JP2009179869A - ブッシュの製法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のブッシュの製造方法と比較して、工程数が少なく、ブッシュ表面だけでなく、ブッシュの中間層は強靭性を有し、かつ内表面および外表面が高い耐摩耗性を備えたブッシュの提供を目的とする。
【解決手段】本発明のブッシュの製造方法は、ブッシュ母材を周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、時間２０〜２００秒の条件下で加熱、または送り速度２〜１０ｍｍ／秒で移動加熱し、ブッシュ母材の外表面から内表面まで焼入変態点温度である８００〜９２０℃に加熱する工程と、加熱された前記ブッシュ母材を３０〜１３０℃まで焼入冷却する工程と、焼入により全硬化したブッシュ母材を、周波数０．５ｋＨｚの高周波により焼戻しをする工程と、ブッシュ母材の外表面、内表面を周波数５ＫＨｚ〜３０ＫＨｚを有する高周波で０．５〜１０ｍｍ／秒で移動焼入し、中間層を形成する工程とを含んでなることを特徴としている。
【選択図】図４

Description

本発明は、たとえばブルドーザなどに用いるブッシュの製法に関する。

ブルドーザなどに用いるブッシュは、図１に示すように、その外表面２および内表面３に耐摩耗性が要求されるとともに、ブッシュ１に加わる負荷に耐えるため、強度、靱性が要求されるため、このような要求を満足するため、従来、つぎのようなブッシュの製造方法が提案されている。

特許文献１には、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４０％、Ｓｉ：０．１〜０．８％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｔｉ：０．００５〜０．５％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｎ：０．００５％以下、残部実質的にＦｅおよび不可避不純物とからなる耐摩耗鋼が記載されている。そして熱間圧延鋼片を加熱後、熱間圧延を行う（加熱温度は、９５０℃未満では、鋼の変形抵抗が高くなり、一方、１２５０℃を超えると、粗大粒となり、強度および靭性の確保が困難となるため、９５０〜１２５０℃とするのが好ましい）ことが記載されている。さらに熱間圧延において、９００℃以下のオーステナイト未再結晶域において累積圧下率５０％以上の圧延を行い、さらに旧オーステナイト粒の展伸度を２以上とし、オーステナイト未再結晶域でかつ９００℃以下の低温側、好ましくは８５０℃〜Ａｒ３で、累積圧下率を５０％以上とする圧延を行うとしている。熱処理熱間圧延後、直ちにＡｒ３点以上から焼入れし、その後３００℃〜Ａｃ１で焼戻し未再結晶域における累積圧下の効果を失わないように、圧延後、直ちに、焼き入れを行うとしている。焼入れ後、焼戻しを３００℃〜Ａｃ１で行い、好ましくは３００〜６５０℃とするとしている。特許文献１の方法では、ブリネル硬さは３３５〜４３５（Ｈｒｃ３６〜Ｈｒｃ４６．１）、靭性は−４０℃の吸収エネルギーで７１〜１４１Ｊの値が得られるとしている。しかし、高強度、高靭性を得るために、圧延工程が必要、圧延工程後直ちに焼入れが必要であるなど工程が複雑であるという問題があった。

特許文献２には、材料に低炭素鋼である肌焼鋼（たとえばＪＩＳ：ＳＣＭ４１５）を用い、素材の表面に浸炭を施し、その後焼入れをし、焼もどしする方法が提案されている。浸炭工程によって表面に耐摩耗性が得られ、肌焼鋼の焼入れ、焼もどしによって芯部に強度、靱性が得られることが開示されているが、浸炭工程には通常４０〜５０時間かかるうえ、バッチ処理であり、ブッシュを連続的に必要な量を短時間に製造することができず、製造コストがかかるという問題がある。

一方、特許文献３には、重量％で０．５〜１．０％のＣを含む高炭素鋼をベースに、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏのうちの少なくとも一元素およびＢを添加し、第１の工程で、ブッシュ素材に、外表面から高周波焼入れを施し、第２の工程で外側を液冷しながら、内側の焼入れを行い、第３の工程では上記ブッシュ素材に低温焼もどしを施し、内外表面付近の組織を焼入れマルテンサイトから焼もどしマルテンサイトとするとしている。そして特許文献３の製法によれば、全肉厚が炭素量：０．５％以上であり、全肉厚が浸炭層になっていると考えることができるとしている。特許文献３の製法によれば、ＨＲＣ５２．３までの硬さの層の深さは内側で３．２ｍｍ、外側で４．４ｍｍとなっており、外表面の硬さがＨＲＣ６０程度である。また、特許文献２の製法によれば従来の方法によるものと同等かそれ以上の靱性を有することが期待されるとしているものの、具体的にどの程度の靭性が得られるかは記載されていない。特許文献３の製法では、炭素量０．５〜１．０％の素材を用い、高硬度、高靭性のブッシュを製造しようとしているが、特許文献３の製法では、芯部中間層は、マルテンサイトになりきらない組織を、内径からの高周波焼入時に焼戻しがなされた層であり、マルテンサイト組織と、フェライトとパーライト組織が混在する、またはソルバイト組織と微細パーライト組織が混在し、これらの組織は、芯部中間層がソルバイト組織であるブッシュと比較して強靭性が７０〜８０％に落ちてしまい、強靭性が充分でなく、操用時に突然ブッシュが割れてしまう可能性が高くなるという問題がある。

