JP5391866B2 - Jig, and heat treatment method for cylindrical member - Google Patents
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Description
本発明は、円筒状部材に熱処理を施すときに当該円筒状部材を拘束する治具、及び当該治具を用いた円筒状部材の熱処理方法に関する。 The present invention relates to a jig for restraining a cylindrical member when the cylindrical member is heat-treated, and a heat treatment method for the cylindrical member using the jig.
一般的に、鉄鋼材料からなる円筒状部材に熱処理を施す場合、円筒状部材は温度変化に伴い膨張・収縮するが、円筒状部材全体が均一に膨張・収縮せず、これにより熱処理後の円筒状部材の真円度、特に端部(開口部)の真円度が低下しやすい。 In general, when heat treatment is performed on a cylindrical member made of a steel material, the cylindrical member expands / contracts as the temperature changes, but the entire cylindrical member does not expand / contract uniformly. The roundness of the shaped member, in particular, the roundness of the end (opening) is likely to decrease.
従来、円筒状部材に熱処理を施す場合に、円筒状部材の真円度が低下することを抑制する技術は公知であり、例えば特許文献1及び特許文献2に記載されている。
Conventionally, a technique for suppressing a decrease in roundness of a cylindrical member when heat treatment is performed on the cylindrical member is known, and is described in, for example,
特許文献1に記載の拘束焼入れ装置は、治具で円筒状部材を拘束した状態にして、拘束した円筒状部材に対して熱処理(焼入れ)を施す。詳細には、治具の内側には円筒状部材の形状に一致した先端位置を持つ複数の凸部が形成されており、各凸部で円筒状部材を拘束した状態(各凸部が円筒状部材に軽く接触するか、僅かの隙間を持って対向する状態)にして、焼入れを施す。そして、円筒状部材は焼入れ開始時には大きな拘束力を加えられないが、その後、変形をしようとするときに各凸部から拘束力(抗力)を加えられて、変形を抑制される。このように、焼入れ時における筒状部材の変形を抑制することにより、円筒状部材の真円度の低下を抑制することが可能である。
The restraint quenching apparatus described in
また、特許文献2に記載の焼入れ変形矯正方法は、焼入れ時における円筒状部材の組織がオーステナイト状態のうちに、円筒状部材を治具で拘束して変形させる。詳細には、円筒状部材を筒状部材とは若干異なる寸法の治具に圧入して、治具の形状に沿う形状(真円形状)に変形させる。このように、円筒状部材の組織がオーステナイト状態のうちに、円筒状部材の形状を真円形状に矯正することにより、円筒状部材の真円度の低下を抑制することが可能である。 In addition, the quenching deformation correction method described in Patent Document 2 restrains and deforms the cylindrical member with a jig while the structure of the cylindrical member at the time of quenching is in the austenite state. Specifically, the cylindrical member is press-fitted into a jig having a size slightly different from that of the cylindrical member, and is deformed into a shape (perfect circle shape) along the shape of the jig. In this way, it is possible to suppress a decrease in the roundness of the cylindrical member by correcting the shape of the cylindrical member into a perfect circle while the structure of the cylindrical member is in the austenite state.
ここで、外力を受けると塑性変形しやすいような比較的肉厚の薄い円筒状部材に熱処理を施すこととし、熱処理時に円筒状部材の端部を上記特許文献1に記載の治具又は特許文献2に記載の治具で拘束したとする。
熱処理を開始すると、円筒状部材が温度変化に伴って膨張・収縮する。
しかし、円筒状部材を拘束する上記治具が、膨張・収縮する円筒状部材の大きさに応じた大きさとならなければ、円筒状部材の真円度の低下を招くという問題が生じうる。
具体的には、上記特許文献1に記載の治具又は特許文献2に記載の治具で円筒状部材100の端部の外径を拘束した場合について、円筒状部材100が膨張する際、円筒状部材100が均一に膨張したときであっても、円筒状部材100に対して上記治具が膨張しなければ、円筒状部材100が上記治具から径方向内方に抗力を受けうる。その結果、円筒状部材100の外周部における一カ所又は数カ所が内側に向けて塑性変形して、真円度の低下を招きうる(図10参照)。
また、上記特許文献2に記載の治具で円筒状部材110の端部の内径を拘束した場合について、円筒状部材110が収縮する際、円筒状部材110が均一に収縮したときであっても、円筒状部材110に対して上記治具が収縮しなければ、円筒状部材110が上記治具から径方向外方に抗力を受ける。その結果、円筒状部材110の端部が外側に向けてラッパ状に(端部側へいくにつれて拡径する形状に)塑性変形して、端部において径が所望の寸法を外れる(図11(a)及び図11(b)参照)。
Here, heat treatment is performed on a relatively thin cylindrical member that easily undergoes plastic deformation when subjected to an external force, and the end of the cylindrical member is subjected to the jig described in
When the heat treatment is started, the cylindrical member expands and contracts as the temperature changes.
