JP2002309314A - 鋼材部品の油焼入方法 - Google Patents
鋼材部品の油焼入方法Info
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Abstract
しくは鋼材部品の部位間での温度差を軽減すると共に、
高温域(約550℃以上)での冷却速度を熱歪を抑制す
るに十分な緩慢な速度にし、もって、焼入歪及び焼入れ
のバラツキを軽減する。 【解決手段】 所定の焼入温度に保持された鋼材部品を
高温焼入油中に浸漬してマルテンサイト変態開始点(M
s点)の直上温度まで急冷した後、当該鋼材部品を前記
高温焼入油中から取り出して当該鋼材部品の保有熱によ
り均熱化し、引続き前記高温焼入油中に浸漬して冷却す
る。
Description
法、特に、鋼材部品をマルクエンチ処理する方法に関す
るものである。
を焼入油に浸漬すると、鋼材部品は蒸気膜段階(高温
域)、沸騰段階(中温域)及び対流段階(低温域)の三
段階を経て冷却される。蒸気膜段階での冷却速度は遅
く、沸騰段階での冷却速度はそれよりも3〜10倍早い
ことが知られている。また、高温焼入油(ホットクエン
チオイル)は、低温焼入油(コールドクエンチオイル)
と比べて中温及び低温域での冷却速度が遅いため、焼入
れ変態に起因する歪みを軽減できるが、蒸気膜段階の時
間が短く、蒸気膜段階の終了温度が高いため、高温域で
の温度差に起因する熱歪みが生じ易いことが知られてい
る。一方、焼入油を減圧下におくと、図2に示すよう
に、沸点が下降することによって蒸気膜段階の時間が長
くなると共に、蒸気膜段階の終了温度が低くなる。そこ
で、このような現象を利用して、焼入れに起因する変形
を軽減する方法として、焼入温度に保持された鋼材部品
を高温焼入油中に浸漬して焼入れを行う方法、或いは減
圧下の焼入油中に浸漬して焼入れを行う方法が実施され
ている。
て、所定の焼入温度に保持した鋼材部品をマルテンサイ
ト変態開始点(Ms点)より少し高い高温冷却剤に浸漬し
てマルテンサイト変態開始点(Ms点)より少し高い温度
まで急速冷却し、鋼材部品全体がほぼ同一の温度になっ
た時点で高温冷却剤から取り出して大気中で放冷するこ
とによりマルテンサイト変態させる方法(マルクエンチ
処理)がある。この方法は、焼入歪みや焼入れのバラツ
キを軽減することができるが、大気中の放冷であるた
め、冷却速度が処理材のトレイ内での載置位置や被処理
部材の部位間に温度差を生じ、その温度差に起因する焼
入歪や焼入れバラツキが避けられないという問題があ
る。
入温度に保持した鋼材部品をマルテンサイト変態開始温
度以上の高温冷却剤中に浸漬して急冷し、鋼材部品全体
がほぼ同一の温度になった時点でマルテンサイト変態開
始温度以下の低温冷却剤中に浸漬する方法(特開平2‐
101113号公報)、或いは焼入油を循環させる循環
系を備え、かつ、被処理材を包囲するフードを有する焼
入槽を用い、前記循環系を停止させた状態でフード内に
被処理材を浸漬し、その熱でフード内の焼入油をマルテ
ンサイト変態開始点(Ms点)近傍まで上昇させ、被処理
材全体がほぼ同一の温度になった時点で前記循環系で焼
入油を循環させてマルテンサイト変態点以下に急冷する
方法(特開平6‐27938号公報)などが提案されてい
る。
置の構成及び構造の観点から見れば、前者は高温冷却剤
と低温冷却剤とを必要とするばかりでなく、高温冷却剤
用の焼入槽と低温冷却剤用の焼入槽とが必要であるた
め、焼入装置の大型化及び複雑化が避けられずメンテナ
ンス性が悪いという問題がある。後者は、前者における
問題を解決するものではあるが、焼入槽自体が複雑化す
るという問題がある。また、焼入歪及びバラツキの観点
から見れば、両者はいずれも冷却剤中に浸漬して鋼材部
品全体をほぼ同一温度にする方式であるため、熱媒体と
