(57)【要約】  表面(10a、10b、12a、12b)を有し、その少なくとも一部(18)が誘導加熱によって表面硬化されている、機械構成要素(10)。機械構成要素(10)の表面(10a、10b、12a、12b)を通る断面は、表面(10a、10b)では硬度Hsurfaceを示し、機械構成要素(10)の非硬化コア(10c)では硬度Hcoreを示す。この断面の硬度プロファイルは、硬度が表面(10a、10b)での硬度Hsurfaceにほぼ等しい第1の領域(24)と、硬度が機械構成要素(10)の非硬化コア(10c)での硬度Hcoreにほぼ等しい第3の領域(26)と、第1の領域と第3の領域(26)との間の第2の領域(25)とを示す。第1の領域における硬度プロファイルは、平均硬度Y1を有し、第3の領域における硬度プロファイルは、平均硬度Y3を有する。第2の領域(25)における点(式)と点(式)との間、但し0<k<2であるが、これらの点間で硬度プロファイルに線を引いた場合、この線に沿って求めた機械構成要素の第2の領域(25)における硬度は、mm当たりHRC50未満で低減する。
2013532233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面(10a、10b、12a、12b)を有する機械構成要素(10)において、前記表面(10a、10b、12a、12b)の少なくとも一部(18)が誘導加熱によって表面硬化されており、それによって前記機械構成要素(10)の前記表面(10a、10b、12a、12b)を通る断面が、前記表面(10a、10b)では硬度Hsurfaceを示し、前記機械構成要素(10)の非硬化コア(10c)では硬度Hcoreを示し、前記断面の硬度プロファイルが、硬度が前記表面(10a、10b)での前記硬度Hsurfaceにほぼ等しい第1の領域(24)と、硬度が前記機械構成要素(10)の前記非硬化コア(10c)硬度での前記硬度Hcoreにほぼ等しい第3の領域(26)と、前記第1の領域と前記第3の領域(26)との間の第2の領域(25)とを示し、前記第1の領域における前記硬度プロファイルが、平均硬度Y1を有し、前記第3の領域における前記硬度プロファイルが、平均硬度Y3を有し、それによって前記第2の領域(25)における点
【数１】
2013532233.tif 000009
と点
【数２】
2013532233.tif 000010
との間、但し0<k<2であるが、前記点間で前記硬度プロファイルに線を引いた場合、前記線に沿って求めた前記機械構成要素の前記第2の領域(25)における硬度が、mm当たりHRC50未満で低減することを特徴とする、機械構成要素(10)。
【請求項２】
前記線に沿って求めた前記機械構成要素(10)の前記第2の領域(25)における前記硬度が、mm当たりHRC30未満、HRC25未満、HRC20未満、またはHRC15未満で低減することを特徴とする、請求項1に記載の機械構成要素(10)。
【請求項３】
前記表面(10a、10b、12a、12b)での前記硬度Hsurfaceが、HRC55〜75の間、好ましくはHRC58〜63の間であることを特徴とする、請求項1または2に記載の機械構成要素(10)。
【請求項４】
前記機械構成要素(10)の前記非硬化コア(10c)での前記硬度Hcoreが、HRC15〜30の間であることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の機械構成要素(10)。
【請求項５】
前記第1の領域(24)が、前記表面(10a、10b、12a、12b)から、前記表面(10a、10b、12a、12b)下深さ6mm、好ましくは前記表面(10a、10b、12a、12b)下深さ1〜4mmまで延在することを特徴とする、請求項4に記載の機械構成要素(10)。
【請求項６】
鋼棒、シリンダ、ロッド、ピストン、シャフト、またはビームを構成することを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の機械構成要素(10)。
【請求項７】
