(57)【要約】【課題】鋼材に対して塑性変形加工を施し、等速ジョイントの外輪部材に代表される輸送機器用部材を効率よく作製する。【解決手段】鋼材製のワークをＡｃ１点以上又はＡｃ１点未満の適切な温度に加熱して塑性変形加工を施し、外輪部材とする。この外輪部材を５０〜１５０℃／分の冷却速度でＡｒ１点以下５００℃以上の温度範囲に冷却した後、Ａｃ１〜Ａｃ３点間の温度まで昇温して保持する。保持は、６０分以内で十分であり、好ましくは１０分程度である。最後に、外輪部材を、Ａｒ１点未満６００℃以上の温度範囲となるまで５０〜１５０℃／分の冷却速度で冷却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
輸送機器を構成する輸送機器用部材の製造方法であって、
鋼材からなるワークに対して温間域又は熱間域で塑性変形加工を施すことで前記輸送機器用部材を作製する第１工程と、
前記輸送機器用部材をＡｒ１点以下５００℃以上の温度範囲となるまで５０〜１５０℃／分の冷却速度で冷却する第２工程と、
前記第２工程によって温度が低下した前記輸送機器用部材を、温度が５００℃を下回る前に加熱してＡｃ１〜Ａｃ３点間の温度に保持する第３工程と、
前記第３工程で加熱保持された前記輸送機器用部材をＡｒ１点未満６００℃以上の温度範囲となるまで５０〜１５０℃／分の冷却速度で冷却する第４工程と、
を有することを特徴とする輸送機器用部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法において、前記第３工程での保持時間を６０分以内とすることを特徴とする輸送機器用部材の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の製造方法において、前記第３工程での保持時間を１０分以内とすることを特徴とする輸送機器用部材の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法において、前記ワークとして、０．３５〜０．５５質量％のＣ、１．０質量％以下のＳｉ、０．２〜１．５質量％のＭｎ、０．０３質量％以下のＰ、０．１５質量％以下のＳ、０．５質量％以下のＣｕ、０．５質量％以下のＮｉ、０．０５〜３．２質量％のＣｒ、１．３質量％以下のＭｏ、０．００２〜０．１％のＡｌを少なくとも含有する鋼材製のものを使用することを特徴とする輸送機器用部材の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の製造方法において、前記ワークとして、０．１質量％以下のＴｉ、０．０１質量％以下のＢをさらに含有するものを使用することを特徴とする輸送機器用部材の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法において、前記輸送機器用部材として、等速ジョイントを構成する外輪部材を設けることを特徴とする輸送機器用部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塑性変形加工を施した後に熱処理を行う輸送機器用部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の走行機関を構成する等速ジョイントの外輪部材は、一般的に、円柱体からなる炭素鋼製ワークに対し、前方押し出し成形、据え込み成形、後方押し出し成形を順次行い、該炭素鋼製ワークを外輪部材の形状に塑性変形することによって製造されている（例えば、特許文献１参照）。なお、以上の鍛造加工を行う前に、炭素鋼製ワークを所定の温度に加熱することもある。すなわち、外輪部材を製造する場合、温間鍛造ないし熱間鍛造が行われることもある。
【０００３】
このようにして成形加工された外輪部材は、室温まで冷却された後、熱処理設備まで搬送される。そして、外輪部材を軟化させて変形能を向上させたり、又は硬度の均質化を図るべく、この熱処理設備において、低温焼き鈍し、球状化焼き鈍し、又は焼きならし等の各種の熱処理が施される。
【０００４】
