热处理方法以及机械部件的制造方法
热处理方法以及机械部件的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种热处理方法以及机械部件的制造方法，更特定地是涉及对由钢组 成的被处理物进行淬火硬化的热处理方法、以及使用该热处理方法的机械部件的制造方 法。
【背景技术】
[0002] 对由钢组成的被处理物进行的高频热处理、激光热处理、电子束热处理、火焰热处 理等高能量热处理，由于是直接对被处理物质进行加热的热处理，所以与通过气氛对被处 理物进行加热的气氛加热炉的热处理相比，具有能达到更高能量效率等优点。例如，高频热 处理与通过气氛加热炉的热处理相比，作业环境更清洁，且可以对少量批次的制品进行短 时间高效处理。一般而言，钢的高频淬火中，通过改变相对于时间经过的功率变化（功率模 式）以对试验片进行热处理，确认热处理后的试验片的品质，通过重复上述工序，从而不断 摸索地对功率模式（加热条件）进行设定。此时，对应于被处理物的种类（材质、形状），需 要每一次都对热处理条件的功率模式进行设定。因此，会产生决定热处理条件时步骤繁琐 的问题。
[0003] 此外，由于包括高频热处理的高能量热处理是对被处理物的一部分进行加热的部 分加热，因此在被处理物内会产生温度不均。因此，在对被处理物整体进行整体淬火等的热 处理时，有可能会发生被处理物内的品质不均。特别是对于厚度大的被处理物，有时会产生 如下问题：温度不均容易变大，根据被处理物的部位不同会无法达到期望品质。
[0004] 由此，在使用高能量热处理对被处理物整体进行热处理，例如对被处理物整体进 行淬火的情况下，存在决定热处理条件过程繁琐的问题，以及存在发生热处理品质不均的 问题。
[0005] 对此，有方法提出通过自动地决定热处理条件以减少条件决定的繁琐过程，并且 抑制热处理品质不均（例如，参照日本专利特开2006-152430号公报（专利文献1))。专利 文献1所揭示的方法中，对高频加热中温度易于上升的被处理物的区域、和难以上升的区 域同时进行测温，并从其测温数据实时地对两个区域是否达到规定热处理品质进行判定， 以使被处理材料整体的热处理品质都处于预定水准。此外，专利文献1所揭示的方法中，通 过下式（A)的预测对被处理材料整体是否达到预定的热处理品质进行判断。
[0006] 5C / (3t)=D52C / (<9x2) ? ? ? (A) D :扩散常熟，C :碳浓度（质量％ )，t :时间（秒），x :距离 D = D〇exp ( - Q/RT) %:扩散系数的熵项，Q :活化能，R :气体常数，T :绝对温度（K) 现有技术文献 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本专利特开2006-152430号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0008] 使用所述式（A)的钢中固溶碳含量分布的计算中需要计算模型。专利文献1所采 用的计算模型是碳从2种碳化物向基体固溶的同时扩散的简单的模型。此模型中对加热中 的碳的固溶行为进行近似的计算。但是，在机械部件的制造工序等中采用此热处理方法时， 为了能够对被处理物的热处理品质进行更高精度的预测，优选改良热处理方法。
[0009] 本发明是为了解决所述问题而完成的，其目的在于提供一种热处理方法以及使用 此热处理方法的机械部件的制造方法，该热处理方法通过提高热处理品质的预测精度，从 而在由钢组成的被处理物的淬火硬化处理中，能够更可靠地赋予该被处理物所期望的热处 理品质。 解决技术问题所采用的技术方案
[0010] 按照本发明的热处理方法是对由钢组成的被处理物的表层进行加热并进行淬火 硬化的高能量热处理方法。此热处理方法具有：测定高温部温度的工序，该高温部温度是被 处理物中温度上升最大的部分的温度；测定低温部温度的工序，该低温部温度是被处理物 中温度上升最小的部分的温度；调节被处理物温度的工序；以及决定被处理物淬火时机的 工序。
[0011] 调节被处理物温度的工序包含：通过高能量加热对被处理物进行加热的工序；以 及基于高温部温度来控制加热的工序，该加热是通过施加于被处理物的高能量加热进行 的。决定被处理物的淬火时机的工序中，基于高温部温度以及低温部温度来决定淬火时机， 以使得对于被处理物整体，构成被处理物的钢在TTA线图上满足预定的碳的固溶状态。此 外，所述TTA线图通过计算式被导出，该计算式是对预先实施的调查所述钢中的碳的固溶 状态与钢的加热温度以及加热时间之间的关系的实验结果进行回归分析而得到的。
[0012] 本发明的热处理中，调整被处理物温度的工序中，基于高温部温度对加热进行控 制，该加热是通过施加于被处理物的高能量加热进行的。由此，被处理物的一部分被加热至 所需温度以上的高温，以抑制晶粒的粗大等不良问题的产生。此外，本发明的热处理中，决 定被处理物的淬火时机的工序中，基于高温部温度以及低温部温度两者来决定淬火时机， 以使得对于被处理物整体，构成被处理物的钢在TTA线图上满足预定的碳的固溶状态。因 此，被处理物整体能达到所期望的热处理品质。此外，此TTA线图通过计算式被导出，该计 算式是对预先实施的调查与构成被处理物的钢相同种类钢中的碳的固溶状态与钢的加热 温度以及加热时间之间的关系的实验结果进行回归分析而得到的。由此，与基于单纯的计 算模型对钢中的固溶碳含量分布进行近似计算的现有方法相比，能够进行高精度的材质预 测。如上所述，根据本发明的热处理方法，通过提高热处理品质的预测精度，从而在由钢组 成的被处理物的淬火硬化处理中，能够更可靠地赋予该被处理物所期望的热处理品质。
[0013] 此外，本申请中"高能量加热"是指包含高频加热、激光加热、电子束加热、火焰加 热等的加热，意味着不是通过被加热的气氛对被处理物进行加热，而是对被处理物的一部 分进行直接加热。
[0014] 所述热处理方法中，所述计算式也可将以下式（1)作为回归式得到。
[0015] M = M0exp ( - ktn) ? ? ? (1) 此处，k = Afxp ( - E/RT)，M :碳化物的面积率（％ )，M。:热处理前的碳化物的面积率 (% )，t :加热时间（秒），A。、E :由材料决定的常数，R :气体常数，T :温度（K) 钢中的碳化物的面积率反映钢中碳的固溶状态。因此，碳化物的面积率能用于更高精 度地预测钢中碳的固溶状态。因此，通过对与被处理物相同种类的钢进行实际的热处理，并 由实验调查切断此钢的截面上的碳化物（主要是作为渗碳体的铁的碳化物）的面积率，并 对于其结果将所述式（1)作为回归式进行回归分析，从得到的计算式导出TTA线图，从而能 进一步可靠地赋予被处理物所期望的热处理品质。
[0016] 所述热处理方法中，所述低温部温度也可为被处理物中与保持被处理物的保持构 件接触的部分的温度。
[0017] 与保持构件接触的被处理物的区域具有向保持构件进行热传导而导致的温度降 低的倾向。因此，将该部分的温度作为所述低温部温度在大部分情况下是合适的。
[0018] 所述热处理方法中，所述被处理物在淬火实施为止的期间中也可被保持在惰性气 体中。由此，抑制在被处理物形成氧化膜，被处理物的外观能够保持为良好的状态。
[0019] 所述热处理方法中，所述高能量加热也可为高频加热。高频加热能够比较容易地 控制由钢组成的被处理物的加热状态。因此，高频加热适合作为本发明中所采用的高能量 加热。
