JP2007270345A - Method for producing member for transport equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、塑性変形加工を施した後に熱処理を行う輸送機器用部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a member for transportation equipment in which heat treatment is performed after plastic deformation.
自動車の走行機関を構成する等速ジョイントの外輪部材は、一般的に、円柱体からなる炭素鋼製ワークに対し、前方押し出し成形、据え込み成形、後方押し出し成形を順次行い、該炭素鋼製ワークを外輪部材の形状に塑性変形することによって製造されている(例えば、特許文献1参照)。なお、以上の鍛造加工を行う前に、炭素鋼製ワークを所定の温度に加熱することもある。すなわち、外輪部材を製造する場合、温間鍛造ないし熱間鍛造が行われることもある。 An outer ring member of a constant velocity joint constituting a traveling engine of an automobile is generally formed by sequentially performing forward extrusion molding, upsetting molding, and backward extrusion molding on a carbon steel workpiece made of a cylindrical body. Is produced by plastic deformation into the shape of the outer ring member (see, for example, Patent Document 1). In addition, before performing the above forging process, a carbon steel workpiece may be heated to a predetermined temperature. That is, when manufacturing an outer ring member, warm forging or hot forging may be performed.
このようにして成形加工された外輪部材は、室温まで冷却された後、熱処理設備まで搬送される。そして、外輪部材を軟化させて変形能を向上させたり、又は硬度の均質化を図るべく、この熱処理設備において、低温焼き鈍し、球状化焼き鈍し、又は焼きならし等の各種の熱処理が施される。 The outer ring member thus molded is cooled to room temperature and then conveyed to a heat treatment facility. Then, various heat treatments such as low temperature annealing, spheroidizing annealing, or normalizing are performed in this heat treatment equipment in order to soften the outer ring member and improve the deformability or to make the hardness uniform.
次に、前記熱処理の際に発生する酸化スケール等を除去するショットブラスト処理が行われ、さらに、外輪部材の外表面にリン酸亜鉛等からなる潤滑用化成皮膜が形成される。その後、外輪部材に対してしごき加工(サイジング成形)が行われ、これにより該外輪部材が最終的な寸法に仕上げられるに至る。なお、このしごき加工は、通常、冷間鍛造である。 Next, a shot blasting process for removing oxide scales and the like generated during the heat treatment is performed, and a lubricating chemical conversion film made of zinc phosphate or the like is formed on the outer surface of the outer ring member. Thereafter, ironing (sizing molding) is performed on the outer ring member, whereby the outer ring member is finished to a final dimension. This ironing process is usually cold forging.
ところで、上記した製造過程を経る場合、熱処理を施す前の外輪部材を保管しておくための広大なスペースが必要であるが、保管の目的のみにスペースを確保することは経済的に不利である。また、外輪部材を室温に冷却するための時間が必要となるので、最終的な寸法に仕上げられた外輪部材を効率よく得ることができないという不都合がある。 By the way, when going through the manufacturing process described above, a large space for storing the outer ring member before heat treatment is necessary, but it is economically disadvantageous to secure the space only for the purpose of storage. . Further, since it takes time to cool the outer ring member to room temperature, there is an inconvenience that the outer ring member finished to the final dimensions cannot be obtained efficiently.
さらに、低温焼き鈍し、球状化焼き鈍し、又は焼きならしを行うための熱処理設備は、いずれも大規模な設備が必要であり、従って、設備投資が高騰してしまう。 Furthermore, any heat treatment equipment for performing low-temperature annealing, spheroidizing annealing, or normalization requires a large-scale equipment, and therefore, equipment investment increases.
そこで、温間鍛造ないし熱間鍛造を経た外輪部材に対し、しごき成形を即座に施すことが有効であるとも考えられる。しかしながら、温間鍛造ないし熱間鍛造が施された直後の外輪部材には、寸法・肉厚によっては温度分布が生じていることがあり、この場合、部位によって異なる金属組織が形成されるために硬度にバラツキが生じる。さらに、このバラツキに起因して、次工程のしごき成形で外輪部材に割れが発生する懸念がある。すなわち、温度分布が生じ易いような大形状の外輪部材を温間鍛造ないし熱間鍛造によって設けた場合、次のしごき成形で割れが発生し易いという不具合が顕在化している。その上、例えば、外輪部材の軸部に歯部を設ける際、該歯部の寸法精度が低下することもある。 Therefore, it is considered effective to immediately perform ironing on the outer ring member that has undergone warm forging or hot forging. However, the outer ring member immediately after being subjected to warm forging or hot forging may have a temperature distribution depending on the size and thickness. In this case, a different metal structure is formed depending on the part. Variations in hardness occur. Further, due to this variation, there is a concern that the outer ring member may be cracked in the ironing forming of the next process. That is, when a large-sized outer ring member that is likely to generate a temperature distribution is provided by warm forging or hot forging, a problem that cracks are likely to occur in the next ironing process has become apparent. In addition, for example, when the tooth portion is provided on the shaft portion of the outer ring member, the dimensional accuracy of the tooth portion may be lowered.
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、保管スペースを不要とし、短時間で、しかも、簡素な設備で実施することが可能であり、さらに、金属組織の均一化を図ることが容易な輸送機器用部材の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and does not require a storage space, can be carried out in a short time with simple equipment, and further achieves a uniform metal structure. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a member for a transportation device that is easy to handle.
