TWI317760B - - Google Patents

Description

1317760 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 • 本發明係關於使用鋼之汽車零件（例如，可由等速接 /頭、輪轂等之懸置零件，或曲柄軸等之引擎零件所代表之 機械構造零件充作其典型例子）之熱鍛造品之製造用之熱 鍛造設備。 < ” 【先前技術】 φ 汽車之懸置零件或引擎零件用之鋼製品在一般係藉由 施行熱鍛造，然後施行依切削加工之完成加工而製造者。 作為此種零件之製造步驟，例如在非專利文獻丨揭示有一 種鏵X ie生產過程之代表性之方法（pr〇cess )，即，將材料 切斷、加熱後，藉鍛造步驟予以成形，而在必要時施行熱 處理之方法。 其次，近年來，對於上述用途之產品，為了實現在應用 對象（即汽車）預期輕量化之小型化或薄型化，而要求疲勞 φ強度之提高。 即，作為提高熱鍛造品之疲勞強度之技術，專利文獻工 揭不有一製造高疲勞強度熱鍛造品之方法’係在熱鍛造 後’將鍛造品全體淬火，然後藉回火處理使基質析出強化 者。 再者’在專利文獻2揭示有一種在熱鍛造後消除鍛造品 全體之冷卻速度不均勻而控制全體之冷卻速度之冷卻裝 置。 非專利文獻1 :(社）日本塑性加工學會編塑性加工技 326\專利說明書(補件)\95_卿5122915 5 1317760 術系列4鑄造CORONA公司 專利文獻1 :日本專利第3100492號公報 專利文獻2 :日本專利第29361 98號公報 【發明内容】 然而，依照專利文獻1所載述之方法，由於在熱锻造後 iC牛本身’零件全體之硬度變高，使未要求疲 加工性降低。即’上述用途之機械構造零 :係經熱鍛造被賦予概略之產品形狀後，通常對此熱锻造 °口之表層施加全面切削之完成加工而製成者。從而，在此 種機械構造零件之製造上不可或缺的是切削加工及表面 :磨二，件全體之硬度變高’則必然使被削性降 低’造成重大問題。 關於實現此-方法之製造設備，為了析出強化處理，需 處理用之加熱設備’此在節省能源之觀點 專利文獻2所載述之技術亦同樣，為了控制工作件全體 之冷卻速度，被削性之降低成為重大問題。 體 鑒於上述情事’想要提供—種關於根據鍛造化 ΐ小型化所引起之應力增大而要求之疲勞強度，可提ΐ至 :==之鍛造品之同時，不僅其不需要=強 :時顯被他部分亦同樣在熱锻造後被施加切削加 工_不被削性良好’可容易施行完成加工，而期 造品時’若依照上述專利文獻 1或2U則難於實現上述熱鍛造品之提供。 326\專利說明書(補件)\95-1〇\95122915 6 1317760 工w·本《明之目的為提供一種有可能製造疲勞特性及 冷力二性均優之熱锻造品之熱锻造設備。 造案發明人等為了達成上述目的’尤其關於熱鍛 =了科冷卻之處理，潛心反覆研究結果 所不（I)〜（III)之發現。 二i t ί ?造品之尤其需要疲勞強度之部分冷卻以施行 火時，若該部分之硬度上升率達到隐U，則有 可月"使零件之疲勞強度提高20%以上。 3人再者，被施加基於部分冷卻之部分敎之部分由於 未被冷卻部分保有熱量而自行回火之結果，可得到盘迄今 步驟所行者同等之效果。