JP2013535570A - Machine component and surface hardening method - Google Patents
Machine component and surface hardening method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013535570A JP2013535570A JP2013518313A JP2013518313A JP2013535570A JP 2013535570 A JP2013535570 A JP 2013535570A JP 2013518313 A JP2013518313 A JP 2013518313A JP 2013518313 A JP2013518313 A JP 2013518313A JP 2013535570 A JP2013535570 A JP 2013535570A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hole
- machine component
- component
- induction coil
- electromagnetic induction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/34—Methods of heating
- C21D1/42—Induction heating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/06—Surface hardening
- C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
- C21D1/10—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation by electric induction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Rolling Contact Bearings (AREA)
Abstract
孔(12)がその中を貫通して延在している機械構成要素(10)であって、孔(12)の外周を構成する内面(12a、12b)から半径方向外方に前記機械構成要素(10)の外面まで測定した最小厚さ(T)7mmを有する機械構成要素(10)。前記孔(12)の横方向最大寸法(d)は31.75mm以下であり、前記孔(12)の外周を構成する機械構成要素(10)の内面(12a、12b)材料の少なくとも一部(22)は、前記孔(12)の内部に配置された電磁誘導コイル(14)を用いて高周波焼入れし、その後電磁誘導コイル(14)を前記孔(12)から除去してから、または電磁誘導コイル(14)を前記孔(12)から除去している最中に、前記孔(12)の内部に配置された焼入れ装置(16)を用いて直ちに焼入れすることによって生成されたマルテンサイト微細組織を備える。 A machine component (10) having a hole (12) extending therethrough, said machine configuration radially outward from inner surfaces (12a, 12b) comprising the outer periphery of the hole (12) A machine component (10) having a minimum thickness (T) of 7 mm measured to the outer surface of the element (10). The lateral maximum dimension (d) of the hole (12) is 31.75 mm or less, and at least part of the material of the inner surface (12a, 12b) of the mechanical component (10) constituting the outer periphery of the hole (12) ( 22) Induction hardening is performed using the electromagnetic induction coil (14) disposed inside the hole (12), and then the electromagnetic induction coil (14) is removed from the hole (12), or electromagnetic induction is performed. While removing the coil (14) from the hole (12), the martensite microstructure produced by immediate quenching using a quenching device (16) disposed inside the hole (12) Is provided.
Description
本発明は、穿孔ローラー(pierced roller)など、孔がその中を貫通して延在している機械構成要素に関する。本発明はまた、かかる機械構成要素の内面の少なくとも一部を表面硬化させる方法に関する。 The present invention relates to a mechanical component, such as a pierced roller, in which a hole extends therethrough. The invention also relates to a method for surface hardening at least part of the inner surface of such a machine component.
高周波焼入れとは、誘導加熱によって金属構成要素をフェライト/オーステナイト変態温度以上まで加熱し、次いで焼入れする熱処理である。焼入れされた金属は、マルテンサイト変態し、金属構成要素の表面の硬度および脆性が増す。高周波焼入れは、機械構成要素全体としての特性には影響を及ぼさずに、その構成要素のある領域を選択的に硬化させるために使用することができる。 Induction hardening is a heat treatment in which a metal component is heated to a ferrite / austenite transformation temperature or higher by induction heating and then quenched. The quenched metal undergoes martensitic transformation, increasing the hardness and brittleness of the surface of the metal component. Induction hardening can be used to selectively cure certain areas of a component without affecting the overall properties of the machine component.
特許文献1の英文要約書は、高い研磨特性を有するコンクリートまたは他の高粘度物質用の搬送パイプを製造する方法を開示している。継手フランジをまず、硬化性鋼で作成されたパイプの端部に溶接し、次いで硬化工程によって、搬送パイプの内層が、硬化させていない耐衝撃性の外層によって取り囲まれるように、内層を形成する。硬化工程は、高周波焼入れにより、パイプ内に導入された誘導ヘッドを用いて実施する。硬化工程中、誘導ヘッドとパイプとを互いに軸方向に動かし、パイプ内の誘導ヘッドの瞬間的な位置に従って高周波焼入れ工程の有効硬化深さを制御する。好ましくは、有効硬化深さは、中央領域よりも末端領域(final area)の方が大きく、したがってパイプに高い耐摩耗性が得られる。 The English Abstract of Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a conveying pipe for concrete or other high viscosity material having high abrasive properties. The joint flange is first welded to the end of a pipe made of hardenable steel, then the inner layer is formed by a hardening process so that the inner layer of the transport pipe is surrounded by an unhardened impact-resistant outer layer . The curing process is carried out using an induction head introduced into the pipe by induction hardening. During the curing process, the induction head and the pipe are moved axially relative to each other, and the effective curing depth of the induction hardening process is controlled according to the instantaneous position of the induction head in the pipe. Preferably, the effective cure depth is greater in the terminal area than in the central area, thus providing a pipe with high wear resistance.
