JPH0142325B2 - - Google Patents
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- JPH0142325B2 JPH0142325B2 JP1443284A JP1443284A JPH0142325B2 JP H0142325 B2 JPH0142325 B2 JP H0142325B2 JP 1443284 A JP1443284 A JP 1443284A JP 1443284 A JP1443284 A JP 1443284A JP H0142325 B2 JPH0142325 B2 JP H0142325B2
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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
- C21D5/00—Heat treatments of cast-iron
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Thermal Sciences (AREA)
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- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
本発明は鋳鉄からなる大型部材、就中、中実大
径部材または厚肉大径筒状部材の表層の所定部分
に可及的に厚い有効硬化層を誘導加熱を用いた熱
処理によつて形成する方法に関する。 近来、機械類は精密化とともに大型化する傾向
があり、これに伴つて使用される要素部材も大型
化している。要素部材の大型化は素材の多量使用
となるため、素材材料原価の高低が極めて顕著に
製造コストを左右することとなるので、当業者は
可及的に安価な素材材料を使用し、設計上必要と
される機械的性質を必要とされる部分にのみ付与
…例えば熱処理等…して高価な素材材料を使用し
た場合に得られると同等もしくはそれ以上の機械
的性質を有する部材に仕上げようと努力する。 ところで、大型の要素部材として安価な素材材
質はねずみ鋳鉄等のFC材である。 しかし乍ら、FC材は例えば部材表面を高周波
電流が通電される誘導加熱コイルで極めて短時間
急速加熱して当該部材表面を所定焼入れ温度まで
昇温させ、直ちに急速冷却することによつて１mm
程度の有効硬化層が形成されれば十分とするが如
き、工作機械のベツドの摺動面の焼入れ等、極め
て薄い有効硬化層を得る場合を除き、多少なりと
も厚い有効硬化層を形成しようとすれば殆んどの
場合焼割れを生ずるので、従来から深層焼入れを
施すのは不可能として忌避されていた。 これがため、長さが数メートル・直径が700mm
から、1000mmを超える中実大径部材や、肉厚が
200mm以上もある筒状大径部材等多量の素材材料
が必要な大型部材で、当該部材の所定部分表層に
比較的厚い有効硬化層を形成すれば機械的性質が
十分満足される場合であつても、鋳鉄より２倍以
上も高価な、しかし焼割れの虞れがない鍛造材ま
たは鋳鋼材からなる部材の使用を余儀なくされ、
製品コスト低減を阻害する大きな要因として、そ
の対策が追られていた。 而して、上記焼割れの虞のない鍛造材もしくは
鋳鉄材からなる大型部材の所定部分に所望の深さ
の硬化層を形成する従来誘導加熱を用いた熱処理
方法は、予め部材全体を電気炉等で予熱のうえ、
さらに所定被処理部分を相対移動する誘導加熱コ
イルで複数回予熱して所定焼入れ温度近傍まで昇
温させ、最後の相対移動加熱で所定焼入れ温度と
して直ちに急冷するか、または部材全体の予熱を
省いた所定処理部分に対する複数回の相対移動加
熱と急冷とによるかのいづれかの手法によるのが
通例とされている。部材全体の予熱や所定被処理
部分の誘導加熱コイルによる複数回の予熱・本加
熱を行う理由は、大型部材では必然的に被処理面
積が大きくなるので当然部材と誘導加熱コイルと
の相対移動による加熱となるが、現行誘導加熱装
置の電源として最高出力クラス−例えば600mm−
でも付与エネルギーの不足からである。 本発明は上記の如き手法を用いて所定部分に所
望の深さの硬化層を形成して使用されている大径
の中実部材や厚肉筒状部材の鍛造材や鋳鉄からな
る材質を従来深焼入れが不可能とされていた鋳鉄
に替える目的でなされた新規な鋳鉄の表面硬化方
法を提供するもので、これにより機械類の大径要
素部材に耐摩耗性・耐衝撃性その他必要とされる