前記の目的を達成するために、本発明は、輸送機器を構成する輸送機器用部材の製造方法であって、
鋼材からなるワークに対して温間域又は熱間域で塑性変形加工を施すことで前記輸送機器用部材を作製する第1工程と、
前記輸送機器用部材をAr1点以下500℃以上の温度範囲となるまで50〜150℃/分の冷却速度で冷却する第2工程と、
前記第2工程によって温度が低下した前記輸送機器用部材を、温度が500℃を下回る前に加熱してAc1〜Ac3点間の温度に保持する第3工程と、
前記第3工程で加熱保持された前記輸送機器用部材をAr1点未満600℃以上の温度範囲となるまで50〜150℃/分の冷却速度で冷却する第4工程と、
を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is a method for manufacturing a member for transport equipment constituting a transport equipment,
A first step of producing the member for transport equipment by performing plastic deformation in a warm region or a hot region on a workpiece made of steel; and
A second step of cooling the member for transport equipment at a cooling rate of 50 to 150 ° C./min until the temperature range of not more than Ar 1 point and 500 ° C. or higher;
A third step of heating the transport device member whose temperature has been lowered by the second step and maintaining the temperature between Ac1 to Ac3 before the temperature falls below 500 ° C .;
A fourth step of cooling the member for transportation equipment heated and held in the third step at a cooling rate of 50 to 150 ° C./min until a temperature range of 600 ° C. or higher below the Ar1 point;
It is characterized by having.
Ar1点は、鋼材を冷却する際、オーステナイトからフェライトとセメンタイトへの共析変態が開始する温度として定義される。従って、前記第2工程でAr1点以下まで降下した鋼材の金属組織は、フェライトとパーライトとを含む略均一組織となる。このため、第2工程を経た鋼材の最終的な金属組織が略均一化され、諸特性が略均質な輸送機器用部材を得ることができる。 The Ar1 point is defined as the temperature at which eutectoid transformation from austenite to ferrite and cementite starts when the steel material is cooled. Therefore, the metal structure of the steel material lowered to the Ar1 point or less in the second step becomes a substantially uniform structure including ferrite and pearlite. For this reason, the final metal structure of the steel material which passed through the 2nd process is made substantially uniform, and the member for transportation equipment in which various properties are almost uniform can be obtained.
なお、塑性変形加工が施された後に温度が降下した輸送機器用部材では、金属組織が若干不均一である場合がある。しかしながら、本発明においては、第3工程でこの輸送機器用部材をAc1〜Ac3点間の温度に保持し、これにより該輸送機器用部材にオーステナイトとフェライトが共存する金属組織を略均等に形成するようにしている。このため、輸送機器用部材の金属組織を一層均一化することが可能となる。 In addition, in the member for transportation equipment in which the temperature has dropped after the plastic deformation process, the metal structure may be slightly uneven. However, in the present invention, the transport equipment member is maintained at a temperature between Ac1 to Ac3 in the third step, thereby forming a metal structure in which austenite and ferrite coexist substantially uniformly on the transport equipment member. I am doing so. For this reason, it becomes possible to make the metal structure of the member for transport equipment more uniform.
その上、第2工程での冷却速度を50℃/分以上とするので、パーライトが成長してフェライトと相分離することが回避される。また、150℃/分以下とすることにより、しごき成形時の割れの原因となるベイナイトが生成することが回避される。 In addition, since the cooling rate in the second step is 50 ° C./min or more, it is avoided that pearlite grows and phase separates from ferrite. Moreover, by setting it as 150 degrees C / min or less, it is avoided that the bainite which causes the crack at the time of ironing shaping | molding produces | generates.
また、第1工程(塑性変形加工)によって得られた輸送機器用部材は、第2工程〜第4工程を経ることによって軟化する。これに伴い、該輸送機器用部材の硬度が部位や表面からの距離によらず略同等となる。換言すれば、しごき成形等の後加工において全部位を略同等の度合いで変形させることができる。従って、輸送機器用部材に割れが発生し難くなるとともに、該輸送機器用部材の寸法精度が良好となる。 Moreover, the member for transport equipment obtained by the 1st process (plastic deformation process) softens by passing through the 2nd process-the 4th process. Along with this, the hardness of the member for transportation equipment becomes substantially equal regardless of the distance from the part or the surface. In other words, all parts can be deformed with substantially the same degree in post-processing such as ironing. Therefore, it becomes difficult to generate | occur | produce a crack in the member for transport equipment, and the dimensional accuracy of the member for transport equipment becomes favorable.
しかも、本発明においては、製品に加工熱が残留して該製品の温度が500℃を下回らない時点で熱処理を行うので、製品を保管する必要がない。従って、保管のためのスペースを用意することも不要となるので、スペースを他の用途に有効活用することができる。 Moreover, in the present invention, since the heat treatment is performed when the processing heat remains in the product and the temperature of the product does not fall below 500 ° C., it is not necessary to store the product. Accordingly, it is not necessary to prepare a space for storage, and the space can be effectively used for other purposes.
なお、本発明において、「塑性変形加工」には、鋼材に対して圧力を付与して塑性変形を生じさせる加工が含まれる。具体的には、鍛造加工、鍛圧加工、圧延加工等が例示される。 In the present invention, the “plastic deformation process” includes a process of applying pressure to a steel material to cause plastic deformation. Specifically, forging, forging, rolling, etc. are exemplified.
