JP4149710B2 - 金属リングの熱処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無段変速機（ＣＶＴ）等のベルトに使用されるマルエージング鋼製金属リングに時効処理を施すための熱処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の無段変速機用ベルト等に用いられる金属ベルトは、次のようにして製造される。まず、超強力鋼であるマルエージング鋼の薄板の端部同士を溶接して円筒状のドラムを形成し、該ドラムに対して前記溶接時の熱により部分的に硬くなった硬度を均質化するために第１の溶体化を行う。次に、前記溶体化後のドラムを所定幅に裁断して金属リングを形成し、該金属リングを所定長となるように圧延する。次に、圧延された金属リングに対し、圧延組織を再結晶させ、圧延により変形された金属組織の形状を復元するために、第２の溶体化を行う。そして、前記溶体化後の金属リングを所定の周長に補正し、時効及び窒化処理を施して硬度を向上させた後、少しずつ周長の異なる複数の金属リングを相互に積層して前記金属ベルトを形成する。
【０００３】
前記マルエージング鋼は、Ｍｏ，Ａｌ，Ｔｉ等の元素を含み、前記時効処理では該元素がＦｅＭｏ，Ｎｉ₃ＡｌＴｉ等の金属間化合物を形成して析出することにより時効硬度が発現する。しかし、前記時効処理前に前記Ｍｏ，Ｔｉ等の元素が酸化されてしまうと前記時効硬度が発現しない。そこで、前記各溶体化は、前記Ｍｏ，Ｔｉ等の元素の酸化を避けるために、真空炉等を用いて非酸化雰囲気下に、前記ドラムまたは金属リングを前記マルエージング鋼の再結晶温度以上の温度で所定時間加熱することにより行われる。
【０００４】
また、前記時効処理は、前記周長補正が施された前記金属リングを、所定の時効処理温度で所定時間加熱することにより行われる。前記時効処理は、一般に加熱炉中で前記金属リングを加熱することにより行われるが、真空炉中で行うことも可能である。
【０００５】
一方、前記真空炉はそれ自体高価であるので、量産に当たっては前記真空炉をできるだけ連続的に稼働させることが望ましい。そこで、前記真空炉を用いて前記ドラムまたは金属リングの溶体化処理を行った後、同一の真空炉を用いて前記金属リングの時効処理を行うか、或いは前記真空炉を用いて先行するロットの金属リングの時効処理を行った後、同一の真空炉を用いて後続するロットの金属リングの時効処理を行うことが考えられる。
【０００６】
しかしながら、溶体化処理または時効処理の後、前記真空炉の炉内温度が常温付近まで低下するのを待って後続の時効処理を行うと、真空炉内部の温度が所定の時効処理温度に到達するまでに長時間を要し、該真空炉内部の温度分布のバラツキが大きくなる上、後続の時効処理では前記金属リングの硬度が十分に高くならないことがあるという不都合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、真空炉内部の温度が所定の時効処理温度に到達するまでの時間を短縮し、該真空炉内部の温度分布を均一にすることができ、しかも時効処理において金属リングに優れた硬度を付与することができる金属リングの熱処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の金属リングの熱処理方法は、マルエージング鋼の鋼板の端部同士を溶接して形成されたドラムを真空炉内で溶体化後、所定幅に裁断して金属リングを形成し、該金属リングを所定の長さに圧延して該真空炉内で再溶体化した後、周長補正し、周長補正後の金属リングを前記溶体化を行ったものと同一の真空炉内で所定の時効処理温度に所定時間保持して時効処理を施す金属リングの熱処理方法において、該金属リングを再溶体化した後、該真空炉内の温度が低下して、該所定の時効処理温度より１００℃低い温度以上で、且つ該所定の時効処理温度以下の範囲の温度になったときに該金属リングを該真空炉に収容し、その後、該真空炉内の温度を該所定の時効処理温度に達せしめて該時効処理を施すことを特徴とする。
【０００９】
本発明の金属リングの熱処理方法によれば、前記真空炉内の温度が前記温度範囲にあるときに前記金属リングを該真空炉に収容して時効処理を行うことにより、該真空炉内部の温度が所定の時効処理温度に上昇するまでの時間を短縮することができ、該真空炉内部の温度分布のバラツキを小さくすることができる。しかも、本発明の金属リングの熱処理方法によれば、前記時効処理により前記金属リングに優れた硬度を付与することができる。
【００１０】