特開２００２−２０８３７号公報 特公昭５２−３４８０６号公報 特開平５−７８７４５号公報

叙上のとおり、特許文献１は、０．０５〜０．４０重量％の低い炭素含有量の母材を用いて、圧延工程の後直ちに焼入れをするという複雑で製造コストのかかる工程を必要としている。特許文献３は、０．５〜１．０重量％の高い炭素含有量の母材を用いて、焼入れ工程において外側を液冷しながら、内側の焼入れをするという工程で生じた中間層の強靭性が充分でない。

そこで、本発明は、中程度の炭素含有量の母材を用い、従来のブッシュの製造方法と比較して、工程がシンプルで、製造コストが低く、そのうえ、硬度、靭性ともに従来のブッシュに勝るとも劣らないブッシュの提供を目的とする。

本発明のブッシュの製造方法は、
０．３２〜０．６０重量％の炭素（Ｃ）を含有し、外径６５〜１３０ｍｍ、内径４３〜８０ｍｍの円筒状の鋼材からなるブッシュ母材を熱処理するブッシュの製法であって、
（ａ）ブッシュ母材を周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、時間２０〜２００秒の条件下で加熱し、ブッシュ母材の外表面から内表面まで焼入変態点温度である８００〜９２０℃に加熱する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）により加熱された前記ブッシュ母材を３０〜１３０℃まで焼入冷却する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）により焼入冷却されたブッシュ母材を、周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、時間２０〜２００秒の条件下で加熱、または送り速度２〜１０ｍｍ／秒で移動加熱し、焼戻しをする工程と、
（ｄ）前記ブッシュ母材の外表面、内表面を周波数５〜３０ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜５ｋＷ／ｃｍ²、送り速度０．５〜１０ｍｍ／秒の条件下で移動焼入し、中間層を残存させる工程と
（ｅ）炉により低温焼戻しをする工程と
を含んでなることを特徴としている。

また、本発明のブッシュの製造方法は、
０．３２〜０．６０重量％の炭素（Ｃ）を含有し、外径６５〜１３０ｍｍ、内径４３〜８０ｍｍの円筒状の鋼材からなるブッシュ母材を熱処理するブッシュの製法であって、
（ｆ）ブッシュ母材を周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、送り速度２〜１０ｍｍ／秒の条件下で移動加熱し、ブッシュ母材の外表面から内表面まで焼入変態点温度である８００〜９２０℃に加熱する工程と、
（ｇ）前記工程（ｆ）により加熱された前記ブッシュ母材を３０〜１３０℃まで焼入冷却する工程と、
（ｈ）前記工程（ｇ）により焼入冷却されたブッシュ母材を、周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、時間２０〜２００秒の条件下で加熱、または送り速度２〜１０ｍｍ／秒で移動加熱し、焼戻しをする工程と、
（ｉ）前記ブッシュ母材の外表面、内表面を周波数５〜３０ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜５ｋＷ／ｃｍ²、送り速度０．５〜１０ｍｍ／秒の条件下で移動焼入し、中間層を残存させる工程と
（ｊ）炉で低温焼戻しをする工程と
を含んでなることを特徴としている。

また、前記工程（ｂ）または（ｇ）において、内外径全肉厚において最大マルテンサイトになるような冷却濃度を有する液で行なうことが好ましい。

また、前記工程（ｃ）または（ｈ）が、５７０〜６５０℃の高温焼戻しであることが好ましい。

また、前記中間層の芯部の硬度が、Ｈｖ２７２〜３５４であることが好ましい。

また、前記ブッシュのＨｒｃ４５以上の硬化層深さが、外表面から肉厚の２０〜４５％、内表面から１５〜３５％の範囲にあることが好ましい。

また、ブッシュ母材が０．４０〜０．５０重量％の炭素（Ｃ）を含有することが好ましい。

本発明の第２の態様は、０．５０〜０．６０重量％の炭素（Ｃ）を含有し、外径６５〜１３０ｍｍ、内径４３〜８０ｍｍの円筒状の鋼材からなるブッシュ母材を熱処理するブッシュを製造する方法であって、
（ａ）ブッシュ母材を周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、時間２０〜２００秒の条件下で加熱し、ブッシュ母材の外表面から内表面まで焼入変態点温度である８００〜９２０℃に加熱する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）により加熱された前記ブッシュ母材を３０〜１３０℃まで焼入冷却する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）により焼入冷却されたブッシュ母材を、炉で低温焼戻しをする工程と、
（ｄ）ブッシュ母材の内表面を周波数５〜３０ｋＨｚの高周波により、外表面を冷却しながら送り速度０．５〜１０ｍｍ／秒の条件下で移動焼入し、中間層を形成する工程と
を含んでなることを特徴としている。

また、本発明の第２の態様は、０．５０〜０．６０重量％の炭素（Ｃ）を含有し、外径６５〜１３０ｍｍ、内径４３〜８０ｍｍの円筒状の鋼材からなるブッシュ母材を熱処理するブッシュを製造する方法であって、
（ｆ）ブッシュ母材を周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、送り速度２〜１０ｍｍ／秒の条件下で移動加熱し、ブッシュ母材の外表面から内表面まで焼入変態点温度である８００〜９２０℃に加熱する工程と、
（ｇ）前記工程（ｆ）により加熱された前記ブッシュ母材を３０〜１３０℃まで焼入冷却する工程と、
（ｈ）前記工程（ｇ）により焼入冷却されたブッシュ母材を、炉で低温焼戻しをする工程と、
（ｉ）ブッシュ母材の内表面を周波数５〜３０ｋＨｚの高周波により送り速度０．５〜１０ｍｍ／秒で外周表面を冷却しながら移動焼入し、中間層を形成する工程と
（ｊ）炉により低温焼戻しをする工程と
を含んでなることを特徴としている。

