(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油槽内に焼入れ油を貯留するとともに該焼入れ油を攪拌可能な回転体を有する焼入れ装置を用い、高温に加熱した鋼製のワークを該焼入れ装置の該焼入れ油中に投入して該ワークに焼入れを施す焼入れ方法において、
前記ワークの表面から等しくマルテンサイト化が進行するように、前記回転体を回転させないことによる前記焼入れ油中の前記ワークの部位間の温度差と、該回転体を一定速度で回転させることによる該焼入れ油中の該ワークの部位間の温度差とを測定し、前記回転体を回転させないことによる前記焼入れ油中の前記ワークの部位間の温度差よりも該回転体を一定速度で回転させることによる該焼入れ油中の該ワークの部位間の温度差が小さくなる温度を決定し、該焼入れ油に該ワークを投入した後該ワークの温度が該決定温度に冷却されるまでの間は該回転体を回転させず、該ワークの温度が該決定温度以下の温度に冷却された後に該回転体を回転させること特徴とする焼入れ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は焼入れ方法に関する。この焼入れ方法は、例えば、鋼製のボルトに焼入れを施す場合に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の焼入れ方法として、油槽内に焼入れ油を貯留するとともに焼入れ油を攪拌可能な回転体を有する焼入れ装置を用い、回転体を一定回転数で回転させつつ、高温に加熱した鋼製のワークをこの焼入れ装置の焼入れ油中に投入してワークに焼入れを施すことがなされている（例えば、実開平５−９６０５１号公報）。ここで、ワークは単品である場合の他、複数品がまとまったものである場合もあり得る。
【０００３】
こうしてワークに焼入れを施すと、ワークの表面からマルテンサイト化が進行し、ワークの硬度を増すことができる。この際、この焼入れ方法では、回転体を一定速度で回転させることにより油槽内における焼入れ油の温度を均一にすることとしており、これによりワークの各部位を同一の温度の焼入れ油で焼入れせんとしている。ここで、ワークの各部位とは、そのワークの各部分をいう。そして、これによりワークの各部位について、マルテンサイト変態歪を抑制するとともに硬度のばらつきを防止し、安定した品質の製品を確保せんとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の方法では、ワークの各部位について、未だマルテンサイト変態歪が大きかった。つまり、かかる方法では、未だ安定した品質の製品を確保できてはいなかった。
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、マルテンサイト変態歪が十分に小さく、かつ硬度のばらつきもほとんどない安定した品質の製品を確保可能な焼入れ方法を提供することを解決すべき課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題解決のために鋭意研究を重ね、回転体の回転速度を調整することによってそれを解決できることを発見し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の焼入れ方法は、油槽内に焼入れ油を貯留するとともに該焼入れ油を攪拌可能な回転体を有する焼入れ装置を用い、高温に加熱した鋼製のワークを該焼入れ装置の該焼入れ油中に投入して該ワークに焼入れを施す焼入れ方法において、
前記ワークの表面から等しくマルテンサイト化が進行するように、前記回転体を回転させないことによる前記焼入れ油中の前記ワークの部位間の温度差と、該回転体を一定速度で回転させることによる該焼入れ油中の該ワークの部位間の温度差とを測定し、前記回転体を回転させないことによる前記焼入れ油中の前記ワークの部位間の温度差よりも該回転体を一定速度で回転させることによる該焼入れ油中の該ワークの部位間の温度差が小さくなる温度を決定し、該焼入れ油に該ワークを投入した後該ワークの温度が該決定温度に冷却されるまでの間は該回転体を回転させず、該ワークの温度が該決定温度以下の温度に冷却された後に該回転体を回転させることを特徴とする。
【０００６】
すなわち、発明者らの試験結果によれば、従来のように回転体を単に一定速度で回転させているだけでは、回転体に近いワークの部位においては低温の焼入れ油が直接接触することから、回転体から遠いワークの部位と比較してマルテンサイト変態が開始される時間が早くなり、これによりワークの各部位間でマルテンサイト変態が開始される時間に差を生じてしまう。このため、ワークの各部位は、表面から等しくマルテンサイト化せず、マルテンサイト変態歪が発生してしまう。
【０００７】
これに対し、本発明の焼入れ方法では、ワークの表面から等しくマルテンサイト化が進行するように回転体の回転速度を調整する。こうであれば、ワークの各部位は、表面から等しくマルテンサイト化が進行し、マルテンサイト変態歪みを有効に抑制できる。