機械構成要素(10)の表面(10a、10b、12a、12b)の少なくとも一部(18)を表面(10a、10b、12a、12b)硬化させる方法において、電磁誘導コイル(14)を用いた誘導加熱によって、前記表面(10a、10b、12a、12b)の前記少なくとも一部(18)をフェライト/オーステナイト変態温度以上まで加熱する段階と、前記表面(10a、10b、12a、12b)下で十分な熱伝導が可能となり、その結果前記少なくとも一部(18)が十分オーステナイト化するように、前記表面の前記少なくとも一部(18)を前記温度で維持する段階と、前記機械構成要素(10)の前記表面(10a、10b、12a、12b)を通る断面が、前記表面(10a、10b、12a、12b)では硬度Hsurfaceを示し、前記機械構成要素(10)の非硬化コア(10c)では硬度Hcoreを示すように、前記表面(10a、10b、12a、12b)の前記少なくとも一部(18)を焼入れする段階とを含み、前記断面の硬度プロファイルが、硬度が前記表面(10a、10b)での前記硬度Hsurfaceにほぼ等しい第1の領域(24)と、硬度が前記機械構成要素(10)の前記非硬化コア(10c)での前記硬度Hcoreにほぼ等しい第3の領域(26)と、前記第1の領域と前記第3の領域(26)との間の第2の領域(25)とを示し、前記第1の領域における前記硬度プロファイルが、平均硬度Y1を有し、前記第3の領域における前記硬度プロファイルが、平均硬度Y3を有し、それによって前記第2の領域(25)における点
【数３】
2013532233.tif 000011
と点
【数４】
2013532233.tif 000012
との間、但し0<k<2であるが、前記点間で前記硬度プロファイルに線を引いた場合、前記線に沿って求めた前記機械構成要素の前記第2の領域(25)における硬度が、mm当たりHRC50未満で低減することを特徴とする、方法。
【請求項８】
電磁誘導コイル(14)を用いた誘導加熱によって、前記表面(10a、10b、12a、12b)の前記少なくとも一部(18)をフェライト/オーステナイト変態温度以上まで加熱する段階と、前記表面(10a、10b、12a、12b)下で十分な熱伝導が可能となり、その結果前記少なくとも一部(18)が十分オーステナイト化するように、前記内面の前記少なくとも一部(18)を前記温度で維持する段階と、前記機械構成要素(10)の前記表面(10a、10b、12a、12b)を通る断面が、前記表面(10a、10b、12a、12b)では硬度Hsurfaceを示し、前記機械構成要素(10)の前記非硬化コア(10c)では硬度Hcoreを示すように、前記表面(10a、10b、12a、12b)の前記少なくとも一部(18)を焼入れする段階とを含み、前記線に沿って求めた前記機械構成要素(10)の前記第2の領域(25)における前記硬度が、mm当たりHRC30未満、HRC25未満、HRC20未満、またはHRC15未満で低減することを特徴とする、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
前記内面の前記少なくとも一部(18)を前記温度で少なくとも10秒、20秒、30秒、40秒、50秒、またはそれ以上の間維持する段階を含むことを特徴とする、請求項7または8に記載の方法。
【請求項１０】
前記断面の硬度プロファイル(22)が、硬度が前記表面(10a、10b、12a、12b)での前記硬度Hsurface(10a、10b、12a、12b)にほぼ等しい第1の領域(24)と、硬度が前記機械構成要素(10)の前記非硬化コア(10c)での前記硬度Hcore(10c)にほぼ等しい第3の領域(26)と、前記第1の領域と前記第3の領域(26)との間の第2の領域(25)であって、前記硬度プロファイルが、前記第1の領域における前記硬度と、前記第3の領域(26)における前記硬度との間で滑らかな移行を示す第2の領域とを示すことを特徴とする、請求項7から9のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記第1の領域(24)が、前記表面(10a、10b、12a、12b)から、前記表面(10a、10b、12a、12b)下深さ6mm、好ましくは前記表面(10a、10b、12a、12b)下深さ2〜4mmまで延在することを特徴とする、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記機械構成要素(10)が、鋼棒、シリンダ、ロッド、ピストン、シャフト、またはビームを構成することを特徴とする、請求項7から11のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械構成要素、およびかかる機械構成要素の表面の少なくとも一部を表面硬化させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波焼入れとは、誘導加熱によって金属構成要素をフェライト/オーステナイト変態温度以上まで加熱し、次いで焼入れする熱処理である。焼入れされた金属は、マルテンサイト変態し、その金属構成要素の表面の硬度および脆性が増す。高周波焼入れは、機械構成要素全体としての特性には影響を及ぼさずに、その構成要素のある領域を選択的に硬化させるために使用することができる。
