JPH0610036A - 誘導加熱表面硬化熱処理法 - Google Patents
誘導加熱表面硬化熱処理法Info
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- JPH0610036A JPH0610036A JP4169253A JP16925392A JPH0610036A JP H0610036 A JPH0610036 A JP H0610036A JP 4169253 A JP4169253 A JP 4169253A JP 16925392 A JP16925392 A JP 16925392A JP H0610036 A JPH0610036 A JP H0610036A
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- induction heating
- heat treatment
- heat
- treatment method
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は鉄鋼機械部材の表面を硬化させる誘
導加熱表面硬化法に関するものであって、複雑形状の機
械部材であっても均一な硬化層が得られるようにするこ
とを目的としたものである。 【構成】 凹部２を被処理材１を誘導加熱コイル５によ
って加熱して熱処理するものにおいて、前記凹部２に例
えば鉄、ケイ素鋼、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金の
いずれか一つまたはこれらの混合物５からなる高磁性粉
末剤３を塗布被覆し、その後前記誘導加熱コイル５によ
り少なくとも前記凹部２を加熱するようにした。
導加熱表面硬化法に関するものであって、複雑形状の機
械部材であっても均一な硬化層が得られるようにするこ
とを目的としたものである。 【構成】 凹部２を被処理材１を誘導加熱コイル５によ
って加熱して熱処理するものにおいて、前記凹部２に例
えば鉄、ケイ素鋼、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金の
いずれか一つまたはこれらの混合物５からなる高磁性粉
末剤３を塗布被覆し、その後前記誘導加熱コイル５によ
り少なくとも前記凹部２を加熱するようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は誘導加熱によって複雑な
形状例えば凹部を有する鉄鋼機械部材の表面を確実に硬
化できるようにした誘導加熱表面硬化熱処理法に関する
ものである。
形状例えば凹部を有する鉄鋼機械部材の表面を確実に硬
化できるようにした誘導加熱表面硬化熱処理法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、複雑な形状を有する鉄鋼機械部材
を誘導加熱によって熱処理する表面硬化法においては、
均一な硬化層は得られにくくまた局部的に熱処理するこ
とが困難であった。
を誘導加熱によって熱処理する表面硬化法においては、
均一な硬化層は得られにくくまた局部的に熱処理するこ
とが困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】誘導加熱法による熱処
理は、バッチ式電気炉等の熱処理に比べ処理時間が短
く、少ないスペースで行うことが可能であり、またイン
ライン化が容易等多くの点で有効な熱処理法である。し
かし、被熱処理品の形状が複雑例えば凹部を有する場
合、コイルと被熱処理材とのクリアランスを最適状態に
設定することが必ずしも可能であるとは限らず、通常は
凸部のオーバーヒートを防止できるクリアランスとする
ことが多い。しかし、この場合コイルとの距離が近い凸
部に熱が集中し、凹部には熱が伝わりずらく均一な硬化
層が得られないという問題点があった。本発明の目的
は、上記した従来技術の欠点をなくし、複雑な形状の鉄
鋼機械部材の表層部に均一な硬化層を形成させ、疲労特
性、耐摩耗及び耐衝撃性の向上を図ることができる表面
硬化熱処理法を提供することである。
理は、バッチ式電気炉等の熱処理に比べ処理時間が短
く、少ないスペースで行うことが可能であり、またイン
ライン化が容易等多くの点で有効な熱処理法である。し
かし、被熱処理品の形状が複雑例えば凹部を有する場
合、コイルと被熱処理材とのクリアランスを最適状態に
