JP6922759B2 - 鋼部材の製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、浸炭後にオーステナイト変態開始温度A1よりも低温まで降温して保持し、その後、再加熱して焼入れる鋼部材の製造方法が開示されている。
ここで、図9は、885℃でオーステナイト化された共析鋼(0.77質量%C)の恒温変態曲線を示すTTT(Time Temperature Transformation)図である。横軸は時間(秒)を対数で示し、縦軸は温度(℃)を示している。特許文献1に開示された浸炭後にオーステナイト変態開始温度A1よりも低温まで降温して保持する工程についても、図9を参照して説明することができる。
ここで、単純にパーライト化温度を高くすると、図9に示すように、パーライト変態が終了するまでの時間が急激に長くなり、生産性が低下するという問題があった。
オーステナイト変態完了温度A3よりも高温に鋼部材を加熱してオーステナイト化しつつ、炭素濃度が共析組成よりも高くなるまで浸炭する浸炭工程と、
オーステナイト変態開始温度A1よりも低くかつ恒温変態曲線のノーズ温度よりも高い温度まで前記鋼部材を降温し、前記浸炭工程において形成されたオーステナイトをパーライト化するパーライト化工程と、
前記パーライト化工程の後、前記オーステナイト変態完了温度A3よりも高温に前記鋼部材を再加熱して急冷する焼入れ工程と、を備えた鋼部材の製造方法であって、
前記パーライト化工程は、
前記オーステナイト変態開始温度A1よりも低くかつ680℃よりも高い温度まで前記鋼部材を降温して保持し、前記浸炭工程において形成されたオーステナイトの一部をパーライト化する第1パーライト析出工程と、
680℃以下かつ前記ノーズ温度よりも高い温度まで前記鋼部材をさらに降温して保持し、前記第1パーライト析出工程において残留したオーステナイトをパーライト化する第2パーライト析出工程と、を備えるものである。
第1パーライト析出工程では、析出するパーライトのラメラ間隔が大きくなり、焼入れ工程の再加熱によって、パーライトを構成するセメンタイト層が分断され微細粒となって残留する。その結果、焼入れ後の鋼部材の疲労強度が向上する。また、第2パーライト析出工程によって、パーライト変態が終了するまでの時間が長くなることを抑制することができる。
すなわち、鋼部材の疲労強度と生産性とを両立させることができる。
<鋼部材の製造方法>
まず、図1を参照して、第1の実施形態に係る鋼部材の製造方法について説明する。第1の実施形態に係る鋼部材の製造方法は、耐摩耗性や疲労強度が要求される歯車や軸受けなどの鋼部材の製造方法として好適である。鋼部材の材質は、特に限定されないが、例えば炭素濃度が0.25質量%以下の低炭素鋼や合金鋼を用いることができる。一例として、JIS規格の機械構造用クロムモリブデン鋼SCM420を挙げることができる。
このように、第1の実施形態に係る鋼部材の製造方法によって、鋼部材の疲労強度と生産性とを両立させることができる。
次に、図2を参照して、第1の実施形態に係る鋼部材の製造方法に用いる製造装置について説明する。図2は、第1の実施形態に係る鋼部材の製造方法に用いる製造装置の模式図である。図2に示すように、この製造装置は、熱処理装置10及び冷却装置20を備えている。図2に示した製造装置では、熱処理装置10において、図1に示した浸炭工程、粗大パーライト析出工程、微細パーライト析出工程、焼入れ工程の加熱を連続して行う。その後、鋼部材30を冷却装置20に搬送し、図1に示した焼入れ工程の冷却を行う。
なお、ヒータ12として例えば誘導加熱ヒータを用いてもよいが、鋼部材30の形状等に応じて段替えが必要になる。
なお、例えば浸炭工程の前に鋼部材30を予め加熱しておく予備加熱室(不図示)を別途設けてもよい。熱処理装置10において鋼部材30を処理している間に、予備加熱室において他の鋼部材30を予め加熱しておくことができるため、生産性が向上する。
