(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸炭焼入れ部品を形成する金属素材における添加元素の成分割合から理論上求められる前記浸炭焼入れ部品に対するジョミニー曲線である理論ジョミニー曲線を、所定の炭素濃度において算出する工程と、
前記所定の炭素濃度において算出した前記理論ジョミニー曲線を補正した補正ジョミニー曲線を算出する工程と、
前記所定の炭素濃度において算出した前記補正ジョミニー曲線と、
前記浸炭焼入れ部品に対する浸炭焼入れシミュレーションの解析結果により求めた浸炭焼入れ後における前記浸炭焼入れ部品の炭素濃度分布と冷却時間に基づいて、前記浸炭焼入れ部品の浸炭焼入れ後の硬度分布を算出する工程と、
を備え、
前記補正ジョミニー曲線を算出する工程は、
前記所定の炭素濃度における前記理論ジョミニー曲線の焼入れ端におけるジョミニー値が現実的なジョミニー値となるような差分値を設定するとともに、
各炭素濃度における前記差分値の相関を表す補正式を算出し、
前記補正式に基づいて、前記所定の炭素濃度における前記理論ジョミニー曲線を補正する、
ことを特徴とする浸炭焼入れ部品の硬度分布算出方法。
【請求項２】
前記理論ジョミニー曲線を算出する工程は、
前記浸炭焼入れ部品の炭素濃度が０．６％以下の範囲における前記理論ジョミニー曲線を、実験式法により算出し、かつ、
前記浸炭焼入れ部品の炭素濃度が０．６％を越える範囲における前記理論ジョミニー曲線を、炭素濃度が０．６％以下の範囲における前記実験式法による算出結果を外挿して算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の浸炭焼入れ部品の硬度分布算出方法。
【請求項３】
前記浸炭焼入れ部品を形成する金属素材の添加元素の成分割合の上限許容値から理論上求められるジョミニー曲線である前記浸炭焼入れ部品に対する上限理論ジョミニー曲線を、前記所定の炭素濃度において算出する工程と、
前記浸炭焼入れ部品を形成する金属素材の添加元素の成分割合の下限許容値から理論上求められるジョミニー曲線である前記浸炭焼入れ部品に対する下限理論ジョミニー曲線を、前記所定の炭素濃度において算出する工程と、
前記所定の炭素濃度において算出した前記上限理論ジョミニー曲線を補正して、補正した前記上限理論ジョミニー曲線である上限補正ジョミニー曲線を算出する工程と、
前記所定の炭素濃度において算出した前記下限理論ジョミニー曲線を補正して、補正した前記下限理論ジョミニー曲線である下限補正ジョミニー曲線を算出する工程と、
前記所定の炭素濃度において算出した前記上限補正ジョミニー曲線と、前記浸炭焼入れ部品に対する浸炭焼入れシミュレーションの解析結果により求めた浸炭焼入れ後における前記浸炭焼入れ部品の炭素濃度分布と冷却時間に基づいて、前記浸炭焼入れ部品の浸炭焼入れ後の硬度分布の上限を示す上限硬度分布を算出する工程と、
前記所定の炭素濃度において算出した前記下限補正ジョミニー曲線と、前記浸炭焼入れ部品に対する浸炭焼入れシミュレーションの解析結果により求めた浸炭焼入れ後における前記浸炭焼入れ部品の炭素濃度分布と冷却時間に基づいて、前記浸炭焼入れ部品の浸炭焼入れ後の硬度分布の下限を示す下限硬度分布を算出する工程と、
をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の浸炭焼入れ部品の硬度分布算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸炭焼入れシミュレーション結果に基づく浸炭焼入れ部品の硬度分布算出方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、浸炭焼入れを施す部品（以下、浸炭焼入れ部品と呼ぶ）について、浸炭焼入れ部品の硬度分布が、浸炭焼入れ条件に応じてどのように変化するかを浸炭焼入れ部品の設計段階で解析（シミュレーション）して、解析結果に基づいて浸炭焼入れ条件を決定することによって、浸炭焼入れ後の浸炭焼入れ部品の硬度を確実に確保するようにしている。
【０００３】
浸炭焼入れ部品の硬度分布を解析するための方法としては、例えば、市販の解析ソフトウェアを用いた浸炭焼入れ部品に対する熱処理シミュレーション（以下、浸炭焼入れシミュレーションと呼ぶ）が行われている。このような浸炭焼入れシミュレーションでは、浸炭焼入れ（熱処理）過程において浸炭焼入れ部品に生じる温度変化、炭素の拡散、組織の変化、力学的挙動等の相互作用を伴う複雑な現象を再現することができる。
【０００４】
そして、浸炭焼入れシミュレーションによる解析結果から、浸炭焼入れ条件に応じた炭素濃度（以下、Ｃ％と記載する）およびマルテンサイト体積分率（以下、Ｍ％と記載する）を算出するとともに、Ｃ％とＭ％の相関を表す式（相関式）から、浸炭焼入れ条件に応じた浸炭焼入れ部品の硬度（硬度分布）を算出する硬度算出方法が、本出願と同一の出願人により出願され提案されている。
【０００５】
しかしながら、Ｃ％とＭ％の相関式を用いた硬度算出方法により算出した硬度分布は、実測値と一致しない場合が多かった。このため従来は、計算値と実測値が一致するように、解析条件（浸炭焼入れ条件）の変更・調整を行って最終的な硬度分布を算出する必要があり、実測値の計測作業や浸炭焼入れ条件の変更・調整作業に時間を要していた。
【０００６】
ここで、硬度分布の計算値と実測値が一致しない要因は、従来用いていたＣ％とＭ％の相関式では、浸炭焼入れ部品の素材における焼入れ性が添加元素の含有量に応じて変化することが考慮されていないことに起因していた。つまり、従来の硬度算出方法による算出結果では、浸炭焼入れ部品に所望する硬度が確保できるか否かについて、素材（金属材料）における添加元素がばらついた場合には精度良く判断することができなかった。
