水焼入れと油焼入れ：35CrMo鋼の違いは？

35CrMo鋼は、当社の部品に使用される一般的な材料であり、通常、油冷または油冷を伴う水冷のいずれかの方法で焼入れと焼戻しを行います。しかし、生産ラインの多目的炉が使用されているため、水焼き入れ油冷工程を完了することができません。

その結果、油焼入れされたワークピース、特に表面加工が施されていない圧延棒材は、低い硬度を示し、延伸要件を満たすことができない。このため、二次焼入れが必要となり、部品の性能に悪影響を及ぼし、生産コストが増加し、不必要なロスが発生する。

分析の結果、低硬度の主な原因は冷却速度不足であることが判明した。関連データと他の熱処理工場の生産経験に基づき、ブラインで35CrMo棒鋼を冷却すると、冷却速度を上げることができます。

当社ではこれまで35CrMo棒鋼の製造に水焼入れを使用したことがないため、35CrMo棒鋼に水焼入れを実施するかどうかを決定する前に、水焼入れと油焼入れの両方の方法をテストし、機械的特性を比較する必要があります。

1.テスト計画の決定

(1) 試験材料

試験材料は35CrMo 棒鋼 化学組成は表1を参照。

表1 35CrMoの化学組成 スチールバー (質量分析） (%)

(2) 試験装置および機器

多目的炉試験装置の生産ラインを図1に示す。電子万能試験機は、ロックウェル硬度計とCMT8202マイクロコンピュータを用いて制御される。

図1 多目的炉生産ライン

(3) 試験方法

この試験は、2つの焼入れ方法による硬化層の深さの比較という2つの部分から構成される。

両焼入れ法のサンプルを引張試験し、引張強さと伸びの結果を比較する。

2.テストプロセスと結果の分析

2.1 焼き入れ深さ

φ60mmの棒を試験片とし、油焼き入れと水焼き入れを行う。

(1) オイル 焼き入れ工程

急冷860℃、保持45分、油冷150℃；

200 ℃でテンパリングし、180分間保持した後、室温まで空冷する。

(2) 水冷プロセス

860℃でクエンチし、45分間保持した後、150℃まで水冷する。

200℃まで加熱し、180分間保持した後、室温まで冷ます。

処理されたサンプルの表面には、焼入れクラックは観察されない。

図2に示すように、表面から中心に向かって2.5mmごとに加工面の硬度を測定する。

硬度の結果を表2に示す。

表2より、水焼き入れ後の硬度が高く、硬化層が深いことがわかる。

図2 硬化層の硬度試験

表2 硬化層の硬度

2.2 機械的特性の比較

35CrMo棒鋼は油焼き入れと水焼き入れが可能で、焼き戻し温度調整により硬度を28～30HRCに調整できる。

(1) オイルクエンチ加工

急冷860℃、保持45分、油冷150℃；

520 ℃で焼戻し、90 分保持後、室温まで空冷する。プロセス曲線を図3に示す。

図3 オイル・クエンチ・プロセス曲線

(2) 水冷プロセス

急冷860℃、保持45分、水冷150℃；

580℃で焼戻し、90分間保持した後、室温まで空冷する。プロセス曲線を図4に示す。

図4 水冷プロセス曲線

このテストバーを引張試験用のサンプルに加工し、結果を表3に示す。

表3からわかるように、水焼入れ後の強度は比較的高く、靭性は比較的低く、全体としてはほとんど差がない。

表3 機械的特性

2.3 結果分析

試験結果から、同じ表面硬度で引張強さが著しく向上する一方で、伸びが低下していることが推察される。これは、水焼き入れの冷却速度が速いため、硬化層が深く、硬度が高いためである。

このソリューションは、油焼入れ後の35CrMo棒鋼の硬度不足の問題を解決します。

3.ベネフィット分析

一部の35CrMo鋼部品を水冷プロセスに変更することで、生産要件を満たし、再加工率を低減できるだけでなく、コストも削減できる。電気代の節約は、手直しにかかる電気代と既存の工程で節約された電気代に等しい。計算は以下の通りである：節電＝（209×1.5＋78×3）×120（35CrMo鋼の年間生産量約120ヒート）×10%×1.2＋91（洗浄機の動力）×0.5×120×1.2元＝14436元。

人件費の節約 ＝（節約時間＋手直し時間）×作業員数×年間生産炉×工数単価＝（0.5＋4.5×10%）×2×120×8.571元＝1954元。

材料費の節約 = (焼入れ油 炉当たりのロス＋洗浄液のロス）×年間生産熱量＝（50＋20）×120元＝8400元。

年間総額は約24790元である。

4.結論

35CrMo棒鋼は、油の代わりに水で急冷することができます。

硬度が要求を満たすだけでなく、総合的な機械的特性にもほとんど影響を与えない。

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これらの利点に加え、手直し率が大幅に減少したため、労働効率の改善と生産コストの削減につながった。さらに、より低い焼入れ温度の使用と、材料の油冷焼入れ工程で発生する油煙の除去により、経済的な利点が改善され、エネルギーの節約と排出ガスの削減にもつながります。