However, if the jig for restraining the cylindrical member does not have a size corresponding to the size of the cylindrical member that expands and contracts, there may arise a problem that the roundness of the cylindrical member is reduced.
Specifically, when the outer diameter of the end of the
Further, in the case where the inner diameter of the end portion of the
本発明は、円筒状部材に熱処理を施すときに、円筒状部材の真円度の低下を抑制することが可能な治具、及び当該治具を用いた円筒状部材の熱処理方法を提供する。 This invention provides the jig | tool which can suppress the fall of the roundness of a cylindrical member when heat-processing to a cylindrical member, and the heat processing method of a cylindrical member using the said jig | tool.
請求項1に記載の治具は、円筒状部材を加熱し、さらにその後冷却することにより前記円筒状部材に熱処理を施す際に、前記円筒状部材の端部を拘束する治具であって、円環状に形成され、常温時の内径が常温時の前記円筒状部材の外径と一致し、かつ、熱膨張率がマルテンサイト相からなる前記円筒状部材の熱膨張率よりも大きい外側拘束部を備える。
The jig according to
請求項2に記載の治具は、円環状に形成され、前記冷却時の温度が前記円筒状部材のマルテンサイト変態開始点に到達したときの外径が、前記マルテンサイト変態開始点のときの前記円筒状部材の内径と一致し、前記外側拘束部内であって、外周面が前記外側拘束部の内周面と同心となる位置に配置され、かつ、熱膨張率がオーステナイト相からなる前記円筒状部材の熱膨張率よりも小さい内側拘束部を備える。 The jig according to claim 2 is formed in an annular shape, and the outer diameter when the cooling temperature reaches the martensitic transformation start point of the cylindrical member is the martensitic transformation start point. The cylinder, which coincides with the inner diameter of the cylindrical member, is located in the outer restraint portion, and whose outer peripheral surface is concentric with the inner peripheral surface of the outer restraint portion, and whose thermal expansion coefficient is an austenite phase. An inner restraint portion smaller than the thermal expansion coefficient of the member is provided.
請求項3に記載の治具は、前記外側拘束部の軸方向に貫通する空所が形成される。 According to a third aspect of the present invention, there is formed a space that penetrates in the axial direction of the outer restraint portion.
請求項4に記載の円筒状部材の熱処理方法は、円筒状部材を加熱し、さらにその後冷却することにより前記円筒状部材に熱処理を施す筒状部材の熱処理方法であって、前記円筒状部材を加熱する前に、円環状に形成され、常温時の内径が常温時の前記円筒状部材の外径と一致し、かつ、熱膨張率がマルテンサイト相からなる前記円筒状部材の熱膨張率よりも大きい外側拘束部を備える治具の前記外側拘束部内に、前記円筒状部材の端部を予め挿入して、前記治具の外側拘束部内に端部を挿入した状態の前記円筒状部材を、単一の熱処理炉内で加熱して、その後冷却する。 The cylindrical member heat treatment method according to claim 4 is a cylindrical member heat treatment method in which the cylindrical member is heat-treated by heating the cylindrical member and then cooling the cylindrical member, Before heating, it is formed in an annular shape, the inside diameter at room temperature matches the outside diameter of the cylindrical member at room temperature, and the coefficient of thermal expansion is from the coefficient of thermal expansion of the cylindrical member made of a martensite phase. The cylindrical member in a state where the end portion of the cylindrical member is inserted in advance into the outer restraint portion of the jig having a larger outer restraint portion, and the end portion is inserted into the outer restraint portion of the jig, Heat in a single heat treatment furnace and then cool.
請求項5に記載の円筒状部材の熱処理方法は、前記円筒状部材を加熱する前に、前記円筒状部材の端部の内部に、円環状に形成され、前記冷却時の温度が前記円筒状部材のマルテンサイト変態開始点に到達したときの外径が、前記マルテンサイト変態開始点のときの前記円筒状部材の内径と一致し、前記外側拘束部内であって、外周面が前記外側拘束部の内周面と同心となる位置に配置され、かつ、熱膨張率がオーステナイト相からなる前記円筒状部材の熱膨張率よりも小さい内側拘束部を備える前記治具の前記内側拘束部を、予め挿入して、前記治具の外側拘束部内に端部を挿入し、さらに前記内側拘束部を端部の内部に挿入した状態の前記円筒状部材を、単一の熱処理炉内で加熱して、その後冷却する。 The heat treatment method for a cylindrical member according to claim 5 is formed in an annular shape inside an end portion of the cylindrical member before heating the cylindrical member, and the temperature during cooling is the cylindrical shape. The outer diameter of the member when it reaches the martensitic transformation start point coincides with the inner diameter of the cylindrical member at the martensitic transformation start point, and is within the outer restraint portion, and the outer peripheral surface is the outer restraint portion. The inner restraint portion of the jig provided in advance with an inner restraint portion disposed at a position concentric with the inner peripheral surface of the cylindrical member and having a thermal expansion coefficient smaller than that of the cylindrical member made of an austenite phase. Insert, insert the end into the outer restraint portion of the jig, and further heat the cylindrical member in a state where the inner restraint portion is inserted into the end portion in a single heat treatment furnace, Then cool down.
