[发明专利]表面硬化处理装置和表面硬化处理方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及进行例如氮化、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。

背景技术

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(K_N)。通过控制氮化势(K_N)，能够控制在钢材表面生成的化合物层中的γ’相(Fe₄N)和ε相(Fe_2-3N)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(Dieter Liedtke等人、AGNEGijutsu Center))。

(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K_N由下述式(2)定义。

K_N＝P_NH3/P_H2^3/2···(2)

此处，P_NH3为炉内氨分压，P_H2为炉内氢分压。氮化势K_N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。