JPS61113711A - 鉄系部品の熱処理方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、鋳鉄などの鉄系部品の熱処理方法に関する
。

〈従来の技術〉 一般に鋳鉄などの鉄系部品をＡＩ変態点以上の温度に一
定時間加熱保持してオーステナイト化した後、２２０〜
４００℃の所定の温度まで急冷・保持するオーステンバ
処理を施すと、基地組織がベイナイトとなシ、強度およ
び靭性が大巾に向上することは、よく知られている。

特に最近は、製造コストの低減および軽量化の目的で、
球状黒鉛鋳鉄にオーステンバ処理を施して、強度および
靭性を向上させ、従来鋼で製造されていた部品を代替す
る技術の研究が盛んとなっている。

従来、このオーステナイト化にあたっては、オーステナ
イト化後所定の温度に保持した塩浴中に焼き入れ・保持
する方法がとられているが、塩浴の持つ危険性、公害性
、および作業性の悪さから、塩浴に代わって流動層炉を
使用することが検討され始めている（例えば特開昭５９
−１０７０２６号公報）。

この流動層炉は、アルミナ等の微細粒子を充填したレト
ルト容器の底部からＮ７等のガスを流し、微細粒子を流
動化させたうえ、レトルト容器を加熱することＫよって
、流動粒子を熱媒体として、容易に均熱域を得る方式の
炉である。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、この流動層炉に部品を焼き入れた場合、
例えば表面に大きな凹部を持つ部品や、大きな平面部位
を持つ部品などの場合、熱媒体粒子の流動が、部品の該
表面部位で阻害される結果、該部位近傍の冷却速度が遅
くなるため、冷却過程でパーライトが析出してしまい、
正常なオーステンパができず、優れた性質が得られない
問題点を有していた。

く問題点を解決するための手段〉 この発明は、このような従来の問題点に着目して表され
たもので、鉄系部品をオーステナイト化温度に加熱した
後、冷却し、所定の恒温保持温度で所定時間保持するこ
とによりオーステンパ処理を施す熱処理方法において、
冷却を流動層炉内で鉄系部品に流動層炉内の気体の速度
より大きい速１　　度の振動を与えながら行なうことで
、前記問題点を解決することを目的としている。さらに
言えば、従来、熱媒体粒子の流動が、阻害されていた部
位近傍の粒子流動を促がすためには、流動層炉底部より
吹き上げられるガスの真の流速以上の速度で、該部品を
上下に振動させることが実質的に有効である。なお振動
の速度とは、振幅を振動ｌサイクルに要する時間で割っ
た値とする。

また、好ましくは、焼き入れに用いる流動層炉の炉内温
度を所定の恒温保持温度より低い温度とし、部品全体の
冷却速度を向上させ、部品全体ｉＬ所定の恒温保持温度
直上まで冷却された後、電気炉等Ｋ、部品を移し、オー
ステナイト化する方法を併用することにより、よりすぐ
れた効果を発揮するものである。

く作用〉 本発明においては、鉄系部品を流動層内で振動を加えな
がら冷却するので、鉄系部品の表面に凹部が存在しても
、必ず熱媒体粒子が滞溜することなく接触するので、凹
部でも他表面と同じように冷却することができる。

〈実施例〉 す 以下、本発明の構成および作用を実施例にもとづいて、
詳細に説明する。

実施例は、鋳鉄のオーステンパ処理に関するものであジ
、第１図に所望の熱処理工程の例を示している。すなわ
ち、部品を還元性雰囲炉で８５０℃２時間のオーステナ
イト化を行なった後、３５０℃で恒温保持させベイナイ
ト化することを所望の熱処理工程とした。

第２図は、本実施例の冷却すなわち焼き入れ浴に用いた
流動層炉（Ｆ）の断面模式図である。１は金属容器（レ
トルト）であシ、該レトルト１内には、熱媒体２として
、平均粒度６０メツシユ以下、好ましくは７０〜９０メ
ツシユのアルミナが充填されており、レトルト１の底部
には、ポーラス・メタル、焼結板等よ構成るガス分散板
３が施こされている。

該レトルト１底部のガス分散板３の下部からは、Ｎ、ガ
ス等の不活性ガスが吹き込まれ、該ガスはガス分散板３
を通して、レトルト１に充填された熱媒体２に流入する
。熱媒体２は、レトルト１の外側に施されたヒーター４
によって加熱されるとともにガス分散板３を通じて流入
したガスによ）流動化し、均一な熱誠を形成する。５は
被熱処理部品の投入口である。