特許文献2は、長く(8〜32フィート、すなわち244〜975cm)、薄壁(壁厚1/8〜1/4インチ、すなわち3〜6mm)で、小内径(1と1/4インチ〜3と1/4インチ、すなわち32〜83mm)のチューブ状部材の内面を硬化させる工程を開示している。より具体的には、同特許は、内部に配置された電磁誘導コイルを用いて順次加熱し、その後焼入れリングアセンブリを用いて直ちに焼入れして、チューブの内面にマルテンサイト硬化層を発現させることを伴う工程に関する。 U.S. Pat. No. 6,057,059 is long (8-32 feet, i.e., 244-975 cm), thin-walled (wall thickness 1 / 8-1 / 4 inch, i.e. 3-6 mm), and small inside diameter (1 and 1/4 inch-3). And 1/4 inch, i.e., 32 to 83 mm) of the inner surface of the tubular member is disclosed. More specifically, the patent discloses that a martensite hardened layer is developed on the inner surface of the tube by sequentially heating using an electromagnetic induction coil disposed therein and then immediately quenching using a quenching ring assembly. It relates to the process involved.
したがって、大径のパイプ、または薄壁(1/4インチまで)[すなわち6mmまで]を有するパイプの内面を硬化させるために、高周波焼入れを利用することが知られている。特許文献2に開示の方法は、厚壁(すなわち、最小厚さ7mmの壁)を有し、非常に小さい孔(すなわち、直径32mm未満の孔)がその中を貫通して延在している構成要素の内面を硬化させるためには使用されてきていない。その理由は、上記方法を実行するために提案された装置を、非常に小さい孔に嵌め合わせることが実際的に不可能であるので、構成要素の内面を十分かつ急速に加熱し、焼入れして、所望の微細組織を内面に得ることが不可能であるからである。そうではなく、厚壁(すなわち、最小厚さ7mmの壁)で、複雑な幾何形状(断面が一様でない、または対称でない構成要素など)を有し、かつ/または非常に小さい孔(すなわち、直径32mm未満の孔)がその中を貫通して延在している機械構成要素の表面を硬化させる場合、通常は浸炭が使用され、これは、浸炭に使用される炭素の気体、液体、固体、またはプラズマ源が、孔および狭い間隙に入り込むことができるからである。 It is therefore known to use induction hardening to harden the inner surface of large diameter pipes or pipes with thin walls (up to 1/4 inch) [ie up to 6 mm]. The method disclosed in Patent Document 2 has a thick wall (that is, a wall having a minimum thickness of 7 mm), and a very small hole (that is, a hole having a diameter of less than 32 mm) extends therethrough. It has not been used to cure the inner surface of components. The reason for this is that it is practically impossible to fit the proposed device for carrying out the above method into a very small hole, so that the inner surface of the component is sufficiently and rapidly heated and quenched. This is because it is impossible to obtain a desired fine structure on the inner surface. Rather, it is a thick wall (ie, a wall with a minimum thickness of 7 mm), has a complex geometry (such as a non-uniform cross-section or non-symmetrical component), and / or a very small hole (ie, Carburization is typically used when hardening the surface of a machine component through which holes (diameter less than 32 mm in diameter) extend, which is a gas, liquid, solid of carbon used for carburization. Or because the plasma source can enter the holes and narrow gaps.
浸炭とは、鉄または鋼を、分解するにつれて炭素が遊離する別の材料の存在下で加熱する熱処理工程である。その外面または硬化層は、元の材料よりも高い炭素含有量を有することになる。鉄または鋼を焼入れによって迅速に冷却すると、外面上のより高い炭素含有量が硬化し、一方コアは軟質(すなわち延性)かつ強靱なままとなる。 Carburization is a heat treatment step in which iron or steel is heated in the presence of another material that liberates carbon as it decomposes. Its outer surface or hardened layer will have a higher carbon content than the original material. When iron or steel is rapidly cooled by quenching, the higher carbon content on the outer surface hardens while the core remains soft (ie, ductile) and tough.
本発明の目的は、心部までは焼入れしていない(non−through hardened)改良型機械構成要素を提供することであり、この機械構成要素は、断面が一様または一様でない孔がその中を貫通して延在し、すなわち、機械構成要素の少なくとも一部を貫通して延在しており、それによって孔の横方向最大寸法が31.75mm以下であり、それによって機械構成要素の、孔の外周を構成する内面から半径方向外方に機械構成要素の外面まで測定して、最小厚さが7mmである。 It is an object of the present invention to provide an improved machine component that is not hardened to the core, the machine component having holes with uniform or non-uniform cross-sections therein. I.e. extending through at least a part of the machine component, whereby the maximum lateral dimension of the hole is not more than 31.75 mm, so that of the machine component, The minimum thickness is 7 mm as measured from the inner surface that forms the outer periphery of the hole, radially outward to the outer surface of the machine component.
