JP4311912B2 - 履帯ブッシュの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械などに使用される履帯ブッシュの製造方法に関するものであり、より詳しくは耐摩耗性、耐衝撃疲労性に優れたオイル封入式履帯ブッシュをより低コストで生産する製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、建設機械の履帯51は図26に示されるような各部品群で構成されており、とりわけ履帯ブッシュ52は、終減速装置からの回転運動を伝えるスプロケットティースと噛み合い、履帯51を回転させる機能を持つことから、外周面においては耐摩耗性が要求されるとともに、これに加わる負荷に耐えるために、内周面において強度と靭性とが要求される。
【0003】
また、ブルドーザのように高速で走る履帯では、履帯ピン53と履帯ブッシュ52との焼付きを防止するために、これらの隙間に潤滑油を介在させたオイル封入履帯が使われており、この場合には、スプロケットと直接接触する外周面の耐摩耗性だけでなく、図27に示されるように、履帯ブッシュの両端部平坦面(シール平坦部)61とダストシール62で潤滑油をシールする必要から、少なくともブッシュ端面のシール平坦部61でのダストシール62当たり位置の範囲(外周面から肉厚の約1/2までが摩耗後の当たり位置)が焼入れによって十分に硬化されていることが必要である。
【0004】
これらの必要特性を満足させるために、従来、この履帯ブッシュの製造に際しては、次に示されるような方法が実施されている。
▲1▼肌焼鋼に浸炭処理を施して、内外周面およびその両端面部に高硬度なマルテンサイトを形成し、耐摩耗性と強度およびオイルシール性を確保するようにしたもの(例えば特公昭52−34806号公報参照)。
▲2▼焼入れ性向上元素を含有する炭素鋼を履帯ブッシュに成形加工し、全体を焼入れした後更にその履帯ブッシュの内周面のみを誘導加熱により焼入れすることによって、その外周面、端面および内周面に焼入れ硬化層を形成させ、それらの焼き入れ硬化層の間に高靭性な焼入れ焼戻し軟化層を形成し、その軟化層が履帯ブッシュ両端面近傍の内周面につながるようにする履帯ブッシュの製造方法が特公平3−69969号公報に開示されている。また、特開2001−98326号公報においても、履帯ブッシュの肉厚全体を焼入れ硬化し、その内周面のみから誘導焼入れを施し、肉厚中心部に形成される焼入れ焼戻し軟化層がその両端面の近傍の内周面につながって形成する履帯ブッシュの製造方法を開示している。
▲3▼さらに、履帯ブッシュの内周面用冷却媒体と外周面用冷却媒体を仕切り治具で分離できる焼入れ装置を使って、中炭素鋼のブッシュ素材を一旦焼入れ処理が可能な温度以上に高周波加熱し、内周面を先行冷却した所定時間後に外周面からの冷却を始めるか、もしくは高周波加熱によって外周面を加熱しながら内周面冷却を行い、所定時間後に外周面加熱を止めて、外周面冷却を行うことの一連の焼入れ操作によって、履帯ブッシュの外周面および内周面から肉厚中心部に向かって焼入れ硬化層を形成して、各両焼入れ硬化層間に軟質な未焼入れ層を残すようなU字型のスムーズな硬度分布をもち、さらに、外周面部からの硬化層深さを内周面からの硬化層深さに比べてより深く形成し、かつ、仕切り治具の工夫によって端面部を端面幅の1/2以上に硬化した耐摩耗性に優れたオイル封入式履帯ブッシュとその安価な製造方法が、特開平11−61264号公報および特開平11−236619号公報に開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記▲1▼の浸炭法で作られる履帯ブッシュは、その端面部も均一に浸炭硬化されるのでオイル封入用ブッシュとしての両端面部の耐摩耗性は良いが、外周円筒面での耐摩耗性を高めるために浸炭硬化層を深くする必要があるため、浸炭時間を長くかかるとともに、浸炭ガスの大量使用等によるコスト面での問題がある。例えばブッシュの肉厚が厚くなる大型履帯ブッシュでは、強度、耐摩耗性の観点から必要硬化層深さがより深くなるため、生産性の低下とコストの高騰とが問題になる。さらに、内外周表面においては浸炭加熱時間が長時間に及ぶために粒界酸化層や不完全焼入れ層が数十μm厚さで形成されることになり、疲労強度や耐衝撃特性が劣化しやすくなる問題がある。
【0006】
一方、前記▲2▼の高周波焼入れ法では、▲1▼の浸炭法に比べてコスト的な改善がなされているが、一旦全体硬化した履帯ブッシュの内周面を再焼入れする必要があるために、焼割れの発生など十分な品質上の管理に問題があるとともに、小径な履帯ブッシュの内周面を高周波焼戻しすることの困難性や、移動高周波焼入れなど生産性の低さおよび二度以上の熱処理工程を必要とすることからコスト的に安価にできない問題がある。
【0007】
また、前記▲2▼の高周波焼入れ法では、特公昭63−16314号公報、特開平5−78745号公報に開示されているように、内周面からの誘導加熱によって外周面焼入れ硬化層がより中心部付近で焼き戻され、外周面焼入れ硬化層硬さが中心部に向かって軟化し易く、外周面の耐摩耗性を十分に改善できない問題がある。
【0008】
さらに、特開平6−247351号公報、特開平10−68023号公報においては、履帯ブッシュの外周面および内周面の両方から、履帯ブッシュを移動させる移動式高周波焼入れを同時に実施し、少なくともスプロケットと噛み合う部位の内周面への高周波焼入れを実施せずに、履帯ブッシュの強度を高めた履帯ブッシュとその製造方法が開示されているが、前記と同様に、小径な履帯ブッシュ内径熱処理が困難であること、生産性の低い移動高周波焼入れであること、二つの高周波加熱用電源を必要として設備投資が高いこと、内周面未焼き入れ層がHRC35未満のフェライトおよびパーライト組織であるために強靭性が十分でない、さらに、全般的に薄肉な履帯ブッシュを内、外周面からの同時冷却を実施することから、スルーハード化されやすく、それを避けるためには外周面焼入れ硬化層深さが浅くなるために、履帯ブッシュの耐摩耗寿命が十分でない等の問題がある。
【0009】
また、前記▲3▼の高周波焼入れ方法においては、より薄肉で、小型のオイル封入履帯ブッシュ端面部での焼入れ部分のムラや硬化層の抜けが完全に避けられず、最終検査工程が必要になるという問題がある。
【0010】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、安価な高周波焼入れ技術をベースにして、オイル封入履帯としてのオイル封入性の確保、衝撃的な過酷な負荷に対する優れた靭性の確保、耐摩耗性および摩耗寿命の改善を図るとともに、前記▲1▼〜▲3▼の方法に対してより安価な製造方法を提供することを主たる目的とするものである。
【0011】
また、本発明では、建機の大型化と高負荷化にともなって問題となる履帯ブッシュと回転、揺動摺動する履帯ピンとの耐焼き付き性および履帯リンクからの抜けを防止する方法についても改善することを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
例えば、小径な中小型ブルドーザ用のオイル封入式履帯ブッシュにおいては、肉薄で、端面部は履帯リンクへの圧入のための端面加工が施され、内周面側においては履帯ピンとのたわみによる局部当たりを避けるための面取り加工が施されていることから、端面部の平行面は極めて幅狭になっている。このため、端面シール部硬化層を確実に確保するため、および、履帯リンクへ履帯ブッシュを圧入する際のかじりによる圧入不良を防止するに、外周面圧入端面加工部を確実に硬化させることが必要である。またさらに、その履帯ブッシュとしての強度、靭性および耐摩耗性を確保するために、少なくとも、その外周面にはHRC50以上の硬質な焼入れ硬化層が形成され、その肉厚内部においてHRC45以下の軟質層を形成させることにとって、熱処理時の焼き割れを防止できるが必要である。
【0013】
そこで、第1発明による履帯ブッシュの製造方法は、
