(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（イ）円筒状ワークを、ワーク送り方向に下傾するローラとワーク送り方向に水平なローラとからなる一対のローラの上に載せ、一対のローラを回転させることにより、ワークを回転させつつ、ローラ長手方向にワーク間に間を空けずにつながらせた状態で、ワークを横送りしつつ、外周面側のみから、Ａｃ3 点以上でかつ１０００℃以下の温度に高周波誘導加熱し、
（ロ）ワークが加熱部から隔たった冷却部に至るまでの時間を利用してワーク内の熱伝導によりワークの温度分布を軸方向、半径方向に均一化し、
（ハ）ワーク温度がＡｒ3 点まで下がる前に冷却を開始してワークを外周面側のみから冷却し、ワークを全肉厚にわたって焼入れ硬化し、
（ニ）全肉厚にわたって焼入れ硬化された前記ワークを縦送りしつつ、内周面側のみから加熱してワーク内周部をＡｃ3 点以上に高周波誘導加熱するとともに、内周面側の加熱と同時かまたは内周面側の加熱より遅れてワークを外周面側のみから冷却することにより、ワーク内周部を焼入れ硬化するとともに芯部を焼もどしする、
工程からなる円筒状ワークの熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒状（中空円筒、中実丸棒の両方の場合を含む）のワークの、焼入れ歪み量のばらつきを小さくする、熱処理方法に関し、たとえば履帯用部品のひとつである（パワーショベル履帯用）ブッシュの熱処理方法などに利用できる（ただし、円筒状ワークは履帯用ブッシュに限るものではない）。
【０００２】
【従来の技術】
従来、履帯用ブッシュは、特公昭６３−１６３１４号公報に開示されているように、つぎの方法で製造されている。
１．図５に示すように、ワーク１をその軸線を中心にして回転させつつ、治具２に接触している下端面を数秒間同じ位置に停止させて（治具２に熱が逃げるのでその分入熱量を多くする）加熱コイル３により外周面側から高周波誘導加熱し、ついでワーク１をコイル３に対して下方に移動させて外周面側から高周波誘導加熱し、加熱直後に加熱直下で冷却ジャケット４からの冷却液にてワークを外周面側から冷却してワーク外周面部を焼入れ硬化する。
２．ついで、図６に示すように、ワーク１を上記と同様に回転させつつ、ワーク１を加熱コイル５に対して下方に移動させて内周面側から高周波誘導加熱し、加熱直後に加熱直下で外周冷却ジャケット６、内周冷却ジャケット７から冷却液を噴出し、外周面側および内周面側より同時に冷却を行ってワーク内周部に高周波焼入れ硬化するとともに芯部を焼もどしする。
３．ついで、低温にて焼もどしを行い、外、内周部の組織を焼もどしマルテンサイトにする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法では、ワークを単品毎に処理するため、各ワーク毎に外周部の高周波焼入れ処理が端部で軸方向に不均一となる。とくに、ワークの下端面の治具と接する部分は治具に熱が逃げるため、ワークを停止させて他の部分よりも入熱量を多くしており、他の部分に比べて高温となる。しかも、加熱直下でワークを冷却しているため、ワークの温度分布が均一になるための時間がなく、ワークの温度分布が不均一のままで冷却が施されている。
これらの結果、ワークには軸方向（長手方向）、半径方向（厚さ方向）で温度差が生じ、それが原因となって熱処理後の製品に、外径寸法のばらつき（直径で約±０．２〜０．３ｍｍ）が生じている。
従来は、ワークの外周表面をワーク熱処理後に研削加工することにより外径を製品寸法にしていたが、工程増、設備増になり、コストアップにつながっていた。従来方法において、この外径研削を省略すると、前述の如く熱処理後の外径寸法のばらつきが大きいため、ブッシュの外径寸法公差（直径で約±０．１ｍｍ）を満足することが困難であった。
