JP2000328183A

JP2000328183A - 鉄合金部品

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Publication number: JP2000328183A
Application number: JP13080499A
Authority: JP
Inventors: Toshikatsu Koike; 俊勝小池; Yutaka Yamagata; 裕山縣
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1999-05-12
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2000-11-28
Anticipated expiration: 2019-05-12
Also published as: JP4198268B2

Abstract

(57)【要約】【課題】表面強度が向上した鉄合金部品を提供する。【解決手段】化学成分としてＣを０．１から０．５重
量％、Ｓiを０．１から０．５重量％、Ｃrを０．３から
１．５重量％、含有する鉄を基材とする鉄合金部品１に
おいて、表面硬化処理（浸炭あるいは浸炭窒化）によ
り、表面から少なくとも１００μｍの範囲の組織を、マ
ルテンサイト２あるいはさらに残留オーステナイトを含
む結晶粒と、この結晶粒境にＦｅあるいはＣｒあるいは
両方の炭化物３あるいはさらにＦｅあるいはＣｒの窒化
物を析出させたもので構成し、前記マルテンサイト２あ
るいはさらに残留オーステナイトの結晶粒径が、鋼のオ
ーステナイト結晶粒度試験方法（ＪＩＳＧ０５５
１）に規定する粒度測定対象表面の顕微鏡による粒度測
定方法、及びこの顕微鏡測定に基づく平均粒度番号算出
方法及び粒度算出方法と同一の方法で測定算出する場
合、７から１０となるようにし、且つ、表面から少なく
とも１００μｍの範囲の硬さを少なくともＨｖ７００以
上とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、表面硬化処理
（浸炭あるいは浸炭窒化）された鉄合金部品に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来からこの種の鉄合金部品としては、
例えば、エンジン等の一部品であるコンロッド，クラン
ク軸や減速歯車等がある。

【０００３】これらコンロッドやクランク軸等の軸物
で、駆動力を伝達する部品には捻れトルク等の荷重が作
用することから、表面を堅くした方が耐疲労強度を向上
させることができる。また、表面を堅くすれば耐磨耗性
も向上させることができ歯車等で有効である。

【０００４】そして、表面を堅くする技術として浸炭処
理という方法がある。これは、低炭素鋼を浸炭剤中で加
熱し、鋼表面から炭素（Ｃ）を浸透させ、その表面付近
のＣ濃度を高める方法である。浸炭された品物を高温度
のオーステナイト状態から急冷すると、鋼表面はマルテ
ンサイト化されて硬化するが、内部は低炭素なので硬化
せずに、粘り強さを保持する。浸炭剤としては、個体、
液体、ガスのいずれも利用される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らはそのような従来の浸炭方法よりも更に表面強度等
をより向上させることはできないか、鋭意検討した結
果、この発明を創作するに至ったものである。

【０００６】そこで、この発明は、表面強度が向上した
鉄合金部品を提供することを課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる課題を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、化学成分としてＣを
０．１から０．５重量％、Ｓiを０．１から０．５重量
％、Ｃrを０．３から１．５重量％、含有する鉄を基材
とする鉄合金部品において、表面硬化処理（浸炭あるい
は浸炭窒化）により、表面から少なくとも１００μｍの
範囲の組織を、マルテンサイトあるいはさらに残留オー
ステナイトを含む結晶粒と、この結晶粒境にＦｅあるい
はＣｒあるいは両方の炭化物あるいはさらにＦｅあるい
はＣｒの窒化物を析出させたもので構成し、前記マルテ
ンサイトあるいはさらに残留オーステナイトの結晶粒径
が、鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法（ＪＩＳＧ
０５５１）に規定する粒度測定対象表面の顕微鏡によ
る粒度測定方法、及びこの顕微鏡測定に基づく平均粒度
番号算出方法及び粒度算出方法と同一の方法で測定算出
する場合、７から１０となるようにし、且つ、表面から
少なくとも１００μｍの範囲の硬さを少なくともＨｖ７
００以上とした鉄合金部品としたことを特徴とする。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
構成に加え、硬さがＨｖ５５０となる有効硬化深さを１
から２ｍｍとしたことを特徴とする。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
記載の構成に加え、表面から少なくとも１００μｍの範
囲で、前記炭化物あるいは及び前記窒化物の平均粒径を
表面から少なくとも１００μｍの範囲で０．５μｍから
１０μｍとすると共に、前記範囲の組織中の前記炭化物
あるいは及び前記窒化物の面積率を１から２０％とした
ことを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。