この目的は、孔の外周を構成する、機械構成要素の内面材料の少なくとも一部が、孔の内部に配置された電磁誘導コイルを用いて高周波焼入れし、その後電磁誘導コイルを孔から除去してから、または電磁誘導コイルを前記孔から除去している最中に、孔の内部に配置された焼入れ装置を用いて直ちに焼入れすることによって生成されたマルテンサイト微細組織を備える機械構成要素によって達成される。内面材料の少なくとも一部は、内面で、ロックウェルスケールでHRC55〜75、好ましくはHRC58〜63の範囲の硬度を有することができ、硬度が増した材料は、内面下深さ約0.5〜6mm、好ましくは内面下深さ1〜4mmまで延在することができる。 The purpose of this is to at least partly machine the inner material of the machine components that make up the perimeter of the hole by induction hardening using an electromagnetic induction coil located inside the hole, after which the electromagnetic induction coil is removed from the hole. Or during removal of the electromagnetic induction coil from the hole is achieved by a mechanical component comprising a martensite microstructure produced by immediate quenching using a quenching device located inside the hole. The At least a portion of the inner surface material can have a hardness on the inner surface at a Rockwell scale of HRC 55-75, preferably in the range of HRC 58-63, the increased hardness being about 0.5- It can extend to 6 mm, preferably to a depth below the inner surface of 1-4 mm.
心部までは焼入れしていないかかる機械構成要素の内面の少なくとも一部は、表面硬度の増大、耐摩耗性の増大、および/または疲労および引張強度の増大を示すことになる。さらに、かかる機械構成要素を作製するために使用する高周波焼入れ熱処理は、浸炭熱処理よりもエネルギー効率が高く、かつ費用効果が高く、また、サイクル時間がより短く、歪み制御性が浸炭熱処理よりも優れている。さらに、内面の少なくとも一部の硬度、微細組織、および残留応力などの特性は、特定の用途に合わせて所望のように調整することができる。 At least a portion of the inner surface of such a machine component that has not been quenched to the core will exhibit increased surface hardness, increased wear resistance, and / or increased fatigue and tensile strength. In addition, the induction hardening heat treatment used to make such machine components is more energy efficient and cost effective than carburizing heat treatment, has a shorter cycle time, and has better strain control than carburizing heat treatment. ing. In addition, properties such as hardness, microstructure, and residual stress of at least a portion of the inner surface can be adjusted as desired for a particular application.
本発明の一実施形態によれば、内面の少なくとも一部は、前記内面下深さ0.2、0.3、0.4、0.5、0.75、または1.0mmまで延在する。 According to one embodiment of the invention, at least a portion of the inner surface extends to a depth of 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.75, or 1.0 mm below the inner surface. .
本発明の一実施形態によれば、内面の少なくとも一部は、前記内面下深さ1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、または6.0mmまで延在する。 According to an embodiment of the present invention, at least part of the inner surface has a depth of 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, Extends to 5.0, 5.5, or 6.0 mm.
本発明の一実施形態によれば、孔の横方向最大寸法は、5〜31.75mm、好ましくは10〜30mmである。 According to one embodiment of the invention, the maximum lateral dimension of the hole is 5 to 31.75 mm, preferably 10 to 30 mm.
本発明の別の実施形態によれば、機械構成要素の、内面から半径方向外方に機械構成要素の外面まで測定した最小厚さは、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、または100mm以上である。 According to another embodiment of the invention, the minimum thickness of the machine component measured radially from the inner surface to the outer surface of the machine component is 10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm, 60 mm, 70 mm, It is 80 mm, 90 mm, or 100 mm or more.
本発明のさらなる実施形態によれば、孔の外周を構成する内面の少なくとも一部は、ねじ山を備える。 According to a further embodiment of the invention, at least a part of the inner surface constituting the outer periphery of the hole comprises a thread.
本発明の一実施形態によれば、機械構成要素は、回転対称の機械構成要素を構成する。 According to one embodiment of the invention, the machine component constitutes a rotationally symmetric machine component.
本発明の別の実施形態によれば、機械構成要素は、転動体もしくはローラー、または旋回軸受もしくは軸受用のレースウェイなど、転がり接触、もしくは転がり接触と滑り接触との組合せなど、交番するヘルツ応力(alternating Hertzian stresses)を受ける用途向けの構成要素を構成する。この機械構成要素は、例えば、高い耐摩耗性、および/または高い疲労および引張強度が求められる自動車、および機械用途に使用することができる。 According to another embodiment of the invention, the machine component is an alternating Hertzian stress, such as a rolling contact or a rolling contact, or a combination of rolling and sliding contact, such as a rolling element or roller or a raceway for a bearing. Configure components for applications that receive (alternating Hertzian stresses). This machine component can be used, for example, in automobiles and machinery applications where high wear resistance and / or high fatigue and tensile strength are required.
