JP2003277824A - 金属製部品の製造方法 - Google Patents
金属製部品の製造方法Info
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Abstract
成できる金属部品の製造方法を提供すること。 【解決手段】 この発明は、金属からの部品の製造方法
に関し、寿命の向上のために、以下のa)設定温度(T
E)で、加熱過程、特に、焼き戻し過程または相転移過
程で終わる部品の硬化のための熱処理の実行ステップ
と、b)部品に最望の幾何形状をもたらすため、室温
(TU)で少なくとも部品の、かんな加工の実行するス
テップと、c)室温(TU)より高い温度(T)で部品
の続行加熱するステップとから構成されたので、転位状
態の安定化により部品寿命の延長が達成できる。
Description
造法に関する。
C2に記載されている。ここでは、金属部品は、最初
に、部品の硬化のために熱処理が実行される。熱処理
は、部品が設定時間の間、焼き戻し温度に保持される焼
き戻し工程で終わる。熱処理に続いて、精密加工(研削
およびホーニング加工)が続く。焼き戻しは、1時間〜
2時間まで行われ、それで、部品全体が加熱されること
が達成される。
ら周知である。また、ここでは、通常のように、焼き戻
し工程で終わる熱処理方法が開示されている。続いて、
緊張加工が行われる。
明細書
動による)で駆動の場合に起こる転位移動度は材料疲労
のメカニズムとして、本質的に材料を軟化し、それで、
構成部品の事故に至る。このことは、特に、ローラ軸受
での使用の場合に注意すべきである。前記の仕上げ方法
によると、この転位構造の安定化が行われない。それ
で、適切に実行される表面加工の場合にもたらされる残
留圧縮応力状態の安定化も達成されない。
転位状態の安定化により部品の寿命の増加を達成するこ
とを課題とする。
よると、次の方法ステップのフローにより特徴付けられ
る。 a)設定温度での加熱過程、特に焼き戻し過程または相
転移過程で終わる部品に硬化のための熱処理の実行。 b)最適の幾何学形状にもたらすため、室温での少なく
とも部品のかんな加工の実行。 c)室温より高い温度での部品の続行する加熱。
造で終わる。
c)の実行の場合、オーブン内または赤外線照射によ
り、その都度、空気雰囲気または保護気体の下で加熱さ
れ、または塩浴内で保持される。部品は、ステップc)
の実行の場合、空気または保護気体雰囲気内で誘導加熱
できる。
℃と400℃との間にすることができる。
な短時間焼き戻し過程または従来の焼き戻し過程による
鋼のマルテンサイト浸透硬化、表面硬化、または誘導硬
化でできる。上記ステップa)後の熱処理は、ベイナイ
ト−マルテンサイト混合組織内またはマルテンサイト−
ベイナイト混合組織内での鋼のベイナイト硬化または鋼
の硬化でできる。上記のそれぞれの場合、特に、上記ス
テップc)による加熱過程の温度は100℃と350℃
の間である。
場合、部品は、少なくとも2秒間、特に、少なくとも1
分間、前記温度に保持される。
響区域が材料の表面縁範囲に限定される最終精密加工を
実行できる。
持つ金属合金、特に、炭素合金鋼および窒素合金鋼とす
ることができる。
に、ローラ軸受またはスライド軸受にとって重要であ
り、特に、ローラ軸受鋼または、表面焼き入れ鋼が重要
である。
属材料での、かんな表面加工(ステップbを参照)に続
く部品の加熱が、対応する純粋な室温処理と比較して縁
層内で発生する転位構造を安定する。特に、鋼では、間
げき離間炭素は格子内で移動され、いわゆるコットレル
雲の形成の下で、転位核に分散でき(分散長さは少なく
とも10ナノメータの範囲)、そこで、分離できる(比
較ポルテビン−Le、シャタリエール効果、レック変
化)。この原子配列はエネルギー的に助長され、支援さ
れ、塑性変形縁区域内での、かんな表面加工により発生
される転位構造を安定し、それで、それにより、生じる
転位運動の動作中に反作用をする。材料の疲労耐久性
(耐久性)の向上により、寿命が延長される。さらに、
縁層内で室温でのかんな表面加工によりもたらされる残
留圧縮応力状態の安定化が起こり、その際、最大値は温
度と期間に応じて約10%〜20%まで減少される。そ
の際、室温で、場合により多段階のかんな表面加工が実
行され、かんな表面加工の終了後、残留引っ張り応力を
起かさなかった。このことが、材料の疲労特性を低下す
るであろう。このことは、もちろん、特に直接的な表面
範囲において適切な続く動作ステップにより加圧に移行
される限り、部分工程は、縁層内での局部的な残留引っ
張り応力の構成に至ることができる(例として図1およ
び、そのための後詳細な説明を参照)。
安定化焼き鈍しのための適切な温度は、使用される材料
および実行される熱処理に応じて50℃と400℃との
間である。その際、その都度の期間は、関連する熱活性
工程(例えば、硬化、寸法安定性)および部品仕様に向
かう。前記ステップc)による安定化の適切な焼き鈍し
温度は、マルテンサイト浸透硬化され、表面焼き入れさ
