热处理方法以及机械部件的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种热处理方法以及机械部件的制造方法，更特定地是涉及对由钢组 成的被处理物进行淬火硬化的热处理方法、以及使用该热处理方法的机械部件的制造方 法。
【背景技术】
[0002] 对由钢组成的被处理物进行的高频热处理、激光热处理、电子束热处理、火焰热处 理等高能量热处理，由于是直接对被处理物质进行加热的热处理，所以与通过气氛对被处 理物进行加热的气氛加热炉的热处理相比，具有能达到更高能量效率等优点。例如，高频热 处理与通过气氛加热炉的热处理相比，作业环境更清洁，且可以对少量批次的制品进行短 时间高效处理。一般而言，钢的高频淬火中，通过改变相对于时间经过的功率变化（功率模 式）以对试验片进行热处理，确认热处理后的试验片的品质，通过重复上述工序，从而不断 摸索地对功率模式（加热条件）进行设定。此时，对应于被处理物的种类（材质、形状），需 要每一次都对热处理条件的功率模式进行设定。因此，会产生决定热处理条件时步骤繁琐 的问题。
[0003] 此外，由于包括高频热处理的高能量热处理是对被处理物的一部分进行加热的部 分加热，因此在被处理物内会产生温度不均。因此，在对被处理物整体进行整体淬火等的热 处理时，有可能会发生被处理物内的品质不均。特别是对于厚度大的被处理物，有时会产生 如下问题：温度不均容易变大，根据被处理物的部位不同会无法达到期望品质。
[0004] 由此，在使用高能量热处理对被处理物整体进行热处理，例如对被处理物整体进 行淬火的情况下，存在决定热处理条件过程繁琐的问题，以及存在发生热处理品质不均的 问题。
[0005] 对此，有方法提出通过自动地决定热处理条件以减少条件决定的繁琐过程，并且 抑制热处理品质不均（例如，参照日本专利特开2006-152430号公报（专利文献1))。专利 文献1所揭示的方法中，对高频加热中温度易于上升的被处理物的区域、和难以上升的区 域同时进行测温，并从其测温数据实时地对两个区域是否达到规定热处理品质进行判定， 以使被处理材料整体的热处理品质都处于预定水准。此外，专利文献1所揭示的方法中，通 过下式（A)的预测对被处理材料整体是否达到预定的热处理品质进行判断。
[0006] 5C / (3t)=D52C / (<9x2) ? ? ? (A) D :扩散常熟，C :碳浓度（质量％ )，t :时间（秒），x :距离 D = D〇exp ( - Q/RT) %:扩散系数的熵项，Q :活化能，R :气体常数，T :绝对温度（K) 现有技术文献 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本专利特开2006-152430号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0008] 使用所述式（A)的钢中固溶碳含量分布的计算中需要计算模型。专利文献1所采 用的计算模型是碳从2种碳化物向基体固溶的同时扩散的简单的模型。此模型中对加热中 的碳的固溶行为进行近似的计算。但是，在机械部件的制造工序等中采用此热处理方法时， 为了能够对被处理物的热处理品质进行更高精度的预测，优选改良热处理方法。
[0009] 本发明是为了解决所述问题而完成的，其目的在于提供一种热处理方法以及使用 此热处理方法的机械部件的制造方法，该热处理方法通过提高热处理品质的预测精度，从 而在由钢组成的被处理物的淬火硬化处理中，能够更可靠地赋予该被处理物所期望的热处 理品质。 解决技术问题所采用的技术方案