本発明によれば、製造工程が複雑でなく、かつ工程数が少なく、熱処理コストが低く、そのうえ、ブッシュの中間層は強靭性を有し、そのうえ内表面および外表面が高い耐摩耗性を備えたブッシュを提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明のブッシュの製造方法を説明する。図１は、本発明のブッシュの縦断面図であり、図２は、図１の領域Ｘの拡大図であり、図３は、硬度とシャルピー衝撃値、硬度と引張強度との関係を示す図、図４は、本発明の方法により製造されたブッシュの断面硬度を示すグラフであり、図５は、本発明の方法の第２の態様により製造されたブッシュの断面硬度を示すグラフである。

本発明におけるブッシュ母材１は、重量％で０．３２〜０．６０％のＣを含む中炭素鋼をベースに、Ｍｎ、ＣｒのいずれかおよびＢを添加した中炭素低合金鋼である。また、重量％で０．４０〜０．５０％のＣを含むことがさらに好ましい。その理由は、高硬度のブッシュを製造することができるからである。これらの合金元素の添加目的および添加量は下記のとおりである。
（１）Ｍｎの添加は焼入れ性の確保のためであり、添加量は０．５５〜０．９０％とする。
（２）Ｃｒの添加は焼入れ性および耐摩耗性の確保のためであり、添加量は０．４５〜１．２０％とする。
（３）Ｂの添加は靱性の確保のためであり、添加量は０．０００５〜０．００３５％とする。

以下、本発明のブッシュの製造方法の第１の態様を示す。

（Ａ）ブッシュ母材を加熱する工程
本発明におけるブッシュ母材１を加熱する工程は、高周波加熱コイルに周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波電流を通電し、重量％で０．３２〜０．６０％の炭素（Ｃ）を含有し、外径６５〜１３０ｍｍ、内径４３〜８０ｍｍのブッシュ母材１を高周波加熱コイル中に設置し、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、時間２０〜２００秒の条件下で加熱、または送り速度２〜１０ｍｍ／秒で移動加熱し、ブッシュ母材１の外表面２から内表面３まで焼入変態点温度である８００〜９２０℃に加熱する。特に外表面２を９２０℃以内にし、内表面３を８００℃以上に加熱する。このように加熱することにより、ブッシュ母材１は、オーステナイト化する。外表面２が９２０℃を超えてしまうと、結晶粒が粗大となり、充分な強度が得られないからである。８００℃以下であると、オーステナイト化しないおそれがあるからである。加熱の方法としては、具体的には、処理されるブッシュ母材１を上下加熱均一ダミー材料で固定または移動させ、中心線で回転を与えながら加熱コイルに適正な周波数を有する高周波電流を通電し、製品を加熱コイルに対して固定または移動させ、ブッシュ母材１の内外表面がオーステナイト化温度（外表面８５０〜９２０℃、内表面８００〜８５０℃）に達するまで適当な時間通電する。ブッシュ母材１を回転させる理由は外表面２全面にわたって均一な高周波焼入れを施すためである。このとき外表面２の温度は結晶粒が粗大化しないような温度となる周波数を選定する。

（Ｂ）冷却工程
（Ａ）工程の後、加熱された前記ブッシュ母材１を３０〜１３０℃まで焼入冷却する。具体的には、ブッシュ母材１の加熱処理後、割れ発生を防止し、かつ内外表面が最大マルテンサイトになるような冷却濃度の液を冷却ジャケットから噴射し、外表面２からまたは、内外表面から急速に冷却焼入する。冷却液には水またはソリブルクエンチが用いられ、３０〜１３０℃まで冷却する。

上記（Ａ）および（Ｂ）の焼入により、外表面２から内表面３までがマルテンサイト化され、ブッシュ母材１は一旦全硬化される。本発明において、全硬化とは、ブッシュの全肉厚を焼入れすることにより、全肉厚をマルテンサイト化することをいう。ブッシュの肉厚全体を全硬化し、全肉厚をマルテンサイト化することにより、高温焼戻し後の引張強度、衝撃値を、全硬化していない不完全焼入れの場合と比較して、１５〜３０％向上させることができる。そして、この高周波焼入れに当ってはブッシュ母材１の外表面２をＨｒｃ５８〜６５、内表面３をＨｒｃ５６〜６５にすることが必要である。上記のように、高周波焼入れによれば短時間加熱、水溶性冷却剤の組み合わせにより、脱炭層の発生を防止することができ、マルテンサイト化率が、炉による焼入れと比較して増加し、焼入硬度は、炉による焼入れと比較してＨｒｃで２〜５程度高くなる。

