JPS58204125A - 金属材料の部分熱処理方法 - Google Patents

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】 本発明は金属材料の部分熱処理に関するものである。

金属材料の限られた小部分の焼入、焼戻等を行なういわ
ゆる金属材料の部分熱処理においては、熱処理部の塑性
変形によ、って、材料にわん曲等の残留ひずみを生じる
ことが多い。これを防止する方法としては、材料全体を
均一に加熱するか１、あるいは加熱後に予想されるひず
みと反対方向の塑性ひずみ（以下塑性子ひすみという）
をあらかじめ材料に与えておく等の方法があるが、前者
は熱処理不要彦部分まで加熱することによるエネルギー
損失が大きいうえに、処理不要な部分には害になること
もあシ、また後者は塑性ひずみを与える工程、すなわち
曲げたシする工程が必要となるうえに、マルテンサイト
膨張が大きい高炭素鋼以外は、熱処理部に引張シ応力が
生じて疲労強度が低下するという問題がある。

一方、最近ではレーザや、電子ビームによって、金属材
料の極小部分への急速加熱処理が行なわれるようになっ
てきておシ、上記問題点の解決が熱望されていた。

本発明は熱処理後に予想される、上記材料の残留ひずみ
と反対方向の弾性ひずみ（以下弾性子ひすみ、という）
を熱処理中継続して材料に与えるよ・うにして、上記問
題を解決したものである。

以下、図示の突施例によシ本発明を予ひずみを与えない
場合と比較して説明する。

第１図は本発明を実施する具体例を示すもので、炭素鋼
（５３５Ｃ）製の丸棒１は、長手方向の中心振り分けの
位置を支点２によって、それぞれ下方より支えられてお
り、一方、両支点間の中間位置たる丸棒１の上記中心位
置下面には、下面の軸方向の伸縮を検知すべく、ひずみ
ゲージ３が装着しておる。丸棒１への弾性子ひずみδは
、この先棒１の両端部へ荷重Ｐを加えることによシ、丸
棒１が上方に凸状にわん曲するように与えられる。この
弾性子ひずみδを与えた状態で、上記ひずみゲージ３の
装着部と対応する、丸棒１の上面の熱処理部１ａに、レ
ーザＬを照射するのである。なお、上記丸棒１は直径２
０酩、長さ２００簡のものを使用し、支点間隔は６５闘
とした。また処理中上記ひずみゲージ３の温度を、図示
しない熱電対によって測定し、ゲージ３の出力が影響を
受けない温度範囲であることを確認している。

第２図は上記丸棒１に対して荷重Ｐを全く加えない、す
なわち弾性子ひずみδを与えない状態で、上記熱処理部
１ａにレーザを照射した場合の、丸棒１の下面側の伸縮
を上記ひずみゲージ３で検出した結果を示すものである
。図中、ひずみの＋側は丸棒１の下面が長手方向に伸び
たことを、−側は反対に縮んだことを示す。

レーザ照射時（図中人の時間）、熱処理部１ａの膨張に
よって、丸棒１の上面が長くなυ、丸棒１全体は上方に
凸状にわん曲するから、下面は長手方向に縮んで一側の
大きなひずみδｌがあられれるが、照射終了によシー側
のひずみは急速に小さくなる。ところが、上記レーザ照
射時に、熱処理部１ａは温度が低い周辺部の抱束を受け
た状態で膨張するので、長手方向への膨張と同時に丸棒
１の表面上に隆起し、その状態で塑性変形を起こす。し
たがって加熱終了後の収縮時、上記熱処理部１ａは熱処
理前よυ長手方向が短縮するため、引張応力が生じ、丸
棒１は上方に凹部な形成するようにわん曲して、丸　　
　　１棒１の下面には＋側に残留ひずみδ２　が生じる
。

上記残留ひずみδ２が実際に丸棒１のわん曲の−−−３
− 基因であることを第３図に示す。図中Ｔ工Ｒとは第４図
に示す如く、熱処理を終えてわん曲した丸棒ｌの両端を
■ブロック番で支持し、丸棒１の長手方向の中心にダイ
ヤルゲージ５を当接せしめた状態で、丸棒１を軸を中心
として回転させた場合の、上記ダイヤルゲージ５の最大
値と最小値の差であって、わん曲の程度を示す。