次に、前記熱処理の際に発生する酸化スケール等を除去するショットブラスト処理が行われ、さらに、外輪部材の外表面にリン酸亜鉛等からなる潤滑用化成皮膜が形成される。その後、外輪部材に対してしごき加工（サイジング成形）が行われ、これにより該外輪部材が最終的な寸法に仕上げられるに至る。なお、このしごき加工は、通常、冷間鍛造である。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１８２５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記した製造過程を経る場合、熱処理を施す前の外輪部材を保管しておくための広大なスペースが必要であるが、保管の目的のみにスペースを確保することは経済的に不利である。また、外輪部材を室温に冷却するための時間が必要となるので、最終的な寸法に仕上げられた外輪部材を効率よく得ることができないという不都合がある。
【０００７】
さらに、低温焼き鈍し、球状化焼き鈍し、又は焼きならしを行うための熱処理設備は、いずれも大規模な設備が必要であり、従って、設備投資が高騰してしまう。
【０００８】
そこで、温間鍛造ないし熱間鍛造を経た外輪部材に対し、しごき成形を即座に施すことが有効であるとも考えられる。しかしながら、温間鍛造ないし熱間鍛造が施された直後の外輪部材には、寸法・肉厚によっては温度分布が生じていることがあり、この場合、部位によって異なる金属組織が形成されるために硬度にバラツキが生じる。さらに、このバラツキに起因して、次工程のしごき成形で外輪部材に割れが発生する懸念がある。すなわち、温度分布が生じ易いような大形状の外輪部材を温間鍛造ないし熱間鍛造によって設けた場合、次のしごき成形で割れが発生し易いという不具合が顕在化している。その上、例えば、外輪部材の軸部に歯部を設ける際、該歯部の寸法精度が低下することもある。
【０００９】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、保管スペースを不要とし、短時間で、しかも、簡素な設備で実施することが可能であり、さらに、金属組織の均一化を図ることが容易な輸送機器用部材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、輸送機器を構成する輸送機器用部材の製造方法であって、
鋼材からなるワークに対して温間域又は熱間域で塑性変形加工を施すことで前記輸送機器用部材を作製する第１工程と、
前記輸送機器用部材をＡｒ１点以下５００℃以上の温度範囲となるまで５０〜１５０℃／分の冷却速度で冷却する第２工程と、
前記第２工程によって温度が低下した前記輸送機器用部材を、温度が５００℃を下回る前に加熱してＡｃ１〜Ａｃ３点間の温度に保持する第３工程と、
前記第３工程で加熱保持された前記輸送機器用部材をＡｒ１点未満６００℃以上の温度範囲となるまで５０〜１５０℃／分の冷却速度で冷却する第４工程と、
を有することを特徴とする。
【００１１】
Ａｒ１点は、鋼材を冷却する際、オーステナイトからフェライトとセメンタイトへの共析変態が開始する温度として定義される。従って、前記第２工程でＡｒ１点以下まで降下した鋼材の金属組織は、フェライトとパーライトとを含む略均一組織となる。このため、第２工程を経た鋼材の最終的な金属組織が略均一化され、諸特性が略均質な輸送機器用部材を得ることができる。
【００１２】
なお、塑性変形加工が施された後に温度が降下した輸送機器用部材では、金属組織が若干不均一である場合がある。しかしながら、本発明においては、第３工程でこの輸送機器用部材をＡｃ１〜Ａｃ３点間の温度に保持し、これにより該輸送機器用部材にオーステナイトとフェライトが共存する金属組織を略均等に形成するようにしている。このため、輸送機器用部材の金属組織を一層均一化することが可能となる。
【００１３】
その上、第２工程での冷却速度を５０℃／分以上とするので、パーライトが成長してフェライトと相分離することが回避される。また、１５０℃／分以下とすることにより、しごき成形時の割れの原因となるベイナイトが生成することが回避される。
【００１４】
また、第１工程（塑性変形加工）によって得られた輸送機器用部材は、第２工程〜第４工程を経ることによって軟化する。これに伴い、該輸送機器用部材の硬度が部位や表面からの距離によらず略同等となる。換言すれば、しごき成形等の後加工において全部位を略同等の度合いで変形させることができる。従って、輸送機器用部材に割れが発生し難くなるとともに、該輸送機器用部材の寸法精度が良好となる。
