(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルエージング鋼の薄板の端部同士を溶接して形成された円筒状のドラムを所定幅に裁断してリングを形成する工程と、該リングを圧延する工程と、圧延されたリングに対して熱処理を行う工程と、該熱処理が施されたリングに時効処理及び窒化処理を施す工程と、窒化処理が施されたリングのうち、少しずつ周長の異なる複数のリングを相互に積層することにより積層リングが形成される工程とを備える積層リングの製造方法において、
前記圧延されたリングに対する熱処理は、５５０〜６２０℃の範囲の温度で行なうことにより、リングを構成する前記マルエージング鋼に対して１５〜２５体積％の逆変態オーステナイト相を生成させることを特徴とする積層リングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無段変速機の動力伝達に用いられる無段変速機用ベルトを構成する積層リングの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無段変速機の動力伝達に用いられる無段変速機用ベルトは、金属製の複数のリングを積層した積層リングと、該積層リングに組み付けられる多数の金属製エレメントとにより構成されている。
【０００３】
従来、前記積層リングは、次のような方法により製造されている。まず、超強力鋼であるマルエージング鋼の薄板の端部同士を溶接して円筒状のドラムを形成し、該ドラムに対して前記溶接時の熱により部分的に硬くなった硬度ムラを均質化するために第１の溶体化を行う。次に、前記溶体化後のドラムを所定幅に裁断してリングを形成し、該リングを圧延する。次に、圧延されたリングに対し第２の溶体化を行った後、前記溶体化後のリングを所定の周長に補正する周長補正を施す。そして、前記周長補正が施されたリングに時効及び窒化処理を施して内部及び表面の硬度を向上させた後、少しずつ周長の異なる複数のリングを相互に積層して積層リングを形成する。
【０００４】
前記従来の製造方法において、圧延されたリングに対する第２の溶体化は、圧延組織を再結晶させ、圧延により変形された金属組織の形状を復元するために、一般にはマルエージング鋼の再結晶温度である約７６０℃以上８５０℃未満の温度範囲で行なわれる。また、本発明者らの検討によれば、前記第２の溶体化は、後続の窒化処理における窒化ムラの発生を防止するために、マルエージング鋼の再結晶完了温度である約７８０℃以上８５０℃未満の温度範囲で行なうことが好ましい。
【０００５】
前記第２の溶体化を前記範囲の温度で行なうと、後続の時効処理及び窒化処理により、優れた引張強度、表面硬度、内部硬度と、前記物性を得るために適切な深さの窒化層とを備えるリングを得ることができる。ところが、前記第２の溶体化を前記範囲の温度で行ったリングは引張りによる延びが十分に得られず、前記のようにして形成された積層リングを無段変速機用ベルトとして使用する際に、切欠、亀裂等ができるとこれが進展して破断しやすいとの問題がある。
【０００６】
一方、マルエージング鋼は、５００〜７５０℃程度の温度で加熱すると、逆変態オーステナイト相が生成することが知られている。前記逆変態オーステナイト相は、前記マルエージング鋼の粒界に析出したＮｉ3 Ｔｉ等の金属間化合物が部分的にマトリクス中に固溶して、Ｎｉ濃度の高い部分が局部的にオーステナイト化したものである。逆変態オーステナイト相は、前記逆変態オーステナイト相の生成により、靭性、伸びが増大する。そこで、前記第２の溶体化に変えて、前記逆変態オーステナイト相を生成させるような熱処理を行なうことが考えられる。
【０００７】
しかしながら、前記逆変態オーステナイト相の量が増加すると、後続の時効処理において時効硬化が起きず、窒化処理においても均一で安定な窒化層が形成されにくくなり、十分な引張強度、表面硬度、内部硬度が得られにくくなるとの不都合がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、従来と同等の引張強度、表面硬度、内部硬度を備えると共に、切欠、亀裂等が発生しても破断しにくい積層リングの製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、マルエージング鋼製リングに、切欠、亀裂等が発生しても破断しにくくなる靭性、伸びを付与することができ、しかも時効処理及び窒化処理により無段変速機用ベルトに必要な引張強度、表面硬度、内部硬度を付与することできる熱処理条件について種々検討を行なった。この結果、本発明者らは、圧延後のリングに対して、特定の温度範囲で熱処理を施すことにより、逆変態オーステナイト相の生成量を制御することができることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