少なくとも炭素を0.35〜1.2重量%の範囲で含有し、その焼入性が、履帯ブッシュをA1もしくはA3温度以上に全体加熱した後、その内周面と外周面から同時に水冷却することによって、その肉厚全体がHRC45以上に焼入れ硬化されるように合金元素が調整されている炭素鋼および/または低合金鋼からなる履帯ブッシュ素材を用いるとともに、その全体をA1もしくはA3変態温度以上の温度に加熱した後、その履帯ブッシュの内周面冷却媒体と外周面冷却媒体が互いに干渉し合わないように履帯ブッシュの両端面部位で仕切り治具を押し当てながら、内周面冷却と外周面冷却を独自に実施できる焼入れ装置を用いて、
(1)内周面、外周面および端面からの冷却を同時に実施した後に、内周面からの冷却を停止する一連の焼入れ作業、もしくは
(2)内周面、外周面および端面からの冷却を同時に実施し、この同時冷却を途中で一時停止した後に、再冷却を実施する一連の焼入れ作業
によって、履帯ブッシュ肉厚中心部における冷却速度を内外周面における冷却速度よりも遅らせるようにし、これによって外周面焼入れ硬化層、両端面焼入れ硬化層および内周面焼入れ硬化層が連続的につながるようにし、その肉厚内部にフェライト、パーライトおよびベイナイトのうちの1種以上またはそれらの組織中に粒状セメンタイトが分散されてなる組織からなる軟質な未焼入れ層を形成するようにしたことを特徴とするものである。
【0015】
本発明によれば、履帯ブッシュに適用する鋼材としてはより安価に済むことになり、また、外周面および端面部を先行、もしくは同時に冷却する方法であることから、外周面と端面部がつながって焼入れ硬化層が確実に形成される特徴を持ち、さらに、肉厚中心部に未焼入れ軟質層を持ち、内周面に焼入れ硬化層が形成されることから、内周面においては確実な圧縮残留応力をもつ高強度なマルテンサイト組織が形成され、高強度な履帯ブッシュとなる特徴がある。
【0019】
なお、より大型、中小型を問わず、ブルドーザ用履帯ブッシュにおいては、その摩耗寿命を長くするために、外周面焼入れ硬化層をより深く形成させる必要性がある。そこで、第2発明による履帯ブッシュの製造方法は、
少なくとも炭素を0.35〜1.2重量%の範囲で含有し、その焼入性が、履帯ブッシュをA1もしくはA3温度以上に全体加熱した後、その内周面と外周面から同時に水冷却することによって、その肉厚全体がHRC45以上に焼入れ硬化されるように合金元素が調整されている炭素鋼および/または低合金鋼からなる履帯ブッシュ素材を用いるとともに、履帯ブッシュ素材の内周面からの高周波加熱が出来るとともに、履帯ブッシュの内周面冷却媒体と外周面冷却媒体が互いに干渉し合わないようにブッシュの両端面の内周面側部位で仕切り治具を押し当てながら、内周面冷却と外周面冷却を独自に実施できる焼入れ装置を用いて、
1個以上の円筒状履帯ブッシュ素材を円筒軸中心に回転させながらその内周面側から高周波誘導加熱によって、その履帯ブッシュ素材をA1もしくはA3変態温度以上の温度に加熱した後、高周波加熱を継続しながら外周面と端面からの冷却を先行実施し、その後、高周波加熱を止めて内周面からの冷却を施す一連の焼入れ作業によって、外周面焼入れ硬化層とそれにつながる両端面焼入れ硬化層および内周面焼入れ硬化層を形成し、それらの硬化層の中間にフェライト、パーライトおよびベイナイトのうちの1種以上またはそれらの組織中に粒状セメンタイトが分散されてなる組織からなる軟質な未焼入れ層を形成するとともにその軟質な未焼入れ層が前記仕切り治具が押し当てられる両端面の内周面側部位につながるようにしたことを特徴とするものである。
【0020】
さらに、第3発明による履帯ブッシュの製造方法は、
少なくとも炭素を0.35〜1.2重量%の範囲で含有し、その焼入性が、履帯ブッシュをA1もしくはA3温度以上に全体加熱した後、その内周面と外周面から同時に水冷却することによって、その肉厚全体がHRC45以上に焼入れ硬化されるように合金元素が調整されている炭素鋼および/または低合金鋼からなる履帯ブッシュ素材を用いるとともに、その内周面からの高周波加熱が出来るとともに、履帯ブッシュの内周面冷却媒体と外周面冷却媒体が互いに干渉し合わないようにブッシュの両端面の外周面側部位で仕切り治具を押し当てながら、内周面冷却と外周面冷却を独自に実施できる焼入れ装置を用いて、
1個以上の円筒状履帯ブッシュ素材を円筒軸中心に回転させながらその内周面側から高周波誘導加熱によって、少なくともその履帯ブッシュ素材をA1もしくはA3変態温度以上の温度に加熱した後、高周波加熱を継続しながら外周面からの冷却を先行実施し、その後、高周波加熱を止めて内周面と端面からの冷却を施す一連の焼入れ作業によって、内周面焼入れ硬化層とそれにつながる両端面焼入れ硬化層および外周面焼入れ硬化層を形成し、それらの硬化層の中間にフェライト、パーライトおよびベイナイトのうちの1種以上またはそれらの組織中に粒状セメンタイトが分散されてなる組織からなる軟質な未焼入れ層を形成するとともにその軟質な未焼入れ層が前記仕切り治具が押し当てられる両端面の外周面側部位につながるようにしたことを特徴とするものである。
【0021】
さらに、第4発明による履帯ブッシュの製造方法は、
少なくとも炭素を0.35〜1.2重量%の範囲で含有し、その焼入性が、履帯ブッシュをA1もしくはA3温度以上に全体加熱した後、その内周面と外周面から同時に水冷却することによって、その肉厚全体がHRC45以上に焼入れ硬化されるように合金元素が調整されている炭素鋼および/または低合金鋼からなる履帯ブッシュ素材を用いるとともに、その外周面からの高周波加熱が出来るとともに、履帯ブッシュの内周面冷却媒体と外周面冷却媒体が互いに干渉し合わないようにブッシュの両端面の内周面側部位で仕切り治具を押し当てながら、内周面冷却と外周面冷却を独自に実施できる焼入れ装置を用いて、
1個以上の円筒状履帯ブッシュ素材を円筒軸中心に回転させながらその外周面側から高周波誘導加熱によって、その履帯ブッシュ素材をA1もしくはA3変態温度以上の温度に加熱した後、高周波加熱を継続しながら内周面からの冷却を先行実施し、その後、外周面の加熱を止めて外周面と端面からの冷却を施す一連の焼入れ作業によって、外周面焼入れ硬化層とそれにつながる両端面焼入れ硬化層および内周面焼入れ硬化層を形成し、それらの硬化層の中間にフェライト、パーライトおよびベイナイトのうちの1種以上またはそれらの組織中に粒状セメンタイトが分散されてなる組織からなる軟質な未焼入れ層を形成するとともにその軟質な未焼入れ層が前記仕切り治具が押し当てられる両端面の内周面側部位につながるようにしたことを特徴とするものである。
【0022】
さらに、第5発明による履帯ブッシュの製造方法は、
少なくとも炭素を0.35〜1.2重量%の範囲で含有し、その焼入性が、履帯ブッシュをA1もしくはA3温度以上に全体加熱した後、その内周面と外周面から同時に水冷却することによって、その肉厚全体がHRC45以上に焼入れ硬化されるように合金元素が調整されている炭素鋼および/または低合金鋼からなる履帯ブッシュ素材を用いるとともに、その外周面からの高周波加熱が出来るとともに、履帯ブッシュの内周面冷却媒体と外周面冷却媒体が互いに干渉し合わないようにブッシュの両端面の外周面側部位で仕切り治具を押し当てながら、内周面冷却と外周面冷却を独自に実施できる焼入れ装置を用いて、
1個以上の円筒状履帯ブッシュ素材を円筒軸中心に回転させながらその外周面側から高周波誘導加熱によって、その履帯ブッシュ素材をA1もしくはA3変態温度以上の温度に加熱した後、高周波加熱を継続しながら内周面と端面からの冷却を先行実施し、その後、外周面の加熱を止めて外周面からの冷却を施す一連の焼入れ作業によって、内周面焼入れ硬化層とそれにつながる両端面焼入れ硬化層および外周面焼入れ硬化層を形成し、それらの硬化層の中間にフェライト、パーライトおよびベイナイトのうちの1種以上またはそれらの組織中に粒状セメンタイトが分散されてなる組織からなる軟質な未焼入れ層を形成するとともにその軟質な未焼入れ層が前記仕切り治具が押し当てられる両端面の外周面側部位につながるようにしたことを特徴とするものである。
【0023】
また、第6発明による履帯ブッシュの製造方法は、
