JP3345949B2 - 焼入れ方法及び設備 - Google Patents

焼入れ方法及び設備

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温と低温の焼入れ油
で2段焼入れを行う焼入れ方法及びその設備に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】鋼製の歯車等を焼入れする場合、850
℃に加熱したワークを150℃の焼入れ油で焼入れする
と、ワーク表面と内部とでは温度差が大きく、この状態
でマルテンサイト変態(MS点:200℃)が開始する
ため、ワークに内部歪が発生してワークが変形し、変形
量及びそのバラツキが大きくなる。
【0003】その対策として、850℃に加熱したワー
クを先ずマルテンサイト変態温度より少し高い油温22
0℃の焼入れ油で1段目焼入れし、ワーク表面と内部と
がほぼ均一の温度になってから、油温150℃の焼入れ
油で2段目焼入れを行う方法が行われている。この2段
焼入れを実施する装置を図3に示す。雰囲気炉1で85
0℃に加熱したワークWを、中間扉3Aを開けて油槽室
2に搬送する。油槽室2には、油温220℃の焼入れ油
槽11と油温150℃の焼入れ油槽12が設置され、先
ずワークWを油温220℃の焼入れ油槽11で焼入れ
し、次に矢印に示すように、ワークWを油温150℃の
焼入れ油槽12に移し替えて2段目焼入れを行い、焼入
れ処理の終わったワークWは、油槽室扉3Bから大気中
に移して空冷する。
【0004】実開昭61−187367号公報には、焼
入れ槽内で焼入れ液を循環させる場合に、焼入れ液の流
れを均一にするため、ワークの周りにクエンチフードを
配設した浸漬焼入れ設備が記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記図3に示す2段焼
入れ用の焼入れ設備は、高温油槽11と低温油槽12の
2槽を必要とするため、2種類の焼入れ油が必要であ
り、油槽室2のスペースも焼入れ油量も2槽分必要とな
り、また、ワークWを高温油槽11から低温油槽12へ
移し替える必要がある。
【0006】本発明は、上記課題を解決し、1槽の焼入
れ油槽を使用しながら、高低温度の焼入れ油で順次2段
焼入れが可能となる方法及びその方法を実施する設備を
提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、焼入れ油の循
環系を有する油槽内にワークの周りを取巻くフードを設
置した焼入れ槽に、加熱したワークをフード内の焼入れ
油中に浸漬してワークの熱で前記フード内のワークの周
りの焼入れ油の温度を変態点温度近傍まで上昇させ、焼
入れ油の循環を停止した状態で1段目の焼入れを行い、
ワークの表面と内部の温度が均一に近づいたときに焼入
れ油を循環させて変態点温度以下に急冷する2段目焼入
れを行う焼入れ方法である。この方法に使用する設備
は、ポンプにより焼入れ油の循環を行う油槽内に、ワー
クの周りを取巻き油槽内の焼入れ油の流れを上流と下流
に区画するフードを設置すると共に、フード内の焼入れ
油の温度を検知する温度センサーを設け、温度センサー
がフード内のワークの周りの焼入れ油の温度が変態点温
度近傍まで上昇したことを検知したときにポンプの駆動
を停止するように構成するまた、ポンプの駆動・停止
を制御するタイマーを設け、加熱したワークをフード内
の焼入れ油中に浸漬して焼入れ油の温度が変態点温度近
傍まで上昇する予め設定した所定時間経過したときにポ
ンプの駆動を停止し、又は、焼入れ油の循環を停止した
状態で1段目の焼入れを行ってワークの表面と内部の温
度が均一に近づく予め設定した所定時間経過したときに
ポンプの駆動を行うようにタイマーでポンプを制御する
ように構成することができる。
【0008】
【作用】フード内の焼入れ油は、容量が少ないので循環
を止めた状態では、ワークの持つ熱量によって油温が変
態温度付近まで上昇し、循環を始めると、大量の低温焼
入れ油と混合されてフード内の焼入れ油温度が低下す
る。これにより、1油槽内において高低2つの温度の焼
入れ油で順次焼入れが行え、フードは油槽内の焼入れ油
の流れを上流と下流に区画するので、フード内の油温を
高低2つの温度に効率よく切替える。フード内の焼入れ
油の温度を検知する温度センサーを設けた設備では、温
度センサーがフード内のワークの周りの焼入れ油の温度
が変態点温度近傍まで上昇したことを検知したときに焼
入れ油循環用ポンプの駆動を停止させる。 また、焼入れ
油循環用ポンプの駆動・停止を制御するタイマーを設け
た設備では、タイマーが予め設定した所定時間経過した
ときに、焼入れ油循環用ポンプの制御を行う。
【0009】