然後，為了得到該效果， .此項自行回火必需滿足特定之參數。 -(III)從而，由於锻造品冷卻至室溫後不必另行回火 了月b非㊉低廉製造高疲勞強度零件。 此:卜為了實施以上述之發現為基礎之技術，潛心研究 •可此實現工業規模之製造之設備結構，而引導至 明。 卞奴 本發明係基於上述之發現者 即’本發明之要旨為如下述所構成。 =)-種熱鍛造設備，係將鋼素材加熱用之加熱爐及對加 熱之鋼素材施加鍛造之熱鍛造機在運送路線上依序配 之熱鍛造設備，在前述熱鍛造機内及/或熱鍛造機之 側叹置對熱鍛造後之鍛造品施加部分冷卻 置而成者。 I刀令部凌 326\專利說明書(補件)\95-10\95122915 7 1317760 ,、 、过（1)所載述之熱锻造設備，其中，前述部分冷 郃裴置為具有向鍛造品之部分吹喷冷卻液之喷嘴者。 .如上述（1)或（2)所載述之熱鍛造設備，其中，在熱鍛 /造機出側之沿著運送路線之位置設有至少-個前述部分 冷卻裝置者。 ()如上述（1)、（2)、或（3)所載述之熱鍛造設備，其中， 在熱锻造機出側之沿著料路線之位置設有至複數之前 述部分冷卻裝置者。 依恥本發明，可提供一種確實實現疲勞強度及冷加工性 均優之熱鍛造品之製造之設備。 【實施方式】 百先’為了得到疲㈣度及冷加工性均優之熱锻造品， 較佳的是，藉熱鍛造後之部分冷卻，將硬化部導人鍛造品 立尤/、被要求疲勞強度之部位，而將其他者充作非硬化 口P.’尤其較佳的是，使表面之前述硬化部之維克氏硬度 (Acker’s hardness)Vl及前述非硬化部之維克氏硬度& 滿足下式： (V卜V2)/V2 : 〇.卜〇. 8 〇 亦即，右（L-D/V〗比率未滿〇.；[，則硬化部之強度上 升夕，無法彳于到充分疲勞強度之提高效果。在另一方面， 若（V!-比率超過〇.8，則硬度變得太高，致使冷加 工性大幅降低。尤其’由於在熱鍛造後直接施行部分泮 ^其後之切削加工係屬不可或缺，而推薦將（vi_v2)/v2 没定為0. 8以下。最適之範圍為〇. 2〜〇. 6。 326~專利說明書(補件)\95-lG\95122915 δ 1317760 具有此種辟磨罢夕由·、丄、 ^ X更化部係由麻田散體组續及/弋 變韌體組織所構成，另 m織及/或 , 之非硬化部係以肥粒鐵組織及 ^ ^ 有吩一部分混有變韌體組織。 經過自行==在=造後直接經過部分淬火，然後 構造突件 八後經過切削完成加工而成為機械 件。在此所謂之熱锻造係加熱 施行鍛造之步驟。 X上之/皿度以 之=條:T可成為(㈣闕.1〜〇·8之熱锻造品 11 ie條件’加以說明。 埶即照此種零件之製造上之一般作法，將鋼素材加 … 導至熱鍛造機而予以施加熱鍛造，此時重要的是， =如此得到之锻造品，部分施行自U上起直至；^ 以下為止’並按2(TC/S以上之速度冷卻之冷卻處理。 即’在熱锻造後’將需要高疲勞強度之部分自“以上起 直至Ael-15G°C以下為止且按2(rc/s以上之速度冷卻時， 有可能藉此將冷卻中之肥粒鐵之產生予以抑制，以使組織 成為麻田散體及/或變動體。 · 在此，關於熱鍛造後之部分冷卻處理在A”以上起直至