前記履帯ブッシュの製造方法において、少なくとも、小径長尺な履帯ブッシュ内周面が、その履帯ブッシュの内径よりも小さな外径を有する導入管を内周面側に配し、この導入管にて流入される冷却媒体を前記仕切り治具の壁面によって方向転換し、その導入管外周面と履帯ブッシュ内周面とに挟まれる空間に履帯ブッシュ軸心方向にほぼ平行に流すことによって行う層流冷却方法であることを特徴とするものであり、冷却媒体としては水、水溶性焼入れ液等が好ましい。
【0025】
また、前記一連の焼入れ作業において、内周面または外周面からの高周波加熱により外周面または内周面の焼き入れ硬化層の焼戻しがなされるのが好ましい(第7発明)。
【0034】
前記第7発明において、前記肉厚中心部からの熱拡散または外周面または内周面の焼き入れ硬化層の焼戻しによって、その焼入れ硬化層の表面硬さがHRC50〜65に調整され、かつ、内周面焼入れ硬化層表面がHRC35〜45の高靭性の焼戻しマルテンサイト組織もしくはその組織中に粒状セメンタイトが分散するようにするのが良い(第8発明)。
【0035】
前記第8発明において、前記外周面からの高周波加熱中に内周面を冷却することによって、外周面焼入れ硬化層深さを肉厚さの30〜80%まで深くして履帯ブッシュの摩耗寿命を改善するのが好ましい(第9発明)。
【0036】
前記各発明において、150℃以上の焼戻し処理が施され、外周面焼入れ硬化層表面の硬さがHRC50〜65で、かつ、両端面部の焼入れ硬化深さが0.5mm以上にするのが好ましい(第10発明)。
【0037】
前記各発明において、履帯ブッシュの内周面および外周面に燐酸塩皮膜による化成処理を施すのが好ましい(第11発明)。
【0105】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による履帯ブッシュとその製造方法の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【0106】
図1は、外径60mm、内径40mm、肉厚10mmの履帯ブッシュを、850℃に加熱し、内周面と外周面から同時に強水冷したときの外周表面(A位置)、外周表面から2mm深さ位置(B位置)および肉厚中心(C位置)における温度と冷却時間との関係を示したものである。
また、同図中の太い破線でS45C相当材の連続冷却変態図におけるパーライト析出開始線(Cカーブ)の範囲をα、βの各Cカーブで示したものであるが、それらのカーブは、肉厚10.4mmの履帯ブッシュを850℃から内外周面同時焼入れた場合の外周面焼入れ硬化層深さに基づいて推定したものであり、αCカーブは焼入性の低い鋼(DI=0.515in、0.47C−0.34Mn)の外周面焼入れ硬化層深さが約2.2mmで、肉厚中心硬さがHv=310であったことに基づいて、ほぼB位置での冷却線と交わるように記載され、さらに、βCカーブは、DI=0.72in、0.53C−0.48Mn炭素鋼を用いた場合のもので、その外周面硬化層硬さがHv=760であるが、肉厚中心硬さがHv=510とスルーハード化されていることから、ほぼC位置での冷却線と交わるように記載されるが、肉厚内部に未焼入れ層の形成がわずかなDI値の差で決まることがわかる。
【0107】
図2は、0.4〜0.6重量%炭素を含有した各種炭素鋼のDI値とスルーハード化する履帯ブッシュ肉厚の関係を実験的に求めたものであり、その関係は、ほぼDI(inch)≦1.75×肉厚(inch)(図2中の直線関係)で与えられることがわかった。またさらに、入手性の良いS45C相当材のDI値バラツキ範囲を図2中の破線で示したが、例えばPC60(肉厚8.25mm)で0.56inch、PC200(10.4mm)で0.71inch以下の焼入性を持つように鋼材成分範囲が厳重に狭く管理することが必要とされ、その鋼材の入手性がきわめて難しく、単純な内外周面同時焼入れ方法によって、中小型履帯ブッシュの肉厚内部に軟質な未焼入れ層を形成させる製造方法が極めて難しいことがわかる。
【0108】
また、図2の破線で示した鋼を使って必ずスルーハード化しない肉厚17mm以上の大型履帯ブッシュを製造する場合には、平均的なDI値(0.96inch)が低いために、外周面焼入れ硬化層深さが3.4mm程度に浅くなり(肉厚の約20%)、その履帯ブッシュの摩耗寿命が十分に改善できない問題が起こることは明らかである。
【0109】
前記の観点から、本発明では各種の熱処理方法を駆使して、履帯ブッシュ肉厚内部の冷却速度を遅らせることによって、より高いDI値の鋼材を使った履帯ブッシュ肉厚内部においてもパーライト変態を促進させようとするものである。
【0110】
図3は、図1と同じ履帯ブッシュを850℃からの2秒間の内外周面同時冷却後に2秒冷却を中止し、さらにその後内外周面を同時に再冷却した場合の前記A,B,C位置での冷却線を示したものであり、A,B位置での温度は内外周面同時冷却を一時停止する間(2秒)に復温し、中心部のC位置では、550〜500℃で2秒間恒温処理されるような冷却挙動を取ることがわかる。
【0111】
なお、前記CCT線図の最短時間でパーライト変態を起こす温度(ノーズ)が550℃近傍であり、DI値の増大に伴ってその鋼のノーズ位置がより長時間側に移動することはよく知られており、例えば図2の直線関係と各種肉厚の肉厚中心部温度が550℃になるための冷却時間の関係を求め、前記の2秒間の遅れがDI=0.7inchでスルーハード化するものをDI=1.05までスルーハード化しないようにすることができること示していることがわかる。
【0112】
また、図3に示した肉厚中心部の冷却曲線が恒温状態に近い状態にある場合にはCCT線図での検討よりTTT線図(恒温変態線図)で議論するほうが適正と考えられるので、図3中に0.5重量%C−0.91重量%Mn炭素鋼のTTT線図(太破線;50%パーライト変態線、太実線;100%パーライト変態線)とマルテンサイト開始温度(Ms)を示したが、通常、パーライト変態のための駆動力が大きい状態で起こるTTT線図はCCT線図よりより短時間側にあることから、肉厚中心部でのパーライト変態が起こりやすくなることは明らかである。
【0113】
さらに、前記各冷却線との関係から、外周表面層近傍では、一旦マルテンサイト化した後に内周部からの熱拡散による焼戻しが起こり、B位置では、復温されるがその期間中に軟質組織形成されることはなく、再冷却によって硬化するが、肉厚中心のC位置ではパーライト変態が進行し軟質な組織が形成されることがわかる。
【0114】
図4は前記冷却停止時間を4秒としたときの肉厚中心部(C位置)での冷却曲線を比べたものであり、前記冷却途中の停止時間をかなり長くできることは、かなり広範囲な焼入性の炭素鋼を使った履帯ブッシュの肉厚内部に軟質な未焼入れ層を形成させることができることは明らかである。
【0115】
なお、前記の方法は履帯ブッシュ肉厚内部の冷却速度を遅らせるための極めて有効な方法であることがわかるが、例えば、内外周面同時冷却を内外同時に停止するだけでなく、例えば、内周面冷却だけを一時停止するかもしくは再冷却しないで完全に停止することなどによっても、その肉厚内部の冷却速度を遅らせることができることは明らかである。
【0116】
図5(a),(b)は、前記内外周面同時冷却開始後に冷却を一時停止させる等の考え方に従った本実施形態の履帯ブッシュの部分断面図を示したものであり、いずれの履帯ブッシュも全周面が焼入れ硬化されたマルテンサイト組織からなり、その肉厚内部にパーライト組織を含んだ未焼入れ硬化層が形成されているが、さらに図5(b)は、前記方法において内外周面同時冷却後、内周面冷却のみを止めて内部面側のマルテンサイトを内部からの熱拡散によってHRC45未満の焼戻しマルテンサイト組織としたものである。
【0117】
またさらに、履帯ブッシュの肉厚内部の冷却速度を遅らせる方法としては、全体加熱した後に外周面もしくは内周面の一方を所定時間先行冷却し、肉厚中心部を遅く冷却することによってパーライト変態を起こさせ、所定時間後に内外周面を両方冷却する方法が有効であることは明らかである。
【0118】