【実施例】図1は本発明の焼入れ方法の説明図、図2は
焼入れ設備の断面図である。図2において、雰囲気炉1
はワークWの加熱炉で、中間扉3Aを介して油槽室2が
設けられ、油槽室2には、油温150℃の焼入れ油槽4
が設置され、この油槽4には、吊下げられたワークWの
周りを取囲み、油槽4内を区画するフード5が設置さ
れ、そのフード5の底部に焼入れ油循環用ポンプ6の噴
出口が配設してある。フード5は油槽4内を所定の小容
積に区画すると共に、焼入れ油の流れを整えるもので、
その詳細は後で説明する。油槽室2には、焼入れ処理の
終わったワークWを大気中に移す油槽室扉3Bが設けら
れている。
【0010】鋼製歯車の焼入れでは、雰囲気炉1で85
0℃に加熱したワークWを、中間扉3Aを開けて油槽室
2に搬送し、図示しない搬送器で油槽4のフード5内に
吊下げて焼入れ油中に浸漬する。この時を、図1におい
てt1とする。フード5内の油温150℃の焼入れ油
(図1に一点鎖線OTで示す)は、ワークWの持つ熱量
によって図1に破線Otで示すように温度が上昇し、t
2時にはマルテンサイト変態温度(MS)近傍の高い油
温となる。一方、ワークWの温度は、実線Wtで示すよ
うに急激に低下して200℃に近づく。ワークWの油槽
4への投入時t1からt2までの時間T1は、ポンプ6
を駆動してフード5内の焼入れ油を循環させると短時間
となる。しかし、ワークの熱容量が小さいときには、焼
入れ油の循環を止めるようにしても良い。
【0011】フード5内の焼入れ油温が所定の温度とな
ったt2時からは、焼入れ油の循環を停止する。ワーク
Wはフード5内の高油温の焼入れ油で1段目焼入れさ
れ、所定の時間T2が経過してワーク表面と内部とがほ
ぼ均一の温度になった時点t3で、フード5内の高温焼
入れ油と油槽4内の低温焼入れ油とを循環させる。これ
によりワークWは、低温の焼入れ油でMS点以下に急冷
されてマルテンサイト変態が起り、所定時間T4を経過
して変態が完了する。2段目焼入れ処理の終わったワー
クWは、油槽室扉3Bから大気中に移し、この時t4以
後は空冷する。
【0012】したがって、1槽の150℃の焼入れ油を
入れた油槽で、1段目の焼入れは、MS点近傍の油温で
T3時間行われ、ワークWの表面と内部の温度が均一に
なった後、油槽内の焼入れ油を循環させることにより、
ワークWはMS点以下の温度に急冷され、T4時間2段
目焼入れするので、焼入れに伴うワークWの変形が抑制
される。
【0013】次に、具体的な焼入れ設備の実施例を図4
について説明する。図4Aは、油槽の断面と焼入れ油の
循環系統を示し、図4Bは、焼入れ油の循環系統を示す
平面図である。油槽4内をワークWの外形に似せたフー
ド5で小容積に区切り、フード5には熱電対のような温
度センサー7を設置する。ポンプ6からの送油管8の噴
出口9をフード5内において下向きに設ける。フード5
内の油温150℃の焼入れ油は、ワークWを投入すると
その持つ熱量によって温度が上昇する。油温がマルテン
サイト変態温度付近となったことを温度センサー7で検
知し、それまで焼入れ油を循環させていた場合は、ポン
プ6を停止又はバルブを閉じて焼入れ油の循環を止め
る。この状態で所定時間1段目の焼入れを行った後、焼
入れ油を再循環させる。
【0014】フード5内の焼入れ油は、噴出口9から油
槽4の底部に向けて噴出され、底部で跳ね返されて図に
破線で示すように一定速度の層流となってフード5内を
上昇し、ワークWを均一に急冷して2段目焼入れが行わ
れる。油槽4の上端から溢れた焼入れ油は、油槽4の大
量の焼入れ油と混合されて温度が低下し、ポンプ6で再
循環される。
【0015】図1において、ワークWの油槽4への投入
時t1からt2までの時間T1は、焼入れテストを繰返し
て最適の時間(例えば10秒)を決めてタイマーで焼入
れ油の循環を停止し、1段目焼入れ時間T3も、同様に
焼入れテストを繰返して最適の時間(例えば92秒)を
決めておけば、2段目焼入れ開始時点t3をタイマーで
制御し、焼入れ油の再循環を開始させることができる。
【0016】図5に油槽の別の実施例を断面で示す。油
槽4内に、上部に受け槽10を取付けたフード5を設置
し、ワークWを冷却した焼入れ油を一旦この受け槽10
に入れ、ここからパイプ13でポンプ6に循環させるよ
うにしたもので、ポンプ6を駆動して焼入れ油を循環さ
せるときに、油槽4内をフード5の上流と下流に区画
し、受け槽9表面の焼入れ油の波立ちがなく、焼入れ油
が全体的に層流となってフード5内を流れる。
【0017】図6,図7に油槽の更に別の実施例を示
す。図6は油槽と循環系統の平面図、図7は断面図を示
す。油槽4内に、外周に仕切り板14を取付けた円筒状
のフード15を設置し、ポンプ6からの焼入れ油を油槽