[0020] 所述热处理方法中优选地，决定被处理物的淬火时机的工序中，被处理物的淬火 时机被决定为，在超过由与升温速度的关系决定的加热相变 点的时刻，钢中碳开始固溶于 基体。
[0021] 钢被加热时，碳向钢基体的固溶是从超过奥氏体化温度即Ai相变点的时刻开始 的。但是，当钢被连续加热时，在超过比Ai相变点更高的加热相变点（Ael相变点）的时刻， 钢会奥氏体化。而且，升温速度（每单位时间的温度的上升）变大时，心相变点与A。:相变 点的差会变大。因此，通过使淬火时机被决定为在超过加热相变点的时刻开始向基体固溶， 能够进一步可靠地赋予被处理物所期望的热处理品质。
[0022] 所述热处理方法也可包括：通过所述热处理方法对由钢组成的被处理物进行淬火 硬化的工序；存储功率模式的工序，该功率模式是在对被处理物进行淬火硬化的工序中施 加于被处理物的功率相对于时间经过的变化；以及按所存储的功率模式，对与所述被处理 物相同形状且相同材质的其他被处理物进行淬火硬化的工序。
[0023] 由此，通过存储由所述热处理方法实施淬火硬化时的功率模式，并在此之后以该 功率模式对相同形状且相同材质的其他被处理物进行淬火硬化，从而所述本发明的热处理 方法只用于决定热处理的条件（决定功率模式），在此之后能够基于所决定的功率模式对 被处理物进行热处理。由此，即使在例如将由于连续使用而导致测量精度下降的辐射温度 计用于温度测定的情况下，也能抑制测量精度下降的影响的同时，连续实施热处理。
[0024] 按照本发明的机械部件的制造方法具有对成形为机械部件的形状的钢构件进行 准备的工序、以及对该钢构件进行淬火硬化的工序。而且，对钢构件进行淬火硬化的工序 中，使用所述本发明的热处理方法对钢构件进行淬火硬化。
[0025] 由此，通过在机械部件的制造方法中使用所述本发明的热处理方法，从而能够在 采用高能量加热的同时，制造更可靠地赋予了所期望热处理品质的机械部件。 发明的技术效果
[0026] 由以上说明可知，根据本发明的热处理方法以及机械部件的制造方法，能够提供 如下的热处理方法以及使用该热处理方法的机械部件的制造方法，通过提高热处理品质的 预测精度，从而在由钢组成的被处理物的淬火硬化处理中，能够更可靠地赋予该被处理物 所期望的热处理品质。
【附图说明】
[0027] 图1是表示热处理装置的结构的示意图。 图2是基于实验制成的碳化物的面积率的TTA线图的一例。 图3是在TTA线图中重叠表示高温部温度以及低温部温度的变化的图。 图4是表示升温速度与加热相变点的关系的图。 图5是表示随着时间经过的温度变化（加热模式）的一例的图。 图6是用于说明将加热模式分为微小时间来对碳化物的面积率的变化进行累计的方 法的图。 图7是表示用现有方法实施淬火时的碳化物面积率的预测值与实测值的关系的图。 图8是表示用本发明方法实施淬火时的碳化物面积率的预测值与实测值的关系的图。
【具体实施方式】
[0028] 以下，参照附图对于本发明的实施方式进行说明。此外，以下的附图中对相同或者 相当的部分标注相同的参考标号，不重复其说明。
[0029] 首先，对于本发明的一个实施方式中所使用的热处理装置的结构进行说明。参照 图1，作为本发明的热处理装置的高频淬火装置1具有：加热部10 ;连接于加热部10并向 加热部10提供电力的电源部20 ;对在加热部10内加热后的被处理物91喷出作为冷却液 的冷却水，从而对被处理物91进行急冷淬火硬化的淬火部30 ;连接于加热部10、电源部20 以及淬火部30,并控制它们的控制部40 ;作为测定被处理物的高温部温度的第1温度计的 第1辐射温度计71 ;以及作为测定被处理物的低温部温度的第2温度计的第2辐射温度计 72〇
[0030] 电源部20例如包含配电盘、变压器、逆变器、匹配装置等。淬火部30包含例如对 冷却水等冷却液的温度进行调整的温度调整加热器；保存冷却水的水槽；以及将冷却水从 水槽送至加热部10的泵等。
[0031] 加热部10包含环状线圈11以及保持构件12,该保持构件12将被处理物91保持 在被线圈11包围的区域内。线圈11连接至电源部20,通过从电源部20供给的电力对由钢 组成的被处理物91进行感应加热。本实施方式中被处理物91是具有环状形状的机械部件 即滚动轴承的轨道轮。
[0032] 本实施方式的高频淬火装置1中，配置线圈11以使其面向作为轨道轮的被处理物 91的外周面。因此，被处理物91的外周面成为来自线圈11的磁通进入量最多且温度上升 也最大的区域。因此，测定高温部温度的第1辐射温度计71测定被处理物91的外周面的温 度。另一方面，被处理物91的内周面成为来自线圈11的磁通进入量最少且由感应加热所 引起的温度上升最小的区域。此外，被处理物91的内周面通过保持构件12进行保持。因 此，在被处理物91的内周面中，与保持构件12接触的区域是被处理物91中温度上升最小 的。因此，测定低温部温度的第2辐射温度计72测定被处理物91的内周面上与保持构件 12接触的区域的温度。此外，在保持构件12对被处理物91的内周面以外的区域例如端面 进行保持时，第2辐射温度计72被配置成以使得对与保持构件12接触的端面区域、以及内 周面中温度上升更小的被处理物91的区域的温度进行测定。此外，被处理物91中通过辐 射温度计难以对与保持构件12接触的区域的温度进行测定时，也可取代第2辐射温度计或 者除了第2辐射温度计72之外再设置热电偶等接触式的温度计，以使得接触该区域。在由 第2辐射温度计72对被处理物91的与保持构件12接触的区域的温度进行测定时，也可在 保持构件12上形成贯通保持构件12的沟、孔等，通过该沟、孔等对期望的区域的温度进行 测定。
[0033] 控制部40包括：个人电脑等的计算机41;定序器（可编程控制器）43;以及操作 面板44。计算机41连接至第1辐射温度计71以及第2辐射温度计72,接收来自它们的温 度信息。此外，计算机41连接至定序器43。计算机41基于高温部温度，对定序器43发送 表示被处理物91的外周面的加热状态的信号，并且基于高温部温度以及低温部温度发送 指示淬火开始的信号。
[0034] 操作面板44连接至定序器43。操作员通过操作面板44,对定序器43输入热处理 条件（功率模式）。定序器43连接至电源部20以及淬火部30。定序器43对电源部20发 送输出设定信号以及加热终止信号。此外，定序器43接收保存于淬火部的水槽的冷却水的 温度的信息，并且对温度调整加热器发送调整冷却水的温度的信号。此外，定序器43对淬 火部30的泵发送命令对被处理物91喷射冷却水的信号。
[0035] 此外，对于使用所述高频淬火装置1对被处理物91的整体进行淬火硬化处理、即 对被处理物91整体进行淬火的方法、以及使用该淬火方法的机械部件的制造方法进行说 明。
[0036] 本实施方式的机械部件的制造方法中，首先对作为钢构件的被处理物91进行准 备，该钢构件被成形为作为机械部件的滚动轴承的轨道轮的形状。具体而言，例如准备由轴 承钢的JIS标准SUJ2组成的钢材，通过对该钢材进行加工，从而准备被处理物91。
[0037] 接着对该被处理物81使用所述高频淬火装置1进行淬火硬化。具体地参照图1，首 先通过由保持构件12对被处理物91进行保持，从而设置于高频淬火装置的加热部10内。 接着，并行实施调节被处理物91的温度的工序、以及决定被处理物91的淬火时机的工序。 调节被处理物91的温度的工序中，从电源部20对线圈11供给电力（箭头A)。由此，通过 线圈11中流动的电流形成变化的磁场，通过该磁场对被处理物91进行感应加热。