図6は、前記と同じ肉厚の履帯ブッシュを850℃に加熱した後、内周面から4秒間先行冷却し、その後外周面を冷却した場合の各工程における肉厚断面における各温度分布を示したものであり、同図中の内外周面同時冷却時の温度分布と比較して、肉厚中心部の冷却速度が明らかに遅らされており、図1に併記したCカーブを参照することによって、履帯ブッシュ肉厚内部に軟質な未焼入れ層を形成させる有効な手段であることは明らかである。
【0119】
また、図6の場合とは逆に、外周面先行冷却後に内周面を冷却する方法であっても、ほぼ図6と同程度の肉厚中心部の冷却速度を有効に遅らせることができることは明らかである。
【0120】
より具体的には、肉厚10.4mmのPC200の履帯ブッシュにおいては内外周面同時冷却によってスルーハード化する鋼のDI値が0.72inchであることを上述したが、内周面のみの冷却によってスルーハード化するDI値が約2倍の1.45inchとなることから、この外周面もしくは内周面の一方を所定時間先行冷却する方法に従うと焼入性幅の広い鋼を使っても容易に肉厚内部にパーライト変態層を形成させることができることがわかる。
【0121】
図7(a),(b)および(c)は、前記外周面もしくは内周面の一方を先行冷却し、所定時間後に全周を冷却する考え方に従った本実施形態の履帯ブッシュの部分断面図を示したものであり、図7(a)は内周面と外周面の冷却媒体を仕切る治具を端面部内周面側に押し当て、外周面と端面部が同時に外周面冷却媒体で冷却されるようにしたもので、外周面と端面部を先行冷却するかもしくは内周面を先行冷却し、所定時間後に全周面が冷却されるようにして肉厚内部のパーライト組織を含んでなる軟質層が端面部内周面につながるように製造されるものであり、さらに、図7(b)はその熱処理中の内周面冷却を制御して、内周面に形成された焼入れ硬化層を肉厚中心部の熱拡散によってHRC45未満の硬さに焼戻したものである。また、図7(c)は内周面と外周面の冷却媒体を仕切る治具を端面部外周面側に押し当て、内周面と端面部が同時に外周面冷却媒体で冷却されるようにし、外周面と端面部を先行冷却するかもしくは内周面を先行冷却し、所定時間後に全周面が冷却されるようにして肉厚内部のパーライト組織を含んでなる軟質層が端面部外周面につながるように製造されるものである。
【0122】
さらにまた、履帯ブッシュを全体加熱した後に、内周面もしくは外周面の一方から先行冷却する際に、その冷却面の反対面から誘導加熱を施すことによって肉厚に極めて大きな温度勾配を形成させ、かつ、肉厚芯部の冷却速度を最も遅らせることができることは明らかであり、肉厚内部にパーライト変態層が形成される所定時間後に誘導加熱を止めて、その加熱面を冷却するこの方法は、誘導加熱による誘導加熱深さや投入電力および先行冷却時間を適正に選定することによって、前記使用する鋼の焼入性に関する制限を大幅に緩和するとともに肉厚内部におけるパーライト変態層形成位置とその幅を任意に調整できる特徴を有することがわかる。
【0123】
図8は前記の関係を図示したものであり、履帯ブッシュを全体加熱した後に内周面を先行冷却する状態においては図中の線で示すような温度勾配を形成するが、その先行冷却中に外周面からの誘導加熱を施した場合には、図中の矢印で示すような更なる急激な温度勾配が形成され、550℃近傍にある肉厚内部位置で前述のTTT変態図やCCT変態図に記載されるパーライト変態が優先しておこること、さらに、肉厚中心部近傍まで焼入れ可能な温度以上に外周面から加熱し、その誘導加熱を止めて外周面冷却を実施することによって、深い外周面焼入れ硬化層形成することができることは明らかであり、摩耗寿命の改善に適した履帯ブッシュを製造するのに好ましい方法であることがわかる。
【0124】
さらにまた、前記内周面の先行冷却を外周面からの誘導加熱中もしくは誘導加熱を止めて外周面冷却中に一時停止するかもしくはそのまま完全停止することによって外周面側からの熱拡散や外周面からの誘導加熱による熱拡散で内周面のマルテンサイト組織が焼戻されることは明らかである。
【0125】
前記外周面からの誘導加熱方法とは逆の内周面からの誘導加熱方法をとる場合においても、外周面先行冷却中の内周面誘導加熱が内周面側により集中されるようにすることで、外周面硬化層深さをより深くし、内周面焼入れ硬化層を浅くすることができることも明らかである。
【0126】
図9(a),(b)は、上述の外周面もしくは内周面からの誘導加熱を施しながらその反対面から先行冷却する考え方にしたがった本実施形態の履帯ブッシュの部分断面図を示したものであり、履帯ブッシュの摩耗寿命を改善するために、外周面側焼入れ硬化層をより深くするとともに、図9(b)では、内周面焼入れ硬化層を高靭性な焼戻しマルテンサイト組織としたものである。また、肉厚内部のパーライト組織を含む軟質層は、前記の図7に示すように、内周面と外周面の冷却媒体を仕切る治具を押し当てる位置と内周面と外周面のどちらを誘導加熱するのかによって外周面,内周面もしくは端面部につながるように調整されることは明らかである。
【0127】
図10は、外径70mm、内径45.2mm、肉厚さ12.4mmの履帯ブッシュを、3kHz、200kWの電源を用いて、多段階に電力調整しながら960℃に全体加熱したときの外周面、肉厚中心部および内周面での誘導加熱状況を示している。
【0128】
この図10から明らかなように、内周面温度は加熱開始から約12秒でほぼA1温度(720℃)に達するが、その時の肉厚中心部ではほぼ外周面温度とほぼ同じ930〜940℃に加熱されており、この状態で焼入れた履帯ブッシュは外周面硬化層として肉厚さの1/2以上が得られることは明らかである。また、内周面昇温曲線を参考にすれば、内周面硬さが軟化し過ぎないタイミングでの内周面冷却が可能であり、さらに、あらかじめ内周面を焼入れ硬化ものや、あるいは油焼入れなどによって肉厚全体を硬化させた履帯ブッシュを素材として外周面からの高周波加熱を実施することによって、内周面に焼戻しされた硬化層を残しながら肉厚中心部に軟質層を形成し、かつ、端面硬化層が肉厚さを1/2以上に形成し、且つ肉厚さ中心部の軟化層が端面部近傍の内周面側に繋げることができるのは明らかである。この製造方法は、内径面が小径で、内周面を高周波焼入れしにくい小径な履帯ブッシュの製造方法として極めて有効であり、内周面が高温短時間の焼戻し処理をかね、別工程での焼戻し処理を必要としない低コストな製造方法である。
【0129】
図11(a)〜(c)は、上述の考えに従った本実施形態の履帯ブッシュの部分断面図を示すものであり、図12はそのときの履帯ブッシュ肉厚断面における硬さ分布を示したものである。ここで、図11(a)(b)は、履帯ブッシュ素材を一旦焼入れし、その肉厚全体を焼入れ硬化させた後(図12(a)中(a)、(b)線)に、外周面から高周波焼入れすることによって、肉厚芯部にHRC45未満の軟質な焼戻しマルテンサイト組織の軟質層1(図12(b)中の(a)線)、または、その軟質層1と外周面焼入れ硬化層2との境近傍にパーライトを含む軟質層3(図12(b)中の(b)線)が形成され、それらの軟質層1,3が端面部焼入れ硬化層4を避けて、端面部近傍の内周面に繋がって形成されるオイル封入式履帯ブッシュ5の部分断面図である。また、図11(c)、(b)は履帯ブッシュ素材の少なくとも内周面を焼入れし、パーライト組織を含んだその肉厚芯部に向かって内周面に焼入れ硬化層を形成した(図12(a)中(b)、(c)線)後、前記と同様に外周面からの高周波焼入れを施したオイル封入式履帯ブッシュ5の部分断面図である(図12(b)中の(b)、(c)線)。なお、図11中、符号6は内周面部の焼戻しマルテンサイト硬化層、符号7はHRC45未満のフェライト+パーライト未焼入れ硬化層である。
【0130】
前記肉厚全体を焼入れ硬化するための鋼材はより焼入れ性の高い高価なものを使用することになるのに対して、少なくとも内周面が焼入れ硬化される鋼材は焼入れ性を低く抑えることができるので、より安価な鋼材(例えば0.3〜1.5重量%C、〜1.5重量%Mn、〜0.5重量%Cr、Bの2種以上の合金元素を含有する中、高炭素鋼)が利用できる特徴がある。