4の周りの4個所に設置したパイプ20から、仕切り板
14の下部においてフード15に流入させ、ワークWを
冷却した焼入れ油を一旦仕切り板14の上部の油槽4に
入れ、ここからパイプ21でポンプ6に循環させるよう
にしたもので、歯車のようなワークWを焼入れするとき
に、焼入れ油が全体的に層流となってフード15内を流
れるので好適である。
【0018】材質F16の鋼製ヘリカルギア5枚を重ね
てワークとし、本発明の方法に従って、油温150℃の
焼入れ油を循環させ、この中にワークWを投入してから
10秒で焼入れ油の循環を止めると、その後約20秒で
197℃までフード内の油温が上昇した。その後、焼入
れ油の循環を止めたまま1分間その温度を維持して1段
目の焼入れを行った後、焼入れ油を再循環させると、フ
ード内の焼入れ油の温度が急速に150℃付近まで戻っ
た。
【0019】焼入れ後のヘリカルギアの捩れ角の変形量
は、本発明の方法による実験(15個のテスト)では、
右歯面が15μm以下(平均7μm)、左歯面が20μ
m以下(平均6μm)であり、従来の150℃油温で1
段焼入れした製品(20個のテスト)では、右歯面が2
5μm以下(平均11μm)、左歯面が20μm以下
(平均10μm)であるのに比べて、バラツキ及び平均
変形量の両方が共に減少した。
【0020】
【発明の効果】本発明は、1槽の焼入れ油槽を使用しな
がら、高低温度の焼入れ油で順次2段焼入れが可能とな
るので、少ない設備投資で効率よく焼入れ処理が行える
と共に、処理製品の変形量及びそのバラツキを減少でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の熱処理線図。
【図2】本発明の焼入れ設備の説明図。
【図3】従来の焼入れ設備の説明図。
【図4】焼入れ油槽の実施例の説明図。
【図5】焼入れ油槽の他の実施例の断面図。
【図6】焼入れ油槽の循環系の平面図。
【図7】焼入れ油槽の他の実施例の断面図。
【符号の説明】 1 雰囲気炉 2 油槽室 3A,3B 扉
4 油槽 5 フード 6 ポンプ 7 温度センサー
W ワーク Wt ワーク温度 OT 低油温 Ot 高油温 MS マルテンサイト変態温度
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−350115(JP,A) 特開 平6−240347(JP,A) 特開 平6−220529(JP,A) 特開 平5−222445(JP,A) 特公 昭49−13692(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 1/18 C21D 1/63

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焼入れ油の循環系を有する油槽内にワー
    クの周りを取巻くフードを設置した焼入れ槽に、加熱し
    たワークをフード内の焼入れ油中に浸漬してワークの熱
    で前記フード内のワークの周りの焼入れ油の温度を変態
    点温度近傍まで上昇させ、焼入れ油の循環を停止した状
    態で1段目の焼入れを行い、ワークの表面と内部の温度
    が均一に近づいたときに焼入れ油を循環させて変態点温
    度以下に急冷する2段目焼入れを行うことを特徴とする
    焼入れ方法。
  2. 【請求項2】 ポンプにより焼入れ油の循環を行う油槽
    内に、ワークの周りを取巻き油槽内の焼入れ油の流れを
    上流と下流に区画するフードを設置すると共に、該フー
    ド内の焼入れ油の温度を検知する温度センサーを設け、
    該温度センサーが前記フード内のワークの周りの焼入れ
    油の温度が変態点温度近傍まで上昇したことを検知した
    ときに前記ポンプの駆動を停止するように構成したこと
    を特徴とする焼入れ設備。
  3. 【請求項3】 ポンプにより焼入れ油の循環を行う油槽
    内に、ワークの周りを取巻き油槽内の焼入れ油の流れを
    上流と下流に区画するフードを設置すると共に、前記ポ
    ンプの駆動・停止を制御するタイマーを設け、加熱した
    ワークをフード内の焼入れ油中に浸清して焼入れ油の温
    度が変態点温度近傍まで上昇する予め設定した所定時間
    経過したときに前記ポンプの駆動を停止し、又は、焼入
    れ油の循環を停止した状態で1段目の焼入れを行ってワ
    ークの表面と内部の温度が均一に近づく予め設定した所
    定時間経過したときに前記ポンプの駆動を行うように前
    記タイマーで前記ポンプを制御するように構成したこと
    を特徴とする焼入れ設備。
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