环状构件的热处理方法

摘要

在一边使由钢构成且通过保持部(3)同轴地保持的多个外圈(R)与比外圈(R)更长的加热线圈(2)在轴向上相对移动一边对加热线圈(2)通电，由此将多个外圈(R)依次感应加热至目标温度时，考虑存在于加热线圈(2)的对置区域中的外圈(R)的个数而改变加热线圈(2)的输出。

权利要求

1.一种环状构件的热处理方法，包括加热工序，在该加热工序中，一边使由钢形成且被同轴地保持的多个环状构件与比所述环状构件长的加热线圈在轴向上相对移动，一边对所述加热线圈通电，由此将多个所述环状构件依次感应加热至目标温度，其特征在于，在所述加热工序的执行中，一边将多个所述环状构件以与环状构件的轴向尺寸相等的量进行间隔进给，一边根据存在于所述加热线圈的对置区域中的所述环状构件的个数而使所述加热线圈的输出增减。

2.根据权利要求1所述的环状构件的热处理方法，其中，

所述加热工序具有使所述加热线圈的输出分阶段增加的输出增加步骤、以及使所述加热线圈的输出分阶段减少的输出减少步骤。

3.根据权利要求2所述的环状构件的热处理方法，其中，

使所述输出增加步骤中的所述加热线圈的输出增加方式与所述输出减少步骤中的所述加热线圈的输出减少方式彼此不同。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的环状构件的热处理方法，其中，所述环状构件的热处理方法还具有对感应加热至目标温度后的所述环状构件进行冷却的冷却工序。

5.根据权利要求1所述的环状构件的热处理方法，其中，

所述环状构件由含碳量为0.8质量％以上的钢形成。

说明书

环状构件的热处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及环状构件的热处理方法。

背景技术

[0002] 如公知那样，在由钢构成的环状构件(例如，滚动轴承的滚道圈)的制造过程中，为了赋予环状构件所需的机械强度等而实施热处理(淬火硬化处理)。该淬火硬化处理包括将环状构件加热至目标温度(例如，A1相变点以上的温度区域)的加热工序、对已加热至目标温度后的环状构件进行冷却的冷却工序等。加热工序能够使用例如连续式网带炉等气氛加热炉来实施。

[0003] 气氛加热炉具有能够同时加热多个工件的优点。然而，气氛加热炉因不仅需要加热工件还需要加热环境气体而存在能量效率低的问题。因此，在加热工序中，有时通过感应加热将工件加热至目标温度(例如，参照专利文献1)。若采用感应加热，则能够直接加热工件，故而能够实现高能量效率。另外，在加热对象的工件是环状构件的情况下，如专利文献1记载那样，能够采用将同轴地保持的多个环状构件配置在加热线圈的对置区域(内周)并在该状态下对加热线圈通电的方法。若如此，由于能够同时对多个环状构件进行感应加热，因此能够提高热处理效率。

[0004] 在先技术文献

[0005] 专利文献

[0006] 专利文献1：日本特开2006-200019号公报

[0007] 而且，使钢坯这样的长条工件通过通电状态的加热线圈的对置区域而连续地对工件的长边方向各部分进行感应加热的连续加热法具有能够对长条工件进行高效的均热加热的优点。因此，本申请发明人尝试了利用上述的连续加热法对多个环状构件进行感应加热。具体地说，尝试了通过使同轴地保持的多个环状构件与比环状构件更长并且以得到恒定输出的方式被通电的加热线圈在轴向上相对移动，由此将多个环状构件依次感应加热至目标温度。

[0008] 然而，若这样做，则同轴地保持的多个环状构件中的、特别是加热开始侧以及加热结束侧的端部以及配置在其附近的环状构件被加热为超过目标温度(过加热)。被过加热的环状构件因难以确保所希望的机械强度等而不得不废弃处理，导致产品成品率降低的问题。