そこで、前記目的を達成するために、本発明の積層リングの製造方法は、マルエージング鋼の薄板の端部同士を溶接して形成された円筒状のドラムを所定幅に裁断してリングを形成する工程と、該リングを圧延する工程と、圧延されたリングに対して熱処理を行う工程と、該熱処理が施されたリングに時効処理及び窒化処理を施す工程と、窒化処理が施されたリングのうち、少しずつ周長の異なる複数のリングを相互に積層することにより積層リングが形成される工程とを備える積層リングの製造方法において、前記圧延されたリングに対する熱処理は、５５０〜６２０℃の範囲の温度で行なうことにより、リングを構成する前記マルエージング鋼に対して１５〜２５体積％の逆変態オーステナイト相を生成させることを特徴とする。
【００１１】
本発明の製造方法によれば、前記圧延されたリングに対し、前記範囲の温度で熱処理を施すことにより、前記リングに切欠、亀裂等が発生しても破断しにくくなる靭性、伸びを付与するに足る量であって、後続の時効処理による時効硬化及び窒化処理による安定均一な窒化層の形成を妨げることのない量の逆変態オーステナイト相を生成させることができる。
【００１２】
前記熱処理の温度が５５０℃未満では、前記リングが過度に引っ張られ、あるいは切欠、亀裂等が発生したときに破断する虞がある。また、前記熱処理の温度が６２０℃を超えると、後続の時効処理及び窒化処理により、無段変速機用ベルトに必要な引張強度、表面硬度、内部硬度を得ることができない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の積層リングの製造方法を模式的に示す工程図であり、図２は熱処理温度とマルエージング鋼の膨張率との関係を示す線図、図３は熱処理温度と逆変態オーステナイト相の生成量との関係を示す線図、図４は本実施形態の製造方法で得られたリングの伸張率と引張強さとの関係を示す線図、図５は熱処理温度と窒化層の深さとの関係を示す線図、図６は熱処理温度と表面硬度及び内部硬度との関係を示す線図、図７は熱処理温度と引張強さとの関係を示す線図である。
【００１４】
本実施形態の製造方法では、まず、図１示のようにマルエージング鋼の薄板１をベンディングしてループ化したのち、端部同士を溶接して円筒状のドラム２を形成する。このとき、前記マルエージング鋼は溶接の熱により時効硬化を示すので、ドラム２の溶接部分の両側に硬度の高い部分が出現する。
【００１５】
そこで、次に、ドラム２を真空炉３に収容して加熱することにより溶体化処理を行い、硬度ムラを除去する。前記溶体化処理が終了したならば、ドラム２を真空炉３から搬出し、所定幅に裁断してリング４を形成する。
【００１６】
前記のようにして形成されたリング４は、次に圧下率４０〜５０％で圧延される。圧延されたリング４には、表面から３０μｍ程度の厚さで圧延組織が形成されている。そこで、圧延されたリング４を、加熱炉５に収容して５５０〜６２０℃の範囲の温度で熱処理を行なうことにより、逆変態オーステナイト相を生成させる。
【００１７】
前記熱処理が施されたリング４は、冷却後、周長補正され、さらに時効処理及び窒化処理が施される。そして、窒化処理が施されたリング４のうち、少しずつ周長の異なる複数のリング４を相互に積層することにより、図示しない積層リングが形成される。
【００１８】
次に、前記圧延されたリング４に対する加熱炉５における熱処理について、詳しく説明する。
【００１９】
前記リング４を構成するマルエージング鋼を加熱していくと、結晶構造が変化するが、該変化は図２に示すようにリング４の膨張率の変化として把握することができる。図２を参照して、リング４では処理温度が５００℃を超えると、前記マルエージング鋼の粒界に析出していたＮｉ3 Ｔｉ等の金属間化合物が部分的にマトリクス中に固溶し始める。この結果、Ｎｉ濃度の高い部分が局部的にオーステナイト化して逆変態オーステナイト相が生成する。逆変態オーステナイト相の生成は、処理温度が約７４０℃を超え前記マルエージング鋼の再結晶が始まるまで続く。前記マルエージング鋼の再結晶は、オーステナイト化を含んでいるが、前記オーステナイト化は処理温度が約７８０℃に達するに及んで完了する。
【００２０】
前記逆変態オーステナイト相は、前述のように５００〜７４０℃の範囲で生成するが、このとき逆変態オーステナイト相の生成量のマルエージング鋼全体に対する割合（体積％）は、図３に示すように変化する。そこで、本実施形態では、前記圧延されたリング４に対する加熱炉５における熱処理を５５０〜６２０℃の範囲で行なうことにより、リング４を構成する前記マルエージング鋼に対して１５〜２５体積％の逆変態オーステナイト相を生成させるものである。
【００２１】
