JP3542229B2 - Tempering method of steel - Google Patents

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Description

【0001】
【技術分野】
本発明は,鋼材の焼入れ・焼戻しを行う方法に関する。
【0002】
【従来技術】
従来,鋼材の表面硬度を高くし,耐摩耗性や疲労強度等を向上させるために,いわゆる焼入れ処理が行われている。
かかる焼入れ処理は,鋼材をオーステナイト変態点以上の温度に加熱する焼入加熱を行い,次いで急冷することにより,オーステナイト相をマルテンサイト相に変態させる。このマルテンサイトは,非常に硬く,鋼材の硬度を高めるのに非常に効果的である。
【0003】
一方,鋼材の表面層を急速に焼入れ処理する方法として,例えば,高密度エネルギービームを照射して鋼材の表面層を急激に加熱し,次いで急冷する方法が提案されている(特願平7−345160号)。そして,この提案においては,上記加熱を,鋼材の表層が溶融するほどの高いエネルギーを用いて行えば,非常に優れた焼入れ効果が得られることが示されている。
【0004】
即ち,鋼材をその表層が溶融する温度以上の温度で加熱し,その後急冷することにより,表層の溶融部分だけでなく,その下層部分が比較的深い範囲でマルテンサイト化され,高硬度の焼入れ硬化層を比較的深く形成することができる。そのため,極めて優れた硬度向上効果が得られる。
【0005】
【解決しようとする課題】
しかしながら,上記方法においては,次の問題がある。
即ち,上記鋼材の溶融温度以上に加熱後急冷して焼入れする方法(以下,適宜溶融焼入れという)によれば,優れた焼入れ効果が得られる一方,表層の溶融層の再凝固時に引張残留応力が発生する。
【0006】
この引張残留応力は,焼入れ歪みを発生させる原因となるだけでなく,焼き割れや破損等を引き起こしやすく,有害である。
この対策として,焼入れした部分を再度オーステナイト変態点未満の温度に加熱して焼戻しする方法がある。これによれば,残留応力が十分に除去される。
【0007】
しかしながら,上記焼戻しした部分は,残留応力が除去される一方,その硬度が低下して焼入れ効果が減少してしまう。また,低温による焼戻し方法も考えられるが,残留応力はほとんど除去されることなく,根本的な解決方法ではない。そのため,十分な表面硬度の向上が要求される鋼材においては,焼戻加熱を行うことが非常に問題となる。
【0008】
一方,鋼材によっては,上記溶融焼入れほどの硬度向上効果が必要ない場合がある。この場合には,上記加熱を鋼材のオーステナイト変態点以上で溶融温度以下の温度で行いその後急冷する方法(以下,適宜非溶融焼入れという)に変更することが考えられる。
【0009】
しかし,この非溶融焼入れの場合には,所望の硬度が得られ,かつ表層部分における引張残留応力は解消しても,逆に,オーステナイトからマルテンサイトへの変態による体積膨張によって,表層に圧縮応力が発生してしまう。これに対して,上記と同様に焼戻加熱を行うことは,圧縮残留応力の除去には効果的であるが,硬度向上効果の低下は回避できない。
【0010】
本発明は,かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので,焼入れによる硬度向上効果を維持し,かつ,残留応力を制御することができる,鋼材の焼戻し方法を提供しようするものである。
【0011】
【課題の解決手段】
請求項1の発明は,鋼材をオーステナイト変態点以上に焼入加熱した後急冷し,
次いで,オーステナイト変態点未満の温度で焼戻加熱する鋼材の焼戻し方法であって,
上記焼戻加熱は,調質所望部分において,焼入れたままの部分と焼戻し部分とが交互に隣接して形成されるよう,焼入加熱された焼入れ部分に対して部分的に行うことを特徴とする鋼材の焼戻し方法にある。
【0012】
本発明において最も注目すべきことは,上記焼戻加熱は,上記焼入加熱した焼入れ部分に対して,部分的に行い,上記焼入れたままの部分と焼戻し部分とが互いに隣接して形成されるように行うことである。
尚,本発明における上記焼入れたままの部分とは,低温焼戻し等を行なった場合のような残留応力除去が不完全で実質的に焼入れたままの部分も含む。
【0013】
本発明において対象とする鋼材としては,例えば,S50C,S23C,S10C等の炭素鋼,SNCM,SCR,SCM等の合金鋼,SK,SKD,SKH,SKS等の工具鋼がある。
【0014】
上記焼入加熱は,上記のごとくオーステナイト変態点以上の温度で行う。即ち,焼入加熱は,後述する図4に示した鉄−炭素系平衡状態図における,A線以上の温度で行う。これにより,鋼材がオーステナイトとなり,これを急冷することにより,オーステナイトがマルテンサイトに変態し,焼入れ硬化層となる。一方オーステナイト変態点以下の温度(上記A線未満の温度)の場合には,加熱によってオーステナイトが得られないため,急冷によるマルテンサイト変態も得られない。
【0015】
また,上記焼戻加熱は,上記のごとくオーステナイト変態点未満の温度で行う。即ち,これも後述する図4に示した鉄−炭素系平衡状態図において説明すると,上記A線未満の温度で行う。一方,焼戻加熱を上記A線以上の温度で行った場合には,焼入れ硬化効果が消滅してしまうという問題がある。
【0016】
次に,本発明の作用につき説明する。
本発明の鋼材の焼戻し方法においては,上記焼戻加熱を,上記焼入れ部分に対して部分的に行い,上記焼入れたままの部分と焼戻し部分とを互いに隣接して形成する。
【0017】
このとき,上記焼入れたままの部分は,残留応力が残存しているが,上記焼戻し部分は残留応力が十分に除去されている。そして,残留応力残存部と残留応力除去部とが,互いに隣接して存在している。そのため,全体でみれば,残留応力は大きく緩和され,従来の焼入れ歪み等の発生を防止することができる。
【0018】
また,上記焼戻加熱した焼戻し部分は,焼入れたままの状態よりも硬度が低下している。しかしながら,本発明においては,この焼戻し部分に隣接させて焼入れたままの部分を配置している。そのため,全体を焼戻加熱した場合に比べて,平均的に高い硬度を維持することができる。
それ故,焼入れによる硬度向上効果を維持しつつ,残留応力の制御を行うことができる。
【0019】
次に,請求項2の発明のように,上記焼入加熱は,鋼材の表層に溶融を伴う温度で行うことが好ましい。具体的には,焼入加熱は,後述する図4の鉄−炭素系平衡状態図において,例えば組成がLの場合には,鋼材の表層がP以上の温度になるように加熱することが好ましい。
【0020】
これにより,その後の急冷によって表層の溶融部分だけでなく,その下層部分が比較的深い範囲でマルテンサイト化され,高い硬度の焼入れ硬化層を比較的深く形成することができる。そのため,極めて優れた硬度向上効果が得られる。
ただし,この場合には,上記焼入れたままの部分に残存する残留応力は,引張残留応力となる。凝固収縮現象のためである。
【0021】
また,請求項3の発明のように,上記焼入加熱は,鋼材の表層に溶融を伴わない温度で行うこともできる。具体的には,焼入加熱は,後述する図4の鉄−炭素系平衡状態図において,例えば組成がLの場合には,鋼材の表層がP以上でP未満の温度になるように加熱することもできる。
【0022】
この場合には,上記の鋼材表層の溶融を伴う加熱の場合に比べて焼入れ硬化層の形成が浅くなるが,それでも焼入れしないものに比べて十分な硬度向上効果が得られる。
ただし,この場合には,上記焼入れたままの部分に残存する残留応力は,圧縮残留応力となる。オーステナイトからマルテンサイトへの変態に伴う体積膨張のためである。
【0023】
また,請求項4の発明のように,上記焼入加熱と焼戻加熱とは,鋼材における調質所望部分のみに対して行うことができる。ここでいう調質所望部分とは,鋼材の一部分であって焼入れにより硬化したい部分をいう。これにより,製品の特性等に応じて,必要部分にのみ焼入れ硬化部分を形成し,他の部分には例えば比較的軟らかく粘り強い性質の部分を残すことができる。
【0024】
また,請求項5の発明のように,上記オーステナイト変態点以上の温度への焼入加熱及び上記オーステナイト変態点未満の温度への焼戻加熱は,高密度エネルギーを用いて行うことが好ましい。これにより,上記焼入加熱及び焼戻加熱をレスポンス良く,効率よく行うことができる。そのため,高い生産性と安定した品質が得られる。この高密度エネルギーを用いた方法は,上記調質所望部分のみを部分的に焼入れ処理したい場合に,特にその効果が大きい。
【0025】