機械的性質をFC材にも付与可能となり、製品の
コストを大巾に低減せしめんとするものである。 本発明を完成するに至る過程で行われた多数の
実験の中から、鍛造材や鋳鋼からなる大型部材に
適用されている従来方法を鋳鉄からなる大型部材
に施してみた実験例を先ず示す。 実験例 １ (1) 供試体 材質；FC30相当材 寸法；外径1160mm 内径560mm 肉厚300mm 長さ898mm 尚、供試体は電気炉による応力除去焼鈍し
（550℃×9Hr）の前処理済である。 (2) 目標表面硬化層 表面硬さ；Hs68以上 硬化深さ；2.0mm以上（Hs60） (3) 熱処理 予 熱；電気炉による全体加熱180℃×
7Hr 部分予熱；本加熱と急冷；上記予熱した供
試体を当該供試体の外周と所定間隙を隔てて
対向可能な１ターンの誘導加熱コイルを用
い、６回の繰り返し移動加熱（５回の予熱と
１回の本加熱）によつて表面を焼入れ温度に
達せしめたうえで急冷・焼入れした。加熱条
件および冷却条件は下記のとおりであり、ま
た供試体の各加熱過程における表面昇温状態
は第１表のとおりであつた。 加熱条件；電源出力 540kw （６回とも同一条件） 周波数 3KHz 送り速度 2.0mm／sec 冷却条件；最終加熱過程において移動中の誘
導加熱コイルに追随する冷却ジヤケツトから
噴射する冷却液で焼入れ温度に昇温した供試
体表面を急冷した。使用冷却液は0.8％PVA
溶液であり、急冷後の供試体表面温度は約80
℃となつていた。
径部材または厚肉大径筒状部材の表層の所定部分
に可及的に厚い有効硬化層を誘導加熱を用いた熱
処理によつて形成する方法に関する。 近来、機械類は精密化とともに大型化する傾向
があり、これに伴つて使用される要素部材も大型
化している。要素部材の大型化は素材の多量使用
となるため、素材材料原価の高低が極めて顕著に
製造コストを左右することとなるので、当業者は
可及的に安価な素材材料を使用し、設計上必要と
される機械的性質を必要とされる部分にのみ付与
…例えば熱処理等…して高価な素材材料を使用し
た場合に得られると同等もしくはそれ以上の機械
的性質を有する部材に仕上げようと努力する。 ところで、大型の要素部材として安価な素材材
質はねずみ鋳鉄等のFC材である。 しかし乍ら、FC材は例えば部材表面を高周波
電流が通電される誘導加熱コイルで極めて短時間
急速加熱して当該部材表面を所定焼入れ温度まで
昇温させ、直ちに急速冷却することによつて１mm
程度の有効硬化層が形成されれば十分とするが如
き、工作機械のベツドの摺動面の焼入れ等、極め
て薄い有効硬化層を得る場合を除き、多少なりと
も厚い有効硬化層を形成しようとすれば殆んどの
場合焼割れを生ずるので、従来から深層焼入れを
施すのは不可能として忌避されていた。 これがため、長さが数メートル・直径が700mm
から、1000mmを超える中実大径部材や、肉厚が
200mm以上もある筒状大径部材等多量の素材材料
が必要な大型部材で、当該部材の所定部分表層に
比較的厚い有効硬化層を形成すれば機械的性質が
十分満足される場合であつても、鋳鉄より２倍以
上も高価な、しかし焼割れの虞れがない鍛造材ま
たは鋳鋼材からなる部材の使用を余儀なくされ、
製品コスト低減を阻害する大きな要因として、そ
の対策が追られていた。 而して、上記焼割れの虞のない鍛造材もしくは
鋳鉄材からなる大型部材の所定部分に所望の深さ
の硬化層を形成する従来誘導加熱を用いた熱処理
方法は、予め部材全体を電気炉等で予熱のうえ、
さらに所定被処理部分を相対移動する誘導加熱コ
イルで複数回予熱して所定焼入れ温度近傍まで昇
温させ、最後の相対移動加熱で所定焼入れ温度と
して直ちに急冷するか、または部材全体の予熱を
省いた所定処理部分に対する複数回の相対移動加
熱と急冷とによるかのいづれかの手法によるのが
通例とされている。部材全体の予熱や所定被処理
部分の誘導加熱コイルによる複数回の予熱・本加
熱を行う理由は、大型部材では必然的に被処理面
積が大きくなるので当然部材と誘導加熱コイルと
の相対移動による加熱となるが、現行誘導加熱装
置の電源として最高出力クラス−例えば600mm−
でも付与エネルギーの不足からである。 本発明は上記の如き手法を用いて所定部分に所
望の深さの硬化層を形成して使用されている大径
の中実部材や厚肉筒状部材の鍛造材や鋳鉄からな
る材質を従来深焼入れが不可能とされていた鋳鉄
に替える目的でなされた新規な鋳鉄の表面硬化方
法を提供するもので、これにより機械類の大径要
素部材に耐摩耗性・耐衝撃性その他必要とされる
