JPH05202414A

JPH05202414A - 油焼入れ装置

Info

Publication number: JPH05202414A
Application number: JP3701692A
Authority: JP
Inventors: Kenji Takahashi; 謙司高橋
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1992-01-27
Filing date: 1992-01-27
Publication date: 1993-08-10
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JP3151681B2

Abstract

(57)【要約】【目的】転がり軸受部材の一体焼入れにおいては、連
続焼入れ炉、オールケース炉などが使用され、焼入れ油
槽に加熱された軸受け部材を投入して油焼入れがされて
いる。加熱炉内を非酸化性又は還元性に保持しても、焼
入れ後の部材の表面が酸化され、光輝度が悪化する。本
発明は、炉内加熱された部材が焼入れ中に酸化するのを
防止をすることを目的とする。【構成】焼入れ油槽中の焼入れ油の一部を真空ポンプ
を備えた減圧油槽に油供給ポンプをにより供給する油供
給管と、減圧油槽から油返送ポンプを介して焼入れ油槽
に戻す油返送管と、が接続されて成る油焼入れ装置であ
って、減圧油槽中で減圧脱酸素された焼入れ油を焼入れ
油槽に移送する過程を繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、転がり軸受けの構成部
材などの鋼材の焼入れ処理工程における表面酸化を防止
する油焼入れ装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】転がり軸受の構成部材、例えば、軌導輪
や転動体は、一体焼入れ（ずぶ焼入れ）、焼戻しをされ
て、転走面を硬化させて、軸受の疲労強度、転がり寿命
を保障している。この焼入れ工程においては、軌導輪等
の表面の酸化・脱炭を防止するため、加熱炉中の雰囲気
を非酸化性ないし還元性に調製し、所定の時間加熱後
に、直ちに保温された油槽中に投入して、油冷を行って
いる。

【０００３】従来は、雰囲気制御した加熱炉を有する焼
入れ装置であっても、焼入れされた軌導輪等の軸受部材
の表面は酸化されて、酸化皮膜が形成されており、光輝
度を低下させる場合があった。もっとも、転走面におい
ては、仕上げ研削されるので、酸化皮膜は切除され、問
題は少ない。しかし、軌導輪の両端面に残る酸化皮膜
は、光輝度を低下させて、、商品価値を低下させるが、
さらに、外輪について軸受ケースと面接する外周面や中
空状ローラの内面に残る酸化層が、粒界に浸食した酸化
物を伴う場合には、疲労破壊あるいは応力腐食割れの起
点となり、軸受けの寿命を低下させる虞れがあり、品質
面でも酸化皮膜は問題であった。

【０００４】そこで、従来から、焼入れ過程で発生した
酸化皮膜は、必要により表面研磨により、除去されてい
た。また、焼入れ工程での酸化を完全に防止するため
に、従来は真空中で加熱し、真空中で油焼入れを行う真
空焼入れも採用されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】大気中の焼入れ工程で
の光輝度の低下は、焼入れ油が焼入れに使用されて古く
なると顕著になる傾向が認められるが、これは、焼入れ
使用中の油中に不溶性のスラッジが増加して、このスラ
ッジの鋼材表面への付着に起因している。

【０００６】焼入れ工程での表面酸化は、スラッジの付
着とは別個の原因で生じ、加熱炉終端部から鋼材の油中
落下・冷却の過程で発生するもので、焼入れ回数の多い
油である程顕著であった。焼入れ油が空気と接触してい
るので、焼入れ使用中に油が空気中の酸素を吸蔵して、
油中酸素濃度が高くなり、投入された高温の鋼が油中冷
却過程に油中酸素により、酸化されるためである。

【０００７】そこで、焼入れ工程での表面酸化を防止す
るには、焼入れ油槽中の焼入れ油を頻繁に交換して、常
に新しい油を焼入れに使用することにより解決できる
が、熱処理のコスト高は免れない。また、上記真空焼入
れ装置の採用は、装置が高価であって、同様に熱処理コ
ストを高くしている。また、転走面以外の酸化皮膜まで
も除去するための面削は、研磨工程を複雑にし、コスト
高になる。

【０００８】本発明は、連続焼入れ炉又はオールケース
炉などを対象として、大気中の油焼入れ過程での酸化を
防止して、光輝度の高い、かつ操業コストの低い焼入れ
油槽を備えた焼入れ装置を提供しようとするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の油焼入れ装置
は、加熱炉近傍に加熱炉で加熱された鋼材を油焼入れす
る焼入れ油槽と、真空ポンプに配管接続された減圧油槽
と、当該油焼入れ槽と当該減圧油槽との間に給油可能に
且つ閉止可能に接続されて焼入れ油を当該油焼入れ槽と
当該減圧油槽との間に回分的もしくは連続的に循環させ
る給油管路と、から成ることを特徴としている。

