昭和63年度 研究章巨告 大分県工業喜式験場

真空熱処理による合金鋼の球形化（第2報）
金属科 江 藤 博 明

藤 井 謙二郎

電子科

1．はじめに

2．供試材

特殊元素を多量に含んだ高台金網は，熟処理によ冷間（熱間）金型屑合金鋼として優れた性質を発って高機能化され，精密金型や治工具等に利用され揮するように，Cl一，W㌧ M元 Mo，Ⅴ等を添加したている。

高台金網（SKD61，SUS440A，SKDlユ）を本実験でしかし，高合金鋼に高温熱処理を施すと，膨脹あは使用した。

るいは収縮等の形状変形がおこる。

供試材は，加工前に8500cl時間保持後，炉冷してこの変形がある一定の方向性即ち球形化すること完全焼な蓋しをした。に着目して，金属材料の異方性Q相変態・冷却の3

表1は，本実験網の主要成分である。

点からこれを究明した。

衰1 供試材の主要成分
No． 材 料 名MnCSi

1 SKn610．36

2 SUS440A

0．670．89

3 SKDll

1．380．31

M㌃「

0．905，210．84【1．2617．82

至11・800．870．39180CC。595ロC空冷）

3．実験方法②焼入温度を高くして形状変形を大きくする。

体積変化測定は，図1に示すように端面から中央に向かって，直径の6点測定を行って変化量の推移（1125eC）③繰り返し焼入れを行うことによって球形化を増幅を追求した。

熱処理条件は次のとおりである。

させる。

なお，直径，長さ等の精密測定は，標準温度20Dc①JIS規格に則った標準的熟処理法（1035DCガス冷ラ.Z

B

CDI工

図1 真空焼入書式験片と球形化現象測定位置（A斗F）
421．15F

昭和63年度 研究幸浸告 大分県工業喜式験場に舶時間以上保持後，測長器で測定した。
写真1は測長器での直径の測定である。

ご〉 冷却から考えられる体積変化② 相変態から考えられる糸巻状変形

写真i測長器による体積変化測定③ 材料の異方性（結晶方向■圧延方向）から考えられる
4．実験結果および考察
焼入加熱時の熱膨脹は，冷却とともに常温で元に戻るが，相変態や材料の異方性等による体積変化が球形変形（相変態＋冷却も含）図2 高温焼入によって想定される合金鋼の熱処理
変形

熱処理にとって大きな課題となっている。
前報で，直径と長さの部分的対比から球形化を導のSKD61がi8ノノmから中央25／∠m（0．08％）と大ききだしたが，本実験では，一歩進めて端面から中央く，SUS440Aが4iLm→6pm（0．02％），SKDllに向かっての球形化の進行状況を究明した。

が3〟m→7／∠m軋02％）と球形化率の差こそあれ○球形化について中央に向かって図4のように円弧の変形が認められ合金鋼の熱処理変形は図2に示すように次の3つた。繰り返し焼入れを行うと，図5のように球形化の原因が想定される。

率は大きくなる。SKDllが中央25／∠mが38／∠nl（008① 冷却から考えられる体積変化％→0．13％），SUS440Aは同6JLmが17／Jm（0．02％

端面から冷却が進むので収縮し，最後に冷える中央部が膨脹する。

② 柏変態から考えられる糸巻状変形
炭化物の生成9 マルテンサイト喝ベイナイト変態等による収縮および膨脹に起因する変形。

→0．07％）と球形化が進む。繰り返し焼入れをする
ことによって変形が進行し，球形化率を高めている。

SKDllのみが再焼入れを行うと変形が±1担11と好結果が得られた。しかし再々焼入れでは，1〟mが19／∠111（0．00％→0．08％）となり，変形が異なっ③ 材料の異方性（結晶方向申圧延方向）から考えた方向性を有するようになる。更に，焼入れを縛巧られる球形変形（①相変態＋②冷却も含む）

返すと図6のように再び±1／∠王11に回復する。高台

直径が膨張し，長さが収縮する。焼入れ前よりくずんぐりむっくり になる球形化現象が第1報では認められた。
本実験では，この球形化を増幅させるため，図3のフ亡T」一子ャート♂〕ように繰り返し焼入れをして，体積変化を追求した。
喪2は焼入れ，焼もどしによる直径の変化である。
JIS規格に則った焼入れ，焼もどし後の直径の変化はァ 3鋼種とも球形化プラス要因となった。熟問綱