上記高密度エネルギーとしては,例えば電子ビーム,レーザビーム等の高密度エネルギービーム,また,ビームではないが高周波加熱などの高密度エネルギーがある上記電子ビームは電子ビームガンに高電圧を印加することにより発生させる。また,レーザ光は,レーザ発振器に高電圧を印加することにより発生させる。
また,請求項6の発明のように,上記高密度エネルギーは,高密度エネルギービームであり,該高密度エネルギービームを上記鋼材に照射することにより上記焼入加熱及び焼戻加熱を行うことがより好ましい。
【0026】
次に,請求項7の発明のように,上記高密度エネルギービームは,鋼材を上記オーステナイト変態点以上の温度に加熱する焼入加熱用ビームと,上記オーステナイト変態点未満の温度に加熱する焼戻加熱用ビームとを用いて,まず焼入加熱用ビームにより鋼材を焼入加熱し,次いでマルテンサイト変態点以下の温度まで急冷された焼入れ部分に,上記焼戻加熱用ビームを断続的に照射することにより行う方法がある。
【0027】
この場合には,上記焼入加熱用ビームと焼戻加熱用ビームとを,鋼材に順次続けて照射するため,上記2つの熱処理(上記オーステナイト変態点以上への焼入加熱,及びオーステナイト変態点未満への焼戻加熱)を連続的に行うことができる。そのため,上記加熱→急冷→再加熱を,一層レスポンス良く行うことができる。尚,上記焼戻加熱用ビームを断続的に照射するとは,上記焼入れたままの部分に対応する部分には照射せず,焼戻し部分に対応する部分のみに照射する動作を繰り返し行うことを意味する。
【0028】
なお,上記の急冷は,上記焼入加熱用ビームの照射と上記焼戻加熱用ビームの照射との間に若干の時間間隔を設けることによって達成できる。つまり,この時間間隔の間に,焼入加熱用ビームにより鋼材に与えられた熱が鋼材内及び鋼材外へ急速に伝達され,鋼材は急冷される。
上記時間間隔は,鋼材の焼入加熱部分がマルテンサイト変態点以下の温度に達するまでに必要な時間である。
【0029】
次に,請求項8の発明のように,上記高密度エネルギービームは,1箇所のビーム発生源から発射されたビームを,複数箇所に分配して照射することができる。この場合には,1本の高密度エネルギービームを偏向制御装置等により複数に分割する。これにより,1本の高密度エネルギービームを,鋼材における所望する複数部分に,同時に分配照射することができ,照射設備を小型化することができる。
【0030】
次に,請求項9の発明のように,上記急冷は103℃/分以上の速度で行うことが好ましい。上記103℃/分未満では,十分にマルテンサイト変態がおこらないおそれがある。なお,その上限は,速いほど好ましいが,鋼の熱伝導率により限定されるものである。
【0031】
【発明の実施の形態】
実施形態例1
本発明の実施形態例にかかる鋼材の焼戻し方法につき,図1〜図5を用いて説明する。
本例の鋼材の焼戻し方法は,図2〜図4に示すごとく,被処理材としての鋼材2(図2)の調質所望部分20をオーステナイト変態点以上(図4のA線以上)でかつ表層に溶融を伴う温度に焼入加熱した後急冷し,次いでオーステナイト変態点未満の温度(図4のA線未満)で焼戻加熱する焼戻し方法である。
【0032】
なお,ここでは簡単の為,鉄−炭素2元系平衡状態図で説明するが,これらの変態温度は鋼の成分によって異なるばかりでなく,急速な加熱では変態温度は高温側へ,急速な冷却では変態温度は低温側へ移行することが知られており,具体的に鋼の変態温度の数値を図4に示すごとく限定するものではない。
【0033】
そして,上記焼戻加熱は,図1に示すごとく,焼入れたままの部分Bと焼戻し部分Aとが,互いに隣接して形成されるように,焼入加熱された焼入れ部分に対して部分的に行う。尚,本例の焼入れは,上記のごとく,焼入加熱を鋼材の表面に溶融を伴う温度で行うため,便宜上溶融焼入という。
【0034】
即ち,図3(a)に示すごとく,上記調質所望部分20における焼戻し部分Aは,オーステナイト変態点T以上で溶融温度T以上の温度31に加熱し,次いでマルテンサイト変態点T未満の温度34に急冷し,その後,再びオーステナイト変態点T未満の温度33に加熱するというヒートパターンにより熱処理される。
【0035】
一方,図3(b)に示すごとく,上記調質所望部分20における溶融焼入れしたままの部分Bは,オーステナイト変態点T以上かつ溶融温度T以上の温度31に加熱され,次いでマルテンサイト変態点T未満の温度34に急冷されたままというヒートパターンにより熱処理される。
【0036】
また,本例における焼入加熱及び焼戻加熱は,図2に示すごとく,鋼材2の調質所望部分20に高密度エネルギービーム11,12を照射することにより行っている。つまり,図2(a)(b)に示すごとく,高密度エネルギービーム発生源1より高密度エネルギービーム10を発射し,これを焼入加熱の場合には出力の高い焼入加熱用ビーム11とし,焼戻加熱の場合には出力の低い焼戻加熱用ビーム12に切り換える。
【0037】
上記高密度エネルギービーム11,12の照射は,まず上記焼入加熱用ビーム11を,鋼材2の調質所望部分20全体に対して予め照射し,次いで,調質所望部分20の焼戻し部分Aのみに焼戻加熱用ビーム12を照射する手順で行う。
具体的には,図2に示すごとく,鋼材2を同図の矢印方向へ移動させながら,調質所望部分20に対してまず上記焼入加熱用ビーム11を照射する。
【0038】
焼入加熱用ビーム11を照射した部分21は,その照射が完了した時点から急速に自己放冷され,上記焼戻加熱を開始するまでに十分に急冷される。
次いで,焼入加熱完了後,上記高密度エネルギービームを焼戻加熱用ビーム12に切り換え,更にこれをオン・オフしながら,移動する調質所望部分20に照射する。焼戻加熱用ビーム12を照射した部分22は,焼戻し部分Aとなる。したがって,焼戻加熱用ビーム12を照射しなかった部分は,溶融焼入れしたままの部分Bとなる。
【0039】
上記のごとく,本例においては,図1に示すように,溶融焼入れしたままの部分Bと焼戻し部分Aとが互いに隣接して交互に形成される。そのため,図5に示すごとく,溶融焼入れのままの部分Bは引張残留応力状態81(図5(a)),一方焼戻し部分Aは残留応力がない状態82(図5(b))となり,連続的にみれば,これらが交互に存在してサインカーブ状83(図5(c))になっている。
【0040】
即ち,鋼材2の調質所望部分20は,全体的にみれば,焼入れたままの状態に比べて格段に残留応力が緩和された状態となる。
それ故,溶融焼入れ処理後の残留応力に起因する歪みの発生や置き割れ等の不具合を十分に防止することができる。
【0041】
また,図1に示すごとく,焼戻し部分Aは,比較的硬度が低い状態になる。しかしながら,本例においては,上記のごとく焼戻し部分Aに交互に隣接するように溶融焼入れしたままの部分Bを配置している。この溶融焼入れしたままの部分Bは,極めて高い硬度を有する。そのため,調質所望部分20全体の硬度は,十分に高い硬度に維持される。
したがって,本例においては,焼入れによる硬度向上効果を維持しながら,残留応力の制御を行うことができる。
【0042】
実施形態例2
本例は,図6に示すごとく,実施形態例1における上記焼入加熱及び焼戻加熱の一連の処理を,複数列に順次位置をずらしながら実施した。即ち,鋼材2の調質所望部分20には,縦横に焼戻し部分Aと溶融焼入れしたままの部分Bとが交互に市松模様状に配置した。
【0043】
この場合には,比較的広い調質所望部分20を処理する場合に,上記のごとく性質の異なる部分A,Bが縦横にバランス良く配置され,上記実施形態例1の効果がさらに向上する。
【0044】
実施形態例3
本例は,実施形態例1において,焼入加熱は,鋼材の表層に溶融を伴わない温度で行った。そして,その後急冷し,いわば非溶融焼入れを行った。具体的には,前述した図3(a)(b)に示すごとく,焼戻し部分A,焼入れたままの部分B共に,最初の焼入加熱の温度をオーステナイト変態点T以上で溶融温度T未満の温度32とした。その他は,実施形態例1と同様である。
【0045】
本例においては,図7(a)に示すように焼戻しした部分Aと非溶融焼入れしたままの部分Bとが,交互に隣接して形成された。その結果,図8に示すごとく,非溶融焼入れしたままの部分Bは圧縮残留応力状態84(図8(a)),一方焼戻し部分Aは残留応力がない状態85(図8(b))となり,連続的にみれば,これらが交互に存在してサインカーブ状86(図8(c))になった。
【0046】
即ち,鋼材2の調質所望部分20は,全体的にみれば,焼入れたままの状態に比べて格段に残留応力が緩和された状態となる。
それ故,非溶融焼入れ処理後の圧縮残留応力に起因する歪みの発生や置き割れ等の不具合を十分に防止することができる。
【0047】