請求項6に記載の治具は、円筒状部材を加熱し、さらにその後冷却することにより前記円筒状部材に熱処理を施す際に、前記円筒状部材の端部を拘束する治具であって、円環状に形成され、前記冷却時の温度が前記円筒状部材のマルテンサイト変態開始点に到達したときの外径が、前記マルテンサイト変態開始点のときの前記円筒状部材の内径と一致し、かつ、熱膨張率がオーステナイト相からなる前記円筒状部材の熱膨張率よりも小さい内側拘束部を備える。 The jig according to claim 6 is a jig for restraining an end portion of the cylindrical member when the cylindrical member is subjected to heat treatment by heating and then cooling the cylindrical member, Formed in an annular shape, the outer diameter when the temperature at the time of cooling reaches the martensitic transformation start point of the cylindrical member matches the inner diameter of the cylindrical member at the martensitic transformation start point, And it has an inner side restraint part whose thermal expansion coefficient is smaller than the thermal expansion coefficient of the said cylindrical member which consists of an austenite phase .
本発明によれば、円筒状部材に熱処理を施すときに、円筒状部材の真円度の低下を抑制することが可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when performing heat processing to a cylindrical member, it is possible to suppress the fall of the roundness of a cylindrical member.
以下に、本発明に係る治具の実施の一形態である治具10について、図面を参照して説明する。
Below, the jig |
図1に示すように、治具10は、鉄鋼材料からなる薄肉パイプ1(円筒状部材)に熱処理を施す際、相変態時に生じる歪み等により不均一に膨張・収縮しやすい部分であるパイプ1の端部を拘束し、パイプ1の真円度の低下を抑制するものである。
As shown in FIG. 1, the
パイプ1は、両端が開口する円筒形状の部材であり、比較的薄肉の部材であり、外力をうけると塑性変形しやすい。
パイプ1は、マルエージング鋼(Ni:17〜19%、Co:7〜13%、Mo:3.5〜4.5%、Ti:0.3〜1%、Al:0.05〜0.15%、C:0.03%以下)などの鉄鋼材料からなり、加工されてCVTベルト(ベルト式CVTの動力伝達要素の一つを構成する無端金属ベルト)になる。
The
図2に示すように、パイプ1は、帯鋼1aが所定の長さに切断され(帯鋼切断工程S10、図3(a)参照)、切断された鋼1bが円筒形状に丸められ、さらに丸められた状態で溶接され(溶接工程S20、図3(b)参照)、これにより製造される(図3(c)参照)。
このように製造されたパイプ1を加工して、CVTベルトが製造される。詳細には、溶接工程S20終了後、製造されたパイプ1に第一熱処理が施されてパイプ1における溶接部分と他の部分とがほぼ同じ硬さにされる(第一溶体化工程S30)。その後、前記第一熱処理を施されたパイプ1がリング形状に切断され(パイプ切断工程S40、図3(d)参照)、そして、リング形状に切断されたパイプ1に圧延処理が施され(圧延工程S50、図3(e)参照)、さらに第二熱処理が施されて組織が均一にされる(第二溶体化工程S60)。その後、所定の長さになるように周長が調整(圧延)され(周長調整工程S70)、最後に強度を向上するために時効・窒化処理が施される(時効・窒化工程S80)。このような工程を経て、パイプ1からCVTベルトが製造される。
As shown in FIG. 2, in the
The
第一溶体化工程S30(前記第一熱処理)について、図4及び図5を参照して説明する。前記第一熱処理は、以下の(1)〜(7)の順で行われる。なお、図4のラインD1はパイプ1に前記第一熱処理を施したときのパイプ1の温度と外径との関係を示し、図5のラインD2はパイプ1に前記第一熱処理を施したときのパイプ1の温度と内径との関係を示す。また、ラインD1のパイプ1の各温度に対応する外径値、及びラインD2のパイプ1の各温度に対応する内径値は、平均値、つまりパイプ1が温度変化に伴い均一に膨張・収縮したときの値を示す。
(1)熱処理炉(不図示)内にパイプ1がセットされる。このとき、パイプ1は、軸が鉛直になるように、立てて置かれる。また、このとき、パイプ1は常温であり、マルテンサイト相からなる。