本発明のさらなる実施形態によれば、機械構成要素は、炭素含有量が0.40〜1.10%に等しい炭素鋼もしくは合金鋼、好ましくは高炭素クロム鋼を含むか、または炭素鋼もしくは合金鋼、好ましくは高炭素クロム鋼からなる。例えば、機械構成要素は、重量%でCが0.50、Siが0.25、Mnが0.70、Crが1.10、Pが0.20の組成を有する50CrMo4鋼、100Cr6鋼、またはSAE1070を含む/からなる。 According to a further embodiment of the invention, the machine component comprises a carbon steel or alloy steel, preferably a high carbon chrome steel with a carbon content equal to 0.40 to 1.10%, or a carbon steel or alloy. It consists of steel, preferably high carbon chromium steel. For example, the mechanical component is 50CrMo4 steel, 100Cr6 steel having a composition of 0.5% by weight, C of 0.50, Si of 0.25, Mn of 0.70, Cr of 1.10, and P of 0.20, or Contains / consists of SAE1070.
本発明はまた、横方向最大寸法が31.75mm以下である孔がその中を貫通して延在している機械構成要素であって、孔の外周を構成する内面から半径方向外方に機械構成要素の外面まで測定した最小厚さ7mmを有する機械構成要素の内面の少なくとも一部を表面硬化させる方法に関する。この方法は、電磁誘導コイルを孔内に挿入する段階と、誘導加熱によって、内面の少なくとも一部をフェライト/オーステナイト変態温度以上まで加熱する段階と、電磁誘導コイルを孔から除去し、それと同時に、またはその後、焼入れ装置を孔内に挿入して、内面の前記少なくとも一部を直ちに焼入れする段階とを含む。 The present invention is also a machine component in which a hole having a maximum lateral dimension of 31.75 mm or less extends through the machine, the machine component extending radially outward from the inner surface forming the outer periphery of the hole. The invention relates to a method for surface hardening at least part of the inner surface of a machine component having a minimum thickness of 7 mm measured to the outer surface of the component. The method includes inserting an electromagnetic induction coil into the hole, heating at least a portion of the inner surface to above the ferrite / austenite transformation temperature by induction heating, removing the electromagnetic induction coil from the hole, Or thereafter, quenching the at least part of the inner surface by inserting a quenching device into the hole.
本発明の一実施形態によれば、この方法は、電磁誘導コイルを孔の一端部から挿入する段階と、電磁誘導コイルを孔の同じ端部から除去する段階と、焼入れ装置を孔の他方の端部から挿入する段階とを含む。上記によって、焼入れを急速に開始することが可能となり、誘導コイルを除去している最中に焼入れ装置を挿入する場合、特に急速に開始することが可能となる。 According to one embodiment of the present invention, the method includes inserting an electromagnetic induction coil from one end of the hole, removing the electromagnetic induction coil from the same end of the hole, and applying a quenching device to the other end of the hole. Inserting from the end. By the above, quenching can be started rapidly, and particularly when the quenching device is inserted while the induction coil is being removed, it can be started particularly rapidly.
本発明による方法は、かかる方法によって、かかる機械構成要素の内面を十分かつ急速に加熱し、焼入れすると、内面に所望の微細組織が確実に得られるという知見に基づく。 The method according to the invention is based on the finding that by such a method the inner surface of such a machine component is heated sufficiently and rapidly and quenched, the desired microstructure is reliably obtained on the inner surface.
本発明の一実施形態によれば、この方法は、機械構成要素の外側にも少なくとも1個の外部焼入れ装置を設けて、内面の少なくとも一部を直ちに焼入れする段階を含む。これは、薄壁を有する機械構成要素を用いる場合、すなわち誘導コイルからの熱が、機械構成要素の微細組織の、影響を受けるべきではない部分、例えば、外面または内面上の初期の微細組織、または既に硬化させた微細組織にも影響を及ぼしかねない場合、特に有利である。その場合、外部焼入れ装置を用いて、かかる部分の微細組織を熱から保護することができる。 According to one embodiment of the present invention, the method includes providing at least one external quenching device on the outside of the machine component to immediately quench at least a portion of the inner surface. This is the case when using mechanical components with thin walls, i.e. the initial microstructure on the outer or inner surface of the mechanical component where the heat from the induction coil should not be affected, e.g. Or it is particularly advantageous if it may affect the already hardened microstructure. In that case, an external quenching apparatus can be used to protect the fine structure of the portion from heat.
機械構成要素、および本発明による方法を参照しながら、本明細書を通して使用する場合、「誘導コイル」との表現は、1個または複数個の誘導コイルを意味するものであることに留意されたい。同じ様式で、または異なる様式で、例えば同じ周波数、または異なる周波数で動作する複数個の誘導コイルを、例えば、機械構成要素の内面(および/または外面)の複数の部分、あるいは複数個の機械構成要素の1つまたは複数の部分を同時に、または連続して加熱するために使用することができる。 It should be noted that the expression “induction coil” as used throughout this specification with reference to machine components and the method according to the invention means one or more induction coils. . A plurality of induction coils operating in the same or different manner, for example at the same frequency or at different frequencies, for example a plurality of parts on the inner surface (and / or outer surface) of a machine component, or a plurality of machine configurations One or more portions of the element can be used to heat simultaneously or sequentially.