【００１５】
しかも、本発明においては、製品に加工熱が残留して該製品の温度が５００℃を下回らない時点で熱処理を行うので、製品を保管する必要がない。従って、保管のためのスペースを用意することも不要となるので、スペースを他の用途に有効活用することができる。
【００１６】
なお、本発明において、「塑性変形加工」には、鋼材に対して圧力を付与して塑性変形を生じさせる加工が含まれる。具体的には、鍛造加工、鍛圧加工、圧延加工等が例示される。
【００１７】
第３工程での保持時間は、６０分以内であることが好ましい。この場合、熱処理設備の規模を球状化焼き鈍し設備等の従来の熱処理設備に比して小さくすることができる。このため、設備投資が高騰することが回避される。その上、熱処理効率が向上するので、熱処理に要するエネルギが低減されるとともに、生産効率が向上する。結局、コスト的に有利となる。なお、第３工程における「保持」には、一定温度を所定時間保つ場合のみならず、所定時間内に温度がＡｃ１〜Ａｃ３点の温度範囲内で上昇・降下する場合も含まれる。すなわち、例えば、温度をＡｃ３点まで上昇させた後、所定時間内にＡｃ１点まで緩やかに降下させるようにしてもよい。
【００１８】
保持時間は、１０分以内とすることもできる。この場合、前記の効果が一層顕著となる。
【００１９】
一方、第３工程において、鋼材がＡｃ１〜Ａｃ３点間の温度に到達するまでの昇温速度は、１５〜５０℃／分とすることが好ましい。１５℃／分未満では、鋼材の熱処理効率が低下する。また、５０℃／分を超えると、鋼材の金属組織に欠陥が発生することがある。
【００２０】
なお、ワークの材質である鋼材の好適な例としては、０．３５〜０．５５質量％のＣ、１．０質量％以下のＳｉ、０．２〜１．５質量％のＭｎ、０．０３質量％以下のＰ、０．１５質量％以下のＳ、０．５質量％以下のＣｕ、０．５質量％以下のＮｉ、０．０５〜３．２質量％のＣｒ、１．３質量％以下のＭｏ、０．００２〜０．１％のＡｌを少なくとも含有するものを挙げることができる。この場合、ワークは、靭性に優れ且つ大きな加工率で加工可能なものとなるので、割れ等が生じ難くなる。
【００２１】
ワークには、０．１質量％以下のＴｉ、０．０１質量％以下のＢが含有されていてもよい。
【００２２】
そして、輸送機器用部材の好適な例としては、等速ジョイントを構成する外輪部材を挙げることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、加工熱が残留して５００℃以上である輸送機器用部材（鋼材）に対し、所定の条件下で熱処理を施すようにしている。この熱処理によって輸送機器用部材が軟化するとともに、該輸送機器用部材の硬度が略一定となる。このため、しごき成形時に割れが発生し難くなるとともに、該しごき成形において成形される部位の寸法精度が良好となる。
【００２４】
また、加工熱が残留している時点で熱処理を行うので、保管のためのスペースを用意する必要もない。
【００２５】
さらに、保持時間を６０分以内とするので、熱処理設備の構成が簡素になる。しかも、保持時間が比較的短いので熱処理効率が向上し、その上、熱処理に要するエネルギが低減されるとともに、生産効率が向上する。
【００２６】
さらにまた、温間鍛造ないし熱間鍛造後の外輪部材の冷却速度を５０〜１５０℃／分の範囲内とするので、パーライトが過度に成長してフェライトと相分離したり、しごき成形時の割れの原因となるベイナイトが生成したりすることが回避される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る輸送機器用部材の製造方法につき、鋼材製のワークに対し鍛造加工を施して外輪部材に塑性変形する場合を例として好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
本実施の形態に係る外輪部材（輸送機器用部材）の製造方法をフローチャートにして図１に示す。この熱処理方法は、鋼材からなるワークから外輪部材を得る第１工程Ｓ１と、得られた外輪部材を冷却する第２工程Ｓ２と、温度が低下した外輪部材を加熱してＡｃ１〜Ａｃ３点間の温度に保持する第３工程Ｓ３と、温度保持が終了した外輪部材を再冷却する第４工程Ｓ４とを有する。