【０００７】
素材（金属材料）の焼入れ性は、所謂ジョミニー試験（「鋼の焼入性試験方法（一端焼入方法）」（ＪＩＳＧ０５６１））により求められるジョミニー曲線で表されることが知られている。ここでいう、ジョミニー曲線とは、焼入れ端からの距離と硬度との関係を表した曲線であり、任意の焼入れ端からの距離におけるジョミニー曲線上の値（硬度）をジョミニー値と呼ぶ。また、ジョミニー曲線は、実験式を用いる実験式法や、その他にも加算法、理想臨界直径法等の手法によって算出することも可能である。
【０００８】
ジョミニー曲線を活用した従来技術としては、鋼の溶製技術において、所望する焼入れ性を有する鋼を得るために、精練後の溶鋼をとりべから採取し、出鋼前の溶鋼の成分分析を行うことによってジョミニー曲線を予測する技術が提案されており、例えば、以下に示す特許文献１にその技術が開示され公知となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２９４２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に開示されている従来技術によれば、ジョミニー曲線が規格範囲内である鋼を容易に得ることができるとともに、分析のための無駄な出鋼を抑えて、歩留まり向上を図ることができる。
【００１１】
しかしながら、特許文献１に開示されている従来技術では、浸炭焼入れ後の硬度分布を算出するための方法については何ら示されておらず、浸炭焼入れ部品に対する浸炭焼入れシミュレーションの解析結果に焼入れ性の概念を導入することによって、精度良く浸炭焼入れ部品の硬度分布を算出する方法は未だ確立されていない状況であった。
【００１２】
本発明は、係る現状の課題を鑑みてなされたものであり、硬度分布の実測作業や実測値に対する浸炭焼入れ条件の合わせ込み作業を省略して、浸炭焼入れ部品の硬度分布の算出に要する時間を短縮するとともに、浸炭焼入れ部品に対する浸炭焼入れシミュレーションの解析結果に焼入れ性を考慮することによって、素材における添加元素の含有量がばらついた場合でも、容易に精度良く浸炭焼入れ部品の硬度分布を算出できる浸炭焼入れ部品の硬度分布算出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１４】
即ち、請求項１においては、浸炭焼入れ部品を形成する金属素材における添加元素の成分割合から理論上求められる前記浸炭焼入れ部品に対するジョミニー曲線である理論ジョミニー曲線を、所定の炭素濃度において算出する工程と、前記所定の炭素濃度において算出した前記理論ジョミニー曲線を補正した補正ジョミニー曲線を算出する工程と、前記所定の炭素濃度において算出した前記補正ジョミニー曲線と、前記浸炭焼入れ部品に対する浸炭焼入れシミュレーションの解析結果により求めた浸炭焼入れ後における前記浸炭焼入れ部品の炭素濃度分布と冷却時間に基づいて、前記浸炭焼入れ部品の浸炭焼入れ後の硬度分布を算出する工程と、を備え、前記補正ジョミニー曲線を算出する工程は、前記所定の炭素濃度における前記理論ジョミニー曲線の焼入れ端におけるジョミニー値が現実的なジョミニー値となるような差分値を設定するとともに、各炭素濃度における前記差分値の相関を表す補正式を算出し、前記補正式に基づいて、前記所定の炭素濃度における前記理論ジョミニー曲線を補正するものである。
【００１５】
請求項２においては、前記理論ジョミニー曲線を算出する工程は、前記浸炭焼入れ部品の炭素濃度が０．６％以下の範囲における前記理論ジョミニー曲線を、実験式法により算出し、かつ、前記浸炭焼入れ部品の炭素濃度が０．６％を越える範囲における前記理論ジョミニー曲線を、炭素濃度が０．６％以下の範囲における前記実験式法による算出結果を外挿して算出するものである。
【００１６】
請求項３においては、前記浸炭焼入れ部品を形成する金属素材の添加元素の成分割合の上限許容値から理論上求められるジョミニー曲線である前記浸炭焼入れ部品に対する上限理論ジョミニー曲線を、前記所定の炭素濃度において算出する工程と、前記浸炭焼入れ部品を形成する金属素材の添加元素の成分割合の下限許容値から理論上求められるジョミニー曲線である前記浸炭焼入れ部品に対する下限理論ジョミニー曲線を、前記所定の炭素濃度において算出する工程と、前記所定の炭素濃度において算出した前記上限理論ジョミニー曲線を補正して、補正した前記上限理論ジョミニー曲線である上限補正ジョミニー曲線を算出する工程と、前記所定の炭素濃度において算出した前記下限理論ジョミニー曲線を補正して、補正した前記下限理論ジョミニー曲線である下限補正ジョミニー曲線を算出する工程と、前記所定の炭素濃度において算出した前記上限補正ジョミニー曲線と、前記浸炭焼入れ部品に対する浸炭焼入れシミュレーションの解析結果により求めた浸炭焼入れ後における前記浸炭焼入れ部品の炭素濃度分布と冷却時間に基づいて、前記浸炭焼入れ部品の浸炭焼入れ後の硬度分布の上限を示す上限硬度分布を算出する工程と、前記所定の炭素濃度において算出した前記下限補正ジョミニー曲線と、前記浸炭焼入れ部品に対する浸炭焼入れシミュレーションの解析結果により求めた浸炭焼入れ後における前記浸炭焼入れ部品の炭素濃度分布と冷却時間に基づいて、前記浸炭焼入れ部品の浸炭焼入れ後の硬度分布の下限を示す下限硬度分布を算出する工程と、をさらに備えるものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１８】
請求項１においては、素材の焼入れ性を考慮して、実測値に良く適合する硬度分布を容易に短時間で精度の良い硬度分布を算出することができる。