金網の焼きもどし効果のような，炭化物による収縮現象が原因である。
繰り返し焼入れから更に，過熱（1125GC）焼入れを行うと，Ⅰ対7のように変形は大幅に進む。

ニれまで球形化にプラス要因のみの変形であった。SUS440Aがマイナス要因の変形で，21／ノmから−59〃nl（0．07％→0．20％）と80／Jm（0．27％）
もの変形が起こった。

SKDllは，4し那］の繰り返し焼入れで±3／∠m
4:1

昭和63年度 研究幸醒告 大分県工業各式験場

金型用高台金細 臣（SKDil。Sし−S朋OAやS‡用6り

熱処理（那nO〔1炉冷） 完全鳩なましノ（炭化物の球状化。軟化組織）†誹挨†1阻加工後 王‡S30〜33

測 定

仁硬＋さ▼

［亘亘耳互互］積悪加1（図1参照） ∴1し ウl、111−lllし、↓
ヨ「一一￣Wm】￣￣測長器（±1几Ⅶ）先端から中央部へ測定し▼】竺空竺旦旦う」↓1035CC高純度窒素ガス冷却

真 空 焼 入 れ↓
「 一「 L竺畏J」」、＼Jごノ

6（）50Cガス冷
SKO片巨（ShCM439）

180℃空冷SKDllや S US購0∧「＋m≦ 体積変化測定ノ＋皿」〆＼ミ標華熱処上靴こおける形状変形

J＋1 Lヱ旦竺聖仝ヱ〉」i…5℃ガス冷◆「＋一1体碩 変化測吏］

球形化の方向および形状究明【 ¶↓ト075て∴：1ユ25て▼」竺∧讐妄1諒㌻「成形化の増幅に伴う形状変形

表面 硬 さ 測定ⅠIllC。HS、Aへ・K

一切断・加工。研磨

熟軟化抵抗測定
J

180◇C〜650◇C

コA−A断面↓硬化深度 測定0。15〜0．50間隔 微小硬度計†J †↓」二二．．二一

腐食5％ピクラール

測 定

図3 本実験のフローチャート．11昭和63年度 研究率鼠告 大分県工業書式験場

表2 焼入れ①焼もどしによる直径の変化（焼入れ前の状態を基とした変化量）／¶一ノ′一「㌻−−¶、サ＼ ／S…＝㈲礪刃③＼＼＼

く︑ノト﹁〓／／。昔猥∵∴／1蒜1＼︹ニミ︑＝誓︑誓﹁＝＼√㌫∵工／／∴＼＼＼＼／／／

ド＝S右Ⅲ1﹁r−ヱざ鱒ご霊SJく1）］】／ノノー′ −→−○川SIT㍉44（）＼2／／sKi〕（う11

図4J巨S規格に則った焼入ヲ 慎もどし後の変形量／／sし㍉1拍＼1㈹】00％）とほぼ焼入れ前の状態に近い小さな変形
1が9皿105ノJm ト0．35％）もの大幅な収縮となった。

1 lう1 5り ti71）〕

リり 11ニうr15t〕 17∈）両鋼種ともCrが十数％以上も含まれているので炭化物による収縮が大きく，更にぅ1125eCの高温】＼∧
での炭化物の完全圃溶による過熱組織となるのがそ

図5 繰り返し焼入れに伴う変化量の推移（SKD61：SUS舶OA）
45

昭和63年度 研究章巨告 大分県工業喜式験場■15盲ヱ＝二聖羞竃

㌧一●

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﹁﹁ミ一㌧﹁−l／ノ折■ −川St†ゝ‖れへ⊂ト

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計ノ ノノ→＼「曇［＝−＝ぅしⅠ）］ 3（l 亡）7t州Ⅰ】」lう

