JPS63274713A - 棒状部品類の熱処理方法 - 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） 本発明は定尺材、コイル材の別を問わず素材棒材を軸方
“向に連続送りしつつ熱処理する場合に適用される棒状
部品類の熱処理方法に関し、特に外周面に大きな切削・
研削あるいは転造等の加工を施さない棒状部品類の熱処
理に好適な熱処理方法である。

（従来の技術） 近来、棒材に限らず、各種部材の表面焼入れは誘導加熱
焼入れによるのが通例となっており、また誘導加熱焼入
装置は連続的生産ライン上に配置適合せしめることが可
能である。

他方、表面焼入れされる部材は前処理として調質される
が、当該間質処理は所定数量の被処理材を炉加熱で全断
面が所定焼入れ温度となるまで昇温させたうえ急冷する
焼入れ工程と、炉加熱で全断面を所定温度まで昇温させ
る焼戻工程とを内容とするので、処理に長時間を要し、
連続的生産ラインには馴染まない。

従って、調質と焼入れとは共に熱処理でありながら、こ
れまで全く分離した工程となっている。

ところで、外周面に特に大きな切削、研削、あるいは転
造等の加工を施さない棒状の部品類１例えば回動部材を
軸支したり２部材を結合するピン。

バ一部材等は各種機械装置に多用されている。

この種棒状部品類は、部材自体の靭性と表層部の耐摩耗
性とを兼ね備える必要があるので、慣用熱処理方法に従
って定尺とした所定径の素材棒材をはじめ調質処理し、
ついで表面焼入れするという二熱処理工程に付し、最終
工程で表面研磨等の仕上げをするようにしている。

（従来技術に存する問題点） 本発明者は、此の種ビン、バ一部材等の棒状部品の場合
には、調質後の部材外周面に殆ど切削・研削あるいは転
造等の加工を施さないにも拘わらず、全く分離した調質
と表面焼入れとの二熱処理工程に付すのは下記の点で極
めて無駄であると想到した。

その１は焼入れが連続的生産ライン上でなされている場
合、そのスピードに合わせた供給量を常時確保すべく、
調質処理時間を見越して調質済み棒材を相当量ストック
してお（必要がある点である。

その２は棒材加熱・冷却の繰り返し回数が多く、それだ
け熱エネルギー損失が極めて大きいという点である。

その３は調質処理自体に処理時間を要するばかりか、極
めて煩雑である点である。

（発明の目的） 本発明は、調質処理後の外周面に大きな切削。

研削、あるいは転造等の加工を施さない棒状の部品類を
製造する場合、従来熱処理方法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、熱処理工程を連続する
一工程として同時に調質処理と表面焼入れとを施し得、
これにより連続生産ラインに適応可能、しかも得られる
硬化層深さを制御可能であり、さらには熱エネルギー損
失を飛躍的に抑制し得る棒状部品類の熱処理方法を提供
することを目的とする。

（発明の構成） 本発明の構成は、 （１）素材棒材を軸方向に連続送りする過程において、
（２）上記棒材を急速加熱手段による加熱・急冷に付し
て全断面焼入れし、 （３）ついで誘導加熱によって当該棒材の鋼種、径寸。

ならびに求める芯部の硬さに応じた所定加熱条件で棒材
の表面をＡ　Ｃ１変態点以上の所定温度まで昇温させ、 （４）所定時間経過後に急冷を施すことにより、（５）
棒材芯部の調質と表層部に制御された深さの焼入れ硬化
層の形成とを同時に行うこと を特徴とする棒状部品類の熱処理方法にある。

（発明の作用） 本発明は、棒材を連続する一熱処理工程に付すだけで、
芯部を靭性に冨む微細なソルバイト組織。

表面から所定深さまでを高硬度で耐摩耗性に優れたマル
テンサイト組織、もしくはマルテンサイト＋トルースタ
イト組織とする作用がある。

（実施例） 本発明を第１図の実施例熱処理ラインに従って以下に詳
述する。

図において、ｌは急速加熱手段１１と急冷手段１２とを
備えた焼入れ装置、２は誘導加熱コイル、３は急冷用の
冷却ジャケットであり、連続送りされる棒材Ｗの送り通
路上にそれぞれ所定間隔を隔てて順次配置されている。

而して、当該熱処理ラインで処理される棒材Ｗは定尺材
であってもよく、またコイル材を矯直しつつ連続送りす
る場合でもよく、かつ定尺材の場合には連続送り可能で
あればその長・短を問わない。

上記焼入れ装置１における急速加熱手段１１は誘導加熱
または直接通電加熱の何れであってもよい。しかし乍ら
、連続送りの関係から上記棒材Ｗが定尺材の場合には誘
導加熱が選択使用され、またコイル材の場合には誘導加
熱、直接通電加熱の何れであってもよい。例えば、急速
加熱手段１１として誘導加熱を用いるならば、棒材Ｗの
直径。