第3工程での保持時間は、60分以内であることが好ましい。この場合、熱処理設備の規模を球状化焼き鈍し設備等の従来の熱処理設備に比して小さくすることができる。このため、設備投資が高騰することが回避される。その上、熱処理効率が向上するので、熱処理に要するエネルギが低減されるとともに、生産効率が向上する。結局、コスト的に有利となる。なお、第3工程における「保持」には、一定温度を所定時間保つ場合のみならず、所定時間内に温度がAc1〜Ac3点の温度範囲内で上昇・降下する場合も含まれる。すなわち、例えば、温度をAc3点まで上昇させた後、所定時間内にAc1点まで緩やかに降下させるようにしてもよい。 The holding time in the third step is preferably within 60 minutes. In this case, the scale of the heat treatment equipment can be made smaller than that of conventional heat treatment equipment such as spheroidizing annealing equipment. For this reason, it is avoided that capital investment soars. In addition, since the heat treatment efficiency is improved, the energy required for the heat treatment is reduced and the production efficiency is improved. After all, it becomes advantageous in cost. The “holding” in the third step includes not only the case where the constant temperature is maintained for a predetermined time, but also the case where the temperature rises and falls within the temperature range of Ac1 to Ac3 within the predetermined time. That is, for example, after the temperature is raised to the Ac3 point, it may be gradually lowered to the Ac1 point within a predetermined time.
保持時間は、10分以内とすることもできる。この場合、前記の効果が一層顕著となる。 The holding time can be within 10 minutes. In this case, the above effect becomes more remarkable.
一方、第3工程において、鋼材がAc1〜Ac3点間の温度に到達するまでの昇温速度は、15〜50℃/分とすることが好ましい。15℃/分未満では、鋼材の熱処理効率が低下する。また、50℃/分を超えると、鋼材の金属組織に欠陥が発生することがある。 On the other hand, in the third step, the rate of temperature increase until the steel material reaches the temperature between Ac1 to Ac3 is preferably 15 to 50 ° C./min. If it is less than 15 degreeC / min, the heat processing efficiency of steel materials will fall. Moreover, when it exceeds 50 degreeC / min, a defect may generate | occur | produce in the metal structure of steel materials.
なお、ワークの材質である鋼材の好適な例としては、0.35〜0.55質量%のC、1.0質量%以下のSi、0.2〜1.5質量%のMn、0.03質量%以下のP、0.15質量%以下のS、0.5質量%以下のCu、0.5質量%以下のNi、0.05〜3.2質量%のCr、1.3質量%以下のMo、0.002〜0.1%のAlを少なくとも含有するものを挙げることができる。この場合、ワークは、靭性に優れ且つ大きな加工率で加工可能なものとなるので、割れ等が生じ難くなる。 In addition, as a suitable example of the steel material which is the material of a workpiece | work, 0.35-0.55 mass% C, 1.0 mass% or less Si, 0.2-1.5 mass% Mn, 0. 03 mass% or less P, 0.15 mass% or less S, 0.5 mass% or less Cu, 0.5 mass% or less Ni, 0.05-3.2 mass% Cr, 1.3 mass % Or less of Mo and 0.002 to 0.1% of Al. In this case, the workpiece is excellent in toughness and can be machined at a large machining rate, so that cracks and the like are less likely to occur.
ワークには、0.1質量%以下のTi、0.01質量%以下のBが含有されていてもよい。 The workpiece may contain 0.1% by mass or less of Ti and 0.01% by mass or less of B.
そして、輸送機器用部材の好適な例としては、等速ジョイントを構成する外輪部材を挙げることができる。 And as a suitable example of the member for transport equipment, the outer ring member which comprises a constant velocity joint can be mentioned.
本発明によれば、加工熱が残留して500℃以上である輸送機器用部材(鋼材)に対し、所定の条件下で熱処理を施すようにしている。この熱処理によって輸送機器用部材が軟化するとともに、該輸送機器用部材の硬度が略一定となる。このため、しごき成形時に割れが発生し難くなるとともに、該しごき成形において成形される部位の寸法精度が良好となる。 According to the present invention, a heat treatment member (steel material) whose processing heat remains and is 500 ° C. or higher is subjected to heat treatment under predetermined conditions. This heat treatment softens the transport equipment member and makes the transport equipment hardness substantially constant. For this reason, it becomes difficult to generate | occur | produce a crack at the time of ironing shaping | molding, and the dimensional accuracy of the site | part shape | molded in this ironing shaping | molding becomes favorable.
また、加工熱が残留している時点で熱処理を行うので、保管のためのスペースを用意する必要もない。 Further, since the heat treatment is performed when the processing heat remains, it is not necessary to prepare a space for storage.
さらに、保持時間を60分以内とするので、熱処理設備の構成が簡素になる。しかも、保持時間が比較的短いので熱処理効率が向上し、その上、熱処理に要するエネルギが低減されるとともに、生産効率が向上する。 Furthermore, since the holding time is within 60 minutes, the structure of the heat treatment equipment is simplified. Moreover, since the holding time is relatively short, the heat treatment efficiency is improved, and in addition, the energy required for the heat treatment is reduced and the production efficiency is improved.