[0038] 此时，通过第1辐射温度计7 1对被处理物91中温度上升最大的部分即外周面的 温度、也即是高温部温度进行测定（箭头B)。另一方面，通过第2辐射温度计72对被处理 物91中温度上升最小的部分即内周面上与保持构件12接触的区域的温度、也即是低温部 温度进行测定（箭头C)。
[0039] 对被处理物91的感应加热所进行的加热，基于由第1辐射温度计71所测定的高 温部温度进行控制。具体而言，由第1辐射温度计71所测定的高温部温度的信息进行AD 转换并被发送至控制部40的计算机41 (箭头D)。计算机41基于高温部温度的信息将表示 被处理物91的外周面的加热状态的信号发送至定序器43 (箭头I)。此外，定序器43基于 表示外周面的加热状态的信号将输出设定信号发送至电源部20 (箭头N)。而且，基于该输 出设定信号，从电源部20向线圈11提供电力（箭头A)。
[0040]另一方面，在决定被处理物91的淬火时机的工序中，参照图1，通过第1辐射温度 计71以及第2辐射温度计72所分别测定的高温部温度以及低温度温度的信息作为测温数 据被发送至计算机41(箭头D以及箭头F)。而且，计算机41中，基于作为测温数据得到的 高温部温度以及低温部温度，来决定淬火时机，以使得对于被处理物91整体，构成被处理 物91的钢在TTA线图上满足预定的碳的固溶状态。此TTA线图通过计算式被导出，该计算 式是对预先实施的调查钢中的碳的固溶状态与钢的加热温度以及加热时间之间的关系的 实验结果进行回归分析而得到的。
[0041] 图2示出基于实验制成的碳化物的面积率的TTA线图的一例。更具体而言，准备 由JIS标准SUJ2组成的试验片，对此试验片以表1所示的条件进行热处理。而且，切断被 实施了热处理的试验片，通过电子显微镜对截面上的碳化物的面积率进行测量。而且，对于 被测得的面积率，将以下式（1)作为回归式进行回归分析，通过对所得到的计算式进行图 示来制成图2。图2中横轴表示保持时间，纵轴表示加热温度。此外，图2所示的曲线分别 示出了碳化物面积率2%、4%、6%、8%、10%以及12%时的保持时间与加热温度的组合。
[0042] M = M〇exp ( -ktn) ? ? ? (1) 此处，k = Afxp ( - E/RT)，M :碳化物的面积率（％ )，M。:热处理前的碳化物的面积率 (% )，t :加热时间（秒），A。、E :由材料决定的常数，R :气体常数，T :温度（K)
[0043][表1]
[0044] 钢中的碳化物的面积率用于预测钢中碳的固溶状态。因此，图2能够用于预测热 处理品质。以下，将碳化物的面积率成为6~8%作为目标的淬火品质决定淬火时机的情况 作为示例，对于淬火时机的决定方法进行说明。
[0045] 图3是在图2的TTA线图的一部分重叠示出高温部温度以及低温部温度的变化的 图。图3中，通过在满足如下条件的状态下实施淬火，从而使被处理物91整体满足期望的热 处理品质，该条件是被处理物91的测定高温部温度的部分（被处理物的外周面）以及测定 低温部温度的部分（被处理物被保持部保持的部分）两者的碳化物的面积率成为6~8%。 参照图3,高温部温度通过PID控制对加热进行控制以使得加热温度成为恒定，以尽快到达 碳化物的面积率成为6~8%的条件、也即是到达表示碳化物面积率6%的曲线与表示8% 的曲线所夹的区域（淬火开始区域）。另一方面，低温部温度与高温部温度相比，到达碳化 物的面积率成为6~8%的条件需要更长时间。因此，即使在高温部温度到达淬火开始区域 的情况下，也继续加热直到低温部温度到达淬火开始区域。而且，在变成高温部温度以及低 温部温度两者都位于淬火开始区域的状态的时刻，实施淬火。
[0046] 参照图1，所述淬火时机基于预先通过实验结果的回归分析所决定的计算式、以及 在目标的热处理品质（碳化物的面积率）被输入至计算机41的状态下对被处理物91开始 进行加热后来自第1辐射温度计71以及第2辐射温度计72的高温部温度以及低温部温度 的变化信息，由计算机41进行决定。若淬火开始时机被决定，则指示淬火开始的信号由计 算机41发送至定序器43 (箭头I)。接受淬火开始信号的定序器43对电源部20发送加热 终止信号的同时，对淬火部30发送冷却水喷射信号。接受加热终止信号的电源部20中止 对线圈11进行的电力供给。另一方面，接受冷却水喷射信号的淬火部30将由温度调整加 热器调整至合适温度的水槽内的冷却水通过泵对被处理物91进行喷射。由此，中止对被处 理物91的通过线圈11进行的加热的同时，被处理物91通过冷却水进行急速冷却。
[0047] 通过以上的步骤，完成本实施方式中被处理物91的整体淬火处理。本实施方式的 整体淬火处理中，基于高温部温度来控制对被处理物91的感应加热。由此，被处理物91的 一部分被加热至所需温度以上的高温，以抑制晶粒的粗大等不良问题的产生。此外，本实施 方式的整体淬火处理中，被处理物91的淬火时机基于高温部温度以及低温部温度两者被 决定为，对于被处理物91整体，构成被处理物91的钢在TTA线图上满足预定的碳的固溶状 态。因此，被处理物91整体能达到期望的热处理品质。而且，此TTA线图通过计算式被导 出，该计算式是对预先实施的调查与构成被处理物91的钢相同种类钢中的碳的固溶状态 与钢的加热温度以及加热时间之间的关系的实验结果进行回归分析而得到的。由此，与基 于单纯计算模型对钢中的固溶碳含量分布进行近似计算的现有方法相比，能够进行高精度 的材质预测。
[0048] 如上所述，根据本实施方式的整体淬火处理，通过提高热处理品质的预测精度，能 够可靠地赋予被处理物91所期望的热处理品质。
[0049] 所述本实施方式的整体淬火处理中，被处理物91在淬火实施为止的期间中优选 被保持在惰性气体气氛中。具体而言，参照图1通过利用氮气、氩气等惰性气体将加热部10 充满，从而抑制被处理物91的氧化膜的产生，能够保持良好的外观品质。
[0050] 此外，本实施方式的整体淬火处理中，决定被处理物91的淬火时机的工序中，被 处理物91的淬火时机被决定为，在超过由与升温速度的关系决定的加热相变点的时刻，钢 中的碳开始固溶于基体。
[0051] 铁氧体中碳的固溶限度小。因此，淬火前的加热时的碳的固溶实际上从钢中的铁 奥氏体化的时刻也即是钢的奥氏体化温度开始。而且，钢的奥氏体化温度根据钢的升温速 度而变化。特别是，在如高频加热那样升温速度很快的情况下，一般的奥氏体化温度的心相 变点与实际的奥氏体化温度（加热相变点；Ael相变点）之间的差会变大。因此，本实施方 式的整体淬火处理中，被处理物91的淬火时机被决定为在超过加热相变点的时刻，碳开始 固溶于基体。更具体而言，预先调查构成被处理物91的材料的升温速度与加热相变点的关 系。图4示出了构成被处理物91的钢的升温速度与加热相变点的关系。如图4所示，在升 温速度为300°C以下的范围内，随着升温速度变大，加热相变点急剧上升，之后升温速度的 上升变缓。本实施方式中，基于图4的关系，从第1辐射温度计71以及第2辐射温度计72 所测定的被处理物的加热模式（加热历史）导出加热相变点，基于此能够决定淬火时机。
[0052] 此外，所述式（1)是预测一定温度保持预定时间时的碳化物的面积率的式子。另 一方面，本实施方式的整体淬火处理中，相对于加热时间温度连续变化。因此，本实施方式 中，对于碳化物的面积率，将加热模式分为微小时间，在该微小时间的期间保持为一定温 度，以算出碳化物的面积率，通过对其进行累计以预测碳化物的面积率。具体的方法参照图 5以及图6进行说明。