機械的性質をFC材にも付与可能となり、製品の
コストを大巾に低減せしめんとするものである。 本発明を完成するに至る過程で行われた多数の
実験の中から、鍛造材や鋳鋼からなる大型部材に
適用されている従来方法を鋳鉄からなる大型部材
に施してみた実験例を先ず示す。 実験例 １ (1) 供試体 材質；FC30相当材 寸法；外径1160mm 内径560mm 肉厚300mm 長さ898mm 尚、供試体は電気炉による応力除去焼鈍し
（550℃×9Hr）の前処理済である。 (2) 目標表面硬化層 表面硬さ；Hs68以上 硬化深さ；2.0mm以上（Hs60） (3) 熱処理 予 熱；電気炉による全体加熱180℃×
7Hr 部分予熱；本加熱と急冷；上記予熱した供
試体を当該供試体の外周と所定間隙を隔てて
対向可能な１ターンの誘導加熱コイルを用
い、６回の繰り返し移動加熱（５回の予熱と
１回の本加熱）によつて表面を焼入れ温度に
達せしめたうえで急冷・焼入れした。加熱条
件および冷却条件は下記のとおりであり、ま
た供試体の各加熱過程における表面昇温状態
は第１表のとおりであつた。 加熱条件；電源出力 540kw （６回とも同一条件） 周波数 3KHz 送り速度 2.0mm／sec 冷却条件；最終加熱過程において移動中の誘
導加熱コイルに追随する冷却ジヤケツトから
噴射する冷却液で焼入れ温度に昇温した供試
体表面を急冷した。使用冷却液は0.8％PVA
溶液であり、急冷後の供試体表面温度は約80
℃となつていた。
【表】
(4) 実験結果；熱処理を施された供試体は、約５
分後に音をたてて軸方向全長にわたる周面焼割
れを生じた。 また供試体表層の硬さ測定結果は第１図に示
すとおりであつて、表面硬さはようやく目標値
Hs68に達しているものの、硬化深さは1.75mm
（Hs60）しか得られていなかつた。 上記実験例１は正に従来の忌避を犯して当然の
結果を得たまでのものではあるが、本発明者はこ
こで、FC材熱処理において焼割れ発生の原因と
なるのは急冷焼入れ時に発生する熱応力が材料強
度を上まわるからではないか、との仮説を立て
た。 この仮説を立証するため、かつさらに多くのデ
ータを得て熱処理条件の策定に資するため、次の
実験を行つた。 実験例 ２ (1) 供試体 材質・寸法ともに実験例１と同一で、また前処
理済である。 (2) 目標表面硬化層 実験例１と同一 (3) 熱処理 予熱；電気炉による全体加熱330℃×9Hr 部分予熱・本加熱と急冷；上記予熱した供
試体を実験例１に用いたと同一の誘導加熱コ
イルを用い、加熱条件も同一として、３回の
繰り返し移動加熱（２回の予熱と１回の本加
熱）によつて表面を焼入れ温度に達せしめた
うえで急冷・焼入れした。この間、第２図ａ
に示す如く供試体Ｔの所定位置にφ3mmの孔
を所定深さまで孔設して熱電対による温度計
測を行つた。共試体の各加熱過程における表
面昇温状態は第２表のとおりであつた。
分後に音をたてて軸方向全長にわたる周面焼割
れを生じた。 また供試体表層の硬さ測定結果は第１図に示
すとおりであつて、表面硬さはようやく目標値
Hs68に達しているものの、硬化深さは1.75mm
（Hs60）しか得られていなかつた。 上記実験例１は正に従来の忌避を犯して当然の
結果を得たまでのものではあるが、本発明者はこ
こで、FC材熱処理において焼割れ発生の原因と
なるのは急冷焼入れ時に発生する熱応力が材料強
度を上まわるからではないか、との仮説を立て
た。 この仮説を立証するため、かつさらに多くのデ
ータを得て熱処理条件の策定に資するため、次の
実験を行つた。 実験例 ２ (1) 供試体 材質・寸法ともに実験例１と同一で、また前処
理済である。 (2) 目標表面硬化層 実験例１と同一 (3) 熱処理 予熱；電気炉による全体加熱330℃×9Hr 部分予熱・本加熱と急冷；上記予熱した供
試体を実験例１に用いたと同一の誘導加熱コ
イルを用い、加熱条件も同一として、３回の
繰り返し移動加熱（２回の予熱と１回の本加
熱）によつて表面を焼入れ温度に達せしめた
うえで急冷・焼入れした。この間、第２図ａ
に示す如く供試体Ｔの所定位置にφ3mmの孔
を所定深さまで孔設して熱電対による温度計
測を行つた。共試体の各加熱過程における表
面昇温状態は第２表のとおりであつた。
【表】
(3) 実験結果；供試体は本加熱後の急冷中に熱電
体挿入孔を起点とした軸方向全長にわたる周面
焼割れを生じた。 また本加熱直後（急冷前）と急冷直後の供試
体の温度計測値から求めた温度特性曲線は第２
図ｂにそれぞれＡおよびＢとして示されるとお
