【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は、浸炭焼入部品の部分焼もどし方法、
換言すれば、浸炭された部分（以下、浸炭層とい
う）の高周波誘導加熱による焼もどし方法に関す
るものである。
従来、表面だけを高炭素鋼として得るために、
浸炭処理が施されているが、その後の焼入によつ
て得られる浸炭焼入部品においては、その内部に
あたる浸炭されない部分（以下、心部という）は
高い靭性を有するのであるが、外部にあたる上記
浸炭層は低い靭性、すなわち、脆性を有する。そ
のため浸炭層においてもある程度の靭性を必要と
する浸炭焼入部品、たとえば、ネジ部を有する部
品などは、該浸炭層における脆性を改善するため
の処理が施されている。
その主たる方法は、浸炭焼入部品をソルトバス
に浸漬してなる高温焼もどしによる方法および高
周波誘導加熱を使用してなる焼なましによる方法
の２つである。しかしながら、前者にあつては、
焼もどし処理後に洗浄工程を必要とする等作業効
率が悪く、また消費エネルギーが大きいなどの欠
点があつた。また、後者にあつては、加熱したの
ち徐冷させる必要があることから、脆性を改善し
なくてもよい部分までも加熱しなければならない
こと、また焼なましの当然の帰結として高温焼も
どしに比べて心部における硬さの低下が大きく、
ネジ部の強度が弱いなどの欠点があつた。
本発明の目的は、浸炭層の脆性改善のための高
温焼もどしとして、高周波誘導加熱を採用してな
る浸炭焼入部品の部分焼もどし方法を提供するこ
とにある。
本発明による方法は、高周波電源の周波数を
500〜2000Hzに設定してなる高周波誘導加熱によ
り、浸炭焼入部品A3変態点程度の温度（730〜
760℃）に加熱することを特徴とするものである。
すなわち、高周波誘導加熱を、その高周波電源
の周波数を通常の焼なましの場合のように20〜
100KHzに設定するのではなく、より低い値500〜
2000Hzに設定して、使用することを特徴とするも
のである。
そのため、鋼のA2変態点（約760℃）以上では
高周波誘導加熱の加熱効率が低下することとなる
が、浸炭層だけを焼もどしすればより、部分焼も
どし方法にとつてみれば非常に好都合であり、浸
炭層だけを所望の温度に加熱することができる。
また、高周波誘導加熱自体の特徴として、昇温
速度が速く、かつ、加熱時間を短くしても加熱効
果を充分に発揮することができるため、通常オー
ステナイト変態が生ずる温度、すなわち、A3変
態点程度の温度にまで加熱しても、オーステナイ
ト変態は生じない。その結果、従来のソルトバス
方式に比べて、さらに高い温度で焼もどしを行な
うことが可能となるほか、高温加熱後の浸炭焼入
部品を急冷しても再焼入れとなることがない。
こうして得られる焼もどし後の浸炭焼入部品に
ついても、浸炭層だけが良好に焼もどしを施さ
れ、すなわち、浸炭層における脆性改善がなさ
れ、心部における硬さの低下はほとんど生じてお
らない。
なお、本発明は0.15〜0.25％炭素量の低合金鋼
について良好に適用される。
以下、本発明を図面に従つて詳細に説明する。
第１図は、高周波誘導加熱装置に浸炭焼入部品
をセツトしたときの状態図であり、その主要部の
みの断面図を示している。図において、１が上記
加熱装置であり、該加熱装置１は高周波電流の流
れる加熱コイル２、冷却水噴射孔３および加熱コ
イル冷却用パイプからなる。また、５が浸炭焼入
部品であり、該部品５は浸炭層５ａおよび心部５
ｂからなり、その焼もどしすべき部分（幅狭の個
所）Ａを上記加熱装置１近傍に位置させてセツト
されている。なお、Ｂは焼もどしすべき部分以外
の部分を示す。
こうしてセツトされた浸炭焼入部品５は、次の
ようにして焼もどし処理が施こされる。まず、加
熱コイル２に、周波数を、たとえば1000Hzに設定
した高周波電流を流すことにより、焼もどしすべ
き部分４を加熱する。その状態で20秒間加熱後、
冷却水噴射孔３から冷却水を噴射することによ
り、該部分Ａを冷却し、熱処理が完了するこの
間、加熱コイル冷却用パイプ４には常時冷却水等
を流すことにより、加熱コイル２の焼付きを防止
する。
こうした熱処理による温度サイクルを示せば、
第２図のようになる。なお、参考のために、従来
のソルトバス方式の高温焼もどしによる温度サイ
クルおよび高周波誘導加熱の焼なましによる温度
サイクルを、それぞれ第３図、第４図に示す。な
お、各図において、実線が浸炭層５ａにおける温
度特性を示し、点線が心部５ｂにおける温度特性
を示す。
これらの図を比較すればわかるように、本発明
に係る浸炭層５ａの温度サイクルは、従来法のい
ずれの浸炭層のそれに比べても短い。換言すれ
ば、比較的昇温速度および冷却速度とも速く、か
つ、高温における加熱時間が短い。この特性から
次のことが云える。すなわち、浸炭層５ａはA3
変態点程度の温度にまで加熱されているので、従
来法（高周波誘導加熱の焼なまし）とは異なつて
オーステナイト変態は生じておらず、また従来法
（ソルトバス方式の高温焼もどし）に比べて、よ
り高温で焼もどしが浸炭層５ａに施されることに
なる。
一方、心部５ｂについてみると、浸炭層５ａの
最高加熱温度に比べて、かなり低温、具体的には
約450℃程度までしか加熱されておらず、無論A3
変態点を超えていない。この結果、心部５ｂの特
性は、焼もどしによる変化をほとんど受けていな
い。
こうして得られた本発明に係る部分焼もどし処
理後の浸炭焼入部品（材質：SCM22に浸炭0.8mm
を施したもの）について、浸炭層５ａにおける靭
性を調べ、従来法によるものと比較してみた。そ
の結果を、第１表に示す。
The present invention provides a method for partially tempering carburized and quenched parts;
In other words, the present invention relates to a method of tempering a carburized portion (hereinafter referred to as a carburized layer) by high-frequency induction heating. Conventionally, in order to obtain only the surface as high carbon steel,
In carburized and quenched parts obtained through subsequent quenching, the inner part (hereinafter referred to as the core) that has been carburized has high toughness, but the outer part, which is referred to as the core, has high toughness. Carburized layers have low toughness, ie, brittleness. Therefore, carburized and quenched parts that require a certain degree of toughness even in the carburized layer, such as parts with threaded parts, are treated to improve the brittleness of the carburized layer. There are two main methods: high-temperature tempering by immersing the carburized and quenched parts in a salt bath, and annealing using high-frequency induction heating. However, in the case of the former,