本発明の目的は、焼入れ歪み量のばらつきを小さくできる（そのためワークが履帯用ブッシュの場合は熱処理後のワーク外周研削を省略できる）円筒状ワークの熱処理方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成する本発明の方法はつぎの通りである。
（１）  （イ）円筒状ワークを、ワーク送り方向に下傾するローラとワーク送り方向に水平なローラとからなる一対のローラの上に載せ、一対のローラを回転させることにより、ワークを回転させつつ、ローラ長手方向にワーク間に間を空けずにつながらせた状態で、ワークを横送りしつつ、外周面側のみから、Ａｃ3 点以上でかつ１０００℃以下の温度に高周波誘導加熱し、
（ロ）ワークが加熱部から隔たった冷却部に至るまでの時間を利用してワーク内の熱伝導によりワークの温度分布を軸方向、半径方向に均一化し、
（ハ）ワーク温度がＡｒ3 点まで下がる前に冷却を開始してワークを外周面側のみから冷却し、ワークを全肉厚にわたって焼入れ硬化し、
（ニ）全肉厚にわたって焼入れ硬化された前記ワークを縦送りしつつ、内周面側のみから加熱してワーク内周部をＡｃ3 点以上に高周波誘導加熱するとともに、内周面側の加熱と同時かまたは内周面側の加熱より遅れてワークを外周面側のみから冷却することにより、ワーク内周部を焼入れ硬化するとともに芯部を焼もどしする、
工程からなる円筒状ワークの熱処理方法。
【０００５】
上記（１）の方法では、ワークを、間を空けずに連続に横送りするので、ワークの一端から治具への熱の逃げがなく、ワークを軸方向にほぼ均一な温度に加熱することができる。また、冷却部を加熱部から隔ててワークが加熱部から冷却部に搬送されるのに一定の時間を要するようにしたので、この間に放熱および熱伝導によってワークの温度分布が軸方向、半径方向に均一化になり、温度差が少なくなる。これらの結果、ワークの温度分布が軸方向、半径方向に均一になり、焼入れ歪み量のばらつきが小さくなる。これによって、履帯用ブッシュの場合は熱処理後の外周研削が不要となり、その分製造コストが削減される。
上記（１）の方法では、内周焼入れにおいて、内周加熱後の冷却を外周面側のみから行うようにしたので、内周部を直接冷却するよりも内周部の冷却が緩やかになり、それによってもワークの焼入れ歪み量の軸方向ばらつきを小さくすることができる。これによって、履帯用ブッシュの場合、熱処理後の外周研削が不要となり、その分製造コストが削減される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明実施例の方法を図１〜図３を参照して説明する。
円筒形ワークとして、パワーショベルの履帯用ブッシュを例にとる。ただし、円筒状ワークはこれに限るものではなく、他の中空円筒または中実丸棒であってもよい。パワーショベルの履帯用ブッシュの場合、表面の摩耗防止のために、内、外周表面はＨＲＣ５２程度以上の硬さが必要であり、靱性を確保するために、芯部はＨＲＣ４０程度以下の硬さにして衝撃強さを確保することが必要である。熱処理によってこの表面硬さを得るために、円筒状ワークを、中炭素鋼（中炭素ボロン鋼）から作製する。その寸法は、たとえば、外径５８．７２ｍｍ、内径３７．３ｍｍ、長さ１４４．８ｍｍである。また、中炭素鋼は、炭素含有量が重量％で０．３０以上、０．５０以下のものをいう。試験材に用いた中炭素鋼の化学成分は、重量％で、Ｃが０．３９〜０．４１、Ｓｉが０．１５〜０．３５、Ｍｎが１．０〜１．２、Ｐが０．０２５以下、Ｓが０．０２５以下、Ｎｉが０．２以下、Ｃｒが０．１〜０．２、Ｃｕが０．３以下、Ａｌが０．０１５〜０．０７、Ｔｉが０．０１５〜０．０４、Ｂが０．０００５〜０．００３であった。
【０００７】
本発明実施例の熱処理方法では、円筒状ワーク１１を、図１、２に示すように、外周焼入れする。
