熱處理方法以及機(jī)械部件的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種熱處理方法以及機(jī)械部件的制造方法，更特定地是涉及對由鋼組 成的被處理物進(jìn)行淬火硬化的熱處理方法、以及使用該熱處理方法的機(jī)械部件的制造方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對由鋼組成的被處理物進(jìn)行的高頻熱處理、激光熱處理、電子束熱處理、火焰熱處 理等高能量熱處理，由于是直接對被處理物質(zhì)進(jìn)行加熱的熱處理，所以與通過氣氛對被處 理物進(jìn)行加熱的氣氛加熱爐的熱處理相比，具有能達(dá)到更高能量效率等優(yōu)點(diǎn)。例如，高頻熱 處理與通過氣氛加熱爐的熱處理相比，作業(yè)環(huán)境更清潔，且可以對少量批次的制品進(jìn)行短 時間高效處理。一般而言，鋼的高頻淬火中，通過改變相對于時間經(jīng)過的功率變化（功率模 式）以對試驗(yàn)片進(jìn)行熱處理，確認(rèn)熱處理后的試驗(yàn)片的品質(zhì)，通過重復(fù)上述工序，從而不斷 摸索地對功率模式（加熱條件）進(jìn)行設(shè)定。此時，對應(yīng)于被處理物的種類（材質(zhì)、形狀），需 要每一次都對熱處理?xiàng)l件的功率模式進(jìn)行設(shè)定。因此，會產(chǎn)生決定熱處理?xiàng)l件時步驟繁瑣 的問題。
[0003] 此外，由于包括高頻熱處理的高能量熱處理是對被處理物的一部分進(jìn)行加熱的部 分加熱，因此在被處理物內(nèi)會產(chǎn)生溫度不均。因此，在對被處理物整體進(jìn)行整體淬火等的熱 處理時，有可能會發(fā)生被處理物內(nèi)的品質(zhì)不均。特別是對于厚度大的被處理物，有時會產(chǎn)生 如下問題：溫度不均容易變大，根據(jù)被處理物的部位不同會無法達(dá)到期望品質(zhì)。
[0004] 由此，在使用高能量熱處理對被處理物整體進(jìn)行熱處理，例如對被處理物整體進(jìn) 行淬火的情況下，存在決定熱處理?xiàng)l件過程繁瑣的問題，以及存在發(fā)生熱處理品質(zhì)不均的 問題。
[0005] 對此，有方法提出通過自動地決定熱處理?xiàng)l件以減少條件決定的繁瑣過程，并且 抑制熱處理品質(zhì)不均（例如，參照日本專利特開2006-152430號公報（專利文獻(xiàn)1))。專利 文獻(xiàn)1所揭示的方法中，對高頻加熱中溫度易于上升的被處理物的區(qū)域、和難以上升的區(qū) 域同時進(jìn)行測溫，并從其測溫數(shù)據(jù)實(shí)時地對兩個區(qū)域是否達(dá)到規(guī)定熱處理品質(zhì)進(jìn)行判定， 以使被處理材料整體的熱處理品質(zhì)都處于預(yù)定水準(zhǔn)。此外，專利文獻(xiàn)1所揭示的方法中，通 過下式（A)的預(yù)測對被處理材料整體是否達(dá)到預(yù)定的熱處理品質(zhì)進(jìn)行判斷。
[0006] 5C / (3t)=D52C / (<9x2) ? ? ? (A) D :擴(kuò)散常熟，C :碳濃度（質(zhì)量％ )，t :時間（秒），x :距離 D = D〇exp ( - Q/RT) %:擴(kuò)散系數(shù)的熵項(xiàng)，Q :活化能，R :氣體常數(shù)，T :絕對溫度（K) 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利特開2006-152430號公報

【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0008] 使用所述式（A)的鋼中固溶碳含量分布的計(jì)算中需要計(jì)算模型。專利文獻(xiàn)1所采 用的計(jì)算模型是碳從2種碳化物向基體固溶的同時擴(kuò)散的簡單的模型。此模型中對加熱中 的碳的固溶行為進(jìn)行近似的計(jì)算。但是，在機(jī)械部件的制造工序等中采用此熱處理方法時， 為了能夠?qū)Ρ惶幚砦锏臒崽幚砥焚|(zhì)進(jìn)行更高精度的預(yù)測，優(yōu)選改良熱處理方法。
[0009] 本發(fā)明是為了解決所述問題而完成的，其目的在于提供一種熱處理方法以及使用 此熱處理方法的機(jī)械部件的制造方法，該熱處理方法通過提高熱處理品質(zhì)的預(yù)測精度，從 而在由鋼組成的被處理物的淬火硬化處理中，能夠更可靠地賦予該被處理物所期望的熱處 理品質(zhì)。 解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0010] 按照本發(fā)明的熱處理方法是對由鋼組成的被處理物的表層進(jìn)行加熱并進(jìn)行淬火 硬化的高能量熱處理方法。此熱處理方法具有：測定高溫部溫度的工序，該高溫部溫度是被 處理物中溫度上升最大的部分的溫度；測定低溫部溫度的工序，該低溫部溫度是被處理物 中溫度上升最小的部分的溫度；調(diào)節(jié)被處理物溫度的工序；以及決定被處理物淬火時機(jī)的 工序。