本発明の焼入れ方法は、回転体を回転させないことによる焼入れ油中のワークの部位間の温度差よりも、回転体を一定速度で回転させることによる焼入れ油中のワークの部位間の温度差が小さくなるまで、焼入れ油にワークを投入した後で回転体を回転させないことにより具体化可能である。つまり、本発明者らの試験によれば、焼入れ油にワークを投入した後においては、ワークが高温である間は、回転体を回転させない場合の方が、それを一定速度で回転させた場合よりも、焼入れ油中のワークの部位間の温度差が小さく、ワークが冷却されて低温となると、回転体を一定速度で回転させた場合の方が、それを回転させない場合よりも、焼入れ油中のワークの部位間の温度差が小さくなる。このため、こうして焼入れ油中のワークの部位間の温度差が逆転するまでを時間で管理するのであれば、焼入れ油にワークを投入した後、その時間が経過するまでは回転体を回転させず、その時間の経過を待って回転体を一定速度で回転させれば、そうしない場合と比較して焼入れ油中のワークの部位間の温度差が小さくなる。こうして焼入れ油中のワークの部位間の温度差が小さいのであれば、ワークの部位間におけるマルテンサイト変態が開始される時間の差が小さく、ワークの各部位は、表面から等しくマルテンサイト化しやすく、マルテンサイト変態歪みを抑制することができる。
【０００８】
したがって、本発明の焼入れ方法によれば、マルテンサイト変態歪が十分に小さく、かつ硬度のばらつきもほとんどない安定した品質の製品を確保することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の作用を確認する試験１、２並びに本発明を具体化した実施例及び比較例について図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
【試験１】
試験１では図１に示す焼入れ装置１を用いる。焼入れ装置１の油槽２内には、底面よりｈの高さまで焼入れ油１０が貯留されているとともに、焼入れ油１０を攪拌可能な回転体としての一対のアジテータ３が設けられている。また、油槽２内にはトレー固定台４が設けられている。このトレー固定台４は図２に示すトレー５を支持するものである。トレー５は最上段を１段目とし最下段を５段目とする５段のバスケット６を載置可能であり、各バスケット６には、図３に示すように、約１００本のヘッドボルトＷが整列されている。これらのヘッドボルトＷは、Ｃ２５％のボロン鋼からなり、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示す外形をなしている。
【００１１】
そして、図４に示す温度条件で各ヘッドボルトＷに焼入れを施す。つまり、まずヘッドボルトＷを９００゜Ｃで７０分間加熱する。その後、焼入れ装置１を用い、ヘッドボルトＷを６０゜Ｃの焼入れ油１０で５分間急冷する。
このとき、焼入れ油１０にヘッドボルトＷを投入した後において、アジテータ３を停止させていた場合と、アジテータ３を２５０ｒ．ｐ．ｍ．で回転させていた場合とで評価する。各場合における１段目、３段目及び５段目のバスケット６の端側のヘッドボルトＷについて、経過時間（秒）と温度（°Ｃ）との関係を求めた。アジテータ３を停止させていた場合の結果を図５に示し、アジテータ３を回転させていた場合の結果を図６に示す。また、図５及び図６より、５段目のバスケット６のヘッドボルトＷについて、経過時間（秒）と温度（°Ｃ）との関係のグラフを求めた。結果を図７に示す。各図中、Ｍｓはマルテンサイト変態が開始する温度（４１５°Ｃ）である。
【００１２】
図５及び図７より、アジテータ３を停止させていた場合、すべての段のバスケット６のヘッドボルトＷにつき、ほぼ等しい時間にマルテンサイト変態が開始することがわかる。これに対し、図６及び図７より、アジテータ３を２５０ｒ．ｐ．ｍ．で回転させていた場合、５段目のバスケット６のヘッドボルトＷが他の段のバスケット６のヘッドボルトＷに比して早期にマルテンサイト変態が開始されることがわかる。
【００１３】
【試験２】
試験２では、焼入れ油１０にヘッドボルトＷを投入した後において、アジテータ３を停止させていた場合と、アジテータ３を２５０ｒ．ｐ．ｍ．で回転させていた場合とについて、単品のヘッドボルトＷの部分による温度と時間とのばらつきを調べた。ここで、ヘッドボルトＷの温度測定部分は、図８に示すように、５段目のバスケット６のヘッドボルトＷの円周方向４箇所である。他の条件等は試験１と同様である。
【００１４】
複数のヘッドボルトＷについて、各部分ごとの温度（℃）と最大時間差（秒）との関係を求めた。結果を図９に示す。
図９より、ヘッドボルトＷが高温である間は、アジテータ３を停止させていた場合の方がアジテータ３を２５０ｒ．ｐ．ｍ．で回転させていた場合よりも、最大時間差が小さいことが分かる。逆に、ヘッドボルトＷが３８６℃以下になると、アジテータ３を２５０ｒ．ｐ．ｍ．で回転させていた場合の方がアジテータを停止させていた場合よりも、最大時間差が小さくなることが分かる。このヘッドボルトが３８６℃になる時間は焼入れ油１０にヘッドボルトＷを投入してから３５秒であった。より正確には、焼入れ油１０にヘッドボルトＷを投入する時間が２０秒間あることから、投入終了後は１５秒である。