发明内容

[0009] 发明要解决的课题

[0010] 鉴于上述实际情况，本发明的目的在于能够高效并且在尽量不产生不良品的情况下适当地实施对于钢制的环状构件的淬火硬化处理。

[0011] 用于解决课题的手段

[0012] 本申请发明人深入研究的结果发现，上述的过加热的问题是因以加热线圈达到恒定输出的方式对加热线圈进行了通电而产生的。换句话说，本申请发明人发现，在实施连续加热时，将加热线圈的输出设定为在环状构件存在于加热线圈的整个对置区域的状态(加热线圈的内周被环状构件充满的状态)下，全部环状构件被加热至目标温度的恒定值，但若这样做，在环状构件仅存在于加热线圈的对置区域的局部的加热工序刚刚开始之后以及即将结束之前的阶段，产生于各个环状构件的感应电流量增加，其结果是环状构件被过加热。

[0013] 根据这样的见解而完成的本发明涉及一种环状构件的热处理方法，包括加热工序，在该加热工序中，一边使由钢构成且同轴地被保持的多个环状构件与比环状构件更长的加热线圈在轴向上相对移动一边对加热线圈通电，由此将多个环状构件依次感应加热至目标温度，其特征在于，在加热工序中，考虑存在于加热线圈的对置区域中的环状构件的个数而改变加热线圈的输出。

[0014] 如上述那样，若考虑在于加热线圈的对置区域中的环状构件的个数而改变加热线圈的输出，则在环状构件仅存在于加热线圈的对置区域的局部的加热工序刚刚开始之后以及即将结束期间的阶段，也能够使产生于各个环状构件的感应电流量最佳。因此，能够有效地防止环状构件被加热为超过目标温度或相反地产生加热不足的环状构件。另外，若这样做，与以达到恒定输出的方式对加热线圈进行通电的情况相比，能够减少消耗电量，能够减少热处理所需的成本。另一方面，加热工序通过所谓的连续加热而实施。因此，通过采用连续加热法而能够获得的作用效果具体地说是，能够有效地获得能将各环状构件均热加热、能高效地进行加热处理等作用效果。因此，根据本发明，能够高效并且在尽量不产生不良品的情况下适当地实施对于钢制的环状构件的淬火硬化处理。

[0015] 作为用于有效地获得上述作用效果具体手段，可以考虑在加热工序中设置使加热线圈的输出阶段性增加的输出增加步骤、以及使加热线圈的输出阶段性减少的输出减少步骤。并且，在这种情况下，优选使输出增加步骤中的加热线圈的输出增加方式与输出减少步骤中的加热线圈的输出减少方式相互不同。其原因在于，应加热的工件的导电率、磁性随着温度上升而变化，即，环状构件的温度上升方式根据加热工序的进行程度而变化。需要说明的是，“使输出增加步骤中的加热线圈的输出增加方式与输出减少步骤中的加热线圈的输出减少方式相互不同”是指，在使两个步骤中的加热线圈的输出波形的任一方反转而与另一方重叠时，两个输出波形不一致(例如参照图3)。

[0016] 本发明的热处理方法还能够进一步具有对感应加热至目标温度后的环状构件进行冷却的冷却工序。由此，能够适当地对环状构件进行淬火硬化。

[0017] 本发明的热处理方法尤其优选用于环状构件由含碳量为0.8质量％以上的钢构成的情况。

[0018] 发明效果

[0019] 如上，根据本发明，能够高效并且在尽量不产生不良品的情况下适当地实施对于钢构成环状构件的淬火硬化处理。由此，能够有助于滚动轴承的滚道圈等由钢构成的环状构件的制造成本降低。

附图说明

[0020] 图1是示出实施本发明的热处理方法时使用的热处理设备的初始状态的简图。

[0021] 图2是淬火硬化处理所包括的工序的流程图。

[0022] 图3是用于说明加热工序中使用的加热线圈的输出变化方式的图。

[0023] 图4是示出图1所示的热处理设备的使用中的状态的简图。

[0024] 图5是示出现有方法与本发明的方法的比较验证结果的图。

具体实施方式

[0025] 以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

[0026] 图1是示出实施本发明的环状构件的热处理方法时使用的热处理设备的初始状态的简图。该图所示的热处理设备1是用于对由钢构成的环状构件的一例即滚动轴承的外圈R进行淬火硬化的热处理设备，依次对外圈R进行图2所示的加热工序S1、搬运工序S2以及冷却工序S3。热处理设备1主要具备在加热工序S1中使用的加热线圈2以及保持部3、在搬运工序S2中使用的搬运机构5、以及在冷却工序S3中使用的冷却部4，加热线圈2与保持部3同轴地配置。