[005 3] 图5示出了本实施方式的整体淬火处理的被处理物的加热模式的一例。此外，图 6是对图5的区域a进行放大示出的图，是用于说明碳化物的面积率的计算方法的图。参 照图5以及图6,在被处理物91的加热模式是如图5所示的情况下，例如对于区域a的加 热模式，如图6所示按每一微小时间At进行划分来计算碳化物的面积率。具体而言，关于 温度VT 2、T3…，按照以下的式⑵对保持时间At时的碳化物的面积率札為為…进行计 算并累计，由此能够导出最终的碳化物的面积率。
[0054][数学式1]
[0055] 此外，在连续使用辐射温度计时，有可能测量精度会下降并对热处理品质的预测 精度产生不良影响。因此，关于本实施方式的整体淬火处理，在对多个相同形状、相同材质 的被处理物进行淬火硬化处理的情况下，也可采用如下工序：根据所述的步骤对被处理物 91进行淬火硬化，并将此时的功率模式存储至存储装置，按照存储的功率模式对与被处理 物91相同形状且相同材质的其他被处理物进行淬火硬化。
[0056] 具体而言，参照图1，如上所述对被处理物91实施淬火处理之后，例如在定序器43 中预先存储对被处理物91施加的功率模式以及淬火时机。接着，将与被处理物91相同形 状且相同材质的其他被处理物设置于加热部10,使用操作面板44调出存储于定序器43的 该功率模式以及淬火时机。而且，从定序器43对电源部20发送输出设定信号以按照被调 出的功率模式对线圈11供给电力。由此，该其他被处理物以与在先被热处理的被处理物91 相同的加热模式进行加热。另一方面，从定序器43对淬火部30发送冷却水喷射信号以按 照被调出的淬火时机对该其他的被处理物喷射冷却液。由此，该其他被处理物以与在先被 热处理的被处理物91相同的时机被急速冷却，并被淬火硬化。由此，因为不需要连续使用 辐射温度计，因此可以抑制由于辐射温度计的连续使用而产生的热处理品质的预测精度下 降的问题。 实施例
[0057] 为了确认本发明的热处理方法的优越性，按照现有的方法以及本发明的方法对钢 构件进行整体淬火硬化，并调查碳化物面积率的预测值（目标值）与实验值（实测值）的 关系。具体而言，准备钢构件，并实施整体淬火以使其成为各种碳化物面积率。之后，切断 淬火处理后的钢构件，对截面用合适的蚀刻液进行蚀刻，用显微镜观测碳化物并计算其面 积率。采用作为整体淬火的方法的两种方法并比较两者，分别是专利文献1所揭示的使用 碳从2种碳化物向基体固溶的同时扩散的模型的现有方法、以及所述实施方式说明的本发 明的方法。图7示出了现有的方法的实验值与预测值的关系，图8示出了本发明方法的实 验值与预测值的关系。
[0058] 参照图7以及图8可知，本发明的方法比起现有的方法明显偏差变小，并可得到接 近于预测值的实测值。由此能够确认，根据本发明的热处理方法，比起现有的方法热处理品 质的预测精度提高，能够更可靠地赋予被处理物所期望的热处理品质。
[0059] 此外，所述实施方式以及实施例中，对于作为高能量加热采用高频加热的情况进 行说明，但本发明的热处理方法以及机械部件的制造方法不限于此，可以利用激光加热、电 子束加热、火焰加热等其他的高能量加热进行实施。
[0060] 此次披露的实施方式以及实施例应认为只是以所有的点进行示例而不是有限制 性的内容。本发明的范围不由上述说明示出而由权利要求书示出，意图包含与权利要求书 等同的含义以及范围内的所有的变更。 工业上的实用性
[0061] 本发明的热处理方法以及机械部件的制造方法特别有利地适用于要求高精度地 赋予期望热处理品质的热处理方法以及机械部件的制造方法。 标号说明 1高频淬火装置 10加热部 11线圈 12保持构件 20电源部 30淬火部 40控制部 41计算机 43定序器 44操作面板 71第1辐射温度计 72第2辐射温度计 91被处理物
【主权项】
1. 一种热处理方法，是对由钢组成的被处理物的表层进行加热并进行淬火硬化的高能 量热处理方法，具有： 测定高温部温度的工序，该高温部温度是所述被处理物中温度上升最大部分的温度； 测定低温部温度的工序，该低温部温度是所述被处理物中温度上升最小部分的温度； 调节所述被处理物的温度的工序；以及 决定所述被处理物的淬火时机的工序， 调节所述被处理物的温度的工序包含： 通过高能量加热对所述被处理物进行加热的工序；以及 基于所述高温部温度来控制加热的工序，该加热是通过施加于所述被处理物的所述高 能量加热进行的， 决定所述被处理物的淬火时机的工序中， 基于所述高温部温度以及所述低温部温度来决定淬火时机，以使得对于所述被处理物 整体，构成所述被处理物的所述钢在TTA线图上满足预定的碳的固溶状态， 所述TTA线图通过计算式被导出，该计算式是对预先实施的调查所述钢中的碳的固溶 状态与所述钢的加热温度以及加热时间之间的关系的实验的结果进行回归分析而得到的。2. 如权利要求1所述的热处理方法，其特征在于， 所述计算式是将以下的式（1)作为回归方程式而得到的， M=M〇exp( -ktn) ? ? ? (1) 此处，k=Aciexp ( -E/RT)，M:碳化物的面积率（％ )，M。:热处理前的碳化物的面积率 (%)，t:加热时间（秒），A。、E:由材料决定的常数，R:气体常数，T:温度（K)。3. 如权利要求1或2所述的热处理方法，其特征在于， 所述低温部温度是所述被处理物中与保持所述被处理物的保持构件接触的部分的温 度。4. 如权利要求1至3的任一项所述的热处理方法，其特征在于， 所述被处理物在淬火实施为止的期间中被保持在惰性气体中。5. 如权利要求1至4的任一项所述的热处理方法，其特征在于， 所述高能量加热是高频加热。6. 如权利要求1至5的任一项所述的热处理方法，其特征在于， 在决定所述被处理物的淬火时机的工序中，所述被处理物的淬火时机被决定为，在超 过由与升温速度的关系决定的加热相变点的时刻所述钢中碳开始固溶于基体。7. -种热处理方法，具有： 通过权利要求1至6的任一项所述的热处理方法对由钢组成的被处理物进行淬火硬化 的工序； 存储功率模式的工序，该功率模式是在对所述被处理物进行淬火硬化的工序中施加于 所述被处理物的功率相对于时间经过的变化；以及 按照所存储的所述功率模式，对与所述被处理物相同形状且相同材质的其他被处理物 进行淬火硬化的工序。8. -种机械部件的制造方法，具有： 对成形为机械部件的形状的钢构件进行准备的工序；以及
【专利摘要】本发明提供一种热处理方法，具有：测定高温部温度的工序；测定低温部温度的工序；调节被处理物(91)的温度的工序；以及决定被处理物(91)的淬火时机的工序。调节温度的工序包含通过高能量加热对被处理物(91)进行加热的工序；以及基于高温部温度控制加热的工序，决定淬火时机的工序中，基于高温部温度以及低温部温度来决定淬火时机，以使得对于被处理物(91)整体，在TTA线图上满足预定的碳的固溶状态。此外，该TTA线图通过计算式被导出，该计算式是对调查碳的固溶状态与钢的加热温度以及加热时间之间的关系的实验结果进行回归分析而得到的。
【IPC分类】C21D9/40, C21D1/10
【公开号】CN104903471
【申请号】CN201380068764
【发明人】藤田工, 八木田和宽
【申请人】Ntn株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年10月2日
【公告号】EP2915886A1, US20150315669, WO2014069149A1