(2)図4のラインD1及び図5のラインD2に示すように、この状態からパイプ1の加熱が開始され、パイプ1が昇温していく。そして、パイプ1は、昇温するのに伴い膨張していき、外径及び内径が大きくなっていく。
(3)パイプ1は、所定温度(オーステナイト変態開始点・As)まで昇温すると、マルテンサイト相からオーステナイト相に変態を開始し、昇温しているにもかかわらず、ほとんど膨張しなくなる。
(4)パイプ1がさらに昇温していき、オーステナイト変態終了点(Af)まで昇温すると、オーステナイト相になり、変態を終了する。なお、オーステナイト相のパイプ1は、マルテンサイト相のパイプ1よりも熱膨張率が大きい。
(5)パイプ1は、オーステナイト相への変態終了後、パイプ1の加熱が終了される。なお、この加熱終了時のパイプ1の温度をTとする。
(6)加熱終了後、パイプ1の冷却が開始されて、パイプ1が降温していく。この際、パイプ1は、降温するのに伴い収縮していき、外径及び内径が小さくなっていく。
(7)パイプ1はマルテンサイト変態開始点(Ms)まで降温すると、オーステナイト相からマルテンサイト相に変態を開始し、その後、降温に伴い膨張して外径及び内径が大きくなっていく。なお、マルテンサイト変態開始点の方がオーステナイト変態開始点よりも温度が低くなっている。また、パイプ1の温度がマルテンサイト変態開始点にあるときに、パイプ1が最も収縮し、パイプ1の径が最小になる。
(8)パイプ1がさらに降温していき、マルテンサイト変態終了点(Mf)まで降温すると、マルテンサイト相になり、変態を終了する。
(9)パイプ1はマルテンサイト相に変態した後、降温すると共に収縮していき、常温になるまで冷却される。
The first solution treatment step S30 (the first heat treatment) will be described with reference to FIGS. The first heat treatment is performed in the following order (1) to (7). 4 shows the relationship between the temperature and the outer diameter of the
(1) The
(2) As shown in the line D1 in FIG. 4 and the line D2 in FIG. 5, the heating of the
(3) When the
(4) When the temperature of the
(5) After the
(6) After the heating is finished, the cooling of the
(7) When the temperature of the
(8) When the temperature of the
(9) After the
上記(1)〜(9)に示した前記第一熱処理をパイプ1に施すことにより、パイプ1における溶接部分と他の部分とが同じような組織となり、パイプ1の硬さにバラツキが無くなる。これにより、その後の圧延工程S50にて、パイプ1を引き延ばす際に、硬さのバラツキに起因してパイプ1に破断が生じることを防止でき、さらにパイプ1を均一に引き延ばすことができるようになる。
By applying the first heat treatment shown in the above (1) to (9) to the
治具10は、第一溶体化工程S30にて、パイプ1に上記(1)〜(9)に示す前記第一熱処理を施す際に用いられる。
図6に示すように、治具10は、前記第一熱処理時にパイプ1の端部の外径(外周面)を拘束するものであり、治具10におけるパイプ1の端部を拘束する部分の内径は、パイプ1の端部の外径の大きさに応じた大きさに形成されている。
前記第一熱処理時には、パイプ1のみならず、パイプ1を拘束している治具10自体も膨張・収縮するが、治具10は、熱膨張係数がマルテンサイト相からなるパイプ1よりも大きい物質(例えば、オーステナイト系ステンレス)からなっている。
治具10は、常温から温度Tの間で温度変化しても相変態を起こさない性質を有し、これにより常温から温度Tの間で加熱・冷却されても歪みが発生しにくく、均一に膨張・収縮しやすい性質を有する。
治具10は、リング形状に形成されるフランジ部11、及びフランジ部11の外周縁からフランジ部11に対してほぼ直角(フランジ部11のほぼ軸方向)に立ち上がる円環状の外側拘束部12を有する。
The
As shown in FIG. 6, the
At the time of the first heat treatment, not only the
The
The
外側拘束部12の内径は、上記(1)の加熱前(常温時)におけるパイプ1の外径の大きさを基準に設定される。詳細には、外側拘束部12の内径は、上記(1)の常温時にて、パイプ1の外径と一致する寸法に設定されている。なお、外側拘束部12の内径について、パイプ1の外径と一致するとしたが、パイプ1の外径より僅かに小さい場合も含まれる。また、外側拘束部12の先端部の内周面は外周側に傾斜しており、端部へ向かうにつれて僅かに拡径するテーパー面に形成されている。これにより、上記(1)の常温時に外側拘束部12内(外側拘束部12の内周面で囲まれる空間)にパイプ1の端部(開口部)を円滑に挿入でき、さらにこのときにパイプ1の端部が外側拘束部12から受ける抗力で塑性変形しないように構成されている。このように、外側拘束部12内、つまり外側拘束部12の内周面で囲まれる空間内にパイプ1の端部が挿入されることにより、パイプ1の端部の外周面と外側拘束部12の内周面とが対向した状態になり、パイプ1の端部の外径が外側拘束部12で拘束される。
