度時結(jié)束緩冷。而且，本發(fā)明中，優(yōu)選基于上述被處理物外表面的溫度計量上述被處理物內(nèi)部的溫度。在這種情況下，能夠削減溫度計量裝置的設置數(shù)。本發(fā)明所涉及的第2技術(shù)方案具有第I工序，通過供給霧沫狀的冷卻介質(zhì)，將保持在規(guī)定溫度的被處理物霧沫冷卻到該被處理物的組織開始向規(guī)定的組織相變的第I相變點附近、且比該第I相變點高的目標溫度；第2工序，在上述第I工序之后，以比上述第I工序的霧沫密度小的霧沫密度霧沫冷卻上述被處理物規(guī)定時間；以及第3工序，在上述第2工序之后，將上述被處理物冷卻到上述第I相變點以下的溫度。在本發(fā)明中，即使在第I工序中被處理物的內(nèi)外產(chǎn)生了溫度差的情況下，在第2工序的霧沫密度小的霧沫冷卻期間被處理物內(nèi)外溫度差的擴大也受到抑制，同時溫度差因被處理物內(nèi)外的熱傳導而緩和。通過以被處理物內(nèi)外的溫度差緩和了的狀態(tài)將被處理物冷卻到規(guī)定的組織的相變點以下，能夠使被處理物內(nèi)外的組織基本上同時向規(guī)定的組織相變。而且，本發(fā)明中，優(yōu)選上述目標溫度設定在上述第I相變點，和溫度比該第I相變點高、上述組織開始向上述規(guī)定的組織以外的組織相變的第2相變點之間。進而，優(yōu)選上述第I相變點是馬氏體相變點，上述第2相變點是珠光體相變點。根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制被處理物的組織不均勻化以及變形。


圖I是本發(fā)明的實施方式中的真空熱處理爐的整體 圖2是本發(fā)明的實施方式中的冷卻室的正面剖視 圖3是圖2中的A-A向剖視 圖4是用于說明本發(fā)明的實施方式中的熱處理方法的曲線 圖5A是用于說明本發(fā)明的實施方式中的被處理物內(nèi)外的溫度差的第一示意剖視圖； 圖5B是用于說明本發(fā)明的實施方式中的被處理物內(nèi)外的溫度差的第二示意剖視圖； 圖5C是用于說明本發(fā)明的實施方式中的被處理物內(nèi)外的溫度差的第三示意剖視圖； 圖6是表示霧沫冷卻的一實驗結(jié)果的曲線 圖7是表示霧沫冷卻的一實驗結(jié)果的曲線圖；圖8是表示霧沫冷卻的一實驗結(jié)果的曲線 圖9是表示霧沫冷卻的一實驗結(jié)果的曲線圖。附圖標記說明
20 :氣體冷卻裝置，30 :霧沫冷卻裝置，32 :供給管，34 :噴嘴部，41 :控制裝置，80 :溫度傳感器，100 :真空熱處理爐(熱處理裝置)，160 :冷卻室，⑶冷卻單元，M :被處理物，SI :第I工序，S2 :緩冷工序，S3 :第2工序，S4 :第3工序。
具體實施例方式以下，基于圖I至圖5C對本發(fā)明的實施方式進行說明。 另外，在以下的說明中所使用的各附圖中，為了使各部件為能夠識別的大小，適當改變了各部件的比例。而且，在本實施方式中，作為實施本發(fā)明的熱處理方法的熱處理裝置，表示了多室型的真空熱處理爐(以下簡稱為“真空熱處理爐”)。圖I是本實施方式的真空熱處理爐的整體圖。真空熱處理爐(熱處理裝置)100相對于被處理物實施熱處理。真空熱處理爐100依次鄰接地配置有脫氣室110，預熱室120，浸碳室130，擴散室140，降溫室150，以及冷卻室160。被處理物依次以單列向各室110 160運送。由于本實施方式的真空熱處理爐100是以冷卻室160中的冷卻處理為特征的，因此，以下詳細描述冷卻室160。