送り速度、加熱電源の周波数・出力等の関係において加
熱コイルを単数、または所定小間隔を隔てて複数配置し
、少な（とも棒材Ｗの全断面を鋼種に応じて定まる所定
焼入れ温度まで昇温させるに足る電磁エネルギーを付与
可能に構成される。また急速加熱手段１１として直接通
電加熱を用いるならば、所定間隔を隔てて棒材Ｗと接触
する電極対を１組または複数組配置し、棒材Ｗの全断面
を焼入れ温度まで昇温させるに足る電圧を印加可能に構
成する。

上記焼入れ装置１における急冷手段１２は例えば冷却流
体を噴射する冷却ジャケットであり、前述急速加熱手段
１１を経た棒材Ｗが送り速度との関係において全断面の
オーステナイト変態を完了するに必要な時間経過後に到
達する如く配置される。冷却流体としては、本発明方法
が連続的な熱処理工程であるので、扱い容易な上水を使
用するのが好ましく、鋼種によっては水溶性高分子剤溶
液、あるいはミスト等が使用されることとなろう。

上記構成の焼入れ装置１を通過した棒材Ｗは全断面焼入
れされた状態となる。

上記誘導加熱コイル２は全断面焼入れされた棒材Ｗを、
その鋼種、径寸、ならびに求める芯部の硬さに応じた所
定加熱条件で棒材の表面をＡ　ｃ　１変態点以上の所定
温度まで昇温可能な如く、予め実験により諸元を設定し
ておく。

上記冷却ジャケット３は前述焼入れ装置１における急冷
手段１２同様に構成されている。

而して本発明の特徴とするところは、上記誘導加熱コイ
ル２による棒材Ｗ表面の加熱・昇温温度をＡ　ｃ　１変
態点以上の所定温度θとすることと、誘導加熱コイル２
・冷却ジャケット３間の配置間隔、即ち送り速度に応じ
た加熱後の経過時間Ｔとを所定とすることである。当該
加熱温度θと経過時間Ｔとの相関関係を第２図に従って
説明すれば、誘導加熱コイル２を通過した時点ｔ１で表
面が所定温度θ１である棒材Ｗ断面の温度分布は曲線Ａ
として示され、また冷却ジャケット３到達時点ｔ２で棒
材Ｗの表面温度はθ２に下降するが、断面の温度分布は
曲線Ｂとして示される状態となっている。

従って、前記焼入装置１により全断面焼入れされた棒材
Ｗは誘導加熱コイル２と冷却ジャケット３とを通過する
ことにより、曲線ＢにおけるＡＣ１変態点以上の斜線で
示す範囲が上記冷却ジャケット３から噴射される冷却液
により焼入れされ、またＡ　ｃ　１変態点以下の範囲が
焼戻されることとなる。

一方、鋼種が一定であれば、加熱コイル２による加熱温
度θは棒材Ｗに印加する表面電力密度。

加熱時間、棒材Ｗの径寸から決定可能である。それ故、
上記王者の関係を予め予備実験で求めておけば、誘導加
熱コイル２通過時点での所望する断面の温度分布が得ら
れることとなり、これに伴い冷却ジャケット３到達まで
の経過時間Ｔ（ｔ２−ｔｘ）に従った表面焼入層の深さ
が設定可能となる。

尚、誘導加熱コイル２による加熱温度がＡ　ｃ　１変態
点以下ならば焼入層は勿論形成されない。

上記の作用は誘導加熱の特性を利用するが故に発揮せし
めことが可能となるものであって、他の加熱源との代替
は不可である。

かくして実施例熱処理ライン通過により、芯部を靭性に
富む微細なソルバイト組織２表面から所定深さまでを高
硬度で耐摩耗性に優れたマルテンサイト組織、もしくは
マルテンサイト＋トルースタイト組織とした棒材Ｗが得
られる。

もし、コイル材を連続送りして熱処理する場合であれば
、ライン終端部に切断装置を配置して順次定尺に切断す
るライン構成とする。

熱処理された棒材Ｗは１通常の焼入れ部材同様に、焼入
層を所望する仕上がり硬さとするための焼戻処理、ある
いは必要に応じて残留応力除去のための焼きなまし処理
等の後処理に付す場合もあること勿論であり、爾後表面
研磨等の仕上げ工程に付される。