（Ｃ）焼戻し工程
（Ａ）、（Ｂ）工程の後、焼入により全硬化したブッシュ母材１を、高周波加熱コイルに周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波電流を通電し、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、時間２０〜２００秒の条件下で加熱、または送り速度２〜１０ｍｍ／秒で移動加熱し、焼戻しをする。具体的には、ブッシュ母材１を上下加熱均一ダミー材料で固定、または移動させ、中心線で回転を与えながら加熱コイルに周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波電流を２０〜２００秒間通電し、または送り速度２〜１０ｍｍ／秒で移動加熱し、ブッシュ母材１の内外表面が焼戻し温度である５７０〜６５０℃に達するまで加熱する。この高温焼戻しにより、全硬化し、マルテンサイト化された全肉厚がソルバイト組織になる。ここでソルバイト組織とは、マルテンサイトを焼戻した場合に得られる組織であり、マルテンサイトほど硬くも脆くもなく、パーライトより硬くて強靭で、衝撃抵抗が大きい組織をいう。高周波焼入れ高周波高温焼戻しをすることにより、同じ硬度であれば、高温で焼戻しをした方が靭性があがり、靭性の高いブッシュを製造することができる。図３を用いて説明すると、炉で焼入れ焼戻しした場合の引張強度と硬度の関係が図３中Ａで示され、炉で焼入れ焼戻しした場合のシャルピー衝撃値と硬度の関係がＢで示される。高周波で焼入れ焼戻した場合の引張強度と硬度の関係がＣで示され、高周波で焼入れ焼戻した場合のシャルピー衝撃値と硬度の関係がＤで示される。ブッシュの引張強度とシャルピー衝撃値は、図３中交点になるＥ点とＦ点が理想であり、炉で焼入れ焼戻した場合と高周波で焼入れ焼戻した場合、同じ硬度であれば、高周波で焼入れ焼戻した方が引張強度、シャルピー衝撃値とも優れていることがわかる。このとき内外表面の温度差はできるだけ少なくなるように周波数を選定する。温度差を少なくすることにより、均一な強度のブッシュを製造することができる。

また、従来の炉で焼入れ焼戻しをする場合には、エネルギー効率は１０％程度であるが、高周波で焼入れ焼戻しすることによりエネルギー効率は、４０〜５０％に向上する。さらに高周波による焼入れ焼戻しでは炉による焼入れ焼戻しと比較してブッシュの連続生産が可能であり、また必要時に数分で稼動および停止が可能であり、エネルギーおよび人件費が節約できる。

（Ｄ）焼入工程
（Ｃ）工程の後、ブッシュの外表面２、内表面３を高周波加熱コイルに周波数５〜３０ｋＨｚの高周波電流を通電し、送り速度０．５〜１０ｍｍ／秒で移動焼入し、図２に示されるように、外側焼入層４、内側焼入層６および外側焼入層４と内側焼入層６に挟まれた中間層５を残存させる。この焼入工程により、外側焼入層４および内側焼入層６は、マルテンサイト組織となり、中間層５はソルバイト組織になる。ブッシュ母材１を上下センターで固定し、中心線で回転を与えながら周波数５〜３０ｋＨｚの高周波電流を電力０．５〜５ｋＷ／ｃｍ²で通電し、時間２０〜３００秒の条件下で加熱、または送り速度０．５〜１０ｍｍ／秒で移動焼入し、ブッシュ母材１の外表面２がＨｒｃ４５を超える硬化層深さが、ブッシュ母材１の肉厚の２０〜４５％の範囲になるように、焼入をする。また、内表面３がＨｒｃ４５を超える硬化層深さがブッシュ母材１の肉厚の１５〜３５％の範囲になるように、焼入をする。このように焼入をすることにより、中間層５が残存され、外側焼入層４、内側焼入層６よりは硬度は低いが、従来のブッシュと同一硬度のまま、強靭性に優れたブッシュを提供することができる。（Ｄ）の焼入工程により残存された中間層は、マルテンサイト化率が高い層の焼戻し層であるソルバイト組織となり、高い靭性を有する層が形成される。前記中間層５の硬度は、ビッカース硬さでＨｖ２７２〜３５４である。また前記中間層５のシャルピー衝撃値は、９０〜１４０Ｊ／ｃｍ²になる。また、外周側焼入層４および内周側焼入層６の表面硬度は、Ｈｒｃ６０以上になり、その後の炉焼戻しでＨｒｃ５２〜６１となる。

上記の説明から明らかなように、本発明のブッシュの製造方法は、浸炭工程を省略し、調質工程を高周波に変更したから製造工程が単純化されると共に、結果物たるブッシュも、以下に示すように、従来の特許文献１〜３の方法で製造されたブッシュに勝るとも劣らない耐摩耗性、強度および靱性を有する。

本願発明により製造されたブッシュは、表面硬度がＨｒｃ５２〜６１となり浸炭処理をしたブッシュに勝るとも劣らない表面硬度を有しており、そのうえ耐摩耗性に優れ約３０００時間程度の連続操用が可能であるのに対し、特許文献１の発明で得られたブッシュは、炭素量が０．３２％より小さい場合には、硬度はＨｂ３５０程度（Ｈｒｃ３７．７程度）であり、本願発明の操用と同一条件下で、半分の約１５００時間程度の連続操用しかできない。また特許文献１の発明で得られたブッシュは、炭素量が０．３２％以上０．４０％以下の場合には、硬度はＨｂ４３５程度（Ｈｒｃ４６程度）であり、本願発明の操用と同一条件下で、約３分の２の２０００時間程度の連続操用しかできない。