前記真空炉で、前記時効処理に先行して前記ドラムまたは前記金属リングの溶体化処理を行う場合には、前記真空炉内の温度は前記時効処理温度よりも高温に設定される。このような場合には、前記金属リングを前記時効処理のために前記真空炉に収容するときに、該真空炉内の温度が前記時効処理温度より高温となっていることがある。しかし、前記真空炉内の温度が前記時効処理温度より高温であるときに該真空炉に前記金属リングを収容して時効処理を行うと、該金属リングが過時効となり、適正な時効処理により該金属リングに付与される硬度の最大値よりも低い硬度しか得ることができない。
【００１１】
また、前記金属リングを前記時効処理のために前記真空炉に収容するときの該真空炉内の温度が、前記時効処理温度より１００℃以上低い温度であると、前記金属リングを該真空炉に収容した後、該真空炉内部の温度が所定の時効処理温度に上昇するまでに長時間を要し、該真空炉内部の温度分布のバラツキが大きくなる。しかも、前記金属リングに十分な硬度を付与できないことがある。
【００１２】
前記時効処理の温度は例えば４８０℃に設定することができ、このときには前記真空炉内の温度が、３８０〜４８０℃の範囲にあるときに、前記金属リングを前記真空炉に収容し、その後、該真空炉内の温度を該所定の時効処理温度に達せしめて前記時効処理を施す。
【００１３】
また、本発明の金属リングの熱処理方法において、前記金属リングを前記真空炉に直接収容すると、前記金属リングと一緒に外部の雰囲気が前記真空炉に流入することになり、前記時効処理の前に前記マルエージング鋼に含まれるＭｏ，Ｔｉ等の元素が酸化されて、前記金属リングに時効硬度が発現しない虞がある。そこで、本発明の金属リングの熱処理方法では、前記金属リングは、雰囲気の圧力が１０^-2Ｐａ以下とされている真空準備室を介して、前記真空炉に収容されることが好ましい。前記金属リングを前記真空準備室を介して前記真空炉に収容することにより、前記真空炉内では前記金属リングの収容後、速やかに所定の真空度を回復することができ、前記Ｍｏ，Ｔｉ等の元素の酸化を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は金属リングの製造工程の要部を模式的に示す工程図、図２は金属リングを真空炉に収容するときの該真空炉の炉内温度と該金属リングの時効処理後の時効硬度との関係を示すグラフである。
【００１５】
本実施形態では、次のようにして、無段変速機のベルトに用いられる金属ベルトを製造する。まず、図１示のようにマルエージング鋼の薄板１をベンディングしてループ化したのち、薄板１の端部同士を溶接して円筒状のドラム２を形成する。このとき、前記マルエージング鋼は溶接の熱により時効硬化を示すので、ドラム２の溶接部分の両側に硬度の高い部分が出現し、これにより溶接歪が発生する。
【００１６】
そこで次に、ドラム２を真空炉３に収容して７６０〜８５０℃の温度に０．５〜４時間保持することにより第１の溶体化処理を行い、前記溶接時の熱により部分的に硬くなった硬度を均質化する。前記第１の溶体化処理が終了したならば、ドラム２を真空炉３から搬出し、所定幅に裁断して金属リングＷを形成する。
【００１７】
前記のようにして形成された金属リングＷは、次に圧下率４０〜５０％で圧延されることにより少しずつ異なる周長とされたのち、再び真空炉３に収容して７６０〜８５０℃の温度に０．５〜４時間保持することにより第２の溶体化処理を行う。前記第２の溶体化処理では、圧延結晶が再結晶させ、圧延により変形された金属組織の形状が復元される。
【００１８】
本実施形態では、先行するロットの金属リングＷと、後続のロットのドラム２とを一緒に真空炉３に収容して、第１及び第２の溶体化処理を同時に行うようにしてもよい。
【００１９】
前記第２の溶体化処理が終了したならば、金属リングＷを真空炉３内で冷却したのち搬出して周長補正を行い、次いで、前記周長補正が施された金属リングＷを前記溶体化を行ったものと同一の真空炉３に収容し、所定の時効処理温度、例えば４００〜５００℃の温度に２〜３時間保持することにより時効処理を行う。
【００２０】
前記時効処理が施された金属リングＷは、次に、加熱炉５に収容され、少なくともアンモニアを含む雰囲気下、所定の窒化処理温度、例えば４００〜５００℃の温度に０．５〜１０時間保持することにより、窒化処理を行う。前記少なくともアンモニアガスを含む雰囲気としては、純アンモニア以外に窒素等の不活性ガスを含むアンモニアガス雰囲気を用いるガス窒化処理でもよく、アンモニアガスとＲＸガスとの混合ガス雰囲気を用いるガス軟窒化処理でもよい。
【００２１】
そして、前記時効処理と窒化処理とが施されたのち、少しずつ周長の異なる複数の金属リングＷを相互に積層することにより、前記金属ベルトを形成する。
【００２２】
本実施形態では、金属リングＷの時効処理は、先行するロットのドラム２に対する前記第１の溶体化処理または先行するロットの金属リングＷに対する第２の溶体化処理の後で、真空炉３に後続するロットの金属リングＷを収容して行う。或いは、先行するロットの金属リングＷに対する時効処理の後で、真空炉３に後続するロットの金属リングＷを収容して行うようにしてもよい。