【００２９】
図２Ａ〜図２Ｆは、第１工程Ｓ１において、鋼材からなる円柱体形状のワーク１０に対して鍛造加工（塑性変形加工）を施し、外輪部材２８を作製するまでの過程を示すフローチャートである。
【００３０】
先ず、ワーク１０の材質である鋼材につき説明する。本実施の形態において、この鋼材は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂを含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である。
【００３１】
Ｃは、ワーク１０、ひいては外輪部材２８の焼入れ性を向上させる役割を果たす。すなわち、外輪部材２８は、焼入れが施されると焼入れ前に比して硬度が顕著に上昇する。また、Ｃは、引っ張り強度及び曲げ強度を上昇させる機能も有する。
【００３２】
Ｃの組成比は、０．３５〜０．５５％（数字は質量％、以下同じ）に設定することが好ましい。０．３５％未満であると、十分な強度を確保することが困難となる。また、０．５５％よりも多いと、熱間加工後の硬度が過度に大きくなるので被削性が低下するとともに、耐衝撃性が低下する。
【００３３】
Ｓｉは、外輪部材２８中の酸素を低減させる脱酸剤として機能する元素であるが、その割合が１．０％を超えると熱間加工後の外輪部材２８の硬度が過度に上昇し、被削性が低下する。このため、Ｓｉの組成比は、１．０％以下に設定することが好適である。
【００３４】
Ｍｎは、外輪部材２８の焼入れ性及び強度を向上させる。この効果を確実に得るためには、Ｍｎの組成比を０．２％以上に設定することが好ましい。なお、Ｍｎの組成比が１．５％を超えると、外輪部材２８の硬度が過度に上昇して被削性が低下することがある。結局、Ｍｎの組成比の好適な範囲は、０．２〜１．５％である。
【００３５】
Ｐは、粒界に偏析して粒界強度を低下するとともに、ワーク１０の硬度を過度に上昇させる。これを回避するべく、Ｐの組成比は、０．０３％以下に設定される。
【００３６】
Ｓは、ワーク１０の金属組織中でＭｎ、ＴｉとともにＭｎＳ、ＴｉＳを形成することにより、該ワーク１０の被削性を向上させる成分である。しかしながら、過度に存在するとワーク１０の加工率が低減するので、これを回避するべく、Ｓの組成比を０．１５％以下に設定することが好ましい。
【００３７】
Ｃｕは、ワーク１０の焼入れ性及び靱性を向上させる成分であるが、０．５％を超えるとこの効果が飽和するので、コスト的に不利となる。従って、Ｃｕの組成比は、０．５％以下であることが好ましい。
【００３８】
Ｎｉは、Ｃｕ同様にワーク１０の焼入れ性及び靱性を向上させる機能を営む。Ｎｉの組成比は、０．５％以下であることが好ましい。０．５％を超える組成比としてもこの効果が飽和するので、コスト的に不利となるからである。
【００３９】
Ｃｒは、Ｍｎ同様に外輪部材２８の焼入れ性及び強度を向上させる。Ｃｒの好適な組成比は、０．０５〜３．２％である。０．０５％未満では、外輪部材２８として希求される強度を確保することが困難となる。一方、３．２％を超えると、熱間鍛造後の硬度が過度に上昇するので被削性が低下する。
【００４０】
Ｍｏもまた、外輪部材２８の焼入れ性及び強度を向上させるが、その組成比が１．３％を超えると、熱間加工後にベイナイト組織が生成するので外輪部材２８の硬度が過度に上昇し、加工率が低減することがある。これを回避するべく、Ｍｏの組成比を１．３％以下に設定することが好ましい。
【００４１】
Ａｌは、Ｓｉと同様に脱酸に寄与する成分である。Ａｌの組成比が０．００２％未満では、脱酸効果が乏しい。また、Ａｌが過剰に存在すると、Ａｌ2Ｏ3等の酸化物系不純物が増加し、その結果、疲労特性、塑性変形加工時の変形能が低下する。このため、Ａｌは０．１％以下であることが好ましい。
【００４２】
Ｔｉは、ワーク１０中における遊離Ｎを捕捉する機能を有する。このように遊離Ｎが捕捉された場合、後述するＢの添加効果が一層顕著となる。また、Ｃと結合して炭化物を形成することによって、結晶粒の微細化に寄与する。
【００４３】
Ｔｉの組成比は、０．１％以下に設定することが好ましい。０．１％を超えると、微細化効果が飽和するのでコスト的に不利となり、また、熱間鍛造後の硬度が過度に上昇するので被削性が低下するからである。