【0131】
また、本実施形態では外周面から高周波加熱中に内周面の焼入れ硬化層が、外周面からの熱拡散によって焼戻されるため、履帯ブッシュの靭性回復のために従来から実施されている焼戻し工程を廃止することができ、さらに、その結果としてより耐摩耗を必要とする外周面と端面部の焼入れ硬化層をより高硬度な状態で使用できることは極めて有効である。
【0132】
さらに、通常、履帯ブッシュは外周面からの摩耗深さが肉厚の1/2に至る時点で履帯ブッシュ寿命として交換することが実施されているために、履帯ブッシュの外周面硬化層を肉厚の40〜70%まで深くすることが摩耗寿命を延ばす方策としてより有効であり、本実施形態では、外周面からの高周波加熱を施し始める際から、または、途中から内周面を各種の方法で冷却することによって、内周面の焼入れ硬化層が軟質に焼戻しされ過ぎないようにしながら外周面からの深い高周波焼入れができるようにした。
【0133】
外周面からの高周波加熱方法としては、図13(a)に示されるように端面部、外周面が効率的に加熱されるような鞍型コイル8を用いて高周波焼入れする方法も有効であるが、図13(c)に示されるように端面部が効率的に加熱されるようにした渦巻きコイル状の誘電子9を用いる方法が加熱大電力の投入の観点から有効である。ここで、図13(b)は図13(a)のA矢視図である。
【0134】
使用する高周波加熱用の周波数は履帯ブッシュの肉厚によって最適化されるものであるが、設備の共有性を考慮した場合には、1〜20kHz程度の高周波電源を用いることが好ましく、履帯ブッシュ5を回転させながら、外周面からの高周波加熱が均質化されるように実施し、所定時間後に外周からの高周波加熱を止めて、外周面から水スプレーなどによって冷却して焼入れる操業を行うのが良い。更に内周面焼入れ硬化層の硬さをHRC45以上に確保しながら、より深い外周面硬化層を得る場合には、前述したように内周面からの冷却を実施することが必要であり、内周面温度が500℃以上に過熱されないように制御することが必要である。
【0135】
また、この場合においては、内周面温度を内周面冷却によって適切にコントロールすることによって、外周面側からの高周波加熱による内周面焼入れ硬化層の硬さが調整できることが大きな製造方法の特徴となり、例えば、内周面焼入れ硬化層をHRC45未満に制御することによって内周面焼入れ硬化層をセメンタイト粒が分散したマルテンサイト組織に改質することができ、より衝撃的荷重に耐える、高靭性の、オイル封入式履帯ブッシュを製造することができる。
【0136】
図14(a)、(b)、(c)、(d)は前述の内周面冷却方法を示したものである。図14(a)は、履帯ブッシュ5両端面部に、内周冷却媒体が外周面側に漏れないようにする仕切り治具10,11を配し、さらに、水、水溶性焼入れ液等の冷却媒体導入管12を履帯ブッシュ5内周面に配して、この冷却媒体導入管12内を流れる冷却媒体の方向を変えて、その冷却媒体導入管12外周面と履帯ブッシュ5内周面で構成される隙間に、履帯ブッシュ5軸方向に冷却媒体を流す層流冷却方法で内周面の冷却を制御する方法を示すものである。この層流冷却方法は1秒以内での冷媒の流れをON−OFFできるために、より正確な内周面冷却が可能であるので好ましい方法である。
【0137】
また、図14(b)は、冷却媒体導入管12として、ノズルタイプのものを使用する例であり、水以外にも空気、噴霧などの冷却媒体を使用するのに好ましいものである。図14(c)は、履帯ブッシュ5端面近傍を避けた内周面を熱伝導性の良い金属材料性の内径コレットチャック13によって保持し、外周面からの高周波加熱による内周面の温度上昇を抑制する方法である。なお、この内径コレットチャック13から空気を吹き付けることや水などを沁みださせる等によってその内径コレットチャック13に冷却機能を持たせるのが好ましい。
【0138】
また、この図14中に示した仕切り治具10,11のように、仕切り治具を履帯ブッシュ端面近傍内周面を覆うような形状とすることによって、前述の内周面冷却による履帯ブッシュ端面部の内周面側からの冷却が遅れ、端面部のより安定した焼入れ硬化層が得られるので、図14(a)、(b)、(c)のいずれの方法においても、この仕切り治具を適用することが好ましい。なお、図14(d)は内周面に冷しがね(または水冷された冷しがね)14を配したものであって、最も内周面冷却効果の少ない方法である。
【0139】
図15(a)、(b)、(c)は、前述のコレットチャック方式の他の例を示したものである。(b)は履帯ブッシュ端面部近傍の内周面部を断熱するように内径コレットチャック13に断熱材15を配したものである。こうすることで、端面部の焼入れ硬化層がより短時間の外周面からの加熱によって形成され易くなり、熱処理サイクルを短縮させるのに好ましい方法である。また、(c)はコレットチャック13中心部に空気、噴霧等冷却媒体が噴出せる冷却ノズル16を設けたものである。
【0140】
図16(a)、(b)は、外周面からの移動式高周波焼入れ法による履帯ブッシュの外周面焼入れ硬化層および端面部焼入れ硬化層を形成させる製造方法を示したものである。図16(a)は前述の履帯ブッシュ5を連続的に矢印B方向に押し込みながら高周波加熱コイル9で加熱して、外周面冷却ノズル17から水もしくは水溶性焼入れ液、噴霧等の冷却媒体を吹き付けて焼入れ硬化する方法を示したものである。この際には、端面部近傍での履帯ブッシュ送りの速度V1を中央付近での送り速度V2より遅くすることによって、端面部近傍が十分に加熱され、それに続く冷却によって端面部での焼入れ硬化層が幅広く形成される。また、内周面硬さをHRC45以上に確保しながら、深い外周面焼入れ硬化層を形成するには、図16(b)に示されるように履帯ブッシュ5内周面を内周面冷却ノズル17Aにて前述とほぼ同じ原理で、水、水溶性焼入れ液、空気、噴霧の吹き付け等で適切に冷却しながら、外周面からの深い高周波加熱とそれに続く冷却を実施すると良い。なお、図16において、符号18にて示されるのは、隣接する履帯ブッシュ5,5間の隙間に介挿される隙間治具である。
【0141】
なお、設備上の便利さからすれば、必ずしも履帯ブッシュ5を移動させることは無く、高周波加熱コイル9と冷却ノズル17,17Aを移動させても良い。また、履帯ブッシュ5を必ずしも連続的に送る必要もない。さらに、図16に示されるような横型でなく、縦型で移動焼入れすることも可能であり、例えば、図17に示されるように、図14,15に示されるような各種内周面冷却方法を併用しながら外周面からの高周波焼入れを実施することもできる。
【0142】
本実施形態において、肉厚全体を焼入れ硬化した履帯ブッシュを外周面から急速加熱しすぎた場合には、いわゆる重ね焼入れによる焼割れが発生する危険があるので、外周面からの高周波加熱初期の昇温速度をやや遅くすることが好ましく、このような加熱速度調整ができる全体高周波加熱方法が移動式高周波加熱法より好ましい。さらに、前述の内周面焼入れ硬化した履帯ブッシュでは外周面からの急速加熱によっても焼割れを発生する危険性が無いので、より好ましい。
【0143】
さらに、外周面からの全体高周波加熱による履帯ブッシュの昇温曲線(図10)を参考にすると、内周面温度が焼入れ硬化処理が可能になる800℃以上に加熱される状態で、外周面からの高周波加熱を止めるか、または、その加熱を継続しながら、内周面のみを強烈に先行冷却し、先行冷却中に一旦焼入れマルテンサイト層を形成した後に(所定時間後に)内周面冷却を止め、外周面からの熱拡散による内周面焼入れ硬化層をHRC45未満になるように焼戻しながら、外周面からの高周波加熱を止めて外周面からの冷却を実施する方法が強靭な履帯ブッシュの製造方法として適していることが分かる。
【0144】