【０００３】
特許文献１（米国特許第4949758号）は、長く(8〜32フィート、すなわち244〜975cm)、薄壁(壁厚1/8〜1/4インチ、すなわち3〜6mm)で、小内径(1と1/4〜3と1/4インチ、すなわち32〜83mm)のチューブ状部材の内面を硬化させる工程を開示している。より具体的には、同特許は、内部に配置された電磁誘導コイルを用いて順次加熱し、その後焼入れリングアセンブリを用いて直ちに焼入れして、チューブの内面にマルテンサイト硬化層を発現させることを伴う工程に関する。この方法を用いると、少なくとも硬度HRC58を有する表面と、実質的に非硬化のコアとが得られ、硬化表面と非硬化コアとの間には、画然とした境界がある。
【０００４】
しかし、構成要素の表面を表面硬化させる場合、構成要素の硬化表面と非硬化コアとの間で画然とした境界を呈しない硬度プロファイルを得ることが有利である。硬化表面と非硬化コアとの間の境界が滑らかである場合、すなわち、硬度が急激にではなく、深さに伴って緩やかに低減する移行領域では、その構成要素の使用中に生じる、その領域の材料におけるいかなる応力も最小限に抑えられるか、またはなくなる。硬度プロファイルのこうした緩やかな低減は、構成要素の表面を浸炭させることによって得ることができる。
【０００５】
浸炭とは、鉄または鋼を、分解するにつれて炭素が遊離する別の材料の存在下で加熱する熱処理工程である。その表面または硬化層は、元の材料よりも高い炭素含有量を有することになる。鉄または鋼を焼入れによって迅速に冷却すると、表面上のより高い炭素含有量が硬化し、一方コアは軟質(すなわち延性)かつ強靱なままとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第4949758号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、心部までは焼入れしていない(non-through hardened)改良型機械構成要素を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、平坦または非平坦表面、すなわち内面または外面を有し、その少なくとも一部が誘導加熱によって表面硬化されている機械構成要素によって達成される。すなわち、その表面は、電磁誘導コイルを用いて高周波焼入れし、その後焼入れ装置を用いて焼入れすることによって生成されたマルテンサイト微細組織を備える。機械構成要素のこの表面を通る長手方向または横方向断面は、表面では硬度Hsurfaceを示し、機械構成要素の非硬化コア(すなわち、機械構成要素の硬化していないベース金属)では硬度Hcoreを示す。この断面の硬度プロファイル(例えば、ビッカース硬度試験、または他の適切な任意の方法を用いて測定)は、硬度が前記表面での硬度Hsurfaceにほぼ等しい第1の領域と、硬度が機械構成要素の非硬化コアでの硬度Hcoreにほぼ等しい第3の領域と、前記第1の領域と第3の領域との間の第2の領域とを示している。第1の領域における硬度プロファイルは、平均硬度Y1を有し、第3の領域における硬度プロファイルは、平均硬度Y3を有する。第2の領域における点
【数１】
2013532233.tif 000003
と点
【数２】
2013532233.tif 000004
との間、但し0<k<2、かつkは実数であるが、これらの点間で硬度プロファイルに線を引いた場合、この線に沿って求めた機械構成要素の第2の領域における硬度は、mm当たりHRC50未満で低減する。
【０００９】
心部までは焼入れしていないかかる機械構成要素の表面の少なくとも一部は、表面硬度の増大、耐摩耗性の増大、および/または疲労および引張強度の増大を示すことになる。さらに、かかる機械構成要素を作製するために使用する高周波焼入れ熱処理は、浸炭熱処理よりもエネルギー効率が高く、かつ費用効果が高く、また、サイクル時間がより短く、歪み制御性が浸炭熱処理よりも優れている。さらに、表面の少なくとも一部の硬度、微細組織、および残留応力などの特性は、特定の用途に合わせて所望のように調整することができる。