[0010] 按照本发明的热处理方法是对由钢组成的被处理物的表层进行加热并进行淬火 硬化的高能量热处理方法。此热处理方法具有：测定高温部温度的工序，该高温部温度是被 处理物中温度上升最大的部分的温度；测定低温部温度的工序，该低温部温度是被处理物 中温度上升最小的部分的温度；调节被处理物温度的工序；以及决定被处理物淬火时机的 工序。
[0011] 调节被处理物温度的工序包含：通过高能量加热对被处理物进行加热的工序；以 及基于高温部温度来控制加热的工序，该加热是通过施加于被处理物的高能量加热进行 的。决定被处理物的淬火时机的工序中，基于高温部温度以及低温部温度来决定淬火时机， 以使得对于被处理物整体，构成被处理物的钢在TTA线图上满足预定的碳的固溶状态。此 外，所述TTA线图通过计算式被导出，该计算式是对预先实施的调查所述钢中的碳的固溶 状态与钢的加热温度以及加热时间之间的关系的实验结果进行回归分析而得到的。
[0012] 本发明的热处理中，调整被处理物温度的工序中，基于高温部温度对加热进行控 制，该加热是通过施加于被处理物的高能量加热进行的。由此，被处理物的一部分被加热至 所需温度以上的高温，以抑制晶粒的粗大等不良问题的产生。此外，本发明的热处理中，决 定被处理物的淬火时机的工序中，基于高温部温度以及低温部温度两者来决定淬火时机， 以使得对于被处理物整体，构成被处理物的钢在TTA线图上满足预定的碳的固溶状态。因 此，被处理物整体能达到所期望的热处理品质。此外，此TTA线图通过计算式被导出，该计 算式是对预先实施的调查与构成被处理物的钢相同种类钢中的碳的固溶状态与钢的加热 温度以及加热时间之间的关系的实验结果进行回归分析而得到的。由此，与基于单纯的计 算模型对钢中的固溶碳含量分布进行近似计算的现有方法相比，能够进行高精度的材质预 测。如上所述，根据本发明的热处理方法，通过提高热处理品质的预测精度，从而在由钢组 成的被处理物的淬火硬化处理中，能够更可靠地赋予该被处理物所期望的热处理品质。
[0013] 此外，本申请中"高能量加热"是指包含高频加热、激光加热、电子束加热、火焰加 热等的加热，意味着不是通过被加热的气氛对被处理物进行加热，而是对被处理物的一部 分进行直接加热。
[0014] 所述热处理方法中，所述计算式也可将以下式（1)作为回归式得到。
[0015] M = M0exp ( - ktn) ? ? ? (1) 此处，k = Afxp ( - E/RT)，M :碳化物的面积率（％ )，M。:热处理前的碳化物的面积率 (% )，t :加热时间（秒），A。、E :由材料决定的常数，R :气体常数，T :温度（K) 钢中的碳化物的面积率反映钢中碳的固溶状态。因此，碳化物的面积率能用于更高精 度地预测钢中碳的固溶状态。因此，通过对与被处理物相同种类的钢进行实际的热处理，并 由实验调查切断此钢的截面上的碳化物（主要是作为渗碳体的铁的碳化物）的面积率，并 对于其结果将所述式（1)作为回归式进行回归分析，从得到的计算式导出TTA线图，从而能 进一步可靠地赋予被处理物所期望的热处理品质。
[0016] 所述热处理方法中，所述低温部温度也可为被处理物中与保持被处理物的保持构 件接触的部分的温度。
[0017] 与保持构件接触的被处理物的区域具有向保持构件进行热传导而导致的温度降 低的倾向。因此，将该部分的温度作为所述低温部温度在大部分情况下是合适的。
[0018] 所述热处理方法中，所述被处理物在淬火实施为止的期间中也可被保持在惰性气 体中。由此，抑制在被处理物形成氧化膜，被处理物的外观能够保持为良好的状态。
[0019] 所述热处理方法中，所述高能量加热也可为高频加热。高频加热能够比较容易地 控制由钢组成的被处理物的加热状态。因此，高频加热适合作为本发明中所采用的高能量 加热。
[0020] 所述热处理方法中优选地，决定被处理物的淬火时机的工序中，被处理物的淬火 时机被决定为，在超过由与升温速度的关系决定的加热相变