しての冷却剤をトレイ上の各被処理材及び被処理材全体
に均一に、かつ、十分に接触させるのは困難で、均熱時
に鋼材部品間若しくは鋼材部品の部位間に温度差が生
じ、焼入歪及びバラツキの軽減に効果はあるが、満足で
きるものではない。
果、これらの焼入歪及びバラツキはマルテンサイト変態
時における鋼材部品間若しくは鋼材部品の部位間の温度
差に起因すると同時に、高温域(約550℃以上)での
冷却速度が速すぎることに起因することが明らかとなっ
た。
における鋼材部品間若しくは鋼材部品の部位間での温度
差を軽減すると共に、高温域(約550℃以上)での冷
却速度を熱歪を抑制するに十分な緩慢な速度にし、もっ
て、焼入歪及び焼入れのバラツキを軽減することを課題
とするものである。
決するための手段として、所定の焼入温度に保持された
鋼材部品を高温焼入油中に浸漬して当該鋼材部品の所定
部位がマルテンサイト変態開始点(Ms点)の直上温度に
達するまで急冷した後、当該鋼材部品を前記高温焼入油
中から取り出して当該鋼材部品の保有熱により均熱化
し、引続き前記高温焼入油中に浸漬して冷却するように
したものである。
おいて、鋼材部品は、その変形量が最も大きい部位(具
体的には、鋼材部品の単位表面に対して内部体積の小さ
い部位(例えば、歯車の歯や角柱部品のコーナ部など、
以下、先鋭部という)がその部位のMs点直上の温度に
達するまで急冷することが行われる。
ち、本発明方法においては、前記鋼材部品は、まず、高
温焼入油中に浸漬してマルテンサイト変態開始点(Ms
点)の直上温度にまで急冷されるが、この場合、鋼材部
品全体が前記Ms点の直上の温度にまで冷却された時点
で高温焼入油から取り出すのが好適である。しかしなが
ら、実際の鋼材部品は、一般に焼入れ直前に浸炭処理を
施されるため、鋼材部品内部に拡散した炭素の濃度が鋼
材部品全体にわたって均一ではなく、部位によってMs
点が異なる場合がある。例えば、鋼材部品の先鋭部は、
その表層部の炭素濃度が当該先鋭部以外の部位(例え
ば、鋼材部品内部の浸炭されていない部位、即ち、非浸
炭部)よりも高くなるため、前記先鋭部表層部のMs点
(Ms2)が前記非浸炭部のMs点(Ms1)よりも低
くなり、変形量にバラツキを生じる結果となる。ところ
が、鋼材部品の先鋭部以外の部位、即ち、前記非浸炭部
については、通常焼入れした場合でも変形が小さく、そ
の部位の温度が当該部位のMs点(Ms1)直下となっ
ても鋼材部品としての特性への悪影響が少なく、変形量
が最も大きい部位である先鋭部の温度がその部位のMs
点(Ms2)直上であれば、均熱化により鋼材部品全体
の変形量のバラツキを小さくできるという知見に基づく
ものである。
度及び量が設定されるが、通常、JIS K2242
2種1号又は2号に相当する高温焼入油が採用される。
また、焼入油の温度は、100〜170 ℃の範囲内の
温度に設定される。なお、焼入油の量は、1次焼き入れ
により前記設定温度が大きく変動しない量に設定すれば
良い。
油焼入室内の焼入油の上方空間に保持されるが、この上
方空間の雰囲気温度は、通常、高温焼入油の温度とほぼ
同温度である。1次焼入れされた被処理材は、油焼入室
の上方空間内にそれ自体の保有熱により均熱されてマル
テンサイト変態開始点(Ms点)の直上近傍の温度になる
まで保持する時間は、被処理材の大きさ、材質等によっ
て異なるため一義的に定めることは困難であるが、通
常、30〜300秒に設定される。
謂マルクエンチ処理により、被処理材のトレイ内での載
置位置や被処理材の部位間の温度差をさらに小さくする
ことができる。
油焼入室内の圧力が7〜75KPa、より好ましくは、
8〜40KPaに設定される。これは、7KPaより高真
空にすると蒸気膜段階が長くなりすぎて十分な焼入れ硬
度が得難くなり、また、75KPaより低真空では十分