りであつた。また供試体の断面硬さ測定結果は
第２図ｃに示すとおりであつて、破線で示され
るHs60ライン以上の硬化層が表面から3.4mmの
深さまで形成されたことが認められた。 上記実験例２によつて求めた第２図ｂの温度特
性曲線図から、本加熱直後（急冷前）温度特性曲
線Ａと急冷直後の温度特性曲線Ｂとは350℃前後
で交差しており、表面温度と内部温度との温度差
が極めて大であつて、急冷によつて表層に生ずる
引張り応力が高い温度を維持している内部に大き
く関与し、供試体の実体強度を超えていることが
推定され、そこで急冷直後の部材内部温度分布を
もとに当該時点において部材に生ずる熱応力を解
析した。熱応力解析結果は第２図ｄに示すとおり
であつて、供試体表面の引張り応力は53kgf／mm2
であり、30kgf／mm2とされているFC30材の引張り
強さをはるかに超えていることが判明し、発明者
の仮説が立証された。 一方、熱処理条件の観点から実験例１と２との
対比を試みた。 先ず硬化層形成の点からするならば、実験例１
では１回の相対移動予熱で供試体の表面が相当高
温を得ても次回の予熱開始までにはFC材の特性
である高熱伝導性によつて大巾な表面温度低下が
みられ、このため６回までも繰り返し加熱を施し
てやつと所定焼入れ温度を得て急冷を施したが、
結果は硬化不足に終り、この結果をもとに供試体
全体予熱の予熱温度を高くした実験例２では３回
の繰り返し加熱および急冷で所望深さを十分満足
する硬化層が形成されている。他方焼割れ発生の
点から考察すれば、実験例１では熱処理終了後に
生じ、実験例２では３回目の繰り返し加熱を実行
中の加熱コイルに追随する冷却ジヤケツトが加熱
された供試体を急冷中に生じている。従つて供試
体全体予熱と部分予熱とに極めて矛盾を孚んだ相
関関係が指摘された。 本発明は上述実験例を含む多数の実験を踏まえ
て完成した。 本発明の基本的技術思想を表現する本願発明の
要旨は、 (1) 鋳鉄からなる大径部材の所定部分に可及的に
厚い有効硬化層を形成する方法が、 (2) 上記部材全体を予熱したうえ所定部分表層を
誘導加熱により本加熱して急冷する熱処理過程
によるものとするとともに、 (3) 上記部材全体の予熱が上記急冷直後における
部材の表面温度と内部滞留熱温度との温度差
を、急冷によつて惹起する熱応力が部材の実体
強度を超えない昇温限界温度範囲内にとどめる
ように施され、 (4) 上記本加熱が部材所定部分の一方端から他方
端へ順次相対移動する加熱コイルの対向する部
材局部を所定深さまで確実に所定焼入れ温度に
昇温可能な所定移動速度で行われる移動加熱に
よつて施され、 (5) 上記急冷が順次本加熱される局部へ直ちに施
される ことを特徴とする大径鋳鉄部材の表面硬化方法に
ある。 換言すれば、部材の質量の大きさから部材全体
の予熱は必要であるが、急冷時に生ず熱応力が部
材の実体強度を超えないように、当該急冷直後に
おける部材の表面温度と内部に滞留している予熱
の温度との温度差を所定の昇温限界温度範囲内に
とどめるが如き予熱を施し、一方所定部分の表層
を所定焼入れ温度にまで昇温せしめる加熱を、部
材と加熱コイルとの相対移動による所定部分の一
方端から他方端へかけての好ましくは１回の移動
加熱とし、当該移動加熱の移動速度を加熱コイル
に対向する部材局部の表層少なくとも２mm以上の
所定深さまでが、加熱コイルの通過によつて確実
に焼入温度まで昇温するような所定の緩い速度と
する。上記の如き加熱手法により、従来から大径
部材焼入れの常法とされていた複数回の繰り返し
相対移動加熱に伴つて生ぜざるを得なかつた部材
内部への熱蓄積が回避される。かくて順次上記温
度まで昇温した局部を直ちに急冷して硬化層を形
成せんとするものである。 また、上記本願第１発明の基本的技術思相を具
現するためには、 (1) 鋳鉄からなる大径部材を予め予熱のうえ部材
の所定部分をこれに対向して相対移動する加熱
コイルによつて順次局部的に加熱し急冷して当
該所定部分に可及的に厚い有効硬化層を形成す
る場合において、 (2) 上記予熱が 上記部材の実体強度；引張り強さを求める
工程 上記急冷直後の部材表面温度と部材内部温
度分布とを推定もしくは実験によつて求める
工程 上記求め得た部材表面温度と部材内部温度
分布とから部材に生ずる熱応力を算出する工
程 上記算出された熱応力と上記求めた実体強
度とから熱応力が実体強度を超えないような
部材内部の昇温限界温度を求める工程 によつて得られる温度範囲内で施され、 (3) かつ急冷直前の部材内部温度が上記昇温限界
