JPS6270519A - 加工熱処理方法およびその装置 - 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、棒状の鋼材に捩り加工と熱処理を併用した処
理を施し、鋼材の機械的性質を改善する加工熱処理法お
よび装置に関する。

（従来技術） 鋼材の強化方法の一つとして加工熱処理が知られている
。この中で、準安定なオーステナイト相で塑性加工を施
し、マルテンサイト変態させるオースフオーム処理が最
も効果的な方法とされている。

オースフオーム処理はオーステナイト化した鋼材を変態
点以下の温度まで急冷し、未だオーステナイト相が異相
に変態する以前、すなわち準安定オーステナイト域にお
いて、該鋼材に圧延、鍛造などの塑性加工を加えた後、
直ちに急冷してマルテンサイト変態を起こさせるもので
ある。

このオースフォーミングを施した鋼材を焼もどした時に
、通常の焼入れ、焼もどしを施した鋼材よりも、強度、
靭性、疲労強度等の機械的性質が著しく向上することが
確認されている。

（解決しようとする問題点） しかし、前記オースフオーム処理は準安定なオーステナ
イト域で塑性加工を行われなければならないため、この
処理に用いる鋼は恒温変態曲線の準安定オーステナイト
領域が十分に広いことが必要であり、変態点を長時間側
に移動させるＣｒ、　Ｎｉ、Ｍｏなどの合金元素を多く
含有させた鋼を用いざるを得なく、必然的に高価な鋼が
対象となる。

さらに、鋼材の温度と、加工時期の正確なコントロール
が要求されるため、オースフオーム処理は鋼材面の制約
、作業性から、通用はあまり多くはなかった。

また、前記のオースフオーム処理の材料面の制約と加工
技術面の困難さを取り除く目的で開発された加工熱処理
法として、Ａｃ３変態点以上の安定なオーステナイト域
で圧延、鍛造などの塑性加工を施し、再結晶する前に急
冷しオーステナイト相をマルテンサイト変態させ、つい
で焼もどしを行い、機械的性質を通常の焼入れ、焼もど
し材に比べて改善する加工焼入れ処理が知られている。

この処理法は鋼材を安定オーステナイト域で加工するこ
とから、塑性加工領域に時間的制約がないため本質的に
はどのような鋼にも通用が可能な処理法である。

しかしながら、従来、加工焼入れ処理法における、塑性
加工は専ら圧延あるいは鍛造に限られており必然的に加
工装置が大がかりなものとなり、かつ機械的性質の改善
効果は前記オースフオーム処理法に比べて小さいもので
あった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は従来技術の上記欠点に鑑みてなしたものであり
、本発明者は加工熱処理におけるオーステナイト化した
被処理材に対する塑性加工を、小型で簡単な構成で行う
ことができ、かつ加工熱処理における機械的性質におよ
ぼす処理上の因子の中で加工度が最も大きいことから、
大きな加工度が得られる塑性加工について種々実験を重
ねた結果、小規模な装置で、機械的性質を大幅に向上さ
せる加工熱処理方法およびその装置の開発に成功したも
のである。

本発明の加工熱処理方法は、被熱処理材として棒状の鋼
材を用い、該鋼材をＡｃ３変態点以上の温度に加熱しオ
ーステナイト化させるに、局部加熱が可能である高周波
誘導加熱を用い、棒状の鋼材の２点を把持し、片方を回
転させることにより捩りによる塑性加工を加えるのであ
る。

その際、変形抵抗の小さい前記加熱部が連光的に捩られ
る。そして、前記加工部を直ちに急冷しマルテンサイト
変態を起こさせた後、焼きもどし処理を施すものである
。長尺の鋼材に対しては、前記処理を棒状の鋼材の長手
方向に沿って連続的に行うことにより可能となる。

また、本発明の１つの加工熱処理装置は棒状の鋼材に捩
りによる塑性加工を加えるに際し、その長手方向両端部
近傍を引張力を加えながら、把持するクランプ装置と、
前記クランプ装置の少なくともいずれか一方を回転させ
る駆動装置と、棒状の鋼材を局部的にＡｃ３変態点以上
に加熱し、かつ該棒状の鋼材の長手方向に沿って移動可
能な誘導加熱装置と、前記加工部を直ちに急冷し、マル
テンサイト変態をおこさせる前記加熱装置と一体的に移
動する冷却装置とを設けたものである。

また、本発明の他の加工熱処理装置は加熱装置を固定し
、棒状の鋼材を移動させて加工熱処理を゛施すことも可
能であり、この場合棒状の鋼材の長７″゛ 平方向２点を引張力を与えながら把持し、かつ棒状の鋼
材をその長手方向に移送するクランプ移送装置と、棒状
の鋼材を局部的にＡｃ３変態点以上に加熱する誘導加熱
装置と、前記クランプ移送装置の少なくともいずれか一
方を回転させ鋼材に捩り加工を付与する装置と、前記加
熱装置の近傍に冷却装置とを設けるものである。