次に、図3を参照して、第1の実施形態に係る鋼部材の製造方法に用いる他の製造装置について説明する。図3は、第1の実施形態に係る鋼部材の製造方法に用いる他の製造装置の模式図である。図3に示すように、この製造装置は、浸炭処理装置10a、パーライト化処理装置10b、焼入れ加熱装置10c及び冷却装置20を備えている。
なお、冷却装置20は、図2に示した製造装置の冷却装置20と同様であるため、説明を省略する。
以下に、第1の実施形態の比較例及び実施例について説明する。
比較例及び実施例に係る鋼部材としては、JIS規格SCM420からなる鋼部材を用いた。試験片の形状は、ローラピッチング疲労試験を行うため、直径26mm、長さ130mmの丸棒形状とした。ここで、図4は、第1の実施形態の比較例に係る鋼部材の製造方法を示す温度チャートである。また、図5は、第1の実施形態の実施例に係る鋼部材の製造方法を示す温度チャートである。
次に、図4に示すように、比較例に係る鋼部材については、650℃において30分間、パーライト化処理を行った。一方、図5に示すように、実施例に係る鋼部材については、700℃において10分間、粗大パーライト析出処理を行った後、650℃において30分間、微細パーライト析出処理を行った。
また、図4、図5に破線で示すように、パーライト化処理(微細パーライト析出処理)後に水冷した比較例及び実施例に係る鋼部材について、ビッカース硬さ測定、ミクロ組織観察を実施した。
ローラピッチング疲労試験条件については、回転数を2000rpm、滑り率を−40%、油温を80℃、油量を1.5L/minとした。潤滑油にはATF(Automatic Transmission Fluid)であるJWS3309を使用した。
他方、図6に示すように、焼入れ後の鋼部材については、浸炭層において、比較例と実施例とのビッカース硬さは同等であった。但し、深さ0.4〜0.6mmでは、比較例よりも実施例のビッカース硬さの方が高かった。
10a 浸炭処理装置
10b パーライト化処理装置
10c 加熱装置
11、11a、11b、11c 熱処理室
12、12a、12b、12c ヒータ
20 冷却装置
21 焼入れ室
22 冷媒噴射部
23 冷媒
30 鋼部材
P 真空ポンプ
Claims (5)
- オーステナイト変態完了温度A3よりも高温に鋼部材を加熱してオーステナイト化しつつ、炭素濃度が共析組成よりも高くなるまで浸炭する浸炭工程と、
オーステナイト変態開始温度A1よりも低くかつ恒温変態曲線のノーズ温度よりも高い温度まで前記鋼部材を降温し、前記浸炭工程において形成されたオーステナイトをパーライト化するパーライト化工程と、
前記パーライト化工程の後、前記オーステナイト変態完了温度A3よりも高温に前記鋼部材を再加熱して急冷する焼入れ工程と、を備えた鋼部材の製造方法であって、
前記パーライト化工程は、
前記オーステナイト変態開始温度A1よりも低くかつ680℃よりも高い温度まで前記鋼部材を降温して保持し、前記浸炭工程において形成されたオーステナイトの一部をパーライト化する第1パーライト析出工程と、
680℃以下かつ前記ノーズ温度よりも高い温度まで前記鋼部材をさらに降温して保持し、前記第1パーライト析出工程において残留したオーステナイトをパーライト化する第2パーライト析出工程と、を備える、
鋼部材の製造方法。 - 前記第1パーライト析出工程における保持温度を710℃以下とする、
請求項1に記載の鋼部材の製造方法。 - 前記第2パーライト析出工程における保持温度を600℃以上650℃以下とする、
請求項1又は2に記載の鋼部材の製造方法。 - 前記浸炭工程において前記鋼部材が収容される熱処理室の外壁を、赤外線を透過する材質から構成し、
前記外壁の外側に設置された赤外線ヒータによって前記鋼部材を加熱する、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の鋼部材の製造方法。 - 前記浸炭工程の後、前記熱処理室に前記鋼部材を収容したまま、前記パーライト化工程及び前記焼入れ工程における再加熱を連続して行う、
請求項4に記載の鋼部材の製造方法。
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