次に、本実施形態の範囲の各温度で熱処理を行なった後、さらにタフトライド法により５３０℃の塩浴に２０分間浸漬して窒化を施すと同時に時効処理したリング４（実施例１〜３）と、比較のために、前記温度範囲の下限以下の温度である５００℃で熱処理を行なった後、前記と同一条件で窒化を施すと同時に時効処理したリング４（比較例１）とを伸張して、伸張率に対する引張強さを測定すると共に、伸張限界までの伸張率を測定した。結果を図４に示す。
【００２２】
図４から、５００℃で熱処理を行なったリング４（比較例１）は伸張率が２．１％であって十分な延伸性が得られないばかりか破断したのに対し、５５０℃で熱処理を行なったリング４（実施例１）の伸張率は２．８％、５８０℃で熱処理を行なったリング４（実施例２）は３．８％、６２０℃で熱処理を行なったリング４（実施例３）は３．０％であって、しかも破断することがなく、比較例に対して格段に優れた延伸性が付与されていることが明らかである。
【００２３】
次に、実施例１〜３の各リング４と、さらに比較のために、前記温度範囲の上限以上の温度である７００℃で熱処理を行なった後、前記と同一条件で窒化を施すと同時に時効処理したリング４（比較例２）とについて、目視により窒化層の深さを測定した。結果を図５に示す。
【００２４】
図５から、実施例１〜３のリング４はいずれも、無段変速機用ベルトの積層リングを構成するために必要とされる２０μｍ以上の深さの窒化層を備えているのに対し、比較例２のリング４では窒化層の厚さが２０μｍに達しないことが明らかである。これは、図３から明らかなように、比較例２のリング４では前記逆変態オーステナイト相の生成量が実施例１〜３の各リング４よりも多いために、安定かつ均一な窒化層が形成されないためと考えられる。
【００２５】
次に、５５０〜７００℃の範囲の温度で熱処理を行なった後、さらにタフトライド法により５３０℃の塩浴に２０分間浸漬して窒化を施すと同時に時効処理したリング４について、表面硬度及び内部硬度を測定した。結果を図６に示す。
【００２６】
図６から、本実施形態の５５０〜６２０℃の範囲で熱処理を行った場合には、無段変速機用ベルトの積層リングを構成するために必要とされる７５０（ＨＭＶ）以上の表面硬度が得られるが、熱処理の温度が本実施形態の範囲の温度の上限である６２０℃を超えると、表面硬度が７５０（ＨＭＶ）未満となることが明らかである。また、内部硬度についてみると、熱処理の温度が本実施形態の範囲の温度の上限である６２０℃を超えると、硬度が急峻に低下することが明らかである。
【００２７】
次に、５５０〜７００℃の範囲の温度で熱処理を行なった後、さらにタフトライド法により５３０℃の塩浴に２０分間浸漬して窒化を施すと同時に時効処理したリング４について、引張強さを測定した。結果を図７に示す。図７から、熱処理の温度が本実施形態の範囲の温度の上限である６２０℃を超えると、引張強さが急峻に低下することが明らかである。
【００２８】
以上の結果から、前記圧延されたリング４に対する熱処理を５５０〜６２０℃の範囲の温度で行うことにより、優れた延伸性と共に、優れた引張強度、表面硬度、内部硬度を備えるリング４が得られることが明らかである。このようなリング４から形成された積層リングは、前記引張強度、表面硬度、内部硬度により無段変速機用ベルトに好適に使用することができると共に、前記延伸性により、前記無段変速機用ベルトに使用したときに切欠、亀裂等が発生しても破断しにくくなる。
【００２９】
尚、本実施形態のリング４は前記熱処理に続いてタフトライド法により窒化処理を施すと同時に時効処理を施しているが、加熱炉内で加熱して時効処理したのち、ガス窒化処理またはガス軟窒化処理を施すようにしてもよく、加熱炉内で加熱してガス窒化処理またはガス軟窒化処理と同時に時効処理を施すようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層リングの製造方法を模式的に示す工程図。
【図２】熱処理温度とマルエージング鋼の膨張率との関係を示す線図。
【図３】熱処理温度と逆変態オーステナイト相の生成量との関係を示す線図。
【図４】本発明の製造方法で得られたリングの伸張率と引張強さとの関係を示す線図。
【図５】熱処理温度と窒化層の深さとの関係を示す線図。
【図６】熱処理温度と表面硬度及び内部硬度との関係を示す線図。
【図７】熱処理温度と引張強さとの関係を示す線図。
【符号の説明】
１…マルエージング鋼の薄板、  ２…ドラム、  ４…リング。
【図１】
0003784618.tif 000002
【図２】
0003784618.tif 000003
【図３】
0003784618.tif 000004
【図４】
0003784618.tif 000005
【図５】
0003784618.tif 000006
【図６】
0003784618.tif 000007
【図７】
0003784618.tif 000008