[0027] 保持部3能够同轴地保持多个外圈R(保持为外圈R以各自的中心轴一致的方式沿轴向排列的状态)，本实施方式的保持部3将多个外圈R保持为以各自的中心轴一致的方式沿垂直方向层叠的状态。在图1所示的热处理设备1的初始状态下，保持部3(以及被同轴地保持于该保持部3的多个外圈R)配置在比加热线圈2靠下方规定尺寸的位置。保持部3能够相对于加热线圈2在轴向上相对移动。在本实施方式中，保持部3与未图示的驱动机构连接，保持部3接受驱动机构的输出而被间隔进给(间歇地连续进给)。保持部3的每个间隔的进给量例如设定为与要加热的外圈R的轴向尺寸相同的尺寸。

[0028] 加热线圈2能够将要加热的外圈R从其径向外侧包围。加热线圈2的轴向尺寸设为比要加热的外圈R更长，在此，使用能够在内周配置四个外圈R(能够同时对四个外圈R进行加热)的加热线圈2。加热线圈2与高频电源6电连接。

[0029] 如图3所示那样，加热线圈2的输出(从高频电源6向加热线圈2供给的电量)构成为根据加热工序S1的进行程度而变化。更详细而言，考虑存在于加热线圈2的对置区域(内周)中的外圈R的个数(在此，根据存在于加热线圈2的对置区域中的外圈R的个数)而改变加热线圈2的输出。需要说明的是，存在于加热线圈2的对置区域中的外圈R的个数例如能够根据保持部3相对于加热线圈2的轴向相对位置而掌握。在加热工序S1中，依次实施使加热线圈2的输出阶段性增加的输出增加步骤S1a、将加热线圈2的输出维持为恒定值的中间步骤S1b、以及使加热线圈2的输出阶段性减少的输出减少步骤S1c。

[0030] 在使用内周能够收容同轴地保持的四个外圈R的加热线圈2的本实施方式中，中间步骤S1b是在四个的外圈R存在于加热线圈2的对置区域中的期间持续实施的步骤。并且，若将实施中间步骤S1b过程中的加热线圈2的输出设为100％，则本实施方式的输出增加步骤S1a以如下方式实施：在加热工序S1开始之后(使利用保持部3同轴地保持的多个外圈R的上升移动开始之后)，每当存在于加热线圈2的对置区域(内周)中的外圈R的个数增加一个时，加热线圈2的输出以55％→60％→75％的顺序增高。另一方面，输出减少步骤S1c是在加热工序S1即将结束时实施的步骤，在本实施方式中以如下方式实施：每当存在于加热线圈2的对置区域的外圈R的个数减少一个时，加热线圈2的输出以70％→60％→50％的顺序降低。需要说明的是，加热线圈2的输出变化方式不限定于上述方式。即，加热线圈2的输出变化方式能够根据应加热的环状构件的形状、大小而适当地设定。

[0031] 冷却部4由贮存有保持为适当温度的冷却液(例如淬火油)42的冷却液槽41构成。搬运机构5承担向冷却液槽41搬运在加热工序S1中被感应加热至目标温度后的外圈R的作用。

[0032] 以下，对使用上述的热处理设备1实施的环状构件R的淬火硬化处理的顺序进行说明。

[0033] 在实施淬火硬化处理之前，实施环状构件制作工序，制作作为环状构件的外圈R。具体地说，准备例如含碳量为0.8质量％以上的钢材(在此，采用分类为JIS G4805中规定的轴承钢中的SUJ2)，通过对该钢材进行锻造等塑性加工、车削、研磨等机械加工而制作全体形成为环状的规定形状的外圈R。作为含碳量为0.8质量％以上的钢，除了SUJ2以外，还能够列举出与SUJ2同样分类为轴承钢的SUJ3、分类为JIS G4404中规定的工具钢的SKD11、SKD12、SKD3、SKD31等。

[0034] 接下来，使用上述的热处理设备1实施淬火硬化处理。如图2所示那样，淬火硬化处理包括：将通过环状构件制作工序制作的外圈R感应加热至目标温度的加热工序S1；将加热至目标温度后的外圈R向冷却部4(冷却液槽41)搬运的搬运工序S2；以及对外圈R进行冷却并淬火硬化的冷却工序S3。