まず、中炭素鋼からなる円筒状ワーク１１を、ワーク軸芯まわりに回転させながら、間を空けずに連続に横送りしつつ、加熱部（コイル１２）にて、外周面側のみから、Ａｃ3 点以上でかつＡｃ3 点近傍の温度（１０００℃以下の温度）に高周波誘導加熱する。ここで、間を空けずに連続送りするのは、従来のような治具を設ける必要をなくし治具に奪われていた熱量をなくして、従来のようなワーク端部の一時停止加熱の必要性をなくすためである。この連続加熱により、各ワークを端部を含めて長手方向に均一に加熱でき、ワークの長手方向に温度差が生じることをできるだけ少なくすることができる。また、横送り（水平方向送り）とするのは、縦（上下方向）の連続送りとすると、装置の高さが大になり過ぎ、作業を不便にし、装置を設置する建屋の天井との干渉の問題を生じるからである。送りはワーク１１を回転する一対のローラー１４、１５に載せ、ローラー１４、１５を回転させてワーク１１を回転させ、一対のローラー１４、１５のうち一方をワーク進行方向に対して若干下傾させることにより行う。Ａｃ3 点以上の温度に加熱するのは焼入れのためオーステナイト化するためであり、Ａｃ3 点近傍の温度（１０００℃以下の温度）に加熱するのは、焼入れで生成するマルテンサイト組織の結晶粒を微細に保つことによってブッシュ全体の靱性を確保し、たとえ使用中に表面に割れが発生しても割れの進展を抑制するためである。もしも１０００℃以上に加熱すると結晶粒が粗大になり、使用中に表面に割れが発生すると容易に進展してブッシュ全体の割れにつながる。
【０００８】
ついで、ワーク１１が、加熱部（コイル１２）から隔たった冷却部（冷却ジャケット１３）に至るまでの時間（たとえば、３０〜５０秒）におけるワークの放熱および熱伝導を利用して、ワーク１１の温度分布を軸方向、半径方向に均一分布にする。時間の経過と共にワーク温度は、ワーク１１の放熱により、徐々に低下していく。
ついで、ワーク温度がＡｒ3 点まで下がる前に冷却部にて（冷却ジャケット１３からの冷却液により）ワーク１１の冷却を開始して、ワーク１１を外周面側のみから冷却し、少なくともワーク外周部を焼入れ硬化する。実際には全肉厚がＡｒ3 点以上から急冷されるので、ワークは全肉厚にわたって焼入れ硬化される。
これによって、図４の外周焼入れ後の硬さ分布に示すように、ワーク１１の全肉厚にわたってＨＲＣ５６程度の硬さとなり、組織はマルテンサイト組織となる。
【０００９】
ついで、ワーク１１に内周焼入れを施すとともに芯部に焼もどしを施す。少なくとも外周部に焼入れが施された後常温に戻っているワーク１１を、図３に示すように、ワーク１１を軸芯まわりに回転させながらワーク１１を個別に縦送りしつつ、内周面側のみから、コイル１６により加熱して、内周部をＡｃ3 点以上で望ましくはＡｃ3 点に近い温度（１０００℃以下）に、高周波加熱する。Ａｃ3 点に近い温度とするのは、焼入れによって生成したワーク内周部のマルテンサイト組織の結晶粒を微細として割れにくくする（クラックが発生しても進展しにくくする）ためである。この内周面側からの加熱と同時かまたは若干遅れてワーク１１を、外周面側のみから、冷却ジャケット１７から冷却液を噴射して冷却する。したがって、ワーク１１の温度は内周部面でＡｃ3 点以上、外周部で２００℃以下、芯部で４００〜７００℃（焼もどし温度）となる。この外周面側のみからの冷却で内周部を冷却してワーク内周部を焼入れ硬化するとともに、芯部を焼もどしする。従来は内周焼入れを内周面側からの加熱、外周面側および内周面側からの冷却で行うが、本発明方法では内周焼入れを内周面側からの加熱、外周面側からのみの冷却で行う。