温度以下に維持されていることが枢要である。 上記の点を実施例に従つて以下に詳述する。 実施例 (1) 部材 材質；FC30材但し前処理済 寸法；第３図ａに示す如く、一方端面が異形閉
面となつた筒状体 外径……1160mm 内径……560mm 肉厚……300mm 長さ……3010mm (2) 目標表面硬化層；第３図ａにｈとして示す所
定長さ範囲にわたる表面に下記の硬化層を形成
する。 表面硬さ……Hs68以上 硬化深さ……2.0mm以上（Hs60） (3) 部分全体予熱条件の設定 部材の実体強度；31kgf／mm2 但し試験片を用いたアムスラー引張り試験機
による測定値。 予熱および本加熱して急冷される部材の急
冷直後における表面温度および内部温度分
布；部材が実験例２における供試体と同一材
質および同一肉厚であるので当該実験例２に
よつて求めた測定値を使用する。 熱応力の算出；下記の計算式を使用し、温
度変化量を種々変えて計算した。計算結果は
第３表に示すとおりである。 σθ＝αE／１−γ・１／r2〔r2＋a2／b2−a2〕∫ｂ／
ａTr・dr ＋∫ｒ／ａTr・dr−Ｔ・r2〕…… (1) 但し、 σθ；円周方向の熱応力 α；熱膨張係数……12.2×10-6 Ｅ；ヤング率……12500Kg／mm2 γ；ポアソン比……0.26 ｒ；部材中心からの距離 ａ；内半径……最内側温度測定位置である
580mm
体挿入孔を起点とした軸方向全長にわたる周面
焼割れを生じた。 また本加熱直後（急冷前）と急冷直後の供試
体の温度計測値から求めた温度特性曲線は第２
図ｂにそれぞれＡおよびＢとして示されるとお
りであつた。また供試体の断面硬さ測定結果は
第２図ｃに示すとおりであつて、破線で示され
るHs60ライン以上の硬化層が表面から3.4mmの
深さまで形成されたことが認められた。 上記実験例２によつて求めた第２図ｂの温度特
性曲線図から、本加熱直後（急冷前）温度特性曲
線Ａと急冷直後の温度特性曲線Ｂとは350℃前後
で交差しており、表面温度と内部温度との温度差
が極めて大であつて、急冷によつて表層に生ずる
引張り応力が高い温度を維持している内部に大き
く関与し、供試体の実体強度を超えていることが
推定され、そこで急冷直後の部材内部温度分布を
もとに当該時点において部材に生ずる熱応力を解
析した。熱応力解析結果は第２図ｄに示すとおり
であつて、供試体表面の引張り応力は53kgf／mm2
であり、30kgf／mm2とされているFC30材の引張り
強さをはるかに超えていることが判明し、発明者
の仮説が立証された。 一方、熱処理条件の観点から実験例１と２との
対比を試みた。 先ず硬化層形成の点からするならば、実験例１
では１回の相対移動予熱で供試体の表面が相当高
温を得ても次回の予熱開始までにはFC材の特性
である高熱伝導性によつて大巾な表面温度低下が
みられ、このため６回までも繰り返し加熱を施し
てやつと所定焼入れ温度を得て急冷を施したが、
結果は硬化不足に終り、この結果をもとに供試体
全体予熱の予熱温度を高くした実験例２では３回
の繰り返し加熱および急冷で所望深さを十分満足
する硬化層が形成されている。他方焼割れ発生の
点から考察すれば、実験例１では熱処理終了後に
生じ、実験例２では３回目の繰り返し加熱を実行
中の加熱コイルに追随する冷却ジヤケツトが加熱
された供試体を急冷中に生じている。従つて供試
体全体予熱と部分予熱とに極めて矛盾を孚んだ相
関関係が指摘された。 本発明は上述実験例を含む多数の実験を踏まえ
て完成した。 本発明の基本的技術思想を表現する本願発明の
要旨は、 (1) 鋳鉄からなる大径部材の所定部分に可及的に
厚い有効硬化層を形成する方法が、 (2) 上記部材全体を予熱したうえ所定部分表層を
誘導加熱により本加熱して急冷する熱処理過程
によるものとするとともに、 (3) 上記部材全体の予熱が上記急冷直後における
部材の表面温度と内部滞留熱温度との温度差
を、急冷によつて惹起する熱応力が部材の実体
強度を超えない昇温限界温度範囲内にとどめる
ように施され、 (4) 上記本加熱が部材所定部分の一方端から他方
端へ順次相対移動する加熱コイルの対向する部
材局部を所定深さまで確実に所定焼入れ温度に
昇温可能な所定移動速度で行われる移動加熱に
よつて施され、 (5) 上記急冷が順次本加熱される局部へ直ちに施
される ことを特徴とする大径鋳鉄部材の表面硬化方法に
ある。 換言すれば、部材の質量の大きさから部材全体
の予熱は必要であるが、急冷時に生ず熱応力が部
材の実体強度を超えないように、当該急冷直後に
おける部材の表面温度と内部に滞留している予熱