Aci-150°C以下為止之溫度域施行之理由，Α。3以上開始之 冷卻係在冷卻後得到充分復熱效果之目的上不可或缺所 致，而Acl-15(TC以下之冷卻係為了抑制肥粒鐵之產生 致。 再者，將上述溫度域之冷卻速度設定為2{rc/s以上係 為了將冷卻中之肥粒鐵變態予以抑制，而使組織成為麻田 326\專利說明書(補件)\95-10\95122915 1317760 散體及/或變勤體。 八後重要的是，利用基於該零件所保有之熱量之復熱 作用’使之連續在不超過Acl點之溫度域回火。因為，依 照復熱之回火温度若超過Acl點，由部分泮火所形成之組 織則再次成為沃斯田鐵，而在其後之冷卻過程中成為肥粒 鐵-波來體組織所致。為了防止此項現象，重要的是，在 不超過Acl點之溫度域回火。 匕此外，料前述依照復熱之回火，較佳的是冷卻停止 後，在復熱後之降溫過程，關於到達30(rc為止之期間， 根據每Δίη秒鐘之平均溫度Tn(K)，由下述式（1)所定義之 參數Η為滿足65SHS85者： H=logi〇 Σ 10ίη …（1 ) 但 ’ fn=logA tn-l. 597xl〇4/Tn+l〇〇 。 在此，在圖1展示部分冷卻部在復熱時之溫度歷程。如 圖1所示，由冷卻停止後之冷卻曲線求出每Atn之平均溫 度ΤΠ(Κ)，以此應用於上述式（1)即可決定參數Η。此時， 由於自行回火過程有關之溫度Τη係連續變化，將當作 0. 5秒鐘以下，藉此求出。 圖2展示前述W-D/V2比率與參數η之關係。如圖2 所示，參數Η與硬度比率有良好之相關，若參數H變為未 滿65，則由於回火效果不足，硬度比率（Vi —v〇/V2會超過 0.8，致使被削性成問題。又，若參數H超過犯，則由於 過度軟化，（V^Vd/V2變為未滿ο.〗，無法得到疲勞強度 之提高效果。 326傳利說明書(補件)\95·10\95122915 10 1317760 、=以上所述，為了得到疲勞強度及冷加卫性均優之 二有必要適當依照上述參數Η施行熱鍛造後之部;:二 ’錄將所需要之熱锻造設備依照目3所示加以詳細^ ’在加 之排出 之排出 部分冷 J在圖3中，付號1為鋼素材加熱用之加熱爐

