JP2008106307A

JP2008106307A - 金属リングの高周波焼入方法

Info

Publication number: JP2008106307A
Application number: JP2006290387A
Authority: JP
Inventors: Toru Hayashi; 透林; Keiichi Maruta; 慶一丸田; Takaaki Toyooka; 高明豊岡
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2008-05-08

Abstract

【課題】従来よりも焼入後のひずみおよび焼むらが小さい金属リングの高周波焼入方法を提供する。
【解決手段】金属リングを高周波焼入するにあたり、焼入後に歪まないように複数個の支えジグで外向きの張力を掛けながらジグを回転させリングを回転させながら高周波焼入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リング状金属の高周波焼入方法に関する。

リング状の金属、特に薄板製または細線製のリングを高周波焼入すると、焼入後の材料がひずみ、反り、曲がり、などが発生しやすい。リング内周に接するようにジグを入れても反り、曲がりなどの歪の発生は抑制できない。特許文献１にはリング状の箔の外表面のみ焼き入れる方法が記述されている。リング状の箔の焼入れについては従来からこのように知られている。特許文献１の発明は外表面のみの焼入れには非常に有効で歪の少ない焼入れが可能である。しかし、リング状の箔全体を焼きいれる場合には図3に示す断面図においてワーク12とリング状の上部突当部22または下部突当部24が接触することで焼入れ加熱中に抜熱しワークに焼むらが発生する可能性がある。こうして発生する焼きの不均一は特性の不均一をもたらす。
特開2003-306716号公報

本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、従来よりも焼入後のひずみおよび焼むらが小さい金属リングの高周波焼入方法を提供するものである。

さて、発明者らは、前記したような金属リングの焼入後の歪および焼むらを低減すべく、特に高周波焼入の方法について鋭意検討を行った。
その結果、金属リングは高周波焼入時に膨張するため(特に鋼リングはマルテンサイト変態し膨張する)、焼入れ後に膨張によって変形してしまう。そして、膨張時に張力がかかっていることが最終歪を小さくするのに有効であることが分かった。また、単に金属リングを高周波焼入したのではリングに焼むらが発生し均一に焼くことができない。これによって張力を掛けかつリングを回転させながら高周波焼入すれば金属歪を最小化できかつ均一に焼入れることができることが分かった。
このアイデアをさらに応用して図２のように金属リングを焼入時に完全に固定してしまう方法も有効であることが判明した。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
（１）金属リングを高周波焼入するにあたり、焼入後にひずまないように複数個の支えジグで外向きの張力を掛けながらジグを回転させリングを回転させながら高周波焼入することを特徴とする金属リングの高周波焼入方法。
（２）金属リングを高周波焼入するにあたり、焼入を行うリングを剛体リングで挟んで高周波焼入することを特徴とする金属リングの高周波焼入方法。

本発明によれば、金属リングを高周波焼入した後の焼入歪および焼むらを最小化することができる。

次に、このような歪および焼むらの少ない焼入金属リングを作製する方法について説明する。
図１は、本発明の第1の実施形態を示す概要図であり、（ａ）は金属リングの高周波焼入装置の全体図を示す平面図、（ｂ）は、一つの支えジグ１が金属リング（ワーク）４を支持する状態を示す側面図である。図１のように複数の円筒形状の支えジグ1を用い、これらジグを図中矢印Pに示すように自転させる。これは、ジグの自転によりジグと金属リング4の摩擦力により金属リングを周回させ高周波焼入時のリング内の温度ばらつきを低減するためである。金属リング４の外周面に対向するように、高周波コイル7を配置する。このようにすることで、高周波加熱時の温度ばらつきが低減し、均一に焼けることはひいては焼入後の歪を最小化することに繋がる。また、支えジグ１にはリング円の中心から離れる方向への力Fを付与し（図１中の矢印方向）、これにより金属リング４に張力をかける。これにより、ジグが焼入れ時の金属膨張に追随して移動し金属リングが曲がったり、たるんだりしてひずむのを防止する効果がある。このときに掛ける張力(張力により発生する応力)は金属リングの焼入れ最高温度での降伏応力の2割から9割が好適である。この応力が降伏応力の2割未満では金属膨張時に発生する曲がり、ねじれに対抗するのが困難となり、9割以上では張力が強すぎてリング4が変形する危険性がある。なお、支えジグには図1の支えジグ詳細図に示すように、リング(ワーク)を支えるつば2、3をつけても良い。

