熱處理方法以及機械部件的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種熱處理方法以及機械部件的制造方法，更特定地是涉及對由鋼組 成的被處理物進行淬火硬化的熱處理方法、以及使用該熱處理方法的機械部件的制造方 法。
【背景技術】
[0002] 對由鋼組成的被處理物進行的高頻熱處理、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)進行加熱的熱處理，所以與通過氣氛對被處 理物進行加熱的氣氛加熱爐的熱處理相比，具有能達到更高能量效率等優(yōu)點。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）以對試驗片進行熱處理，確認熱處理后的試驗片的品質(zhì)，通過重復上述工序，從而不斷 摸索地對功率模式（加熱條件）進行設定。此時，對應于被處理物的種類（材質(zhì)、形狀），需 要每一次都對熱處理條件的功率模式進行設定。因此，會產(chǎn)生決定熱處理條件時步驟繁瑣 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行熱處理，例如對被處理物整體進 行淬火的情況下，存在決定熱處理條件過程繁瑣的問題，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條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1))。專利 文獻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) 域同時進行測溫，并從其測溫數(shù)據(jù)實時地對兩個區(qū)域是否達到規(guī)定熱處理品質(zhì)進行判定， 以使被處理材料整體的熱處理品質(zhì)都處于預定水準。此外，專利文獻1所揭示的方法中，通 過下式（A)的預測對被處理材料整體是否達到預定的熱處理品質(zhì)進行判斷。
[0006] 5C / (3t)=D52C / (<9x2) ? ? ? (A) D :擴散常熟，C :碳濃度（質(zhì)量％ )，t :時間（秒），x :距離 D = D〇exp ( - Q/RT) %:擴散系數(shù)的熵項，Q :活化能，R :氣體常數(shù)，T :絕對溫度（K) 現(xiàn)有技術文獻 專利文獻
[0007] 專利文獻1 :日本專利特開2006-152430號公報

【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明所要解決的技術問題
[0008] 使用所述式（A)的鋼中固溶碳含量分布的計算中需要計算模型。專利文獻1所采 用的計算模型是碳從2種碳化物向基體固溶的同時擴散的簡單的模型。此模型中對加熱中 的碳的固溶行為進行近似的計算。但是，在機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)進行更高精度的預測，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)。 解決技術問題所采用的技術方案
[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行加熱并進行淬火 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行 的。決定被處理物的淬火時機的工序中，基于高溫部溫度以及低溫部溫度來決定淬火時機， 以使得對于被處理物整體，構(gòu)成被處理物的鋼在TTA線圖上滿足預定的碳的固溶狀態(tài)。此 外，所述TTA線圖通過計算式被導出，該計算式是對預先實施的調(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系的實驗結(jié)果進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行控 制，該加熱是通過施加于被處理物的高能量加熱進行的。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， 以使得對于被處理物整體，構(gòu)成被處理物的鋼在TTA線圖上滿足預定的碳的固溶狀態(tài)。因 此，被處理物整體能達到所期望的熱處理品質(zhì)。此外，此TTA線圖通過計算式被導出，該計 算式是對預先實施的調(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系的實驗結(jié)果進行回歸分析而得到的。由此，與基于單純的計 算模型對鋼中的固溶碳含量分布進行近似計算的現(xiàn)有方法相比，能夠進行高精度的材質(zhì)預 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行加熱，而是對被處理物的一部 分進行直接加熱。
[0014] 所述熱處理方法中，所述計算式也可將以下式（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行實際的熱處理，并 由實驗調(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)作為回歸式進行回歸分析，從得到的計算式導出TTA線圖，從而能 進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)件進行熱傳導而導致的溫度降 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的工序中，被處理物的淬火 時機被決定為，在超過由與升溫速度的關系決定的加熱相變