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、kは1である。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、kは、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、または1.9である。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、前記線に沿って求めた機械構成要素の第2の領域における硬度は、mm当たりHRC30未満、HRC25未満、HRC20未満、HRC15未満、またはHRC10未満で低減する。
【００１３】
本発明の別の実施形態によれば、表面での硬度Hsurfaceは、ロックウェルスケールでHRC55〜75の間、好ましくはHRC58〜63の間である。
【００１４】
本発明のさらなる実施形態によれば、機械構成要素の非硬化コアでの硬度Hcoreは、HRC15〜30の間である。
【００１５】
本発明の別の実施形態によれば、第1の領域は、表面から表面下深さ6mm、好ましくは表面下深さ1〜4mmまで延在し、すなわち、硬度が増した材料は、表面下深さ約0.5〜6mm、好ましくは表面下深さ1〜2mmまで延在し得る。
【００１６】
本発明のさらなる実施形態によれば、機械構成要素は、鋼棒、シリンダ、ロッド、ピストン、シャフト、またはビームでよい。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、機械構成要素は、例えば、高い耐摩耗性、および/または高い疲労および引張強度が求められる自動車、風力、海洋、金属製造、または他の機械用途に使用することができる。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、機械構成要素は、機械構成要素と別の構成要素、例えば、第2の機械構成要素との間の相対的な動きを可能とする接触面を有する。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、接触面は、硬化した少なくとも一部を備える。
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、この少なくとも一部は、本質的に接触面に相当する。
【００２１】
本発明のさらなる実施形態によれば、機械構成要素は、炭素含有量が0.40〜1.10%に等しい炭素鋼もしくは合金鋼、好ましくは高炭素クロム鋼を含むか、または炭素鋼もしくは合金鋼、好ましくは高炭素クロム鋼からなる。例えば、機械構成要素は、重量%でCが0.50、Siが0.25、Mnが0.70、Crが1.10、Pが0.20の組成を有する50CrMo4鋼、100Cr6鋼、またはSAE1070を含む/からなる。
【００２２】
本発明はまた、機械構成要素の内面または外面の少なくとも一部を表面硬化させる方法に関する。この方法は、電磁誘導コイルを用いた誘導加熱によって、表面の少なくとも一部をフェライト/オーステナイト変態温度以上まで加熱する段階と、表面下で十分な熱伝導が可能となり、その結果少なくとも一部が十分オーステナイト化するように、表面の少なくとも一部をその温度で維持する段階と、機械構成要素のその表面を通る断面が、表面では硬度Hsurfaceを示し、機械構成要素の非硬化コア(すなわち、機械構成要素の硬化していないベース金属)では硬度Hcoreを示すように、表面の少なくとも一部を焼入れする段階とを含む。この断面の硬度プロファイル(例えば、ビッカース硬度試験を用いて測定)は、硬度が前記表面での硬度Hsurfaceにほぼ等しい第1の領域と、硬度が機械構成要素の非硬化コアでの硬度Hcoreにほぼ等しい第3の領域と、前記第1の領域と第3の領域との間の第2の領域とを示している。第1の領域における硬度プロファイルは、平均硬度Y1を有し、第3の領域における硬度プロファイルは、平均硬度Y3を有する。第2の領域における点
【数３】
2013532233.tif 000005
と点
【数４】
2013532233.tif 000006
との間、但し0<k<2、かつkは実数であるが、これらの点間で硬度プロファイルに線を引いた場合、この線に沿って求めた機械構成要素の第2の領域における硬度は、mm当たりHRC50未満で低減する。
【００２３】