【００４４】
Ｂは、粒界強度を向上させる成分である。また、Ｂが存在することにより、ワーク１０の焼入れ性も向上する。しかしながら、０．００１％を超えると焼入れ性を低下させることがあるので、Ｂの組成比は、好ましくは０．００１％以下に設定される。
【００４５】
ワーク１０は、温間域ないし熱間域の所定の温度、例えば、６００〜１２５０℃に加熱される。ただし、７２０超〜８００℃未満には炭素鋼の変態点が存在するため、この温度域を避けることが好ましい。すなわち、ワーク１０の温度は、６００〜７２０℃、又は８００〜１２５０℃とすることが好ましい。
【００４６】
その後、このワーク１０に対して前方押し出し成形を施す。すなわち、ワーク１０の一端面を支持した状態で該ワーク１０を他端面側から押圧する。これに伴って他端面が圧潰され、その結果、図２Ｂに示すように、大径部１２、テーパ状に縮径した縮径部１４、軸部１６が形成された第１次成形品１８が得られる。その後、前方押し出し成形が再度行われ、図２Ｃに示すように、第２次成形品２０が設けられる。
【００４７】
次に、第２次成形品２０に対して据え込み成形を行う。具体的には、図２Ｄに示すように、第２次成形品２０の大径部１２のみを圧縮することによって該大径部１２を拡径し、カップ部２２を有する第３次成形品２４とする。
【００４８】
次に、第３次成形品２４に対して後方押し出し成形を行い、カップ部２２を伸張するとともに該カップ部２２に６個のボール溝２６ａ〜２６ｆを形成する。すなわち、ボール溝２６ａ〜２６ｆを形成するための突出部を有するパンチをカップ部２２の一端面の中央部に当接させ、続いて、軸部１６の先端部を押圧して第３次成形品２４を該パンチに指向して変位させる。これにより、図２Ｅに示す外輪部材２８が得られる。
【００４９】
なお、各鍛造加工は別個の鍛造成形装置で行われ、ワーク１０、第１次成形品１８、第２次成形品２０、第３次成形品２４は、各鍛造成形装置間をトランスファー等の搬送装置によって移送される。
【００５０】
以上の鍛造加工が施された外輪部材２８は、鍛造加工が行われる前に予め所定温度（温間域ないし熱間域）に加熱されたことに加え、塑性変形加工に伴って加工熱を帯びたために高温となっている。外輪部材２８は、このように高温となった状態で、図３に示すように、鍛造加工ステーション３０から冷却槽３１を経て熱処理炉３２に移送される。なお、冷却槽３１までの移送の間、ロボット３４の作業によって、トランスファー３６上で軸部１６が上方を臨むようにして整列される。
【００５１】
冷却槽３１内では、前記トランスファー３６によって移送された外輪部材２８を冷却する第２工程Ｓ２が実施される。すなわち、冷却槽３１は、下方から圧縮ガス（冷却風）が噴出可能であり、且つ該圧縮ガスを上方の排気口から排気可能なように構成されている。冷却槽３１内で下方から上方に向かって流通する冷却風に外輪部材２８が接触することに伴い、該外輪部材２８の温度が低下する。
【００５２】
この際の冷却風の流通量、及び冷却槽３１の長さは、外輪部材２８の温度降下速度、換言すれば、冷却速度が５０〜１５０℃／分となり、且つ外輪部材２８の温度がＡｒ１点以下５００℃以上の温度範囲となる範囲内に設定される。要するに、第２工程Ｓ２では、外輪部材２８は、５０〜１５０℃／分の冷却速度でＡｒ１点以下５００℃以上の温度範囲に冷却される。冷却速度をこの範囲内に制御することにより、外輪部材２８の金属組織からオーステナイトが消失し、微細なフェライトとパーライトとが共存する略均一な組織となる。
【００５３】
ここで、冷却速度が５０℃／分よりも小さいと徐冷となり、パーライトが過度に成長してフェライトと相分離を起こし、これに伴い、割れを誘発する帯状化組織が生成する傾向が認められる。一方、１５０℃／分よりも大きいと急冷となり、ベイナイトが生成する傾向がある。この場合、第４工程Ｓ４を終了した後にしごき加工等のさらなる機械加工を行うと、割れが発生したり、精度不良を招いたりすることがある。
【００５４】
次いで、第３工程Ｓ３を行う。すなわち、冷却槽３１から導出された外輪部材２８を速やかに熱処理炉３２内に導入し、Ａｃ１〜Ａｃ３点の温度範囲まで加熱して保持する再加熱処理を施す。
【００５５】