設定することが必ずしも可能であるとは限らず、通常は
凸部のオーバーヒートを防止できるクリアランスとする
ことが多い。しかし、この場合コイルとの距離が近い凸
部に熱が集中し、凹部には熱が伝わりずらく均一な硬化
層が得られないという問題点があった。本発明の目的
は、上記した従来技術の欠点をなくし、複雑な形状の鉄
鋼機械部材の表層部に均一な硬化層を形成させ、疲労特
性、耐摩耗及び耐衝撃性の向上を図ることができる表面
硬化熱処理法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の表面硬化熱処理法においては、従来の誘導
加熱法では熱処理が困難とされる複雑な形状を呈した鉄
鋼機械部材に高磁性粉末材を被覆させた後、誘導加熱を
行うことにより表面層全体の均一な硬化層の形成、ある
いは局部的な熱処理を可能にしようとするものである。
に、本発明の表面硬化熱処理法においては、従来の誘導
加熱法では熱処理が困難とされる複雑な形状を呈した鉄
鋼機械部材に高磁性粉末材を被覆させた後、誘導加熱を
行うことにより表面層全体の均一な硬化層の形成、ある
いは局部的な熱処理を可能にしようとするものである。
【０００５】鉄鋼機械部材の凹部に高磁性材料である
鉄、軟鋼、ケイ素鋼、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金
等の一つまたはこれらの混合物からからなる粉末剤を夫
々水ガラスと混合させたものを塗布し、誘導加熱を行う
ことにより凹部に塗布した磁性粉末が夫々もっている抵
抗値と交番磁界により誘導され温度が上昇し、それによ
って凹部を熱処理する方法を開発した。また、上記の高
磁性材料粉末は、加熱冷却時に飛散してしまうため、な
んら不純物の存在しない通常の焼入れ硬化層が得られ
る。
鉄、軟鋼、ケイ素鋼、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金
等の一つまたはこれらの混合物からからなる粉末剤を夫
々水ガラスと混合させたものを塗布し、誘導加熱を行う
ことにより凹部に塗布した磁性粉末が夫々もっている抵
抗値と交番磁界により誘導され温度が上昇し、それによ
って凹部を熱処理する方法を開発した。また、上記の高
磁性材料粉末は、加熱冷却時に飛散してしまうため、な
んら不純物の存在しない通常の焼入れ硬化層が得られ
る。
【０００６】
【作用】上記のようにして得られた硬化層は均一とな
り、表面層には熱応力と変態応力が生じ、内部に引張り
応力、表面に大きな圧縮残留応力が形成されるため、疲
労特性及び耐摩耗性が著しく向上する。また、被熱処理
材は、熱処理可能な鉄鋼材ならば低炭素鋼から高炭素鋼
までいかなる鉄鋼材に対しても有効であり、更に加熱出
力を制御することによって硬化層深さを自由に変えるこ
とができる。
り、表面層には熱応力と変態応力が生じ、内部に引張り
応力、表面に大きな圧縮残留応力が形成されるため、疲
労特性及び耐摩耗性が著しく向上する。また、被熱処理
材は、熱処理可能な鉄鋼材ならば低炭素鋼から高炭素鋼
までいかなる鉄鋼材に対しても有効であり、更に加熱出
力を制御することによって硬化層深さを自由に変えるこ
とができる。
【０００７】
【実施例】図１は本発明熱処理法を実施するための構成
の一実施例を示したものである。ほぼ中央部に凹部２を
有し、該凹部２に高磁性粉末剤３が塗布被覆された被処
理部材１は、両端がセンタピン４により保持され、図示
しない駆動機構によって回転されると共に図中下方に移
動され、この移動の過程で誘導加熱コイル５により誘導
加熱されて熱処理され、その後噴射冷却ジャケット６に
より吹き付けられる例えば水等の冷却剤によって冷却さ
れるすなわち焼入れされる。前記凹部２に高磁性粉末剤
３を塗布被覆したので、凹部２は確実に加熱処理される
ようになった。これは、通常凹部２は誘導加熱法による
焼入れが困難であるが、高磁性粉末剤３を塗布すること
により誘導加熱コイル５とのクリアランスを少なくする
と共に、磁気特性が優れているため交番磁界が凹部に集
中しやすくなるためである。また冷却時に前記噴射水冷
ジャケット６により噴射される冷却液によって前記磁性
粉末剤３が飛散してしまうため、不純物が存在しない熱
処理硬化層が得られるようになる。
の一実施例を示したものである。ほぼ中央部に凹部２を
有し、該凹部２に高磁性粉末剤３が塗布被覆された被処
理部材１は、両端がセンタピン４により保持され、図示