機械構成要素を急速に加熱し、かつ/または次に熱を構成要素全体に拡散させる、従来技術による高周波焼入れでは、不安定な均質でないオーステナイトが形成される。本発明による方法では、熱は、10秒、20秒、30秒、40秒、または50秒以上の期間の間、構成要素全体に拡散することになり、したがって安定した均質なオーステナイトが形成される。したがって、表現「表面下で十分な熱伝導が可能となり、その結果少なくとも一部が十分オーステナイト化するように」とは、表面の少なくとも一部において、安定した均質なオーステナイトが形成されるのに十分な期間を意味するものである。均質なオーステナイトの形成を可能とすることによって、硬度が急激にではなく、表面下の深さに伴って緩やかに低減する移行領域を形成することが可能/容易になる。
【００２４】
本発明の方法の一実施形態によれば、前記線に沿って求めた機械構成要素の第2の領域における硬度は、mm当たりHRC30未満、HRC25未満、HRC20未満、またはHRC15未満で低減する。
【００２５】
本発明の方法の一実施形態によれば、kは1である。本発明の別の実施形態によれば、kは0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、または1.9である。
【００２６】
機械構成要素、および本発明による方法を参照しながら、本明細書を通して使用する場合、表現「誘導コイル」とは、1個または複数個の誘導コイルを意味するものであることに留意されたい。同じ様式で、または異なる様式で、例えば同じ周波数、または異なる周波数で動作する複数個の誘導コイルを、例えば、機械構成要素の外面および/または内面の複数の部分、あるいは複数個の機械構成要素の1つまたは複数の部分を同時に、または連続して加熱するために使用することができる。誘導コイルは、機械構成要素の硬化させるべき1つまたは複数の部分、あるいは機械構成要素全体を取り囲むように配置することができる。
【００２７】
本発明の方法の一実施形態では、誘導コイルを機械構成要素から除去し、焼入れスプレイまたはリングなどの焼入れ装置を用いて、熱処理していた表面の少なくとも一部を直ちに焼入れする。
【００２８】
本発明の方法の別の実施形態では、機械構成要素を誘導コイルから除去し、焼入れスプレイまたはリングなどの焼入れ装置を用いて、熱処理していた表面の少なくとも一部を直ちに焼入れする。
【００２９】
本発明の方法の別の実施形態によれば、第1の領域は、表面から表面下深さ6mm、好ましくは表面下深さ1〜4mmまで延在する。
【００３０】
本発明のさらなる実施形態によれば、機械構成要素は、鋼棒、シリンダ、ロッド、ピストン、シャフト、またはビームでよい。
【００３１】
以下で、添付の概略図を参照しながら、非限定的な例によって本発明をさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態による方法の一段階を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による方法の一段階を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による機械構成要素の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による機械構成要素の硬度プロファイルを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による機械構成要素の硬度プロファイルを示す図である。
【図６】浸炭および高周波焼入れを用いて得られた硬度プロファイルとの比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図面は、原寸に比例して描かれたものではなく、分かりやすいように、ある機構の寸法が誇張されていることに留意されたい。
【００３４】
図1は、鋼から製造された回転対称の厚壁機械構成要素10、すなわち中実鋼棒から製造され、シャフトとして使用されるシリンダの断面を概略的に示している。シャフト10は、例えば、50CrMo4鋼で作成され、孔12を備え、一様な円形断面が、その構成要素の中心を通って長手方向全体にわたって延在している。シャフト10は、孔12の外周を構成する内面12aから半径方向外方にシャフト10の外面10aまで(または12bから10bまで)測定した最小厚さTを有する。最小厚さTは、7mm、10mm、20mm、または30mm以上である。孔12は、あるいは、例えば円錐形でもよく、したがって、断面寸法が一様でなくてもよい。あるいは、またはさらに、孔12は、一様でない断面形状を有するように構成することができる。