第３図によると、残留ひずみδ２　とＴ工Ｒは良く比例
する。

さて、以上に部分熱処理によって生じる残留ひずみδ１
について説明したが、上記ひずみδ２の原因は熱処理部
が塑性変形して短かく々ることにある。

一方、材料にあらかじめ塑性子ひずみを与えてお〈従来
の方法は、熱処理部が熱処理後に短縮する分、材料の熱
処理側を塑性的に延ばしておき、上記短縮による引張応
力にて、材料を処理前の原形に復帰させるものであるが
、残留ひずみδ２　はＯになっても、熱処理部には残留
引張応力が生じやすい。

＝　　　４　　−− これに対して、本発明の方法は、原形復帰能力のある弾
性限界内の予ひずみを材料に与えながら熱処理をした後
、材料を熱処理前の原形に復帰させて、上記熱処理部の
短縮を補なおうとするものである。したがって上記原形
復帰による材料の熱処理側の短縮を、熱処理後における
熱処理部の短縮より大きく設定すれば、熱処理＼２、 部には圧縮応力が生じることになる。この実証結果を第
５図、第６図に示す。

第５図は第１図に示した丸棒１の両端部に荷重Ｐを加え
て、弾性子ひずみδを与えた場合の弾性子ひずみδと熱
処理後の丸棒１の残留ひずみδ茸の関係を示すもので、
これによると、丸棒１に荷重Ｐを全くかけなかった時、
つま夛弾性予ひずみδが０の場合に、約＋１６５μ（マ
イクロ）あった残留ひずみδ２が、弾性子ひずみを約−
１０００μ（マイクロ）与えた場合には、はぼＯとなっ
ている。

すガわち、先棒１０弾性限界内で、丸棒１をその熱処理
後のわん曲の方向（熱処理部分側の方向）と反対の方向
へあらかじめわん曲させておくことによって、上記熱処
理後に材料を原形に復帰させることができた。

さらに、第６図に示す熱処理部１ａのＸ線残留応力測定
結果によれば、弾性予ひずみδを与えなかった場合、熱
処理部１ａには、熱処理後約１０　ｋｇ／ａ＋ｕの引張
応力が生じているのに対して、弾性予ひずみδを与えた
場合には約１０ｋｇ／ｓｍ＊　　の圧縮応力が生じる。

以上の実施例では金属材料として丸棒を使用したが、丸
棒等の軸物に限らず、本発明は板物にも適用できる。板
物の場合は、曲げを与える手段として一方向に曲げるか
、あるいは円周状に拘束して熱処理部分をポンチ等で押
えて平面的な曲げを与える手段がとられ得る。なお、丸
棒を円周状に熱処理する場合には引張の弾性予ひずみを
与えればよい。また本発明は、レーザや電子ビームによ
る熱処理に限らず、火炎加熱、誘導加熱による鋼の焼入
れ、焼戻し、合金化またはアルミニウム等の非鉄金属の
合金化、焼鈍等の熱処理に適用できる。

このように本発明の方法によれば、金属材料の部分熱処
理によって生ずるひずみを防止することができるととも
に、熱処理部の疲労強度を向上させることができる。実
際発明者らの実験によると、弾性ひずみを与えないでＩ
　Ｑ　ｋｇ／ｌｅａ　！の引張残留応力の生じた先棒の
熱処理部と、弾性予ひずみを与えることにより　ｌ　Ｏ
ｋｇ、／ｍ＊の圧縮残留応力の生じた丸棒の熱処理部と
では、曲げ疲労試験の結果は、前者の耐久限度５’７に
シーに対して後者の耐久限度は６３ｋｇ／Ｗ２となり、
約６ｋｇ／／ｌ−の疲労強度の向上がみられた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する具体例を示す図で、第１図（
Ａ）は正面図、第１図（Ｂ）は側面図、第２図は弾性予
ひずみを与えない場合の材料のひずみ挙動を示す図、第
３図は残留ひずみと材料の曲り量（Ｔ工Ｒ）の関係を示
す図、第４図はＴ工Ｒを測定する具体例を示す図で、第
４図（Ａ）は正面図、第４図（Ｂ）は側面図、第５−　
　７　　− 図は弾性予ひずみと残留ひずみの関係を示す図、第６図
は弾性予ひずみと残留応力を示す図である。 ｌ・・・・・・丸棒（金属材料） １ａ・・・・・・熱処理部 ２・・・・・・支点 ３・・・・・・ひずみゲージ Ｐ・・・・・・荷重 Ｌ・・・・・・レーザ ー゛−゛　　　８　　　−− Ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属材料の部分熱処理において、金属材料の熱処理後に
   生じる。ひずみと反対方向の弾性子ひずみを与えながら
   、金属材料の所望部分の熱処理を行なうことを特徴とす
   る金属材料の部分熱処理方法。