れ、または、誘導硬化される鋼に対して、ベイナイトま
たはマルテンサイト−ベイナイトまたはベイナイトーマ
ルテンサイト成分に対して、それぞれ、100℃〜35
0℃の間である。処理時間は温度に適合し、典型的に
は、オーブン、赤外線照射装置または塩浴の使用の場
合、1分と1時間の間の範囲であり、誘導加熱の場合、
2秒と3分との間である。減少温度は時間に応じて増加
する。
料から成る金属部品(例えば、ローラ軸受要素およびス
ライド軸受要素)のために意図される。かんな表面加工
および、この発明による安定化焼き鈍しが続く、その
後、影響区域がわずかな深さに及ぼされ、このため、ホ
ーニング工程が問題となる限り、なお、精密加工を行う
ことができる。
は線図を示し、ここでは、それぞれ、金属部品の在留応
力が縦座標で示され、表面距離が横座標で示される。
立つ。例えば、そのような部品はローラ軸受として必要
とされる。室温での過酷回転、フライス切削、研削、ホ
ーニング仕上げ、スライド研削のような、かんな表面加
工により、最初に、異なって及ぼされる塑性化材料範囲
の方法に応じて、高い転位密度が発生される。さらに、
適切な工程処理(例えば、対向フライス切削、適切な切
断幾何学による過酷回転)では、縁層内に亀裂抑制残留
圧縮応力が生じ、その最大値は長さを含めて表面下で、
さらに、その方法および処理期間に依存する(例えば、
研削およびホーニング仕上げ:傾斜勾配を持つ表面で4
00MPa〜600MPa、スライド研削および高速度
フライス切削:その後の平坦勾配をもつ表面で深さ範囲
での類似の大きさの最大値は数10マイクロメータ)。
適切な表面状態(例えば、Raがローラ軸受転動路で
0.1μmの範囲)であれば、上記方法は関連する部品
の最終加工ステップに役立てることができる。この場
合、50℃と400℃との間、特に100℃と350℃
との間での部品の、この発明により続く加熱により、そ
れと関連する縁層内での転位移動度の減少のため、疲労
耐久性の組織が安定化される。これは、同時に、発生す
る圧縮残留応力状態の安定化に通じ、その際、方法は、
とりわけ、使用にとって興味があり、その場合、同様に
それと関連する圧縮残留応力最大値のわずかな減少は、
約10%〜20%(温度と期間に依存する)であり、動
作特性にとって重要ではない(例えば、ローラ軸受要素
または歯車の場合)。上記金属学的工程にとって熱活性
過程は標準であるので、上記ステップc)による安定化
焼き鈍し期間は、それぞれの温度に左右される。その
際、焼き戻し過程または相転移過程は、前記ステップ
a)による熱処理(例えば、マルテンサイト硬化または
ベイナイト硬化)の枠内で越えることができるが、特
に、オーブン、赤外線照射装置または塩浴の使用の場
合、また、著しく越えることができる。前記ステップ
c)による温度および組織安定化加熱過程の適切な選択
は、同様に、部品特殊化の保持に左右される。特に、偶
然に生じるわずかな寸法変化および硬度低下は十分に避
けるべきである。また、場合により、明らかにわずかな
拡大影響区域に至る限り(例えば、ホーニング仕上
げ)、最終精密加工を起こすことができる。
表面状態での残留応力の概要経過が示されている。
のマルテンサイトの十分な硬化またはベイナイトの十分
な硬化によれば、室温での硬化加工は、ほぼ、過酷回転
により最終寸法で行われる。適切な切断幾何学の使用で
は、転動表面下で生じる固有応力のために、図で点線で
示されるような経過が起こる。
たはスライド研削により、明らかにわずかな影響区域の
深さにおいて、縁近傍の残留引っ張り応力は圧力範囲で
変換され、全体として図の点線で示される正味の圧縮残
留応力経過が縁層内で生じる。これは、周期的な負荷で
の部品寿命を改良する。
c)に記載の加熱経過が生じる。
照射装置または塩浴の使用の場合、ベイナイト−マルテ
ンサイト混合組織内で、マテンサイト浸透硬化、表面硬
化、誘導硬化または硬化において、それぞれ、100℃
と300℃の間の温度(例えば、期間、焼き戻し温度お
よび相転移温度、硬度の調整および寸法安定性に応じ
て)が、約1分から1時間の処理期間に亘って選択さ
れ、誘導加熱では、約350℃までの温度、2秒と約3
分の間の時間が選択される。しかし、基本的に縁層(例
えば、約100μmまで)だけが関連するので、核まで
の部品の完全な加熱は不要である。特に、寸法安定性
(特別な残留オーステナイト変換)や硬化に注意すべき
である。非常にわずかな残留オーステナイト含有量のた
めに、ベイナイト硬化では、たいてい、寸法保持問題は
見込まれず、このことは、上記の限界内で高温度の使用
を容易にする。
場合に、転動表面(非常に小さい影響区域)は、なおホ
ーニング仕上げできる。最終工程を示す請求項1のステ
ップc)によるこの発明による加熱前に、特に、優先的
に研削およびホーニング仕上げが行われる。
ト化硬化、表面硬化(誘導縁層硬化)の全ての場合、焼
き戻し温度の近く、または、焼き戻し温度以上(短時間
焼き戻し、または、通常の焼き戻し)または変成温度に
加熱されると、先行する熱処理ステップ(焼き戻し、変