さらにまた、温間鍛造ないし熱間鍛造後の外輪部材の冷却速度を50〜150℃/分の範囲内とするので、パーライトが過度に成長してフェライトと相分離したり、しごき成形時の割れの原因となるベイナイトが生成したりすることが回避される。 Furthermore, since the cooling rate of the outer ring member after warm forging or hot forging is in the range of 50 to 150 ° C./min, pearlite grows excessively and phase separates from ferrite, or cracks during ironing molding It is avoided that bainite that causes the generation of bainite is generated.
以下、本発明に係る輸送機器用部材の製造方法につき、鋼材製のワークに対し鍛造加工を施して外輪部材に塑性変形する場合を例として好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, with respect to the method for manufacturing a member for a transportation device according to the present invention, a preferred embodiment will be given by way of example in which a steel workpiece is forged and plastically deformed into an outer ring member, with reference to the accompanying drawings. Will be described in detail.
本実施の形態に係る外輪部材(輸送機器用部材)の製造方法をフローチャートにして図1に示す。この熱処理方法は、鋼材からなるワークから外輪部材を得る第1工程S1と、得られた外輪部材を冷却する第2工程S2と、温度が低下した外輪部材を加熱してAc1〜Ac3点間の温度に保持する第3工程S3と、温度保持が終了した外輪部材を再冷却する第4工程S4とを有する。 The manufacturing method of the outer ring member (transport equipment member) according to the present embodiment is shown in FIG. 1 as a flowchart. This heat treatment method includes a first step S1 for obtaining an outer ring member from a workpiece made of steel, a second step S2 for cooling the obtained outer ring member, and heating the outer ring member whose temperature has decreased between Ac1 to Ac3 points. It has the 3rd process S3 holding at temperature, and the 4th process S4 which recools the outer ring member which temperature maintenance ended.
図2A〜図2Fは、第1工程S1において、鋼材からなる円柱体形状のワーク10に対して鍛造加工(塑性変形加工)を施し、外輪部材28を作製するまでの過程を示すフローチャートである。
FIG. 2A to FIG. 2F are flowcharts showing a process until the
先ず、ワーク10の材質である鋼材につき説明する。本実施の形態において、この鋼材は、C、Si、Mn、P、S、Cu、Ni、Cr、Mo、Al、Ti、Bを含有し、残部がFe及び不可避的不純物である。
First, the steel material that is the material of the
Cは、ワーク10、ひいては外輪部材28の焼入れ性を向上させる役割を果たす。すなわち、外輪部材28は、焼入れが施されると焼入れ前に比して硬度が顕著に上昇する。また、Cは、引っ張り強度及び曲げ強度を上昇させる機能も有する。
C plays a role of improving the hardenability of the
Cの組成比は、0.35〜0.55%(数字は質量%、以下同じ)に設定することが好ましい。0.35%未満であると、十分な強度を確保することが困難となる。また、0.55%よりも多いと、熱間加工後の硬度が過度に大きくなるので被削性が低下するとともに、耐衝撃性が低下する。 The composition ratio of C is preferably set to 0.35 to 0.55% (numbers are mass%, the same applies hereinafter). If it is less than 0.35%, it is difficult to ensure sufficient strength. On the other hand, if it is more than 0.55%, the hardness after hot working becomes excessively high, so that machinability is lowered and impact resistance is lowered.
Siは、外輪部材28中の酸素を低減させる脱酸剤として機能する元素であるが、その割合が1.0%を超えると熱間加工後の外輪部材28の硬度が過度に上昇し、被削性が低下する。このため、Siの組成比は、1.0%以下に設定することが好適である。
Si is an element that functions as a deoxidizing agent that reduces oxygen in the
Mnは、外輪部材28の焼入れ性及び強度を向上させる。この効果を確実に得るためには、Mnの組成比を0.2%以上に設定することが好ましい。なお、Mnの組成比が1.5%を超えると、外輪部材28の硬度が過度に上昇して被削性が低下することがある。結局、Mnの組成比の好適な範囲は、0.2〜1.5%である。
Mn improves the hardenability and strength of the
Pは、粒界に偏析して粒界強度を低下するとともに、ワーク10の硬度を過度に上昇させる。これを回避するべく、Pの組成比は、0.03%以下に設定される。
P segregates at the grain boundary to lower the grain boundary strength and excessively increases the hardness of the
Sは、ワーク10の金属組織中でMn、TiとともにMnS、TiSを形成することにより、該ワーク10の被削性を向上させる成分である。しかしながら、過度に存在するとワーク10の加工率が低減するので、これを回避するべく、Sの組成比を0.15%以下に設定することが好ましい。
S is a component that improves the machinability of the
Cuは、ワーク10の焼入れ性及び靱性を向上させる成分であるが、0.5%を超えるとこの効果が飽和するので、コスト的に不利となる。従って、Cuの組成比は、0.5%以下であることが好ましい。
Cu is a component that improves the hardenability and toughness of the
Niは、Cu同様にワーク10の焼入れ性及び靱性を向上させる機能を営む。Niの組成比は、0.5%以下であることが好ましい。0.5%を超える組成比としてもこの効果が飽和するので、コスト的に不利となるからである。
Ni, like Cu, functions to improve the hardenability and toughness of the
Crは、Mn同様に外輪部材28の焼入れ性及び強度を向上させる。Crの好適な組成比は、0.05〜3.2%である。0.05%未満では、外輪部材28として希求される強度を確保することが困難となる。一方、3.2%を超えると、熱間鍛造後の硬度が過度に上昇するので被削性が低下する。
Cr, like Mn, improves the hardenability and strength of the
Moもまた、外輪部材28の焼入れ性及び強度を向上させるが、その組成比が1.3%を超えると、熱間加工後にベイナイト組織が生成するので外輪部材28の硬度が過度に上昇し、加工率が低減することがある。これを回避するべく、Moの組成比を1.3%以下に設定することが好ましい。
Mo also improves the hardenability and strength of the
Alは、Siと同様に脱酸に寄与する成分である。Alの組成比が0.002%未満では、脱酸効果が乏しい。また、Alが過剰に存在すると、Al2O3等の酸化物系不純物が増加し、その結果、疲労特性、塑性変形加工時の変形能が低下する。このため、Alは0.1%以下であることが好ましい。 Al is a component that contributes to deoxidation in the same manner as Si. When the Al composition ratio is less than 0.002%, the deoxidation effect is poor. Further, when Al is present in excess, increased oxide impurities such as Al 2 O 3, as a result, fatigue properties, deformability during plastic deformation decreases. For this reason, it is preferable that Al is 0.1% or less.
