JPH0860234A - 鋼の油焼入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄肉部材の変形を少なくする油焼入方法を提
供する。 【構成】 焼入中に処理材温度が焼入油の特性温度直下
になるまでのあいだは油面を加圧し、特性温度通過後は
油面圧を大気圧または大気圧近傍の圧力まで滑らかに移
行させることを特徴とする鋼部材の油焼入方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鋼の熱処理における油焼
入方法に関し、特に薄肉部材に好適な、変形の少ない焼
入方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、焼入における変形防止法として、
以下のようなものが知られている。 方法（ａ）：マルテンサイト変態開始温度（以下Ｍｓ点
という）直上で冷却を一時止め、処理品各部の温度を出
来るだけ均一にした後焼入することにより、変態開始時
間をできるだけ同時化させて変態膨張の均等化を図り、
変形を少なくすることを狙った方法（マルクェンチ
法）。 方法（ｂ）：Ｍｓ点近傍で加圧することにより焼入油の
沸点を制御し、冷却速度を遅くする方法。たとえば特開
昭６１−７９７１６に開示されている。 方法（ｃ）：焼入油の冷却曲線の蒸気膜段階に着目し、
処理材表面を出来るだけ長時間蒸気膜で包み、処理材各
部の温度を出来るだけ均一にしてから沸騰段階を経てＭ
ｓ点へ同時的に到達させるために、減圧下で焼入を行う
方法。たとえば特開平４−２８８１８に開示されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
には何れも以下に述べるような問題があった。即ち、薄
肉処理材の場合、Ｍｓ点付近における各部の温度差は殆
どなく、冷却を一時的に止める方法（ａ）の効果はな
い。マルテンサイト変態はＭｓ点（通常２５０℃近辺）
で一度に１００％完了するものではなく（一般に変態終
了点（以下Ｍｆという）は０℃以下（サブゼロ）であ
る）、Ｍｓ点からＭｆ点まで徐々に継続的に起こるもの
であり、急変ではない。また方法（ｂ）および（ｃ）は
変態時の寸法変化のみに着目したものであり、薄肉処理
材の場合は、既に、Ｍｓ点での各部の温度差は小さく、
変態の遅速も少ないため、変態による変形への影響は小
さい。

【０００４】そこで本発明の目的は、特に薄肉部材に好
適な、変形の少ない油焼入方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の油焼入方法は鋼
部材の焼入にいおいて、焼入中に処理材温度が焼入油の
特性温度直下になるまでのあいだは油面を加圧し、特性
温度通過後は油面圧を大気圧または大気圧近傍の圧力ま
で滑らかに移行させることを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】本発明の油焼入方法によれば、焼入中に処理材
温度が焼入油の特性温度以下になるまでのあいだは油面
を加圧下におくことにより、蒸気膜段階から沸騰段階へ
の遷移点（焼入油の特性温度）における冷却特性の急変
を緩和すると共に、特性温度通過後は油面圧を大気圧ま
たは大気圧近傍の圧力まで滑らかに移行させることによ
り、Ｍｓ点に至るまでに滑らかに冷却速度を回復させる
ことができる。

【０００７】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。

【０００８】図１は、本発明の油焼入方法によるホット
クエンチオイルの冷却曲線（Ａ）と、同焼入油の大気圧
における冷却曲線（Ｂ）を比較のために示したものであ
る。大気圧における冷却曲線（Ｂ）と比較すると特性温
度が短時間・高温側に移行し、且つ遷移点以降は実質上
大気圧における冷却曲線（Ｂ）の下に位置しており、冷
却速度の急変がなく、且つ充分な冷却速度が得られる。

【０００９】ところで、周知技術によれば、焼入におけ
る変形を少なくするために、焼入油をコールドクエンチ
オイルからホットクエンチオイルに変えることは、ある
程度効果がある。図２は、ホットクエンチオイルの冷却
曲線（Ｂ）と、コールドクエンチオイルの冷却曲線
（Ｃ）を示したものであるが、コールドクエンチオイル
の冷却曲線（Ｃ）は蒸気膜段階が長く、且つ沸騰段階の
冷却速度が急になっている。これに対し、ホットクエン
チの冷却曲線（Ｂ）は蒸気膜段階が短く、冷却速度は比
較的緩やかである。

