JPH02101113A - 焼入れ方法 - 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、鋼の焼入れ方法に関し、特に自動車用パワー
トレン系歯車あるいはその他の各種機械部品のように焼
入れ後のひずみをきらう被処理物について、そのひずみ
、及びひずみのばらつきの発生を大幅に低減した焼入れ
方法に関する。

従来の技術 この種の焼入れ方法としては例えば第５図にも示すよう
に、自動小用歯車ではクロム鋼あるいはクロムモリブデ
ン鋼等の肌焼鋼に、表面処理として浸炭処理あるいは浸
炭浸窒処理を行い、引き続いて焼入れ処理を行うのが通
常であるか、この焼入れ方法においては、熱処理ひずみ
の低減を目的として、所定の焼入れ温度（一般には８３
０〜８７０℃程度）に保持した被処理物を、マルテンサ
イト変態開始温度よりもわずかに高い塩浴中に浸漬して
塩浴焼入れを施し、被処理物全体が均一な温度になった
時点で塩浴中より取り出して大気中で放冷させるいわゆ
るマルクエンチ処理が公知である。この例では浸炭され
た被処理物の表面炭素濃度は一般に０．８重量％程度で
、従ってその表面部のマルテンサイト変態開始温度は約
２２０　’Ｃ前後であることから、焼入れ冷却剤である
上記の塩浴の温度は２２０〜２８０°Ｃ程度に設定され
るのが通常である。

発明が解決しようとする課題 上記のような従来の焼入れ方法においては、実質的に大
気中でマルテンサイト変態させる方法となっていること
から、例えば自動化された熱処理設備内での被処理物の
位置や被処理物の肉厚あるいは凸部と凹部等の形状の違
い、さらには大気の流れや季節による気温変動などによ
って冷却速度に差が発生する。これを第２図で説明する
と、図中の曲線ａ及びｂは冷却中の被処理物の温度変化
を示し、例えば歯車の凸部と凹部のように冷却速度に大
小がある場合、ａは冷却速度の大きい箇所、ｂは小さい
箇所のそれを示す。曲線ａとｂは塩浴温度ｅで一致する
が、大気中放冷後、マルテンサイト変態を開始する温度
のＣ及び５０％変態完了温度ｄ付近ではその差は開いて
しまう。この冷却速度の差によりマルテンサイト変態に
伴う体積膨張の有無あるいはその割合が被処理物の場所
によって異なるためにひずみが発生し、あるいはロフト
内、ロフト間で異なるために処理ロット内およびロット
間でひずみがばらつくごとになる。

本発明は、上記のような欠点を改善し、外的要因その他
の影響を受けることなく、被処理物各部に温度差を生せ
しめることなく均一な冷却を施し、各部を同時にマルテ
ンサイト変態させることによって、焼入れひずみ、及び
そのばらつきの発生を大幅に少なくした焼入れ方法を提
供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明の焼入れ方法は、所定の焼入れ温度に保持した被
処理物を、マルテンサイト変態開始温度以上の高温冷却
剤により急冷し、所定時間浸漬して被処理物全体の温度
を均一化し、その後、被処理物を直ちにマルテンサイト
変態開始温度以下の低温冷却剤中に急冷浸漬することに
より被処理物各部に温度差を生ぜしめることなく均一な
冷却を施し、各部を同時にマルテンサイト変態させる方
法である。

一般的に自動車用歯車のように肌焼鋼の浸炭処理物では
表面炭素濃度は前述したように０．８重量％程度で、そ
の表面部のマルテンサイト変態開始温度が２２０℃程度
であることを考慮すると、上記の高温冷却剤の温度は２
２０℃以」二が望ましい。

また、低温冷却剤としてはマルテンサイト変態点景下の
温度であれば効果があるが、マルテンサイト変態５０％
完了温度以下の方がより効果が大きい。

作用 本発明の焼入れ方法の作用について第１図を用いて説明
する。

図中の曲線ａおよびｂは冷却中の被処理物の温度変化を
示し、ａは歯車の凸部のように相対的に冷却されやすい
箇所の、ｂは歯車の凹部のようにより冷却されにくい箇
所の冷却曲線を示す。ｅ。

ｆはそれぞれ高温冷却剤、低温冷却剤の温度を示す。

所定の焼入れ温度に保持された被処理物が高温冷却剤に
より急冷され、マルテンサイト変態開始温度Ｃよりやや
高温の高温冷却剤温度ｅで被処理物各部の温度が均一化
される。次に被処理物は低温冷却剤中に浸漬され、マル
テンサイト変態開始温度Ｃより低い（望ましくは５０％
マルテンサイト変態完了温度ｄよりやや低い）温度ｆに
急冷される。この温度Ｃ以下の温度での冷却中に被処理
物のマルテンサイト変態が進むが、この間、被処理物の
冷却されやすい箇所と冷却されにくい箇所の温度差、す
なわち、曲線ａとｂの間隙はほとんど生じず、従来技術
の第２図のそれに較べて大幅に改善されており、従って
被処理物の各部は同時に同じ割合でマルテンサイト変態
が進行するために、従来技術に較べて焼入れひずみとそ
のばらつきの発生が大幅に低減される。