Tiは、ワーク10中における遊離Nを捕捉する機能を有する。このように遊離Nが捕捉された場合、後述するBの添加効果が一層顕著となる。また、Cと結合して炭化物を形成することによって、結晶粒の微細化に寄与する。
Ti has a function of capturing free N in the
Tiの組成比は、0.1%以下に設定することが好ましい。0.1%を超えると、微細化効果が飽和するのでコスト的に不利となり、また、熱間鍛造後の硬度が過度に上昇するので被削性が低下するからである。 The composition ratio of Ti is preferably set to 0.1% or less. If it exceeds 0.1%, the effect of miniaturization is saturated, which is disadvantageous in terms of cost, and the hardness after hot forging increases excessively, so that machinability decreases.
Bは、粒界強度を向上させる成分である。また、Bが存在することにより、ワーク10の焼入れ性も向上する。しかしながら、0.001%を超えると焼入れ性を低下させることがあるので、Bの組成比は、好ましくは0.001%以下に設定される。
B is a component that improves the grain boundary strength. In addition, the presence of B improves the hardenability of the
ワーク10は、温間域ないし熱間域の所定の温度、例えば、600〜1250℃に加熱される。ただし、720超〜800℃未満には炭素鋼の変態点が存在するため、この温度域を避けることが好ましい。すなわち、ワーク10の温度は、600〜720℃、又は800〜1250℃とすることが好ましい。
The
その後、このワーク10に対して前方押し出し成形を施す。すなわち、ワーク10の一端面を支持した状態で該ワーク10を他端面側から押圧する。これに伴って他端面が圧潰され、その結果、図2Bに示すように、大径部12、テーパ状に縮径した縮径部14、軸部16が形成された第1次成形品18が得られる。その後、前方押し出し成形が再度行われ、図2Cに示すように、第2次成形品20が設けられる。
Thereafter, the
次に、第2次成形品20に対して据え込み成形を行う。具体的には、図2Dに示すように、第2次成形品20の大径部12のみを圧縮することによって該大径部12を拡径し、カップ部22を有する第3次成形品24とする。
Next, upset molding is performed on the secondary molded
次に、第3次成形品24に対して後方押し出し成形を行い、カップ部22を伸張するとともに該カップ部22に6個のボール溝26a〜26fを形成する。すなわち、ボール溝26a〜26fを形成するための突出部を有するパンチをカップ部22の一端面の中央部に当接させ、続いて、軸部16の先端部を押圧して第3次成形品24を該パンチに指向して変位させる。これにより、図2Eに示す外輪部材28が得られる。
Next, backward extrusion molding is performed on the third molded
なお、各鍛造加工は別個の鍛造成形装置で行われ、ワーク10、第1次成形品18、第2次成形品20、第3次成形品24は、各鍛造成形装置間をトランスファー等の搬送装置によって移送される。
Each forging process is performed by a separate forging device, and the
以上の鍛造加工が施された外輪部材28は、鍛造加工が行われる前に予め所定温度(温間域ないし熱間域)に加熱されたことに加え、塑性変形加工に伴って加工熱を帯びたために高温となっている。外輪部材28は、このように高温となった状態で、図3に示すように、鍛造加工ステーション30から冷却槽31を経て熱処理炉32に移送される。なお、冷却槽31までの移送の間、ロボット34の作業によって、トランスファー36上で軸部16が上方を臨むようにして整列される。
The
冷却槽31内では、前記トランスファー36によって移送された外輪部材28を冷却する第2工程S2が実施される。すなわち、冷却槽31は、下方から圧縮ガス(冷却風)が噴出可能であり、且つ該圧縮ガスを上方の排気口から排気可能なように構成されている。冷却槽31内で下方から上方に向かって流通する冷却風に外輪部材28が接触することに伴い、該外輪部材28の温度が低下する。
In the cooling
この際の冷却風の流通量、及び冷却槽31の長さは、外輪部材28の温度降下速度、換言すれば、冷却速度が50〜150℃/分となり、且つ外輪部材28の温度がAr1点以下500℃以上の温度範囲となる範囲内に設定される。要するに、第2工程S2では、外輪部材28は、50〜150℃/分の冷却速度でAr1点以下500℃以上の温度範囲に冷却される。冷却速度をこの範囲内に制御することにより、外輪部材28の金属組織からオーステナイトが消失し、微細なフェライトとパーライトとが共存する略均一な組織となる。
The flow rate of the cooling air and the length of the
ここで、冷却速度が50℃/分よりも小さいと徐冷となり、パーライトが過度に成長してフェライトと相分離を起こし、これに伴い、割れを誘発する帯状化組織が生成する傾向が認められる。一方、150℃/分よりも大きいと急冷となり、ベイナイトが生成する傾向がある。この場合、第4工程S4を終了した後にしごき加工等のさらなる機械加工を行うと、割れが発生したり、精度不良を招いたりすることがある。 Here, when the cooling rate is lower than 50 ° C./min, it gradually cools, and pearlite grows excessively to cause phase separation with ferrite, and accordingly, a tendency to form a banded structure that induces cracking is recognized. . On the other hand, when it is higher than 150 ° C./min, it rapidly cools and bainite tends to be generated. In this case, if further machining such as ironing is performed after finishing the fourth step S4, cracking may occur or accuracy may be deteriorated.