圖2是冷卻室160的正面剖視圖，圖3是圖2中的A-A向剖視圖。冷卻室160形成在真空容器I內(nèi)。而且，在真空容器I內(nèi)設有由運送裝置10，氣體冷卻裝置20，霧沫冷卻裝置30，以及溫度計量裝置80構(gòu)成的冷卻單元⑶。運送裝置10能夠沿著水平方向運送被處理物M。運送裝置10具有相互隔開間隔地對向配置、且沿運送方向(水平方向)延伸的一對的支撐框11，在與各支撐框11對向的面上沿運送方向隔開規(guī)定間隔地設置的旋轉(zhuǎn)自如的輥12，載置被處理物M并在輥12上運送的托架13，以及沿著豎直方向設置、且支撐支撐框11的兩端的支撐框14 (圖2中未圖示)。另外，在以下的說明中，將運送裝置10運送被處理物M的運送方向簡稱為運送方向。托架13例如是將板材排列成格子狀并形成為大致長方體狀的托架。托架13的寬度比被處理物M的寬度稍大，托架13的大小形成為以底面上寬度方向的端緣支撐在輥12上。作為被處理物M，例示了模具鋼(SKD材料)或高速鋼(SKH材料)等的鋼。在本實施方式中，以下針對被處理物M為模具鋼(SKD61)的情況進行說明。氣體冷卻裝置20通過向冷卻室160內(nèi)供給冷卻氣體而對被處理物M進行冷卻。氣體冷卻裝置20具備總管21，供給管22，以及氣體回收和供給系統(tǒng)23?？偣?1如圖3中雙點劃線所示，配置在冷卻室160的運送方向下游側(cè)端部，形成為以運送裝置10運送被處理物M的運送路徑為中心的環(huán)狀。冷卻氣體通過氣體回收和供給系統(tǒng)23向該總管21供給。供給管22形成為一端部與總管21相連，另一端側(cè)沿水平方向朝向運送方向上游側(cè)延伸。供給管22以運送裝置10運送被處理物M的運送路徑為中心、沿圓周方向大致等間隔(在本實施方式中為90°的間隔)地設有多個(在本實施方式中為四個)。而且，如圖3所示，供給管22設在環(huán)狀的總管21的3點、6點、9點、12點的位置(上下左右的位置)。各供給管22形成為另一端側(cè)沿水平方向朝向冷卻室160的運送方向上游側(cè)延伸到冷卻室160的整個長度。在各供給管22長度方向的整體上分別隔開規(guī)定間隔地形成有多個朝向被處理物的運送路徑開口的噴出口 24。氣體回收和供給系統(tǒng)23作為主要的要素具有與真空容器I相連的排氣管25，設在排氣管25中的開閉閥26，對由排氣管25回收的冷卻氣體再次進行冷卻的作為冷卻器的熱交換器27，以及向總管21供給再次冷卻后的冷卻氣體的風扇28。作為冷卻氣體，例如使用氬、氦、氮等惰性氣體。氣體回收和供給系統(tǒng)23能夠通過將冷卻液回收和供給系統(tǒng)33中的開閉閥36關(guān)閉，將氣體回收和供給系統(tǒng)23中的開閉閥26打開，由熱交換器27對從冷卻室160導入到 排氣管25中的冷卻氣體進行再次冷卻，通過風扇28的動作供給冷卻氣體而在總管21中循環(huán)。霧沫冷卻裝置30通過以霧沫狀向冷卻室160內(nèi)供給冷卻液而對被處理物M進行冷卻。霧沫冷卻裝置30具備總管31 (圖3中未圖示)，供給管32，以及冷卻液回收和供給系統(tǒng)33。總管31配置在冷卻室160的運送方向上游側(cè)端部，形成以運送裝置10運送被處理物M的運送路徑為中心的環(huán)狀。冷卻液通過冷卻液回收和供給系統(tǒng)33向該總管31中供