また,図7(c)に示すごとく,焼戻し部分Aは,比較的硬度が低い状態になる。しかしながら,本例においては,上記のごとく焼戻し部分Aに交互に隣接するように非溶融焼入れしたままの部分Bを配置している。この非溶融焼入れしたままの部分Bは,前記溶融焼入れの場合よりは硬度が低いが,上記焼戻し部分Aよりも十分に高い硬度を有する。そのため,調質所望部分20全体の硬度は,高い硬度に維持される。
したがって,本例においては,非溶融焼入れによる硬度向上効果を維持しながら,残留応力の制御を行うことができる。
【0048】
尚,本例においても,図9に示すごとく,上記一連の処理を幅方向の位置をずらしながら繰り返し,焼戻し部分Aと非溶融焼入れしたままの部分Bとを縦横に交互に市松模様状に配置した場合には,さらに効果的となる。
【0049】
実施形態例4
本例は,図10〜図12に示すごとく,上記実施形態例1に示した鋼材の焼戻し方法において,鋼材2を回転させながら,該鋼材2におけるリング状の調質所望部分20(図11,図12)に対して,まず焼入加熱用ビーム11を照射し(図11),次いで焼戻加熱用ビーム12を照射する(図12),熱処理装置及び方法を示すものである。
【0050】
本例における,被処理材としての鋼材2は,トルクコンバータ用部品のロックアップクラッチピストンである。このピストンは皿状をなしている(図10,図13参照)。そして,その一部分にリング状の焼入れ調質を施す(図11,図12)。
上記熱処理装置は,図10に示すごとく,鋼材2を入れる加工室19と,該加工室19内に上記高密度エネルギービーム10を照射するビーム発生源1と,該ビーム発生源1からの高密度エネルギービーム10を,焼入加熱用ビームと焼戻加熱用ビームとに切り換える偏向コイル111,112とを有する。
【0051】
また,加工室19内を減圧する真空排気装置16と,上記偏向コイル111,112における高密度エネルギービームの高速偏向制御装置110とを有する。上記偏向コイル111,112に流す電流の周波数及び波形を変えることにより,高密度エネルギービーム10の出力を任意に変更し,焼入加熱用ビームと焼戻加熱用ビームとに切り換えることができる。また,上記加工室19の下部には,上記鋼材2の載置台15を回転させるための回転モータ150を有する。
これらの装置は,総合制御装置17によりコントロールされる。
【0052】
そして,上記熱処理装置により,鋼材の焼入れを実施するに当たっては,まず上記回転モータ150を駆動させて,上記鋼材2を図11,図12の矢印方向に約8m/分の速度で回転させておく。また,真空排気装置16により,加工室19内を真空状態にする。
【0053】
そして,図11に示すごとく,鋼材2の調質所望部分20に対してまず出力3.5KWの高密度エネルギービームを焼入加熱用ビーム11として照射しながら鋼材2を1回転させる。焼入加熱用ビーム11を照射した部分は,照射完了後,自己放冷により即座に急冷される。次いで,高密度エネルギービームの出力を下げて1.5KWとした焼戻加熱用ビーム12を断続的に照射する。即ち,焼入れのままの部分Bには照射せずに鋼材2を空回りさせ,焼戻し部分Aのみに照射する。
【0054】
このように,鋼材2が2回転した時点で,リング状の焼入れ処理及び焼戻し処理が完了する。即ち,本例においては,短時間で確実に,溶融焼入れしたままの部分Bと焼戻し部分Aとを互いに隣接して鋼材2に形成することができる。
したがって,本例においては,確実かつ迅速に処理できると共に,実施形態例1と同様の効果が得られる。
【0055】
実施形態例5
本例は,実施形態例1及び4に示した鋼材の焼入れ方法及び装置を用いた具体例である。
即ち,本例における被処理品としての鋼材は,図13に示すごとく,トルクコンバータに用いるロックアップクラッチピストン41である。
【0056】
このロックアップクラッチピストン41は,トルクコンバータにおいて,伝達トルクの変動を吸収するためのダンパ装置に部分的にかしめ固定されるものである。なお,同図の符号43は取付用穴である。
そして,上記ダンパ装置は,図13に示すごとく,タービンライナと一体に回転させられるドリブンプレート51及びスプリング52,53等からなる。
【0057】
ここで,図13に示すごとくスプリング52はロックアップクラッチピストン41の円周方向における8箇所に配設された第1ステージ用のものであり,またスプリング53はロックアップクラッチピストン41の円周方向における4箇所に配設された第2ステージ用のものであって,このスプリング53はスプリング52内に一つ置きに配設される。なお,前記スプリング53はスプリング52より径が小さく,かつ短く設定され,スプリング52の捩れ角が設定値になって伝達トルクが屈曲点トルクに到達した後に撓み始める。
【0058】
従って,フロントカバーから摩擦材を介して伝達された回転は前記ダンパ装置を介してタービンハブに伝達されるが,この際,スプリング52,53が収縮して回転伝達時における伝達トルクの変動を吸収する。また,“エンジンの出力トルクの急激な変動”が図示しない変速装置に伝達されることによって起きる振動,騒音等を防止する役目を担っている。
【0059】
ところで,前記ロックアップクラッチピストン41の正駆動時(ロックアップクラッチ装置が係合状態に置かれてロックアップクラッチピストン41が図13における反時計回り方向に回転する時)及び逆駆動時(エンジンブレーキ時等でロックアップクラッチピストン41が図13における時計回り方向に回転する時)には前記スプリング52が圧縮されるので,このスプリング52がロックアップクラッチピストン41の平板部411と繰り返し摺動しがちとなる。
【0060】
そのため,ロックアップクラッチピストン41の平板部411にはスプリング52との摺動による摩擦が生じるという問題がある。
そして,ロックアップクラッチピストン41は上記スプリング52と接触するドーナツ状のスプリング受け40の部分(図13のハッチング部分)を有している。
【0061】
このロックアップクラッチピストンのスプリング受け40は,耐摩耗性等が要求される。そのため,そのスプリング受け部分(厚み3mm)に,部分的に表面硬化処理を施す必要がある。
上記部品の材質は,S23Cである。
【0062】
また,焼入れ,焼戻し処理を行うに当たっては,上記焼入加熱,焼戻加熱には実施形態例1,4に示した高密度エネルギービームとしての電子ビームを用いた。
上記電子ビーム発生装置は,最大5KWの出力を有し,焼入加熱用ビームとしての3.5KWの電子ビームと焼戻加熱用ビームとしての1.5KWの電子ビームとを切り換えて発射することができる。
【0063】
そして,上記部品は,10rpmにて約8m/分の送り速度で回転させ,その半径127mmの位置に実施形態例4に示すごとく,焼入加熱用ビーム11を1回転分照射し,次いで焼戻加熱用ビーム12に切り換えてこれをオン・オフしながら断続的に照射した。
【0064】
上記焼入加熱用ビーム11及び焼戻加熱用ビーム12は,図14に示すごとく,ともにその偏向軌跡はX方向5mm,Y方向10mmである。そして,部品の回転によって,電子ビームの軌跡は矢印H方向に移動する。
なお,上記焼入加熱された部分は,加熱直後に鋼材2の自己放冷により十分に急冷され,焼入れられる。
【0065】
上記のごとき処理した結果,鋼材2の調質所望部分20には,焼入れたままの部分Bと焼戻し部分Aとが交互に隣接して形成された。
その結果,上記部品は,上記のスプリング受け部分がリング状に平均的に十分に硬度が高い部分が形成された。一方,残留応力は,従来に比べて平均的に十分に緩和されていた。
【0066】
実施形態例6
本例は,図15,図16に示すごとく,実施形態例4に示した熱処理装置を用いて,1箇所のビーム発生源から発射された高密度エネルギービームを偏向コイル111,112(図10)を用いて2つのビームに分配し,これらをそれぞれ上記焼入加熱用ビーム11及び焼戻加熱用ビーム12として用いた。
【0067】
即ち,図15,図16に示すごとく,鋼材2を矢印方向に回転させながら,上記焼入加熱用ビーム11と焼戻加熱用ビーム12とを一定間隔を開けて順次照射する。また,上記焼戻加熱用ビーム12は,オン・オフを繰り返して,焼戻し部分Aのみに照射する。
その他は,実施形態例1,4,5と同様である。
【0068】
この場合には,上記一連の熱処理を,鋼材2の1回転で行うことができる。そのため,上記実施形態例に比べてさらに短時間で処理を終えることができ,非常に効率的である。
【0069】
実施形態例7
本例は,実施形態例6における2つの電子ビームを照射する場合の,電子ビームの照射軌跡の1例を図17に示す。