の温度との温度差を所定の昇温限界温度範囲内に
とどめるが如き予熱を施し、一方所定部分の表層
を所定焼入れ温度にまで昇温せしめる加熱を、部
材と加熱コイルとの相対移動による所定部分の一
方端から他方端へかけての好ましくは１回の移動
加熱とし、当該移動加熱の移動速度を加熱コイル
に対向する部材局部の表層少なくとも２mm以上の
所定深さまでが、加熱コイルの通過によつて確実
に焼入温度まで昇温するような所定の緩い速度と
する。上記の如き加熱手法により、従来から大径
部材焼入れの常法とされていた複数回の繰り返し
相対移動加熱に伴つて生ぜざるを得なかつた部材
内部への熱蓄積が回避される。かくて順次上記温
度まで昇温した局部を直ちに急冷して硬化層を形
成せんとするものである。 また、上記本願第１発明の基本的技術思相を具
現するためには、 (1) 鋳鉄からなる大径部材を予め予熱のうえ部材
の所定部分をこれに対向して相対移動する加熱
コイルによつて順次局部的に加熱し急冷して当
該所定部分に可及的に厚い有効硬化層を形成す
る場合において、 (2) 上記予熱が 上記部材の実体強度；引張り強さを求める
工程 上記急冷直後の部材表面温度と部材内部温
度分布とを推定もしくは実験によつて求める
工程 上記求め得た部材表面温度と部材内部温度
分布とから部材に生ずる熱応力を算出する工
程 上記算出された熱応力と上記求めた実体強
度とから熱応力が実体強度を超えないような
部材内部の昇温限界温度を求める工程 によつて得られる温度範囲内で施され、 (3) かつ急冷直前の部材内部温度が上記昇温限界
温度以下に維持されていることが枢要である。 上記の点を実施例に従つて以下に詳述する。 実施例 (1) 部材 材質；FC30材但し前処理済 寸法；第３図ａに示す如く、一方端面が異形閉
面となつた筒状体 外径……1160mm 内径……560mm 肉厚……300mm 長さ……3010mm (2) 目標表面硬化層；第３図ａにｈとして示す所
定長さ範囲にわたる表面に下記の硬化層を形成
する。 表面硬さ……Hs68以上 硬化深さ……2.0mm以上（Hs60） (3) 部分全体予熱条件の設定 部材の実体強度；31kgf／mm2 但し試験片を用いたアムスラー引張り試験機
による測定値。 予熱および本加熱して急冷される部材の急
冷直後における表面温度および内部温度分
布；部材が実験例２における供試体と同一材
質および同一肉厚であるので当該実験例２に
よつて求めた測定値を使用する。 熱応力の算出；下記の計算式を使用し、温
度変化量を種々変えて計算した。計算結果は
第３表に示すとおりである。 σθ＝αE／１−γ・１／r2〔r2＋a2／b2−a2〕∫ｂ／
ａTr・dr ＋∫ｒ／ａTr・dr−Ｔ・r2〕…… (1) 但し、 σθ；円周方向の熱応力 α；熱膨張係数……12.2×10-6 Ｅ；ヤング率……12500Kg／mm2 γ；ポアソン比……0.26 ｒ；部材中心からの距離 ａ；内半径……最内側温度測定位置である
580mm
【表】
【表】
ｂ；外半径……1160mm
Tr；中心からｒの位置における温度変化
（２次函数とした） Ｔ；中心からｒの位置における温度 尚上記計算式(1)は各項に示す数値にもとず
いて計算された。 熱応力と実体強度とから、熱応力が実体強度
を超えないような部材内部の昇温限界温度の
設定；第３表に示される部材内部熱応力計算
結果を用い、部材の実体強度は31kgf／mm2で
はあるが安全率を考慮して20kgf／mm2とし、
部材の昇温限界温度を求めたところ、部材内
径部分の温度が急冷直後に150℃以下である
ことが予熱の条件として求められた。当該熱
応力解析結果を第３図ｂに示す。 (4) 部材全体予熱；予熱後から本加熱までの時間
を考慮して、電気炉を用い下記条件による部材
全体予熱を施した。 180℃×7Hr (5) 部材所定部分の本加熱・急冷 上記の如く全体予熱を施した部材を直ちに誘
導加熱装置内に搬入し、下記条件に従つて部材
所定部分を部材と加熱コイルとを相対移動せし
めつつ、加熱コイルが対向する部材局部を順次
本加熱して急冷した。 加熱条件；電源出力……600kw 周波数……3KHz 相対移動速度……10mm／sec 部材・コイル間クリアランス……５mm 冷却液； 1.0％PVA溶液 加熱開始前部材表面温度；120〜130℃ 相対移動する加熱コイルによる上記加熱条件で部
材は順次局部的に加熱され、表面がほぼ860℃ま
で昇温し、追随する冷却ジヤケツトから噴射され
る冷却液によつて急冷された。 (6) 熱処理結果；焼割れは発生しなかつた。部材