【００３５】
電磁誘導コイル14を用いて、シャフト10の外面10a、10bの少なくとも一部を硬化させる。高周波電力源(約1kHz〜400kHz)を用い、誘導コイル14を介して交流の大電流を駆動する。動作周波数と、電流浸透深さ、したがって硬度深さとの関係は反比例し、すなわち、周波数が低いほど、硬度深さは大きくなる。
【００３６】
誘導コイル14に電流が流れると、非常に強く、迅速に変動する磁界が生じ、この強い交番磁界内に加熱すべき外面10a、10bの一部を配置する。外面10a、10bのその部分に渦電流が発生し、外面10a、10bのその部分において、抵抗により金属のジュール加熱が生じることになる。シャフト10の外面10a、10bを、誘導加熱によってフェライト/オーステナイト変態温度以上まで加熱し、好ましくは、10〜40秒の間、その温度で維持する。
【００３７】
適正な電源を選択するために、加熱すべきシャフトの表面積を計算することがまず必要である。表面積の計算を行った後、有限要素分析などの経験的計算、経験、および/または技術を用いて、必要となる電力密度、加熱時間、および発電機動作周波数を計算することができる。
【００３８】
この例示的な実施形態では、次いで誘導コイル14を除去し、焼入れスプレイまたはリングなどの焼入れ装置16を用いて、熱処理していた外面10a、10bの少なくとも一部を直ちに焼入れする。外面10a、10bの少なくとも一部は、例えば室温(20〜25℃)、または0℃以下まで焼入れすることができる。焼入れ装置16は、水、オイル、またはポリマーベースのクエンチ剤を、加熱していた外面層10a、10bに供給し、それによってシャフト10のベース金属よりも硬いマルテンサイト組織を形成するように構成されている。シャフト10の残りの微細組織は、熱処理による影響を本質的に受けないままであり、その物理的特性は、シャフト10が機械加工されたバーの物理的特性となる。
【００３９】
本発明による機械構成要素の複数の表面を表面硬化させることができることに留意されたい。例えば、この機械構成要素の内面12a、12bの少なくとも一部にもやはり、本発明による方法を施すことができる。機械構成要素10を使用すべき用途に依存して、内面12a、12bを例えば深さ1〜2mmまで硬化させ、一方、機械構成要素10の外面10a、10bを深さ4〜6mmまで硬化させることができる。
【００４０】
一例として、電源60〜200kW、周波数20〜60kHz、好ましくは10〜30kHzまたは15〜20kHz、総加熱時間10〜40秒、焼入れ速度および時間200l/分、ならびに焼入れ時間40〜70秒をそれぞれ用いて、本発明による機械構成要素を得ることができる。
【００４１】
図2は、焼入れ実施中の焼入れ装置16の位置を示している。あるいは、シャフト10の外面10a、10b、10sの少なくとも1つの他の部分に、高周波焼入れ、火炎焼入れ、または従来技術による他の任意の熱処理など、別の表面硬化熱処理を施すことができることに留意されたい。
【００４２】
さらに、この例示的な実施形態のシャフト10は、誘導コイル14に対して水平位置に示し、焼入れ装置16を水平に差し込んでいるが、シャフト10は、いかなる位置にも向けることができることに留意されたい。誘導コイル14と、焼入れ装置16とは、例えばころ10の同じ端部、または異なる端部から、定位置まで垂直に動かすものとしてもよい。誘導コイル14を、例えば、定位置まで垂直に下げ、誘導コイル12を垂直に上げて引き抜いたときに、焼入れ装置を垂直に上げることもできる。
【００４３】
図3は、熱処理後のシャフト10の長手方向断面を示している。シャフト10の外面材料10a、10bの部分18は、電磁誘導コイル14を用いて高周波焼入れし、その後焼入れ装置16を用いて直ちに焼入れすることによって生成されたマルテンサイト微細組織を備える。
【００４４】
本発明による方法によって、硬度および微細組織の両点において目に見える移行ゾーンが形成されることになる。すなわち、外面材料10a、10bの熱処理した部分18は、ロックウェルでHRC55〜75、好ましくはHRC59〜63の範囲の硬度を有することができる。硬度が増した材料18は、例えば、この例示的な実施形態では、シャフト10の外面10a、10bから半径方向下方にシャフトの内面12a、12bまでそれぞれ測定して、外面10a、10b下深さ6mm、好ましくは1〜4mmまで延在することができる。かかるシャフト10は、外面10a、10bの一部が高い摩耗、疲労、または引張応力を受けるいかなる用途にも使用することができる。あるいは、シャフト10を使用すべき用途に依存して、外面10a、10bの全体に、本発明による方法を施すこともできる。