本例では,電子ビームは,2つの円偏向軌跡C,Cに従って照射される。この場合,各円偏向軌跡C,Cによってそれぞれ被熱処理領域25,26に電子ビームが照射され,その間中,被熱処理部材はその中心軸回りに回転させられる。従って,被熱処理領域25.26における電子ビームの軌跡は矢印H方向に移動する。
【0070】
なお,各円偏向軌跡C,Cは,x軸方向及びy軸方向において正弦波の偏向波形を発生させ,その偏向の組合せによって形成される。また,各円偏向軌跡C,Cを切り換え,隣接する被熱処理領域25,26において交互に電子ビームを照射するために,図18のような偏向波形wが発生させられ,該偏向波形wと前記y軸方向における偏向波形とが重ねられる。
【0071】
従って,電圧Vが正の値を採る時間tの間に被熱処理領域25に電子ビームが照射され,電圧Vが負の値を採る時間tの間に被熱処理領域26に電子ビームが照射される。
また,前記偏向波形wの時間t,tの長さを調整することにより,各被熱処理領域25,26への照射エネルギーを調整することができる。
【0072】
実施形態例8
本例は,図19に示すごとく,被熱処理領域27,28へ電子ビームを照射する場合の別例を示している。
この場合には,二つの面偏向軌跡C,Cによって電子ビームが照射される。つまり,各面偏向軌跡C,Cによってそれぞれ被熱処理領域27,28に電子ビームが照射され,その間中,被処理部材はその中心軸回りに回転させられる。従って,この場合も被熱処理領域27,28における電子ビームの軌跡は矢印H方向に移動する。
【0073】
なお,各面偏向軌跡C,Cはx軸方向及びy軸方向において三角波の偏向電圧を発生させることによって形成される。また,各面偏向軌跡C,Cを切り換え,被熱処理領域27,28において電子ビームを照射するために,図20に示すような偏向波形wと前記x軸方向及びy軸方向における三角波とが重ねられる。
勿論,円偏向と面偏向とを組み合わせたり,線,楕円等の軌跡をたどるように電子ビームを偏向させることもできる。その他は,実施形態例6と同様である。
【0074】
ところで,上記実施形態例ではトルクコンバータのロックアップクラッチピストンを処理する例を説明したが,その外,例えば多板摩擦係合装置におけるプレート摺動部,部材同士又はスナップリング等による結合部,オイルポンププレート,シールリング等,表層部を全部又は部分的に残留応力を制御しつつ硬化させる必要がある鋼部材であれば,いずれのものであっても本発明を適用することができる。
【0075】
【発明の効果】
本発明によれば,焼入れによる硬度向上効果を維持し,かつ,残留応力を制御することができる,鋼材の焼戻し方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例1における,(a)熱処理パターン,(b)残留応力パターン,(c)硬度パターン,を示す説明図。
【図2】実施形態例1における,高密度エネルギービームの照射状態を示す,(a)側面図,(b)平面図。
【図3】実施形態例1における,(a)焼戻し部分,(b)溶融焼入れしたままの部分,のヒートパターンを示す説明図。
【図4】鉄−炭素系平衡状態図を示す説明図。
【図5】実施形態例1における,(a)溶融焼入れしたままの部分,(b)焼戻し部分,(c)全体,の残留応力状態を示す説明図。
【図6】実施形態例2における,熱処理パターンを示す説明図。
【図7】実施形態例3における,(a)熱処理パターン,(b)残留応力パターン,(c)硬度パターン,を示す説明図。
【図8】実施形態例3における,(a)非溶融焼入れしたままの部分,(b)焼戻し部分,(c)全体,の残留応力状態を示す説明図。
【図9】実施形態例3における,他の熱処理パターンを示す説明図。
【図10】実施形態例4における,熱処理装置の説明図。
【図11】実施形態例4における,焼入加熱用ビームの照射状態を示す説明図。
【図12】実施形態例4における,焼戻加熱用ビームの照射状態を示す説明図。
【図13】実施形態例5における,ロックアップクラッチピストンの説明図。
【図14】実施形態例5における,電子ビームの照射部の軌跡の一例を示す説明図。
【図15】実施形態例6における,高密度エネルギービームの照射状態を示す,(a)側面図,(b)平面図。
【図16】実施形態例6における,高密度エネルギービームの照射状態を示す説明図。
【図17】実施形態例7における,電子ビームの照射部の軌跡の一例を示す説明図。
【図18】実施形態例7における,電子ビーム照射の偏向波形例を示す説明図。
【図19】実施形態例7における,電子ビームの照射部の軌跡の他の例を示す説明図。
【図20】実施形態例7における,電子ビーム照射の偏向波形例を示す説明図。
【符号の説明】
1...高密度エネルギービームの発生源,
10...高密度エネルギービーム,
11...焼入加熱用ビーム,
12...焼戻加熱用ビーム,
2...鋼材,
20...調質所望部分,
A...焼戻し部分,
B...焼入れたままの部分(溶融焼入れ又は非溶融焼入れたままの部分),
[0001]
【Technical field】
The present invention relates to a method for quenching and tempering steel.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, so-called quenching treatment has been performed to increase the surface hardness of steel materials and improve wear resistance and fatigue strength.
In such quenching, quenching heating is performed to heat the steel material to a temperature equal to or higher than the austenite transformation point, and then the steel material is rapidly cooled to transform the austenite phase into a martensite phase. This martensite is very hard and is very effective in increasing the hardness of steel.
[0003]
On the other hand, as a method of rapidly quenching the surface layer of a steel material, for example, a method of irradiating a high-density energy beam to rapidly heat the surface layer of the steel material and then rapidly cool the steel material has been proposed (Japanese Patent Application No. Hei 7-1995). No. 345160). In this proposal, it is shown that a very excellent quenching effect can be obtained if the heating is performed using energy high enough to melt the surface layer of the steel material.
[0004]
In other words, by heating steel at a temperature higher than the temperature at which its surface layer melts, and then quenching, not only the molten portion of the surface layer, but also the lower layer becomes martensite in a relatively deep range, resulting in high hardness quench hardening. The layer can be formed relatively deep. Therefore, an extremely excellent hardness improving effect can be obtained.