なお、外側拘束部12内にパイプ1を挿入するときには、パイプ1の先端がフランジ部11に当接して、パイプ1の先端が外側拘束部12を通過することが防止され、パイプ1の端部の外径が外側拘束部12で拘束される状態を保持できるように構成されている。
The inner diameter of the
When the
前記第一熱処理の際には、二つの治具10・10が用いられる。詳細には、上記(1)の常温時にパイプ1の両端部に二つの治具10・10が挿入され、前記両端部の外径が治具10・10の外側拘束部12・12でそれぞれ拘束される。さらに外側拘束部12・12で拘束されたパイプ1が立てた状態に載置され(図1参照)、この状態のパイプ1に対して上記(2)〜(9)に示すような加熱・冷却が施される。
上記(1)〜(9)に示す前記第一熱処理時に、治具10・10は、パイプ1と共に常温から温度Tまで加熱され、その後、温度Tから常温まで冷却される。このときの治具10の温度と外側拘束部12の内径との関係は、図4に示すラインD3となる。前記第一熱処理時、治具10・10は相変態せずに、一定の熱膨張率で膨張・収縮するので、ラインD3に示すように、外側拘束部12の内径は、上記(1)の常温時のときと、上記(9)の常温時のときと、で一致する。
In the first heat treatment, two
At the time of the first heat treatment shown in the above (1) to (9), the
図4に示すように、前記第一熱処理時、パイプ1が全体的に均一に(相似した状態に)膨張・収縮するとき、上記(1)の常温時には、パイプ1の外径と外側拘束部12・12の内径とが略一致するので、パイプ1の外周面と外側拘束部12・12の内周面との間に隙間X1が無いが、それ以外のとき(常温よりも高い温度のとき)には、隙間X1が存在する。つまり、前記第一熱処理時には、治具10・10がパイプ1以上に膨張し、外側拘束部12・12の内径がパイプ1の外径以上の寸法になる。これにより、肉厚が薄くて塑性変形しやすいパイプ1が、外側拘束部12・12から抗力を受けることが防止される。従って、パイプ1の真円度低下を抑制することができる。
なお、隙間X1は、上記(6)〜(9)に示す冷却時においては、上記(9)の常温時に最小になる。
As shown in FIG. 4, during the first heat treatment, when the
The gap X1 is minimized during the cooling shown in the above (6) to (9) at the normal temperature of the above (9).
また、前記第一熱処理時、パイプ1が例えば相変態時に生じる歪みにより不均一に膨張・収縮して、パイプ1の一部分が他の部分に比べて過度に膨張しようとするとき、この過度に膨張しようとする部分が外側拘束部12・12から抗力を受け、膨張を抑制される。これにより、パイプ1の形状が整えられ、パイプ1の真円度低下が抑制される。なお、この過度に膨張する部分は、特に上記(9)の常温時に外側拘束部12・12から抗力を受け、膨張を抑制される。
Further, during the first heat treatment, when the
以下では、治具20について説明する。
Hereinafter, the
治具20は、第一溶体化工程S30にて、パイプ1に上記(1)〜(9)に示す前記第一熱処理を施す際に用いられる。
図7に示すように、治具20は、前記第一熱処理時にパイプ1の両端部に挿入され、パイプ1の端部の内径(内周面)を拘束するものであり、治具20におけるパイプ1の端部を拘束する部分の外径は、パイプ1の端部の内径の大きさに応じた大きさに形成されている。
前記第一熱処理時には、パイプ1のみならず、パイプ1を拘束している治具20自体も膨張・収縮するが、治具20は、熱膨張係数がオーステナイト相からなるパイプ1よりも小さい物質(例えば、チタン合金)からなっている。
治具20は、常温から温度Tの間で温度変化しても相変態を起こさない性質を有し、これにより常温から温度Tの間で加熱・冷却されても歪みが発生しにくく、均一に膨張・収縮しやすい性質を有する。
治具20は、リング形状に形成されるフランジ部21、及びフランジ部21の内周縁からフランジ部21に対してほぼ直角(フランジ部21のほぼ軸方向)に立ち上がる円環状の内側拘束部22を有する。
内側拘束部22の外径は、上記(7)のマルテンサイト変態開始点のときにおけるパイプ1の内径の大きさを基準に設定される。詳細には、内側拘束部22の外径は、上記(7)のマルテンサイト変態開始点にて、均一に膨張・収縮したパイプ1の内径と一致する寸法に設定される。