図18(a)、(b)、(c)は、この製造方法によって製造される履帯ブッシュの部分断面図を示したものである。この方法によれば、前述の履帯ブッシュ肉厚全体を焼入れ硬化したり、履帯ブッシュの内周面を焼入れ硬化させておく熱処理を必要としないことから極めて安価な製造方法となることは明らかである。さらに、HRC45未満のセメンタイト粒が分散した焼戻しマルテンサイト組織層19は、Uノッチシャルピー衝撃値が確実に5kg−m/cm2以上になるように設定されているが、その焼戻し温度400℃以上の温度で短時間焼き戻されている状態が好ましい。なお、図18(a)(b)において、符号20にて示されるのは、冷却途中で析出するフェライト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの1種以上が焼戻された組織層である。
【0145】
本発明者らは、ほぼ同じ手法で、内周面をHRC45以上の硬さの焼入れマルテンサイト組織の硬化層とする技術を先願として提案したが、この先願においては、より硬質な焼入れマルテンサイト組織を得るために、内周面先行冷却をし続けるために、仕切り治具との履帯ブッシュの接触部が変態途中に変形し、この部位からの内周面冷却媒体が漏れやすくなり、その端面部での焼きむらが発生しやすい問題があった。これに対して、本実施形態では、仕切り治具が接触する履帯ブッシュ両端面部近傍の面取り形状を外周面の面取り形状より大きくすること、および/または、より高靭性のHRC45未満の焼戻しマルテンサイトを形成させるために内周面先行冷却を途中で一旦止めることによって、仕切り治具からの冷却媒体の漏れによる焼きむらに対する防止を図ったものであり、一連の焼入れ操作で内、外周面の熱処理が完了する経済効果は大きい。さらに、その履帯ブッシュ肉厚中心部では再加熱再焼入れによる顕著な結晶粒の微細化(ASTM粒度番号で9〜13番)が図られ、履帯ブッシュの強度向上に寄与することは明らかである(図18参照)。
【0146】
なお、外周面の焼入れ硬化層と繋がって端面部が焼入れ硬化される外周面高周波焼入れ方法については前述の通りである。本実施形態では、この外周面高周波焼入れ方法を適用し、その焼入れ硬化層2,4を除く部位がHRC45未満の高靭性の軟質層21からなるオイル封入式履帯ブッシュを得たものである。図19(a)〜(e)には、このオイル封入式履帯ブッシュの組織構成図が示されている。なお、HRC45未満の軟質層21を形成する方法としては、外周面高周波焼入れ前に、素材調質(焼入れ焼戻し)等によって硬さ、組織を調整しておく方法もあるが、前述の製造方法によって調整するのがコスト的より好ましい方法である。
【0147】
さらに、履帯ブッシュ内周面に嵌る履帯ピンとの摺動によって焼付き現象が発生したり、耐摩耗性を必要とする場合や砂地などを長距離、高速走行するために、より確実な履帯ブッシュの疲労強度を高める必要がある場合には、図19に示した履帯ブッシュの内周面に図20(a)〜(e)に示されるように、肉厚の5〜15%に相当する薄い高周波焼入れ硬化層22を形成し、内周面に30kg/mm2以上の圧縮残留応力を形成することが好ましい。
【0148】
また、内周面の高周波加熱による熱拡散によって外周面硬化層の硬さが減少し、焼入れ硬化深さが浅くなることは避けねばならないので、好ましくは20kHz以上の高周波電源を使うとともに、外周面を冷却しながら内周面高周波焼入れを実施することが好ましい。
【0149】
図21(a)〜(e)には、油圧ショベルなどに使用されているオイル封入性を必要としない乾式履帯の履帯ブッシュが示されている。図示のように、この乾式履帯ブッシュにおいては、外周面硬化層23と内周面硬化層24との間に形成された肉厚中心部の軟質層25が両端面に繋がっている。なお、図21において、記号Pは外周面圧入開始点を示し、記号Qは内周面面取り開始点を示している。
【0150】
ところで、前記履帯ブッシュの製造方法としては各種の方法が提案されているが、図22に示されているように、本発明者らが先願(特開2001−240914号公報)において提案した層流焼入れ方法により、複数個の履帯ブッシュ5の内外周面に同時に硬化層を形成させ、両硬化層間に軟質層を設けた履帯ブッシュを製造する方法を用いることができる。なお、図22において、1個以上の履帯ブッシュ端面部に未焼入れ層を形成させる場合においては、全体加熱する際に、端面部の加熱が遅れるように高周波加熱コイル(渦巻きコイル)9の間隔を調整するのが好ましい。
【0151】
図23(a)〜(f)には、履帯ブッシュ端面を別途硬化させることによる、生産性の良い端面を硬化したオイル封入式履帯ブッシュの製造方法が示されている。
【0152】
図23(a)〜(f)において、端面部に符号26にて示される部位は追加的に高周波焼入れした硬化層である。通常、この硬化層26はオイルシールが摺動し、外系からの土砂進入を防止する機能をも果たすために、より高い硬度が要求され、少なくとも0.5mm以上の硬化深さが要求されているが、より長時間の使用を考慮した場合には、1mm以上の硬化深さが必要である。とりわけ、図23(a)、(b)、(c)に示される履帯ブッシュにおいては、端面硬化層26と外周面硬化層23、内周面硬化層24が重なって焼入れされるために、その重なり部分には軟質な粒状セメンタイトが分散した焼戻しマルテンサイト層27が形成され、焼入れ硬化層26との境部においてはHRC40未満の一部フェライト、パーライト組織が形成される。このHRC40未満の軟質部位が、履帯ブッシュが履帯リンクに圧入される時の外周部の圧入開始点Pに存在する場合には、かじりによる圧入不具合を発生するために、圧入開始点Pの硬さをHRC40以上、好ましくはHRC45以上にするように、端面部焼入れ硬化深さをより浅くするか、または図23(b)、(c)、(e)に示されるように圧入開始点Pよりもより深く焼入れることが好ましい。なお、前記端面部焼入れ層26を浅くしたり、またその熱影響部を浅くする場合には、高周波加熱電源は40kHz以上に高くしたり、加熱焼入れ部以外を冷却しながら高周波焼入れすることが好ましい。
【0153】
また、端面部の高周波焼入れによる焼割れが起こりやすい低合金鋼(SMn、SCr、SCrB、SCM、SNCM系鋼材)や、より高炭素の鋼(0.55重量%以上)からなる履帯ブッシュでは、この端面部の焼割れを防止するために、端面部から高周波加熱する場合には、端面部高周波加熱初期における急速加熱を避け、十分な高周波により余熱を実施しながら、本加熱で急速加熱焼入れを実施することや、端面部の内周面、外周面が焼入れ硬化されていない履帯ブッシュを図23(d)、(e)、(f)のように端面焼き入硬化させることが好ましい。
【0154】
図24(a)(b)(c)は、三段に積み重ねて、全体高周波加熱後に内周面先行冷却、外周面冷却によって製造した履帯ブッシュ(S45C炭素鋼)の両端面部を150kW、40kHz、3,4,5秒の各条件で高周波焼入れしたもののマクロ組織を示したものである。また、図25は、図24に示される矢印R方向および位置での外周面の硬度測定結果を示したものである。端面硬化層のシール面硬さはHRC60(ビッカース硬さHv=700)と、浸炭焼入れ履帯ブッシュと同程度の硬さが得られていることがわかる。
【0155】
また、図25の硬さ分布図から明らかなように、焼入れ硬化層から履帯ブッシュ中央方向に高周波加熱による軟化層が広がっている。この熱影響部を幅狭くするためには、例えば焼入れ硬化層以外の熱影響部を冷却することが好ましく、例えば履帯ブッシュを端面部を残して水浸する焼入れ方法や、水中で端面部を高周波焼入れする方法等を用いることが好ましい。
【0156】
なお、これらの履帯ブッシュは図24に示されるように端面部近傍の内周面、外周面に軟化層が繋がるために、この繋ぎ部位に引張残留応力が発生しやすいことが危惧されたので、図24(c)に示される5秒の高周波焼入れ品の圧入開始点から履帯ブッシュの中央側へ1mm,3mm入った位置での残留応力をX線法によって調査した。この結果、1mm位置では軸方向応力=−53kgf/mm2、円周方向応力=39kgf/mm2の残留応力が観察され、最も危惧される焼入れ硬化層に沿った円周状の割れの危険性がないことが明らかになった。さらに、焼入れ処理により残留応力が150℃以上の焼戻し処理を施すことによって減少することから、履帯ブッシュの端面高周波焼入れによる焼割れなどの危険が完全に回避されることが明らかである。
【0157】