本発明の一実施形態によれば、この方法は、内面の少なくとも一部を、前記内面下深さ0.2、0.3、0.4、0.5、0.75、または1.0mmまで加熱する段階を含む。 According to an embodiment of the present invention, the method comprises at least part of an inner surface with a depth of 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.75, or 1.0 mm below the inner surface. Heating up to.
本発明の一実施形態によれば、内面の少なくとも一部は、前記内面下深さ1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、または6.0mmまで延在する。 According to an embodiment of the present invention, at least part of the inner surface has a depth of 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, Extends to 5.0, 5.5, or 6.0 mm.
本発明の方法の別の実施形態によれば、孔の横方向最大横寸法は、5〜31.75mm、好ましくは10〜30mmである。 According to another embodiment of the method of the present invention, the maximum lateral transverse dimension of the hole is 5 to 31.75 mm, preferably 10 to 30 mm.
本発明の方法のさらなる実施形態によれば、機械構成要素の、内面から半径方向外方に機械構成要素の外面まで測定した最小厚さは、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、または100mm以上である。 According to a further embodiment of the method of the invention, the minimum thickness of the machine component measured from the inner surface to the outer surface of the machine component radially outward is 10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm, 60 mm, 70 mm. 80 mm, 90 mm, or 100 mm or more.
本発明の方法の一実施形態によれば、孔の外周を構成する内面の少なくとも一部は、ねじ山を備える。 According to an embodiment of the method of the present invention, at least a part of the inner surface constituting the outer periphery of the hole is provided with a thread.
本発明の方法の一実施形態によれば、機械構成要素は、回転対称の機械構成要素を構成する。 According to one embodiment of the method of the invention, the machine component constitutes a rotationally symmetric machine component.
本発明の別の実施形態によれば、機械構成要素は、ローラー、または転がり接触、もしくは転がり接触と滑り接触との組合せなど、交番するヘルツ応力を受ける用途向けの構成要素を構成する。 According to another embodiment of the invention, the mechanical component constitutes a component for an application subject to alternating Hertzian stresses, such as a roller, or rolling contact, or a combination of rolling and sliding contact.
以下で、添付の概略図を参照しながら、非限定的な例によって本発明をさらに説明する。 In the following, the present invention will be further described by way of non-limiting examples with reference to the accompanying schematic drawings.
図面は、原寸に比例して描かれたものではなく、分かりやすいように、ある機構の寸法が誇張されていることに留意されたい。 It should be noted that the drawings are not drawn to scale, but the dimensions of certain features are exaggerated for clarity.
図1は、軸受鋼から製造された回転対称の厚壁機械構成要素10、すなわち円筒ローラーの断面を概略的に示している。ローラー10は、例えば、50CrMo4鋼で作成され、直径がdであり、一様な円形断面を有する孔12を備え、この孔12は、その構成要素の中心を長手方向に貫通して延在している。ローラー10は、孔12の外周を構成する内面12aから半径方向外方にローラー10の外面10aまで(または12bから10bまで)測定した最小厚さTを有する。最小厚さTは、7mm、10mm、20mm、または30mm以上である。前記孔12の直径dは、31.75mm以下である。孔12は、あるいは、例えば円錐形でもよく、したがって、断面寸法が一様でなく、その場合その最大直径は、31.75mm以下である。あるいは、またはさらに、孔12は、一様でない断面形状を有するように構成することができる。
FIG. 1 schematically shows a cross-section of a rotationally symmetric thick-
ローラー10の内面12a、12bの少なくとも一部、すなわち、孔12の外周を構成する表面の少なくとも一部を硬化させるために、電磁誘導コイル14を孔12の左側端部から孔の内部に挿入する。高周波電力源(約1kHz〜400kHz)を用い、誘導コイル14を介して交流の大電流を駆動する。動作周波数と、電流浸透深さ、したがって硬度深さとの関係は反比例し、すなわち、周波数が低いほど、硬度深さは大きくなる。
In order to harden at least a part of the
誘導コイル14に電流が流れると、非常に強く、迅速に変動する磁界が生じ、この強い交番磁界内に加熱すべき内面12a、12bの一部を配置する。内面12a、12bのその部分に渦電流が発生し、内面12a、12bのその部分において、抵抗により金属のジュール加熱が生じることになる。ローラー10の内面12a、12bを、誘導加熱によってフェライト/オーステナイト変態温度以上まで加熱し、好ましくは、10〜40秒の間、その温度で維持する。
When a current flows through the
適正な電源を選択するために、加熱すべきローラーの表面積を計算することがまず必要である。表面積の計算を行った後、有限要素分析などの経験的計算、経験、および/または技術を用いて、必要となる電力密度、加熱時間、および発電機動作周波数を計算することができる。 In order to select the proper power source, it is first necessary to calculate the surface area of the roller to be heated. After performing the surface area calculation, empirical calculations such as finite element analysis, experience, and / or techniques can be used to calculate the required power density, heating time, and generator operating frequency.