また、靭性については、本願発明により製造されたブッシュの芯部は、マルテンサイト組織を高温焼戻しをしてソルバイト組織になり、特許文献３のブッシュは、マルテンサイト組織と、フェライトとパーライト組織とが混在しているか、またはソルバイト組織と微細パーライト組織が混在しており、本願発明と比較して高々７０〜８０％程度の靭性しか得られない。

つぎに、本発明のブッシュの製造方法の第２の態様を説明する。

（Ｅ）ブッシュ母材を加熱する工程
母材を加熱する工程は、第１の態様と同様である。

（Ｆ）冷却工程
冷却工程も、第１の態様と同様である。

（Ｇ）焼戻し工程
（Ｅ）、（Ｆ）工程の後、焼入により全硬化したブッシュ母材１を、炉で低温焼戻しを行なう。炉で１５０〜２００℃で、４〜６時間加熱することにより、焼戻しを行なう。

（Ｈ）焼入工程
焼戻し工程の後、高周波加熱コイルに周波数５〜３０ｋＨｚの高周波電流を電力０．５〜５ｋＷ／ｃｍ²で通電し、外側を冷却しながら、送り速度０．５〜１０ｍｍ／秒で内側を移動焼入し、外側焼入層４を残存させ、内側焼入層６および外側焼入層４と内側焼入層６に挟まれた中間層５を形成する。この焼入工程により、外側焼入層４および内側焼入層６は、マルテンサイト組織となり、中間層５は、内側からの加熱により焼戻しされ、ソルバイト組織になる。ブッシュ母材１を上下センターで固定し、中心線で回転を与えながら周波数３〜３０ｋＨｚの高周波電流を電力０．５〜５ｋＷ／ｃｍ²で通電し、送り速度０．５〜１０ｍｍ／秒で移動焼入し、ブッシュ母材１の外表面２がＨｒｃ４５を超える硬化層深さが、ブッシュ母材１の肉厚の２０〜４５％の範囲が残存するように、内表面３がＨｒｃ４５を超える硬化層深さがブッシュ母材１の肉厚の１５〜３５％の範囲になるように、焼入をする。このように焼入をすることにより、中間層５が形成され、外側焼入層４、内側焼入層６より硬度は低いが、従来のブッシュと同一硬度のまま、強靭性に優れたブッシュを提供することができる。（Ｈ）の焼入工程により形成された中間層は、マルテンサイト化率が高い層の焼戻し層であるソルバイト組織となり、高い靭性を有した層が形成される。前記中間層５の硬度は、ビッカース硬さでＨｖ３００〜４５０である。また（Ｈ）の焼入工程後、外側焼入層４および内側焼入層６の表面硬度は、Ｈｒｃ５６〜６１になる。

上記の説明から明らかなように、本発明のブッシュの製造方法は、浸炭を省略し、調質工程を高周波に変更したから製造工程が単純化されると共に、結果物たるブッシュも、以下に示すように、従来の特許文献１〜３の方法で製造されたブッシュと同等かそれ以上の耐摩耗性、強度および靱性を有する。

以下、実施例にもとづいて、本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は実施例に限定されるものではない。

実施例１
ブッシュ材質ＳＣｒＢ４４０ＫＨ、大きさは長さＬ＝２２５ｍｍ、外径Ｄ１＝９８ｍｍ、内径Ｄ２＝６０．５ｍｍ、炭素（Ｃ）含有量が０．４１重量％のものをブッシュ母材１として使用した。

（１）まず、上記ブッシュ母材１を上下加熱均一ダミー材料で固定し、ブッシュ母材１に回転を与える装置により、ブッシュ母材１の軸心の回りに１００ｒｐｍで回転させながら電気興業（株）製の発振機ＰＴＧ−３５０によりブッシュ母材１を、周波数２．４ｋＨｚ、電力８５．８〜１４１．１ｋＷ、加熱時間６０秒の条件下で加熱した。その結果、熱電対を貼り付けて表面温度を計測したところ、外表面の温度は、８９２℃まで上昇し、内表面は、８３６℃まで上昇した。

（２）つぎに、前記（１）の工程で加熱されたブッシュ母材１を外側より焼入冷却した。冷却剤は大同化学工業（株）製のソリブルＮＴ−３を用い、濃度２％、流量２５０Ｌ／分、時間３０秒の条件下で焼入冷却を行なった。その結果、外表面の温度は３０℃、内表面の温度は３０℃まで低下した。

この焼入れの結果、外表面の硬度は、Ｈｒｃ６０、内表面の硬度は、Ｈｒｃ５６であった。

（３）つぎに、焼入れにより、全硬化したブッシュ母材１を焼戻しした。焼戻しには、（１）と同じ発振機により、周波数２．４ｋＨｚで電力７７．４ｋＷで時間７０秒の条件下で加熱した。その結果熱電対を貼り付けて表面温度を計測したところ、外表面の温度は６００℃まで上昇し、内表面は５８０℃まで上昇した。その結果、外表面の硬度はＨｒｃ３２．５に、内表面の硬度はＨｒｃ３０となり、ブッシュ母材はソルバイト組織となった。