実施例１．比較例２，３ ＪＩＳ　　５Ｃｒ４２０の材料を用いて、モジュール２
．１、外径約２００１１の歯車を作り、ガス浸炭処理を
、カーボンポテンシャル０．８、温度８６０℃、浸炭、
拡散各３時間の条件で行い、８３０℃まで降温した後、
引き続き第１表に示した条件で焼入れ処理を行った。こ
の熱処理の前後で熱処理ひずみの発生量とそのばらつき
量について測定した結果を第２表に示す。

第３図は歯形誤差の４歯のばらつき量の熱処理前後での
増加量について、実施例１と比較例２゜３について比較
したものである。第４図は歯すじ誤差のそれを同し〈実
施例１と比較例２，３について比較したものである。歯
形又は歯すじ誤差の４歯のばらつき量とは１個の歯車か
ら９０°おきに４つの歯を選択し、そのドライブ側又は
コースト側の歯面について、歯形又は歯すじ誤差の４つ
のデータのばらつき幅をいう。

これらの結果から本発明の焼入れ方法である実施例１か
、従来の技術である比較例２及び３に較べて熱処理ひず
みのばらつきを大幅に低減するものであることは明らか
である。

歯面の熱処理によるひずみを第５図に示すような面のね
じれとしてとらえた時の歯面のねじれ量の熱処理前後で
の変化量を、実施例１と比較例２゜３について較へた結
果を第６図に示す。この結果からも本発明の効果の大き
さが明白に認められる。

実施例２，３，４、比較例３ 第１表に実施例２，３．４の焼入れ条件を示す。

実施例２は、低温冷却剤として９５°Ｃの熱水を用いた
もので、第２表に示した結果から従来技術の比較例１及
び２に較べて改善の効果は実施例１と同様に明白である
。

実施例３は低温冷却剤の温度設定か１９０°Ｃと、実施
例１に較べて高めの設定でマルテンサイト変態量がおよ
そ３０％の温度であるが、これもひずみ発生の低減に効
果があることが第２表から判る。

実施例４は低温冷却剤を１９０°Ｃ２９５℃と２段に設
定し、順次冷却焼入れしたものであるか、これも明らか
な効果が認められる。

比較例３は高温冷却剤の温度を被処理物である歯車の表
層部のマルテンサイト変態開始温度よりも３０℃低い１
９０℃に設定したものであるか、従来技術である比較例
１及び２に較べて、改善効果はあまりない。

ここで、上記の実施例１および比較例ではいずれも浸炭
処理された歯車の焼入れを例にとって説明したが、本発
明は浸炭材以外に例えば機械構造用鋼や工具鋼あるいは
軸受鋼の焼入れにも適用でき、その場合には−１−記の
材料を使って各種の機械部品、工具あるいはベアリング
を製作する際の焼入れひずみを小さくすることができる
。

第１表 発明の効果 以上のように本発明の焼入れ方法によれば、所定の焼入
れ温度に保持した被処理物を、マルテンサイト変態開始
温度以上の高温冷却剤中に浸漬急冷して被処理物全体の
温度を均一化し、その後に直ちにマルテンサイト変態開
始温度以下の低温冷却剤中に浸漬するようにし、実質的
に高低二段階の熱浴中での処理としたことにより、従来
のように外的な温度阻害要因その他の影響を受けること
なく、被処理物各部の温度および冷却速度を均一に保ち
ながらマルテンサイト変態させることができるようにな
り、それによって焼入れひずみ及びそのひずみのばらつ
きを少なくできる。また、従来の方法と比べて常温に達
するまでの時間が短くて済み、結果的に処理時間を短縮
化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の焼入れ方法の冷却曲線図、第２図は従
来の焼入れ方法の冷却曲線図、第３図は歯形誤差のば・
らつき増加量変化を比較した説明図、第４図は歯すじ誤
差のばらつき増加量変化を比較した説明図、第５図は歯
面ねじれ量の定義に関する説明図、第６図は歯面ねじれ
量変化を説明するための説明図である。 ａ、ｂ・・・被処理物の冷却曲線、Ｃ・・・マルテンサ
イト変態開始温度、ｅ・・・高温焼入れ冷却剤温度、ｆ
・・・低温冷却剤温度。 （Ｊ、）　」１　　買ｒ （ユノ　ａ 曹ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の焼入れ温度に保持した被処理物を、マルテ
   ンサイト変態開始温度以上の高温冷却剤中に浸漬して被
   処理物全体の温度を均一化し、その後に直ちにマルテン
   サイト変態開始温度以下の低温冷却剤中に浸漬すること
   を特徴とする焼入れ方法。