また、内側拘束部22の外径は、上記(1)の常温時にて、パイプ1の内径より小さい寸法に設定されており、これにより上記(1)の常温時にパイプ1の端部の開口を通じてパイプ1内(パイプ1の内周面で囲まれる空間)に内側拘束部22を挿入可能に構成されている。このように、パイプ1内に内側拘束部22が挿入されることにより、パイプ1の端部の内周面と内側拘束部22の外周面とが対向した状態になり、パイプ1の端部の内径が内側拘束部22で拘束される。なお、内側拘束部22の先端部の外周面は内周側に傾斜しており、端部へ向かうにつれて僅かに縮径するテーパー面に形成されている。これにより、パイプ1内への内側拘束部22の挿入が円滑に行える。
また、パイプ1内に内側拘束部22を挿入するときには、パイプ1の先端がフランジ部21に当接して、治具20がパイプ1内に没入することが防止される。これにより、パイプ1の端部の内部(パイプ1の端部におけるパイプ1の内周面で囲まれる空間)に内側拘束部22が挿入された状態を保持でき、パイプ1の端部の内径が内側拘束部22で拘束された状態を保持できるように構成されている。
The
As shown in FIG. 7, the
During the first heat treatment, not only the
The
The
The outer diameter of the
Further, the outer diameter of the
Further, when the
パイプ1は、その両端部に治具20・20が嵌装された状態で前記第一熱処理が行われ、パイプ1は、上記(1)の常温時に両端部の内径を内側拘束部22・22でそれぞれ拘束される。
上記(1)〜(9)に示す前記第一熱処理時に、治具20・20は、パイプ1と共に常温から温度Tまで加熱され、その後、温度Tから常温まで冷却される。このときの治具10の温度と外側拘束部12の外径との関係は、図5に示すラインD4となる。前記第一熱処理時、治具20・20は相変態せずに、一定の熱膨張率で膨張・収縮するので、ラインD4に示すように、外側拘束部12の外径は、上記(1)の常温時のときと、上記(9)の常温時のときと、で一致する。
The
During the first heat treatment shown in the above (1) to (9), the
図5に示すように、前記第一熱処理時、パイプ1が全体的に均一に膨張・収縮するとき、上記(7)のマルテンサイト変態開始点のときには、パイプ1の内径と外側拘束部12・12の外径とが一致するので、パイプ1の内周面と外側拘束部12・12の外周面との間に隙間X2が無いが、その以外のとき(マルテンサイト変態開始点よりも低い温度、およびマルテンサイト変態開始点よりも高い温度のとき)には、隙間X2が存在する。つまり、前記第一熱処理時には、内側拘束部22・22の外径がパイプ1の内径以下の寸法になる。これにより、パイプ1が、内側拘束部22・22から抗力を受けることが防止される。従って、パイプ1の真円度低下を抑制することができる。
As shown in FIG. 5, at the time of the first heat treatment, when the
また、前記第一熱処理時、パイプ1が不均一に膨張・収縮して、パイプ1の一部分が他の部分に比べて過度に収縮しようとするとき、この過度に収縮しようとする部分が内側拘束部22・22から抗力を受け、収縮を抑制される。これにより、パイプ1の形状が整えられ、パイプ1の真円度低下が抑制される。なお、この過度に収縮しようとする部分は、特に上記(7)のマルテンサイト変態開始点のときに内側拘束部22・22から抗力を受け、収縮を抑制される。
In addition, when the
また、フランジ部11・21をリング形状に形成し、さらに拘束部12・22を円筒形状に形成して、治具10・20には拘束部12・22の軸(拘束部12・22の円筒形状を形成する円筒の軸)を中心にして拘束部12・22の軸方向に貫通する空所が形成されるように構成したので、治具10・20を軽量化できると共に治具10・20の体積を小さくできる。これにより、治具10・20の熱容量を小さくでき、パイプ1を迅速に加熱・冷却できる。
Further, the
なお、治具10の熱膨張係数について、マルテンサイト相からなるパイプ1の熱膨張係数と同じであってもよい。また、治具20の熱膨張係数について、オーステナイト相からなるパイプ1の熱膨張係数と同じであってもよい。
The thermal expansion coefficient of the
以下では、治具30について説明する。
Hereinafter, the
治具30は、治具10のパイプ1の外径を拘束する機能、及び治具20のパイプ1の内径を拘束する機能を含むものである。
図8に示すように、治具30は、治具10、及び治具20aを備える。
治具20aは、治具20の形状を治具10と係合可能な形状に変形したものであり、その余の構成は治具20と同じである。治具20aは、円筒形状に形成され、かつ、内側拘束部22と機能的に同一の内側拘束部22aを有する。そして、前記第一熱処理時の治具20aの温度と内側拘束部22aの内径との関係は、図5に示すラインD4となり、治具20の場合と一致する。
外側拘束部12内に内側拘束部22aが配置されており、外側拘束部12の軸及び内側拘束部22aの軸(内側拘束部22aの円筒形状を形成する円筒の軸)が同軸となる位置に配置されており、外側拘束部12の内周面と内側拘束部22aの外周面とが対向している。
つまり、内側拘束部22aは、外側拘束部12内に配置され、内側拘束部22aの外周面が外側拘束部12の内周面と同心となる位置に配置されている。