5口 O供給管32形成為一端部與總管31相連，另一端側(cè)沿水平方向朝向運送方向下游側(cè)延伸。供給管32以運送裝置10運送被處理物M的運送路徑為中心、沿圓周方向大致等間隔(在本實施方式中為90°的間隔)地設有多個(在本實施方式中為四個)。而且，如圖3所示，供給管32設在環(huán)狀的總管21中與水平方向為±45°的位置。各供給管32形成為另一端側(cè)沿水平方向朝向冷卻室160的運送方向下游側(cè)延伸到冷卻室160的整個長度。在各供給管32長度方向的整體上分別隔開規(guī)定間隔地形成有多個朝向被處理物的運送路徑以霧沫狀噴射冷卻液的噴嘴部34。另外，供給管32以及噴嘴部34的配置位置優(yōu)選是避開因霧沫狀的冷卻液受到重力的影響而在供給量上有可能產(chǎn)生偏差的上下方向，優(yōu)選沿著水平方向供給霧沫狀的冷卻液。原本即使在沿著上下方向供給冷卻液的情況下只要考慮重力產(chǎn)生的影響而使供給量不同即可。而且，在不是配置四個而例如是配置三個供給管32的情況下，為了盡量減少垂直成分，優(yōu)選將供給管32配置在最頂部和隔著該最頂部為±120°的位置。冷卻液回收和供給系統(tǒng)33作為主要的要素具有與真空容器I相連的排液管35，設在排液管35中的開閉閥36，通過馬達39的驅(qū)動而將由排液管35回收的冷卻液經(jīng)由配管37向總管31送液的泵38，計量冷卻室160的壓力(氣壓)的傳感器40，包含控制馬達39驅(qū)動的變換器并基于傳感器40的計量結(jié)果進行冷卻液的流量控制的控制裝置41，以及對因來自處理品的受熱而氣化了的冷卻液進行液化的液化器(液化收集器)42。作為冷卻液，例如能夠使用油，食鹽溶液，后述的氟系惰性液體等。冷卻液回收和供給系統(tǒng)33能夠通過在將氣體回收和供給系統(tǒng)23中的開閉閥26關(guān)閉，將冷卻液回收和供給系統(tǒng)33中的開閉閥36打開的狀態(tài)下驅(qū)動馬達39而使泵38動作，經(jīng)由配管37供給以霧沫狀向冷卻室160供給后被真空容器I的內(nèi)壁面及液化器42液化并貯留在真空容器I的底部的冷卻液而在總管31中循環(huán)。溫度傳感器80設在被處理物M的外表面，計量被處理物M的溫度。溫度傳感器80的計量結(jié)果向控制裝置41輸出。作為溫度傳感器80，在本實施方式中設有熱電偶。原本例如使用放射溫度計那樣非接觸式的傳感器計量溫度即可?？刂蒲b置41基于溫度傳感器80的計量結(jié)果控制馬達39的驅(qū)動。本實施方式的控制裝置41將霧沫狀的冷卻液單位時間的供給量與被處理物M內(nèi)外的溫度的相關(guān)關(guān)系作為表格保持在存儲器中，能夠根據(jù)溫度傳感器80的計量結(jié)果(被處理物M外表面的溫度)計量被處理物M內(nèi)部的溫度。另外，上述相關(guān)關(guān)系的表格例如通過預備實驗或模擬等作出。接著，基于圖4至圖5C，對在上述真空熱處理爐100中由冷卻室160對加熱后的被處理物M進行冷卻是順序進行說明。另外，在以下的說明中，對使保持在淬火溫度的被處理物M向馬氏體組織相變的淬火處理進行說明。 圖4是用于說明本實施方式的熱處理方法的曲線圖。圖5A 圖5C是用于說明本實施方式的被處理物M內(nèi)外的溫度差的示意剖視圖。圖4中縱軸表示溫度，橫軸表示時間。而且，圖4中實線表示被處理物M外表面的溫度變化，虛線表示被處理物M內(nèi)部的溫度變化。而且，圖5A 圖5C表示圖4中隨著時間的推移而依次變化的被處理物M的溫度分布狀態(tài)。圖5A表示時間Tl處的溫度分布，圖5B表示時間T2處的溫度分布，圖5C表示時間T3處的溫度分布。