【００１５】
【実施例】
上記試験１、２による作用の確認の下、以下の実施例を行なった。他の条件等は試験１、２と同様である。
実施例では、図１０に示すように、焼入れ油１０にヘッドボルトＷを投入する前においてアジテータ３を２５０ｒ．ｐ．ｍ．で回転させておき、焼入れ油１０にヘッドボルトＷを投入し、それが終了してから１５秒間だけアジテータ３を停止させ、１５秒間経過後に再度アジテータ３を２５０ｒ．ｐ．ｍ．で回転させる。
【００１６】
【比較例】
比較例では、アジテータ３を２５０ｒ．ｐ．ｍ．で常時回転させていること以外は実施例と同様とした。
【００１７】
【評価】
１段目から５段目までのバスケット６内の実施例によるヘッドボルトＷと比較例によるヘッドボルトＷとについて、軸振れ量を歪指数として測定した。ここで、歪指数の数字が大きい程歪量が大きいことを表す。実施例によるヘッドボルトＷの結果を図１１に示し、比較例によるヘッドボルトＷの結果を図１２に示す。
【００１８】
図１１より、実施例によるヘッドボルトＷでは、全ての段で歪指数が小さく、かつほとんど等しいことがわかる。これに対し、図１２より、比較例によるヘッドボルトＷでは、５段目のものの歪指数が他の段のものの歪指数よりも大きく、ばらつきが大きいいことがわかる。
このため、実施例では、比較例と比較し、最下段である５段目のバスケット６内のヘッドボルトＷの軸振れ量を著しく低減できることがわかる。そして、実施例によれば、焼入れ油１０中の各ヘッドボルトＷ間の温度差が小さいことから、各ヘッドボルトＷ間におけるマルテンサイト変態が開始される時間の差が小さく、各ヘッドボルトＷは、等しくマルテンサイト化しやすく、マルテンサイト変態歪が抑制されることもわかる。
【００１９】
また、１段目、３段目、５段目のバスケット６内のヘッドボルトＷについて、実施例と比較例とにおける表面硬度（Ｈｖ）及び内部硬度（Ｈｖ）を測定した。表面硬度の測定結果を図１３に示し、内部硬度の測定結果を図１４に示す。
図１３及び図１４より、実施例と比較例とで表面硬度及び内部硬度にほとんど違いがないことがわかる。
【００２０】
したがって、実施例によれば、マルテンサイト変態歪が十分に小さく、かつ硬度のばらつきもほとんどない安定した品質のヘッドボルトＷを製造できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例、比較例及び試験１、２に用いた焼入れ装置の断面図である。
【図２】実施例、比較例及び試験１、２に用いたトレーの正面図である。
【図３】実施例、比較例及び試験１、２に用いたバスケットの平面図である。
【図４】実施例、比較例及び試験１、２における温度条件を示すグラフである。
【図５】試験１に係り、アジテータを停止させていた場合における経過時間と温度との関係を示すグラフである。
【図６】試験１に係り、アジテータを回転させていた場合における経過時間と温度との関係を示すグラフである。
【図７】試験１に係り、アジテータを停止させていた場合及びアジテータを回転させていた場合における経過時間と温度との関係を示すグラフである。
【図８】実施例、比較例及び試験１、２に用いたヘッドボルトの外形を示す側面図（Ａ）及び模式断面図（Ｂ）である。
【図９】試験２に係り、アジテータを停止させていた場合及びアジテータを回転させていた場合における温度と最大時間差との関係を示すグラフである。
【図１０】実施例におけるアジテータの時間と回転速度との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例に係り、バスケットと歪指数との関係を示すグラフである。
【図１２】比較例に係り、バスケットと歪指数との関係を示すグラフである。
【図１３】実施例及び比較例に係り、バスケットと表面硬度との関係を示すグラフである。
【図１４】実施例及び比較例に係り、バスケットと内部硬度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２…油槽
１０…焼入れ油
３…アジテータ（回転体）
１…焼入れ装置
Ｗ…ヘッドボルト（ワーク）
【図１】
0003656714.tif 000002
【図２】
0003656714.tif 000003
【図３】
0003656714.tif 000004
【図４】
0003656714.tif 000005
【図５】
0003656714.tif 000006
【図６】
0003656714.tif 000007
【図７】
0003656714.tif 000008
【図８】
0003656714.tif 000009
【図９】
0003656714.tif 000010
【図１０】
0003656714.tif 000011
【図１１】
0003656714.tif 000012
【図１２】
0003656714.tif 000013
【図１３】
0003656714.tif 000014
【図１４】
0003656714.tif 000015