熱後之鋼素材2之運送路線3(延伸至該加熱爐J 側者）上配置熱鍛造機4，然後在沿著熱鍛造機4

側（鍛造品出機之一側）之運送路、線3之位置設置 卻裝置5而成。 將加熱後之鋼素材2在熱鍛造機4中藉模鍛造成所指 之形狀Ϊ列如，圖4(a)所示之鋼素材2在熱鍛造機4 ^過如ffl 4(b)〜⑷所示之步驟成形為具有完成加工前之 製品形狀之鍛造品20。 其次，在設置於熱锻造冑4之排出侧之部分冷卻裳置5 中’對特定部分施加冷卻。部分冷卻裝置5係例如： 不，對於鍛造& 20，在其圓料分之複數位置，按上下 -段設有複數之喷冑5a，從此等喷嘴㈣㈣向_品 2〇之凸緣根基部20a吹喷冷卻液時，可藉此施行偈限: 凸緣根基部2 0 a之冷卻。 吉圖5所示之部分冷卻裝置具有锻造品2()載置用之旋轉 室座6,該旋轉臺座6藉馬達8而可旋轉。複數之 係以可對載置於旋轉臺座6上之㈣之鍛造品2Q之凸緣 根基部20a喷射冷卻水之方式被固定位置。^ 5a 於冷卻水供給管12,而在冷卻水供給f 12設有冷卻水供 326傳利說明書(補件)\95-10\95122915 11 1317760 :用之升屬泵η、噴出量控制用之流量調整闕1〇及流量 皿視用之流量計9。此外，為了局部地僅使鍛造品20之 ，，凸緣根基部20a被冷卻，以抑制其他部分被冷卻，在嗔嘴 . 上方°又有上σ卩冷卻水隔板7a，而在噴嘴5a之下方設 有下4冷卻水隔板7b。上部冷卻水隔板^及下部冷卻水 板7b均屬銥狀隔板，各別以一種亦可將鍛造品之非 冷部對象部分之冷部水之漏出予以抑制之方式所構成。此 鲁外，關於旋轉臺座6，亦以與鍛造品2〇之旋轉臺座6接 觸之部分之熱不致被放出之方式而使用陶曼製之臺座。 在如以上所構成之部分冷卻裝置中，一邊使旋轉臺座6 旋轉，一邊使冷卻水從喷嘴5a喷出時，由於僅凸緣根基 '部2〇a被冷卻，其他部分並未被強制冷卻，有可能僅使^ -部冷卻部分（在本例為凸緣根基部2〇a)淬火。繼之，在冷 卻終了後，利用來自非局部冷卻部分之熱以施行自行回 火。 • 此時，較佳的是，依照上述參數Η施行部分冷卻。 部分冷卻後，施行放任冷卻。此項放任冷卻可在被配置 於運送路線3之終端之未圖示之桶内施行，而在運送路線 3上施行亦可。 - 使用以上之熱鍛造設備時，藉此可對於從熱鍛造機出來 - 之鍛造品確實施行侷限於特定部分之冷卻，變得有可能制 造一種達成（Vi-V2)/V2: 0.1〜〇.8之熱鍛造品。 又按’雖然在上述之設備例中’沿著運送路線3之位置 設有1個部分冷卻裝置5，但亦有可能沿著運送路線3之 326\專利說明書(補件)\95-10\95122915 12 1317760 位置配置複數之部^料置5 對複數之鍛造品約略间& 種、、、。構時，有可能 T細*加部分冷卻，可依昭叙Λ、止、古由 貫現同-路線上之部分冷卻處理。 了 HA速度 再者’嘴嘴^為環狀管之内侧設有複數之 ::為BU狀之開縫噴嘴亦可。在使 :臺座6可代替以非旋轉臺座，不過噴二= 勾性，最好能使用旋轉臺座卜 了進步“均 再者，關於隔板7a亦η样 m # 對象1之瓜樣，因為隔板以係依照非冷卻 對象权4下降$之容許程度所設置者，*^需要。 上述之例子中，將部分冷卻装置5配置於鍛造機 旦此部分冷卻裝置係以-種可在剛完成锻造後 卩之方式⑨置於锻造機中亦可。此外，在使用複數 、徑來施行鍛造之情況’以可在㈣路㈣冷卻之方式予 以設法亦可。 (實施例） _在真空熔解爐中炼製一具有表i所示化學成分組成之 鋼而鑄造a 100kg之鎊錠。纟次，_此鑄錠施行熱鍛造 而製成65mn^之輥軋鋼條後，予以引導至如圖3所示之 熱鍛造設備。首先，將此輥軋鋼條在加熱爐丨加熱至12〇〇 C後，知：810〜1200 C之溫度區域在熱鍛造機4施行如圖 4(b)~(d)所示之三階段熱鍛造，以成形為該圖（d)所示之 具有凸緣之熱鍛造品20。將此鍛造品2〇立刻運入如圖5 所示之部分冷卻裝置5，在此使流量l〇~2〇L/min之冷卻 水噴出，藉此施行侷限於凸緣根基部2〇a之部分冷卻後， 32说專利說明書(補件)\95-1 〇\95122915 13 1317760 予以放任冷卻。部分冷卻部之開始溫度為谓〜n5(rc。 關於如此得到之熱鍛造品，依照以下之要領實施組織觀 .察、硬度測量及切削試驗。為了作比較，在向來一般所用 •之熱鍛造-空冷方法（process)以及熱鍛造—全體淬火回火 方法（process)亦製備鍛造品。在全體淬火後，施行回火 溫度600°Cxlhr之回火處理。 •首先，關於組織觀察，從所得之熱鍛造品之凸緣根基部 鲁20a及軸端部20b切出組織觀察用樣本，而用光學顯微鏡 及電子顯微鏡來觀察其硝酸_醇溶液（Nital)腐蝕組織。 維克氏硬度之測量係於凸緣根基部2〇a及軸端部2〇b之 各表皮下1mm部分在3〇〇g載重下測量維克氏硬度。 依照切削試驗之切削性係用外周施削來評估。即，使用 超硬工具P10，按切削速度200m/min，切入〇.25mm及進 料〇.5mm/rev，嘴霧潤滑劑之方式實施，而根據由施削來 切肖j零件全體所需要之時間施行評估。此時，相對於習知 鲁之熱鑄造-空冷處理材之切削所需要之時間t丨，將本例所 需要之時間設定為t2，以針對（t2-tl)/1：l評估。 32轉利說明書(補件)\95_卿5122915 14 1317760