另外，圖5A 圖5C中以點陣圖案的濃淡表示溫度的高溫低溫，濃的點陣圖案表示高溫。在本實施方式的熱處理方法中，首先，通過供給霧沫狀的冷卻液，將加熱到成為奧氏體組織的狀態(tài)(1000°c左右)的被處理物冷卻到開始向馬氏體組織相變的相變點Ms (第I相變點)附近、且比相變點Ms高的目標溫度Ta (第I工序SI :速冷工序)。目標溫度Ta設定在比被處理物M開始向珠光體組織相變的相變點Ps(第2相變點)低、且比被處理物M開始向馬氏體組織相變的相變點Ms高的范圍內(nèi)。在本實施方式中，由于被處理物M是模具鋼(SKD61)，所以目標溫度Ta設定在370°C 550°C之間。另外，考慮到后述的第3工序中的工藝，目標溫度Ta優(yōu)選是設定在相變點Ms附近的溫度(比相變點Ms高十幾。C左右的溫度)。在第I工序中，通過霧沫冷卻將被處理物M速冷到目標溫度Ta，從而避開了開始向珠光體組織相變的相變點Ps (所謂珠光體鼻子)。在本實施方式中，通過從霧沫冷卻裝置30上的噴嘴部34相對于運送到冷卻室160中的被處理物M以霧沫狀供給、噴射冷卻液而進行冷卻，通過將自噴嘴部34的擴散角度例如圖3所示那樣設定成90°，能夠使冷卻液相對于被處理物M的側(cè)面(外表面)全面地噴射。而且，由于托架13是通過將板材排列成格子狀而形成的，所以從位于被處理物M (托架13)的斜下方的噴嘴部34噴出的冷卻液能夠穿過板材的間隙恰當?shù)氐竭_被處理物M而進行冷卻。而且，由于噴嘴部34在冷卻室160的整個長度方向上設置，所以，尤其是通過來自位于供給管32的兩端側(cè)的噴嘴部34的噴射，霧沫狀的冷卻液也能夠到達被處理物M的運送方向的前面以及背面而進行冷卻。由于霧沫狀的冷卻液以規(guī)定的霧沫密度向被處理物M的整個外表面供給，所以能夠通過霧沫狀的冷卻液的氣化潛熱恰當?shù)貙Ρ惶幚砦颩進行冷卻。在使用了該霧沫狀的冷卻液進行冷卻的情況下，能夠連續(xù)地供給冷卻液，進行與被處理物M的熱交換。因此，不會向?qū)⒈惶幚砦颩浸潰在冷卻液中的情況那樣，由于與高溫的被處理物M相接觸的冷卻液沸騰而產(chǎn)生的氣泡而與冷卻液的接觸面積減小、冷卻效率降低，或者氣泡的量增加而成為蒸氣膜、形成隔熱層、冷卻效率顯著降低這種不良情況，能夠連續(xù)地實施相對于被處理物M的冷卻處理。另外，在從霧沫冷卻裝置30的噴嘴部34以霧沫狀供給、噴射冷卻液的同時，也可以從氣體冷卻裝置20的噴出口 24供給、噴射冷卻氣體。根據(jù)這種方法，以霧沫狀噴霧到冷卻室160中的冷卻液因冷卻氣體的流動而擴散，能夠使冷卻室160的環(huán)境均勻，減少冷卻不均。由于霧沫冷卻的基本冷卻是氣化潛熱進行的冷卻，所以因霧沫的觸及情況不同而將在被處理物內(nèi)外產(chǎn)生溫度差(參照圖5A)。例如圖4所示，由于被處理物M外表面的溫度比被處理物M內(nèi)部的溫度更為降低在短時間內(nèi)加劇，所以隨著時間的推移，被處理物M內(nèi)外的溫度差加大。在本實施方式的熱處理方法中，接著，當設在被處理物M的外表面的溫度傳感器 80的計量結(jié)果達到了目標溫度Ta時，以比第I工序的霧沫密度小的霧沫密度對被處理物M進行霧沫冷卻的方式供給霧沫狀的冷卻液，(緩冷工序S2)。在緩冷工序S2中，使冷卻室160內(nèi)被處理物M的外表面附近的霧沫密度降低，以比第I工序SI低的冷卻效率對被處理物M進行冷卻。此時，被處理物M中，由于熱通過熱傳導而從高溫的內(nèi)部向低溫的外表面?zhèn)鬟f，所以被處理物M內(nèi)外的溫度差減小。