【００１１】［発明の実施の形態１］図１乃至図１７及
び図３４乃至図３８には、この発明の実施の形態１を示
す。

【００１２】まず構成を説明すると、この実施の形態１
の鉄合金部品１は、化学成分としてＣを０．１から０．
５重量％、Ｓiを０．１から０．５重量％、Ｃrを０．３
から４．０重量％含有する鉄を基材とし、表面硬化処理
（浸炭あるいは浸炭窒化）が施されている。図１及び図
３４乃至図３８には、本発明の鉄合金部品として採用可
能な基材の化学成分の規格を示し、この規格は、熱間圧
延，熱間鍛造など、熱間加工によって作られたもので、
通常更に鍛造，切削などの加工と熱処理を施し、主とし
て機械構造用に使用される一端焼入れ性を保証した構造
用鋼鋼材について規定したものである。本発明の実施の
形態１においては、この図１及び図３４乃至図３８中、
ＳＣＭ４２０が基材として使用されている。

【００１３】そして、この鉄合金部品１は、表面硬化処
理（浸炭あるいは浸炭窒化）により、表面から少なくと
も１００μｍの範囲の組織がマルテンサイト２を含んで
構成され、このマルテンサイト２の結晶粒径が粒度が、
鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法（ＪＩＳＧ０
５５１）に規定する粒度測定対象表面の顕微鏡による粒
度測定方法、及びこの顕微鏡測定に基づく平均粒度番号
算出方法及び粒度算出方法と同一の方法で測定算出する
場合７から１０とされている。図２には、鋼のオーステ
ナイト結晶粒度試験方法（ＪＩＳＧ０５５１）によ
り、鋼を焼きなまし・焼きならし・焼き入れ・浸炭その
他の目的で変態点以上又は固溶化熱処理の温度に加熱し
たとき、その温度及び保持時間によって定まるオーステ
ナイト結晶粒の大きさを、所定の粒度を規定の方法によ
って測定して得られる粒度番号と、断面積１ｍｍ²あた
りの結晶粒の数及び結晶粒の平均断面積の相関が示され
ており、マルテンサイト２組織における粒度番号（上記
した鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法（ＪＩＳＧ
０５５１）に規定するものと同一の方法で測定算出し
たもの）についても、図２を適用して断面積１ｍｍ²あ
たりの結晶粒の数あるいは結晶粒の平均断面積を概略求
めることができる。

【００１４】また、その表面には、表面硬化処理によ
り、ＦeあるいはＣrの少なくとも一方の炭化物３が析出
され、この組織中の炭化物３の平均粒径が０．５から１
０μｍ、組織中の炭化物３の面積率が１パーセントから
２０パーセント、表面から少なくとも１００μｍの範囲
の硬さがＨＶ７００以上で、しかも、表面粗さがＲa２
以下に構成されている。

【００１５】かかる鉄合金部品１の表面硬化処理は、以
下のようにして行う。

【００１６】まず、鉄合金部品１の基材として上記のよ
うに、ＳＣＭ４２０Ｈの材料を使用する。

【００１７】そして、かかる基材を１回目の浸炭を行
う。すなわち、ガスで浸炭する場合、浸炭炉は水平な左
右方向を長手方向とする場合、前後方向の側面、天井
面、底面は閉じられた壁面とされ、少なくとも前後の側
面と天井面に電熱あるいはガスバーナーによる加熱手段
が配置され、左右方向の両端にそれぞれ開閉扉を配置し
たものとなる。開閉扉の一方が、防炭処理された金属性
のパレットに鉄合金部材１が載置されたものの搬入口と
され、他方が搬出口とされる。浸炭炉にはさらに炭素雰
囲気を作り出すためＣＯガスやメタン等の炭化水素ガス
からなる浸炭ガスを導くガス導入口と、鉄合金部材１表
面に浸透せずＣＯ２ガスや水蒸気となったもの（加熱の
ための燃焼の結果できるガスを含む）排気ガスの排出口
が設けられている。浸炭は前記浸炭ガスを炉内に導くと
ともに、壁面の加熱手段で所定温度に加熱し、あるいは
前記浸炭ガスの供給を止めるとともに加熱を停止して
（炉冷）行う。加熱は鉄合金部品１表面の加熱色を検知
して温度計測するか、炉内に挿入する温度センサにより
温度計測し加熱量を制御しつつ行う。炭素雰囲気濃度は
０２ガス濃度を検知して所定の算出プログラムを使用し
て算出する。炭素雰囲気濃度を一定にするため、０２ガ
ス濃度を検知しつつ前記浸炭ガスの供給量をフィードバ
ック制御する。この実施の形態では、図４に示すよう
に、炭素雰囲気濃度が、ＣＰ（カーボンポテンシャル）
＝１．６０中において、９５０℃で、３時間加熱して浸
炭を行った後、Ａｌ線の温度（７２７℃）より下の温度
まで炉冷（ＦＣ）するか、前記パレットを炉の中から出
し、常温の所定容積以上の油あるいは水を収容する油槽
あるいは水槽中に前記パレットごと加熱された鉄合金部
材１を浸漬する焼き入れ（ＭＱ）を行う。すなわち、Ｃ
Ｐは、図３に示す鋼の状態図において、炭素濃度（Ｃ
％）がＳ点（０．８％Ｃ）からＥ点（２．１％Ｃ）の範
囲となるように、ここでは１．６０に設定される一方、
Ａｌ線よりも上の温度域、ここでは９５０℃に設定され
ている。このように過剰浸炭した鋼の表面は、結晶粒界
に遊離セメンタイトがあらわれた超共析組織を呈する。