ガス分散板３を通じて流入させるガス流量は流動層炉（
Ｆ）の容量、および流動層炉の設定温度により適宜変化
させることができる。６は被熱処理部品、７は被熱処理
部品６を載せる容器、８は振動源、９は振動源と容器Ｔ
を継ぐロープである。

本実施例に用いた被熱処理部品は、自動車用ナックルス
ピンドル１０でアシ、その材質は球状黒鉛鋳鉄である。

該鋳鉄の組成は、Ｃ３，６チ、８１２．８％、Ｍｎ０．
８％、Ｐ　　０．０２％、Ｓ　　Ｏ，０２％　　、　　
Ｃｕ　　２．０　％　　、　Ｍｏ　　０．３　％　、Ｎ
ｔｏ、ｘ　％である。

第３図に該ナックルスピンドル１０の断面形状を示す。

熱処理は、第３図のナックルスピンドル１０に施こした
。尚、Ｈ寸法は１１５　ｍｍ　、　Ｗ寸法は１２８　ｍ
ｍであり、深さ２５ｆｆｌｆｌＩ、６０ｍｍの二つの測
温用穴１１．１２が穿設されている。これら穴１１．１
２にはＣＡ熱電対をそう人し、これら穴の最奥部にスポ
ット溶接して温度測定をして、行なった。

まず、ステンレス製の支持容器７に入れたスビンドル１
０を８５０℃の還元性雰囲炉中に投入し部品内部温度が
８５０℃に達した後２時間保持した。

次にあらかじめ２５０℃に熱媒体を加熱させた流動層炉
（Ｆ）内に１雰囲炉中のスピンドル１０を支持容器７と
ともくすみやかに取シ出し、流動層炉（Ｆ）の投入口５
より投入して熱媒体２の中心部に部品が保持されるよう
支持容器７を設置し、かつ支持容器７を上下に振動させ
、スピンドル内部の温度降下を測定した。

振動させた条件は、振動幅約１００ｍｍ、２秒で１サイ
クルとした。

以下、振動条件について説明する。流動層炉■内部にお
いて、底部分散板３より吹き上げられたガスは底部より
上部へと熱媒体粒子の充填粒子層内を流れる。

したがって、スピンドル１０の部位によっては、該部位
の表面近傍でガスが流れず、熱媒体粒子が、該表面近傍
にたまってしまうことになる。

第４図は、本実施例において、部品を流動層炉（Ｆ）に
焼き入れた方向を示している。

すなわち、第４図の場合、凹部１３．１４および１５に
熱媒体粒子がたまってしまうことになる。

ガスの流れが部分的に停止されることを防ぐ場合、部品
自体を斜め方向、もしくは、横方向に焼き入れる方法も
考えられるが、これらの方法も十分とは言えず、さらに
は、部品自体を斜め方向もしくは横方向に焼き入れたこ
とによる部品の変形が大きな問題となってくる。

本実施例に供したスピンドル１０の例で言えば軸部１０
ａのまかり、変形が問題となるため焼き入れ方向は、第
４図の矢印１６方向もしくはその逆方向に限られること
Ｋなる。

したがって、そのいずれの場合にも従来は、凹部１３，
１４および１５におけるガスの流れの停止は゛防止する
ことができなかったものであり、部８Ｋ”動を与え６員
に１９１初“ぴ″流１；１゜を促し、熱媒体粒子の流動
を得るものである。振動を与えることにより、スピンド
ル１０の四部１３゜１４．１５でガスの流れを起こすに
は、下がら上方向へ流れる炉内部のガスの流れと反対の
方向の流れを作シ出す必要がある。

すなわち、このためには部品を、炉内におけるガスの真
の流速以上の速度で、ガスの流れる方向と同じ上の方向
へ移動させることが有効であり、実質的には、真のガス
流速以上の速度でスピンドル１０を上下方向に振動させ
ることが好ましくなる。

本実施例における流動層炉（Ｆ）内の真のガス流速を計
算により求める。

本実施例の流動層炉の熱媒体粒子はホワイトアルミナで
あり、２００ｋｇ充填され、粒子の密度は４　ｇ　／　
ｃｒＡであるため、充填粒子の真体積は５０００００ｍ
ｌとなる。これに対し、流動化状態の粒子層はφ６１０
　ｔｍ　、高さ５００−とした。

また、ガスはＮ、ガスを用い２７０１３／ｍｍの流量と
した。

したがって、流動化体積１４６１２３ＣＩＩＩ中ガスの
占める体積は９６１２３ｃｆｆｌとなる。このガス体積
の容量中に、２７０１７ａの量のガスが吹き込まれるた
ぺ真のガス流速は、 （流動粒子層高さ）÷（（ガス体積）÷（流量））＝５
０ｃｍ÷（９６１２３ｏ＋ｔ÷２７０＋１ｏＯ（Ｊ／騙
１＝　１４０ｃｍ／関（約２．３　ｃｍ　／　ｓｅｃ　
）となる。

