JPS63238212A - 偏肉筒部材の部分表面焼入れ，焼戻方法 - 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） 本発明は、偏肉筒部材の部分表面を誘導加熱手段を用い
て焼入れ、焼戻しする方法に関する。

（従来の技術） 例えば第１図の如く、外径は長手方向でほぼ同一寸法で
あるが、長手方向内径寸法がｄとして示す極端な段差を
介して異なるため、長手方向−半が厚肉部Ａ、他半が薄
肉部Ｂとなっているような偏肉筒部材Ｗがある。斯様な
筒部材Ｗの薄肉部Ｂに近接した厚肉部Ａの外周表面Ｆが
摺動面とされる場合には、当該厚肉部Ａ外周表面Ｆに表
面硬化処理を施して耐摩耗性を向上させる必要がある。

表面硬化処理として、誘導加熱手段を用いる焼入れは処
理時間が短小ですむとして好んで採用されているところ
である。

ところが、この種筒部材Ｗは偏肉が極端であるがため、
誘導加熱手段を用いる焼入れ、焼戻処理では歪の発生が
大きく、かったとえ当−該硬化処理を施したうえで機械
的矯正操作により外観的な歪を除去したとしても、厚肉
部Ａから肉薄部Ｂへと移行する移行部Ｃの内部に加熱・
急冷時の伸縮による応力が残留し、使用時に当該移行部
Ｃ内周に残留応力に起因する割れが惹起されるので、不
適として忌避され、専ら浸炭による表面硬化処理に付さ
れていた。

（従来方法に存する問題点） 浸炭による表面硬化処理は、非処理部表面をマスキング
する必要があるので、処理前・後に筒部材１個ごとの煩
雑な手作業が必須とされるばかりか、浸炭炉に入れて行
う処理に長時間を要する。

また、上記問題点はさらに当該処理工程がライン生産に
馴染まないという欠陥となり、甚だしく生産性を阻害し
ていた。

（発明の目的） 本発明は、内径寸法が長手方向で極端な段差を介して異
なるため、長手方向−半が肉厚部、他事が肉薄部となっ
ているような偏肉筒部材の肉厚部外周を表面硬化処理す
る場合の、現行浸炭処理に存する上述の問題点を解消す
るためになされたもので、歪の発生、内部に応力を残留
させない誘導加熱手段を用いた偏肉筒部材の部分表面焼
入れ。

焼戻方法を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明の構成は、 （１）内径寸法が長手方向で極端な段差を介して異なる
筒部材の薄肉部に近接する厚肉部外周に焼入れ。

焼戻を施す場合において、 （２）焼入れ時には加熱コイルを上記厚肉部外周および
薄肉部への移行部外周に対向せしめて所定焼入れ温度に
加熱のうえ、当該被加熱部を急冷・焼入、れし、 （３）焼戻し時には上記加熱コイルを上記被焼入れ部外
周に対向せしめて所定焼戻し温度まで昇温させる第１の
加熱を施し、 （４）引き続いて加熱コイルを相対移動して上記移行部
および連接する薄肉部外周に対向せしめて第２の加熱を
施し、 （５）その後厚肉部、移行部および薄肉部を冷却するよ
うにした ことを特徴とする偏肉筒部材の部分表面焼入れ。

焼戻方法にある。

（発明の作用） 本発明は、焼入れに際し、要処理面である厚肉部の表面
と薄肉部への移行部とに加熱・急冷を施すことにより、
敢えて非処理面である移行部をも含む範囲を焼入れし、
焼戻しに際し、被焼入れ部に対する第１加熱および被焼
入れ範囲とされた移行部とこれに連接する薄肉部とに対
する第２加熱を施すことにより、移行部を他部よりも高
温まで昇温させて焼鈍し状態とし、これにより焼入れ時
に発生した内部応力を要処理部である厚肉部と非処理部
である薄肉部との間で十分開放する作用がある。

（実施例） 本発明を第２図（ａ）〜第３図に示す実施例に従って以
下に詳述する。

第２図（ａ）において、１は加熱コイル、２は冷却ジャ
ケット、３はワーク載置台、Ｗは偏肉筒部材（以下ワー
クという）であり、当該実施例では加熱コイル１および
冷却ジャケット２が不動。

ワーク載置台３が可動の場合である。

上記加熱コイル１はワークＷの要処理面Ｆの外周と所定
間隙を隔てて対向可能な内径を具えるとともに、要処理
面Ｆの長さ寸法よりやや大の巾ＣＷを具える如く形成さ
れていて、端面をほぼ水平に維持して配置されている。

上記冷却ジャケット２は環状を呈しており、前記ワーク
Ｗの配置位置より所定間隔を隔てた下方に軸線をワーク
Ｗの軸線の延長上として配置され、内径はワークＷの外
周より大であり、巾はワークＷの要処理面Ｆの長さ寸法
より充分大に形成され、中空の環内に供給される冷却流
体を内周壁に孔設された複数の噴射孔Ｓから噴射可能で
ある。