次いで、第3工程S3を行う。すなわち、冷却槽31から導出された外輪部材28を速やかに熱処理炉32内に導入し、Ac1〜Ac3点の温度範囲まで加熱して保持する再加熱処理を施す。
Next, the third step S3 is performed. That is, the
このことから諒解されるように、第3工程S3は、前記第2工程S2に引き続いて直ちに実施される。上記したように、外輪部材28は第2工程S2が終了した時点でAr1点以下500℃以上の温度範囲内であり、従って、第3工程S3は、外輪部材28の温度が500℃を下回らない時点で開始される。勿論、冷却槽31から熱処理炉32までの距離は、温度が降下した外輪部材28を速やかに熱処理炉32内に導入するべく、可及的に短く設定されている(図3参照)。また、トランスファー36による搬送速度は、外輪部材28の単位時間当たりの生産数に合わせて設定される。
As can be understood from this, the third step S3 is performed immediately following the second step S2. As described above, the
このように、本実施の形態によれば、塑性変形によって熱を帯びた外輪部材28を若干冷却するのみで、その後は熱処理炉32に可及的に速やかに導入するようにしている。このため、外輪部材28を保管するスペースが不要となり、従って、スペースを他の用途に有効利用することができるようになる。
Thus, according to the present embodiment, the
なお、500℃を下回るまで温度が降下した外輪部材28を熱処理炉32に導入すると、Ac1〜Ac3点まで短時間で昇温するために熱処理炉32での昇温速度を大きく設定する必要があるが、この場合、結晶粒が粗大化することに起因して金属組織に欠陥が生じたりすることがあり、外輪部材28としては強度が十分でないものとなることがある。
In addition, when the
また、これを回避するべく、500℃を下回る温度まで降下した外輪部材28を緩慢な昇温速度で昇温するには、熱処理炉32を大規模なものとして設ける必要があり、設備投資の高騰を招く。
In order to avoid this, in order to raise the temperature of the
ここで、第1工程S1における鍛造加工を、Ac1点未満の温度、又はAc1点以上の温度で行った場合における一般的な温度パターンを、図4及び図5にそれぞれ示す。この中の図4は、Ac1点未満の比較的高温で鍛造加工を行った場合を示している。この場合、ワーク10がAc1点よりも低温であるので、後方押し出し成形が終了した直後の外輪部材28では、結晶粒中でフェライトとパーライトが延伸した形状となっている。
Here, FIGS. 4 and 5 show general temperature patterns when the forging process in the first step S1 is performed at a temperature lower than the Ac1 point or a temperature higher than the Ac1 point, respectively. FIG. 4 shows a case where forging is performed at a relatively high temperature of less than Ac1 point. In this case, since the
図4に示す温度パターンで鍛造加工を施す場合、鍛造加工時のワーク10の温度は、例えば、Ac1点の数値から180℃差し引いた値に設定することが好ましく、Ac1点の数値から150℃差し引いた値(およそ580℃)とすることがより好ましい。
When forging is performed with the temperature pattern shown in FIG. 4, the temperature of the
一方、図5は、Ac1点を上回る高温で鍛造加工を行い、外輪部材28がAr1点を若干下回る温度となった後に熱処理炉32内に導入した場合を示す。なお、この図5に示されるように、Ac1点を上回る高温とする場合、Ac3点以上に設定することが好ましい。この場合、ワーク10の温度がフェライトのオーステナイトへの変態が完了するAc3点を上回っているので、後方押し出し成形が終了した直後の外輪部材28の金属組織は、オーステナイトが大半を占めるようになる。また、前記金属組織では再結晶が起こり、このために転位が著しく低減する。すなわち、Ac3点以上に設定することにより、金属組織の一層の均一化を図ることができる。
On the other hand, FIG. 5 shows a case where forging is performed at a high temperature exceeding the Ac1 point, and the
Ac1点以上の温度で鍛造加工を行った場合、冷却槽31に導入される直前の外輪部材28の温度は概ね600〜720℃程度であるが、上記したように、第2工程S2を経ることで、冷却時におけるオーステナイトからフェライトとセメンタイトへの共析変態の開始温度であるAr1点を下回る温度、例えば、Ar1点の数値から50℃を差し引いた程度の温度まで、場合によっては500℃まで降下される。
When forging is performed at a temperature of Ac1 or higher, the temperature of the
第3工程S3を実施する熱処理炉32につき説明すると、該熱処理炉32は、昇温炉38、均熱炉40、前記冷却槽31と同様に構成された再冷却槽42の3炉を有する。このうち、昇温炉38と均熱炉40は同一温度に保持されている。なお、3炉の内部にN2ガスを導入してN2雰囲気で加熱・保持・除冷が行われるようにしてもよい。
The
外輪部材28は、トランスファー36上に載置された状態で、先ず、昇温炉38に導入され、Ac1〜Ac3点の間の温度となるまで加熱される。
While the
ここで、上記したように、昇温速度を過度に大きく設定すると、結晶粒が粗大化して金属組織に欠陥が発生することがある。このことを回避するべく、昇温炉38の温度は、50℃/分以下の昇温速度が得られるように設定することが好ましい。なお、昇温速度が15℃/分未満であると、外輪部材28の熱処理効率が低下する。また、15℃/分未満の昇温速度でも熱処理効率を低下させないようにするには、熱処理炉32を大規模化する必要があるので設備投資が高騰してしまう。結局、好適な昇温速度は15〜50℃/分であり、17〜46℃/分とすることが一層好ましい。
Here, as described above, if the rate of temperature increase is set too high, the crystal grains may become coarse and defects in the metal structure may occur. In order to avoid this, it is preferable to set the temperature of the
