JPS58104117A - 高周波焼入れ装置 - Google Patents

高周波焼入れ装置

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JPS58104117A
JPS58104117A JP20283681A JP20283681A JPS58104117A JP S58104117 A JPS58104117 A JP S58104117A JP 20283681 A JP20283681 A JP 20283681A JP 20283681 A JP20283681 A JP 20283681A JP S58104117 A JPS58104117 A JP S58104117A
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cooling water
cooling
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quenching
water temperature
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JP20283681A
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Junichi Saito
淳一 斉藤
Muneya Takagi
高木 宗谷
Minoru Kawasaki
稔 河崎
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Toyota Motor Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62Quenching devices
    • C21D1/667Quenching devices for spray quenching

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Control Of Heat Treatment Processes (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は鋼もしくは鋳鉄からなる例えば中空環状の製
品を高周波焼入れする装置に関するものである。
周知のように鋼もしくは鋳鉄からなる製品に高周波焼入
れを施した場合には、焼入れ歪が生じて寸法変化が発生
することが多い。特に中空な環状の製品の場合には焼入
れ歪が径方向の顕著な寸法変化となってあられれる。こ
のような高周波焼入れKよる寸法変化量が一定であれば
予めその寸法変化量を見込んで加工しておくことにより
、高い寸法精度を維持することができる。しかしながら
実際にはその寸法変化量がばらつくことが多く、%に中
空環状の製品の場合には半径方向の寸法変化量のばらつ
きが相当に大きくなる。例えば外径100■程度の鋼も
しくは鋳鉄製環状部品の内面に高周波焼入れを施した場
合、その断面形状や肉厚によりても異なるが、内周半径
の変動量のばらつき範囲は100μmから400μm程
度にまで及び、その結果高い寸法精度を確保することが
困−であった・ ところで一般に焼入歪はマルテンサイト変態等の組繊変
化と、加熱・急冷による熱7影響とに起因することが知
られてiるが、特に中空環状の製品のiI&S波焼入れ
による径方向寸法変化は後者の熱影響が最も大きな要因
となっている。このような熱影響に関係する条件として
は、加熱条件、冷却条件、焼入れ用コイル形状、加工精
度等があるが、これらの条件のうち、特に冷却条件は冷
却水温度によって大きく左右され、しかもその冷却水温
度は他の条件と比較して不確定的な要素が強く、そのた
め前述のような寸法変化量のばらつきには冷却水温度が
最も−大きな影響を与えていると考えられる0例えば本
発明者等が、C3,7*の鋳鉄からなる外径100■、
肉厚10■のリング状の試験片の内面に対する高周波焼
入れを、水温15℃の冷却水と、水温35℃の冷却水を
用いて実施したところ、その試゛験片の内周掌の表面層
の温度(熱サイクル)はそれぞれ第11i1’に示す結
果となることが確認され九、但し内面に対する高周波誘
導加熱は10秒間行ない、加熱停止直後に内側のコイル
から試験片内面に20〜30 n/1niuの冷却水を
噴射するとともに、試験片の外側に設けられた冷却水ジ
ャケットから35〜40 J/minの冷却水を試験片
の外周面に噴射し、この冷却水噴射による冷却(強制冷
却)を5秒間行った後、冷却水の噴射を停止して放冷し
た。この実験によれば、第1図に示されるように冷却水
噴射停止時の試験片内面温度は冷却水温度が15℃の場
合と35℃との場合で40℃以上の差があや、さらに放
冷時の復熱による最高到達温度は300℃程度も相違し
、この結果から冷却水温度が高周波焼入れにおける冷却
効率に大きな影響を与えることが明らかである。
そしてまた本発明者等は、同様な条件の実験を、冷却水
温度をlO℃〜40℃に変化させて多数回実施し、得ら
れた製品の内周半径の変化を調べ九ところ、第2図に示
すようにその内周半径変化量は冷却水温度に・矢きく依
存し、内周半径変化蓋の、− ばらつきは100μmから最大200μmK達すること
が確認された。
上述のような冷却水温度の変動に基づく高同波焼入れに
おける寸法変化量のばらつきを抑える九めKは、冷却水
温度を一定値に制御すれば良いと考えられる。しかしな
がら実際の工業的規模の高周波焼入れ装置における冷却
水槽は200J以上のものかはとんどであり、このよう