しない駆動機構によって回転されると共に図中下方に移
動され、この移動の過程で誘導加熱コイル５により誘導
加熱されて熱処理され、その後噴射冷却ジャケット６に
より吹き付けられる例えば水等の冷却剤によって冷却さ
れるすなわち焼入れされる。前記凹部２に高磁性粉末剤
３を塗布被覆したので、凹部２は確実に加熱処理される
ようになった。これは、通常凹部２は誘導加熱法による
焼入れが困難であるが、高磁性粉末剤３を塗布すること
により誘導加熱コイル５とのクリアランスを少なくする
と共に、磁気特性が優れているため交番磁界が凹部に集
中しやすくなるためである。また冷却時に前記噴射水冷
ジャケット６により噴射される冷却液によって前記磁性
粉末剤３が飛散してしまうため、不純物が存在しない熱
処理硬化層が得られるようになる。
【０００８】図２は本発明によって高磁性粉末剤３を被
覆して熱処理した被処理材１の凹部２の硬度と磁性粉末
剤３を被覆しないで熱処理した被処理材（以下無処理材
という）の凹部２の硬度を比較したものである。上記の
条件で焼き入れを行ったものと、同条件で被覆剤を用い
ずに焼き入れを行ったものとの切欠き部における硬度分
布比較を示したものである。なお被覆処理材１の材料を
ＪＩＳ：ＳＣＭ４３５構造用合金鋼、高磁性粉末剤３を
Ｆｅ−Ｎｉ合金の粉末と水ガラスを４：１の比率で混合
したものとし、また誘導加熱コイル５を１００ＫＨｚ、
３０Ｋｗで駆動し、被処理材１を２００回／分の回転数
で回転させながら２０ｍ／秒で送り、硬化層の深さを２
ｍｍとした。更に噴射水冷ジャケット６によって噴射さ
れる冷却剤を２０℃の水とした。図から明らかな如く、
粉末剤３を被覆して熱処理したものが、表面から２ｍｍ
までは約Ｈｖ６５０の硬度を示しているのに対し、被覆
していない無処理材は硬化層がほとんど得られていない
ことが分かる。
覆して熱処理した被処理材１の凹部２の硬度と磁性粉末
剤３を被覆しないで熱処理した被処理材（以下無処理材
という）の凹部２の硬度を比較したものである。上記の
条件で焼き入れを行ったものと、同条件で被覆剤を用い
ずに焼き入れを行ったものとの切欠き部における硬度分
布比較を示したものである。なお被覆処理材１の材料を
ＪＩＳ：ＳＣＭ４３５構造用合金鋼、高磁性粉末剤３を
Ｆｅ−Ｎｉ合金の粉末と水ガラスを４：１の比率で混合
したものとし、また誘導加熱コイル５を１００ＫＨｚ、
３０Ｋｗで駆動し、被処理材１を２００回／分の回転数
で回転させながら２０ｍ／秒で送り、硬化層の深さを２
ｍｍとした。更に噴射水冷ジャケット６によって噴射さ
れる冷却剤を２０℃の水とした。図から明らかな如く、
粉末剤３を被覆して熱処理したものが、表面から２ｍｍ
までは約Ｈｖ６５０の硬度を示しているのに対し、被覆
していない無処理材は硬化層がほとんど得られていない
ことが分かる。
【０００９】図３は打撃疲労試験を行うための概略構成
を示すもので、固定治具９により回転可能に支持され、
２個の支点８間に位置する被処理材１の凹部２近傍にハ
ンマ７より衝撃を与え、その応力と繰返し数により疲労
特性を評価するもので、被処理材１を１サイクル毎に１
８０度回転させるようにした。図４は図３に示す打撃疲
労試験結果を示すグラフであり、前記ハンマ７の衝撃エ
ネルギを２５、３５、４５Ｋｇｆｃｍと設定して試験し
た結果を示すものである。図から明らかな如く、粉末剤
３を被覆しないで熱処理した無処理材１に比べ被覆して
熱処理した被処理材１は、どの衝撃エネルギにおいても
高い値を示しているのが分かる。これは被覆処理した被
処理材１の凹部２において、均一な表面硬化層に圧縮残
留応力が形成されたことにより、耐衝撃疲労特性が著し
く向上したためである。また、被覆しないで熱処理した
無処理材１が低い値を示したのは、凹部２に硬化部と軟
化部ができ、その境界からクラックが発生したためと考
えられる。これより、本発明の表面硬化処理は、被覆し
ないで熱処理した無処理材１に比較し、約３倍の耐衝撃
疲労特性を有することが分かる。
を示すもので、固定治具９により回転可能に支持され、
２個の支点８間に位置する被処理材１の凹部２近傍にハ
ンマ７より衝撃を与え、その応力と繰返し数により疲労
特性を評価するもので、被処理材１を１サイクル毎に１
８０度回転させるようにした。図４は図３に示す打撃疲
労試験結果を示すグラフであり、前記ハンマ７の衝撃エ
ネルギを２５、３５、４５Ｋｇｆｃｍと設定して試験し
た結果を示すものである。図から明らかな如く、粉末剤