このことから諒解されるように、第３工程Ｓ３は、前記第２工程Ｓ２に引き続いて直ちに実施される。上記したように、外輪部材２８は第２工程Ｓ２が終了した時点でＡｒ１点以下５００℃以上の温度範囲内であり、従って、第３工程Ｓ３は、外輪部材２８の温度が５００℃を下回らない時点で開始される。勿論、冷却槽３１から熱処理炉３２までの距離は、温度が降下した外輪部材２８を速やかに熱処理炉３２内に導入するべく、可及的に短く設定されている（図３参照）。また、トランスファー３６による搬送速度は、外輪部材２８の単位時間当たりの生産数に合わせて設定される。
【００５６】
このように、本実施の形態によれば、塑性変形によって熱を帯びた外輪部材２８を若干冷却するのみで、その後は熱処理炉３２に可及的に速やかに導入するようにしている。このため、外輪部材２８を保管するスペースが不要となり、従って、スペースを他の用途に有効利用することができるようになる。
【００５７】
なお、５００℃を下回るまで温度が降下した外輪部材２８を熱処理炉３２に導入すると、Ａｃ１〜Ａｃ３点まで短時間で昇温するために熱処理炉３２での昇温速度を大きく設定する必要があるが、この場合、結晶粒が粗大化することに起因して金属組織に欠陥が生じたりすることがあり、外輪部材２８としては強度が十分でないものとなることがある。
【００５８】
また、これを回避するべく、５００℃を下回る温度まで降下した外輪部材２８を緩慢な昇温速度で昇温するには、熱処理炉３２を大規模なものとして設ける必要があり、設備投資の高騰を招く。
【００５９】
ここで、第１工程Ｓ１における鍛造加工を、Ａｃ１点未満の温度、又はＡｃ１点以上の温度で行った場合における一般的な温度パターンを、図４及び図５にそれぞれ示す。この中の図４は、Ａｃ１点未満の比較的高温で鍛造加工を行った場合を示している。この場合、ワーク１０がＡｃ１点よりも低温であるので、後方押し出し成形が終了した直後の外輪部材２８では、結晶粒中でフェライトとパーライトが延伸した形状となっている。
【００６０】
図４に示す温度パターンで鍛造加工を施す場合、鍛造加工時のワーク１０の温度は、例えば、Ａｃ１点の数値から１８０℃差し引いた値に設定することが好ましく、Ａｃ１点の数値から１５０℃差し引いた値（およそ５８０℃）とすることがより好ましい。
【００６１】
一方、図５は、Ａｃ１点を上回る高温で鍛造加工を行い、外輪部材２８がＡｒ１点を若干下回る温度となった後に熱処理炉３２内に導入した場合を示す。なお、この図５に示されるように、Ａｃ１点を上回る高温とする場合、Ａｃ３点以上に設定することが好ましい。この場合、ワーク１０の温度がフェライトのオーステナイトへの変態が完了するＡｃ３点を上回っているので、後方押し出し成形が終了した直後の外輪部材２８の金属組織は、オーステナイトが大半を占めるようになる。また、前記金属組織では再結晶が起こり、このために転位が著しく低減する。すなわち、Ａｃ３点以上に設定することにより、金属組織の一層の均一化を図ることができる。
【００６２】
Ａｃ１点以上の温度で鍛造加工を行った場合、冷却槽３１に導入される直前の外輪部材２８の温度は概ね６００〜７２０℃程度であるが、上記したように、第２工程Ｓ２を経ることで、冷却時におけるオーステナイトからフェライトとセメンタイトへの共析変態の開始温度であるＡｒ１点を下回る温度、例えば、Ａｒ１点の数値から５０℃を差し引いた程度の温度まで、場合によっては５００℃まで降下される。
【００６３】
第３工程Ｓ３を実施する熱処理炉３２につき説明すると、該熱処理炉３２は、昇温炉３８、均熱炉４０、前記冷却槽３１と同様に構成された再冷却槽４２の３炉を有する。このうち、昇温炉３８と均熱炉４０は同一温度に保持されている。なお、３炉の内部にＮ2ガスを導入してＮ2雰囲気で加熱・保持・除冷が行われるようにしてもよい。
【００６４】
外輪部材２８は、トランスファー３６上に載置された状態で、先ず、昇温炉３８に導入され、Ａｃ１〜Ａｃ３点の間の温度となるまで加熱される。
【００６５】
ここで、上記したように、昇温速度を過度に大きく設定すると、結晶粒が粗大化して金属組織に欠陥が発生することがある。このことを回避するべく、昇温炉３８の温度は、５０℃／分以下の昇温速度が得られるように設定することが好ましい。なお、昇温速度が１５℃／分未満であると、外輪部材２８の熱処理効率が低下する。また、１５℃／分未満の昇温速度でも熱処理効率を低下させないようにするには、熱処理炉３２を大規模化する必要があるので設備投資が高騰してしまう。結局、好適な昇温速度は１５〜５０℃／分であり、１７〜４６℃／分とすることが一層好ましい。