に形成された硬化層は表面硬さHs74〜77、硬
化深さ3.4mmが得られた。 尚、所定位置に装着した熱電対による急冷直
前・直後それぞれにおける部材の温度計測値か
ら求めた温度特性曲線図を第３図ｃに示す。図
において曲線Ａは急冷直前の、また曲線Ｂは急
冷直後の部材内部温度分布を表わしている。 上記実施例では、FC30材からなる大径部材に
本発明を実施した場合であるが、他のFC材もそ
れぞれの実体強度に応じて本発明に従つた熱処理
を施せば実施例と同様可及的に厚い有効硬化層を
形成しうる。 尚、実施例では全体予熱後の部材の所定部分を
極めて遅い移動速度１mm／secの相対移動による
１回加熱で局部的に860℃まで加熱して急冷を施
しているが、例えば電源出力が不足するような場
合、少くとも急冷直前の部材内部温度を昇温限界
温度以下に維持しうるならば相対移動を複数回繰
り返したうえで急冷してもよい。しかし、この場
合、焼割れのおそれはないが十分な硬化深さを期
待する際は満足が得られないであろう。 上述の如く本発明は深焼入れが不可能とされて
いた大径鋳鉄部材に熱処理で２mm以上の有効硬化
層を形成可能とするので、従来の鍛造材や鋳鋼を
使用せざるを得なかつた大径部材の材料に鋳鉄を
用いうることができ、その製造コストは大巾に低
減が可能となり、奏する効果は極めて大である。
（２次函数とした） Ｔ；中心からｒの位置における温度 尚上記計算式(1)は各項に示す数値にもとず
いて計算された。 熱応力と実体強度とから、熱応力が実体強度
を超えないような部材内部の昇温限界温度の
設定；第３表に示される部材内部熱応力計算
結果を用い、部材の実体強度は31kgf／mm2で
はあるが安全率を考慮して20kgf／mm2とし、
部材の昇温限界温度を求めたところ、部材内
径部分の温度が急冷直後に150℃以下である
ことが予熱の条件として求められた。当該熱
応力解析結果を第３図ｂに示す。 (4) 部材全体予熱；予熱後から本加熱までの時間
を考慮して、電気炉を用い下記条件による部材
全体予熱を施した。 180℃×7Hr (5) 部材所定部分の本加熱・急冷 上記の如く全体予熱を施した部材を直ちに誘
導加熱装置内に搬入し、下記条件に従つて部材
所定部分を部材と加熱コイルとを相対移動せし
めつつ、加熱コイルが対向する部材局部を順次
本加熱して急冷した。 加熱条件；電源出力……600kw 周波数……3KHz 相対移動速度……10mm／sec 部材・コイル間クリアランス……５mm 冷却液； 1.0％PVA溶液 加熱開始前部材表面温度；120〜130℃ 相対移動する加熱コイルによる上記加熱条件で部
材は順次局部的に加熱され、表面がほぼ860℃ま
で昇温し、追随する冷却ジヤケツトから噴射され
る冷却液によつて急冷された。 (6) 熱処理結果；焼割れは発生しなかつた。部材
に形成された硬化層は表面硬さHs74〜77、硬
化深さ3.4mmが得られた。 尚、所定位置に装着した熱電対による急冷直
前・直後それぞれにおける部材の温度計測値か
ら求めた温度特性曲線図を第３図ｃに示す。図
において曲線Ａは急冷直前の、また曲線Ｂは急
冷直後の部材内部温度分布を表わしている。 上記実施例では、FC30材からなる大径部材に
本発明を実施した場合であるが、他のFC材もそ
れぞれの実体強度に応じて本発明に従つた熱処理
を施せば実施例と同様可及的に厚い有効硬化層を
形成しうる。 尚、実施例では全体予熱後の部材の所定部分を
極めて遅い移動速度１mm／secの相対移動による
１回加熱で局部的に860℃まで加熱して急冷を施
しているが、例えば電源出力が不足するような場
合、少くとも急冷直前の部材内部温度を昇温限界
温度以下に維持しうるならば相対移動を複数回繰
り返したうえで急冷してもよい。しかし、この場
合、焼割れのおそれはないが十分な硬化深さを期
待する際は満足が得られないであろう。 上述の如く本発明は深焼入れが不可能とされて
いた大径鋳鉄部材に熱処理で２mm以上の有効硬化
層を形成可能とするので、従来の鍛造材や鋳鋼を
使用せざるを得なかつた大径部材の材料に鋳鉄を
用いうることができ、その製造コストは大巾に低
減が可能となり、奏する効果は極めて大である。
第１図は実施例１の供試体表層硬さを示す線
図、第２図ａは実験例２の供試体温度測定位置を
示す部分正面および側面図、第２図ｂは実験例２
で得た急冷直前および直後の供試体内部温度分布
をそれぞれＡおよびＢとして示す線図、第２図ｃ
は実験例２の供試体表層硬さを示す線図、第２図
ｄは実験例２における熱応力解析結果を示すグラ