[0035] (A)加热工序S1

[0036] 在该加热工序S1中，将通过保持部3同轴地保持的多个外圈R依次加热至目标温度(在此是超过A1相变点的温度区域)。即，在该加热工序S1中，首先，向保持部3上以中心轴一致的方式沿垂直方向层叠多个外圈R。外圈R的轴向尺寸比径向尺寸小。因此，若如本实施方式这样沿垂直方向层叠外圈R，则具有实施加热工序S1过程中的外圈R的姿态稳定的优点。省略详细图示，向保持部3上层叠多个外圈R的操作也可以自动地实施。

[0037] 在利用保持部3同轴地保持多个外圈R之后，未图示的驱动机构工作，连续地对保持部3施加朝向垂直方向上方的进给力。伴随于此，由保持部3同轴地保持的多个外圈R依次(一个一个)进入加热线圈2的对置区域。此时，从高频电源6向加热线圈2供给电力，以使得加热线圈2的输出以图3所示的方式变化。然后，各外圈R在通过加热线圈2的对置区域的期间通过感应加热被加热至目标温度(超过A1相变点的温度区域)。

[0038] (B)搬运工序S2

[0039] 在该搬运工序S2中，如图4所示那样，通过搬运机构5向冷却部4(冷却液槽41)依次搬运加热至目标温度后的外圈R。

[0040] (C)冷却工序S3

[0041] 在该冷却工序S3中，通过搬运机构5向冷却液槽41搬运的外圈R浸渍于贮存在冷却液槽41内的冷却液42中，由此从A1相变点以上的温度区域冷却至Ms点以下的温度区域，被淬火硬化。

[0042] 通过以上步骤，使用热处理设备1进行的外圈R的淬火硬化处理结束。之后，对淬火硬化处理结束后的外圈R进行退火处理、各种精加工处理等规定处理，形成完成品。

[0043] 如以上说明那样，在本发明中，一边使通过保持部3同轴地保持的多个外圈R通过比外圈R更长的加热线圈2的对置区域一边对加热线圈2通电，由此在将多个外圈R依次感应加热至目标温度的加热工序S1中，考虑存在于加热线圈2的对置区域中的外圈R的个数(根据个数)而改变加热线圈2的输出。若这样做，在外圈R仅存在于加热线圈2的对置区域的局部的加热工序S1刚刚开始之后以及即将结束的阶段，也能够使产生于各个外圈R的感应电流量最佳，因此，能够有效地防止外圈R被加热为超过目标温度或相反地产生加热不足的外圈R。另外，若这样做，与以达到恒定输出的方式对加热线圈2通电的情况相比，能够减少消耗电量，故而能够减少热处理所需的成本。另一方面，加热工序S1能够通过所谓的连续加热来实施。因此，能够采用连续加热法而获得的作用效果具体地说是，能够有效地获得能将各外圈R均热加热、能高效地进行加热处理等作用效果。因此，根据本发明，能够高效并且在尽量不产生不良品的情况下适当地实施对于滚动轴承的外圈R等由钢构成的环状构件的淬火硬化处理。

[0044] 特别是在本实施方式中，在加热工序S1的初期阶段设置使加热线圈2的输出阶段性增加的输出增加步骤S1a，并且在加热工序S1的结束期间设置使加热线圈2的输出阶段性减少的输出减少步骤S1c，使输出增加步骤S1a中的加热线圈2的输出增加方式与输出减少步骤S1c中的加热线圈2的输出减少方式相互不同。即，如图3所示那样，在将两个步骤S1a、S1c中的加热线圈2的输出波形的任一方反转而与另一方重叠时，两个输出波形不一致。这样设定的原因是，要感应加热工件的导电率、磁性伴随着温度上升而变化。总之，即便存在于加热线圈2的对置区域中的外圈R的个数相同，在配置于相对靠近加热开始侧的位置的外圈R与配置在相对靠近加热结束侧的位置的外圈R中，温度上升方式存在不同。因此，若预先如上述那样设定，能够将供给至加热工序S1的全部外圈R加热至目标温度。