次に、第2の実施形態について説明する。図2は、第2の実施形態に係る高周波焼入装置の平面図を示す。同図に示すようにリング(ワーク)4の外周側および内周側を剛体のリング状ジグ(5, 6)ではさみリング(ワーク)1が変形しにくいようにする。そして、外周側のリング状ジグ5の外周面に対向するように、高周波コイル7を配置する。このようにして、高周波焼入れする方法でも焼入れ時の歪が改善され、かつ、焼むらもない。剛体のリング状ジグ5，6は金属リング(ワーク)4と材質が同一のものが最も良い。これは高周波焼入れ時の膨張、収縮が全く同じであるためである。もちろん、これに近い材質のものでも良い。

次に、本発明の焼入れ方法について説明する。
図1の方法の場合はコイル6に電流を流し、金属リング(ワーク)4を高周波加熱する焼入れ温度に達した後にコイル内側に開けた水冷用の穴（図示は省略）より冷却水を噴射し焼き入れる。なお、冷却水の掛け方は特にこの方法でなくても良い。
焼入れ後は支えジグ１を内側(リング円の中心方向)に移動させて、金属リング4を支えジグ1から外す。焼き入れたリングはその後、テンパーしても良い。

図2の方法の場合はコイル6に電流を流し、金属リング（ワーク）4を高周波加熱する焼入れ温度に達した後にコイル内側に開けた水冷用の穴（図示は省略）より冷却水を噴射し焼き入れる。なお、冷却水の掛け方は特にこの方法でなくても良い。焼き入れたリングはその後、テンパーしても良い。

JIS-S48C鋼製の厚さ0.5mm x 幅 20mm x 長さ600mmのリングを製造し、これを図1に示すタイプで支えジグに焼入れ最高温度での降伏点の30%の応力を掛けかつジグを回転させた場合(リングの回転数 60rpm)および支えジグで張力も掛けず、かつ、回転もさせない場合のリングの状態を比較した。

また、図2に示すタイプのジグ(リングと同じS48Cで作製)を用いてS48C製のリングを高周波焼入れした場合も同様に比較した。
焼入れ後のリングを切断し、板幅中央位置を長手方向に50mmピッチでマイクロビッカース硬さ(30g)試験を行い、その硬さ変化により焼むらの有無を判断した。

表１に示すように本発明の図１のように張力を掛け、かつ、回転をさせた場合には反り、曲がりなどの歪もなく、かつ、長手方向のHv変化も小さい。また、図2のタイフ゜のジグを用いた場合にも同様の結果が得られた。しかし、図1のタイプで張力をかけず、かつ、回転も行わない場合には板幅方向に反りが発生し、かつ、長手方向の硬さばらつきも最大で73ポイントと大きく、焼むらが発生していることが示された。

本発明の第1の実施形態を示す概要図であり、（ａ）は金属リングの高周波焼入装置の概要を平面図、（ｂ）は、一つの支えジグが金属リング（ワーク）を支持する状態を示す側面図である。本発明の第2の実施形態を示す概要図である。従来の高周波焼入装置のジグを示す概要図である。

符号の説明

１支えジグ
２つば
３つば
４金属リング（ワーク）
５外周側リング状ジグ
６内周側リング状ジグ
７コイル

Claims

金属リングを高周波焼入するにあたり、焼入後にひずまないように複数個の支えジグで外向きの張力を掛けながらジグを回転させリングを回転させながら高周波焼入することを特徴とする金属リングの高周波焼入方法。
金属リングを高周波焼入するにあたり、焼入を行うリングを剛体リングで挟んで高周波焼入することを特徴とする金属リングの高周波焼入方法。