このように配置されることにより、外側拘束部12と内側拘束部22aとの間にパイプ1の端部を挿入可能に構成されている。外側拘束部12と内側拘束部22aとの間にパイプ1の端部を挿入すると、パイプ1の端部が外側拘束部12と内側拘束部22aとで挟まれた状態になる。これにより、パイプ1の端部の外周面が外側拘束部12の内周面に対向した状態になり、パイプ1の端部の外径が外側拘束部12で拘束される。同時に、パイプ1の端部の内周面が内側拘束部22aの外周面に対向した状態になり、パイプ1の端部の内径が外側拘束部12で拘束される。このように、治具30を用いて、パイプ1の端部の外径及び内径を同時に拘束できる。
The
As shown in FIG. 8, the
The
The
That is, the
By arrange | positioning in this way, the edge part of the
なお、治具30について、図9(a)又は図9(b)に示すような構成にしてもよい。
図9(a)及び図9(b)に示す治具30は、パイプ1の上端部の外径及び内径を拘束している。
図9(a)に示す外側拘束部12を含む治具10aは、治具10の形状を適宜変形したものである。内側拘束部22aを含む治具20bと、治具20cとは、治具20を二分割して、さらに形状を適宜変形したものである。治具20bと、治具20cとはネジ等で結合されている。そして、治具10aと、治具20b・20cとが係合している。
図9(b)に示す外側拘束部12を含む治具10bと、治具10cとは、治具10を二分割して、さらに形状を適宜変形したものである。治具10bと、治具10cとはネジ等で結合されている。内側拘束部22aを含む治具20dは、治具20の形状を適宜変形したものである。そして、治具10b・10cと、治具20dとが係合している。
The
The
A
The
前記第一熱処理の際、上記(1)の常温時に治具30・30でパイプ1の両端部の外径及び内径がそれぞれ拘束され、拘束されたパイプ1が上記(2)〜(9)に示すように加熱・冷却される。
図4及び図5に示すように、前記第一熱処理時、パイプ1が全体的に均一に膨張・収縮するとき、外側拘束部12・12の内径がパイプ1の外径以上の寸法になる。さらに、内側拘束部22a・22aの外径がパイプ1の内径以下の寸法になる。これにより、パイプ1が、拘束部12・12・22a・22aから抗力を受けることが防止される。従って、パイプ1の真円度低下を抑制することができる。
また、前記第一熱処理時、パイプ1が不均一に膨張・収縮して、パイプ1の一部分が他の部分に比べて過度に膨張しようとするとき、この過度に膨張しようとする部分が特に上記(9)の常温時に外側拘束部12・12から抗力を受け、膨張を抑制される。さらに、パイプ1の一部分が他の部分に比べて過度に収縮しようとするとき、この過度に収縮しようとする部分が特に上記(7)のマルテンサイト変態開始点のときに内側拘束部22a・22aから抗力を受け、収縮を抑制される。これにより、パイプ1の形状が整えられ、パイプ1の真円度低下が抑制される。
During the first heat treatment, the outer diameter and the inner diameter of both ends of the
As shown in FIGS. 4 and 5, during the first heat treatment, when the
Further, when the
なお、前述のように前記第一熱処理の際、治具10・10、治具20・20、又は治具30・30で拘束したパイプ1を加熱・冷却する。本実施形態では、この治具10・10、治具20・20、又は治具30・30でパイプ1の端部を拘束する作業を上記(1)の常温時に行い、つまり上記(2)に示すパイプ1の加熱を開始する前にパイプ1の端部を拘束する作業を予め行う。その後、治具10・10、治具20・20、又は治具30・30で拘束した状態でパイプ1を上記(2)〜(9)に示すように加熱・冷却する。さらにパイプ1の加熱・冷却を単一の熱処理炉内で行い、パイプ1の加熱・冷却の最中には、パイプ1を当該熱処理炉内から出さずに、パイプ1が空気と触れないようにしている。これにより、パイプ1の表面酸化を防止している。
As described above, the
治具10・20・30を用いないでパイプ1に前記第一熱処理を施した場合、前記第一熱処理後のパイプ1の真円度がパイプ1の径の5〜10%であったのに対し、上述したように治具10又は治具20を用いた場合、約3%まで低減できた。また、治具30を用いた場合、約1%の真円度を達成できた。
When the
1 パイプ
10・20・20a・30 治具
12 外側拘束部
22・22a 内側拘束部
1
Claims (6)
円環状に形成され、常温時の内径が常温時の前記円筒状部材の外径と一致し、かつ、熱膨張率がマルテンサイト相からなる前記円筒状部材の熱膨張率よりも大きい外側拘束部を備える治具。 A jig that restrains an end of the cylindrical member when the cylindrical member is heated and then cooled to heat-treat the cylindrical member.