（実験例） 本発明について行った多数の実験中の一例を以下に示す
。

○供試体：鋼　　種；５ＡＥ１５４７Ｓ相当材形　　状
；定尺材 寸　　法；３２ｍｍφ、　　２０００ｍｍｊ！○実験目
標値：表面硬化層 深さ・・・・・・・２．５　ｍ　ｍ 硬さ−・−−−−ＨＲｃ　５０ 芯部調質部 硬さ−−−−−−＝ＨＲＣ２５〜３０ ○熱処理工程：上記供試体を第１図に示す熱処理ライン
を用いて熱処理した。焼入れ装置１における急速加熱手
段１１は加熱コイル３個を配置した誘導加熱であり、ま
た焼入れ後の誘導加熱コイル２は加熱コイル２個を配置
した構成であった。尚、焼入れ装Ｒ１における急冷手段
１２および急冷手段３では、冷却流体としてともに上水
を使用した。

熱処理工程中の各種条件は以下のとおりであった。

奇棒材移動速度；７０ｍｍ／ｓｅｅ ☆焼入れ： ＊最終加熱コイル通過時の 供試体表面温度−・・−・〜・〜・−・・−・−・・・
９６０℃ネオ−ステナイト化保持時間−・・−・−１７
ｓｅｃ本焼入れ冷却直前の 供試体表面温度−・・−・−・・・・−・・−・・−・
−８６０℃本焼入れ冷却直後の 供試体表面温度（残熱）−・−一−−−・　４０℃☆誘
導加熱・急冷： ＊最終加熱コイル通過時の 供試体表面温度−・・−・・・−・・−・・・・−・−
７８０℃＊誘導加熱装置２から急冷手段３へ 達する間の所要時間・−・−・・−・・−・−・　１７
ｓｅｃ＊急冷直前の 供試体表面温度−・・・−・・・−・・・・−・−・６
８０℃○確性試験： ☆硬さ測定試験；供試体の断面硬さを測定した。

測定結果を第３図に示す。

第３図から、供試体の表面は硬さＨＲｃ５３ないし５４
となっており、当該硬度は２、６　ｍ　ｍ深さまで降下
し、芯部はＨＲｃ３０以下のほぼ均一な硬度となってい
ることが確認された。

☆組織観察試験；供試体の断面を顕微鏡写真（４００，
倍）によって形成されている組織を観察した。

第４図の（ａ）〜（ｄ）それぞれは表面からの深さ１．
５．　２．３．　４．０および１５．７ｍｍの位置の写
真図であり、表層部である（ａ）および（ｂ）はマルテ
ンサイト＋トルースタイト組織となっていることが、ま
た境界部に相当する（Ｃ）はマルテンサイト＋トルース
タイト＋ソルバイト組織であり、芯部である（ｄ）はソ
ルバイト組織となっていることが認められた。

以上の実験結果から、本発明は棒材を連続的な一熱処理
工程に付すだけで、調質と焼入れとを同時に施し得るこ
と、かつ設定目標値をクリヤしていることが実証された
。

また多数の実験例から棒材Ｗに印加する表面電力密度、
加熱時間、棒材Ｗの径寸に応じて誘導加熱コイル２によ
る加熱温度θを所定に設定するとともに、当該誘導加熱
コイル２から冷却ジャケット３へ到達するに要する経過
時間Ｔを所定に設定すれば、焼入層深さを制御し得るこ
とが確認されてる。

（発明の効果） 本発明の実施により、外周面に大きな切削、研削、ある
いは転造等の加工を施さない棒状の部品類の熱処理は連
続する一工程で調質と焼入れとを同時に施し得ることと
なり、これにより連続生産ラインに組込み得て生産性が
向上するとともに、従来のラインスピードに対応すべき
調質済み材のストック確保に配慮するが如き煩わしさか
ら開放され、そのうえ使用熱エネルギーが少量で済むの
で生産コストの低減に資することとなり、さらには得ら
れる製品の硬化層深さを所望に制御することが出来るな
ど、フされる効果は多値にわたるので、極めて有用な熱
処理方法であるとして賞用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施した熱処理ラインの正面図、
第２図は本発明の詳細な説明するための棒材断面の温度
分布曲線図、第３図は本発明実施供試体の硬さ測定試験
結果を示す線図、第４図（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発
明実施供試体の金属組織顕微鏡写真図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 素材棒材を軸方向に連続送りする過程において、上記棒
   材を急速加熱手段による加熱・急冷に付して全断面焼入
   れし、ついで誘導加熱によつて当該棒材の鋼種、径寸、
   ならびに求める芯部の硬さに応じた所定加熱条件で棒材
   の表面をＡｃ＿１変態点以上の所定温度まで昇温させ、
   所定時間経過後に急冷を施すことにより、棒材芯部の調
   質と表層部に制御された深さの焼入れ硬化層の形成とを
   同時に行うことを特徴とする棒状部品類の熱処理方法。