【００１９】
請求項２においては、実測値に良く適合する硬度分布を容易に短時間で算出することができる。
【００２０】
請求項３においては、素材の焼入れ性を考慮して、より精度良く硬度分布の良否を判断することができる。またこれにより、より精度良く浸炭焼入れ条件の採用可否を判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例に係る硬度分布算出方法の全体的な流れを示すフロー図。
【図２】一般的な浸炭焼入れの流れを示す模式図。
【図３】本発明の一実施例に係る硬度分布算出方法における浸炭焼入れ部品の解析結果を示す図、（ａ）炭素濃度分布の解析結果を示す図、（ｂ）冷却時間の解析結果を示す図。
【図４】本発明の一実施例に係る硬度分布算出方法における硬度分布曲線の生成方法の流れを示すフロー図。
【図５】本発明の一実施例に係る硬度分布算出方法における実験式法により求めた炭素濃度が０．６％以下の理論ジョミニー曲線を示す図。
【図６】本発明の一実施例に係る硬度分布算出方法における実験式法により求めた理論ジョミニー曲線を補完して求めた炭素濃度が０．６％を越える理論ジョミニー曲線を示す図。
【図７】本発明の一実施例に係る硬度分布算出方法における理論ジョミニー曲線に対する補正式の算出方法を示す図。
【図８】本発明の一実施例に係る硬度分布算出方法における補正式による補正後の補正ジョミニー曲線を示す図。
【図９】本発明の一実施例に係る浸炭焼入れ部品の硬度分布算出方法における硬度の算出方法を示す図。
【図１０】本発明の一実施例に係る硬度分布算出方法における実験式法により求めた炭素濃度が０．２％の場合の上限理論ジョミニー曲線および下限理論ジョミニー曲線を示す図。
【図１１】本発明の一実施例に係る硬度分布算出方法における実験式法により求めた炭素濃度が０．２％の場合の上限補正ジョミニー曲線および下限補正ジョミニー曲線を示す図。
【図１２】本発明の一実施例に係る硬度分布算出方法により生成する硬度分布曲線（第１水準の場合）を示す図。
【図１３】本発明の一実施例に係る硬度分布算出方法により生成する硬度分布曲線（第２水準の場合）を示す図。
【図１４】本発明の一実施例に係る硬度分布算出方法により生成する硬度分布曲線（第３水準の場合）を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施例に係る浸炭焼入れ部品の硬度分布算出方法の一連の流れについて、図１および図２を用いて説明をする。
図１に示す如く、本発明の一実施例に係る浸炭焼入れ部品の硬度分布算出方法においては、まず、浸炭焼入れシミュレーションにおける解析条件（浸炭焼入れ条件）の入力が行われる（ステップＳ１００）。つまり、浸炭焼入れシミュレーションの初期条件の入力が行われる。
【００２３】
図２に示す如く、実際の浸炭焼入れにおいては、まず、浸炭焼入れの対象部品（以下「ワーク」という。）に対して浸炭処理（Ｓ１）が行われる。浸炭処理においては、例えば、ワークが配置された処理室内に、所定の炭素濃度に調整された浸炭ガス（例えば一酸化炭素（ＣＯ）ガスを主成分とするもの）が所定の圧力に制御されて供給されるとともに、処理室内が所定の浸炭温度（例えば９００℃程度）まで加熱されることで、ワークに対してワークの表面から炭素を侵入させる。
【００２４】
その後、所定のガス圧・温度・炭素濃度に制御された状態の処理室内にワークが所定時間の間置かれることで、拡散処理（Ｓ２）が行われる。このような拡散処理により、ワークの表面から侵入する炭素を内部にまで拡散させる。そして、拡散処理の後、焼入れ処理（Ｓ３）が行われる。つまり、浸炭処理を受けたワークが、所定の温度の油等によって急冷されることによって、硬度が高められる。
【００２５】
したがって、浸炭焼入れシミュレーションにおいて入力される解析条件（浸炭焼入れ条件）としては、前述したような浸炭焼入れが実際に行われる場合に採用される焼入れ条件が用いられる。浸炭焼入れシミュレーションにおいて入力される浸炭焼入れ条件には、浸炭処理におけるワークの加熱温度と炭素濃度、焼入れ処理におけるワークの温度（焼入れ温度）と炭素濃度（焼入れ炭素濃度）、各処理についての処理時間等が含まれる。なお、図２における矢印Ａは、浸炭焼入れの一連の処理におけるワークの温度およびワーク周辺の炭素濃度の変化を模式的に表すものである。
【００２６】
このような浸炭焼入れシミュレーションは、有限要素法（ＦＥＭ；Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）を用いたシミュレーションを行うための市販の解析ソフトウェアが用いられて行われる。本実施例では、市販の解析ソフトウェアとして、例えばＤＥＦＯＲＭ−ＨＴ（米国ＳＦＴＣ社製）が用いられ、浸炭焼入れシミュレーションが行われる。
【００２７】
具体的には、浸炭焼入れシミュレーションは、必要なデータを入力するための入力装置（例えばキーボード等）と、入力されたデータの演算処理・加工等を行うコンピュータと、コンピュータによる処理結果等を外部へ出力するための出力装置（例えば、ディスプレイ等）とを備える一般的なコンピュータシステムが用いられて行われる。
【００２８】
かかるシステムに備えられるコンピュータに、解析ソフトウェアがインストールされることで、コンピュータが有するシミュレーション演算機能により、浸炭焼入れシミュレーションが実行される（ステップＳ２００）。
そして、浸炭焼入れシミュレーションにおいては、システムに備えられる入力装置により、前述したような浸炭焼入れ条件が入力される。
【００２９】