な大量の冷却水を冬期あるいは夏期等におiても外気温
度に抗して予め定めた温度K1m整する九めKは加熱・
冷却装置として相当に大がかシなものを必要とし、ま九
その加熱・冷却に要する電力使用量も膨大なものとなる
。またこのような冷却水温度制御用の装置を投砂ておい
ても、例えば炭期において外気温度の影響により40℃
程度以上に達している冷却水を所定温度(例えば20℃
)tで降温させるためKは相当な時間を要し、そのため
生産性が低丁する間龜がある。
この発明は以上の事情に鑑みてなされ九もので、111
1M4波焼入れにおける製品の焼入歪による寸法変化量
を冷却水温度に無関係に一定になし得るようにし、これ
によって冷却水温度を特に制御することなく高い寸法精
度の高周波焼入れ部品が得られるようにすることを目的
とするものである。
すなわちこの発明は、冷却水温度が変化してもそれに対
応して冷却時間(冷却水噴射時間)を変えることによっ
て同じ冷却効果を得ることが可能であること、換言すれ
ば冷却水温度に対応して冷却時間を設定するととKよ抄
焼入れ歪(寸法変化量)のばらつきを抑え得ることに着
目してなされたものであ抄、寸法変化量を一定値に維持
し得るような冷却水温と冷却水噴射時間との関係を予め
調べておいてその関係をプログラムしておき、検知され
た冷却水温度に対応して前記プログラムにしたがい冷却
時間を変えることにより常に一定の寸法変化量となるよ
うKした高周波焼入れ装置を提供するものである。具体
的にはこの発明の4周波焼入れ装置は、製品の表面を高
周波誘導加熱するためのコイルと、加熱直後に前記製品
を冷却するための冷却水を噴射する冷却水噴射手段とを
有してなる高周波焼入れ装置において、前記冷却水噴射
手段に供給される冷却水の温度を検知する水温検知手段
と、前記冷却水噴射手段における噴射時間を制御するた
めのタイマと、冷却水温度と冷動水噴射時間との関係を
プログラムするためのプログラム設定手段とを備え、前
記検知手段により検知された冷却水温度に対応して前記
プはグラムにし九かい冷却水噴射時間を制御し、これに
よって高周波焼入れの前後における製品の寸法変化量の
ばらつきを抑えるようにしたものである。
以下この発明の実施例につき第3図以降を参照して詳細
に説明する。
第3図はこの発明の一実施例を概略的に示すものであ抄
、第3図において焼入れ装置本体IKは焼入れすべき製
品、例えば中空環状の製品2の内周面側を高周波誘導加
熱するだめのコイル3が配設されるとともに、その製品
2の外周面側を椴囲む外周冷却ジャケット4が配設され
ている。前記コイル3およびジャケット4はそれぞれ内
部に冷却水通路5,5′が形成されるとともに、製品2
に対向する側の面に多数の冷却、本噴射孔6,6′が形
、パ′: 成されえものである。したがって誘導加熱用のコイル3
は前述の冷却水噴射手段の一部を兼ねていることにな抄
、このコイル3と外周冷却ジャケット4とによって冷却
水噴射手段が構成される。前記コイル3および外周冷却
ジャケット4の冷却水通路5.5′は、配t7.7’お
よび弁8,8′を介して冷却水貯留槽9に接続されてお
り、前記弁8゜8′にはその開放時間すなわち冷却水噴
射時間を予め設定した時間に制御するためのタイマ10
が接続されている。一方前記冷却水貯留槽9にはその内
部の冷却水11の水温を検知するための熱電対等の水温
検知手段12が挿入されて艷る。そしてその水温検知手
段12およびAfJ記タイマ10は、高周波焼入れ前後
における製品の寸法変化量(この実施例の場合には特に
内径変化It)を予め設定した値に可及的に保持し得る
ような冷却水温度と冷却水噴射時間との関係についての
プログラム13を収納したプログラム設定手段14に電
気的に接続されていケ。このプログラム設定手段14は
前記プロゲラAllへ1.3にしたがい、水温検知手段
11□ 12によって検知された冷却水温度に対応する時間を前
記タイマ10に設定するためのものである。
上述の実施例において、プログラム13は次のようにし
て作成すれば良い。すなわち、予め冷却水温度および冷
却時間(冷却水噴射時間)が焼入慢による寸法変化量に
及ぼす影響を調べる。その結果は、例えば第4図に示す
ようなグラフにあられせる。すなわち、同じ冷却時間で
は冷却水温度が高くなるに従って寸法変化量が小さくな
り、したがって寸法変化量を一定に保つためには、冷却
温度の上昇に伴って冷却時間を長くすれば良いことがわ
かる。そこで第4図のグラフを引用して、目標とする寸
法変化量に対応する冷却水温度と冷却時間との関係をプ
ログラムすれば良い、すなわち例えば目標とする寸法変
化量を100μmに維持したい場合、第4図から冷却水
温度が10℃の場合には冷却時間が2程度度、同じ(2
0℃の場合は32秒程度、30℃の場合は5.0程度度
、40℃の場合は20秒程度となるからこれらの点を結
んで連続的な関係を導出すれば良い。
このようにして作成されたプログラムに従い、水温検知
手段12によ抄検知された温度に対応する冷却時間をタ
イマIOK設定して、その時間だけ冷却水を噴射させれ
ば、冷却水の温度の如何にかかわらず焼入れ前後の寸法
変化蓋をほぼ一定値(上述の場合100/Jm)K維持
することができる。
例えば本発明者等がC3,7%の鋳鉄からなる外径lQ
Qw、肉厚lO■の環状の試験片に対し、第4図に示す
関係を用いて作成したプログラムにより種々の冷却水温
度で目標寸法変化量を100μmとして内周面高周波焼
入れを施し、焼入れ前後の寸法変化量(内周半径変化量
)を調べたところ、第5図に示す結果が得られた。但し
加熱は5〜7.2秒間行って最高到達温度を950℃と