上記ワーク載置台３は軸線が前記加熱コイル１および冷
却ジャケット２の軸線と同軸を維持する軸部材で、図示
しない駆動装置により軸線上を上下変位可能である。当
該ワーク載置台３は図視上方に位置する先端部３１とそ
の下方に続く本体部３２とからなる。先端部３１は本体
部３２側の基部３１１外径をワークＷの厚肉部Ａ側筒内
の小内径部へ摺動・挿入可能な寸法に形成してあり、先
端方向へ傾斜するテーパ一部３１２を具えている。

本体部３２は外径がワークＷの薄肉部Ｂ側筒内の大内径
寸法より充分小、肉厚部Ａ側筒内の小内径寸法より大の
寸法に形成されいる。

従って、上記ワークＷは薄肉部Ｂ側を下方に向けた状態
でワー４り載置台３へ上方から挿入すれば、ワーク載置
台３の先端部３１のテーパ一部３１２を案内として小内
径部分がワーク載置台３の先端部３１に嵌入し、筒内に
形成されている段層ｄが先端部３１・本体部３２間の段
差に当接して載置かつ位置決めされることとなる。

第２図（ａ）は焼入れ、焼戻処理工程の開始にあたり、
ワークＷをワーク載置台３に載置した状態を示している
。

以下に焼入れ、焼戻処理工程を加熱コイル１゜冷却ジャ
ケット２に対するワークＷの位置関係を示す第２図（ｂ
）〜（ｅ）、ならびに時間・動作関係を示す第３図に従
って説明する。

図示しない駆動装置を駆動してワーク載置台３を上昇■
させ、ワークＷを焼入れ加熱位置に至らしめ、加熱コイ
ル１に所定時間通電■する。第２図（ｂ）はこの状態を
示すもので、加熱コイル１はワークＷの要処理面Ｆと移
行部Ｃの表面ｆとに対向しており、当該加熱コイル１対
向面Ｆ、ｆは所定時間の通電により所定焼入れ温度まで
昇温する（ただし、厳密に言えば後背質量の関係で表面
ｆの温度が表面Ｆの温度よりやや高い）。次いで駆動装
置を駆動してワーク載置台３を下降■させ、第２図（ｃ
）に示される如く、ワークＷの被加熱部Ｆ、ｆを焼入れ
冷却位置に至らしめ、冷却ジャケット２へ冷却流体の供
給を開始し、所定時間にわたり噴射孔Ｓから噴射される
冷却流体により急冷して焼入れ■する。

焼入れ終了後、駆動装置を駆動してワーク載置台３を上
昇■させ、ワークＷを焼入れ加熱位置と同位置である焼
戻加熱としての第１加熱位置に至らしめ、加熱コイル１
に所定時間通電■する。第２図（ｄ）はこの状態を示す
もので、加熱コイル１はワークＷの要処理面Ｆと移行部
Ｃの表面ｆとに対向しており、当該加熱コイル１対向面
Ｆ、　　ｆは所定時間の通電により所定焼戻温度まで昇
温する（ただし、厳密に言えば通電時間は表面Ｆの昇温
が所定焼戻温度となるまでとし、この時点での表面ｆは
表面Ｆに比べてやや昇温しでいる）。

所定の第１加熱時間が経過すると、加熱コイル１への通
電は継続したまま駆動装置を駆動してワーク載置台３を
上昇■させ、ワークＷを第２図（ｅ）に示す焼戻加熱と
しての第２加熱位置に至らしめ、所定時間通電加熱■す
る。この状態で加熱コイル１は移行部Ｃの表面ｆとそれ
に続く薄肉部Ｂの表面に対向している。所定の第２加熱
時間■が経過すると、加熱コイル１への通電は停止され
、かつ駆動装置を駆動してワーク載置台３を下降■させ
、ワークＷを第２図（ｃ）に示される前記焼入れ冷却位
置と同様な焼戻冷却位置に至らしめ、同様に噴射孔Ｓか
ら噴射されて被加熱部Ｆ。

ｆに面接する冷却流体により、当該被加熱部Ｆ。

ｆを所定時間冷却［相］するとともに、衝接後流下する
冷却流体で薄肉部Ｂをも冷却し、当該冷却［相］が終了
すると駆動装置を駆動してワーク載置台３を下降■して
第２図（ａ）の状態に復帰させ、一連の焼入れ、焼戻処
理工程を終了する。

上記焼入れ、焼戻処理工程で、要処理面Ｆは所定焼入れ
加熱温度となった時点で急冷焼入れされた後に所定の焼
戻硬さに仕上げられる。また処理対象外である移行部Ｃ
の表面ｆは、焼入れに際し。