な減圧効果が得られず、熱歪みを抑制できなくなるから
である。
明の実施の形態について説明する。図1は本発明方法の
実施に使用するバッチ式浸炭炉の構造を示し、当該炉は
加熱室1と油焼入室8とで構成されている。加熱室1
は、バルブ2aを備えた窒素供給ライン3aを介して窒
素ガス供給源4aに接続されると共に、バルブ2bを備
えた排気ライン5aを介して真空ポンプ6aに接続さ
れ、また、図示しない浸炭性ガス供給ラインを接続さ
れ、加熱室1は加熱室用扉7を介在させて油焼入室8に
連結されている。
窒素供給ライン3bを介して窒素ガス供給源4bに接続
されると共に、バルブ2dを備えた空気供給ライン9を
介して大気に連通し、バルブ2eを備えた排気ライン5
bを介して真空ポンプ6bに接続されている。また、油
焼入室8は、その内部に焼入油槽11を有し、被処理材
Wを昇降させて焼入油中に浸漬保持する一方、前記焼入
油槽11の上方の空間14に保持する昇降手段(図示せ
ず)とを備え、加熱室1側に中間扉15が、また、大気
側に装入兼搬出用扉16がそれぞれ配設されている。
室1及び油焼入室8を約7〜75KPaの範囲内の所定
の真空度にまで真空排気する。両室が所定の真空度に達
した後、被処理材Wを加熱室1から油焼入室8内に移送
し、高温焼入油13中に浸漬して当該被処理材Wの表面
がマルテンサイト変態開始点(Ms点)の直上近傍の温度
になるまで急冷して1次焼入れを行う。この時、焼入油
13が高温焼入油であって、油焼入室8内が減圧された
状態で浸漬冷却されるため、大気圧下での高温焼入油に
よる焼入と比較して蒸気膜段階の冷却速度が遅く、しか
も、蒸気膜段階の冷却時間が長くなるため、被処理材W
は高温域(850〜550℃)を緩慢に、かつ、均一に
冷却される。
許容範囲外となる部位、例えば、被処理材の先鋭部表面
の温度が表面マルテンサイト変態開始点(Ms2点)の直
上近傍の温度に達した時点で、被処理材Wを高温焼入油
13中から取り出して油焼入室8内の上方空間14に放
置し、被処理材Wの表面及び内部が表面マルテンサイト
変態開始点(Ms2点)の直上近傍の温度になるまで均熱
化する。
入油13中に浸漬して冷却し2次焼入れを行う。この
際、被処理材Wは均熱処理工程を経ており、かつ、高温
焼入油中に浸漬されるため、空冷するよりも均一に冷却
できることから、マルクエンチ処理によりマルテンサイ
ト変態が均一に行われる。また、高温焼入油は、低温焼
入油に比較して冷温域の冷却速度が遅いため、被処理材
Wをより均一に冷却できる。
焼入油13から取り出し、バルブ2dを開いて空気供給
ライン9から空気を油焼入室8内に導入して大気圧状態
に復圧した後、油焼入室8から装入兼排出用扉16を経
て炉外へ取り出す。
別々の温度履歴を示し、その部位におけるマルテンサイ
ト変態開始点(Ms点)も炭素濃度(C%)に応じて異
なっている。この炭素濃度とマルテンサイト変態開始点
(Ms点)との関係は、例えば、公知の次式で与えられ
る。 Ms(℃)=550−361(%C)−39(%Mn)
−35(%Cr)−17(%Ni)−10(%Cu)−
5(%Mo+%W)+15(%Co)+30(%Al)
理材Wの総ての部位において前記式で求められるマルテ
ンサイト変態開始点(Ms点)直上の温度にて高温焼入
油13から取り出すことである。しかしながら、図3に
は4点のみ示したが、被処理材Wの部位に応じて異なる
一次冷却時の温度推移及びマルテンサイト変態開始点
(Ms点)をあらゆる点に渡って求め、かつ、マルテン
サイト変態開始点(Ms点)直上の温度で取り出すこと
は事実上不可能である。そこで、本発明においては、変
形量が最も大きい部位である先鋭部の温度がその部位の
Ms点(Ms2)直上の温度に達したところで高温焼入
油13から取り出すようにしている。これは、通常焼入