1う（j17（）町定一」】J＼＼】m

図6 繰り返し焼入れに伴う変化量の推移

ゝ︒∵∴CU仁U‖リ﹂
ユリ

1妻1望11（SKDll）

i

5り67（り」］】

15ilOiinゾ

図8 繰り返し焼入れに伴う変化量の推移√／ルて㌫「1二もどし現象が起こった。3回以上になると変形の進行とともに球形化が増幅された。
SUS羽山1け司上

長さの変化は，鋼種を問わず焼入れを繰り返す毎／〆丁￣一一＼王＼に，表3のように収縮を起こして短かくなる。

軋＼Ⅷ、SKl）l−上帥榔誓」／パ

SKD61で】109／川1（0．06％）から293メ∠m（0．16％），、8、、」L…′′ノ

特に，過熱焼入れを行うと図9に示すように，

SUS柑）Åは73／∠m（0．04％）から476／∠1Tl（0．26％），
へ 、出 し1） Ⅰ三：うi 封） わ7f拍 113

粧用に宣藩＼ト）と箭「自」かrlソニ灘離imm〕

図7 過熱焼入による直径の変化

SKDllが＋75〟m（0．04％）から3i7〃m肛18％）とそれぞれ通常焼入れに比べて大幅な変形となる。
（）内％は球形化プラス要因て招ずんぐりむっくり の球形変形が顕著に現れる。図2の③型球形変形の原因である。
SKL〉61はⅤ，Mo等の特殊元素が1％以上含まれている上に，前2鋼種に比してCrが5％と少なく♂）典型である。マテンサイト変態，炭化物の生成促
進による一連の相変態が原凶で，材料の異方性に沿って大きな収縮が起きることが実証された。

必然的に炭化物の形成も少ない。17ノ∠nュ（0．（）6％）→
38／川1（0．13％）▼〉51／Jm（0．17％）と順次増加する変形（球形化率）で，図5に示すような球形化プラス要因の方向性のある球形変形で推移した。
図8は過熱焼入れを除いた球形化の推移を表わし

5．おわりに高台金網をJIS規格に則った標準焼入れから繰り返し焼入れ，更には，過熱焼入れを行った結果，焼入れによる変形が・、′・一定方向をもった球形化となるこたものである。中央に向かって円弧をえがくと同時とを見出した。に，2度焼入れを行うと変形が著しく改善される焼⑦ マルチンサイト変態，Cr炭化物の生成等で高台

46 −昭辛口63年度 研究報告：大分県工業書式験場

表3 繰り返し焼入れに伴う長さの変化と変形率

10350C再焼入れ

1035DC。1750C

休0．

変化長さ 変化量

変化長さ

SK主〕61

変化量【11250C過熱焼入

変化長さ

変化長さ 変化量

変化量（6仁一OOC焼179．772
変形率＋0．06％

SUS440A

179．651179．578＋0．08％−0．073179．555」−0．13％

wO．096＋0．16％
179．175

TO．476

2

変 形 率
SKDll
3＋0．04％

179，595

179．670＋0．05％

十0．075変 形 率179．627【0．04％十0．032＋0，26％

179．582

0．02％

0．013

179．278

十0，01％−0．317

十0．18％☆変形率（％）は は非球形化，十は球形化促進因子

金網は中央に向かって，直径が51／JmMax膨脹し，訓円弧の変形が起こる。逆に，長さは476〃mMaxも短くなり，楕円型の球形変形となった。
＼② これらの変形から次式を作り，表4のような球＼≠形化率を求めた。

学ヰ∴≠璧っ畑㌣﹁▲ ＼、理sKr）61＼、くt…S4（D【D，）／DXlOO十（L【L，）／LxlOO二球ヽヽ形化率

球形化率に相違はあるが，合金鋼は熱処理によって球形変形を起こすことが認められた。

●ぺ 作為
1紺01＼＼＼

高い寸法精度を必要とする精密金型等は，あらかじめ試験片で変形率を確認し，変形分を修正した加工代をつけることが肝要である。
＼＼＼1jヨ﹂

＼塩﹂

／P

川 う5＼

この実験に使用した真空熱処理炉は日本自転車振興会から，競輪収益の一部である機械工業振興資金

机）rlゝし、10二うぅC 】r）うOJC i12う、C

1わりし もヒL′再騰人の補助を受けて設置したものである。

焼ノ、） 調熱韓焼 人 状 況26

図9 繰り返し焼入れに伴う長さの推移
褒4 繰り返し焼入れに伴う球形化の推移
＼廃人状況
合金鋼
∈J王S焼入

2回焼入

3回焼入

過熱焼入

10350C

10350C

10500C

11250C

1800C。．14
長さ0．06SKDll

長さ 0．040．n60．160．07 】。．12 】 ∃ 0．20 0．26

0．460．05

直径0．06
長さ0．33o・260．13

直径 0．02SUS440A0．170．13直径 ）LO8SKD61

w 47