在緩冷工序S2中，將冷卻實施到被處理物M整體的溫度因來自高溫的內(nèi)部的熱傳導而比目標溫度Ta高、且不達到未作為目的的其它組織的相變點(例如相變點Ps)。即，在緩冷工序S2中，實施抵消來自高溫的內(nèi)部的熱傳導而導致的被處理物M整體的溫度上升的冷卻。而且，緩冷工序S2中，通過控制裝置41將冷卻效率(霧沫密度)調(diào)整到被處理物M的外表面由于該冷卻而不達到Ms相變點。緩冷工序S2實施到被處理物M內(nèi)部的溫度達到目標溫度Ta。這樣一來，能夠可靠地防止被處理物M整體的溫度高于目標溫度Ta。另外，本實施方式的被處理物M內(nèi)部的溫度是使用設在被處理物M的外表面的溫度傳感器80的計量結(jié)果和存儲在控制裝置41的存儲器中表格數(shù)據(jù)，通過將兩者比對而計量的。經(jīng)過了這種緩冷工序S2的被處理物M如圖5B所示，與圖5A相比，內(nèi)外的溫度分布緩和。在本實施方式的熱處理方法中，接著，停止霧沫狀的冷卻液的供給，將被處理物M保持規(guī)定時間(第2工序S3)。在第2工序S3中，在霧沫冷卻停止期間，抑制了被處理物M內(nèi)外的溫度差的擴大，通過被處理物M內(nèi)外的熱傳導緩和了溫度差，使被處理物M的溫度基本上均勻。第2工序S3的霧沫冷卻停止期間實施到被處理物M內(nèi)外的溫度差成為規(guī)定的閾值(例如10°C)以內(nèi)。在本實施方式中，監(jiān)測被處理物M內(nèi)外的溫度，第2工序S3的霧沫冷卻停止期間在被處理物M內(nèi)外的溫度差成為了規(guī)定的閾值以內(nèi)時結(jié)束。另外，第2工序S3的霧沫冷卻停止期間也可以使用根據(jù)被處理物M內(nèi)外的溫度差和熱傳導率預測被處理物M內(nèi)外的溫度差成為規(guī)定的閾值以內(nèi)的時間，在經(jīng)過了該時間后結(jié)束的方法。經(jīng)過了這種第2工序S3的被處理物M如圖5C所示，均勻到內(nèi)外的溫度成為目標
溫度Ta。
在本實施方式的熱處理方法中，最后，將被處理物M冷卻到相變點Ms以下的溫度(第3工序S4)。在第3工序S4中，通過將經(jīng)過第I工序SI、緩冷工序S2、第2工序S3而處于內(nèi)外的溫度差緩和了的狀態(tài)的被處理物M冷卻到相變點Ms以下，使被處理物M內(nèi)外的組織基本上同時向馬氏體組織相邊。另外，若目標溫度Ta是比相變點Ms高十幾。C左右的溫度，則能夠?qū)⒁虻?工序S4的冷卻而產(chǎn)生的被處理物M內(nèi)外的溫度差抑制得非常小，謀求品質(zhì)的提聞。另外，第3工序S4的冷卻也可以通過再次開始霧沫狀的冷卻液的供給而進行。原本在無需使被處理物M速冷的情況下，例如可以通過氣體冷卻裝置20向冷卻室160內(nèi)供給冷卻氣體對被處理物M進行冷卻。即，通過從氣體冷卻裝置20上的噴出口 24相對于被處理物M供給、噴射冷卻氣體而直接對被處理物M進行冷卻。
如以上所說明的那樣，在本實施方式中實施具有第I工序SI，第2工序S3，第3工序S4的熱處理方法，第I工序SI是通過供給霧沫狀的冷卻液而將保持在淬火溫度的被處理物M霧沫冷卻到該被處理物M的組織開始向馬氏體組織相變的相變點Ms附近、且比該相變點Ms高的目標溫度Ta，第2工序S3是在第I工序SI之后，以停止了霧沫狀的冷卻液的供給的狀態(tài)保持被處理物M規(guī)定時間，第3工序S4是在第2工序S3之后，將被處理物M冷卻到相變點Ms以下的溫度。