れした場合でも変形量の小さい部位については、その表
層部の温度が当該部位のMs点(Ms1)直下となって
も、変形量が最も大きい部位である先鋭部の温度がその
部位のMs点(Ms2)直上であれば、均熱化により鋼
材部品全体の変形量のバラツキを小さくできるからであ
る。
囲外になる部位(具体的には、鋼材部品表面の焼入れの
必要な部位)が表面マルテンサイト変態開始点(Ms2
点)の直上近傍の温度に到達する時点、すなわち、被処
理材Wを高温焼入油13中から収り出すタイミングは浸
漬時間により管理する。また、1次焼入れした被処理材
Wがマルテンサイト変態開始点(Ms2点)の直上近傍の
温度に到達する時点、すなわち、再度、高温焼入油13
中に浸漬するタイミングは油焼入室8の上方空間14で
の放置時間により管理する。
圧状態にした場合を例に挙げて説明したが、油焼入室8
を大気圧状態で実施しても良い。この場合、一次焼入れ
後、焼入油から引き上げて均熱処理を行うことにより、
その後の二次焼入れでのマルテンサイト変態を均一に行
わせることができるため、歪みのバラツキの低減に満足
すべき効果がある。また、減圧状態では、高温域での被
処理材Wの冷却をより均一に行うことができるため、歪
みのバラツキ低減に、より一層の効果が得られる。
20H、直径180mm)を被処理材Wとしてトレイに4
0個積載し、加熱室1に入れて950 ℃の浸炭温度で
浸炭処理(有効浸炭深さ:0.7 mm)した後、油焼入室
8に移送し、下記の条件で焼入れ処理を行った。この時
の冷却曲線の実測値を図3に示す。なお、図3中、は
上段歯部、は上段肉厚部、は下段歯部及びは下段
肉厚部をそれぞれ示す。 焼入条件 焼入開始温度: 850 ℃ 焼入油温度: 120 ℃ 油焼入室8内圧力: 大気圧 一次焼入(浸漬時間): 68秒 均熱(放置時間): 2分 二次焼入(浸漬時間): 7分
CM420H、直径:180mm)を被処理材Wとし、均
熱工程を省き連続浸漬とした以外は下記のように実施例
1と同一条件下で焼入れ処理を行った。 焼入条件 焼入開始温度: 850 ℃ 焼入油温度: 120 ℃ 油焼入室8内圧力: 大気圧 焼入(浸漬時間): 10分
いて、歯形及び歯筋変形量のバラツキを比較した結果は
下記の通りであった。これらの結果から本発明方法によ
り油焼入れしたものは、マルテンサイト変態時における
鋼材部品間若しくは鋼材部品の部位間での温度差が軽減
されると共に、高温域(約550℃以上)での冷却速度
が緩慢で熱歪が抑制されバラツキが軽減されていること
が判る。
Cr420H、直径200mm)を被処理材Wとしてトレ
イに32個積載し、加熱室1に入れて950 ℃の浸炭
温度で浸炭処理(有効浸炭深さ:0.9 mm)した後、油
焼入室8に移送し、下記の条件で焼入れ処理を行った。 焼入条件 焼入開始温度: 850 ℃ 焼入油温度: 120 ℃ 油焼入室8内圧力: 13KPa 一次焼入(浸漬時間): 58秒 均熱(放置時間): 2分 二次焼入(浸漬時間): 10分
Cr420H、直径200mm)を被処理材Wとし、焼入
れをプレス焼入れとし、その他は実施例2と同一条件で
下記の焼入れ処理を行った。 焼入条件 焼入開始温度: 850 ℃ 焼入油温度: 120 ℃ 油焼入室8内圧力: 大気圧 焼入(矯正型焼入れ) 焼入(浸漬時間): 10分
いて、歯形及び歯筋変形量のバラツキを比較した結果は
下記の通りであった。 実施例2 比較例2 平面度のバラツキ 2.0 2.0 歯形変形量のバラツキ 2.0 2.5 歯筋変形量のバラツキ 6.5 9.0
れしたものは、マルテンサイト変態時における鋼材部品
間若しくは鋼材部品の部位間での温度差が軽減されると
共に、高温域(約550℃以上)での冷却速度が緩慢で
熱歪が抑制されバラツキが軽減されていることが判る。