この例示的な実施形態では、次いで孔12の左側端部から誘導コイル14を除去し、焼入れスプレイまたはリングなどの焼入れ装置16を孔12の右側端部から挿入して、熱処理されていた内面12a、12bの少なくとも一部を直ちに焼入れする。内面12a、12bの少なくとも一部は、例えば室温(20〜25℃)、または0℃以下まで焼入れすることができる。焼入れ装置16は、水、オイル、またはポリマーベースのクエンチ剤を、加熱していた内面層12a、12bに供給し、それによってローラー10のベース金属よりも硬いマルテンサイト組織を形成するように構成されている。ローラー10の残りの微細組織は、熱処理による影響を本質的に受けないままであり、その物理的特性は、ローラー10が機械加工されたバーの物理的特性となる。焼入れ装置14は、誘導コイル14を孔12から除去した後、誘導コイル14と同じく孔12の(左側)端部から挿入してもよいことに留意されたい。
In this exemplary embodiment, the
一例として、電源60〜200kW、周波数20〜60kHz、好ましくは10〜30kHzまたは15〜20kHz、総加熱時間10〜40秒、焼入れ速度および時間200l/分、ならびに焼入れ時間40〜70秒をそれぞれ用いて、本発明による機械構成要素を得ることができる。 As an example, using a power source 60-200 kW, frequency 20-60 kHz, preferably 10-30 kHz or 15-20 kHz, total heating time 10-40 seconds, quenching rate and time 200 l / min, and quenching time 40-70 seconds, respectively. A machine component according to the invention can be obtained.
図2は、焼入れ実施中の焼入れ装置16の位置を示している。図2はまた、焼入れ段階中に、1個または複数個の追加の外部焼入れ装置20を、ローラーの外側にも配置することができることを示している。
FIG. 2 shows the position of the
ローラー10の外面10a、10b、10sの少なくとも一部に、高周波焼入れ、火炎焼入れ、または従来技術による他の任意の熱処理などの表面硬化熱処理を施すことができることに留意されたい。
Note that at least a portion of the
さらに、この例示的な実施形態のローラー10は、誘導コイル14に対して水平位置に示し、焼入れ装置16を水平に差し込んでいるが、ローラー10は、いかなる位置にも向けることができることに留意されたい。誘導コイル14と、焼入れ装置16とは、例えば、孔12の同じ端部、または異なる端部から、ローラー10内に垂直に挿入することができる。誘導コイル14は、例えば、ローラーの孔12まで垂直に下げてローラー10中に挿入することができ、また、焼入れ装置は、誘導コイル14を垂直に上げて引き抜いたときに、焼入れ装置を垂直に上げてローラーの孔12に挿入することができる。
Furthermore, the
図3は、熱処理後のローラー10の断面を示している。ローラー10の、中を貫通して延在している孔12の外周を構成する内面材料12a、12bの部分22は、孔12の内部に配置された電磁誘導コイル14を用いて高周波焼入れし、その後孔12内部に配置された焼入れ装置16、および任意選択で1個または複数個の外部焼入れ装置20を用いて直ちに焼入れすることによって生成されたマルテンサイト微細組織を備える。
FIG. 3 shows a cross section of the
本発明による方法によって、硬度および微細組織の両点において目に見える移行ゾーンが形成されることになる。すなわち、内面材料12a、12bの熱処理した部分22は、内面12a、12bにおいて、ロックウェルスケールでHRC55〜75、好ましくはHRC58〜63の範囲の硬度を有することができる。硬度が増した材料22の容積は、例えば、ローラー10の内面12a、12bから半径方向外方にローラーの外面10a、10bまでそれぞれ測定して、内面12a、12b下深さ1〜2mmまで延在することができる。かかるローラー10は、内面12a、12bの一部が高い摩耗、疲労、または引張応力を受けるいかなる用途にも使用することができる。あるいは、ローラー10を使用すべき用途に依存して、内面12a、12bの全体に、本発明による方法を施すこともできる。
The method according to the invention will result in the formation of transition zones that are visible at both hardness and microstructure. That is, the heat-treated
ローラー10の内面12a、12bは、例えば、別の構成要素の対応するねじ山と嵌合するように構成されたねじ山(図示せず)を備えることができる。
特許請求の範囲内に含まれる本発明のさらなる改変形態が、当業者には明白であろう。 Further modifications of the invention that fall within the scope of the claims will be apparent to those skilled in the art.