【００６６】
本実施の形態においては、この昇温速度を得るべく、昇温炉３８の温度が８００〜８５０℃に設定される。昇温炉３８の導入前に５００〜Ａｒ１点（例えば、７２０℃）であった外輪部材２８は、昇温炉３８を通過する前までに７２０〜７８０℃に達する。
【００６７】
そして、昇温炉３８を通過した外輪部材２８は、次に、均熱炉４０に導入される。この均熱炉４０では、昇温炉３８で７２０〜７８０℃程度に昇温された外輪部材２８が、その温度に保持される。
【００６８】
以上の昇温・保持は、合わせて６０分以内とすれば十分である。加熱処理をこれ以上行うようにした場合、熱処理炉３２やトランスファー３６が長くなるので熱処理設備が大規模となる。すなわち、設備投資が高騰する。また、６０分を超える加熱保持を行っても、軟化や硬度の均質化の度合いは６０分以内の場合とほとんど同等であるので、コスト的に不利である。昇温・保持時間は、合わせて１０分以内であっても十分であり、例えば、５分とすることができ、３分とすることもできる。
【００６９】
Ａｃ１〜Ａｃ３点の間の温度に保持された外輪部材２８では、オーステナイトとフェライトが共存する略均一な金属組織が形成される。
【００７０】
なお、外輪部材２８の最終的な温度がＡｃ１点未満である場合、該外輪部材２８を軟化することや硬度の均質化を図ることが困難となる。また、Ａｃ３点を超える温度まで昇温・保持した場合、オーステナイトの粗大化（異常粒成長）が起こる。このため、図６に示すように、異なる部位間や、表面からの距離によって硬度にバラツキが認められる。なお、図６中のＡ〜Ｄは、図７に示すように、軸部１６の先端部から５０ｍｍの位置の部位Ａ〜Ｄにおける測定値を表し、各測定値は、表面から水平断面内部に向かって測定されたものであり、以下においても同様である。
【００７１】
このようにして加熱保持された外輪部材２８は、次に、再冷却槽４２に導入され、これにより第４工程Ｓ４が開始される。
【００７２】
再冷却槽４２では、外輪部材２８の冷却速度が所定の範囲内、具体的には、５０〜１５０℃／分となるように設定される。冷却速度をこのような範囲に設定することにより、表面から内部に至るまで略均一な組織が得られ、図８に示すように、硬度のバラツキがほとんど認められなくなる。
【００７３】
冷却速度は、５〜１０℃／分であることがより好ましい。この場合、球状化組織が形成されるようになり、図９に示すように、表面から内部に至る硬度が一層均一になるとともに、外輪部材２８の伸びや絞りが向上する。
【００７４】
ここで、鍛造加工後に熱処理を施さなかった外輪部材２８における硬度を図１０に示す。前記図８、図９とこの図１０とを比較すれば、本実施の形態に係る熱処理を施すことによって、外輪部材２８が軟化すること、また、該外輪部材２８の硬度のバラツキを抑制することができることが明らかである。
【００７５】
冷却は、Ａｒ１点未満であり且つパーライトの析出が終了する温度まで行えばよい。この析出終了温度は、降温速度や鋼材の種類に応じて相違するが、概ね６８０〜６００℃の間である。従って、冷却は、温度が６８０〜６００℃の間となるまで続行することが好ましく、例えば、６５０℃に低下するまで行えばよい。この温度降下に伴い、外輪部材２８には、フェライトとパーライトが共存する金属組織が形成される。
【００７６】
このように、本実施の形態においては、外輪部材２８が昇温炉３８、均熱炉４０、再冷却槽４２を短時間で通過するようにしている。このため、昇温炉３８から再冷却槽４２に至る熱処理設備を簡素な構成とすることができる。
【００７７】
第４工程Ｓ４が終了した外輪部材２８は、トランスファー３６で再冷却槽４２から搬出され、室温まで冷却された後、ショットブラスト処理、潤滑用化成皮膜形成処理が行われ、しごき成形が行われる鍛造加工ステーションに移送される。
【００７８】