図１に戻り、本実施例の硬度分布算出方法においては、次に、炭素濃度の解析結果が出力される（ステップＳ３００）。即ち、浸炭焼入れシミュレーションによる解析結果として、浸炭焼入れ部品の各部における炭素濃度（％）と冷却時間が出力される。尚、浸炭焼入れシミュレーションによる解析結果としては、その他にもマルテンサイト体積分率（％）等が出力される。こうした浸炭焼入れシミュレーションによる解析結果の出力は、前記のとおりシステムに備えられる出力装置によって行われる。
【００３０】
図３（ａ）（ｂ）に、本実施例に係る浸炭焼入れシミュレーションによる解析結果としての出力の一例を示す。
図３（ａ）に示すグラフにおいて、横軸は浸炭焼入れ品における表面からの距離（ｍｍ）を表し、縦軸は炭素濃度（％）を表しており、図３（ｂ）に示すグラフにおいて、横軸は浸炭焼入れ品における表面からの距離（ｍｍ）を表し、縦軸は冷却時間（ｓｅｃ）を表している。
【００３１】
図３（ａ）において、実線で示すグラフＧ１が、浸炭焼入れシミュレーションの解析結果としての、表面からの距離との関係における炭素濃度（計算値）である。また、図３（ａ）に示すグラフにおける計測点群は、実際に浸炭焼入れが施された浸炭焼入れ品についての炭素濃度（％）の測定結果（実測値）である。
【００３２】
図３（ａ）に示すグラフＧ１からわかるように、浸炭焼入れシミュレーションの解析結果としての炭素濃度（計算値）は、図３のグラフにおいて計測点群により表される炭素濃度（実測値）との比較において、若干の誤差を含んでほぼ一致している。
【００３３】
また、図３（ｂ）において、実線で示すグラフＧ２が、浸炭焼入れシミュレーションの解析結果としての、表面からの距離との関係における冷却時間（計算値）である。
本実施例における冷却時間は、浸炭焼入れ部品を８００℃（浸炭温度）まで昇温して浸炭・拡散処理を行って、その後冷却して焼入れ処理を行う場合であって、８００℃から５００℃に温度が低下するまでの所用時間を「冷却時間」として規定している。
尚、本実施例に示す冷却時間の規定方法は例示であって、本発明に係る浸炭焼入れ部品の硬度分布算出方法における冷却時間の規定方法を、これに限定するものではない。
【００３４】
再び図１に戻り、本実施例に係る硬度分布算出方法においては、続いて、浸炭焼入れシミュレーション解析結果である炭素濃度（計算値）と冷却時間（計算値）に基づいて、浸炭焼入れ部品の硬度分布を算出する（ステップＳ４００）。
具体的には、浸炭焼入れシミュレーションの解析結果として得られた炭素濃度および冷却時間と、以下に説明する方法で求めるジョミニー曲線（詳しくは、補正ジョミニー曲線）と、を用いて浸炭焼入れ部品の硬度分布が算出される。
【００３５】
ここで、浸炭焼入れ部品の硬度分布算出方法（ステップＳ４００）の具体的な内容について、さらに説明をする。
まず、理論上のジョミニー曲線を生成する工程について、図４および図５を用いて説明をする。尚、本実施例では、浸炭焼入れ部品を形成する素材（材質）が肌焼鋼ＳＣｒ４２０であって、理論上のジョミニー曲線（以下、理論ジョミニー曲線と呼ぶ）を実験式法により求める場合を例示して説明をする。
【００３６】
一般的に、ＳＣｒ４２０における各添加元素の含有割合の規格平均値は、Ｃ＝０．２％、Ｃｒ＝１．０５％、Ｍｎ＝０．７２５％、Ｎｉ＝０．１２５％、Ｍｏ＝０．０２％、Ｓｉ＝０．２５％、として考えることができる。
【００３７】
そして、図４に示す如く、この規格平均値を以下の数式１に適用することによって、各添加元素の含有割合が規格平均値である平均的なＳＣｒ４２０における理論ジョミニー曲線Ｊaを生成する（ステップＳ４００−１）。
【００３８】
本実施例で採用している実験式法は、以下に示す数式１により求められるジョミニー値に基づいて理論ジョミニー曲線Ｊaを生成する方法である（焼入性（大和久重雄著、日刊工業新聞社刊（１９７９））ｐ７０より引用）。尚、数式１は、炭素濃度が０．６％以下の部位にのみ適用できることが知られている。
【００３９】
ここで、数式１におけるＪ0は焼入れ端（表面）におけるジョミニー値、Ｊ1は表面から１／１６インチ（１．５８７５ｍｍ）の距離におけるジョミニー値、Ｊ6は表面から６／１６インチ（９．５２５ｍｍ）の距離におけるジョミニー値、Ｊ22は表面から２２／１６インチ（３４．９２５ｍｍ）の距離におけるジョミニー値、Ｊ4〜25は表面から４／１６インチ（６．３５ｍｍ）から２５／１６インチ（３９．６８７５ｍｍ）の間の任意の距離におけるジョミニー値、をそれぞれ示している。
また、各数式中のＣ・Ｎｉ・Ｃｒ・Ｍｎ・Ｍｏ・Ｓｉ・Ｖは、各元素の含有割合（％）を示し、Ｅは表面からの距離（インチ）をそれぞれ示している。
【００４０】
【数１】
0005597964.tif 000002
【００４１】
そして、数式１により、炭素濃度が０．２％、０．３％、０．４％、０．５％、０．６％の場合において、各距離における理論ジョミニー値を算出する。そして、算出した理論ジョミニー値に基づいて近似を行い、理論ジョミニー曲線Ｊaを生成すると、図５に示すような曲線群となる。
【００４２】
本実施例では、数式１で算出されるジョミニー値は、単位がロックウェル硬さＣスケール（ＨＲＣ）となるが、以下の説明では、便宜上硬度の単位をビッカース硬さ（Ｈｖ）に統一している。このため、数式１で算出されたジョミニー値は、換算表を用いて、ロックウェル硬さＣスケール（ＨＲＣ）をビッカース硬さ（Ｈｖ）に換算して使用している。
また、表面からの距離の単位は、グラフ上に表す場合等には、便宜上インチをミリメートルに換算（１インチ＝２５．４ｍｍ）して表している（以下同様）。
【００４３】
尚、本発明に係る硬度分布算出方法において扱う硬度の単位は、必ずしもビッカース硬さ（Ｈｖ）に統一する必要はなく、ロックウェル硬さＣスケール（ＨＲＣ）に統一する態様であってもよい。