また、履帯に係る偏荷重を受けて履帯ピンが撓む時には履帯ブッシュ端面部近傍に偏荷重が作用してもその軟質層に曲げ荷重がかかりやすいため、本実施形態では端面の内周側面取り終点が少なくとも外周面の圧入開始点よりも深い位置にくるようにして、曲げ応力を軽減できる形状とし、さらに、最終熱処理工程の焼戻し処理を廃止して使用する場合には、前記円周方向の残留応力を圧縮残留応力に変える目的から、その端面熱処理部近傍にショットピーニングなどの機械的加工処理を施すようにした。
【0158】
なお、履帯ブッシュの内周、外周、端面部の一箇所以上の焼入れ硬化層硬さが少なくともHRC50以上であることが好ましいことから、履帯ブッシュに供する鋼材の炭素量は0.30〜1.5重量%であることが好ましい。また、その焼入れ性(DI値)は特に特定するもので無いが、DI値=2.0以下の焼入れ性の低い炭素鋼、炭素ボロン鋼で多く対応できるため、大きな経済効果が期待できる。
【0159】
さらに、端面部の耐摩耗性をより強化するためには、前記端面部を追加高周波焼入れした焼入れ硬化層は150℃未満の焼戻しまたは未焼戻しの状態で使用することが好ましいので、この追加焼入れに供する履帯ブッシュにおいて焼戻し処理などを完了させておくことも好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、850℃に全体加熱した後、外周面と内周面を同時に急冷した時の履帯ブッシュの冷却状況と連続冷却変態線を示すグラフである。
【図2】図2は、履帯ブッシュが外周面と内周面を同時に急冷された時にスルーハード化するその肉厚とDI値の関係を実験的に求めたものである。
【図3】図3は、850℃に全体加熱した後、外周面と内周面を同時に2秒間急冷した後、2秒間その冷却を一時停止した後に再冷却した履帯ブッシュの冷却状況とS50C炭素鋼の恒温変態線を示すグラフである。
【図4】図4は、850℃に全体加熱した後、外周面と内周面を同時に2秒間急冷した後、4秒間その冷却を一時停止した後に再冷却した履帯ブッシュの冷却状況とS50C炭素鋼の恒温変態線を示すグラフである。
【図5】図5は、履帯ブッシュの外周面と内周面を同時冷却後に、その冷却を一時停止させることによって得られる履帯ブッシュの部分断面図であり、(b)は肉厚内部の熱拡散によって高靭性な焼戻しマルテンサイト組織層としたものである。
【図6】図6は、850℃に全体加熱した後、内周面のみを4秒間先行して急冷した後、外周面も冷却した履帯ブッシュの冷却状況を示すグラフである。
【図7】図7は、内周面もしくは外周面を先行冷却して行う熱処理によって得られる履帯ブッシュの部分断面図であり、(a)は冷却媒体の仕切り治具を端面内周部に押し当て、肉厚内部の軟質なパーライト組織層を端面内周面に繋げたものであり、(b)はその内周面を肉厚内部からの熱拡散によって焼戻しマルテンサイト組織層としたものである。また、(c)は冷却媒体の仕切り治具を端面外周部に押し当て、肉厚内部の軟質なパーライト組織層を端面外周面に繋げたものである。
【図8】図8は、履帯ブッシュ全体加熱後に、外周面からの高周波加熱実施しながら、内周面を先行冷却した時の肉厚内部における温度分布を示したものである。
【図9】図9は、外周面もしくは内周面を高周波加熱しながらその判定面を先行冷却して行う熱処理によって得られる履帯ブッシュの部分断面図であり、(b)は外周面からの高周波加熱熱の拡散によって内周面を高靭性な焼戻しマルテンサイト組織層としたものである。
【図10】図10は、外周面からの高周波加熱による履帯ブッシュの昇温状況を示すグラフである。
【図11】図11(a)(b)(c)は、オイル封入式履帯ブッシュの部分断面図であって、(a)(b)は肉厚全体を焼入れ硬化した後、外周面からの高周波焼入れを行ったもの、(b)(c)は内周面を焼入れ硬化した後、外周面からの高周波焼入れを行ったものである。
【図12】図12は、肉厚全体を焼入れ硬化および内周面部のみを焼入れ硬化した履帯ブッシュの硬さ分布(a)および、更に外周面からの高周波焼入れした履帯ブッシュの肉厚断面における硬さ分布(b)である。
【図13】図13(a)(b)(c)は、外周面からの全体高周波加熱方法説明図である。
【図14】図14(a)(b)(c)(d)は、各種内周面冷却方法説明図である。
【図15】図15(a)(b)(c)は、内径コレットチャックを示す図である。
【図16】図16(a)(b)は、外周面からの移動式高周波焼入れ方法説明図である。
【図17】図17は、内周面冷却にコレットチャック冷却を用いた外周面移動高周波焼入れ方法説明図である。
【図18】図18(a)(b)(c)は、内周面にHRC45未満で、高靭性の粒状セメンタイトが分散した焼戻しマルテンサイト組織層を形成した履帯ブッシュの部分断面図である。
【図19】図19(a)(b)(c)(d)(e)は、外周面硬化層と連続的に繋がる端面部硬化層を持ち、残部位がHRC45未満の軟質層からなる履帯ブッシュの部分断面図である。
【図20】図20(a)(b)(c)(d)(e)は、内周のHRC45未満の軟質層に焼入れ硬化層を設けた履帯ブッシュの部分断面図である。
【図21】図21(a)(b)(c)(d)(e)は、乾式履帯ブッシュの部分断面図である。
【図22】図22は、多段積み全体高周波加熱焼入れ方法説明図である。
【図23】図23(a)(b)(c)(d)(e)(f)は、端面を高周波焼入れした履帯ブッシュの部分断面図である。
【図24】図24(a)(b)(c)は、履帯ブッシュの端面焼入れ硬化のマクロ組織である。
【図25】図25は、端面焼入れ硬化した履帯ブッシュの外周面の硬度測定結果を示すグラフである。
【図26】図26は、履帯の分解斜視図である。
【図27】図27は、履帯ブッシュ端面のシール平坦部におけるシール当たり位置を説明する図である。
【符号の説明】
1 焼戻しマルテンサイト組織の軟質層
2 外周面焼入れ硬化層
2A 内周面焼入れ硬化層
2B、4 端面部焼入れ硬化層
2C 内周面部HRC45未満の焼戻しマルテンサイト層
3 パーライトを含む軟質層
5 履帯ブッシュ
6 焼戻しマルテンサイト硬化層
7 HRC45未満のフェライト+パーライト未焼入れ硬化層
8 鞍型コイル
9 渦巻きコイル状の誘電子(高周波加熱コイル)
10,11 仕切り治具
12 冷却媒体導入管
13 内径コレットチャック
14 冷しがね
15 断熱材
16,17,17A 冷却ノズル
18 隙間治具
19 粒状セメンタイトが分散した焼戻しマルテンサイト組織層
20 フェライト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイトの1種以上が焼戻された組織層
22 HRC45以上の焼入れ硬化層
26 端面部高周波焼入れ硬化層
27 端面焼入れによる焼戻し層
P 外周面圧入開始点
Q 内周面面取り開始点
Claims (11)
- 少なくとも炭素を0.35〜1.2重量%の範囲で含有し、その焼入性が、履帯ブッシュをA1もしくはA3温度以上に全体加熱した後、その内周面と外周面から同時に水冷却することによって、その肉厚全体がHRC45以上に焼入れ硬化されるように合金元素が調整されている炭素鋼および/または低合金鋼からなる履帯ブッシュ素材を用いるとともに、その全体をA1もしくはA3変態温度以上の温度に加熱した後、その履帯ブッシュの内周面冷却媒体と外周面冷却媒体が互いに干渉し合わないように履帯ブッシュの両端面部位で仕切り治具を押し当てながら、内周面冷却と外周面冷却を独自に実施できる焼入れ装置を用いて、
(1)内周面、外周面および端面からの冷却を同時に実施した後に、内周面からの冷却を停止する一連の焼入れ作業、もしくは
(2)内周面、外周面および端面からの冷却を同時に実施し、この同時冷却を途中で一時停止した後に、再冷却を実施する一連の焼入れ作業