【００１０】本発明の油焼入れ装置の当該給油管路は、
好ましくは、当該焼入れ油槽から当該減圧油槽に給油ポ
ンプと給油用開閉弁とを経由して給油する油供給管と、
当該減圧油槽から当該焼入れ油槽に返送ポンプと返送用
開閉弁とを経由して焼入れ油を返送する油返送管と、か
ら成るものである。

【００１１】また、本油焼入れ装置は、当該減圧油槽の
底部近傍に、非酸化性ガス吹き込み用のノズルを備えた
給気管が設けられているものも含まれる。更に、本油焼
入れ装置は、当該給油管路に、特に好ましくは油供給管
に、スラッジ除去用の瀘過器あるいは分離器が、接続さ
れているのがよい。

【００１２】

【作用】焼入れ処理中には、焼入れ油は加温され、且つ
常時油面の一部は空気に接触しているから、焼入れ油は
空気中の酸素を吸収して酸素含有量が増加する傾向にあ
る。本発明において、焼入れ処理中に焼入れ油槽中の焼
入れ油の一定油量を供給ポンプによって給油管路を経
て、減圧油槽に送る。給油管路の開閉弁を閉止して、真
空ポンプにより減圧油槽内を減圧して保持すると、減圧
油槽内の当該焼入れ油は減圧状態に保持される。そこ
で、油中の酸素は減圧雰囲気中に放出除去され、油中酸
素含有量は低下する。

【００１３】この減圧処理により酸素含有量が低下した
油を、当該減圧油槽から油供給ポンプにより当該給油管
路を流通して、焼入れ油槽中に戻せば、焼入れ油槽中の
油は希釈されて、その酸素含有量は低下する。

【００１４】このように、焼入れ油槽と減圧油槽との間
を回分的に循環させて、この減圧処理を順次繰り返せ
ば、焼入れ油槽中の油中酸素含有量は低下するが、他
方、焼入れ処理中に空気と接して焼入れ油は酸素を吸収
するので、油中酸素は一定の低いレベルで安定する。焼
入れ油中の酸素含有量が低いので、加熱されている焼入
れ鋼材を油中投入したとき、油中酸素により鋼材表面が
酸化されることがない。

【００１５】減圧油槽中の底部近傍の油面下には、非酸
化性ガス吹き込みノズルが設けられていれば、このノズ
ルから、非酸化性ガス吹き込みを行い、油中気泡の上昇
による油の攪拌とともに、減圧雰囲気中の酸素分圧を下
げるので、酸素除去速度が大きくなり、減圧処理後の油
中酸素含有量を低下させ、減圧処理１回当たりの処理時
間を短縮できる。

【００１６】以上の減圧処理を焼入れ操業中においても
繰り返すことにより、未処理の場合の油中酸素含有量が
通常５〜１０％であったものが、１バッチ１５ｍｉｎ程
度の処理により１５ｐｐｍ以下に保持することが可能と
なり、焼入れ中の鋼材の表面酸化を完全に防止すること
ができ、焼入れによる光輝度の低下を防止することがで
きる。

【００１７】当該給油管路には、特に好ましくは油供給
管に、スラッジ除去用の瀘過器あるいは分離器が、接続
されておれば、酸素除去と同時にスラッジも除去するこ
とができるので、油中スラッジを０．１％以下に除去す
ることにより、焼入れ過程の鋼材へのスラッジの固着が
なく、従って、酸化防止の効果と共に、光輝度が悪化し
ない。

【００１８】

【実施例】本発明の油焼入れ装置の実施例を、先ず、図
面に基づいて説明する。

【００１９】図２は、加熱炉７、焼入れ油槽２と炉内搬
送手段７１及び油槽からの搬出手段２１、２３を備えた
転がり軸受部品焼入れ用の熱処理装置の断面図である。
加熱炉７は、ガス燃焼加熱による連続炉であって、軸受
部品は、炉内に張設されたコンベア７１上で、輸送され
ながら、高温の還元雰囲気中でオーステナイト化温度に
所定時間加熱保持され、コンベアの終端部７２から、そ
の直下の焼入れ油槽２中の焼入れ油６中に投入・急冷さ
れ、油焼入れがされる。

【００２０】加熱炉７と焼入れ油槽の油面との間では、
管状のシール部材７３により、軸受部材の落下経路がほ
ぼ気密状態とされ、必要によりシール部材内部には窒素
ガス又はＡｒガスが供給されて、軸受部材の表面酸化を
防止するようにされている。

【００２１】図１は、上記の連続焼入れ装置に適用され
る本発明の油焼入れ装置の実施例を、配管系統図により
示したものであるが、本装置は、焼入れ油槽２と真空ポ
ンプＰ₃を備えた気密容器の減圧油槽１と、焼入れ油槽
２と減圧油槽１との間に焼入れ油６を循環させる給油管
路の配管３１、３２とから構成されている。