【００４４】
次に、炭素濃度が０．６％を越える範囲について、理論ジョミニー曲線Ｊaを生成する工程について、図４および図６を用いて説明をする。
前述した通り、数式１は、炭素濃度が０．６％以下の範囲でのみ適用することができる。
そこで、図４に示す如く、本発明に係る硬度分布算出方法では、数式１で算出した実験式法による炭素濃度が０．２〜０．６％の範囲における理論ジョミニー曲線Ｊaの算出結果を外挿して近似式（数式２参照）を求めて、当該近似式により炭素濃度が０．６％を越える範囲におけるジョミニー値を算出する。そして、算出した理論ジョミニー値に基づいて近似を行い、理論ジョミニー曲線Ｊaを生成する（ステップＳ４００−２）。
【００４５】
本実施例では、浸炭焼入れ部品の材質がＳＣｒ４２０であるため、炭素濃度が０．６％を越える範囲における浸炭焼入れ部品に対するジョミニー値を算出するための近似式は、以下に示す数式２のように表される。この数式２は、材質がＳＣｒ４２０である浸炭焼入れ部品に対して数式１を適用した場合の実験式法による炭素濃度が０．２〜０．６％の範囲における理論ジョミニー曲線Ｊaの算出結果を外挿することによって求めたものである。
【００４６】
尚、本実施例では、炭素濃度が０．２〜０．６％の範囲で実験式法により理論ジョミニー曲線を算出し、炭素濃度が０．６％を越える範囲の理論ジョミニー曲線を、実験式法による炭素濃度が０．２〜０．６％の範囲における理論ジョミニー曲線の算出結果に基づいて、外挿して算出する場合を例示しているが、実験式法が適用可能な炭素濃度の範囲について必ず実験式法を適用しなければならないのではなく、例えば、炭素濃度が０．２〜０．５％の範囲で実験式法を適用し、０．５％を越える範囲の理論ジョミニー曲線を、実験式法による炭素濃度が０．２〜０．５％の範囲における理論ジョミニー曲線の算出結果に基づいて、外挿して算出することも可能である。
【００４７】
ここで、数式２におけるＨ0は焼入れ端（表面）におけるジョミニー値、Ｈ1は表面から１／１６インチ（１．５８７５ｍｍ）の距離におけるジョミニー値、Ｈ5は表面から５／１６インチ（７．９３７５ｍｍ）の距離におけるジョミニー値、Ｈ6は表面から６／１６インチ（９．５２５ｍｍ）の距離におけるジョミニー値、Ｈ8は表面から８／１６インチ（１２．７ｍｍ）の距離におけるジョミニー値、Ｈ12は表面から１２／１６インチ（１９．０５ｍｍ）の距離におけるジョミニー値、Ｈ16は表面から１６／１６（＝１）インチ（２５．４ｍｍ）の距離におけるジョミニー値、Ｈ20は表面から２０／１６インチ（３１．７５ｍｍ）の距離におけるジョミニー値、をそれぞれ示している。
また、数式２中のＣは、炭素濃度（％）を示している。そして、本実施例で示す数式２で算出される各距離におけるジョミニー値は、単位がビッカース硬さ（Ｈｖ）で算出される。
【００４８】
【数２】
0005597964.tif 000003
【００４９】
そして、数式２により、炭素濃度が０．７％、０．８％の場合において、各距離における理論ジョミニー値を算出する。そして、算出した理論ジョミニー値に基づいて近似を行い、各炭素濃度における理論ジョミニー曲線Ｊaを生成する。そして、生成した炭素濃度が０．６％を越える場合の理論ジョミニー曲線Ｊaを図５に追加すると、図６に示すような曲線群となる。
【００５０】
尚、本実施例では、炭素濃度が０．２〜０．８％の場合における理論ジョミニー曲線Ｊaは、炭素濃度を０．１％ピッチでずらして生成する場合を例示しているが、理論ジョミニー曲線Ｊaを算出するものとして選択する炭素濃度の組合せをこれに限定するものではなく、さらに細かいピッチ（例えば、０．０５％ピッチ等）で理論ジョミニー曲線Ｊaを生成する態様としてもよい。
【００５１】
また、本実施例では、浸炭焼入れ部品の材質がＳＣｒ４２０である場合を例示しているが、本発明に係る硬度分布算出方法を適用できる浸炭焼入れ部品の材質をこれに限定するものではなく、その他の材質（例えば、ＳＣＭ、ＳＮＣＭ、ＳＭｎ等）であってもよい。
尚、補正式は材質ごとに異なってくるため、硬度分布の算出を予定している浸炭焼入れ部品の材質が複数種類存在している場合には、それぞれの材質について、補正式を準備しておく必要がある。
【００５２】
さらに、本実施例では、実験式法を用いて理論ジョミニー曲線Ｊaを生成する場合を例示しているが、本発明に係る硬度分布算出方法において、理論ジョミニー曲線Ｊaの生成に用いる手法はこれに限定するものではなく、例えば、加算法や理想臨界直径法等のその他の手法により理論ジョミニー曲線Ｊaを生成する硬度分布算出方法であってもよい。
【００５３】
ここで、加算法（ＣｒａｆｔｓおよびＬａｍｏｎｔ法ともいう）は、金属材料のロックウェル硬さＣスケール（ＨＲＣ）が、炭素濃度、含有元素、結晶粒度によって異なるものであり、ジョミニー曲線が硬さの単位として、ロックウェル硬さＣスケール（ＨＲＣ）で表されることを利用してジョミニー曲線を求めるものである。
【００５４】
また、理想臨界直径法は、理想臨界直径を基準として算出する方法である。
ここで、理想臨界直径とは、理想焼入れをしたときの臨界直径のことであり、理想焼入れとは、焼入れした瞬間に試験片の表面が液温になるような焼入れをいい、臨界直径とは、焼入れによって中心が５０％マルテンサイトになるような直径をいう。
【００５５】
これら加算法および理想臨界直径法により、計算によってジョミニー曲線を求める具体的な方法の詳細は、焼入性（大和久重雄著、日刊工業新聞社刊（１９７９））等の文献に示されている。
【００５６】
尚、理論ジョミニー曲線Ｊaを生成するための各手法（即ち、実験式法、加算法、理想臨界直径法等）には、それぞれ一長一短があるため、ターゲットとする深さ（表面からの距離）等に応じて各手法を使い分けることができる。