[0005]
[Problem to be solved]
However, the above method has the following problems.
That is, according to the method of quenching by heating and quenching the steel material above the melting temperature of the steel material (hereinafter referred to as melt quenching as appropriate), while an excellent quenching effect is obtained, while the residual tensile stress during resolidification of the surface molten layer is reduced. appear.
[0006]
This residual tensile stress is not only a cause of quenching distortion, but also easily causes quenching cracks and breakage, and is harmful.
As a countermeasure, there is a method in which the quenched portion is again heated to a temperature lower than the austenite transformation point and tempered. According to this, the residual stress is sufficiently removed.
[0007]
However, in the tempered portion, while the residual stress is removed, the hardness of the tempered portion is reduced and the quenching effect is reduced. A tempering method at a low temperature is also conceivable, but the residual stress is hardly removed, and is not a fundamental solution. Therefore, it is very problematic to perform tempering heating on steel materials that require a sufficient improvement in surface hardness.
[0008]
On the other hand, depending on the steel material, there is a case where the effect of improving hardness as much as the above-mentioned melt quenching is not necessary. In this case, it is conceivable to change the method to a method in which the heating is performed at a temperature equal to or higher than the austenite transformation point of the steel material and equal to or lower than the melting temperature, followed by rapid cooling (hereinafter, appropriately referred to as non-melting quenching).
[0009]
However, in the case of this non-melting quenching, although the desired hardness is obtained and the tensile residual stress in the surface layer is eliminated, on the contrary, the compressive stress is applied to the surface layer by volume expansion due to transformation from austenite to martensite. Will occur. On the other hand, performing the tempering heating in the same manner as described above is effective for removing the compressive residual stress, but cannot reduce the effect of improving the hardness.
[0010]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method for tempering steel, which can maintain the effect of increasing hardness by quenching and control residual stress.
[0011]
[Means for solving the problem]
According to the invention of claim 1, the steel material is quenched and heated to a temperature equal to or higher than the austenite transformation point and then rapidly cooled.
Next, there is provided a method of tempering steel by tempering at a temperature lower than the austenite transformation point,
The above tempering heatingIn the desired part of refining,The as-quenched part and the tempered partAlternatelyA method for tempering steel, characterized in that the quenching is performed partially on a quenched portion that is quenched and heated so as to be formed adjacently.
[0012]
Most notably, in the present invention, the tempering heating is performed partially on the quenched and heated quenched portion, and the as-quenched portion and the tempered portion are formed adjacent to each other. Is to do so.
In the present invention, the as-quenched portion also includes a portion which is substantially quenched due to incomplete removal of residual stress such as when low-temperature tempering is performed.
[0013]
Examples of the steel material targeted in the present invention include carbon steel such as S50C, S23C and S10C, alloy steel such as SNCM, SCR and SCM, and tool steel such as SK, SKD, SKH and SKS.
[0014]
The quenching heating is performed at a temperature equal to or higher than the austenite transformation point as described above. That is, the quenching heating is performed in the iron-carbon system equilibrium diagram shown in FIG.3Perform at a temperature above the line. As a result, the steel material becomes austenite, and by rapidly cooling this, the austenite is transformed into martensite and becomes a quenched hardened layer. On the other hand, the temperature below the austenite transformation point (A3When the temperature is below the temperature, austenite cannot be obtained by heating, and martensitic transformation by rapid cooling cannot be obtained.
[0015]
The tempering heating is performed at a temperature lower than the austenite transformation point as described above. That is, this will be described with reference to the iron-carbon system equilibrium diagram shown in FIG.3Perform at a temperature below the line. On the other hand, the tempering3When the temperature is higher than the temperature, there is a problem that the quench hardening effect disappears.
[0016]
Next, the operation of the present invention will be described.
In the method for tempering steel according to the present invention, the tempering heating is partially performed on the quenched portion, and the as-quenched portion and the tempered portion are formed adjacent to each other.
[0017]
At this time, the residual stress remains in the quenched portion, but the residual stress is sufficiently removed in the tempered portion. The residual stress remaining portion and the residual stress removing portion exist adjacent to each other. Therefore, as a whole, the residual stress is greatly reduced, and the occurrence of the conventional quenching distortion can be prevented.
[0018]
The hardness of the tempered part heated by the tempering is lower than that of the as-quenched state. However, in the present invention, the quenched portion is arranged adjacent to the tempered portion. For this reason, it is possible to maintain an average high hardness as compared with the case where the whole is tempered and heated.
Therefore, it is possible to control the residual stress while maintaining the effect of increasing the hardness by quenching.
[0019]
Next, as in the second aspect of the present invention, the quenching heating is preferably performed at a temperature at which the surface layer of the steel material is melted. More specifically, in the quenching heating, for example, in the iron-carbon system equilibrium diagram of FIG.1In the case of, the surface layer of the steel material is P2It is preferable to heat to the above temperature.
[0020]
As a result, not only the molten portion of the surface layer but also the lower layer portion is martensitized in a relatively deep range by the rapid quenching, so that a hardened layer with high hardness can be formed relatively deeply. Therefore, an extremely excellent hardness improving effect can be obtained.
However, in this case, the residual stress remaining in the as-quenched portion becomes a tensile residual stress. This is due to the coagulation shrinkage phenomenon.
[0021]
Further, as in the invention of claim 3, the quenching heating can be performed at a temperature at which the surface layer of the steel material is not melted. More specifically, in the quenching heating, for example, in the iron-carbon system equilibrium diagram of FIG.1In the case of, the surface layer of the steel material is P1P2It can be heated to a temperature below.
[0022]
In this case, although the formation of the quenched and hardened layer is shallower than in the case of heating accompanied by melting of the steel material surface layer, a sufficient hardness improving effect can be obtained as compared with the case of not quenching.
However, in this case, the residual stress remaining in the as-quenched portion becomes a compressive residual stress. This is because of the volume expansion accompanying the transformation from austenite to martensite.
[0023]
Further, as in the fourth aspect of the present invention, the quenching heating and the tempering heating can be performed only on a desired portion of the steel material to be tempered. Here, the desired part for refining refers to a part of the steel material which is to be hardened by quenching. Thereby, a quenched and hardened portion can be formed only in a necessary portion according to the characteristics of the product, and a portion having, for example, a relatively soft and tough property can be left in other portions.
[0024]
Further, as in the invention of claim 5, the quenching heating to a temperature higher than the austenite transformation point and the tempering heating to a temperature lower than the austenite transformation point include:Using high density energyIt is preferred to do so. Thereby, the quenching heating and the tempering heating can be efficiently performed with good response. Therefore, high productivity and stable quality can be obtained. thisUsing high density energyThe method is particularly effective when it is desired to partially quench only the desired portion for refining.
[0025]
the aboveHigh density energyFor example, electron beam, laser beamHigh density energy beam, And not a beam but high-density energy such as high-frequency heating.The electron beam is generated by applying a high voltage to the electron beam gun. The laser light is generated by applying a high voltage to a laser oscillator.
Further, as in the invention of claim 6, the high-density energy is a high-density energy beam, and the quenching heating and the tempering heating are performed by irradiating the steel material with the high-density energy beam. preferable.
[0026]
next,Claim 7As described above, the high-density energy beam uses a quenching heating beam for heating a steel material to a temperature equal to or higher than the austenite transformation point and a tempering heating beam for heating a steel material to a temperature lower than the austenite transformation point. First, the steel material is quenched and heated by a quench heating beam, and then the tempering heating beam is intermittently irradiated to the quenched part rapidly cooled to a temperature below the martensitic transformation point. .
[0027]
In this case, since the steel material is successively irradiated with the quenching heating beam and the tempering heating beam, the two heat treatments (the quenching heating to a temperature higher than the austenite transformation point and the heat treatment below the austenite transformation point) are performed. Tempering heating) can be continuously performed. Therefore, the above-mentioned heating, rapid cooling, and reheating can be performed with higher response. The term “intermittently irradiating the tempering heating beam” means that the operation of irradiating only the portion corresponding to the tempered portion without repeating the portion corresponding to the as-quenched portion is repeated. .