因此，即使在第I工序SI中被處理物的內(nèi)外產(chǎn)生了溫度差的情況下，通過第2工序S3的霧沫冷卻停止期間，被處理物M內(nèi)外的溫度差的擴大受到抑制，同時溫度差通過被處理物M內(nèi)外的熱傳導而緩和。而且，在被處理物M內(nèi)外的溫度差緩和了的狀態(tài)下將被處理物冷卻到相變點Ms以下，能夠使被處理物M內(nèi)外的組織基本上同時向馬氏體組織相變。由于使被處理物M內(nèi)外的組織基本上同時相變，在被處理物M上不產(chǎn)生內(nèi)部應力。因此，在本實施方式中，能夠抑制被處理物M的組織不均勻化以及變形。而且，本實施方式中，在第I工序SI和第2工序S3之間實施以比第I工序的霧沫密度小的霧沫密度對被處理物M進行霧沫冷卻的方式供給霧沫狀的冷卻液的緩冷工序S2，從而。因此，能夠阻止被處理物M整體的溫度因來自高溫的內(nèi)部的熱傳導而高于目標溫度Ta，達到未作為目的的其它組織的相變點Ps。即，通過在進入第2工序之前對被處理物M進行緩冷，緩和了被處理物M內(nèi)外的溫度差，同時實施抵消因高溫的內(nèi)部的熱傳導而導致的被處理物M整體的溫度上升的冷卻。通過防止被處理物整體的溫度因被處理物M內(nèi)外的熱傳導而高于目標溫度，能夠可靠地抑制被處理物M的組織不均勻化以及變形。另外，作為上述實施方式中的冷卻液，例如能夠使用氟系惰性液體。在使用了氟系惰性液體的情況下，能夠不侵害被處理物M的構(gòu)成材料，防止對被處理物M帶來惡劣影響。而且，由于氟系惰性液體是不燃性的，所以也能夠提高安全性。而且，由于氟系惰性液體的沸點比水高，所以冷卻潛力也高。而且，在使用了氟系惰性液體的情況下，還能夠抑制使用水的情況下產(chǎn)生的氧化及蒸氣膜等問題。而且，氟系惰性液體在蒸發(fā)潛熱這一點熱傳導能力也優(yōu)良，能夠有效地對被處理物M進行冷卻。進而，由于即使氟系惰性液體附著在被處理物M上也無需清洗，所以也能夠提高生產(chǎn)性。(實驗例)
以下，參照圖6 圖9所示的曲線圖使本發(fā)明的效果更為明了。圖6是表示霧沫冷卻的一實驗結(jié)果的曲線圖。在本實驗中，調(diào)查了在使相對于SUS304 ( Φ25πιπιΧ60mm)的圓柱狀的被處理物的霧沫噴霧量(霧沫密度)變化的情況下被處理物中心部的溫度是如何變化的。圖6表示了在使爐內(nèi)壓力為50kPa，使用一個噴嘴，使霧沫噴霧量為8L/分鐘的情況下，使霧沫噴霧量為2L/分鐘的情況下，或者使霧沫噴霧量變化到8L/分鐘一2L/分鐘—8L/分鐘的情況下各噴霧條件下的被處理物的溫度變化。如圖6所示，通過使霧沫噴霧量變化，能夠使被處理物的冷卻速度任意變化。而且，通過中途減少霧沫噴霧量，能夠抑制冷卻速度。圖7是表示霧沫冷卻的一實驗結(jié)果的曲線圖。在本實驗中，調(diào)查了對SUS304(Φ 25mmX 60mm)的圓柱狀的被處理物進行霧沫冷卻或者浸潰冷卻的情況下被處理物中心部的溫度是如何變化的。圖7表示了在使爐內(nèi)壓力為50kPa，使用三個噴嘴，從各噴嘴逐次以9L/分鐘、合計為27L/分鐘的霧沫噴霧量定量噴射進行霧沫冷卻的情況，和浸潰冷卻的情況下各冷卻條 件的被處理物的溫度變化。如圖7所示，可知與將被處理物浸潰在制冷劑中進行冷卻的浸潰冷卻相比，霧沫冷卻能夠更早地對被處理物進行冷卻,霧沫冷卻的冷卻性能高。圖8是表示霧沫冷卻的一實驗結(jié)果的曲線圖。在本實驗中，調(diào)查了對SUS304(<t80mmX80mm)的圓柱狀的被處理物進行霧沫冷卻的情況下被處理物的中心部、自側(cè)面向徑向內(nèi)側(cè)直徑的1/4的部分(1/4直徑)、側(cè)面、中心下部、中心上部的各溫度是如何變化的。