【００４５】
シャフト10の内面12a、12bは、例えば、別の構成要素の対応するねじ山と嵌合するように構成されたねじ山(図示せず)を備えることができる。
【００４６】
図4は、表面硬化領域18を図3に示す矢印20の方向で半径方向に測定した、本発明の一実施形態による機械構成要素の長手方向断面の硬度プロファイル22を示している。硬度プロファイル22は、硬度が、機械構成要素10の外面10a、10bでの硬度Hsurface、例えば、HRC55〜75の間、好ましくはHRC58〜63の間の硬度にほぼ等しい第1の領域24を示している。硬度プロファイル22はまた、硬度が、機械構成要素10の非硬化コア10cでの硬度Hcore、例えば、HRC15〜30の間の硬度にほぼ等しい第3の領域26を含む。硬度プロファイル22はまた、第1の領域24と第3の領域26との間に第2の領域25を含み、この第2の領域25では、硬度プロファイルは、第1の領域24の硬度と、第3の領域26の硬度との間で滑らかな移行を示し、すなわち、その硬度プロファイルは、硬度が急激にではなく、表面下の深さに伴って緩やかに低減する移行領域を示している。第1の領域24における硬度プロファイルは、平均硬度Y1を有し、第3の領域26における硬度プロファイルは、平均硬度Y3を有し、第2の領域における点
【数５】
2013532233.tif 000007
と点
【数６】
2013532233.tif 000008
との間、但し0<k<2、これらの点間で硬度プロファイルに線を引いた場合、その線に沿って求めた機械構成要素の第2の領域における硬度は、mm当たりHRC50未満で低減する。
【００４７】
シャフト10の内面12a、12bに、本発明による方法を施す場合、内面の硬度値を、シャフト10の外面10a、10bの硬度値とは異なるように選択することができるが、この内面もやはり、同様の形の硬度プロファイルを有することになることに留意されたい。第1の領域24および第2の領域25の深さは、機械構成要素10を使用すべき用途に依存して選択することができる。
【００４８】
図4の破線は、機械構成要素10の外面10a、10bでの硬度Hsurfaceと、機械構成要素10の非硬化コア10cでの硬度Hcoreとの間で画然とした境界を有する硬度プロファイル30を示し、ここでは、硬度は、mm当たりHRC50超で低減している。
【００４９】
図5は、本発明による方法を用いて得られ、硬度測定値(ビッカース硬度試験または他の適切な任意の方法を用いて測定)から求めた硬度プロファイル22を示している。これらの値は、機械構成要素10の外面10a、10bでの硬度Hsurfaceを得るために、深さ0mmに外挿することができる。この例示的な実施形態では、機械構成要素10の表面下深さ6〜8mmでの機械構成要素10の硬度は、機械構成要素10の非硬化コア10cでの硬度Hcoreとなると考えることができる。
【００５０】
図6は、浸炭を用いて得られた硬度プロファイル24、従来技術による高周波焼入れを用いて得られた硬度プロファイル26、および本発明による方法を用いて得られた硬度プロファイル22間の比較を示している。従来技術による高周波焼入れの結果得られた硬度プロファイル26は、図4に示す第2の領域25に対応する移行領域で急激に低減していることが分かる。また、本発明による方法を用いて得られた硬度プロファイル22は、深さに伴ってはるかに緩やかに低減していることが分かる。
【００５１】
特許請求の範囲内に含まれる本発明のさらなる改変形態が、当業者には明白であろう。例えば、誘導コイルおよび/または焼入れ装置を、固定した機械構成要素に対して定位置まで動かすのではなく、機械構成要素を、固定した誘導コイルおよび/または焼入れ装置に対して定位置まで動かすこともできる。
【符号の説明】
【００５２】
10  機械構成要素、シャフト
10a、10b  表面、外面
12a、12b  表面
10c  非硬化コア
14  電磁誘導コイル
16  焼入れ装置
18  一部、表面硬化領域
20  矢印
22  硬度プロファイル
24  第1の領域
25  第2の領域
26  第3の領域
30  硬度プロファイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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