【００５７】
次に、理論ジョミニー曲線Ｊaを補正するための補正式を算出する工程について、図４および図６、図７を用いて説明をする。
図６に示す理論ジョミニー曲線Ｊaは、実測値から大きく外れた値を示しているため、これを実測値に適合するように補正をする必要がある。
【００５８】
本実施例では、図６中に示す炭素濃度が０．８％の場合における、焼入れ端（即ち、表面からの距離が０）の硬度は実測値ではありえない大きな値を示しており、これを現実的な（即ち、実測値に適合する）値に補正するための硬度補正値がａ8である（即ち、理論ジョミニー曲線Ｊaからａ8だけ減算する必要がある）ものと仮定する。
【００５９】
そして、この硬度補正値ａ8を図７に示すグラフ上にプロットする。図７は縦軸が硬度補正値（Ｈｖ）を示し、横軸が炭素濃度（％）を示している。
同様に、炭素濃度が０．２〜０．７％である場合に必要な各硬度補正値ａ2〜ａ7を求め、図７のグラフ上にプロットする。尚、硬度補正値ａ2〜ａ8の各値は負の値である。
【００６０】
そして、このようにしてプロットした硬度補正値ａ2〜ａ8の各値から、これらの値の相関を表す補正式を算出する（ステップＳ４００−３）。
例えば、本実施例のように材質がＳＣｒ４２０である場合の硬度補正値ΔＨを算出するための補正式は、以下に示す数式３となる。ここで、Ｃは炭素濃度（％）を示している。
【００６１】
【数３】
0005597964.tif 000004
【００６２】
尚、本実施例では、硬度補正値ΔＨを算出するための補正式を３次式で近似して求める態様を例示しているが、本発明に係る硬度分布算出方法において、硬度補正値ΔＨを算出するための補正式を算出する近似方法をこれに限定するものではなく、硬度補正値ΔＨを算出するための補正式の次元数は問わない。
【００６３】
次に、補正ジョミニー曲線を生成する工程について、図４、図６および図８を用いて説明をする。
図４に示す如く、補正式の算出が完了すると、次に算出した補正式によって、理論ジョミニー曲線の補正を行う（ステップＳ４００−４）。
図６に示す理論ジョミニー曲線を数式３で補正すると、図８に示すような補正後の理論ジョミニー曲線である補正ジョミニー曲線Ｊcを生成することができる。このようにして生成する補正ジョミニー曲線Ｊcは、現実的な値を示すようになっている。
そして、この算出結果として取得する補正ジョミニー曲線Ｊcと、解析結果として取得する炭素濃度分布（図３（ａ）参照）と冷却時間（図３（ｂ）参照）を用いて、材質がＳＣｒ４２０である場合の浸炭焼入れ部品の硬度分布曲線を生成することができる。
【００６４】
次に、硬度分布を算出する工程について、図３、図４、図８および図９を用いて説明をする。
図８に示す補正ジョミニー曲線Ｊcは「ジョミニー距離」と「硬度」の相関を表す曲線群であり、また、浸炭焼入れ部品の硬度分布は、「表面からの距離」と「硬度」の相関で表されるものである。
ここで、「表面からの距離」と「ジョミニー距離」は概念が異なる距離であるため、図８から直接的に浸炭焼入れ部品の硬度分布を算出することは出来ない。
【００６５】
そこで、図３（ｂ）に示す「表面からの距離」と「冷却時間」との相関を表すグラフと図８に示すグラフを用いるとともに、さらにその他に、「冷却時間」と「ジョミニー距離」の相関を取得することによって、「表面からの距離」と「硬度」の相関を取得することが可能になる。
【００６６】
この「冷却時間」と「ジョミニー距離」との相関は、金属材料（例えば、本実施例ではＳＣｒ４２０）に対するジョミニー試験（ＪＩＳＧ０５６１）を行うことによって求められる。また計算によって算出することも可能である。
このため、本発明に係る浸炭焼入れ部品の硬度分布算出方法では、「冷却時間」と「ジョミニー距離」との相関を生成するようにしている（ステップＳ４００−５）。
【００６７】
そして、例えば浸炭焼入れ部品の材質がＳＣｒ４２０である場合における、「冷却時間」と「ジョミニー距離」との相関を求めると、図９中の領域（■）に示すようなグラフと
なる。そして、この領域（■）に示す相関（グラフ）を介して、図３（ｂ）および図８を
関連付けると、図９に示すようなグラフとして表される。
【００６８】
ここで、図９中に示す領域（■）では、「ジョミニー距離（縦軸）」と「冷却時間（横
軸）」の相関を表しており、領域（ＩＩ）では、「表面からの距離（縦軸）」と「冷却時間（横軸）」の相関（図３（ｂ）に相当）を表している。そして、領域（ＩＩＩ）では、「ジョミニー距離（縦軸）」と「硬度（横軸）」の相関（図８に相当）を表している。
【００６９】
次に、浸炭焼入れ部品に対する硬度の算出方法について、図３（ａ）（ｂ）、図８および図９を用いて説明をする。尚ここでは、浸炭焼入れ部品の「表面からの距離」がＸ1である部位の硬度の算出方法を例示する。
【００７０】
本実施例で例示する浸炭焼入れ部品の「表面からの距離」がＸ1である部位は、図３（ａ）に示す解析結果によると、炭素濃度が約０．７％であることが判る。
【００７１】
次に、図９中に示す領域（ＩＩ）のグラフ（図３（ｂ）に相当）において、「表面からの距離」Ｘ1における「冷却時間」ＴX1を求める。
次に、図９中における領域（■）のグラフにおいて、「冷却時間」がＴX1となる「ジョ
ミニー距離」ＪX1を求める。
【００７２】
ここで、「表面からの距離」がＸ1である部位は、炭素濃度が約０．７％であることが既知であるため、図９中に示す領域（ＩＩＩ）のグラフ（図８に相当）において、炭素濃度が０．７％である場合の補正ジョミニー曲線Ｊcを適用して、「ジョミニー距離」ＪX1における「硬度」ＨX1を求める。