【００１０】図３は、ホットクエンチオイルの油面圧に
よる冷却曲線の変化を示したものであるが、図中の曲線
（Ｂ）は大気圧下、曲線（Ｄ）は減圧下の場合をそれぞ
れ示す。減圧下の冷却曲線（Ｄ）は、図２に示したコー
ルドクエンチオイルの冷却曲線（Ｃ）のように、大気圧
下の冷却曲線（Ｂ）に比べて蒸気膜段階が長くなり、沸
騰段階は減圧により沸騰が促進されて冷却速度が急とな
る。従って減圧下の焼入によっては特性温度点における
冷却速度の急変を避けることができない。ところで、変
態膨張による変形が開始するのはＭｓ点であるが、それ
に至る迄の高温では、これとは別に処理材の線膨張・収
縮による熱塑性変形が起こりやすいので、急な温度変化
はできるだけ避けるべきである。即ち、γ鉄の線膨張係
数はα鉄の約２倍と大きいので、焼入時の降温過程にお
ける処理材各部の温度差に起因する（仮想の）寸法差、
従って熱応力は相当大きいと考えられるから、特に材料
強度の低い高温域では永久変形が起こりやすいためであ
る。

【００１１】一方図４は、同じくホットクエンチオイル
の油面圧による冷却曲線の変化を示したものであるが、
図中の曲線（Ｂ）は大気圧下、曲線（Ｅ）は加圧下の場
合をそれぞれ示す。加圧下の冷却曲線（Ｅ）は、大気圧
下の冷却曲線（Ｂ）に比べて蒸気膜段階は短くなり、沸
騰段階は加圧により沸騰が抑えられて冷却速度が緩やか
となる。従って加圧下の焼入により、焼入油の特性温度
における冷却速度の急変が緩和される。しかしＭｓ点に
おける冷却速度も同時に遅くなることは避けられない。
これでは材料によっては焼入硬度不足が問題となる場合
がある。

【００１２】図１に示した本発明の実施例に係わる冷却
曲線は以下のようにして得られる。真空排気または加圧
可能な、焼入油槽を含む密閉圧力容器と、同容器内の油
面上空間に設けた精密圧力センサーによる圧力信号をＹ
軸、焼入時間タイマーによる時間信号をＸ軸として得ら
れる圧力変化の時間的推移に基づき、蒸気膜段階から沸
騰段階への遷移点を間接的に検知することにより、加圧
から大気圧または大気圧近傍への圧力移行のタイミング
を決定する。あるいは、単独にまたは上記の計測と並行
して、処理品表面に温度センサーを取付けて焼入の予備
テストを行えば、処理材の種類（材質・寸法・形状な
ど）および処理量ごとに、最適の加圧圧力と圧力移行時
間を直接的に決めることができる。

【００１３】大気圧への滑らかな圧力移行は、所望の復
圧特性を持つ単圧力解放弁を開閉弁と直列に配置した排
気系を用いれば容易に行える。このような排気系を複数
個並列に設けて圧力解放の時間調整に使用しても良い。
あるいは、排気系にスロットルバルブを設け、容器内ま
たは排気系に設けた圧力センサー信号に基づき該スロッ
トルバルブ開度をプログラム調整することにより行って
もよい。このようにすれば処理材の種類に応じて最適の
圧力移行条件を調整することは容易である。勿論、以上
に述べた各方法は、容易に推考可能な他の同様な方法に
置き換えてもよい。

【００１４】油面の加圧は窒素ガスによるが、通常の加
圧条件としては処理材により０．５〜５ｋｇ／ｃｍ^２が
適当である。一実施例では、加圧下で油中に焼入れてか
ら約１ｓｅｃで特性温度に至り、次にＭｓ点に至るまで
の約１０ｓｅｃの時間迄に大気圧へ滑らかに圧力移行す
る。

【００１５】

【発明の効果】本発明の油焼入方法によれば、ホットク
エンチオイルの特性温度、即ち蒸気膜段階から沸騰段階
への遷移点、における冷却速度の急変を緩和し、且つＭ
ｓ点における冷却速度を十分大きくできるので、変形が
少なく、且つ品質の優れた薄肉鋼焼入部材を得ることが
できる。また、本発明の油焼入方法によれば、同一の焼
入油を用いて、種々の処理材に合った変形の少ない冷却
条件を調整することが容易にできるので、単一の焼入設
備で多品種生産に対応することが可能となる。

【００１４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の油焼入法による冷却曲線である。

【図２】従来の油焼入法による冷却曲線の一例である。

【図３】従来の油焼入法による冷却曲線の他の一例であ
る。

【図４】従来の油焼入法による冷却曲線の更に他の一例
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼入中に処理材温度が焼入油の特性温度
   以下になるまでのあいだは油面を加圧し、特性温度通過
   後は油面圧を大気圧または大気圧近傍の圧力まで滑らか
   に移行させることを特徴とする鋼部材の油焼入方法。