３を被覆しないで熱処理した無処理材１に比べ被覆して
熱処理した被処理材１は、どの衝撃エネルギにおいても
高い値を示しているのが分かる。これは被覆処理した被
処理材１の凹部２において、均一な表面硬化層に圧縮残
留応力が形成されたことにより、耐衝撃疲労特性が著し
く向上したためである。また、被覆しないで熱処理した
無処理材１が低い値を示したのは、凹部２に硬化部と軟
化部ができ、その境界からクラックが発生したためと考
えられる。これより、本発明の表面硬化処理は、被覆し
ないで熱処理した無処理材１に比較し、約３倍の耐衝撃
疲労特性を有することが分かる。
【００１０】図５は図１において被処理材１を回転させ
ないで凹部２のみを熱処理した場合の凹部２の半径方向
及び該半径方向と約45度の方向における硬度を比較した
ものである。なお、誘導加熱コイル５を25Ｋｗで駆動
し、高磁性粉末剤３をＦｅ−Ｃｏ合金粉末とした。
ないで凹部２のみを熱処理した場合の凹部２の半径方向
及び該半径方向と約45度の方向における硬度を比較した
ものである。なお、誘導加熱コイル５を25Ｋｗで駆動
し、高磁性粉末剤３をＦｅ−Ｃｏ合金粉末とした。
【００１１】図から明らかな如く、粉末剤３を塗布被覆
しないで熱処理した無処理材１はＨｖ３５０〜４００と
ほとんど有効な硬化層が得られなかったが、粉末剤３を
塗布被覆して熱処理した被処理材１は角部及び凹部２共
に一様な硬度Ｈｖ６５０〜６８０が形成されることが分
かる。
しないで熱処理した無処理材１はＨｖ３５０〜４００と
ほとんど有効な硬化層が得られなかったが、粉末剤３を
塗布被覆して熱処理した被処理材１は角部及び凹部２共
に一様な硬度Ｈｖ６５０〜６８０が形成されることが分
かる。
【００１２】図６は疲労強度試験結果を示すもので、被
覆しないで熱処理した無処理材１の疲労限度が３２．５
Ｋｇ/ｍｍ2とかなり低い値を示しているのに対し、被覆
して熱処理した被処理材１では５２．５Ｋｇ/ｍｍ2と無
処理材１に比べ約１．６倍も疲労強度が向上しているこ
とが分かる。本発明の被覆表面硬化熱処理は、局部的な
熱処理においても疲労強度を向上させることができると
いうことが分かる。
覆しないで熱処理した無処理材１の疲労限度が３２．５
Ｋｇ/ｍｍ2とかなり低い値を示しているのに対し、被覆
して熱処理した被処理材１では５２．５Ｋｇ/ｍｍ2と無
処理材１に比べ約１．６倍も疲労強度が向上しているこ
とが分かる。本発明の被覆表面硬化熱処理は、局部的な
熱処理においても疲労強度を向上させることができると
いうことが分かる。
【００１３】図７は被処理材１を先端にピニオンを有す
る電動工具シャフトとし、高磁性粉末剤３を塗布被覆し
て熱処理したもの、粉末剤３を塗布被覆しないで熱処理
したもの及び全体調質品である現行品との耐衝撃疲労寿
命ついて比較したものである。すなわち該シャフトを電
動工具に組み込み、電動工具を、起動、３０秒の無負荷
運転及び停止の１サイクルを繰返し行い、破壊に至まで
の寿命差を比較した結果である。なおシャフトの材料を
ＪＩＳ：ＳＣＭ４３５構造用合金鋼とし、誘導加熱コイ
ル５を１００ＫＨｚ、４０Ｋｗで駆動し、シャフトの送
り速度を２５ｍｍ／秒とし、冷却剤には水を用いた。ま
た焼き入れ硬化層深さは２ｍｍとし、粉末剤３はシャフ
トの歯底部及びベアリング溝部に夫々塗布した。この結
果、粉末剤３を被覆しないで熱処理したシャフトでは歯
底部に十分な硬化層が得られないため、歯部との間に生
ずる焼き境部分からクラックが発生し、いずれも約１０
０００回以下と現行品（全体調質）に比べ１／２とかな
り低い値となった。一方粉末剤３を被覆して熱処理した
シャフトの場合、約４００００回以上の寿命で現行品の
約２倍の値を示した。なお被覆処理したシャフト及び現
行品の寿命形態はピッチ円付近の表面疲労によるチッピ
ングが主原因となったものであり、ピニオン寿命の通常
の寿命形態であった。以上のことから本発明の表面硬化
熱処理法は、耐衝撃疲労寿命でも優れた性能を示すこと
が分かる。
る電動工具シャフトとし、高磁性粉末剤３を塗布被覆し
て熱処理したもの、粉末剤３を塗布被覆しないで熱処理
したもの及び全体調質品である現行品との耐衝撃疲労寿
命ついて比較したものである。すなわち該シャフトを電
動工具に組み込み、電動工具を、起動、３０秒の無負荷
運転及び停止の１サイクルを繰返し行い、破壊に至まで
の寿命差を比較した結果である。なおシャフトの材料を
ＪＩＳ：ＳＣＭ４３５構造用合金鋼とし、誘導加熱コイ