し、また内周面冷却水は20〜30−4/nINn 、
外周面冷却水は35〜40沙’minとした。第5図−
から明らかなように、焼入れ前後の寸法変化量のばらつ
きは、冷却水温度の如何にかかわらず目標値100μm
に対し±lOμmの範囲内に抑えられることが確認され
た。
なおもちろん第4図に示すような関係から100μm以
外の目標寸法変化量についてもそれぞれプログラムを作
成しておくことが可能であり、したがって予め種々の目
標寸法変化量についてのプログラムを記憶させておき、
焼入れ時に目標とする一寸法変化量を指示することによ
り対応するプログラムを続出してそのプログラムにした
がった冷却時間制御を行うように構成することが望まし
い。
なおまた前述の実施例では中空環状の製品の内周面に高
周波焼入れを施す場合について説明したが、中空墳状の
製品の外周面に高周波焼入れを施す場合についても適用
可能なことは勿論−であシ、1+中空環状以外の形状の
製品についての高周波焼入れにも適用することができる
。さらに、前記実施例では誘導加熱用のコイル3が冷却
水噴射手段を葦ねているが、これらを各別に設けても良
いことは勿論である。
以上の説明で明らかなようにこの発明の高周波焼入れ装
置によれば、予め冷′□却水温度と冷却時間との関係を
プログラムしておき、冷却水の温度に対応して冷却時間
を制御することによって、焼入歪による焼入れ前後の寸
法変化量の冷却水温度変動に起因するばらつきを抑え、
これによって寸法変化量をはぼ一定値にがすことができ
、したがって高周波焼入れ部品の寸法を高精度に確保す
ることができ、ま九前述のように冷却水温度の変動に無
関係に寸法変化のばらつきを抑えることができるから、
冷却水を予め定めた温度に調整するための加熱・冷却製
蓋が不要となるとともにその加熱・冷却に要する電力等
のエネルギを不要にして、装置コストおよびエネルギコ
ストを従来よ抄も格段に低摩にすることができる等、各
種の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の高周波焼入れ装置による焼入れ時の加熱
・冷却の熱サイクルを示す線図、第2図は従来の高周波
焼1人れ装置を用いた焼入れにおける冷却水温度と一′
入歪による寸法変化量との関係、1::。 を示す線図、第3□”INNはこの発明の一実施例の高
周波焼−入れ装置を示す略解図、第4図は高周波焼入れ
における゛冷却水温度および冷却時間が寸法変化IKお
よぼす影響を示すグラフ、第5図はこの発明の高周波焼
入れ装置を用いた焼入れにおける冷却水温度と寸法変化
量との関係を示す線図である。 2・・・製品、3・・・プイル(冷却水噴射手段を兼ね
る)、9・・・冷却水貯留槽、10・・・タイマ、12
・・・水温検知手段、13・・・プログラム、14・・
・プログラム設定手段。 出願人 トヨタ自動車工業株式会社 第2図 ;々 去V 祷(>*L   (・。〕第5図 0        10       20     
 30       40:々7.p較JLLC”り 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 製品の表面を高局波鱒導加熱する丸めのコイルと、加熱
    後の製品を冷却するための冷却水を噴射する冷却水噴射
    手段とを有してなる高周波焼入れ装置において、 前記冷却水噴射手段に供給される冷却水の温度を検知す
    る水温検知手段、と、前記冷却水噴射手段における冷却
    水の噴射時間を設定するためのタイマと、冷却水温度と
    冷却水噴射時間との関係をプログラムするためのプログ
    ラム設定手段とを備え、そのプログラム設定手段に設定
    されたプログラムにし九がい、前記水温検知手段により
    検知された冷却水温fK対応する時間だけ冷却水を噴射
    するように構成したことを特徴とする高周波焼入れ装置
JP20283681A 1981-12-16 1981-12-16 高周波焼入れ装置 Expired JPS6044374B2 (ja)

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JP20283681A JPS6044374B2 (ja) 1981-12-16 1981-12-16 高周波焼入れ装置

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JPS58104117A true JPS58104117A (ja) 1983-06-21
JPS6044374B2 JPS6044374B2 (ja) 1985-10-03

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ID=16463989

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JP20283681A Expired JPS6044374B2 (ja) 1981-12-16 1981-12-16 高周波焼入れ装置

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JPH01121813U (ja) * 1988-02-15 1989-08-18

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JPS6044374B2 (ja) 1985-10-03

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