このようにして、図９を用いることによって、浸炭焼入れ部品の焼入れ性を考慮しつつ、「表面からの距離」Ｘ1における「硬度」ＨX1を算出することができる。
【００７３】
そして同様に、「表面からの距離」のうちの必要な範囲（浸炭範囲）において、さらに多くの点についての「硬度」を算出することによって、硬度分布曲線（例えば、後述する硬度分布曲線Ｃa）を生成することができる（ステップＳ４００−６）。
このように、本実施例に係る硬度分布算出方法では、炭素濃度分布（図３（ａ））および冷却時間（図３（ｂ））の解析結果と、補正ジョミニー曲線の算出結果（図８）と、を組合せる（即ち、図９）ことによって、焼入れ性を考慮しつつ、浸炭焼入れ部品の硬度分布を算出することができる。
【００７４】
即ち、本発明の一実施例に係る浸炭焼入れ部品の硬度分布算出方法は、浸炭焼入れ部品を形成する金属素材（本実施例では、ＳＣｒ４２０）における添加元素（Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｖ等）の成分割合から理論上（本実施例では、実験式法およびその近似式により）求められる浸炭焼入れ部品に対するジョミニー曲線である理論ジョミニー曲線Ｊaを、所定の炭素濃度（本実施例では、０．２〜０．８％）において算出する工程と、炭素濃度０．２〜０．８％において算出した理論ジョミニー曲線Ｊaを補正した補正ジョミニー曲線Ｊcを算出する工程と、炭素濃度０．２〜０．８％において算出した補正ジョミニー曲線Ｊc（図８）と、浸炭焼入れ部品に対する浸炭焼入れシミュレーションの解析結果により求めた浸炭焼入れ後における浸炭焼入れ部品の炭素濃度分布（図３（ａ））と冷却時間（図３（ｂ））に基づいて、浸炭焼入れ部品の浸炭焼入れ後の硬度分布を算出する工程と、を備えるものである。
【００７５】
これにより、素材の焼入れ性を考慮して、容易に短時間で精度の良い硬度分布（即ち、硬度分布曲線Ｃa（図１０〜図１２参照））を算出（生成）することができる。
【００７６】
ここで、上限補正ジョミニー曲線および下限補正ジョミニー曲線の生成方法について、図１０および図１１を用いて説明をする。
素材（材料金属）における添加元素の含有割合は常に一定ではなく、ばらつきがあるため、実際に使用する素材の理論ジョミニー曲線Ｊaが、必ず図８に一致するとは限らない。
一般的に、素材（材料金属）における添加元素の含有割合のばらつきをどの程度まで許容するかは、浸炭焼入れ部品の用途等に応じてユーザーがその許容値（上限および下限）を決定している。
【００７７】
このため、図１０に示す如く、既述した理論ジョミニー曲線Ｊaの生成方法と同じ方法で、素材（材料金属）における添加元素の含有割合が上限許容値である場合の理論ジョミニー曲線（以下、上限理論ジョミニー曲線ＪHと呼ぶ）と、下限許容値である場合の理論ジョミニー曲線（以下、下限理論ジョミニー曲線ＪLと呼ぶ）を、それぞれ別途生成することができる。
【００７８】
そして、上限理論ジョミニー曲線ＪHと下限理論ジョミニー曲線ＪLに補正式を適用することによって、図１１に示すような上限補正ジョミニー曲線ＪHcおよび下限補正ジョミニー曲線ＪLcを生成することができる。
【００７９】
尚、ここで示した図１０および図１１では、炭素濃度０．２％の場合の添加元素の上限値および下限値から上限理論ジョミニー曲線ＪHと下限理論ジョミニー曲線ＪLを生成し、さらに最終的に上限補正ジョミニー曲線ＪHcと下限補正ジョミニー曲線ＪLcを生成する場合についてのみ例示しているが、その他の各炭素濃度の場合においても、同様に添加元素の上限値および下限値からそれぞれの上限補正ジョミニー曲線ＪHcと下限補正ジョミニー曲線ＪLcを生成することができる。
【００８０】
次に、本発明の一実施例に係る硬度分布算出方法により生成した硬度分布曲線の具体例を、図１２〜図１４に示す。
本実施例に示す硬度分布曲線Ｃaは、材質がＳＣｒ４２０である浸炭焼入れ部品の場合であって、図１２は浸炭時間を１８０分とした場合（以後、第１水準と呼ぶ）、図１３は浸炭時間を２００分とした場合（以後、第２水準と呼ぶ）、図１４は浸炭時間を４３０分とした場合（以後、第３水準と呼ぶ）をそれぞれ例示している。即ち、各水準の各浸炭焼入れ部品では、浸炭時間が異なっているため、炭素濃度が相異している。
【００８１】
例えば、第１水準の場合の硬度分布曲線Ｃa（計算値）は、図１２のように表すことができる。
第１水準に対する解析結果を用いた計算上の硬度分布曲線Ｃa（計算値）は、図１２のグラフにおいて表される硬度分布曲線Ｃb（実測値）との比較において、若干の誤差を含んでいるものの良く一致していることが確認できる。
【００８２】
ここで、上限硬度分布曲線および下限硬度分布曲線の生成方法について、図１２〜図１４を用いて説明をする。
図１２〜図１４に示す如く、既述した硬度分布曲線Ｃaの生成方法と同じ方法で、上限補正ジョミニー曲線ＪHcと下限補正ジョミニー曲線ＪLcのそれぞれに基づいて、硬度分布曲線を別途生成することができる。
【００８３】
そして、硬度分布曲線Ｃaに、上限硬度分布曲線ＣHと下限硬度分布曲線ＣLを書き添えることによって、硬度分布曲線Ｃaが変動する可能性のある範囲（以下、変動幅と呼ぶ）を提示することができる。つまり、硬度分布曲線Ｃaと上限硬度分布曲線ＣHおよび下限硬度分布曲線ＣLを合わせて判断に用いることによって、添加元素の含有割合がユーザーの設定した許容値の範囲で変化したとしても、所望する硬度が達成できるか否かを判断することが可能になる。
【００８４】
図１２に示す如く、第１水準の場合における上限硬度分布曲線ＣHと下限硬度分布曲線ＣLを硬度分布曲線Ｃaに並べて表すと、硬度分布曲線Ｃaは上限硬度分布曲線ＣHと下限硬度分布曲線ＣLで挟まれる範囲が、硬度分布曲線Ｃaの変動幅となることが容易に確認できる。