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种热处理方法以及机械部件的制造方法，更特定地是涉及对由钢组 成的被处理物进行淬火硬化的热处理方法、以及使用该热处理方法的机械部件的制造方 法。
【背景技术】
[0002] 对由钢组成的被处理物进行的高频热处理、激光热处理、电子束热处理、火焰热处 理等高能量热处理，由于是直接对被处理物质进行加热的热处理，所以与通过气氛对被处 理物进行加热的气氛加热炉的热处理相比，具有能达到更高能量效率等优点。例如，高频热 处理与通过气氛加热炉的热处理相比，作业环境更清洁，且可以对少量批次的制品进行短 时间高效处理。一般而言，钢的高频淬火中，通过改变相对于时间经过的功率变化（功率模 式）以对试验片进行热处理，确认热处理后的试验片的品质，通过重复上述工序，从而不断 摸索地对功率模式（加热条件）进行设定。此时，对应于被处理物的种类（材质、形状），需 要每一次都对热处理条件的功率模式进行设定。因此，会产生决定热处理条件时步骤繁琐 的问题。
[0003] 此外，由于包括高频热处理的高能量热处理是对被处理物的一部分进行加热的部 分加热，因此在被处理物内会产生温度不均。因此，在对被处理物整体进行整体淬火等的热 处理时，有可能会发生被处理物内的品质不均。特别是对于厚度大的被处理物，有时会产生 如下问题：温度不均容易变大，根据被处理物的部位不同会无法达到期望品质。
[0004] 由此，在使用高能量热处理对被处理物整体进行热处理，例如对被处理物整体进 行淬火的情况下，存在决定热处理条件过程繁琐的问题，以及存在发生热处理品质不均的 问题。
[0005] 对此，有方法提出通过自动地决定热处理条件以减少条件决定的繁琐过程，并且 抑制热处理品质不均（例如，参照日本专利特开2006-152430号公报（专利文献1))。专利 文献1所揭示的方法中，对高频加热中温度易于上升的被处理物的区域、和难以上升的区 域同时进行测温，并从其测温数据实时地对两个区域是否达到规定热处理品质进行判定， 以使被处理材料整体的热处理品质都处于预定水准。此外，专利文献1所揭示的方法中，通 过下式（A)的预测对被处理材料整体是否达到预定的热处理品质进行判断。
[0006] 5C / (3t)=D52C / (<9x2) ? ? ? (A) D :扩散常熟，C :碳浓度（质量％ )，t :时间（秒），x :距离 D = D〇exp ( - Q/RT) %:扩散系数的熵项，Q :活化能，R :气体常数，T :绝对温度（K) 现有技术文献 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本专利特开2006-152430号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0008] 使用所述式（A)的钢中固溶碳含量分布的计算中需要计算模型。专利文献1所采 用的计算模型是碳从2种碳化物向基体固溶的同时扩散的简单的模型。此模型中对加热中 的碳的固溶行为进行近似的计算。但是，在机械部件的制造工序等中采用此热处理方法时， 为了能够对被处理物的热处理品质进行更高精度的预测，优选改良热处理方法。
[0009] 本发明是为了解决所述问题而完成的，其目的在于提供一种热处理方法以及使用 此热处理方法的机械部件的制造方法，该热处理方法通过提高热处理品质的预测精度，从 而在由钢组成的被处理物的淬火硬化处理中，能够更可靠地赋予该被处理物所期望的热处 理品质。 解决技术问题所采用的技术方案
[0010] 按照本发明的热处理方法是对由钢组成的被处理物的表层进行加热并进行淬火 硬化的高能量热处理方法。此热处理方法具有：测定高温部温度的工序，该高温部温度是被 处理物中温度上升最大的部分的温度；测定低温部温度的工序，该低温部温度是被处理物 中温度上升最小的部分的温度；调节被处理物温度的工序；以及决定被处理物淬火时机的 工序。
[0011] 调节被处理物温度的工序包含：通过高能量加热对被处理物进行加热的工序；以 及基于高温部温度来控制加热的工序，该加热是通过施加于被处理物的高能量加热进行 的。决定被处理物的淬火时机的工序中，基于高温部温度以及低温部温度来决定淬火时机， 以使得对于被处理物整体，构成被处理物的钢在TTA线图上满足预定的碳的固溶状态。此 外，所述TTA线图通过计算式被导出，该计算式是对预先实施的调查所述钢中的碳的固溶 状态与钢的加热温度以及加热时间之间的关系的实验结果进行回归分析而得到的。
[0012] 本发明的热处理中，调整被处理物温度的工序中，基于高温部温度对加热进行控 制，该加热是通过施加于被处理物的高能量加热进行的。由此，被处理物的一部分被加热至 所需温度以上的高温，以抑制晶粒的粗大等不良问题的产生。此外，本发明的热处理中，决 定被处理物的淬火时机的工序中，基于高温部温度以及低温部温度两者来决定淬火时机， 以使得对于被处理物整体，构成被处理物的钢在TTA线图上满足预定的碳的固溶状态。因 此，被处理物整体能达到所期望的热处理品质。此外，此TTA线图通过计算式被导出，该计 算式是对预先实施的调查与构成被处理物的钢相同种类钢中的碳的固溶状态与钢的加热 温度以及加热时间之间的关系的实验结果进行回归分析而得到的。由此，与基于单纯的计 算模型对钢中的固溶碳含量分布进行近似计算的现有方法相比，能够进行高精度的材质预 测。如上所述，根据本发明的热处理方法，通过提高热处理品质的预测精度，从而在由钢组 成的被处理物的淬火硬化处理中，能够更可靠地赋予该被处理物所期望的热处理品质。
[0013] 此外，本申请中"高能量加热"是指包含高频加热、激光加热、电子束加热、火焰加 热等的加热，意味着不是通过被加热的气氛对被处理物进行加热，而是对被处理物的一部 分进行直接加热。
[0014] 所述热处理方法中，所述计算式也可将以下式（1)作为回归式得到。
[0015] M = M0exp ( - ktn) ? ? ? (1) 此处，k = Afxp ( - E/RT)，M :碳化物的面积率（％ )，M。:热处理前的碳化物的面积率 (% )，t :加热时间（秒），A。、E :由材料决定的常数，R :气体常数，T :温度（K) 钢中的碳化物的面积率反映钢中碳的固溶状态。因此，碳化物的面积率能用于更高精 度地预测钢中碳的固溶状态。因此，通过对与被处理物相同种类的钢进行实际的热处理，并 由实验调查切断此钢的截面上的碳化物（主要是作为渗碳体的铁的碳化物）的面积率，并 对于其结果将所述式（1)作为回归式进行回归分析，从得到的计算式导出TTA线图，从而能 进一步可靠地赋予被处理物所期望的热处理品质。
[0016] 所述热处理方法中，所述低温部温度也可为被处理物中与保持被处理物的保持构 件接触的部分的温度。
[0017] 与保持构件接触的被处理物的区域具有向保持构件进行热传导而导致的温度降 低的倾向。因此，将该部分的温度作为所述低温部温度在大部分情况下是合适的。
[0018] 所述热处理方法中，所述被处理物在淬火实施为止的期间中也可被保持在惰性气 体中。由此，抑制在被处理物形成氧化膜，被处理物的外观能够保持为良好的状态。
[0019] 所述热处理方法中，所述高能量加热也可为高频加热。高频加热能够比较容易地 控制由钢组成的被处理物的加热状态。因此，高频加热适合作为本发明中所采用的高能量 加热。
[0020] 所述热处理方法中优选地，决定被处理物的淬火时机的工序中，被处理物的淬火 时机被决定为，在超过由与升温速度的关系决定的加热相变 点的时刻，钢中碳开始固溶于 基体。