變態點（°c) CN1 卜 CO 03 卜 CO CO 卜 CO CO 卜 OO CO 卜 1—H 卜 卜 807 LO Oi 卜 817 816 c3 1 1 1 Ο ο d 1 OQ 1 1 1 0. 002 1 ϊ> 1 1 CO 〇> d C^I c> <r> 1 •1—( 1 1 1 0.015 1 ο CN1 a> 1 CO Τ"··4 o' 1 1 1 1 1 0.021 1 次 CO CO •rH 1 1 LO o CD 1—H oa o 1 5 5 1 1 1 CD T—< c=5 1—H CO CZ5 1—( 0. 026 <>3 〇> o CTi o o o CO o cr> LO CS3 o CD 00 L〇 1—H o o’ oo 〇) o o LO o C=5 0.010 cn» ◦ o c=> cu 0.014 寸 〇) o LO 1—H C5 c=> o r-H «〇 o’ oa o d 1 1 1 CD CO CD 寸 LO C=5 CO 00 c? 寸 CD CD OO <zi LTD LT5 <Z3 oa CD C3 CO C<1 o oa CSI C=5 CD CD <=> CD CO C3> CO 卜 o o 寸 LO c=? CO <=> CO L〇 C5 LO G? LO <=> 鋼記號 1—H <Νϊ CO lO

SI ώ6 ·9Ι+2·6ζ+ΐΝ6 ·9τυ?·0νε(Ν1Α=ϊνOS ·ι(ΓΟ-+-Λ2Ι+ϊ8Ι>->ΤΙΝ3·97ογε02-Ξ6=4 S163CSI1066l -S6\ff}紫)_s:amlwr*\9tNro 1317760