[0028]
The rapid cooling can be achieved by providing a slight time interval between the irradiation of the quench heating beam and the irradiation of the tempering heating beam. That is, during this time interval, the heat given to the steel material by the quenching heating beam is rapidly transmitted into and out of the steel material, and the steel material is rapidly cooled.
The time interval is the time required for the quenched and heated portion of the steel to reach a temperature below the martensitic transformation point.
[0029]
next,Claim 8As described above, the high-density energy beam can irradiate a beam emitted from one beam source at a plurality of locations. In this case, one high-density energy beam is divided into a plurality by a deflection control device or the like. As a result, a single high-density energy beam can be simultaneously distributed and irradiated to a plurality of desired portions of the steel material, and the irradiation equipment can be downsized.
[0030]
next,Claim 9As in the invention of the above, the rapid cooling is 10ThreeIt is preferable to carry out at a rate of at least ° C / min. 10 aboveThreeIf the temperature is lower than ℃ / minute, martensitic transformation may not occur sufficiently. The upper limit is preferably as fast as possible, but is limited by the thermal conductivity of the steel.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1
A method of tempering a steel material according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 2 to 4, the tempering method of the steel material of the present embodiment is such that the desired tempering portion 20 of the steel material 2 (FIG. 2) as the material to be treated is at or above the austenite transformation point (A in FIG. 4).3Quenching and heating to a temperature accompanied by melting of the surface layer and then quenched, and then a temperature below the austenite transformation point (A in FIG. 4).3(Less than the line).
[0032]
For the sake of simplicity, the explanation will be made with reference to an iron-carbon binary system equilibrium phase diagram. However, these transformation temperatures not only depend on the steel composition, but also with rapid heating, the transformation temperature rises to the high temperature side and rapid cooling occurs. It is known that the transformation temperature shifts to a lower temperature side, and the numerical value of the transformation temperature of the steel is not specifically limited as shown in FIG.
[0033]
As shown in FIG. 1, the quenching heating is performed partially on the quenched and heated quenched portion so that the as-quenched portion B and the tempered portion A are formed adjacent to each other. Do. As described above, the quenching in this example is referred to as melt quenching for convenience because the quenching heating is performed at a temperature at which the surface of the steel material is melted.
[0034]
That is, as shown in FIG. 3A, the tempered portion A in the desired tempering portion 20 has an austenite transformation point T.4The melting temperature T5Heat to the above temperature 31 and then martensite transformation point T3Quenched to a temperature of less than 34 and then again at the austenite transformation point T4Heat treatment is performed by a heat pattern of heating to a temperature of less than 33.
[0035]
On the other hand, as shown in FIG. 3 (b), the part B of the desired temper 20 that has been melt-quenched has an austenite transformation point T.4And the melting temperature T5Is heated to the above temperature 31 and then the martensitic transformation point T3The heat treatment is performed according to a heat pattern of being rapidly cooled to a temperature of less than 34.
[0036]
Further, as shown in FIG. 2, the quenching heating and the tempering heating in the present embodiment are performed by irradiating high-density energy beams 11 and 12 to a desired portion 20 of the steel material 2 to be reconditioned. That is, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), a high-density energy beam 10 is emitted from a high-density energy beam source 1 and is used as a quench heating beam 11 having a high output in the case of quenching heating. In the case of tempering heating, the beam is switched to a tempering heating beam 12 having a low output.
[0037]
Irradiation of the high-density energy beams 11 and 12 is performed by first irradiating the quenching and heating beam 11 to the entire tempered portion 20 of the steel material 2 in advance, and then only the tempered portion A of the tempered desired portion 20. The process is performed in such a manner that the tempering heating beam 12 is irradiated.
Specifically, as shown in FIG. 2, the quenching and heating beam 11 is first applied to the desired tempering portion 20 while moving the steel material 2 in the direction of the arrow in FIG.
[0038]
The portion 21 irradiated with the quenching heating beam 11 is rapidly self-cooled immediately after the completion of the irradiation, and is sufficiently rapidly cooled before the tempering heating is started.
Next, after the completion of the quenching heating, the high-density energy beam is switched to the tempering heating beam 12, and while the beam is turned on and off, the moving desired refining portion 20 is irradiated. The portion 22 irradiated with the tempering heating beam 12 becomes a tempered portion A. Therefore, the portion that has not been irradiated with the tempering heating beam 12 is the portion B that has been melt-quenched.
[0039]
As described above, in this example, as shown in FIG. 1, the portions B and the tempered portions A which are still quenched are formed alternately adjacent to each other. Therefore, as shown in FIG. 5, the portion B which has been melt-quenched has a tensile residual stress state 81 (FIG. 5 (a)), while the tempered portion A has no residual stress 82 (FIG. 5 (b)). From a viewpoint, these are alternately present to form a sine curve 83 (FIG. 5C).
[0040]
That is, the desired portion 20 of the tempering of the steel material 2 is, as a whole, in a state where the residual stress is remarkably relaxed as compared with the as-quenched state.
Therefore, it is possible to sufficiently prevent defects such as generation of distortion and cracks caused by residual stress after the melt quenching treatment.
[0041]
Further, as shown in FIG. 1, the tempered portion A has a relatively low hardness. However, in this example, the portions B that have been melt-quenched are arranged alternately adjacent to the tempered portions A as described above. The part B which has been melt-quenched has extremely high hardness. Therefore, the hardness of the entire desired portion 20 for refining is maintained at a sufficiently high hardness.
Therefore, in this example, it is possible to control the residual stress while maintaining the effect of increasing the hardness by quenching.
[0042]
Embodiment 2
In this example, as shown in FIG. 6, a series of the above-described quenching heating and tempering heating in the first embodiment was performed while sequentially shifting the positions in a plurality of rows. That is, in the tempering desired portion 20 of the steel material 2, tempered portions A and portions B that have been melt-quenched vertically and horizontally are alternately arranged in a checkered pattern.
[0043]
In this case, when processing a relatively wide refining desired portion 20, the portions A and B having different properties as described above are arranged with good balance in the vertical and horizontal directions, and the effect of the first embodiment is further improved.
[0044]
Embodiment 3
In the present embodiment, in the first embodiment, the quenching heating was performed at a temperature at which the surface layer of the steel material was not melted. Then, it was quenched and non-melting quenched as it were. Specifically, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), both the tempered portion A and the as-quenched portion B have the initial quenching heating temperature of the austenite transformation point T.4The melting temperature T5The temperature was set to less than 32. Others are the same as the first embodiment.
[0045]
In this example, as shown in FIG. 7A, a tempered portion A and a non-melted and quenched portion B were alternately formed adjacent to each other. As a result, as shown in FIG. 8, the unmelted and quenched portion B has a compressive residual stress state 84 (FIG. 8A), while the tempered portion A has no residual stress 85 (FIG. 8B). When viewed continuously, these exist alternately to form a sine curve 86 (FIG. 8C).
[0046]
That is, the desired portion 20 of the tempering of the steel material 2 is, as a whole, in a state where the residual stress is remarkably relaxed as compared with the as-quenched state.
Therefore, it is possible to sufficiently prevent problems such as generation of distortion and cracks caused by residual stress caused by the non-melting quenching treatment.
[0047]
Further, as shown in FIG. 7 (c), the tempered portion A has a relatively low hardness. However, in this example, the portions B which are not melt-quenched are arranged so as to be alternately adjacent to the tempered portions A as described above. The unmelted and quenched portion B has a lower hardness than that of the melt quenching, but has a sufficiently higher hardness than the tempered portion A. Therefore, the hardness of the entire desired portion 20 for refining is maintained at a high hardness.
Therefore, in this example, it is possible to control the residual stress while maintaining the hardness improving effect by non-melting quenching.
[0048]
In this example, as shown in FIG. 9, the above-described series of processing is repeated while shifting the position in the width direction, and the tempered portion A and the non-melted and quenched portion B are alternately arranged in a checkered pattern vertically and horizontally. If you do, it will be more effective.
[0049]
Embodiment 4
As shown in FIGS. 10 to 12, in this example, in the method of tempering a steel material shown in the first embodiment, while rotating the steel material 2, a desired ring-shaped refining portion 20 (FIG. 11, FIG. FIG. 12) is first irradiated with a quenching heating beam 11 (FIG. 11) and then with a tempering heating beam 12 (FIG. 12), showing a heat treatment apparatus and method.
