JPS6044374B2 - 高周波焼入れ装置 - Google Patents

高周波焼入れ装置

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JPS6044374B2
JPS6044374B2 JP20283681A JP20283681A JPS6044374B2 JP S6044374 B2 JPS6044374 B2 JP S6044374B2 JP 20283681 A JP20283681 A JP 20283681A JP 20283681 A JP20283681 A JP 20283681A JP S6044374 B2 JPS6044374 B2 JP S6044374B2
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JP
Japan
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cooling water
cooling
water temperature
induction hardening
temperature
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JP20283681A
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JPS58104117A (ja
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淳一 斉藤
宗谷 高木
稔 河崎
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Publication date
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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)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Control Of Heat Treatment Processes (AREA)

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
製品を高周波暁天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暁
天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
著な寸法変化となつてあられれる。このような高周波暁
天れに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、特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10077071程度の鋼もしくは
鋳鉄製環状部品の内面に高周波暁天れを施した場合、そ
の断面形状や肉厚によつて異なるが、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難であ
つ た。 ところで一般に焼入歪はマルテンサイト変態
等の組織変化と、加熱・急冷による熱影響とに起因する
ことが知られているが、特に中空環状の製品の高周波暁
天れによる径方向寸法変化は後者の熱影響が最も大きな
要因となつている。
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つ
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j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。例えば本発明者等が、C
s、7%の鋳鉄からなる外径loomgL)肉厚l07
7Z77lのリング状の試験片の内面に対する高周波暁
天れを、水温15℃の;冷却水と、水温35゜Cの冷却
水を用いて実施したと ころ、その試験片の内周面の表
面層の温度(熱サイクル)はそれぞれ第1図に示す結果
となることが確認された。但し内面に対する高周波誘導
加熱はw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20〜30eImin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35〜40fImin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
間行つた後、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℃以上の差があり、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10℃〜4
0℃に変化させて多数回実施し、得られた製品の内周半
径の変化を調べたところ、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大きく依存し、内周半径変化
量のばらつきは100μmから最大200μmに達する
ことが確認された。上述のような冷却水温度の変動に基
づく高周波焼入れにおける寸法変化量のばらつきを抑え
るためには、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200e以上の一ものがほと
んどであり、このような大量の冷却水を冬期あるいは夏
期等においても外気温度に抗して予め定めた温度に調整
するためには加熱・冷却装置として相当に大がかりなも
のを必要とし、またその加熱・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
用の装置を設けておいても、例えば夏期において外気温
度の影響により4C)C程度以上に達している冷却水を
所定温度(例えば20℃)まで降温させるためには相当
な時間を要し、そのため生産性が低下するj問題がある
。この発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、高周
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、これによつ
て冷却水温度を特に制御すろ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)を変えることによつ
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ことにより
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り、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フ寸法変化量となる
ように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高周波焼入れ装置は、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
を有門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
、前記検知手段により検知された冷却水温度に対応して
前記プログラムにしたがい冷却水噴射時間を制御し、こ
れによつ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
のであり、第3図において焼入れ装置本体1には焼入れ
すべき製品、例えば中空環状の製品2の内周面側を高周
波誘導加熱するためのコイル3が配設されるとともに、
その製品2の外周面側を取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2iに対向
する側の面に多数の冷却水噴射孔6,6″が形成された
ものである。したがつ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り、このコ
イル3と外周冷却ジャケット4とによつて冷却水噴射手
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、配管7,7″およ
び弁8,8″を介した冷却水貯留槽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夕イマ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が挿入されている。そしてその水温検知手段
12および前記タイマ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
化量)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
続されている。このプログラム設定手段14は前記プロ
グラム13にしたがい、水温検知手段12によつて検知
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)が焼入歪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
なるに従つて寸法変化量が小さくなり、したがつて寸法
変化量を一定に保つためには、冷却温度の上昇に伴つて
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秒程度、同じく2Cf′Cの場合は3
1秒程度、30℃の場合は5.(8程度、4(代)の場
合は2[相]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により検知された温
度に対する冷却時間をタイマ10に設定して、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量をほぼ一定値(上述の場
合100μm)に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10
0−m、肉厚1−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100pm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秒間行つて最高到達温度を95(代)
とし、また内周面冷却水は20〜3011min、外周
面冷却水は35〜40eImin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100pmに対し
±10μm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、したがつて予め種々の目標
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読出してそのプログラムにしたがつ
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、中空環状の
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り、また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
噴射手段を兼ねているが、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つて、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、これによつて寸法変化量をほぼ一定値に
なすことができ、したがつ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、また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・冷却装置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りも格段に低廉にすること
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
焼入れ装置を用いた焼入れにおける冷却水温度と焼入歪
による寸法変化量との関係を示す線図、第3図はこの発
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
法変化量に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・・・コイル(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。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 製品の表面を高周波誘導加熱するためのコイルと、
    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
    たプログラムにしたがい、前記水温検知手段により検知
    された冷却水温度に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)

Priority Applications (1)

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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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Publication Number Publication Date
JPS58104117A JPS58104117A (ja) 1983-06-21
JPS6044374B2 true 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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JP (1) JPS6044374B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01121813U (ja) * 1988-02-15 1989-08-18

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01121813U (ja) * 1988-02-15 1989-08-18

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JPS58104117A (ja) 1983-06-21

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