[0011] 調(diào)節(jié)被處理物溫度的工序包含：通過高能量加熱對被處理物進(jìn)行加熱的工序；以 及基于高溫部溫度來控制加熱的工序，該加熱是通過施加于被處理物的高能量加熱進(jìn)行 的。決定被處理物的淬火時機(jī)的工序中，基于高溫部溫度以及低溫部溫度來決定淬火時機(jī)， 以使得對于被處理物整體，構(gòu)成被處理物的鋼在TTA線圖上滿足預(yù)定的碳的固溶狀態(tài)。此 外，所述TTA線圖通過計(jì)算式被導(dǎo)出，該計(jì)算式是對預(yù)先實(shí)施的調(diào)查所述鋼中的碳的固溶 狀態(tài)與鋼的加熱溫度以及加熱時間之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析而得到的。
[0012] 本發(fā)明的熱處理中，調(diào)整被處理物溫度的工序中，基于高溫部溫度對加熱進(jìn)行控 制，該加熱是通過施加于被處理物的高能量加熱進(jìn)行的。由此，被處理物的一部分被加熱至 所需溫度以上的高溫，以抑制晶粒的粗大等不良問題的產(chǎn)生。此外，本發(fā)明的熱處理中，決 定被處理物的淬火時機(jī)的工序中，基于高溫部溫度以及低溫部溫度兩者來決定淬火時機(jī)， 以使得對于被處理物整體，構(gòu)成被處理物的鋼在TTA線圖上滿足預(yù)定的碳的固溶狀態(tài)。因 此，被處理物整體能達(dá)到所期望的熱處理品質(zhì)。此外，此TTA線圖通過計(jì)算式被導(dǎo)出，該計(jì) 算式是對預(yù)先實(shí)施的調(diào)查與構(gòu)成被處理物的鋼相同種類鋼中的碳的固溶狀態(tài)與鋼的加熱 溫度以及加熱時間之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析而得到的。由此，與基于單純的計(jì) 算模型對鋼中的固溶碳含量分布進(jìn)行近似計(jì)算的現(xiàn)有方法相比，能夠進(jìn)行高精度的材質(zhì)預(yù) 測。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的熱處理方法，通過提高熱處理品質(zhì)的預(yù)測精度，從而在由鋼組 成的被處理物的淬火硬化處理中，能夠更可靠地賦予該被處理物所期望的熱處理品質(zhì)。
[0013] 此外，本申請中"高能量加熱"是指包含高頻加熱、激光加熱、電子束加熱、火焰加 熱等的加熱，意味著不是通過被加熱的氣氛對被處理物進(jìn)行加熱，而是對被處理物的一部 分進(jìn)行直接加熱。
[0014] 所述熱處理方法中，所述計(jì)算式也可將以下式（1)作為回歸式得到。
[0015] M = M0exp ( - ktn) ? ? ? (1) 此處，k = Afxp ( - E/RT)，M :碳化物的面積率（％ )，M。:熱處理前的碳化物的面積率 (% )，t :加熱時間（秒），A。、E :由材料決定的常數(shù)，R :氣體常數(shù)，T :溫度（K) 鋼中的碳化物的面積率反映鋼中碳的固溶狀態(tài)。因此，碳化物的面積率能用于更高精 度地預(yù)測鋼中碳的固溶狀態(tài)。因此，通過對與被處理物相同種類的鋼進(jìn)行實(shí)際的熱處理，并 由實(shí)驗(yàn)調(diào)查切斷此鋼的截面上的碳化物（主要是作為滲碳體的鐵的碳化物）的面積率，并 對于其結(jié)果將所述式（1)作為回歸式進(jìn)行回歸分析，從得到的計(jì)算式導(dǎo)出TTA線圖，從而能 進(jìn)一步可靠地賦予被處理物所期望的熱處理品質(zhì)。
[0016] 所述熱處理方法中，所述低溫部溫度也可為被處理物中與保持被處理物的保持構(gòu) 件接觸的部分的溫度。
[0017] 與保持構(gòu)件接觸的被處理物的區(qū)域具有向保持構(gòu)件進(jìn)行熱傳導(dǎo)而導(dǎo)致的溫度降 低的傾向。因此，將該部分的溫度作為所述低溫部溫度在大部分情況下是合適的。
[0018] 所述熱處理方法中，所述被處理物在淬火實(shí)施為止的期間中也可被保持在惰性氣 體中。由此，抑制在被處理物形成氧化膜，被處理物的外觀能夠保持為良好的狀態(tài)。
[0019] 所述熱處理方法中，所述高能量加熱也可為高頻加熱。高頻加熱能夠比較容易地 控制由鋼組成的被處理物的加熱狀態(tài)。因此，高頻加熱適合作為本發(fā)明中所采用的高能量 加熱。
[0020] 所述熱處理方法中優(yōu)選地，決定被處理物的淬火時機(jī)的工序中，被處理物的淬火 時機(jī)被決定為，在超過由與升溫速度的關(guān)系決定的加熱相變