（４）つぎに、外表面を周波数５．０ｋＨｚの高周波電流を加熱コイルに通電し、送り速度４．０ｍｍ／秒の条件下で移動焼入し、その結果、パイロスコープで表面温度を計測したところ、外表面温度は、８５０℃、内表面温度は、３５０℃まで上昇した。同時に、移動冷却方法により、冷却焼入し、外表面の硬度がＨｒｃ６４であった。つぎに、内表面を周波数１５．８ｋＨｚの高周波電流を加熱コイルに通電し、送り速度２．５ｍｍ／秒で外周表面を冷却しながら移動焼入し、内表面の硬度はＨｒｃ６４であった。その後炉で１８０℃焼戻し後の断面硬度分布を図４に示す。断面硬度とは、ブッシュをある位置で切断した場合の破断面の硬度をいうものである。図４を参照すると、ブッシュの全厚さ２２ｍｍのうち、Ｈｒｃ４５以上の硬化層深さは、外周表面から７．１ｍｍまでとなり、内周表面から５．２ｍｍとなった。そして、Ｈｒｃ４５より小さい層である中間層の硬さは、Ｈｒｃ２８〜３２．５を示しており、図４に示すように、中間層がほぼ同じ硬度を示しており、破壊されにくくなっている。

比較例１
ブッシュ材質ＳＣｒＢ４４０ＫＨ、大きさは長さＬ＝２２５ｍｍ、外径Ｄ１＝９８ｍｍ、内径Ｄ２＝６０．５ｍｍ、炭素（Ｃ）含有量が０．４１重量％のものを比較例として使用した。

（１）まず、上記ブッシュ母材１を無酸化焼入れ炉により、８５０℃に加熱後、１時間保持した。

（２）つぎに、前記（１）の工程で加熱されたブッシュ母材１を焼入冷却した。焼入れ冷却には焼入油（コールド）６０℃にブッシュ母材１を投入し、１０分間冷却した。

（３）つぎに、焼戻し炉内大気中で、５７０℃に加熱し、３．５時間保持後、空冷した。

表１に、実施例および比較例により製造されたブッシュの引張強度およびシャルピー衝撃値の値を示す。シャルピー衝撃値の測定は、ＪＩＳＫＵ２の規定に基づく２ｍｍＵノッチ標準寸法試験片を用い、シャルピー衝撃試験を室温で行なった。引張強度は、ＪＩＳ１４Ａ号の試験片を用いて行なった。表１に示されるように、本実施例で製造したブッシュのシャルピー衝撃値は、高周波焼入れ焼戻し品である実施例１−１では、シャルピー衝撃値は、１２２Ｊ／ｃｍ²、１２９Ｊ／ｃｍ²、１２８Ｊ／ｃｍ²を示した。実施例１−２では、シャルピー衝撃値は、１２０Ｊ／ｃｍ²、１３０Ｊ／ｃｍ²、１２２Ｊ／ｃｍ²を示した。炉焼入れ焼戻し品である比較例−１では、シャルピー衝撃値は、１００Ｊ／ｃｍ²、８７Ｊ／ｃｍ²、１０４Ｊ／ｃｍ²を示し、比較例−２では、シャルピー衝撃値は、９９Ｊ／ｃｍ²、１０１Ｊ／ｃｍ²、１０８Ｊ／ｃｍ²を示した。このデータから、高周波で焼入れ焼戻しを行なう本実施例１で製造されたブッシュは、炉で焼入れ焼戻しを行なったブッシュと比較して、シャルピー衝撃値の平均値は、比較例１の１．２５倍となり、高周波で焼入れ焼戻しをすることにより、靭性が高いことがわかった。また、本実施例１−１の引張強度は、９８０Ｎ／ｍ²、実施例１−２の引張強度は、９８３Ｎ／ｍ²であった。比較例の１の引張強度は９３６Ｎ／ｍ²、比較例の２の引張強度は９４１Ｎ／ｍ²となり、引張強度の平均値は、高周波で焼入れ焼戻しを行なった本実施例は、炉で焼入れ焼戻しを行なった比較例の１．０４６倍となり、引張強度が同程度であることがわかった。

実施例２
ブッシュ材質ＳＣｒＢ４４０ＫＨ、大きさは長さＬ＝１５４ｍｍ、外径Ｄ１＝７３ｍｍ、内径Ｄ２＝４４．６ｍｍ、Ｃ含有量が重量％で０．４１％のものをブッシュの母材として使用した。

（１）まず、上記母材を上下加熱均一ダミー材料で固定し、母材に回転を与える装置により、母材の軸心の回りに１００ｒｐｍで回転させながら電気興業（株）製の発振機ＰＴＧ−３５０により母材を、周波数２．４ｋＨｚ、電力９５〜１３６ｋＷ、加熱時間２５秒間で加熱した。その結果、熱電対を貼り付けて表面温度を計測したところ、外表面の温度は、９１０℃まで上昇し、内表面は、８５０℃まで上昇した。

（２）つぎに、前記（１）の工程で加熱された母材を焼入冷却した。冷却剤は大同化学工業（株）製のソリブルＮＴ−３を用い、濃度２％、流量２５０Ｌ／分、時間２５秒の条件下で焼入冷却を行なった。その結果、外表面の温度は３０℃、内表面の温度は３０℃まで低下した。

この焼入れの結果、外表面の硬度は、Ｈｒｃ６０、内表面の硬度は、Ｈｒｃ５６．７となった。

（３）つぎに、焼入れにより、全硬化した母材を焼戻ししブッシュを得た。焼戻しには、炉により１６０℃で５時間焼戻しをし、その結果、外表面の硬度はＨｒｃ５７に、内表面の硬度はＨｒｃ５４であった。