[0045] 在此，对SUJ2那样含0.8质量％以上的碳的钢材进行的加热处理以如下方式进行：通常，将约0.6质量％的碳溶于奥氏体中，其余部分作为碳化物而残留。其原因在于，即便溶入0.6质量％以上的碳，马氏体的硬度的变化也较小，此外，溶入过度的碳也会成为残留奥氏体的原因，即成为引发硬度降低、经年老化的原因。另外，原因在于，通过使碳化物残留，有助于加热中的奥氏体结晶粒生长的抑制、工件的耐磨损性提高。并且，碳向钢材中溶入的溶入量取决于工件的加热温度以及加热时间，本发明所采用的加热方法能够根据加热线圈
2的输出来调整加热温度，另外，能够根据外圈R(保持部3)相对于加热线圈2的相对移动速度来调整加热时间。因此，本发明的热处理方法尤其适合用作针对由SUJ2制成的外圈R的热处理方法。

[0046] 以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明的实施方式不限于此。

[0047] 例如，在以上说明的实施方式中，将输出增加步骤S1a中的加热线圈2的输出变化的次数与输出减少步骤S1c中的加热线圈2的输出变化的次数设为相同数目(均设为三次)，但两个步骤S1a、S1c中的加热线圈2的输出变化的次数不必一定设定为相同的数目，也可以相互不同。

[0048] 另外，在以上说明的实施方式中，将同轴地保持的多个外圈R依次感应加热至目标温度，并且将感应加热至目标温度后的外圈R依次送入搬运工序S2进而送入冷却工序S3，但也可以对感应加热至目标温度的多个外圈R集中实施搬运工序S2以及冷却工序S3。

[0049] 另外，在以上说明的实施方式中，将加热部2与保持部3(由保持部3同轴地保持的多个外圈R)的相对移动方向设为垂直方向，但也能够在使加热部2与保持部3沿水平方向相对移动时应用本发明。另外，在以上说明的实施方式中，对保持部3进行间隔进给(间歇地连续进给)，但在顺畅地对保持部3进行连续进给的情况下，也优选应用本发明。

[0050] 另外，以上，在对由含碳量为0.8质量％以上的钢构成的环状构件即外圈R实施热处理时应用本发明，但本发明在对由含碳量小于0.8质量％的钢(例如，分类为JIS G4051中规定的机械构造用碳钢的S45C、S53C)构成的环状构件实施热处理时也优选应用。

[0051] 另外，本发明的热处理方法不仅在对滚动轴承的外圈实施热处理时优选应用，例如，在对滚动轴承的内圈、滑动轴承、构成等速万向节的外侧接头构件、内侧接头构件、组装于滚动轴承、等速万向节的保持架等其他环状构件实施热处理时也优选应用。

[0052] 为了证实本发明的有用性，在使用现有方法对多个环状构件进行感应加热的情况与使用本发明的方法对多个环状构件进行感应加热的情况下，对多个环状构件的加热方式中是否产生差异进行比较验证。在此所说的现有法是指如下方法，即，使同轴地保持的多个环状构件与比环状构件更长并且被供给了恒定电力的加热线圈在轴向上相对移动，从而将多个环状构件依次感应加热至目标温度的方法，本发明的方法是使用图1等所示的热处理设备1实施的方法。需要说明的是，在该比较试验中，目标是将同轴地保持的20个SUJ2制的外圈依次感应加热至850～900℃的温度范围。然后，在感应加热结束后分别测量同轴地保持的20个外圈中的、配置于加热开始侧的5个外圈的温度、配置于中央部附近的5个外圈的温度、以及配置于加热结束侧的5个外圈的温度。将测定结果示于图5。

[0053] 根据图5显而易见，在现有方法(比较例)中，除了配置于中央部附近的外圈之外均未被加热至目标温度，配置于加热开始侧的外圈以及配置于加热结束侧的外圈全部被加热为超过目标温度。与此相对，在本发明的方法(实施例)中，配置于加热开始侧、中央部附近以及加热结束侧的外圈均被加热至目标温度的范围内。因此，证实了本发明的有用性。

[0054] 附图标记：

[0055] 1    热处理设备

[0056] 2    加热线圈

[0057] 3    保持部

[0058] 4    冷却部

[0059] 6    高频电源

[0060] R    外圈(由钢构成的环状构件)

[0061] S1   加热工序

[0062] S1a  输出增加步骤

[0063] S1b  中间步骤

[0064] S1c  输出减少步骤

[0065] S3   冷却工序