【００２２】焼入れ油槽２は、図２に示したような連続
加熱炉の直下に配置されて、加熱炉で赤熱された軸受部
材を投入して急冷する焼入れ油６が貯留され、図示しな
いが、油温制装置と、温度・成分の均一化のための攪拌
手段が設けられている。

【００２３】焼入れ油槽２内の底部近傍に接続された油
供給管３１が、油供給ポンプＰ₁と電磁開閉式の給油用
開閉弁Ｖ₁を経由して減圧油槽１に給油可能に接続され
ている。

【００２４】また、減圧油槽１内の底部から接続された
油返送管３２が、電磁開閉式の返送用開閉弁Ｖ₂と油返
送ポンプＰ₂とに接続されて、焼入れ油槽２に接続され
ている。

【００２５】減圧油槽１は、気密容器をなし、その上部
により接続された減圧配管４０が、電磁開閉式の真空バ
ルブＶ₃を経て、真空ポンプＰ₃、通常はロータリーポ
ンプとメカニカルブースターとから成る真空ポンプＰ₃
に接続され、排気ガスは空中に放散される。また、減圧
油槽１の上部には、図示しないが、真空圧力計と油面計
とが取り付けられており、この減圧油槽には、復圧用の
給気管８１が、電磁開閉弁８３を介して、窒素ガス源８
９に接続される。

【００２６】減圧油槽１の貯油量は、一例を挙げれば、
焼入れ油槽６の貯油量６０００ｌに対して、５００ｌで
あり、油面上には、同容積程度の空所が設けられて、減
圧雰囲気となっている。

【００２７】本実施例では、減圧油槽１の内底部に、管
壁に微細孔を多数設けたノズル管５が配置され、その配
管が非酸化性ガス源５９に接続されている。

【００２８】本油焼入れ装置の使用に際しては、給油管
３１の開閉弁Ｖ₁を開けて、油供給ポンプＰ₁により、
焼入れ油槽２中の焼入れ油６を減圧油槽１中に一定量供
給して、焼入れ油６を貯留する。次に、油供給弁Ｖ₁と
油返送弁Ｖ₂とをともに閉止して、真空バルブＶ₃を開
けて真空ポンプＰ₃により、減圧油槽１内を減圧し、一
定時間保持する。この間油中酸素は減圧雰囲気中に放出
されて、油中酸素含有量は次第に低減する。この減圧処
理中は、ノズル管５から、窒素ガスなどの非酸化性ガス
を油中に吹き込み、攪拌する。

【００２９】次に、真空弁Ｖ₃を閉止して、復圧用の給
気管８１の電磁弁８３を開けて、大気圧近くまで槽内を
復圧し、油返送弁Ｖ₂を開けて、油返送ポンプＰ₂によ
り減圧油槽１中の脱酸素された油６を焼入れ油槽２中に
返送する。

【００３０】以上の減圧処理操作を焼入れ操業中も繰り
返すことによって、焼入れ油を焼入れ油槽２中と減圧油
槽１中との間を循環させる。この操作は、各ポンプ
Ｐ₁, Ｐ₂，Ｐ₃と各電磁開閉弁Ｖ₁, Ｖ₂，Ｖ₃を制
御し、予め設定した操作プログラムを記憶し実行させる
制御装置により、自動化されている。

【００３１】以上の例では、減圧油槽１から油を戻す場
合に、真空弁Ｖ₃を閉止して、給気管８１から復圧して
いたが、槽内処理圧力が比較的高い場合、例えば３００
〜５００ｍｍＨｇの場合には、その圧力の状態で油返送
ポンプＰ₂により、減圧油槽１中の油を焼入れ油槽２中
に戻すことができ、このような油返送ポンプＰ₂には、
気密性よく送流の少ないギヤーポンプやロータリーポン
プなどが利用できる。

【００３２】また、以上の実施例は、回分式の操作を示
したが、処理圧力が比較的高い場合には、油面計により
減圧油槽１内の油面レベルと油供給ポンプＰ₁及び開閉
弁Ｖ₁による油流量とを調整しながら焼入れ油槽２と減
圧油槽１との間を連続的に油６を循環させる方法も採用
できる。

【００３３】スラッジ瀘過用のフィルターを接続するに
は、図示しないが、油供給管３１の油供給ポンプＰ₁と
開閉弁Ｖ₁との間に装備するのがよい。特に、微細なス
ラッジまでを除去するには、遠心分離器がよい。焼入れ
操業中に上記の減圧処理とともに瀘過器・分離器を継続
的に作動させておき、これにより焼入れ油槽２中のス
ラッジを０．０４％以下に、悪くても、０．１％以下に
低減することができる。