[0021] 钢被加热时，碳向钢基体的固溶是从超过奥氏体化温度即Ai相变点的时刻开始 的。但是，当钢被连续加热时，在超过比Ai相变点更高的加热相变点（Ael相变点）的时刻， 钢会奥氏体化。而且，升温速度（每单位时间的温度的上升）变大时，心相变点与A。:相变 点的差会变大。因此，通过使淬火时机被决定为在超过加热相变点的时刻开始向基体固溶， 能够进一步可靠地赋予被处理物所期望的热处理品质。
[0022] 所述热处理方法也可包括：通过所述热处理方法对由钢组成的被处理物进行淬火 硬化的工序；存储功率模式的工序，该功率模式是在对被处理物进行淬火硬化的工序中施 加于被处理物的功率相对于时间经过的变化；以及按所存储的功率模式，对与所述被处理 物相同形状且相同材质的其他被处理物进行淬火硬化的工序。
[0023] 由此，通过存储由所述热处理方法实施淬火硬化时的功率模式，并在此之后以该 功率模式对相同形状且相同材质的其他被处理物进行淬火硬化，从而所述本发明的热处理 方法只用于决定热处理的条件（决定功率模式），在此之后能够基于所决定的功率模式对 被处理物进行热处理。由此，即使在例如将由于连续使用而导致测量精度下降的辐射温度 计用于温度测定的情况下，也能抑制测量精度下降的影响的同时，连续实施热处理。
[0024] 按照本发明的机械部件的制造方法具有对成形为机械部件的形状的钢构件进行 准备的工序、以及对该钢构件进行淬火硬化的工序。而且，对钢构件进行淬火硬化的工序 中，使用所述本发明的热处理方法对钢构件进行淬火硬化。
[0025] 由此，通过在机械部件的制造方法中使用所述本发明的热处理方法，从而能够在 采用高能量加热的同时，制造更可靠地赋予了所期望热处理品质的机械部件。 发明的技术效果
[0026] 由以上说明可知，根据本发明的热处理方法以及机械部件的制造方法，能够提供 如下的热处理方法以及使用该热处理方法的机械部件的制造方法，通过提高热处理品质的 预测精度，从而在由钢组成的被处理物的淬火硬化处理中，能够更可靠地赋予该被处理物 所期望的热处理品质。
【附图说明】
[0027] 图1是表示热处理装置的结构的示意图。 图2是基于实验制成的碳化物的面积率的TTA线图的一例。 图3是在TTA线图中重叠表示高温部温度以及低温部温度的变化的图。 图4是表示升温速度与加热相变点的关系的图。 图5是表示随着时间经过的温度变化（加热模式）的一例的图。 图6是用于说明将加热模式分为微小时间来对碳化物的面积率的变化进行累计的方 法的图。 图7是表示用现有方法实施淬火时的碳化物面积率的预测值与实测值的关系的图。 图8是表示用本发明方法实施淬火时的碳化物面积率的预测值与实测值的关系的图。
【具体实施方式】
[0028] 以下，参照附图对于本发明的实施方式进行说明。此外，以下的附图中对相同或者 相当的部分标注相同的参考标号，不重复其说明。
[0029] 首先，对于本发明的一个实施方式中所使用的热处理装置的结构进行说明。参照 图1，作为本发明的热处理装置的高频淬火装置1具有：加热部10 ;连接于加热部10并向 加热部10提供电力的电源部20 ;对在加热部10内加热后的被处理物91喷出作为冷却液 的冷却水，从而对被处理物91进行急冷淬火硬化的淬火部30 ;连接于加热部10、电源部20 以及淬火部30,并控制它们的控制部40 ;作为测定被处理物的高温部温度的第1温度计的 第1辐射温度计71 ;以及作为测定被处理物的低温部温度的第2温度计的第2辐射温度计 72〇
[0030] 电源部20例如包含配电盘、变压器、逆变器、匹配装置等。淬火部30包含例如对 冷却水等冷却液的温度进行调整的温度调整加热器；保存冷却水的水槽；以及将冷却水从 水槽送至加热部10的泵等。
[0031] 加热部10包含环状线圈11以及保持构件12,该保持构件12将被处理物91保持 在被线圈11包围的区域内。线圈11连接至电源部20,通过从电源部20供给的电力对由钢 组成的被处理物91进行感应加热。本实施方式中被处理物91是具有环状形状的机械部件 即滚动轴承的轨道轮。
[0032] 本实施方式的高频淬火装置1中，配置线圈11以使其面向作为轨道轮的被处理物 91的外周面。因此，被处理物91的外周面成为来自线圈11的磁通进入量最多且温度上升 也最大的区域。因此，测定高温部温度的第1辐射温度计71测定被处理物91的外周面的温 度。另一方面，被处理物91的内周面成为来自线圈11的磁通进入量最少且由感应加热所 引起的温度上升最小的区域。此外，被处理物91的内周面通过保持构件12进行保持。因 此，在被处理物91的内周面中，与保持构件12接触的区域是被处理物91中温度上升最小 的。因此，测定低温部温度的第2辐射温度计72测定被处理物91的内周面上与保持构件 12接触的区域的温度。此外，在保持构件12对被处理物91的内周面以外的区域例如端面 进行保持时，第2辐射温度计72被配置成以使得对与保持构件12接触的端面区域、以及内 周面中温度上升更小的被处理物91的区域的温度进行测定。此外，被处理物91中通过辐 射温度计难以对与保持构件12接触的区域的温度进行测定时，也可取代第2辐射温度计或 者除了第2辐射温度计72之外再设置热电偶等接触式的温度计，以使得接触该区域。在由 第2辐射温度计72对被处理物91的与保持构件12接触的区域的温度进行测定时，也可在 保持构件12上形成贯通保持构件12的沟、孔等，通过该沟、孔等对期望的区域的温度进行 测定。
[0033] 控制部40包括：个人电脑等的计算机41;定序器（可编程控制器）43;以及操作 面板44。计算机41连接至第1辐射温度计71以及第2辐射温度计72,接收来自它们的温 度信息。此外，计算机41连接至定序器43。计算机41基于高温部温度，对定序器43发送 表示被处理物91的外周面的加热状态的信号，并且基于高温部温度以及低温部温度发送 指示淬火开始的信号。
[0034] 操作面板44连接至定序器43。操作员通过操作面板44,对定序器43输入热处理 条件（功率模式）。定序器43连接至电源部20以及淬火部30。定序器43对电源部20发 送输出设定信号以及加热终止信号。此外，定序器43接收保存于淬火部的水槽的冷却水的 温度的信息，并且对温度调整加热器发送调整冷却水的温度的信号。此外，定序器43对淬 火部30的泵发送命令对被处理物91喷射冷却水的信号。
[0035] 此外，对于使用所述高频淬火装置1对被处理物91的整体进行淬火硬化处理、即 对被处理物91整体进行淬火的方法、以及使用该淬火方法的机械部件的制造方法进行说 明。
[0036] 本实施方式的机械部件的制造方法中，首先对作为钢构件的被处理物91进行准 备，该钢构件被成形为作为机械部件的滚动轴承的轨道轮的形状。具体而言，例如准备由轴 承钢的JIS标准SUJ2组成的钢材，通过对该钢材进行加工，从而准备被处理物91。
[0037] 接着对该被处理物81使用所述高频淬火装置1进行淬火硬化。具体地参照图1，首 先通过由保持构件12对被处理物91进行保持，从而设置于高频淬火装置的加热部10内。 接着，并行实施调节被处理物91的温度的工序、以及决定被处理物91的淬火时机的工序。 调节被处理物91的温度的工序中，从电源部20对线圈11供给电力（箭头A)。由此，通过 线圈11中流动的电流形成变化的磁场，通过该磁场对被处理物91进行感应加热。