10 機械構成要素、ローラー
10a、10b、10s 外面
12 孔
12a、12b 内面
14 誘導コイル
16 焼入れ装置
20 外部焼入れ装置
22 一部
d 横方向最大寸法
T 最小厚さ
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記孔(12)の横方向最大寸法(d)が31.75mm以下であること、および
前記孔(12)の前記外周を構成する前記機械構成要素(10)の内面(12a、12b)材料の少なくとも一部(22)が、前記孔(12)の内部に配置された電磁誘導コイル(14)を用いて高周波焼入れし、その後前記電磁誘導コイル(14)を前記孔(12)から除去してから、または電磁誘導コイル(14)を前記孔(12)から除去している最中に、前記孔(12)の内部に配置された焼入れ装置(16)を用いて直ちに焼入れすることによって生成されたマルテンサイト微細組織を備えることを特徴とする、機械構成要素(10)。 A machine component (10) having a hole (12) extending therethrough, said machine being radially outward from an inner surface (12a, 12b) comprising an outer periphery of said hole (12) In a mechanical component (10) having a minimum thickness (T) of 7 mm measured to the outer surface (10a, 10b) of the component (10),
The maximum horizontal dimension (d) of the hole (12) is 31.75 mm or less, and the inner surface (12a, 12b) of the mechanical component (10) constituting the outer periphery of the hole (12) At least a portion (22) is induction-hardened using an electromagnetic induction coil (14) disposed inside the hole (12), and then the electromagnetic induction coil (14) is removed from the hole (12). Or during quenching of the electromagnetic induction coil (14) from the hole (12) by immediate quenching using a quenching device (16) located inside the hole (12). Mechanical component (10), characterized in that it comprises a martensitic microstructure.
電磁誘導コイル(14)を前記孔(12)内に挿入する段階と、
誘導加熱によって、前記内面(12a、12b)の前記少なくとも一部(22)をフェライト/オーステナイト変態温度以上まで加熱する段階と、
前記電磁誘導コイル(14)を前記孔(12)から除去し、それと同時に、またはその後、焼入れ装置(16)を前記孔(12)内に挿入して、前記内面(12a、12b)の前記少なくとも一部(22)を直ちに焼入れする段階と
を含むことを特徴とする、方法。 A hole (12) having a maximum lateral dimension (d) of 31.75 mm or less is a mechanical component (10) extending therethrough and constitutes the outer periphery of the hole (12) The inner surface (12a, 12b) of the machine component (10) having a minimum thickness (T) of 7 mm measured radially outward from the inner surface (12a, 12b) to the outer surface (10a, 10b) of the machine component (10). In a method of surface hardening at least a part (22) of 12b)
Inserting an electromagnetic induction coil (14) into the hole (12);
Heating said at least part (22) of said inner surface (12a, 12b) to above the ferrite / austenite transformation temperature by induction heating;
The electromagnetic induction coil (14) is removed from the hole (12) and at the same time or thereafter, a quenching device (16) is inserted into the hole (12) so that the at least the inner surface (12a, 12b) Quenching the part (22) immediately.
前記電磁誘導コイル(14)を前記孔(12)の同じ前記端部から除去する段階と、
前記焼入れ装置(16)を前記孔(12)の他方の端部から挿入する段階と
を含むことを特徴とする、請求項8に記載の方法。 Inserting the electromagnetic induction coil (14) into one end of the hole (12);
Removing the electromagnetic induction coil (14) from the same end of the hole (12);
Inserting said quenching device (16) from the other end of said hole (12).
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE1000720-1 | 2010-07-02 | ||
SE1000720 | 2010-07-02 | ||
PCT/SE2011/000093 WO2012002862A1 (en) | 2010-07-02 | 2011-05-27 | Mechanical component and method of surface hardening |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013535570A true JP2013535570A (en) | 2013-09-12 |
Family
ID=45402343
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013518313A Pending JP2013535570A (en) | 2010-07-02 | 2011-05-27 | Machine component and surface hardening method |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20130098512A1 (en) |
EP (1) | EP2596138A1 (en) |
JP (1) | JP2013535570A (en) |
CN (1) | CN103069018A (en) |
WO (1) | WO2012002862A1 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10814437B2 (en) | 2014-11-18 | 2020-10-27 | Komatsu Ltd. | Machine component and method for producing the same |
CN110848261B (en) * | 2018-07-27 | 2021-06-04 | 舍弗勒技术股份两合公司 | Rolling element for a rolling bearing and rolling bearing |
CN114921635B (en) * | 2022-05-11 | 2023-10-13 | 一汽解放汽车有限公司 | Heat treatment method for front axle |
CN116790972B (en) * | 2023-02-22 | 2023-11-24 | 徐州徐工基础工程机械有限公司 | Method for controlling performance of impact piston of 50CrMo4 hydraulic rock drill |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1068023A (en) * | 1996-08-16 | 1998-03-10 | Caterpillar Inc | Heat treatment of bush and device therefor |
JP2004315866A (en) * | 2003-04-15 | 2004-11-11 | High Frequency Heattreat Co Ltd | Method for hardening inner peripheral surface of cylindrical member |
JP2004536721A (en) * | 2001-03-08 | 2004-12-09 | ベルシュトルフ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Method and apparatus for manufacturing barrel of twin screw extruder |
WO2008028638A1 (en) * | 2006-09-06 | 2008-03-13 | Schneiders, Servatius | Method for the production of a concrete conveying pipe |
JP2008179870A (en) * | 2007-01-26 | 2008-08-07 | High Frequency Heattreat Co Ltd | Hardening apparatus and hardening method |