An outer constraining portion that is formed in an annular shape, has an inner diameter at room temperature that matches the outer diameter of the cylindrical member at room temperature, and has a thermal expansion coefficient that is greater than the thermal expansion coefficient of the cylindrical member made of a martensite phase. A jig comprising
前記冷却時の温度が前記円筒状部材のマルテンサイト変態開始点に到達したときの外径が、前記マルテンサイト変態開始点のときの前記円筒状部材の内径と一致し、
前記外側拘束部内であって、外周面が前記外側拘束部の内周面と同心となる位置に配置され、かつ、熱膨張率がオーステナイト相からなる前記円筒状部材の熱膨張率よりも小さい内側拘束部を備える請求項1に記載の治具。 Formed in an annular shape,
The outer diameter when the temperature at the time of cooling reaches the martensitic transformation start point of the cylindrical member matches the inner diameter of the cylindrical member at the martensitic transformation start point,
Inside the outer restraint portion, the outer peripheral surface is disposed at a position that is concentric with the inner peripheral surface of the outer restraint portion, and the thermal expansion coefficient is smaller than the thermal expansion coefficient of the cylindrical member made of the austenite phase. The jig according to claim 1, further comprising a restraining portion.
前記円筒状部材を加熱する前に、
円環状に形成され、常温時の内径が常温時の前記円筒状部材の外径と一致し、かつ、熱膨張率がマルテンサイト相からなる前記円筒状部材の熱膨張率よりも大きい外側拘束部を備える治具の前記外側拘束部内に、
前記円筒状部材の端部を予め挿入して、
前記治具の外側拘束部内に端部を挿入した状態の前記円筒状部材を、単一の熱処理炉内で加熱して、その後冷却する円筒状部材の熱処理方法。 A cylindrical member heat treatment method in which a cylindrical member is heated and then cooled to heat treat the cylindrical member,
Before heating the cylindrical member,
An outer constraining portion that is formed in an annular shape, has an inner diameter at room temperature that matches the outer diameter of the cylindrical member at room temperature, and has a thermal expansion coefficient that is greater than the thermal expansion coefficient of the cylindrical member made of a martensite phase. In the outer restraint portion of the jig comprising
Insert the end of the cylindrical member in advance,
A method for heat-treating a cylindrical member, wherein the cylindrical member with an end inserted into the outer restraint portion of the jig is heated in a single heat-treatment furnace and then cooled.
前記円筒状部材の端部の内部に、
円環状に形成され、前記冷却時の温度が前記円筒状部材のマルテンサイト変態開始点に到達したときの外径が、前記マルテンサイト変態開始点のときの前記円筒状部材の内径と一致し、前記外側拘束部内であって、外周面が前記外側拘束部の内周面と同心となる位置に配置され、かつ、熱膨張率がオーステナイト相からなる前記円筒状部材の熱膨張率よりも小さい内側拘束部を備える前記治具の前記内側拘束部を、
予め挿入して、
前記治具の外側拘束部内に端部を挿入し、さらに前記内側拘束部を端部の内部に挿入した状態の前記円筒状部材を、単一の熱処理炉内で加熱して、その後冷却する請求項4に記載の円筒状部材の熱処理方法。 Before heating the cylindrical member,
Inside the end of the cylindrical member,
Formed in an annular shape, the outer diameter when the temperature at the time of cooling reaches the martensitic transformation start point of the cylindrical member matches the inner diameter of the cylindrical member at the martensitic transformation start point, Inside the outer restraint portion, the outer peripheral surface is disposed at a position that is concentric with the inner peripheral surface of the outer restraint portion, and the thermal expansion coefficient is smaller than the thermal expansion coefficient of the cylindrical member made of the austenite phase. The inner restraint portion of the jig including the restraint portion,
Insert it in advance
The cylindrical member in a state where an end portion is inserted into the outer restraint portion of the jig and the inner restraint portion is further inserted into the end portion is heated in a single heat treatment furnace and then cooled. Item 5. A method for heat-treating a cylindrical member according to Item 4.
円環状に形成され、前記冷却時の温度が前記円筒状部材のマルテンサイト変態開始点に到達したときの外径が、前記マルテンサイト変態開始点のときの前記円筒状部材の内径と一致し、かつ、熱膨張率がオーステナイト相からなる前記円筒状部材の熱膨張率よりも小さい内側拘束部を備える治具。 A jig that restrains an end of the cylindrical member when the cylindrical member is heated and then cooled to heat-treat the cylindrical member.
Formed in an annular shape, the outer diameter when the temperature at the time of cooling reaches the martensitic transformation start point of the cylindrical member matches the inner diameter of the cylindrical member at the martensitic transformation start point, And a jig | tool provided with an inner side restraint part whose thermal expansion coefficient is smaller than the thermal expansion coefficient of the said cylindrical member which consists of an austenite phase .
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