It has disadvantages such as poor work efficiency, such as the need for a cleaning process after tempering, and high energy consumption. In addition, in the latter case, since it is necessary to heat and then slowly cool, it is necessary to heat even the parts that do not need to improve brittleness, and as a natural consequence of annealing, high temperature tempering is required. There is a large decrease in hardness in the core compared to
There were drawbacks such as the strength of the threaded portion being weak. An object of the present invention is to provide a method for partially tempering carburized and quenched parts, which employs high-frequency induction heating as high-temperature tempering to improve the brittleness of a carburized layer. The method according to the invention changes the frequency of the high frequency power source.
By high-frequency induction heating set at 500 to 2000 Hz, carburized and quenched parts A can be heated to temperatures around the 3 transformation point (730 to 2000 Hz).
It is characterized by heating to 760℃). That is, when using high-frequency induction heating, the frequency of the high-frequency power source is set to 20~20 as in the case of normal annealing.
Instead of setting it to 100KHz, lower value 500 ~
It is characterized by being set to 2000Hz and used. Therefore, the heating efficiency of high-frequency induction heating decreases above the A2 transformation point (approximately 760°C) of steel, but it is much better to use partial tempering than if only the carburized layer is tempered. Advantageously, only the carburized layer can be heated to the desired temperature. In addition, high-frequency induction heating itself has a fast temperature increase rate and can fully demonstrate its heating effect even if the heating time is shortened. Even when heated to a certain temperature, austenite transformation does not occur. As a result, it is possible to perform tempering at a higher temperature than in the conventional salt bath method, and even if carburized and quenched parts are rapidly cooled after being heated to a high temperature, they will not have to be re-quenched. Regarding the carburized and quenched parts thus obtained after tempering, only the carburized layer has been successfully tempered, that is, the brittleness of the carburized layer has been improved, and there is almost no decrease in hardness in the core. Note that the present invention is well applicable to low alloy steel with a carbon content of 0.15 to 0.25%. Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a state diagram when a carburized and quenched part is set in a high-frequency induction heating device, and shows a sectional view of only the main part thereof. In the figure, reference numeral 1 denotes the heating device described above, and the heating device 1 includes a heating coil 2 through which a high-frequency current flows, a cooling water injection hole 3, and a pipe for cooling the heating coil. Further, 5 is a carburized and quenched part, and this part 5 has a carburized layer 5a and a core part 5.