JP2009019237A (en) * | 2007-07-12 | 2009-01-29 | Komatsu Ltd | Induction hardening apparatus and method for manufacturing member |
JP2009167484A (en) * | 2008-01-17 | 2009-07-30 | Thk Co Ltd | Heat-treatment apparatus for cylindrical metallic member |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5977979A (en) * | 1982-10-15 | 1984-05-04 | Topy Ind Ltd | Bushing for track shoe and production thereof |
JPH0235011B2 (en) * | 1983-05-13 | 1990-08-08 | Daiichi Koshuha Kogyo Kk | KOKANNONAIMENKANETSUHOHOOYOBISORENIMOCHIIRUSEIGOHENATSUKI |
US4949758A (en) * | 1985-07-17 | 1990-08-21 | Quinn's Oilfield Supply Ltd. | Thin-walled small-bore steel tube with case hardened internal surface |
JP4187334B2 (en) * | 1998-01-29 | 2008-11-26 | トピー工業株式会社 | Heat treatment method for hollow cylindrical workpiece |
JP3618624B2 (en) * | 1999-10-29 | 2005-02-09 | 富士電子工業株式会社 | Induction hardening method of ball nut |
CN1203256C (en) * | 2002-12-19 | 2005-05-25 | 牛君 | Method for making environment protection type stainless steel oil pump |
-
2011
- 2011-05-27 WO PCT/SE2011/000093 patent/WO2012002862A1/en active Application Filing
- 2011-05-27 JP JP2013518313A patent/JP2013535570A/en active Pending
- 2011-05-27 EP EP11801219.4A patent/EP2596138A1/en not_active Withdrawn
- 2011-05-27 CN CN2011800391512A patent/CN103069018A/en active Pending
- 2011-05-27 US US13/808,046 patent/US20130098512A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1068023A (en) * | 1996-08-16 | 1998-03-10 | Caterpillar Inc | Heat treatment of bush and device therefor |
JP2004536721A (en) * | 2001-03-08 | 2004-12-09 | ベルシュトルフ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Method and apparatus for manufacturing barrel of twin screw extruder |
JP2004315866A (en) * | 2003-04-15 | 2004-11-11 | High Frequency Heattreat Co Ltd | Method for hardening inner peripheral surface of cylindrical member |
WO2008028638A1 (en) * | 2006-09-06 | 2008-03-13 | Schneiders, Servatius | Method for the production of a concrete conveying pipe |
JP2008179870A (en) * | 2007-01-26 | 2008-08-07 | High Frequency Heattreat Co Ltd | Hardening apparatus and hardening method |
JP2009019237A (en) * | 2007-07-12 | 2009-01-29 | Komatsu Ltd | Induction hardening apparatus and method for manufacturing member |
JP2009167484A (en) * | 2008-01-17 | 2009-07-30 | Thk Co Ltd | Heat-treatment apparatus for cylindrical metallic member |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2596138A1 (en) | 2013-05-29 |
US20130098512A1 (en) | 2013-04-25 |
WO2012002862A1 (en) | 2012-01-05 |
CN103069018A (en) | 2013-04-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2013532233A (en) | Machine component and surface hardening method | |
CN101868558B (en) | Rolling element or ring formed from a bearing steel | |
CN101868556B (en) | Heat-treatment process for a steel | |
US8475610B2 (en) | Induction hardening system and method | |
JP2013535570A (en) | Machine component and surface hardening method | |
JP2015510452A (en) | Method for producing steel components by flash butt welding, and components created using this method | |
JP2013535623A (en) | Bearing component and surface hardening method | |
JP2009270173A (en) | Heat treatment method for bearing ring for radial bearing | |
JP2010024530A (en) | Rolling bearing and manufacturing method therefor | |
Besserer et al. | Induction Heat Treatment of Sheet‐Bulk Metal‐Formed Parts Assisted by Water–Air Spray Cooling | |
JP2010025311A (en) | Rolling bearing and method of manufacturing the same | |
RU2493269C2 (en) | Hardening method of rolling bearing rings, and rolling bearing | |
RU2597455C2 (en) | Method for treating component such as gearwheel | |
JP2009138261A (en) | Heat-treatment method for columnar component | |
CN111334656B (en) | Method for heat treatment using a gradual temperature profile | |
JP4255694B2 (en) | Method and apparatus for manufacturing barrel of twin screw extruder | |
JP2018040488A (en) | High-strength screw including unhardening layer | |
RU2429300C1 (en) | Procedure for fabrication of high strength banded forming roll | |
Rudnev et al. | Tempering of induction hardened steels | |
Rudnev | Recent inventions and innovations in induction hardening of gears and gear-like components | |
JP2010084227A (en) | Heat-treatment method for columnar component | |
CN117157417A (en) | Method for producing a rolling element bearing component, rolling element bearing component and rolling element bearing | |
JP2009204025A (en) | Large rolling bearing | |
CN116745442A (en) | Method for producing a rolling bearing component | |
DE602006000331D1 (en) | Reinforcement process by carbonitriding and transformation of austenite into martensite in two steps |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140421 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150330 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150629 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151214 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20160627 |