[0038] 此时，通过第1辐射温度计7 1对被处理物91中温度上升最大的部分即外周面的 温度、也即是高温部温度进行测定（箭头B)。另一方面，通过第2辐射温度计72对被处理 物91中温度上升最小的部分即内周面上与保持构件12接触的区域的温度、也即是低温部 温度进行测定（箭头C)。
[0039] 对被处理物91的感应加热所进行的加热，基于由第1辐射温度计71所测定的高 温部温度进行控制。具体而言，由第1辐射温度计71所测定的高温部温度的信息进行AD 转换并被发送至控制部40的计算机41 (箭头D)。计算机41基于高温部温度的信息将表示 被处理物91的外周面的加热状态的信号发送至定序器43 (箭头I)。此外，定序器43基于 表示外周面的加热状态的信号将输出设定信号发送至电源部20 (箭头N)。而且，基于该输 出设定信号，从电源部20向线圈11提供电力（箭头A)。
[0040]另一方面，在决定被处理物91的淬火时机的工序中，参照图1，通过第1辐射温度 计71以及第2辐射温度计72所分别测定的高温部温度以及低温度温度的信息作为测温数 据被发送至计算机41(箭头D以及箭头F)。而且，计算机41中，基于作为测温数据得到的 高温部温度以及低温部温度，来决定淬火时机，以使得对于被处理物91整体，构成被处理 物91的钢在TTA线图上满足预定的碳的固溶状态。此TTA线图通过计算式被导出，该计算 式是对预先实施的调查钢中的碳的固溶状态与钢的加热温度以及加热时间之间的关系的 实验结果进行回归分析而得到的。
[0041] 图2示出基于实验制成的碳化物的面积率的TTA线图的一例。更具体而言，准备 由JIS标准SUJ2组成的试验片，对此试验片以表1所示的条件进行热处理。而且，切断被 实施了热处理的试验片，通过电子显微镜对截面上的碳化物的面积率进行测量。而且，对于 被测得的面积率，将以下式（1)作为回归式进行回归分析，通过对所得到的计算式进行图 示来制成图2。图2中横轴表示保持时间，纵轴表示加热温度。此外，图2所示的曲线分别 示出了碳化物面积率2%、4%、6%、8%、10%以及12%时的保持时间与加热温度的组合。
[0042] M = M〇exp ( -ktn) ? ? ? (1) 此处，k = Afxp ( - E/RT)，M :碳化物的面积率（％ )，M。:热处理前的碳化物的面积率 (% )，t :加热时间（秒），A。、E :由材料决定的常数，R :气体常数，T :温度（K)
[0043][表1]
[0044] 钢中的碳化物的面积率用于预测钢中碳的固溶状态。因此，图2能够用于预测热 处理品质。以下，将碳化物的面积率成为6~8%作为目标的淬火品质决定淬火时机的情况 作为示例，对于淬火时机的决定方法进行说明。
[0045] 图3是在图2的TTA线图的一部分重叠示出高温部温度以及低温部温度的变化的 图。图3中，通过在满足如下条件的状态下实施淬火，从而使被处理物91整体满足期望的热 处理品质，该条件是被处理物91的测定高温部温度的部分（被处理物的外周面）以及测定 低温部温度的部分（被处理物被保持部保持的部分）两者的碳化物的面积率成为6~8%。 参照图3,高温部温度通过PID控制对加热进行控制以使得加热温度成为恒定，以尽快到达 碳化物的面积率成为6~8%的条件、也即是到达表示碳化物面积率6%的曲线与表示8% 的曲线所夹的区域（淬火开始区域）。另一方面，低温部温度与高温部温度相比，到达碳化 物的面积率成为6~8%的条件需要更长时间。因此，即使在高温部温度到达淬火开始区域 的情况下，也继续加热直到低温部温度到达淬火开始区域。而且，在变成高温部温度以及低 温部温度两者都位于淬火开始区域的状态的时刻，实施淬火。
[0046] 参照图1，所述淬火时机基于预先通过实验结果的回归分析所决定的计算式、以及 在目标的热处理品质（碳化物的面积率）被输入至计算机41的状态下对被处理物91开始 进行加热后来自第1辐射温度计71以及第2辐射温度计72的高温部温度以及低温部温度 的变化信息，由计算机41进行决定。若淬火开始时机被决定，则指示淬火开始的信号由计 算机41发送至定序器43 (箭头I)。接受淬火开始信号的定序器43对电源部20发送加热 终止信号的同时，对淬火部30发送冷却水喷射信号。接受加热终止信号的电源部20中止 对线圈11进行的电力供给。另一方面，接受冷却水喷射信号的淬火部30将由温度调整加 热器调整至合适温度的水槽内的冷却水通过泵对被处理物91进行喷射。由此，中止对被处 理物91的通过线圈11进行的加热的同时，被处理物91通过冷却水进行急速冷却。
[0047] 通过以上的步骤，完成本实施方式中被处理物91的整体淬火处理。本实施方式的 整体淬火处理中，基于高温部温度来控制对被处理物91的感应加热。由此，被处理物91的 一部分被加热至所需温度以上的高温，以抑制晶粒的粗大等不良问题的产生。此外，本实施 方式的整体淬火处理中，被处理物91的淬火时机基于高温部温度以及低温部温度两者被 决定为，对于被处理物91整体，构成被处理物91的钢在TTA线图上满足预定的碳的固溶状 态。因此，被处理物91整体能达到期望的热处理品质。而且，此TTA线图通过计算式被导 出，该计算式是对预先实施的调查与构成被处理物91的钢相同种类钢中的碳的固溶状态 与钢的加热温度以及加热时间之间的关系的实验结果进行回归分析而得到的。由此，与基 于单纯计算模型对钢中的固溶碳含量分布进行近似计算的现有方法相比，能够进行高精度 的材质预测。
[0048] 如上所述，根据本实施方式的整体淬火处理，通过提高热处理品质的预测精度，能 够可靠地赋予被处理物91所期望的热处理品质。
[0049] 所述本实施方式的整体淬火处理中，被处理物91在淬火实施为止的期间中优选 被保持在惰性气体气氛中。具体而言，参照图1通过利用氮气、氩气等惰性气体将加热部10 充满，从而抑制被处理物91的氧化膜的产生，能够保持良好的外观品质。
[0050] 此外，本实施方式的整体淬火处理中，决定被处理物91的淬火时机的工序中，被 处理物91的淬火时机被决定为，在超过由与升温速度的关系决定的加热相变点的时刻，钢 中的碳开始固溶于基体。
[0051] 铁氧体中碳的固溶限度小。因此，淬火前的加热时的碳的固溶实际上从钢中的铁 奥氏体化的时刻也即是钢的奥氏体化温度开始。而且，钢的奥氏体化温度根据钢的升温速 度而变化。特别是，在如高频加热那样升温速度很快的情况下，一般的奥氏体化温度的心相 变点与实际的奥氏体化温度（加热相变点；Ael相变点）之间的差会变大。因此，本实施方 式的整体淬火处理中，被处理物91的淬火时机被决定为在超过加热相变点的时刻，碳开始 固溶于基体。更具体而言，预先调查构成被处理物91的材料的升温速度与加热相变点的关 系。图4示出了构成被处理物91的钢的升温速度与加热相变点的关系。如图4所示，在升 温速度为300°C以下的范围内，随着升温速度变大，加热相变点急剧上升，之后升温速度的 上升变缓。本实施方式中，基于图4的关系，从第1辐射温度计71以及第2辐射温度计72 所测定的被处理物的加热模式（加热历史）导出加热相变点，基于此能够决定淬火时机。
[0052] 此外，所述式（1)是预测一定温度保持预定时间时的碳化物的面积率的式子。另 一方面，本实施方式的整体淬火处理中，相对于加热时间温度连续变化。因此，本实施方式 中，对于碳化物的面积率，将加热模式分为微小时间，在该微小时间的期间保持为一定温 度，以算出碳化物的面积率，通过对其进行累计以预测碳化物的面积率。具体的方法参照图 5以及图6进行说明。