そして、硬度分布曲線Ｃaの変動幅を考慮して硬度分布の良否（即ち、浸炭焼入れ解析条件の採用可否）を判定することができる。
【００８５】
また、第２水準および第３水準の場合の硬度分布曲線Ｃa（計算値）は、図１３および図１４のように表すことができる。
第２水準および第３水準に対する解析結果を用いた計算上の硬度分布曲線Ｃa（計算値）は、図１３・１４のグラフにおいて表される硬度分布曲線Ｃb（実測値）との比較において、若干の誤差を含んでいるものの良く一致していることが確認できる。
【００８６】
つまり、第２水準および第３水準の場合のように、素材における各元素の成分割合が変化して、焼入れ性が変化したような場合であっても、本発明の一実施例に係る硬度分布算出方法で求めた硬度分布曲線Ｃa（計算値）は、硬度分布曲線Ｃb（実測値）と良く一致することが確認できる。
【００８７】
即ち、本発明の一実施例に係る浸炭焼入れ部品の硬度分布算出方法は、金属素材（本実施例では、ＳＣｒ４２０）における添加元素（Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｖ等）の成分割合の上限許容値から理論上（本実施例では、実験式法およびその近似式により）求められるジョミニー曲線である浸炭焼入れ部品に対する上限理論ジョミニー曲線ＪHを、炭素濃度０．２〜０．８％において算出する工程と、金属素材（本実施例では、ＳＣｒ４２０）における添加元素（Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｖ等）の成分割合の下限許容値から理論上（本実施例では、実験式法およびその近似式により）求められるジョミニー曲線である浸炭焼入れ部品に対する下限理論ジョミニー曲線ＪLを、炭素濃度０．２〜０．８％において算出する工程と、炭素濃度０．２〜０．８％において算出した上限理論ジョミニー曲線ＪHを補正した上限補正ジョミニー曲線ＪHcを算出する工程と、炭素濃度０．２〜０．８％において算出した下限理論ジョミニー曲線ＪLを補正した下限補正ジョミニー曲線ＪLcを算出する工程と、炭素濃度０．２〜０．８％において算出した上限補正ジョミニー曲線ＪHcと、浸炭焼入れ部品に対する浸炭焼入れシミュレーションの解析結果により求めた浸炭焼入れ後における浸炭焼入れ部品の炭素濃度分布（図３（ａ））と冷却時間（図３（ｂ））に基づいて、浸炭焼入れ部品の浸炭焼入れ後の硬度分布の上限を示す上限硬度分布（即ち、上限硬度分布曲線ＣH）を算出する工程と、炭素濃度０．２〜０．８％において算出した下限補正ジョミニー曲線ＪLcと、浸炭焼入れ部品に対する浸炭焼入れシミュレーションの解析結果により求めた浸炭焼入れ後における浸炭焼入れ部品の炭素濃度分布（図３（ａ））と冷却時間（図３（ｂ））に基づいて、浸炭焼入れ部品の浸炭焼入れ後の硬度分布の下限を示す下限硬度分布（即ち、下限硬度分布曲線ＣL）を算出する工程と、をさらに備えるものである。
【００８８】
これにより、素材の焼入れ性を考慮して、より精度良く硬度分布（即ち、硬度分布曲線Ｃa）の良否を判断することができる。またこれにより、より精度良く浸炭焼入れ条件の採用可否を判断することができる。
【００８９】
また、本発明の一実施例に係る浸炭焼入れ部品の硬度分布算出方法は、理論ジョミニー曲線Ｊaを算出する工程は、浸炭焼入れ部品の炭素濃度が０．６％以下の範囲における理論ジョミニー曲線Ｊaを、実験式法により算出し、かつ、浸炭焼入れ部品の炭素濃度が０．６％を越える範囲における理論ジョミニー曲線Ｊaを、炭素濃度が０．６％以下の範囲における実験式法による算出結果を外挿して算出するものである。
【００９０】
さらに、本発明の一実施例に係る浸炭焼入れ部品の硬度分布算出方法は、補正ジョミニー曲線Ｊcを算出する工程は、所定の炭素濃度（本実施例では、０．２〜０．８％）における理論ジョミニー曲線Ｊaの焼入れ端（即ち、「表面からの距離」が０である部位）におけるジョミニー値Ｊ0・Ｈ0が現実的なジョミニー値となるような差分値である硬度補正値ａ2〜ａ8を設定するとともに、各炭素濃度（本実施例では、０．２〜０．８％）における硬度補正値ａ2〜ａ8の相関を表す補正式を算出し、前記補正式に基づいて、炭素濃度が０．２〜０．８％における理論ジョミニー曲線Ｊaを補正するものである。
【００９１】
これにより、実測値に良く適合する硬度分布（即ち、硬度分布曲線Ｃa）を容易に短時間で算出（生成）することができる。
【符号の説明】
【００９２】
Ｊa  理論ジョミニー曲線
Ｊc  補正ジョミニー曲線
ＪH  上限理論ジョミニー曲線
ＪL  下限理論ジョミニー曲線
Ｃa  硬度分布曲線（計算値）
Ｃb  硬度分布曲線（実測値）
ＣH  上限硬度分布曲線
ＣL  下限硬度分布曲線
【図１】
0005597964.tif 000005
【図２】
0005597964.tif 000006
【図３】
0005597964.tif 000007
【図４】
0005597964.tif 000008
【図５】
0005597964.tif 000009
【図６】
0005597964.tif 000010
【図７】
0005597964.tif 000011
【図８】
0005597964.tif 000012
【図９】
0005597964.tif 000013
【図１０】
0005597964.tif 000014
【図１１】
0005597964.tif 000015
【図１２】
0005597964.tif 000016
【図１３】
0005597964.tif 000017
【図１４】
0005597964.tif 000018