によって、履帯ブッシュ肉厚中心部における冷却速度を内外周面における冷却速度よりも遅らせるようにし、これによって外周面焼入れ硬化層、両端面焼入れ硬化層および内周面焼入れ硬化層が連続的につながるようにし、その肉厚内部にフェライト、パーライトおよびベイナイトのうちの1種以上またはそれらの組織中に粒状セメンタイトが分散されてなる組織からなる軟質な未焼入れ層を形成するようにしたことを特徴とする履帯ブッシュの製造方法。 - 少なくとも炭素を0.35〜1.2重量%の範囲で含有し、その焼入性が、履帯ブッシュをA1もしくはA3温度以上に全体加熱した後、その内周面と外周面から同時に水冷却することによって、その肉厚全体がHRC45以上に焼入れ硬化されるように合金元素が調整されている炭素鋼および/または低合金鋼からなる履帯ブッシュ素材を用いるとともに、履帯ブッシュ素材の内周面からの高周波加熱が出来るとともに、履帯ブッシュの内周面冷却媒体と外周面冷却媒体が互いに干渉し合わないようにブッシュの両端面の内周面側部位で仕切り治具を押し当てながら、内周面冷却と外周面冷却を独自に実施できる焼入れ装置を用いて、
1個以上の円筒状履帯ブッシュ素材を円筒軸中心に回転させながらその内周面側から高周波誘導加熱によって、その履帯ブッシュ素材をA1もしくはA3変態温度以上の温度に加熱した後、高周波加熱を継続しながら外周面と端面からの冷却を先行実施し、その後、高周波加熱を止めて内周面からの冷却を施す一連の焼入れ作業によって、外周面焼入れ硬化層とそれにつながる両端面焼入れ硬化層および内周面焼入れ硬化層を形成し、それらの硬化層の中間にフェライト、パーライトおよびベイナイトのうちの1種以上またはそれらの組織中に粒状セメンタイトが分散されてなる組織からなる軟質な未焼入れ層を形成するとともにその軟質な未焼入れ層が前記仕切り治具が押し当てられる両端面の内周面側部位につながるようにしたことを特徴とする履帯ブッシュの製造方法。 - 少なくとも炭素を0.35〜1.2重量%の範囲で含有し、その焼入性が、履帯ブッシュをA1もしくはA3温度以上に全体加熱した後、その内周面と外周面から同時に水冷却することによって、その肉厚全体がHRC45以上に焼入れ硬化されるように合金元素が調整されている炭素鋼および/または低合金鋼からなる履帯ブッシュ素材を用いるとともに、その内周面からの高周波加熱が出来るとともに、履帯ブッシュの内周面冷却媒体と外周面冷却媒体が互いに干渉し合わないようにブッシュの両端面の外周面側部位で仕切り治具を押し当てながら、内周面冷却と外周面冷却を独自に実施できる焼入れ装置を用いて、
1個以上の円筒状履帯ブッシュ素材を円筒軸中心に回転させながらその内周面側から高周波誘導加熱によって、少なくともその履帯ブッシュ素材をA1もしくはA3変態温度以上の温度に加熱した後、高周波加熱を継続しながら外周面からの冷却を先行実施し、その後、高周波加熱を止めて内周面と端面からの冷却を施す一連の焼入れ作業によって、内周面焼入れ硬化層とそれにつながる両端面焼入れ硬化層および外周面焼入れ硬化層を形成し、それらの硬化層の中間にフェライト、パーライトおよびベイナイトのうちの1種以上またはそれらの組織中に粒状セメンタイトが分散されてなる組織からなる軟質な未焼入れ層を形成するとともにその軟質な未焼入れ層が前記仕切り治具が押し当てられる両端面の外周面側部位につながるようにしたことを特徴とする履帯ブッシュの製造方法。 - 少なくとも炭素を0.35〜1.2重量%の範囲で含有し、その焼入性が、履帯ブッシュをA1もしくはA3温度以上に全体加熱した後、その内周面と外周面から同時に水冷却することによって、その肉厚全体がHRC45以上に焼入れ硬化されるように合金元素が調整されている炭素鋼および/または低合金鋼からなる履帯ブッシュ素材を用いるとともに、その外周面からの高周波加熱が出来るとともに、履帯ブッシュの内周面冷却媒体と外周面冷却媒体が互いに干渉し合わないようにブッシュの両端面の内周面側部位で仕切り治具を押し当てながら、内周面冷却と外周面冷却を独自に実施できる焼入れ装置を用いて、
1個以上の円筒状履帯ブッシュ素材を円筒軸中心に回転させながらその外周面側から高周波誘導加熱によって、その履帯ブッシュ素材をA1もしくはA3変態温度以上の温度に加熱した後、高周波加熱を継続しながら内周面からの冷却を先行実施し、その後、外周面の加熱を止めて外周面と端面からの冷却を施す一連の焼入れ作業によって、外周面焼入れ硬化層とそれにつながる両端面焼入れ硬化層および内周面焼入れ硬化層を形成し、それらの硬化層の中間にフェライト、パーライトおよびベイナイトのうちの1種以上またはそれらの組織中に粒状セメンタイトが分散されてなる組織からなる軟質な未焼入れ層を形成するとともにその軟質な未焼入れ層が前記仕切り治具が押し当てられる両端面の内周面側部位につながるようにしたことを特徴とする履帯ブッシュの製造方法。 - 少なくとも炭素を0.35〜1.2重量%の範囲で含有し、その焼入性が、履帯ブッシュをA1もしくはA3温度以上に全体加熱した後、その内周面と外周面から同時に水冷却することによって、その肉厚全体がHRC45以上に焼入れ硬化されるように合金元素が調整されている炭素鋼および/または低合金鋼からなる履帯ブッシュ素材を用いるとともに、その外周面からの高周波加熱が出来るとともに、履帯ブッシュの内周面冷却媒体と外周面冷却媒体が互いに干渉し合わないようにブッシュの両端面の外周面側部位で仕切り治具を押し当てながら、内周面冷却と外周面冷却を独自に実施できる焼入れ装置を用いて、
1個以上の円筒状履帯ブッシュ素材を円筒軸中心に回転させながらその外周面側から高周波誘導加熱によって、その履帯ブッシュ素材をA1もしくはA3変態温度以上の温度に加熱した後、高周波加熱を継続しながら内周面と端面からの冷却を先行実施し、その後、外周面の加熱を止めて外周面からの冷却を施す一連の焼入れ作業によって、内周面焼入れ硬化層とそれにつながる両端面焼入れ硬化層および外周面焼入れ硬化層を形成し、それらの硬化層の中間にフェライト、パーライトおよびベイナイトのうちの1種以上またはそれらの組織中に粒状セメンタイトが分散されてなる組織からなる軟質な未焼入れ層を形成するとともにその軟質な未焼入れ層が前記仕切り治具が押し当てられる両端面の外周面側部位につながるようにしたことを特徴とする履帯ブッシュの製造方法。 - 履帯ブッシュの全体加熱が高周波加熱によって実施され、かつ、少なくとも、小径長尺な履帯ブッシュ内周面が、その履帯ブッシュの内径よりも小さな外径を有する導入管を内周面側に配し、この導入管にて流入される冷却媒体を前記仕切り治具の壁面によって方向転換し、その導入管外周面と履帯ブッシュ内周面とに挟まれる空間に履帯ブッシュ軸心方向にほぼ平行に流すことによって行う層流冷却方法であることを特徴とする請求項1に記載の履帯ブッシュの製造方法。
- 前記一連の焼入れ作業において、内周面または外周面からの高周波加熱により外周面または内周面の焼き入れ硬化層の焼戻しがなされることを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の履帯ブッシュの製造方法。
- 前記肉厚中心部からの熱拡散または外周面または内周面の焼き入れ硬化層の焼戻しによって、その焼入れ硬化層の表面硬さがHRC50〜65に調整され、かつ、内周面焼入れ硬化層表面がHRC35〜45の高靭性の焼戻しマルテンサイト組織もしくはその組織中に粒状セメンタイトが分散するようにしたことを特徴とする請求項7に記載の履帯ブッシュの製造方法。
- 前記外周面からの高周波加熱中に内周面を冷却することによって、外周面焼入れ硬化層深さを肉厚さの30〜80%まで深くして履帯ブッシュの摩耗寿命を改善することを特徴とする請求項8に記載の履帯ブッシュの製造方法。
- 150℃以上の焼戻し処理が施され、外周面焼入れ硬化層表面の硬さがHRC50〜65で、かつ、両端面部の焼入れ硬化深さが0.5mm以上にすることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の履帯ブッシュの製造方法。
- 履帯ブッシュの内周面および外周面に燐酸塩皮膜による化成処理を施すことを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の履帯ブッシュの製造方法。
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