本実施の形態においては、この昇温速度を得るべく、昇温炉38の温度が800〜850℃に設定される。昇温炉38の導入前に500〜Ar1点(例えば、720℃)であった外輪部材28は、昇温炉38を通過する前までに720〜780℃に達する。
In the present embodiment, the temperature of the
そして、昇温炉38を通過した外輪部材28は、次に、均熱炉40に導入される。この均熱炉40では、昇温炉38で720〜780℃程度に昇温された外輪部材28が、その温度に保持される。
The
以上の昇温・保持は、合わせて60分以内とすれば十分である。加熱処理をこれ以上行うようにした場合、熱処理炉32やトランスファー36が長くなるので熱処理設備が大規模となる。すなわち、設備投資が高騰する。また、60分を超える加熱保持を行っても、軟化や硬度の均質化の度合いは60分以内の場合とほとんど同等であるので、コスト的に不利である。昇温・保持時間は、合わせて10分以内であっても十分であり、例えば、5分とすることができ、3分とすることもできる。
It is sufficient that the temperature rise / holding is within 60 minutes in total. When the heat treatment is performed further, the
Ac1〜Ac3点の間の温度に保持された外輪部材28では、オーステナイトとフェライトが共存する略均一な金属組織が形成される。
In the
なお、外輪部材28の最終的な温度がAc1点未満である場合、該外輪部材28を軟化することや硬度の均質化を図ることが困難となる。また、Ac3点を超える温度まで昇温・保持した場合、オーステナイトの粗大化(異常粒成長)が起こる。このため、図6に示すように、異なる部位間や、表面からの距離によって硬度にバラツキが認められる。なお、図6中のA〜Dは、図7に示すように、軸部16の先端部から50mmの位置の部位A〜Dにおける測定値を表し、各測定値は、表面から水平断面内部に向かって測定されたものであり、以下においても同様である。
When the final temperature of the
このようにして加熱保持された外輪部材28は、次に、再冷却槽42に導入され、これにより第4工程S4が開始される。
The
再冷却槽42では、外輪部材28の冷却速度が所定の範囲内、具体的には、50〜150℃/分となるように設定される。冷却速度をこのような範囲に設定することにより、表面から内部に至るまで略均一な組織が得られ、図8に示すように、硬度のバラツキがほとんど認められなくなる。
In the
冷却速度は、5〜10℃/分であることがより好ましい。この場合、球状化組織が形成されるようになり、図9に示すように、表面から内部に至る硬度が一層均一になるとともに、外輪部材28の伸びや絞りが向上する。
The cooling rate is more preferably 5 to 10 ° C./min. In this case, a spheroidized structure is formed, and as shown in FIG. 9, the hardness from the surface to the inside becomes even more uniform, and the elongation and squeezing of the
ここで、鍛造加工後に熱処理を施さなかった外輪部材28における硬度を図10に示す。前記図8、図9とこの図10とを比較すれば、本実施の形態に係る熱処理を施すことによって、外輪部材28が軟化すること、また、該外輪部材28の硬度のバラツキを抑制することができることが明らかである。
Here, the hardness in the
冷却は、Ar1点未満であり且つパーライトの析出が終了する温度まで行えばよい。この析出終了温度は、降温速度や鋼材の種類に応じて相違するが、概ね680〜600℃の間である。従って、冷却は、温度が680〜600℃の間となるまで続行することが好ましく、例えば、650℃に低下するまで行えばよい。この温度降下に伴い、外輪部材28には、フェライトとパーライトが共存する金属組織が形成される。
Cooling may be performed to a temperature below the Ar1 point and at which the precipitation of pearlite is completed. This precipitation end temperature varies depending on the temperature drop rate and the type of steel material, but is generally between 680 and 600 ° C. Accordingly, the cooling is preferably continued until the temperature is between 680 and 600 ° C., for example, may be performed until the temperature falls to 650 ° C. Along with this temperature drop, a metal structure in which ferrite and pearlite coexist is formed on the
このように、本実施の形態においては、外輪部材28が昇温炉38、均熱炉40、再冷却槽42を短時間で通過するようにしている。このため、昇温炉38から再冷却槽42に至る熱処理設備を簡素な構成とすることができる。
Thus, in the present embodiment, the
第4工程S4が終了した外輪部材28は、トランスファー36で再冷却槽42から搬出され、室温まで冷却された後、ショットブラスト処理、潤滑用化成皮膜形成処理が行われ、しごき成形が行われる鍛造加工ステーションに移送される。
After the fourth step S4 is finished, the
このしごき成形では、外輪部材28の伸びや絞りが向上しているため、該外輪部材28が容易に変形する。また、外輪部材28の硬度は、部位に関わらず略同等であり、しかも、表面から内部に至るまで略一定である。このため、変形能はすべての部位にわたって略同等となり、従って、変形する度合いも略同等である。このため、歯部等の比較的小形状の部位に至るまで寸法精度に優れた外輪部材28を作製することができる。
In the ironing molding, the