[0050]
In this example, the steel material 2 as the material to be processed is a lock-up clutch piston of a torque converter component. This piston has a dish shape (see FIGS. 10 and 13). Then, a ring-shaped quenching refining is applied to a part thereof (FIGS. 11 and 12).
As shown in FIG. 10, the heat treatment apparatus includes a processing chamber 19 in which a steel material 2 is placed, a beam source 1 for irradiating the processing chamber 19 with the high-density energy beam 10, and a high-density beam from the beam generation source 1. It has deflection coils 111 and 112 for switching the energy beam 10 between a quenching heating beam and a tempering heating beam.
[0051]
Further, it has a vacuum evacuation device 16 for reducing the pressure in the processing chamber 19 and a high-speed deflection control device 110 for high-density energy beams in the deflection coils 111 and 112. By changing the frequency and waveform of the current flowing through the deflection coils 111 and 112, the output of the high-density energy beam 10 can be changed arbitrarily and switched between the quenching heating beam and the tempering heating beam. A rotation motor 150 for rotating the mounting table 15 of the steel material 2 is provided below the processing chamber 19.
These devices are controlled by the general controller 17.
[0052]
When the steel material is quenched by the heat treatment apparatus, first, the rotary motor 150 is driven to rotate the steel material 2 at a speed of about 8 m / min in the direction of the arrow in FIGS. . The processing chamber 19 is evacuated by the vacuum exhaust device 16.
[0053]
Then, as shown in FIG. 11, the steel material 2 is rotated once while irradiating a high-density energy beam having an output of 3.5 KW as a quenching heating beam 11 to the desired portion 20 for heat treatment of the steel material 2. The portion irradiated with the quenching heating beam 11 is rapidly cooled by self-cooling immediately after the completion of the irradiation. Next, the output of the high-density energy beam is reduced and the tempering heating beam 12 of 1.5 KW is intermittently irradiated. That is, the steel material 2 is made to idle without irradiating the as-quenched portion B, and is irradiated only to the tempered portion A.
[0054]
As described above, the ring-shaped quenching process and the tempering process are completed when the steel 2 rotates twice. That is, in this example, the part B and the tempered part A that have been melt-quenched can be reliably formed in the steel material 2 adjacent to each other in a short time.
Therefore, in this example, the processing can be performed reliably and quickly, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0055]
Embodiment 5
This example is a specific example using the method and apparatus for quenching a steel material shown in the first and fourth embodiments.
That is, as shown in FIG. 13, the steel material to be processed in this embodiment is the lock-up clutch piston 41 used for the torque converter.
[0056]
The lock-up clutch piston 41 is partially caulked and fixed to a damper device for absorbing a change in transmission torque in a torque converter. Note that reference numeral 43 in the figure is a mounting hole.
As shown in FIG. 13, the damper device includes a driven plate 51 and springs 52 and 53 which are rotated integrally with the turbine liner.
[0057]
Here, as shown in FIG. 13, the springs 52 are for the first stage disposed at eight locations in the circumferential direction of the lock-up clutch piston 41, and the spring 53 is for the circumferential direction of the lock-up clutch piston 41. , For the second stage disposed at four positions, and this spring 53 is disposed every other in the spring 52. The spring 53 has a smaller diameter and a shorter diameter than the spring 52, and starts to bend after the torsion angle of the spring 52 reaches a set value and the transmission torque reaches the bending point torque.
[0058]
Therefore, the rotation transmitted from the front cover via the friction material is transmitted to the turbine hub via the damper device. At this time, the springs 52 and 53 contract to absorb the fluctuation of the transmission torque during the rotation transmission. I do. Further, it plays a role of preventing vibration, noise, and the like caused by transmission of “sudden fluctuation of engine output torque” to a transmission (not shown).
[0059]
Incidentally, when the lock-up clutch piston 41 is driven forward (when the lock-up clutch device is placed in the engaged state and the lock-up clutch piston 41 rotates counterclockwise in FIG. 13) and when it is driven in reverse (when the engine When the lock-up clutch piston 41 rotates clockwise in FIG. 13, for example), the spring 52 is compressed, and the spring 52 tends to repeatedly slide with the flat plate portion 411 of the lock-up clutch piston 41. It becomes.
[0060]
For this reason, there is a problem in that the flat portion 411 of the lock-up clutch piston 41 generates friction due to sliding with the spring 52.
The lock-up clutch piston 41 has a part of a donut-shaped spring receiver 40 (hatched part in FIG. 13) that comes into contact with the spring 52.
[0061]
The spring receiver 40 of the lock-up clutch piston is required to have wear resistance and the like. Therefore, it is necessary to partially perform a surface hardening treatment on the spring receiving portion (thickness: 3 mm).
The material of the component is S23C.
[0062]
In performing the quenching and tempering processes, the quenching heating and the tempering heating used the electron beam as the high-density energy beam shown in the first and fourth embodiments.
The above-mentioned electron beam generator has a maximum output of 5 KW, and can switch and emit between a 3.5 KW electron beam as a quenching heating beam and a 1.5 KW electron beam as a tempering heating beam. it can.
[0063]
Then, the above-mentioned component is rotated at a feed speed of about 8 m / min at 10 rpm, and a beam having a radius of 127 mm is irradiated with a quench heating beam 11 for one rotation as shown in Embodiment 4, and then tempered. The heating beam 12 was switched on and off, and irradiation was performed intermittently.
[0064]
As shown in FIG. 14, the quenching heating beam 11 and the tempering heating beam 12 both have deflection trajectories of 5 mm in the X direction and 10 mm in the Y direction. The trajectory of the electron beam moves in the direction of arrow H due to the rotation of the component.
The quenched and heated portion is sufficiently quenched immediately after heating by self-cooling of the steel material 2 and quenched.
[0065]
As a result of the above treatment, the as-quenched portion B and the tempered portion A were alternately formed adjacent to the desired portion 20 for tempering of the steel material 2.
As a result, in the above-mentioned component, the above-mentioned spring receiving portion was formed into a ring-shaped portion having an average sufficiently high hardness. On the other hand, the residual stress was sufficiently relaxed on average compared to the conventional case.
[0066]
Embodiment 6
In this example, as shown in FIGS. 15 and 16, the high-density energy beams emitted from one beam source are used by the deflection coils 111 and 112 (FIG. 10) using the heat treatment apparatus shown in the fourth embodiment. The beam was divided into two beams by using the quenching and heating beams 11 and the tempering and heating beams 12, respectively.
[0067]
That is, as shown in FIGS. 15 and 16, the quenching and heating beam 11 and the tempering and heating beam 12 are sequentially irradiated at regular intervals while rotating the steel material 2 in the direction of the arrow. Further, the tempering heating beam 12 repeats on and off to irradiate only the tempered portion A.
Others are the same as the first, fourth, and fifth embodiments.
[0068]
In this case, the above series of heat treatments can be performed by one rotation of the steel material 2. Therefore, the processing can be completed in a shorter time than in the above embodiment, which is very efficient.
[0069]
Embodiment 7
In this example, FIG. 17 shows an example of the irradiation locus of the electron beam when two electron beams are irradiated in the sixth embodiment.
In this example, the electron beam has two circular deflection trajectories C1, C2Irradiated according to In this case, each circular deflection locus C1, C2Thus, the heat-treated regions 25 and 26 are irradiated with an electron beam, during which the member to be heat-treated is rotated around its central axis. Accordingly, the trajectory of the electron beam in the heat treatment region 25.26 moves in the direction of arrow H.
[0070]
Note that each circular deflection locus C1, C2Generates a sinusoidal deflection waveform in the x-axis direction and the y-axis direction, and is formed by a combination of the deflections. In addition, each circular deflection locus C1, C2In order to alternately irradiate the electron beam in the adjacent heat treatment regions 25 and 26, the deflection waveform w shown in FIG.1Is generated, and the deflection waveform w1And the deflection waveform in the y-axis direction are superimposed.
