二室真空炉は、本質的に熱処理サイクルの加熱段階と急冷段階を物理的に分離して稼働します。ワークロードは前室に装填され、内側のドアが開く前に真空引きされます。これにより、ワークロードは予熱されたホットゾーンに移動できます。加熱サイクルの後、ワークロードは急速冷却（急冷）のために前室に戻され、油またはガス中で冷却されます。この間、加熱室は真空状態と温度を維持したままであり、次のワークロードを受け入れる準備ができています。
二室設計の根本的な利点は、プロセスの分離です。清潔で高温の加熱室を急冷環境から分離することで、単室設計と比較して、より高い処理能力、優れた部品品質、および炉の長寿命化を実現します。
二室設計の目的
真空炉は、酸化やその他の不要な化学反応を防ぐために、低圧環境で材料を加熱します。二室構造は、加熱と冷却のために特殊なゾーンを作成することで、このプロセスを最適化します。
加熱室（「ホットゾーン」）
これは内側のチャンバーで、安定した真空と高温が維持されます。その唯一の目的は、極めて正確かつ均一に材料に熱を加えることです。
空気や急冷媒体にさらされないため、このチャンバーは非常に清潔に保たれ、ワークロードの汚染を防ぎます。
前室（「コールドゾーン」または「クエンチチャンバー」）
この外側のチャンバーは二重の役割を果たします。まず、ホットゾーンの真空を破ることなく部品を装填および排出するための真空エアロックとして機能します。
次に、急冷システムが収容されています。加熱後、ワークロードはここに戻され、高圧ガス急冷または統合されたオイルタンクに浸すことによって急速冷却されます。
サイクルを段階的に分解
プロセス全体が自動化されており、あるワークロードから次のワークロードまで完全に再現性を保証します。ワークロードの移動は、4つの異なるステップで進行します。
ステップ1：装填と初期排気
ワークロードが前室に配置されます。外側のドアが密閉され、真空ポンプシステムがこのチャンバーから空気を除去します。このステップは、ホットゾーンに入る前にワークロードのガス抜きを行い、揮発性汚染物質を除去する役割も果たします。
ステップ2：移動と加熱
前室が目標の真空レベルに達すると、2つのチャンバーを隔てる内側のドアが開きます。搬送機構がワークロードを前室から加熱室に移動させます。
内側のドアが閉じられ、材料は指定された期間、正確な温度に加熱され、焼入れ、焼きなまし、または真空浸炭などのプロセスが可能になります。
ステップ3：移動と急冷
加熱サイクルが完了すると、内側のドアが再び開きます。ワークロードは急速に前室に戻されます。
内側のドアはすぐに閉じられ、ホットゾーンを隔離します。高圧不活性ガスが循環するか、ワークロードが油に浸される前室で急冷プロセスが開始され、目的の材料特性が達成されます。
ステップ4：排出と繰り返し
最初のワークロードが急冷されている間に、ホットゾーンはすでに次のワークロードを受け入れる準備ができており、次のワークロードは前室で排気プロセス中にある可能性があります。この並行処理が、システムの高い処理能力の鍵となります。
急冷されたワークロードが安全な温度まで冷却されると、前室は大気圧に戻され、完成した部品が取り出されます。
主な利点の理解
二室設計は、単室炉の固有の限界に対する解決策ですが、独自の考慮事項を伴います。
利点：優れたプロセス純度
最も重要な利点は、ホットゾーンを急冷汚染物質から隔離することです。油冷の場合、油蒸気は前室内に封じ込められ、加熱室には決して入らないため、発熱体や断熱材への炭素の堆積を防ぎます。これにより、よりクリーンな部品と炉のメンテナンスの削減につながります。
利点：処理能力の向上
加熱プロセスと急冷プロセスが並行して行われるため、炉はほぼ常に生産的です。あるワークロードが冷却および排出されている間に、次のワークロードはすでに加熱されています。これにより、完全に冷却されてから排出する必要がある単室炉と比較して、1つのワークロードあたりの総サイクル時間が劇的に短縮されます。
利点：正確な雰囲気制御
隔離されたホットゾーンにより、加熱中の雰囲気を正確に制御できます。これには、特定の分圧のガスを使用して、高温での工具鋼表面からのクロムの揮発を抑制するなど、冶金学的効果を管理することが含まれます。
プロセスに適した選択をする
炉の構造を決定することは、品質、量、およびプロセスタイプに関する運用目標に完全に依存します。
- 高容量生産が主な焦点である場合：二室炉の並行処理能力は、焼入れ、浸炭、その他の一般的な熱処理において比類のない処理能力を提供します。
- 高純度処理（例：医療または航空宇宙）が主な焦点である場合：隔離されたホットゾーンは、急冷媒体からの汚染を防ぎ、可能な限りクリーンな部品とプロセスの再現性を保証します。
- 油冷が主な焦点である場合：油蒸気によって引き起こされる重大な汚染からホットゾーンを保護するために、ほとんどの場合、二室設計が必要です。
最終的に、二室真空炉は、処理速度と冶金学的精度を妥協なく提供するために設計されたソリューションです。
概要表：
| 段階 | 説明 | 主な利点 |
|---|---|---|
| 装填と初期排気 | ワークロードが前室に入り、真空にするために空気が除去され、汚染物質がガス抜きされます。 | ワークロードを準備し、ホットゾーンでの汚染を防ぎます。 |
| 移動と加熱 | ワークロードは、正確な真空下での加熱のために予熱されたホットゾーンに移動します。 | 均一な加熱、プロセス純度、および再現性を保証します。 |
| 移動と急冷 | ワークロードは、ガスまたは油による急冷で急速冷却するために前室に戻ります。 | ホットゾーンを隔離し、汚染なしで高速冷却を可能にします。 |
| 排出と繰り返し | 急冷されたワークロードは取り出され、次のワークロードは並行して処理できます。 | 処理能力を向上させ、1つのワークロードあたりのサイクル時間を短縮します。 |
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