（４）つぎに、ブッシュの内表面を硬化するために、周波数１５．６ｋＨｚの高周波電流を加熱コイルに通電し、外表面を冷却しながら送り速度７ｍｍ／秒の条件下で移動焼入した。その結果、内表面温度は、８１０℃まで上昇した。同時に、移動冷却方法により、焼入冷却し、外表面の硬度がＨｒｃ５７、内表面の硬度がＨｒｃ６３となった。この焼入工程後、炉で１８０℃焼戻実施後の硬度分布を図５に示す。図５を参照すると、ブッシュの全厚さ２２ｍｍのうち、Ｈｒｃ４５以上の硬化層深さは、外表面から６ｍｍまでとなり、内表面からは２．５ｍｍまでであった。そして、Ｈｒｃ４５より小さい層である中間層の芯部の硬度は、Ｈｖ３００〜４５０となった。

以下に、実施例１および２と、特許文献１および３とを特性、硬さ、組織、割れ破壊の可能性について比較した表を示す。表２および表３は、実施例１と比較例２の比較であり、ブッシュの表面と芯部のそれぞれについての比較である。比較例２は、特許文献１に記載された方法、特に０．２９重量％の炭素を含有した母材を用い、焼入温度７３０℃、焼戻し温度４５０℃で製造している。表４および表５は、実施例１と比較例３の比較であり、比較例３は、特許文献１に記載された方法、特に０．３３重量％の炭素を含有した母材を用い、焼入温度７２０℃、焼戻し温度７００℃で製造している。表６は、実施例１および２と比較例４の比較であり、比較例４は、特許文献３に記載された方法である。

表２および表３によると、実施例１の方法により製造されたブッシュは、芯部は比較例２より靭性が高く、表面部は比較例２より硬く、比較例２より耐摩耗性が高く、割れ破壊が起こりにくいブッシュであることがわかる。

表４および表５によると、実施例１の方法により製造されたブッシュは、芯部の靭性は比較例３と同程度だが、表面部が比較例３より硬く、比較例３のブッシュは、実施例１のブッシュと同一の操用条件下で、２０００時間程度の連続操用しかできないのに対して、実施例１のブッシュは３０００時間程度の連続操用が可能であり、コストパフォーマンスに優れたブッシュを提供することができる。

表６によると、比較例４の芯部の靭性は不明であるが、比較例４の芯部の組織は、フェライト組織、パーライト組織、マルテンサイト組織およびソルバイト組織が混在している組織であるため、靭性が低く、割れ破壊が起きやすい。それに対し、実施例１は芯部がソルバイト単相組織であり、靭性が高く割れ破壊も起きにくい。

本発明のブッシュの縦断面図である。 図１におけるＸの部分拡大図である。 硬度とシャルピー衝撃値、硬度と引張強度との関係を示す図である。 本発明の方法により製造されたブッシュの断面硬度を示すグラフである。 本発明の方法の第２の態様により製造されたブッシュの断面硬度を示すグラフである。

符号の説明

１ ブッシュ母材
２ 外表面
３ 内表面
４ 外側焼入層
５ 中間層
６ 内側焼入層

Claims (10)