[0071]
Therefore, the voltage VETakes a positive value t1During this time, the region 25 to be heat-treated is irradiated with an electron beam and the voltage VETime t takes a negative value2During this time, the electron beam is irradiated to the region to be heat-treated 26.
The deflection waveform w1Time t1, T2By adjusting the length, the irradiation energy to each of the heat treatment regions 25 and 26 can be adjusted.
[0072]
Embodiment 8
In this example, as shown in FIG. 19, there is shown another example in which the regions to be heat-treated are irradiated with an electron beam.
In this case, two surface deflection trajectories C3, C4Irradiates an electron beam. That is, each surface deflection locus C3, C4Thus, the regions to be heat-treated are irradiated with electron beams respectively, during which the member to be processed is rotated around its central axis. Therefore, also in this case, the locus of the electron beam in the regions to be heat-treated 27 and 28 moves in the direction of arrow H.
[0073]
Note that each surface deflection locus C3, C4Is formed by generating a triangular wave deflection voltage in the x-axis direction and the y-axis direction. In addition, each surface deflection locus C3, C4To irradiate the electron beam in the regions to be heat-treated 27 and 28, the deflection waveform w as shown in FIG.1And the triangular waves in the x-axis direction and the y-axis direction are superimposed.
Of course, it is also possible to combine circular deflection and surface deflection, or to deflect the electron beam so as to follow a locus such as a line or an ellipse. Others are the same as the sixth embodiment.
[0074]
By the way, in the above-described embodiment, an example in which the lock-up clutch piston of the torque converter is processed has been described. In addition, for example, a plate sliding portion in a multi-plate frictional engagement device, a connecting portion between members or a snap ring or the like, The present invention can be applied to any steel member, such as a pump plate and a seal ring, which needs to be hardened while controlling the residual stress of the surface layer in whole or in part.
[0075]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the tempering method of steel materials which can maintain the hardness improvement effect by quenching and can control residual stress can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing (a) a heat treatment pattern, (b) a residual stress pattern, and (c) a hardness pattern in the first embodiment.
FIG. 2A is a side view and FIG. 2B is a plan view showing an irradiation state of a high-density energy beam in the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory view showing heat patterns of (a) a tempered portion and (b) a portion as it is melt-quenched in the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an iron-carbon system equilibrium diagram.
FIG. 5 is an explanatory view showing the residual stress state of (a) a part as it is melt-quenched, (b) a tempered part, and (c) the whole in the first embodiment.
FIG. 6 is an explanatory view showing a heat treatment pattern in the second embodiment.
FIG. 7 is an explanatory view showing (a) a heat treatment pattern, (b) a residual stress pattern, and (c) a hardness pattern in the third embodiment.
FIG. 8 is an explanatory view showing a residual stress state of (a) a part that has not been melt-quenched, (b) a tempered part, and (c) the whole, in a third embodiment.
FIG. 9 is an explanatory view showing another heat treatment pattern in the third embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a heat treatment apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an irradiation state of a quenching heating beam in a fourth embodiment.
FIG. 12 is an explanatory view showing an irradiation state of a tempering heating beam in a fourth embodiment.
FIG. 13 is an explanatory view of a lock-up clutch piston according to a fifth embodiment.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of a locus of an electron beam irradiation unit in the fifth embodiment.
15A is a side view and FIG. 15B is a plan view showing an irradiation state of a high-density energy beam in the sixth embodiment.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing an irradiation state of a high-density energy beam in the sixth embodiment.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing an example of a trajectory of an electron beam irradiation unit in the seventh embodiment.
FIG. 18 is an explanatory diagram showing an example of a deflection waveform of electron beam irradiation in the seventh embodiment.
FIG. 19 is an explanatory diagram showing another example of the trajectory of the electron beam irradiation unit in the seventh embodiment.
FIG. 20 is an explanatory diagram showing an example of a deflection waveform of electron beam irradiation in the seventh embodiment.
[Explanation of symbols]
1. . . Source of high-density energy beam,
10. . . High density energy beam,
11. . . Quenching beam,
12. . . Tempering heating beam,
2. . . Steel,
20. . . Tempering desired part,
A. . . Tempering part,
B. . . As-quenched part (melt-quenched or unmelted-quenched part),

Claims (9)

鋼材をオーステナイト変態点以上に焼入加熱した後急冷し,
次いで,オーステナイト変態点未満の温度で焼戻加熱する鋼材の焼戻し方法であって,
上記焼戻加熱は,調質所望部分において,焼入れたままの部分と焼戻し部分とが交互に隣接して形成されるよう,焼入加熱された焼入れ部分に対して部分的に行うことを特徴とする鋼材の焼戻し方法。
After quenching and heating the steel beyond the austenite transformation point, it is rapidly cooled,
Next, there is provided a method of tempering steel by tempering at a temperature lower than the austenite transformation point,
The above-mentioned tempering heating is partially performed on the quenched and heated quenched portion such that the as-quenched portion and the tempered portion are alternately formed adjacent to each other in the desired tempering portion. Tempering method for steel materials.
請求項1において,上記焼入加熱は,鋼材の表層に溶融を伴う温度で行うことを特徴とする鋼材の焼戻し方法。2. The method for tempering steel according to claim 1, wherein the quenching heating is performed at a temperature accompanied by melting of the surface layer of the steel. 請求項1において,上記焼入加熱は,鋼材の表層に溶融を伴わない温度で行うことを特徴とする鋼材の焼戻し方法。2. The method for tempering steel according to claim 1, wherein the quenching heating is performed at a temperature at which the surface layer of the steel does not melt. 請求項1〜3のいずれか1項において,上記焼入加熱と焼戻加熱とは,鋼材における上記調質所望部分のみに対して行うことを特徴とする鋼材の焼戻し方法。In any one of claims 1 to 3, the sintered and enter the heating and tempering heated, tempered method of the steel, which comprises carrying out only for the refining desired portion of the steel. 請求項1〜4のいずれか1項において,上記オーステナイト変態点以上の温度への焼入加熱及び上記オーステナイト変態点未満の温度への焼戻加熱は,高密度エネルギーを用いて行うことを特徴とする鋼材の焼戻し方法。The quenching heating to a temperature higher than the austenite transformation point and the tempering heating to a temperature lower than the austenite transformation point are performed using high-density energy according to any one of claims 1 to 4. Tempering method for steel materials. 請求項5において,上記高密度エネルギーは,高密度エネルギービームであり,該高密度エネルギービームを上記鋼材に照射することにより上記焼入加熱及び焼戻加熱を行うことを特徴とする鋼材の焼戻し方法。6. The tempering method according to claim 5, wherein the high-density energy is a high-density energy beam, and the quenching heating and the tempering heating are performed by irradiating the steel with the high-density energy beam. . 請求項6において,上記高密度エネルギービームは,鋼材を上記オーステナイト変態点以上の温度に加熱する焼入加熱用ビームと,上記オーステナイト変態点未満の温度に加熱する焼戻加熱用ビームとを用いて,
まず焼入加熱用ビームにより鋼材を焼入加熱し,次いでマルテンサイト変態点以下の温度まで急冷された焼入れ部分に,上記焼戻加熱用ビームを断続的に照射することにより行うことを特徴とする鋼材の焼戻し方法。
In claim 6 , the high-density energy beam uses a quenching heating beam that heats a steel material to a temperature equal to or higher than the austenite transformation point and a tempering heating beam that heats a steel material to a temperature lower than the austenite transformation point. ,
First, the steel material is quenched and heated by a quench heating beam, and then the tempering heating beam is intermittently irradiated to the quenched part rapidly cooled to a temperature below the martensitic transformation point. Tempering method of steel material.
請求項6又は7において,上記高密度エネルギービームは,1箇所のビーム発生源から発射されたビームを,複数箇所に分配して照射することを特徴とする鋼材の焼戻し方法。8. The tempering method according to claim 6, wherein the high-density energy beam is irradiated by distributing a beam emitted from one beam source to a plurality of locations. 請求項1〜8のいずれか一項において,上記急冷は103℃/分以上の速度で行うことを特徴とする鋼材の焼戻し方法。According to any one of claims 1-8, said rapid cooling is tempered method steel material characterized by performing at 10 3 ° C. / min or faster.
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