本発明において、棒状の鋼材に捩りによる塑性変形を与
えるに、捩り量を棒状の鋼材の軸線に対して、２０〜７
０度としたのは、２０度未満では強度、靭性、耐へたり
性、疲労強度等の機械的性質の改善効果が小さく、また
７０度を越えると捩りにより棒状の鋼材に曲りや歪が生
じやすくなるためである。

また、棒状の鋼材を誘導加熱により局部的に該鋼材のＡ
ｃ３変態点以上の温度に加熱するに、該加熱温度をＡｃ
３変態点から１００℃高い温度範囲としたのは、再結晶
する前にオーステナイト域で捩りによる加工が終了でき
、かつこれ以上高い温度に加熱すると結晶粒が粗大化す
るためである。

さらに、クランプ装置に引張力を加えられるようにした
のは、捩り加工による棒状の鋼材の曲り歪を防止するた
めである。また、引張力の下限を０．１　ｋｇｆ　／ｍ
ｍとしたのは、それ以下では引張の効果が得られないた
めであり、上限を鋼材の高温降伏点の半分以下としたの
は、それ以上では鋼材が長手方向に伸びを生ずる可能性
があるからである。

（実施例） 以下に本発明の加工熱処理装置の一実施例を図面に基づ
いて説明する。

第１図は棒状の鋼材の両端部を把持し、誘導加熱装置を
棒状の鋼材の長手方向に沿って移動させる本発明の加工
熱処理装置である。１．２は棒状の鋼材である被処理材
１０の四角形状の端部が挿入される凹部を形成したクラ
ンプ装置で、３は棒状の被処理材１０に沿って上下方向
に移動する誘導加熱装置で、４は棒状の被処理材１０の
上方の端部を把持する前記クランプ装置１を回転させる
電動機５により駆動される装置で、６は前記誘導加熱装
置３の近傍に設は一体的に移動し、加熱部に水、油など
の冷却剤をかけ冷却させる装置である。

７は、棒状の鋼材にばね等により引張力を与える装置で
ある。

また、第２図は誘導加熱装置を固定し、棒状の鋼材をそ
の長手方向に移動させる加工熱処理装置である。１１．
１２は棒状の被処理材１０をその長手方向に引張力を与
えながら移送させるとともに被処理材１０に捩りを付与
する一対のローラで、３１は棒状の被処理材１０を局部
的に加熱する誘導加熱装置で、６１は前記誘導加熱装置
３１の近傍に設け、加熱部に水、油などの冷却剤をかけ
冷却させる装置である。

本発明は塑性加工と熱処理とを併用した加工熱処理を実
施するに際して、棒状の鋼材としてＳＵＰ　７で１２φ
の線材を用い、周波数２０ＫＩＩＺの誘導加熱装置によ
り局部的に９００℃に加熱し、オーステナイト化させた
後、棒状の鋼材の長手方向２点を０．５ｋｇｆ／ｍｍの
引張力を与えながら把持し、回転させると変形抵抗の小
さい前記加熱部に捩りによる塑性加工が加えられる。

上記温度域で第３図に示したような、棒状の鋼材の軸線
に対して３５度の角度をなすように所定の捩りを加えた
後、ついで前記加工部を水により急冷し、マルテンサイ
ト変態させる。

そして、棒状全体に前記加工熱処理を施すには、誘導加
熱によりオーステナイト化させる位置を順次ズラして、
棒状の鋼材を４１１１１　／　ｓｅｃで移動させながら
捩りを加えると前記と同様に変形抵抗の小さい加熱部が
捩られ塑性加工を受けるものであり、加工後、直ちに急
冷し、マルテンサイト変態させるという前記処理を順次
連続して実施することによって棒状の鋼材全長に亘って
加工熱処理を施すことができるものである。上記方法に
より棒状の鋼材の軸線に対して３５度の角度をなす捩り
加工が加えられた。そして、棒材全体に加工熱処理を施
した後、４２５１’ｃで焼きもどしを施した。

ついで本発明の加工熱処理を施した棒状の鋼材１０につ
いて捩り加工度に対するへたり量を調べるため平行部９
Ｈφの試験片を作製した。

なお、比較材として通常の圧延により成形した棒状の鋼
材を用いた。

そして、比較材から作製した試験片対して、本発明法に
よる試験片と同−硬さになるように焼入れ、焼もどし処
理を施した。

耐へたり性の測定に際し、試験片に歪ゲージを付け、表
面の剪断応力τ−１１０ｋｇｆ　／ｍｎ？となるように
捩りによるセフチングを加えた後、２５℃の一定温度で
表面の剪断応力τ−２００ｋｇ　ｆ　／　ｍ　ｍとなる
捩りトルクを捩り加工方向と同方向に加え、そのままで
９６時間放置し歪値を静歪計を使用し測定した。