内周焼入れにより、内周部は図４の内周焼入れ後の硬さ分布状態に示すように、硬さがＨＲＣ５６程度になる。また、内周焼入れにおいて、加熱時に４００〜７００℃になる芯部は（外周部は２００℃以下）、焼もどしされて、図４の内周焼入れ後の状態に示すように、硬さがＨＲＣ３０〜４０のソルバイト組織になり、必要な靱性が確保される（割れに対して強くなる）。
また、内周焼入れにおいて、内周部を外周面側のみからの冷却で冷却することにより、内周部の冷却が外周面側および内周面側からの冷却に比べてゆるやかになり、冷却時の歪み（主にワークの長手方向の歪み）が減少し、外径の歪み量のばらつきが従来の熱処理方法に比べて少なくなる。
【００１０】
ついで、外周、内周部に焼入れが施されたワーク１１を低温焼もどしする。これは炉内加熱のバッチ処理で行う（約２．５Ｈｒ）。低温焼もどしとするのは、外周、および内周焼入れで生成したマルテンサイト組織を破壊せずに、外周焼入れ、内周焼入れで得られた硬さを維持するためである（図４の焼もどし後の硬さ分布参照）。焼もどし後の外、内表面の硬さはＨＲＣ５２程度以上のレベルにある。
上記では、ワークとして履帯用ブッシュを例にとったが、ワークは履帯用ブッシュに限るものではなく、一般に中空円筒については上記の外周焼入れ、内周焼入れ、焼もどしは適用でき、中空円筒、および中実丸棒であっても上記の外周焼入れ、焼もどしは適用でき、本発明はそれらをも含む。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１の方法によれば、ワークに外周焼入れを施すに際し、ワークを間を空けずに横送りしつつ外周面側から加熱するようにしたので、従来のワークを支えるのに治具を用いた縦送りの外周焼入れに比べて、治具への熱の逃げがなくなり、したがっていったん停止の下端加熱の必要がなくなり、ワークを軸方向に均一に加熱することができ、従来生じていたワーク長手方向の歪み量のばらつきが大幅に減少する。また、冷却部が加熱部から隔たっており、ワークが冷却部に搬送される間にワークの温度が均一になるので、従来のように加熱直下の冷却に比べてワークの歪みが減少する。これらの作用、効果によって、焼入れ歪み量のばらつきが従来方法に比べて大幅に小さくなる（±０．１ｍｍ以下になる）。その結果、ワークの熱処理後の外周研削が不要になり、工程削減、コストダウンがはかれる。
請求項１の方法によれば、ワークに内周焼入れを施すに際し、内周面側からの加熱、外周面側のみからの内周部冷却としたので、内周部冷却がゆるやかなものとなり、従来の内周面側からの加熱、内周面側からの直接冷却に比べて、ワークに生じる焼入れ歪み量のばらつきが大幅に小さくなる。その結果、ワークの熱処理後の外周研削が不要になり、工程削減、コストダウンがはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明実施例の方法の外周焼入れの工程を実施する装置の平面図である。
【図２】  図１の装置の正面図である。
【図３】  本発明実施例の方法の内周焼入れの工程を実施する装置の縦断面図である。
【図４】  本発明実施例の方法の各工程後における硬さ分布図である。
【図５】  従来の履帯用ブッシュの外周焼入れを行う装置の側面図である。
【図６】  従来の履帯用ブッシュの内周焼入れを行う装置の側面図である。
【符号の説明】
１１  ワーク
１２  コイル
１３  冷却ジャケット
１４、１５  ローラー
１６  コイル
１７  冷却ジャケット
【図１】
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【図２】
0003880086.tif 000003
【図３】
0003880086.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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