ル５を１００ＫＨｚ、４０Ｋｗで駆動し、シャフトの送
り速度を２５ｍｍ／秒とし、冷却剤には水を用いた。ま
た焼き入れ硬化層深さは２ｍｍとし、粉末剤３はシャフ
トの歯底部及びベアリング溝部に夫々塗布した。この結
果、粉末剤３を被覆しないで熱処理したシャフトでは歯
底部に十分な硬化層が得られないため、歯部との間に生
ずる焼き境部分からクラックが発生し、いずれも約１０
０００回以下と現行品（全体調質）に比べ１／２とかな
り低い値となった。一方粉末剤３を被覆して熱処理した
シャフトの場合、約４００００回以上の寿命で現行品の
約２倍の値を示した。なお被覆処理したシャフト及び現
行品の寿命形態はピッチ円付近の表面疲労によるチッピ
ングが主原因となったものであり、ピニオン寿命の通常
の寿命形態であった。以上のことから本発明の表面硬化
熱処理法は、耐衝撃疲労寿命でも優れた性能を示すこと
が分かる。
【００１４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、複雑な形
状を有する鉄鋼機械部材であっても均一な硬化層を得る
ことができ、それにより著しい強度特性の向上を図るこ
とが可能である。
状を有する鉄鋼機械部材であっても均一な硬化層を得る
ことができ、それにより著しい強度特性の向上を図るこ
とが可能である。
【図１】 本発明熱処理法を行う構成の一実施例を示す
平面図。
平面図。
【図２】 硬度分布を示すグラフ。
【図３】 打撃疲労試験を行う構成の一例を示す側面
図。
図。
【図４】 打撃疲労試験結果を示すグラフ。
【図５】 硬度分布を示すグラフ。
【図６】 回転曲げ疲労試験結果を示すグラフ。
【図７】 電動工具シャフトの起動停止実機評価試験の
結果を示すグラフ。
結果を示すグラフ。
１は被処理材、２は凹部、３は高磁性粉末剤、４はセン
タピン、５は誘導加熱コイル、６は噴射冷却ジャケット
である。
タピン、５は誘導加熱コイル、６は噴射冷却ジャケット
である。
Claims (3)
- 【請求項１】 耐摩耗、耐衝撃性を要求される複雑な形
状の鉄鋼機械部材を誘導加熱により熱処理して表面を硬
化させる誘導加熱表面硬化熱処理法であって、熱処理困
難な部分を高磁性材料粉末剤により被覆した後誘導加熱
を行うことを特徴とした誘導加熱表面硬化熱処理法。 - 【請求項２】 前記高磁性材料粉末剤を、鉄、軟鋼、ケ
イ素鋼、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金のいずれか一
つまたはこれらの混合物により形成したことを特徴とす
る請求項１記載の誘導加熱表面硬化熱処理法。 - 【請求項３】 前記高磁性粉末剤を、水ガラス、有機剤
等をバインダーとした混合物により形成したことを特徴
とする請求項２記載の誘導加熱表面硬化熱処理法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4169253A JPH0610036A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 誘導加熱表面硬化熱処理法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4169253A JPH0610036A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 誘導加熱表面硬化熱処理法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0610036A true JPH0610036A (ja) | 1994-01-18 |
Family
ID=15883087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4169253A Withdrawn JPH0610036A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 誘導加熱表面硬化熱処理法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0610036A (ja) |
-
1992
- 1992-06-26 JP JP4169253A patent/JPH0610036A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990831 |