備註 發明例 發明例 發明例 發明例 發明例 發明例 發明例 比較例：習知方法 比車交例：全部淬火回火 發明例 比車交例：習知方法 發明例 比較例：習知方法 發明例 比較例：習知方法 發明例 比車交例：習知方法 切削 時間比 T-Η cz> CNI i—1 τ·Η r—1 γ*Ή 1—Η <〇 ι—Η r—H T—^ <=> 1—Η (>α 呀’ r-H <3) r-H ο ^Η τ-Η 〇 τ~Η τ—^ ^-Η ο ^-Η 魏上升 |率⑻| οα τ—H 寸 OJ oo 寸 1 1 CM CO 1 οο οα 1 CT5 1 π 1 非硬化部 CO οα CO CO CO CD CO CNI οα CO C<I 05 CO τ—Η CO (ΝΙ 1 呀 03 οα 5 IT— CO LO oo 03 (ΝΙ 呀 CD C<1 s οα Μ 幸 C^H 幸 ; 幸 0ρ [Χη 幸 宁 ci( 1 宁 E-1h 丄 幸 ClH 1 CQ 1 CQ 1 硬化部 CN1 CO CO ⑦ CO CNI D— Od 呀 CO 寸 CO (ΝΙ CO CO τ ·Η 另 寸 LO CO 1 οο CD CO CT5 cva 1 C<1 呀 CO 1 05 CO CO 1 05 CO 1 Μ s CQ i 1 s s 1 1 艺 1 芝 1 § 寸 oo £ oo 00 1 1 CO 00 1 oo 1 1 CO 1 復熱最大 MCC) g LO CO 〇 CO LO 另 LO g LO 导 LO 1 1 C=5 g 1 另 in 1 LTD 1 in 1 冷卻停止 溫度(。〇 CO s 寸 05 <N1 oa Cvl ?3 导 CO o (Nl 1 室溫 & CO 1 g οα 1 LO 另 1 卜 CO CM 1 冷卻碰 rc/s) LO CO CM oa 寸 CO s CD 寸 〇o CO LO C=5 CO oa 卜 〇 卜 〇· CO CNI CO cz> CNI 〇· 冷卻開始 溫度(。〇 1100 1150 § cn> oo Ο οο 1100 1100 1100 1100 1030 1030 1050 1050 1020 1020 1080 1080 熱锻造 1溫度(。〇 | 1200 1200 1050 s 05 ο οο 1150 1150 1150 1150 1100 1100 1140 1140 1080 1080 1120 1120 嚴 梁1 ι~Η c ο ο u 03 CO 寸 LO CO 卜 oo Οΐ c=> H ι—Η ι—Η (NI CO τ1 Η τ-Η ΙΛ τ—Η CD τ—H 卜 91ΙΠΪ6ΖΖΙ ς6\2 ,ς6\(*-}®)_^黯 Γ®-#\9ζε !317760 如表2所示，由於使用本發明之設備，得以確實施 分冷卻之結果，得到了—種鍛造品，其冷卻部之組織係由 回火麻田散體組織、變韌體組織、或此等組織之混合組織 所構成，冷部部以外之組織係由肥粒鐵_波來體組織、或 變勤體組織所構成’兩者之硬度比率(Vi_V2)/V2為 〇. 14〜0. 77者。再者，切削性之評估結果為習知處理材之 1. 2倍以下，習知之施加全面淬火所得鍛造品之約丨/3以 下。 【圖式簡單說明】 圖1為復熱時之溫度歷程之概念圖。 圖2為展示參數Η與（Vi-V2)/V2之關係之圖。 圖3為展示熱鍛造設備之結構之圖。 圖4(a)〜（d)為展示熱鍛造之順序之步驟圖。 圖5為展示部分冷卻裝置之圖。 【主要元件符號說明】 1 加熱爐 2 鋼素材 3 運送路線 4 熱鍛造機 5 部分冷卻裝置 5a 噴嘴 6 旋轉臺座 7a 上部冷卻水隔板 7b 下部冷卻水隔板 326\專利說明書(補件)\95-10\95122915 17 1317760 8 馬達 9 流量計 10 流量調整閥 11 升壓泵 12 冷卻水供給管 20 锻造品（熱锻造品） .20a 凸緣根基部 2 0 b 軸端部

326\專利說明書(補件)\95-10\95122915 18

Claims (1)

1. MAR 1 9 2009 替换本 1317760 十、申請專利範圍： H q， 1. 一種熱鍛造設備’係將對鋼素材全體加熱用之加熱爐 及對經加熱之鋼素材施加鍛造之熱鍛造機在運送路線上 依序配置之熱鍛造設備，在上述熱鍛造機内及/或熱鍛造 ，機之下游侧設置對熱鍛造後之鍛造品施加部分冷卻之部 分冷卻襄置而成者。 八2.如申請專利範圍第i項之熱鍛造設備，其中，上述部 刀、〃卩裝置為具有向锻造品之部分吹喷冷卻液之噴嘴者。 3·如申凊專利範圍第1或2項之熱鍛造設備，其中，在 熱鍛造機ih側之沿著運送路線之位置設有至少—個上述 部/刀冷卻裝置者。 95122915 19