本実施例１の場合、ｌｏｏＭの振動幅を２秒／１サイク
ルとし実施例２では同じ振動幅で５秒／１サイクルとし
て振動させたため、スピンドル１゜の移動速度は、１０
　ｃｍ／ｓｅｃ　、　４　ｃｍ／Ｓｅｅとなっておシ、
流動層炉（Ｆ）内の真のガス流速を上まわっていること
になる。

第５図は、８５０″Ｃのナックルスピンドル１゜を流動
層炉に焼き入れた際のナックルスピンドル１０内部の測
温結果を示す。

第５図には、本実施例の測温結果とともに１表１のよう
な後述の比較例の測温結果をあわせて示した。

比較例 比較例の場合、表１に示す条件で上下の振動速度が流動
層炉（Ｆ）内の気体速度以下にした（または、全く撮動
させない）こと以外は、本実施例と全く同様とした。

比較例１および２の場合はナックルスピンドル１０の振
動速度が流動層炉内の真のガス流速以下となっており、
測温結果は第５図のように全く同様の結果であった。

比較例１．および２の場合、穴１１の箇所では、ナック
ルスピンドル１０表面で、熱媒体の流動化が阻害された
結果、冷却速度が遅れ、冷却過程において、パーライト
が析出したため、変態の潜熱の放出による冷却曲線の立
ち上がりが観察された。

これに対して、本実施例１および実施例２の場合には、
ナックルスピンドル１０ｔ−流動層炉ＣＦ）の真のガス
流速以上の速度で撮動させたことによプ、部品表面で熱
媒体の流動化が阻害されることはなく、パーライトの析
出を示す冷却曲線の立ち上がりも観察されなかった。ま
た、熱処理後の測定箇所の組織観察結果でも、比較例１
および２の穴１１箇所以外にパーライトの析出がないこ
とを確認した。

以上水した実施例および比較例によりオーステンパ熱処
理に際して、流動層炉に部品を焼き入れた場合、部品に
真のガス流速以上の速度で振動を与えることが、従来、
熱媒体粒子の流動が阻害されていた部位近傍の粒子流動
を促ながし、冷却過程でのパーライトの析出を防止する
効果を持つことは、明きらかである。

また上記実施例では、焼き入れに用いる流動層炉の炉内
温度を所定の恒温保持温度より低い温度とし、部品全体
の冷却速度を速める方法を併用している。

流動層炉の炉内温度を所定の恒温保持より低温とするの
は、オーステナイト化温度と焼き入れ浴温度の温度差を
大きくすることであシ、部品全体　　　；″の冷却速度
を速めることは明白である。

ただし、単に流動層炉の炉内温度を所定の恒温保持温度
より低い温度とするだけでは、本発明の主たる構成要素
である、従来流動化が阻害され易かった部位の流動化を
促すことにはならず、本来流動層炉が持つ、流動化によ
りすぐれた均熱性。

熱伝達性を与える効果、を発揮するまでには至らなかっ
た。

すなわち、本発明は、以下の効果を持つものである。

従来、複雑形状部品および厚肉部品を流動層炉を用いて
オーステナイト化する場合でも、冷却速度が早くなるた
め、パーライト変態阻止の目的で多量の合金化を必要と
しないという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本実施例および比較例における所望のオース
テンパ熱処理工程、第２図は、部品冷却に用いた流動層
炉の断面模式図、第３図は、本実施例の被熱処理部品で
ある自動車用ナックルスピンドルの断面図、第４図は、
ナックルスピンドルの凹部を示す図、第５図は、本実施
例および比較例において、部品を流動層炉に焼き入れた
場合の測温結果を示す。 １・・・金属容器（レトルト） ２・・・流動化熱媒体粒子 ３・・・ガス分散板 ４・・・ヒーター ５・・・被熱処理部品投入口 １０・・・ナックルスピンドル １１．１２・・・被熱処理部品であるナックルスピンド
ルの内部の温度を測定するた めの穴 １３．１４．１５・・・ナックルスピンドル１０（７）
凹部 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄系部品をオーステナイト化温度に加熱した後、
   冷却し、所定の恒温保持温度で所定時間保持することに
   よりオーステンパ処理を施す熱処理方法において、冷却
   を流動層炉内で鉄系部品に該流動層炉内気体の速度より
   大なる速度の振動を与えつつ行なうことを特徴とする鉄
   系部品の熱処理方法。