フ第３図ａは本発明の実施例とされた大径鋳鉄部
材の一部断面正面図、第３図ｂは本発明実施例に
おける熱応力解析結果を示すグラフ、第３図ｃは
本発明実施例における急冷直前および直後の部材
内部温度分布をそれぞれ曲線ＡおよびＢとして示
す線図である。
図、第２図ａは実験例２の供試体温度測定位置を
示す部分正面および側面図、第２図ｂは実験例２
で得た急冷直前および直後の供試体内部温度分布
をそれぞれＡおよびＢとして示す線図、第２図ｃ
は実験例２の供試体表層硬さを示す線図、第２図
ｄは実験例２における熱応力解析結果を示すグラ
フ第３図ａは本発明の実施例とされた大径鋳鉄部
材の一部断面正面図、第３図ｂは本発明実施例に
おける熱応力解析結果を示すグラフ、第３図ｃは
本発明実施例における急冷直前および直後の部材
内部温度分布をそれぞれ曲線ＡおよびＢとして示
す線図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 鋳鉄からなる大径部材の所定部分に可及的に
厚い有効硬化層を形成する方法が、上記部材全体
を予熱したうえ所定部分表層を誘導加熱により本
加熱して急冷する熱処理過程によるものとすると
ともに、上記部材全体の予熱が上記急冷直後にお
ける部材の表面温度と内部滞留熱温度との温度差
を、急冷によつて惹起する熱応力が部材の実質強
度を超えない昇温限界温度範囲内にとどめるよう
に施され、上記本加熱が部材所定部分の一方端か
ら他方端へ順次相対移動する加熱コイルの対向す
る部材局部を所定深さまで確実に所定焼入れ温度
まで昇温可能な所定移動速度で行われる移動加熱
によつて施され、上記急冷が順次本加熱される局
部へ直ちに施されることを特徴とする大径鋳鉄部
材の表面硬化方法。 ２ 形成される有効硬化層の厚さが少くとも２mm
以上である特許請求の範囲第１項記載の大径鋳鉄
部材の表面硬化方法。 ３ 部材全体の予熱が 上記部材の実体強度；引張り強さを求める工
程 上記急冷直後の部材表面温度と部材内部温度
分布とを推定もしくは実験によつて求める工程 上記求め得た部材表面温度と部材内部温度分
布とから部材に生ずる熱応力を算出する工程 上記算出された熱応力と上記求めた実体強度
とから熱応力が実体強度を超えないような部材
内部の昇温限界温度を求める工程によつて得ら
れる温度範囲内で施され、かつ急冷直前の部材
内部温度が上記昇温限界温度以下に維持されて
いる特許請求の範囲第１項記載の大径鋳鉄部材
の表面硬化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1443284A JPS60162723A (ja) | 1984-01-31 | 1984-01-31 | 大径鋳鉄部材の表面硬化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1443284A JPS60162723A (ja) | 1984-01-31 | 1984-01-31 | 大径鋳鉄部材の表面硬化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60162723A JPS60162723A (ja) | 1985-08-24 |
| JPH0142325B2 true JPH0142325B2 (ja) | 1989-09-12 |
Family
ID=11860857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1443284A Granted JPS60162723A (ja) | 1984-01-31 | 1984-01-31 | 大径鋳鉄部材の表面硬化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60162723A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6618279B2 (ja) * | 2015-06-12 | 2019-12-11 | 富士電子工業株式会社 | 鋳造品の製造方法、熱処理方法及び高周波焼き入れ装置 |
-
1984
- 1984-01-31 JP JP1443284A patent/JPS60162723A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60162723A (ja) | 1985-08-24 |
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