理された鋼材部品について焼入れ処理を例に挙げている
が、本発明方法は工具鋼、軸受鋼或いは機械構造用鋼の
焼入処理にも適用することができる。また、焼入槽は一
槽に限らず、二槽であっても良い。
入油を用いて一次冷却を行うようにしたので高温域での
冷却を緩慢な速度で行うことができ、高温域での熱歪を
抑制すると共に、Ms点の直上温度で鋼材部品を一旦高
温焼入油から取り出してその保有熱により均熱化し、そ
の後、高温焼入油中に再浸漬して冷却するようにしたの
で、マルテンサイト変態時における鋼材部品間若しくは
鋼材部品の部位間での温度差を軽減でき、焼入歪のバラ
ツキを少なくすることができる。また、本発明方法は、
油焼入室の内部を減圧状態にして焼入れを行うため、中
温度域の冷却をある程度速く行うことができ、減圧によ
る冷却能不足を補い、焼入れ時間が増大するのを防止で
きる。更に、一槽の焼入槽でマルクエンチ処理ができる
とともに、油焼入室を簡単な構造とすることができる。
示す説明図
示すグラフ
Claims (3)
- 【請求項1】 所定の焼入温度に保持された鋼材部品を
高温焼入油中に浸漬して鋼材部品の所定部位がマルテン
サイト変態開始点(Ms点)の直上温度に達するまで急冷
した後、当該鋼材部品を高温焼入油中から取り出して当
該鋼材部品の保有熱により均熱化し、引続き高温焼入油
中に浸漬して冷却することを特徴とする鋼材部品の油焼
入方法。 - 【請求項2】 焼入れ時の油焼入室内の圧力が7KPa
〜75KPaであることを特徴とする請求項1記載の鋼
材部品の油焼入方法。 - 【請求項3】 前記鋼材部品の所定部位が当該鋼材部品
の変形量が最も大きい部位である請求項1又は2記載の
鋼材部品の油焼入方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002021142A JP3990917B2 (ja) | 2001-02-08 | 2002-01-30 | 鋼材部品の油焼入方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JP2001032244 | 2001-02-08 | ||
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JP3990917B2 JP3990917B2 (ja) | 2007-10-17 |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007321221A (ja) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Hirohisa Taniguchi | 複合マルクエンチ装置及びその制御方法 |
JP2016183361A (ja) * | 2015-03-25 | 2016-10-20 | 新日鐵住金株式会社 | 浸炭焼入れ制御装置および浸炭焼入れ方法 |
WO2019111591A1 (ja) * | 2017-12-06 | 2019-06-13 | 株式会社Ihi | 熱処理装置 |
CN115125375A (zh) * | 2022-06-30 | 2022-09-30 | 东风商用车有限公司 | 一种用于薄壁内齿圈的压淬装置 |
-
2002
- 2002-01-30 JP JP2002021142A patent/JP3990917B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JPWO2019111591A1 (ja) * | 2017-12-06 | 2020-04-02 | 株式会社Ihi | 熱処理装置 |
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