b, and the part A to be tempered (the narrow part) is set in the vicinity of the heating device 1. Note that B indicates a portion other than the portion to be tempered. The carburized and quenched part 5 thus set is subjected to a tempering treatment in the following manner. First, the portion 4 to be tempered is heated by passing a high-frequency current at a frequency of, for example, 1000 Hz through the heating coil 2 . After heating in that state for 20 seconds,
Cooling water is injected from the cooling water injection holes 3 to cool the part A, and while the heat treatment is completed, cooling water or the like is constantly flowed through the heating coil cooling pipe 4 to prevent seizure of the heating coil 2. prevent. If we show the temperature cycle due to such heat treatment,
It will look like Figure 2. For reference, FIGS. 3 and 4 respectively show a temperature cycle using high-temperature annealing using a conventional salt bath method and a temperature cycle using high-frequency induction heating annealing. In addition, in each figure, the solid line shows the temperature characteristic in the carburized layer 5a, and the dotted line shows the temperature characteristic in the core part 5b. As can be seen by comparing these figures, the temperature cycle of the carburized layer 5a according to the present invention is shorter than that of any conventional carburized layer. In other words, both the heating rate and the cooling rate are relatively fast, and the heating time at high temperature is short. From this characteristic, the following can be said. That is, the carburized layer 5a is A 3
Because it is heated to a temperature close to the transformation point, unlike the conventional method (high-frequency induction heating annealing), austenite transformation does not occur, and compared to the conventional method (salt bath high-temperature annealing). Therefore, the carburized layer 5a is tempered at a higher temperature. On the other hand, if we look at the core 5b, it is heated to a much lower temperature than the maximum heating temperature of the carburized layer 5a, specifically about 450°C, and of course A 3
It hasn't crossed the tipping point. As a result, the characteristics of the core portion 5b are hardly changed by tempering. The thus obtained carburized and quenched part after partial tempering according to the present invention (material: SCM22 carburized with 0.8 mm
The toughness of the carburized layer 5a was investigated and compared with that obtained by the conventional method. The results are shown in Table 1.
【表】
上記表からわかるように、本発明に係る浸炭焼
入部品は、その浸炭層における靭性が、従来法に
よるものに比べて、12％程度向上している。
また、浸炭層および心部における硬さについて
も、同様に調べた。その結果を、第２表に示す。[Table] As can be seen from the above table, the toughness of the carburized layer of the carburized and quenched parts according to the present invention is improved by about 12% compared to those made by the conventional method. In addition, the hardness of the carburized layer and core was similarly investigated. The results are shown in Table 2.
【表】
上記表からわかるように、本発明に係る浸炭焼
入部品は、その浸炭層における硬さがHv50〜100
程度、また心部における硬さがHv50〜80程度の
高いものである。
なお、本例にあつては高周波電源（図示せず）
の周波数を1000Hzに設定して、加熱コイルにより
加熱処理したが、この周波数に限定されるもので
はなく、500〜2000Hzの範囲で同様な効果が得ら
れることが確認された。
また、本例にあつては加熱温度の上限を760℃
として加熱処理を施した例を示したが、730〜760
℃の温度範囲にて行なえば、従来の温度焼もどし
に比べて、より高温で焼もどしが行なえることに
なる。
以上の如く、本発明による浸炭焼入部品の部分
焼もどし方法によれば、浸炭焼入部品の浸炭層の
みが焼もどしを施されることになるため、心部に
おける特性はほとんど変化させずに維持できる。
また、部分焼もどしの処理サイクルが短く、高温
における加熱時間も短いことから、酸化スケール
の発生が少ない。さらに、必要なエネルギー量も
少なくて済む。[Table] As can be seen from the above table, the carburized and quenched parts according to the present invention have a hardness of Hv50 to 100 in the carburized layer.
The degree of hardness and hardness at the core is high, with Hv50 to Hv80. In addition, in this example, a high frequency power source (not shown) is used.
The frequency was set at 1000 Hz, and the heat treatment was performed using a heating coil, but it was confirmed that the same effect could be obtained at a frequency of 500 to 2000 Hz, not limited to this frequency. In addition, in this example, the upper limit of the heating temperature is 760℃.
An example of heat treatment was shown as 730-760
If it is carried out in the temperature range of °C, tempering can be carried out at a higher temperature than conventional temperature tempering. As described above, according to the method for partial tempering of carburized and quenched parts according to the present invention, only the carburized layer of the carburized and quenched parts is tempered, so that the properties of the core part remain almost unchanged. Can be maintained.
Furthermore, since the treatment cycle for partial tempering is short and the heating time at high temperatures is also short, oxidized scale is less likely to occur. Furthermore, less energy is required.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図は、本発明に係る高周波誘導加熱装置に
浸炭焼入部品をセツトしたときの、主要部のみを
示す断面図、第２図、第３図および第４図は、熱
処理における温度サイクルを示した図であり、第
２図は本発明に係るもの、第３図は従来法（ソル
トバス方式）によるものそして第４図は従来法
（焼なまし）によるもの、を表わす。
１……高周波誘導加熱装置、５……浸炭焼入部
品、５ａ……浸炭層、５ｂ……心部、Ａ……焼も
どしすべき部分。
Fig. 1 is a sectional view showing only the main parts when a carburized and hardened part is set in the high frequency induction heating device according to the present invention, and Figs. 2, 3 and 4 show the temperature cycle in heat treatment. FIG. 2 shows the method according to the present invention, FIG. 3 shows the method according to the conventional method (salt bath method), and FIG. 4 shows the method according to the conventional method (annealing). 1... High frequency induction heating device, 5... Carburized and quenched parts, 5a... Carburized layer, 5b... Core, A... Portion to be tempered.