質量の関係でやや過剰な焼入れ状態とされるが、焼戻時
に施される第１．第２加熱により他部よりも高温まで昇
温するので、焼戻状態を超えて焼鈍しした状態となり、
かつ焼入れ時に生じた内部応力を厚肉部Ａと薄肉部Ｂと
の間で完全に開放することとなり、処理後の移行部Ｃの
内部に割れ要因となるが如き応力を残留させない。

（実験例） 発明者は本発明方法が雪す作用および効果を確認するた
め、以下の実験を行った。

☆供試体：材質はＳＣＭ　　１７相当材で、その形状１
寸法は第４図に示す如く、筒壁の厚みが厚肉部Ａで１５
．１３ｍｍ、薄肉部Ｂで２．５５ｍｍであり、要処理表
面はＦとして示す範囲である。

☆焼入れ、焼戻処理：上記供試体を第２図に示す装置を
用い、実施例処理工程に従って焼入れ。

焼戻した。使用した加熱コイルは下記のとおりであり、
処理工程■〜０中の加熱、冷却条件は表記の通りである
。尚、冷却には水溶性高分子剤溶液を使用した。

加熱コイル；内径　５９．３ｍｍ（ただし磁束誘導用突
出部の内径） コイル巾　１３ｍｍ ☆確性試験 （１）硬さ試験：処理済み供試体の硬さを第４図に示す
如く外周表１面および内周表面それぞれから深さ０．２
ｍｍ、測定ポイント間隔１ｍｍとしてポイント１から矢
線で示す方向へと測定した。測定結果を第５図に外周側
を折れ線Ｏｕ、内周側を折れ線Ｉｎとして示す。

同図から、要処理面Ｆには所定の焼入れ硬化層が形成さ
れたことが確認されるとともに、移行部Ｃの内外周表層
および芯部は素材のもつ硬さに近い硬さまで焼鈍しされ
ており、しかも薄肉部Ｂ側へかけての硬さ勾配が極めて
緩い状態となっているのが確認された。

（２）残留応力測定試験：処理済み供試体の残留応力を
Ｘ線回折により測定した。測定位置と求め得た残留応力
分布曲線とを第６図に示す。同図において、曲線Ｒは外
周側。

曲線Ｓは内周側の残留応力分布を示す。尚、比較例とし
て要処理面Ｆを高周波焼入れのうえ１回の焼戻に付した
だけ供試体について求めた残留応力分布曲線を、外周側
をＴ。

内周側をＵとして併載した。

同図から本発明実施供試体には応力の残留が少なく、特
に移行部Ｃで比較例に比べそれが顕著であることが確認
された。

上記両試験結果から、本発明方法は移行部Ｃの内部に応
力の残留を極めて少としつつ要処理面Ｆに所望の焼入れ
硬化層を形成し得ることが証明された。

（発明の効果） 本発明によれば、内径寸法が長手方向で極端な段差を介
して異なるため、長手方向−半が厚内部。

他事が薄肉部となっている偏肉筒部材の厚肉部外周の表
面硬化処理を、歪の発生、使用時の割れ要因となるが如
き応力を移行部内部に残留せしめることなく、誘導加熱
手段により実施可能となり、従って処理工程が短時間で
完了し、これに伴い当該処理工程を生産ラインに組み込
み得ることとなり、生産性向上に多大の寄与をするとし
て賞月される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法が通用される偏肉筒部材の断面正面
図、第２図（ａ）〜（ｅ）それぞれは本発明方法に従っ
た処理工程の各段階における加熱コイルおよび冷却ジャ
ケットとワークとの位置関係を示す断面正面図、第３図
は本発明方法に従った処理工程の動作を示す線図、第４
図は本発明方法実施供試体の寸法および硬さ試験におけ
る測定ポイントを示す正面断面図、第５図は硬さ試験結
果を示す線図、第６図は測定ポイントとの関係で示した
残留応力分布曲線図である。 特許出願人　高周波熱錬株式会社 トヨタ自動車株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内径寸法が長手方向で極端な段差を介して異なる筒部材
   の薄肉部に近接する厚肉部外周に焼入れ、焼戻を施す場
   合において、焼入れ時には加熱コイルを上記厚肉部外周
   および薄肉部への移行部外周に対向せしめて所定焼入れ
   温度に加熱のうえ、当該被加熱部を急冷・焼入れし、焼
   戻し時には上記加熱コイルを上記被焼入れ部外周に対向
   せしめて所定焼戻し温度まで昇温させる第１の加熱を施
   し、引き続いて加熱コイルを相対移動して上記移行部お
   よび連接する薄肉部外周に対向せしめて第２の加熱を施
   し、その後厚肉部、移行部および薄肉部を冷却するよう
   にしたことを特徴とする偏肉筒部材の部分表面焼入れ、
   焼戻方法。