成)は、対応して短縮される。同じことは、ベイナイト
−マルテンサイト混合処理またはマルテンサイト−ベイ
ナイト混合処理にも当てはまる。
過程は、組織の安定化に通じる。それと関連するわずか
な残留応力減成(ここでは、処理の終了後に引かれた曲
線を参照)は、特に、動作特性のためのローラ軸受使用
にとって重要ではない。格子間弛緩する炭素原子は、網
目状核に分散し、そこで分離し(エネルギー的に十分な
状態、比較的な伸長変化)、成形組織の網目状構造は先
行する、かんな加工の塑性影響区域内で安定する。それ
と関連する網目状結合定着により、材料疲労、特に、網
目状結合緩衝の過程およびスライド網目状結合は妨げら
れ(高応力が必要)、このことは、部品の寿命を向上す
る。適切な加熱時間および加熱温度の選択は、熱活性過
程を呈する炭素分散により左右される。
るステップc)に記載の熱処理が、先の過酷回転なし
に、単に研削とホーニング仕上げから成る請求項1に記
載のステップb)による、かんな加工過程に続くことに
ある。その際、例えば、請求項1のステップa)による
と、マルテンサイトまたはベイナイト硬化材料、また
は、表面焼き入れ鋼を使用できる。室温(点線)および
最終的な加熱(実線)での研削およびホーニング仕上げ
後の残留応力状態は、図2でギア用を再現する。この方
法は、表面の場合の90%以上になり、丁度、縁近傍範
囲での網目状結合構造は、この発明よる加熱により安定
されるので、特に、軸受の使用に適する。それと関連す
る縁層内でのわずかな残留圧縮応力は、ローラ接触での
動作にとって重要ではない。
力と表面間隔との関係を示す図である。
ホーニング仕上げ後の残留応力と表面間隔との関係を示
す図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 a)設定温度(TE)で、加熱過程、特
に、焼き戻し過程または相転移過程で終わる部品の硬化
のための熱処理の実行と、 b)部品に最望の幾何形状をもたらすため、室温
(TU)で少なくとも部品のかんな加工の実行と、 c)室温(TU)より高い温度(T)で部品の続行加熱
とからなることを特徴とする金属部品の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1によるステップc)の実行の場
合、オーブンまたは赤外線照射により、それぞれ、空気
雰囲気または保護気体雰囲気を受けて加熱され、また
は、塩浴内で保持されることを特徴とする請求項1に記
載の方法。 - 【請求項3】 請求項1によるステップc)の実行の場
合、空気または保護気体雰囲気で誘導加熱されることを
特徴とする請求項1または請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 請求項1によるステップc)の実行の場
合の温度(T)は、50℃と400℃の間であることを
特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の
方法。 - 【請求項5】 請求項1によるステップc)の熱処理
は、最終の短時間焼き戻し過程または通常の焼き戻し過
程による鋼のマルテンサイト浸透硬化、表面硬化または
誘導硬化であることを特徴とする請求項1ないし請求項
4のいずれかに記載の方法。 - 【請求項6】 請求項1によるステップa)の熱処理
は、鋼のベイナイト硬化であることを特徴とする請求項
1ないし請求項4のいずれかに記載の方法。 - 【請求項7】 請求項1によるステップa)の熱処理
は、ベイナイト−マルテンサイトまたはマルテンサイト
−ベイナイト混合処理での鋼の硬化であることを特徴と
する請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の方法。 - 【請求項8】 請求項1によるステップc)の加熱過程
の温度(T)は、100℃と350℃の間である請求項
5ないし請求項7に記載の方法。 - 【請求項9】 請求項1によるステップc)の実行の場
合、部品は、少なくとも2秒、特に、少なくとも1分の
時間の間、温度(T)で保持されることを特徴とする請
求項1ないし請求項8のいずれかに記載の方法。 - 【請求項10】 請求項1によるステップc)の実行
後、部品に最終精密加工が実行され、その影響区域は材
料の表面近傍の縁層に制限されることを特徴とする請求
項1ないし請求項9のいずれかに記載の方法。 - 【請求項11】 部品の材料は、間げき離間原子を持つ
金属合金、特に、炭素合金鋼または窒素合金鋼であるこ
とを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれかに
記載の方法。 - 【請求項12】 部品の材料は、ローラ軸受またはスラ
イド軸受の要素に適する鋼、特に、ローラ軸受鋼または
表面焼き入れ鋼であることを特徴とする請求項1ないし
請求項11のいずれかに記載の方法。
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