そして、試験開始直後との差をへたり量とし第４図に示
した。

第４図より明らかなように、通常の圧延と熱処理をした
比較材と比較して本発明による処理法を施すことにより
、へたり量は捩り加工度の上昇とともに減少し、加工度
が４０度以上に達するとへたり量は一定となり、鋼材の
耐へたり性を大きく向上させ所望の耐へたり性が得られ
ることがわかる。

また、第１表は前記の本発明の加工熱処理を施した５Ｉ
ＩＰ　７鋼材と圧延のままで焼入、焼もどしを施した鋼
材について機械的性質を示したものである。引張り強さ
、０．２％耐力、絞りについてはＪＩＳ　４号試験片を
用い、衝撃値については３号試験片を用いて測定した。

第１表 第１表より明らかなように、本発明による加工熱処理を
施した鋼材は比較材に比べて優れた機械的性質を有した
ものである。

さらに、第５．６図に本発明法により処理した試験片に
ついて引張特性、捩り特性を示した。引張り強さについ
ては平径部７龍φの試験片を用いて測定し、捩り降伏点
については平行部９ｆｌφの試験片を用いて測定したも
のである。

第５．６図に示したように引張特性、捩り特性のいずれ
の特性も適度な捩り加工度を施すことによって、通常の
圧延のままで熱処理を施した試験片に比べて大幅に優れ
た特性を有しているものである。

このように、本発明法による加工熱処理を施した棒状の
鋼材は、従来の圧延後熱処理を施すものに比べて大きな
加工度が加えられることによって機械的性質、耐へたり
性が大幅に向上した。

（本発明の効果） 上述のように本発明は、加工熱処理におけるオーステナ
イト化した被処理材に対する塑性加工を捩り加工とする
ことによって、小型で、かつ簡単な構成で行うことがで
き、さらに大きな加工度が得られ、よって機械的性質、
耐へたり性を大幅に向上させることができる加工熱処理
方法および装置であり産業上寄与するところ極めて大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明の実施例にして、第１図は棒状の鋼
材の両端部を把持し、誘導加熱装置を鋼材の長手方向に
沿って移動させる装置の概略図で、の概略図で、第３図
は棒状の鋼材に捩り加工を加えた状態を示すもので、第
４図は捩り加工度とへたり量との関係を示した線図で、
第５．６図は捩り加工度と引張り強さ、捩り降伏点との
関係を示した線図である。 ■、２．１１．１２：クランプ装置 ３．３１：誘導加熱装置　　６．６１：冷却装置第　ｌ
　図 第　２　図 第　３　閃

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）棒状の鋼材を誘導加熱により局部的に該鋼材のＡ
   ｃ３変態点以上の温度に加熱し、該加熱部に棒状の鋼材
   の軸線に対して、２０〜７０度の角度をなすように捩り
   加工を施し、ついで前記加工部を直ちに急冷しマルテン
   サイト変態をおこさせるという加工熱処理を、棒状の鋼
   材の長手方向に沿って連続的に行い、ついで焼もどし処
   理を施すことを特徴とする加工熱処理方法。
2. （２）棒状の鋼材を誘導加熱により局部的に該鋼材のＡ
   ｃ３変態点以上の温度に加熱し、該加熱部に棒状の鋼材
   の軸線に対して、２０〜７０度の角度をなすように捩り
   加工を施すに際し、前記鋼材の加熱温度を、該鋼材のＡ
   ｃ３変態点から１００℃高い温度範囲とすることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の加工熱処理方法。
3. （３）棒状の鋼材を誘導加熱により局部的に該鋼材のＡ
   ｃ３変態点以上の温度に加熱し、該加熱部に０．１ｋｇ
   ｆ／ｍｍ＾２以上で、かつ鋼材の加工温度における降伏
   点の半分以下の引張力を与えながら、棒状の鋼材の軸線
   に対して、２０〜７０度の角度をなすように捩り加工を
   施し、ついで前記加工部を直ちに急冷しマルテンサイト
   変態をおこさせるという加工熱処理を、棒状の鋼材の長
   手方向に沿って連続的に行い、ついで焼もどし処理を施
   すことを特徴とする加工熱処理方法。
4. （４）棒状の鋼材の長手方向両端部近傍を把持するクラ
   ンプ装置と、棒状の鋼材に引張力を与える装置と、棒状
   の鋼材を局部的に変態点以上に加熱し、かつ該棒状の鋼
   材の長手方向に沿って移動可能な誘導加熱装置と、前記
   クランプ装置の少なくとも一方を回転させて該棒状の鋼
   材の加熱部分に捩り塑性変形を加える装置と、前記誘導
   加熱装置と一体的に移動する冷却装置とを設けたことを
   特徴とする加工熱処理装置。
5. （５）棒状の鋼材の長手方向２点に引張力を与えながら
   把持し、かつその棒状の鋼材を長手方向に移送するとと
   もに捩りを付与するクランプ装置と、棒状の鋼材を局部
   的に変態点以上に加熱する誘導加熱装置と、前記加熱装
   置の近傍に前記棒状の鋼材の加熱部を冷却する装置を設
   けたことを特徴とする加工熱処理装置。