[005 3] 图5示出了本实施方式的整体淬火处理的被处理物的加热模式的一例。此外，图 6是对图5的区域a进行放大示出的图，是用于说明碳化物的面积率的计算方法的图。参 照图5以及图6,在被处理物91的加热模式是如图5所示的情况下，例如对于区域a的加 热模式，如图6所示按每一微小时间At进行划分来计算碳化物的面积率。具体而言，关于 温度VT 2、T3…，按照以下的式⑵对保持时间At时的碳化物的面积率札為為…进行计 算并累计，由此能够导出最终的碳化物的面积率。
[0054][数学式1]
[0055] 此外，在连续使用辐射温度计时，有可能测量精度会下降并对热处理品质的预测 精度产生不良影响。因此，关于本实施方式的整体淬火处理，在对多个相同形状、相同材质 的被处理物进行淬火硬化处理的情况下，也可采用如下工序：根据所述的步骤对被处理物 91进行淬火硬化，并将此时的功率模式存储至存储装置，按照存储的功率模式对与被处理 物91相同形状且相同材质的其他被处理物进行淬火硬化。
[0056] 具体而言，参照图1，如上所述对被处理物91实施淬火处理之后，例如在定序器43 中预先存储对被处理物91施加的功率模式以及淬火时机。接着，将与被处理物91相同形 状且相同材质的其他被处理物设置于加热部10,使用操作面板44调出存储于定序器43的 该功率模式以及淬火时机。而且，从定序器43对电源部20发送输出设定信号以按照被调 出的功率模式对线圈11供给电力。由此，该其他被处理物以与在先被热处理的被处理物91 相同的加热模式进行加热。另一方面，从定序器43对淬火部30发送冷却水喷射信号以按 照被调出的淬火时机对该其他的被处理物喷射冷却液。由此，该其他被处理物以与在先被 热处理的被处理物91相同的时机被急速冷却，并被淬火硬化。由此，因为不需要连续使用 辐射温度计，因此可以抑制由于辐射温度计的连续使用而产生的热处理品质的预测精度下 降的问题。 实施例
[0057] 为了确认本发明的热处理方法的优越性，按照现有的方法以及本发明的方法对钢 构件进行整体淬火硬化，并调查碳化物面积率的预测值（目标值）与实验值（实测值）的 关系。具体而言，准备钢构件，并实施整体淬火以使其成为各种碳化物面积率。之后，切断 淬火处理后的钢构件，对截面用合适的蚀刻液进行蚀刻，用显微镜观测碳化物并计算其面 积率。采用作为整体淬火的方法的两种方法并比较两者，分别是专利文献1所揭示的使用 碳从2种碳化物向基体固溶的同时扩散的模型的现有方法、以及所述实施方式说明的本发 明的方法。图7示出了现有的方法的实验值与预测值的关系，图8示出了本发明方法的实 验值与预测值的关系。
[0058] 参照图7以及图8可知，本发明的方法比起现有的方法明显偏差变小，并可得到接 近于预测值的实测值。由此能够确认，根据本发明的热处理方法，比起现有的方法热处理品 质的预测精度提高，能够更可靠地赋予被处理物所期望的热处理品质。
[0059] 此外，所述实施方式以及实施例中，对于作为高能量加热采用高频加热的情况进 行说明，但本发明的热处理方法以及机械部件的制造方法不限于此，可以利用激光加热、电 子束加热、火焰加热等其他的高能量加热进行实施。
[0060] 此次披露的实施方式以及实施例应认为只是以所有的点进行示例而不是有限制 性的内容。本发明的范围不由上述说明示出而由权利要求书示出，意图包含与权利要求书 等同的含义以及范围内的所有的变更。 工业上的实用性
[0061] 本发明的热处理方法以及机械部件的制造方法特别有利地适用于要求高精度地 赋予期望热处理品质的热处理方法以及机械部件的制造方法。 标号说明 1高频淬火装置 10加热部 11线圈 12保持构件 20电源部 30淬火部 40控制部 41计算机 43定序器 44操作面板 71第1辐射温度计 72第2辐射温度计 91被处理物
【主权项】
1. 一种热处理方法，是对由钢组成的被处理物的表层进行加热并进行淬火硬化的高能 量热处理方法，具有： 测定高温部温度的工序，该高温部温度是所述被处理物中温度上升最大部分的温度； 测定低温部温度的工序，该低温部温度是所述被处理物中温度上升最小部分的温度； 调节所述被处理物的温度的工序；以及 决定所述被处理物的淬火时机的工序， 调节所述被处理物的温度的工序包含： 通过高能量加热对所述被处理物进行加热的工序；以及 基于所述高温部温度来控制加热的工序，该加热是通过施加于所述被处理物的所述高 能量加热进行的， 决定所述被处理物的淬火时机的工序中， 基于所述高温部温度以及所述低温部温度来决定淬火时机，以使得对于所述被处理物 整体，构成所述被处理物的所述钢在TTA线图上满足预定的碳的固溶状态， 所述TTA线图通过计算式被导出，该计算式是对预先实施的调查所述钢中的碳的固溶 状态与所述钢的加热温度以及加热时间之间的关系的实验的结果进行回归分析而得到的。2. 如权利要求1所述的热处理方法，其特征在于， 所述计算式是将以下的式（1)作为回归方程式而得到的， M=M〇exp( -ktn) ? ? ? (1) 此处，k=Aciexp ( -E/RT)，M:碳化物的面积率（％ )，M。:热处理前的碳化物的面积率 (%)，t:加热时间（秒），A。、E:由材料决定的常数，R:气体常数，T:温度（K)。3. 如权利要求1或2所述的热处理方法，其特征在于， 所述低温部温度是所述被处理物中与保持所述被处理物的保持构件接触的部分的温 度。4. 如权利要求1至3的任一项所述的热处理方法，其特征在于， 所述被处理物在淬火实施为止的期间中被保持在惰性气体中。5. 如权利要求1至4的任一项所述的热处理方法，其特征在于， 所述高能量加热是高频加热。6. 如权利要求1至5的任一项所述的热处理方法，其特征在于， 在决定所述被处理物的淬火时机的工序中，所述被处理物的淬火时机被决定为，在超 过由与升温速度的关系决定的加热相变点的时刻所述钢中碳开始固溶于基体。7. -种热处理方法，具有： 通过权利要求1至6的任一项所述的热处理方法对由钢组成的被处理物进行淬火硬化 的工序； 存储功率模式的工序，该功率模式是在对所述被处理物进行淬火硬化的工序中施加于 所述被处理物的功率相对于时间经过的变化；以及 按照所存储的所述功率模式，对与所述被处理物相同形状且相同材质的其他被处理物 进行淬火硬化的工序。8. -种机械部件的制造方法，具有： 对成形为机械部件的形状的钢构件进行准备的工序；以及
【专利摘要】本发明提供一种热处理方法，具有：测定高温部温度的工序；测定低温部温度的工序；调节被处理物(91)的温度的工序；以及决定被处理物(91)的淬火时机的工序。调节温度的工序包含通过高能量加热对被处理物(91)进行加热的工序；以及基于高温部温度控制加热的工序，决定淬火时机的工序中，基于高温部温度以及低温部温度来决定淬火时机，以使得对于被处理物(91)整体，在TTA线图上满足预定的碳的固溶状态。此外，该TTA线图通过计算式被导出，该计算式是对调查碳的固溶状态与钢的加热温度以及加热时间之间的关系的实验结果进行回归分析而得到的。
【IPC分类】C21D9/40, C21D1/10
【公开号】CN104903471
【申请号】CN201380068764
【发明人】藤田工, 八木田和宽
【申请人】Ntn株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年10月2日
【公告号】EP2915886A1, US20150315669, WO2014069149A1
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