このしごき成形では、外輪部材２８の伸びや絞りが向上しているため、該外輪部材２８が容易に変形する。また、外輪部材２８の硬度は、部位に関わらず略同等であり、しかも、表面から内部に至るまで略一定である。このため、変形能はすべての部位にわたって略同等となり、従って、変形する度合いも略同等である。このため、歯部等の比較的小形状の部位に至るまで寸法精度に優れた外輪部材２８を作製することができる。
【００７９】
しかも、この際の成形荷重は、温間鍛造後に熱処理を施さない外輪部材に対してしごき成形を行う場合に比して７０〜８０％程度でよい。すなわち、しごき成形装置への負荷が軽減するので、しごき成形装置の長寿命化にも寄与する。
【００８０】
さらに、転造精度が安定するので、例えば、軸部に歯部を設けるための刃具の寿命が５０％程度向上するという利点もある。
【００８１】
以上のように、各種の成分を所定の割合とした場合、割れの発生を著しく抑制することができる。
【００８２】
図１１、図１２及び図１３は、それぞれ、第２工程Ｓ２にてＡｒ１点以下５００℃以上の範囲内の所定の温度に１３５℃／分で冷却し、さらに、第３工程Ｓ３及び第４工程Ｓ４を経た外輪部材２８の表面、表面から０．５ｍｍ、表面から１ｍｍにおける倍率１０００倍の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、白く視認される細糸様部分がパーライト、黒く視認される部分がフェライトである。これら図１１、図１２及び図１３から、上記の第１工程Ｓ１〜第４工程Ｓ４を経ることにより、表面から内部にわたって微細なパーライトが均一に存在する外輪部材２８が得られていることが明らかである。
【００８３】
なお、上記した実施の形態では、輸送機器用部材として等速ジョイントの外輪部材２８を例示して説明したが、特にこれに限定されるものではなく、輸送機器を構成する部材であれば如何なるものであってもよい。
【００８４】
また、塑性変形加工も鍛造加工に限定されるものではなく、ワークに圧力を付与して該ワークを変形させる加工であればよい。例えば、圧延加工であってもよい。
【００８５】
さらに、Ｔｉ及びＢを含有しない鋼材をワークとするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本実施の形態に係る外輪部材の製造方法のフローチャートである。
【図２】図２Ａ〜図２Ｅは、ワークから外輪部材に塑性変形されるまでを示す工程説明図である。
【図３】外輪部材を鍛造加工ステーションから熱処理炉に移送するまでの作業場を説明する模式図である。
【図４】Ａｃ１点未満の温度で鍛造加工を行った場合における一般的な温度パターンを示すグラフである。
【図５】Ａｃ１点以上の温度で鍛造加工を行った場合における一般的な温度パターンを示すグラフである。
【図６】Ａｃ３を超える温度まで昇温・保持した場合における軸部の硬度のバラツキを説明するグラフである。
【図７】図６中のＡ〜Ｄの部位を説明する軸部の先端部から５０ｍｍの位置の水平断面図である。
【図８】第２工程を経た外輪部材の軸部の表面から内部に向かう硬度を示すグラフである。
【図９】第２工程での冷却速度を５〜１０℃／分とした場合の外輪部材の軸部の表面から内部に向かう硬度を示すグラフである。
【図１０】鍛造加工後に熱処理を施さなかった外輪部材の軸部の表面から内部に向かう硬度を示すグラフである。
【図１１】第２工程での冷却速度を１３５℃／分として得られた外輪部材の表面のＳＥＭ写真（１０００倍）である。
【図１２】図１１の外輪部材における表面からの深さ０．５ｍｍの部位のＳＥＭ写真（１０００倍）である。
【図１３】図１１の外輪部材における表面からの深さ１ｍｍの部位のＳＥＭ写真（１０００倍）である。
【符号の説明】
【００８７】
１０…ワーク                        １８、２０、２４…成形品
２２…カップ部                      ２８…外輪部材
３０…鍛造加工ステーション          ３１…冷却槽
３２…熱処理炉                      ３８…昇温炉
４０…均熱炉                        ４２…再冷却槽
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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