しかも、この際の成形荷重は、温間鍛造後に熱処理を施さない外輪部材に対してしごき成形を行う場合に比して70〜80%程度でよい。すなわち、しごき成形装置への負荷が軽減するので、しごき成形装置の長寿命化にも寄与する。 Moreover, the molding load at this time may be about 70 to 80% as compared with the case where ironing is performed on the outer ring member that is not subjected to heat treatment after warm forging. That is, since the load on the ironing apparatus is reduced, it contributes to the extension of the life of the ironing apparatus.
さらに、転造精度が安定するので、例えば、軸部に歯部を設けるための刃具の寿命が50%程度向上するという利点もある。 Furthermore, since the rolling accuracy is stable, there is also an advantage that, for example, the life of the blade for providing the tooth portion on the shaft portion is improved by about 50%.
以上のように、各種の成分を所定の割合とした場合、割れの発生を著しく抑制することができる。 As described above, the occurrence of cracks can be remarkably suppressed when various components are in a predetermined ratio.
図11、図12及び図13は、それぞれ、第2工程S2にてAr1点以下500℃以上の範囲内の所定の温度に135℃/分で冷却し、さらに、第3工程S3及び第4工程S4を経た外輪部材28の表面、表面から0.5mm、表面から1mmにおける倍率1000倍の走査型電子顕微鏡(SEM)写真であり、白く視認される細糸様部分がパーライト、黒く視認される部分がフェライトである。これら図11、図12及び図13から、上記の第1工程S1〜第4工程S4を経ることにより、表面から内部にわたって微細なパーライトが均一に存在する外輪部材28が得られていることが明らかである。
11, 12, and 13 are respectively cooled to a predetermined temperature within the range of 500 ° C. or lower in the
なお、上記した実施の形態では、輸送機器用部材として等速ジョイントの外輪部材28を例示して説明したが、特にこれに限定されるものではなく、輸送機器を構成する部材であれば如何なるものであってもよい。
In the above-described embodiment, the
また、塑性変形加工も鍛造加工に限定されるものではなく、ワークに圧力を付与して該ワークを変形させる加工であればよい。例えば、圧延加工であってもよい。 Further, the plastic deformation process is not limited to the forging process, and may be any process that applies a pressure to the work and deforms the work. For example, it may be a rolling process.
さらに、Ti及びBを含有しない鋼材をワークとするようにしてもよい。 Furthermore, a steel material that does not contain Ti and B may be used as the workpiece.
10…ワーク 18、20、24…成形品
22…カップ部 28…外輪部材
30…鍛造加工ステーション 31…冷却槽
32…熱処理炉 38…昇温炉
40…均熱炉 42…再冷却槽
DESCRIPTION OF
Claims (6)
鋼材からなるワークに対して温間域又は熱間域で塑性変形加工を施すことで前記輸送機器用部材を作製する第1工程と、
前記輸送機器用部材をAr1点以下500℃以上の温度範囲となるまで50〜150℃/分の冷却速度で冷却する第2工程と、
前記第2工程によって温度が低下した前記輸送機器用部材を、温度が500℃を下回る前に加熱してAc1〜Ac3点間の温度に保持する第3工程と、
前記第3工程で加熱保持された前記輸送機器用部材をAr1点未満600℃以上の温度範囲となるまで50〜150℃/分の冷却速度で冷却する第4工程と、
を有することを特徴とする輸送機器用部材の製造方法。 A method for manufacturing a member for transportation equipment constituting a transportation equipment,
A first step of producing the member for transport equipment by performing plastic deformation in a warm region or a hot region on a workpiece made of steel; and
A second step of cooling the member for transport equipment at a cooling rate of 50 to 150 ° C./min until the temperature range of not more than Ar 1 point and 500 ° C. or higher;
A third step of heating the transport device member whose temperature has been lowered by the second step and maintaining the temperature between Ac1 to Ac3 before the temperature falls below 500 ° C .;
A fourth step of cooling the member for transportation equipment heated and held in the third step at a cooling rate of 50 to 150 ° C./min until a temperature range of 600 ° C. or higher below the Ar1 point;
The manufacturing method of the member for transport equipment characterized by having.
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2007
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