圖8表示在使爐內(nèi)壓力為50kPa，使用三個噴嘴，從各噴嘴逐次以9L/分鐘、合計為27L/分鐘的霧沫噴霧量定量噴射的情況下被處理物上各部分的溫度變化。如圖8所示，可知當持續(xù)噴霧一定的霧沫進行冷卻時，被處理物內(nèi)外的溫度差的擴大加劇。圖9是表示霧沫冷卻的一實驗結(jié)果的曲線圖。在本實驗中，調(diào)查了在中途暫時停止了相對于SUS304 ( Φ80πιπιΧ80mm)的圓柱狀的被處理物的霧沫冷卻的情況下被處理物的中心部、1/4直徑、側(cè)面、中心下部、中心上部的各溫度是如何變化的。圖9表示在使爐內(nèi)壓力為50kPa，使用三個噴嘴，從各噴嘴逐次以9L/分鐘、合計為27L/分鐘的霧沫噴霧量定量噴射的情況、并且使霧沫噴霧量的總量變化為27L/分鐘一OL/分鐘一27L/分鐘的情況下被處理物上各部分的溫度變化。如圖9所示，可知通過暫時停止噴霧，被處理物內(nèi)外的溫度差緩和，冷卻加劇。以上，參照附圖對本發(fā)明所涉及的優(yōu)選實施方式進行了說明，但本發(fā)明并不僅限于上述例子，上述例子中所示的各結(jié)構(gòu)部件的諸形狀及組合等僅是一例，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)，能夠基于設計要求等進行變更。例如，作為調(diào)整霧沫密度的方法，能夠使用上述的使用馬達39以及泵38的冷卻液的供給量調(diào)整、供給壓力調(diào)整、供給時間調(diào)整(使用節(jié)流閥等的頻率調(diào)整)等。而且，在上述實施方式中，說明了由溫度傳感器80計量被處理物M的溫度，基于計量到的溫度計量被處理物M內(nèi)部的溫度，但也可以另外設置計量被處理物M內(nèi)部的溫度的溫度傳感器。而且，上述實施方式中所說明的冷卻液的供給通常是在真空下進行的，但例如也可以在霧沫冷卻時添加上述惰性氣體。
通常，如果環(huán)境氣壓高則沸點增高，而環(huán)境氣壓低則沸點降低。因此，通過調(diào)整惰性氣體的添加量，使環(huán)境氣壓上升，能夠提高冷卻液的氣化潛熱的冷卻能力，相反，通過使環(huán)境氣壓下降，沸點降低，與供給液溫度的溫度差變窄，能夠抑制冷卻速度(冷卻能力)。這樣，提高調(diào)整惰性氣體的添加量，也能夠控制相對于被處理物M的冷卻特性，實施更高精度的冷卻。而且，在上述實施方式中，并用了霧沫冷卻裝置30和氣體冷卻裝置20，但并不僅限于此，也可以僅設置霧沫冷卻裝置30。而且，在上述實施方式中，作為冷卻液例示了油、食鹽溶液，氟系惰性液體等，但除此之外，在氧化及蒸氣膜等的影響輕微的情況下也可以使用水。在使用水作為霧沫狀的冷卻液的情況下，根據(jù)與上述使用氟系惰性液體的情況同樣的理由，優(yōu)選是以沸點成為90°C的環(huán)境調(diào)整壓70kPa (abs) 沸點成為80°C的環(huán)境調(diào)整壓48kPa (abs)程度的條件進行處 理。在使用水作為冷卻液的情況下，無論是液相還是氣相，均能夠不需要繁雜的后處理而安全地排出，從后處理所涉及的成本方面以及地球環(huán)境保護的觀點考慮是合適的。而且，在上述實施方式中，說明了在第2工序S3中停止霧沫狀的冷卻液的供給并保持規(guī)定時間，但即使不停止霧沫狀的冷卻液的供給，以比第I工序Si的霧沫密度小的霧沫密度霧沫冷卻第I工序SI之后的被處理物M規(guī)定時間，被處理物M內(nèi)外的溫度差的擴大也受到抑制，能夠通過被處理物M內(nèi)外的熱傳導而緩和溫度差。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種可抑制被處理物的組織不均勻化以及變形的熱處理方法。