【００２３】
そして、後続するロットの金属リングＷの時効処理は、真空炉３の炉内温度が前記時効処理温度より１００℃低い温度以上で、且つ該時効処理温度以下の範囲にあるときに、該金属リングＷを真空炉３に収容することにより行う。具体的には、前記時効処理温度が例えば４８０℃である場合、後続するロットの金属リングＷは、真空炉３の炉内温度が３８０〜４８０℃の範囲にあるときに真空炉３に収容される。
【００２４】
真空炉３の炉内温度が前記範囲にあるときに金属リングＷを真空炉３に収容すると、真空炉３を構成する炉材の蓄熱により炉内温度が短時間の内に前記時効処理温度に達することができ、炉内の温度分布のバラツキを小さくすることができる。しかも、前記のようにして時効処理を行うことにより、金属リングＷに優れた硬度を付与することができる。
【００２５】
また、本実施形態では、真空炉３は図示しない真空準備室を備えており、ドラム２または金属リングＷは該真空準備室を介して真空炉３に収容される。前記真空準備室は雰囲気の圧力が１０^-2Ｐａ以下とされており、該真空準備室を介して金属リングＷを真空炉３に収容することにより、金属リングＷと一緒に外部の雰囲気が真空炉３内に流入することを防止して、真空炉３内を短時間の内に所定の真空状態とすることができる。
【００２６】
次に、時効処理温度を４８０℃とするときに、先行するロットの処理後、真空炉３内の温度が４４０℃の範囲に低下したときに金属リングＷを真空炉３に収容した場合（実施例）と、真空炉３内の温度が４０℃まで低下したときに金属リングＷを真空炉３に収容した場合（比較例）とについて、金属リングＷの収容後、真空炉３の炉内温度が前記時効処理温度に達するまでの時間と、前記時効処理温度に２時間保持して時効処理を行った後の炉内温度のバラツキを比較した。結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１から、実施例の場合には、比較例の場合より短時間で真空炉３の炉内温度が前記時効処理温度に到達することができ、炉内温度のバラツキも小さいことが明らかである。
【００２９】
次に、時効処理温度を４８０℃とするときに、先行するロットの処理後、真空炉３内の温度が３８０〜４８０℃の範囲に低下したときに金属リングＷを真空炉３に収容した場合（実施例）と、真空炉３内の温度が４０℃まで低下したときに金属リングＷを真空炉３に収容した場合（比較例）とについて、前記時効処理温度に２時間保持して時効処理を行った後の金属リングＷの硬度（ヴィッカース硬度）を測定した。結果を図２に示す。
【００３０】
図２から、実施例の金属リングＷの硬度は５５０〜５６０の範囲にあり、比較例の金属リングＷの硬度が５２０未満であることに比較して、優れた硬度を備えていることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属リングの製造工程の要部を模式的に示す工程図。
【図２】金属リングを真空炉に収容するときの該真空炉の炉内温度と該金属リングの時効処理後の時効硬度との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１…マルエージング鋼の薄板、 ２…ドラム、 ３…真空炉、 Ｗ…金属リング。

Claims (3)

1. マルエージング鋼の鋼板の端部同士を溶接して形成されたドラムを真空炉内で溶体化後、所定幅に裁断して金属リングを形成し、該金属リングを所定の長さに圧延して該真空炉内で再溶体化した後、周長補正し、周長補正後の金属リングを前記溶体化を行ったものと同一の真空炉内で所定の時効処理温度に所定時間保持して時効処理を施す金属リングの熱処理方法において、
   該金属リングを再溶体化した後、該真空炉内の温度が低下して、該所定の時効処理温度より１００℃低い温度以上で、且つ該所定の時効処理温度以下の範囲の温度になったときに該金属リングを該真空炉に収容し、その後、該真空炉内の温度を該所定の時効処理温度に達せしめて該時効処理を施すことを特徴とする金属リングの熱処理方法。
2. 前記真空炉内の温度が、３８０〜４８０℃の範囲にあるときに、前記金属リングを前記真空炉に収容し、その後、該真空炉内の温度を該所定の時効処理温度に達せしめて前記時効処理を施すことを特徴とする請求項１記載の金属リングの熱処理方法。
3. 前記金属リングを、雰囲気の圧力が１０^−２Ｐａ以下とされている真空準備室を介して、前記真空炉に収容することを特徴とする請求項１または請求項２記載の金属リングの熱処理方法。

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