1. ０．３２〜０．６０重量％の炭素（Ｃ）を含有し、外径６５〜１３０ｍｍ、内径４３〜８０ｍｍの円筒状の鋼材からなるブッシュ母材を熱処理するブッシュの製法であって、
   （ａ）ブッシュ母材を周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、時間２０〜２００秒の条件下で加熱し、ブッシュ母材の外表面から内表面まで焼入変態点温度である８００〜９２０℃に加熱する工程と、
   （ｂ）前記工程（ａ）により加熱された前記ブッシュ母材を３０〜１３０℃まで焼入冷却する工程と、
   （ｃ）前記工程（ｂ）により焼入冷却されたブッシュ母材を、周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、時間２０〜２００秒の条件下で加熱、または送り速度２〜１０ｍｍ／秒で移動加熱し、焼戻しをする工程と、
   （ｄ）前記ブッシュ母材の外表面、内表面を周波数５〜３０ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜５ｋＷ／ｃｍ²、送り速度０．５〜１０ｍｍ／秒の条件下で移動焼入し、中間層を残存させる工程と、
   （ｅ）炉により低温焼戻しをする工程と
   を含んでなるブッシュの製造方法。
2. ０．３２〜０．６０重量％の炭素（Ｃ）を含有し、外径６５〜１３０ｍｍ、内径４３〜８０ｍｍの円筒状の鋼材からなるブッシュ母材を熱処理するブッシュの製法であって、
   （ｆ）ブッシュ母材を周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、２〜１０ｍｍ／秒の条件下で移動加熱し、ブッシュ母材の外表面から内表面まで焼入変態点温度である８００〜９２０℃に加熱する工程と、
   （ｇ）前記工程（ｆ）により加熱された前記ブッシュ母材を３０〜１３０℃まで焼入冷却する工程と、
   （ｈ）前記工程（ｇ）により焼入冷却されたブッシュ母材を、周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、時間２０〜２００秒の条件下で加熱、または送り速度２〜１０ｍｍ／秒で移動加熱し、焼戻しをする工程と、
   （ｉ）前記ブッシュ母材の外表面、内表面を周波数５〜３０ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜５ｋＷ／ｃｍ²、送り速度０．５〜１０ｍｍ／秒の条件下で移動焼入し、中間層を残存させる工程と
   （ｊ）炉により低温焼戻しをする工程と
   を含んでなるブッシュの製造方法。
3. 前記工程（ｂ）または（ｇ）において、内外径全肉厚において最大マルテンサイトになるような冷却濃度を有する液で冷却することを特徴とする請求項１または２記載のブッシュの製造方法。
4. 前記工程（ｃ）または（ｈ）が、５７０〜６５０℃の高温焼戻しであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のブッシュの製造方法。
5. 前記中間層の芯部の硬度が、Ｈｖ２７２〜３５４であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のブッシュの製造方法。
6. 前記ブッシュのＨｒｃ４５以上の硬化層深さが、外表面から肉厚の２０〜４５％、内表面から肉厚の１５〜３５％の範囲にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のブッシュの製造方法。
7. ０．４０〜０．５０重量％の炭素（Ｃ）を含有し、外径６５〜１３０ｍｍ、内径４３〜８０ｍｍの円筒状の鋼材からなるブッシュ母材を熱処理するブッシュの製法であって、
   （ａ）ブッシュ母材を周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、時間２０〜２００秒の条件下で加熱し、ブッシュ母材の外表面から内表面まで焼入変態点温度である８００〜９２０℃に加熱する工程と、
   （ｂ）前記工程（ａ）により加熱された前記ブッシュ母材を３０〜１３０℃まで焼入冷却する工程と、
   （ｃ）前記工程（ｂ）により焼入冷却されたブッシュ母材を、周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、時間２０〜２００秒の条件下で加熱、または送り速度２〜１０ｍｍ／秒で移動加熱し、焼戻しをする工程と、
   （ｄ）前記ブッシュ母材の外表面、内表面を周波数５〜３０ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜５ｋＷ／ｃｍ²、送り速度０．５〜１０ｍｍ／秒の条件下で移動焼入し、中間層を残存させる工程と、
   （ｅ）炉により低温焼戻しをする工程と
   を含んでなるブッシュの製造方法。
8. ０．４０〜０．５０重量％の炭素（Ｃ）を含有し、外径６５〜１３０ｍｍ、内径４３〜８０ｍｍの円筒状の鋼材からなるブッシュ母材を熱処理するブッシュの製法であって、
   （ｆ）ブッシュ母材を周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、２〜１０ｍｍ／秒の条件下で移動加熱し、ブッシュ母材の外表面から内表面まで焼入変態点温度である８００〜９２０℃に加熱する工程と、
   （ｇ）前記工程（ｆ）により加熱された前記ブッシュ母材を３０〜１３０℃まで焼入冷却する工程と、
   （ｈ）前記工程（ｇ）により焼入冷却されたブッシュ母材を、周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、時間２０〜２００秒の条件下で加熱、または送り速度２〜１０ｍｍ／秒で移動加熱し、焼戻しをする工程と、
   （ｉ）前記ブッシュ母材の外表面、内表面を周波数５〜３０ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜５ｋＷ／ｃｍ²、送り速度０．５〜１０ｍｍ／秒の条件下で移動焼入し、中間層を残存させる工程と
   （ｊ）炉により低温焼戻しをする工程と
   を含んでなるブッシュの製造方法。
9. ０．５０〜０．６０重量％の炭素（Ｃ）を含有し、外径６５〜１３０ｍｍ、内径４３〜８０ｍｍの円筒状の鋼材からなるブッシュ母材を熱処理するブッシュを製造する方法であって、
   （ａ）ブッシュ母材を周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、時間２０〜２００秒の条件下で加熱し、ブッシュ母材の外表面から内表面まで焼入変態点温度である８００〜９２０℃に加熱する工程と、
   （ｂ）前記工程（ａ）により加熱された前記ブッシュ母材を３０〜１３０℃まで焼入冷却する工程と、
   （ｃ）前記工程（ｂ）により焼入冷却されたブッシュ母材を、炉で低温焼戻しをする工程と、
   （ｄ）ブッシュ母材の内表面を周波数５〜３０ｋＨｚの高周波により、外表面を冷却しながら送り速度０．５〜１０ｍｍ／秒の条件下で移動焼入し、中間層を形成する工程と
   （ｅ）炉により低温焼戻しをする工程と
   を含んでなるブッシュの製造方法。
10. ０．５０〜０．６０重量％の炭素（Ｃ）を含有し、外径６５〜１３０ｍｍ、内径４３〜８０ｍｍの円筒状の鋼材からなるブッシュ母材を熱処理するブッシュを製造する方法であって、
    （ｆ）ブッシュ母材を周波数０．５〜３ｋＨｚの高周波により、電力０．５〜３ｋＷ／ｃｍ²、送り速度２〜１０ｍｍ／秒の条件下で移動加熱し、ブッシュ母材の外表面から内表面まで焼入変態点温度である８００〜９２０℃に加熱する工程と、
    （ｇ）前記工程（ｆ）により加熱された前記ブッシュ母材を３０〜１３０℃まで焼入冷却する工程と、
    （ｈ）前記工程（ｇ）により焼入冷却されたブッシュ母材を、炉で低温焼戻しをする工程と、
    （ｉ）ブッシュ母材の内表面を周波数５〜３０ｋＨｚの高周波により、外表面を冷却しながら送り速度０．５〜１０ｍｍ／秒の条件下で移動焼入し、中間層を形成する工程と
    （ｊ）炉により低温焼戻しをする工程と
    を含んでなるブッシュの製造方法。

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