權(quán)利要求
1.一種熱處理方法，其特征在于，具有 第I工序，通過供給霧沫狀的冷卻介質(zhì)，將保持在規(guī)定溫度的被處理物霧沫冷卻到該被處理物的組織開始向規(guī)定的組織相變的第I相變點附近、且比該第I相變點高的目標溫度； 第2工序，在上述第I工序之后，以停止了上述霧沫狀的冷卻介質(zhì)的供給的狀態(tài)保持上述被處理物規(guī)定時間； 第3工序，在上述第2工序之后，將上述被處理物冷卻到上述第I相變點以下的溫度。
2.如權(quán)利要求I所述的熱處理方法，其特征在于，在上述第I工序和上述第2工序之間具有緩冷工序，以比上述第I工序的霧沫密度小的霧沫密度對上述被處理物進行霧沫冷卻的方式供給上述霧沫狀的冷卻介質(zhì)。
3.如權(quán)利要求2所述的熱處理方法，其特征在于，具有計量上述被處理物外表面的溫度的工序， 在計量到的上述外表面的溫度達到上述目標溫度時，從上述第I工序向上述緩冷工序轉(zhuǎn)移。
4.如權(quán)利要求2或3所述的熱處理方法，其特征在于，具有計量上述被處理物內(nèi)部的溫度的工序， 在計量到的上述內(nèi)部的溫度達到上述目標溫度時，從上述緩冷工序向上述第2工序轉(zhuǎn)移。
5.如權(quán)利要求4所述的熱處理方法，其特征在于，基于上述被處理物外表面的溫度計量上述被處理物內(nèi)部的溫度。
6.一種熱處理方法，其特征在于，具有 第I工序，通過供給霧沫狀的冷卻介質(zhì)，將保持在規(guī)定溫度的被處理物霧沫冷卻到該被處理物的組織開始向規(guī)定的組織相變的第I相變點附近、且比該第I相變點高的目標溫度； 第2工序，在上述第I工序之后，以比上述第I工序的霧沫密度小的霧沫密度霧沫冷卻上述被處理物規(guī)定時間； 第3工序，在上述第2工序之后，將上述被處理物冷卻到上述第I相變點以下的溫度。
7.如權(quán)利要求I 6中任一項所述的熱處理方法，其特征在于，上述目標溫度設定在上述第I相變點，和溫度比該第I相變點高、上述組織開始向上述規(guī)定的組織以外的組織相變的第2相變點之間。
8.如權(quán)利要求7所述的熱處理方法，其特征在于，上述第I相變點是馬氏體相變點，上述第2相變點是珠光體相變點。
全文摘要
本發(fā)明的熱處理方法具有第1工序，通過供給霧沫狀的冷卻介質(zhì)，將保持在規(guī)定溫度的被處理物霧沫冷卻到該被處理物的組織開始向規(guī)定的組織相變的第1相變點附近、且比該第1相變點高的目標溫度；第2工序，在第1工序之后，以停止了霧沫狀的冷卻介質(zhì)的供給的狀態(tài)保持被處理物規(guī)定時間；第3工序，在第2工序之后，將被處理物冷卻到上述第1相變點以下的溫度。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種可抑制被處理物的組織不均勻化以及變形的熱處理方法。
文檔編號C21D1/00GK102822357SQ201180015345
公開日2012年12月12日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者勝俁和彥 申請人:株式會社 Ihi