【００３４】次に焼入れ油の減圧脱酸素処理による油中
酸素の除去と焼入れ時の鋼片の表面光輝度の試験を以下
に説明する。

【００３５】減圧脱酸素処理においては、真空容器内に
試料の使用後の焼入れ油（出光興産（株）製のハイスピ
ードクエンチ油の焼入れ使用済油）４００ｍｌを入れ、
油中に浸漬した小径のガラス管により窒素ガスをバブリ
ングしながら、３〜６ｍｍＨｇに減圧した。

【００３６】減圧処理後の油を質量分析計（ＧＣ−Ｍａ
ｓｓ）により分子量３２の酸素を検出して、酸素濃度を
測定した。その減圧時間と油中酸素濃度の関係を表１に
示すが、減圧処理によって油中酸素は、本例で３．３％
あったものが０．０１％に低減している。表１には、同
様の減圧処理をバブリングをせずに実施した場合の結果
も記載しているが、バブリングを併用した減圧処理が脱
酸素に有効であることが判る。

【００３７】

【表１】

【００３８】次に、減圧処理による光輝度の変化を調べ
た。焼入れ油の油種は、セミホット焼入れ油（日本グリ
ース（株）製、Ｎｏ．３０３）の焼入れ使用中の油各１
００ｍｌを真空容器中で油温１００℃で真空度を変えて
１０ｍｉｎの減圧処理を行った。

【００３９】減圧処理後の上記油により、光輝度試験装
置により下記の要領で光輝試験を行った。加熱炉で軸受
鋼（ＳＵＪ２）の面削した鋼片を８６０℃×１５ｍｉｎ
加熱し、焼入れ時の雰囲気をＲＸガス雰囲気に調整して
油中に投入した。

【００４０】焼入れ後の鋼片につき、鋼片表面の光反射
率を測定して光輝度を求めた。未処理品の同一形状の鋼
片表面の測定光輝度を１として比較した。その結果を、
表２に油中スラッジの含有量０．１％のものと、表３に
油中スラッジの含有量０．２５％のものとに分けて示す
が、焼入れ時の雰囲気を還元性にするとともに、油の減
圧処理が、光輝度の改善に有効であり、特に、油中スラ
ッジの含有量０．１％と少ないとその効果が顕著である
ことが判る。

【００４１】

【表２】

【００４２】

【表３】

【００４３】以上の試験結果から、上記減圧油槽１中の
減圧処理は、１回１５ｍｉｎ程度のバッチ処理で油中酸
素含有量を少なくとも５０ｐｐｍ以下とし、油中スラッ
ジの含有量０．１％以下、特に０．０４％以下とするの
が、光輝度改善の点から重要である。

【００４４】

【発明の効果】本発明の油焼入れ装置は、焼入れ油槽の
焼入れ油が減圧油槽で減圧脱酸素されて、一定の酸素含
有量以下に調整されるから、加熱炉で加熱されて焼入れ
油中に投入浸漬される鋼材の軸受部材の表面には酸化層
が生成せず、或いは少なくなり、従来の連続炉やオール
ケース炉などの焼入れ炉によって、表面酸化のない光輝
度の良好な軸受部材などの熱処理材が容易に得られ、熱
処理材の品質保証に有効である。従って、焼入れ油槽の
焼入れ油の頻繁な交換も不要となり、また高価な真空焼
入れ装置を使用する必要がなくなるので、光輝焼入れ工
程のコスト低減に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の油焼入れ装置の配管系統図。

【図２】連続焼入れ装置の概要断面図。

【符合の説明】

１減圧油槽２焼入れ油槽３１油供給管３２油返送管５ノズル管６焼入れ油８加熱炉本体Ｐ₁ 油供給ポンプＰ₂ 油返送ポンプＰ₃ 真空ポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱炉近傍で加熱炉で加熱された鋼材を油
焼入れする焼入れ油槽と、真空ポンプに配管接続された
減圧油槽と、当該焼入れ油槽と当該減圧油槽との間に給
油可能に且つ閉止可能に接続されて焼入れ油を当該焼入
れ油槽と当該減圧油槽との間に回分的もしくは連続的に
循環させる給油管路と、から成る油焼入れ装置。
【請求項２】当該給油管路が、当該焼入れ油槽から当
該減圧油槽に給油ポンプと給油用開閉弁とを経由して給
油する油供給管と、当該減圧油槽から当該焼入れ油槽に
返送ポンプと返送用開閉弁とを経由して焼入れ油を返送
する油返送管と、から成る請求項１記載の油焼入れ装
置。
【請求項３】当該減圧油槽内には、底部近傍に非酸化
性ガス吹き込み用ノズルが配置されている請求項１記載
の油焼入れ装置。
【請求項４】当該給油管路には、油中スラッジを分離
除去する瀘過器もしくは分離器が接続されている請求項
１記載の油焼入れ装置。