【００１８】この１回目の浸炭によって形成される金属
組織は、表面が図５に示すようにマルテンサイト２の結
晶粒の平均粒径が概略２０μｍ程度となり、更に、これ
を拡大すると図６に示すように、大きなマルテンサイト
２の結晶粒の間に、網目状の炭化物３が析出している。
また、中心部は図７に示すようにマルテンサイト２の結
晶粒の平均粒径が概略２５μｍ程度となる。

【００１９】次いで、その１回目の浸炭が終了したもの
に２回目の浸炭を施す。これは、炭素雰囲気濃度が、Ｃ
Ｐ＝１．２０中において、９００℃で、２時間加熱し、
その後、８５０℃で２０分間加熱する。すなわち、ＣＰ
は、図４に示す鋼の状態図において、炭素濃度（Ｃ％）
がＳ点（０．８％Ｃ）からＥ点（２．１％Ｃ）の範囲と
なるように、ここでは１．２０に設定される一方、Ａｃ
ｍ線よりも下でＡｌ線よりも上の温度域、ここでは９０
０℃に設定されている。

【００２０】この処理で、過剰浸炭層の炭素を内部へ拡
散させると共に、表面のＣ％を０．８％以上に保つ。
０．８％未満だと表面に炭化物３は析出しない。

【００２１】そして、油焼入れあるいは水焼き入れの何
れかの焼入れ（ＭＱ）を行い、１６０℃で１時間３０分
加熱して焼き戻しを行う。

【００２２】その２回目の浸炭によって形成される金属
組織は、表面が図８に示すようにマルテンサイト２の結
晶粒の平均粒径が概略５μｍ程度となり、更に、これを
拡大すると図９に示すように、マルテンサイト２の結晶
粒の粒径が１回目より小さくなると共に、炭化物３は網
目状から微細粒に変化する。

【００２３】また、中心部は、図１０に示すようにマル
テンサイト２の結晶粒の平均粒径が概略１４μｍ程度と
なる。

【００２４】なお、第１回目の浸炭後の冷却を炉冷でな
く焼き入れで行う場合、表面の金属組織はオーステナイ
ト結晶粒が全てマルテンサイト２にはならず、残留オー
ステナイトが混じる場合があるが、マルテンサイト２及
び残留オーステナイトの結晶粒の平均径は概略２０μｍ
程度となり、さらに第１回目の浸炭後の冷却方法のいか
んに拘らず第２回目の浸炭後の焼き入れを経て残留オー
ステナイトの結晶粒が残ることもある。この場合でもマ
ルテンサイト２及び残留オーステナイトの結晶粒の平均
径は概略５μｍ程度となり、これらマルテンサイト２及
び残留オーステナイトの結晶粒の粒度は、鋼のオーステ
ナイト結晶粒度試験方法（ＪＩＳＧ０５５１）に規定
する方法と同一の方法で測定算出する粒度で７から１０
とすることができる。すなわち、複数回の浸炭工程と、
後処理を経て熱処理が終了した状態において、表面から
少なくとも１００μｍの範囲の組織を、残留オーステナ
イトの結晶粒が混入するとしてもマルテンサイトを含ん
で構成することができる。

【００２５】このように複数回浸炭を行うことにより、
鉄合金部品１の表面は、上記のようにマルテンサイト２
で構成されると共に、炭化物３（Ｆe₃ＣあるいはＣr
₃Ｃ）が析出することとなる。そして、鉄合金部品１の
表面から深い所まで浸炭が行われると共に、炭化物３が
粒子が分散することにより、強度が向上することとな
る。

【００２６】さらに、図１１に示すように、表面から
０．１ｍｍの表層においては、直径４４．０６μｍの円
形の３ヶ所の視野範囲（視野１，視野２,視野３）につ
いて、画像解析すると、金属組織中の炭化物３の粒子の
分散状態は、図１２に示すようになる。すなわち、視野
１乃至３の平均値は、粒子の総面積（μｍ²）が９０．
９３μｍ²、面積率（％）が５．９７％、粒子の個数が
６９．６７、粒径最大値（μｍ）が３．５６μｍ、粒径
最小値（μｍ）が０．３５μｍ、粒径平均値（μｍ）が
１．１μｍとなる。この微細炭化物３がマルテンサイト
２の結晶粒の成長を阻害し、表面付近のマルテンサイト
２の結晶粒径を細かく（平均粒径１〜１０μｍ）でき、
表面応力が高くなり、曲げ強度を向上させることができ
る。通常の平均粒径は１０〜２０μｍ程度である。

【００２７】すなわち、図１３には、ＳＣＭ４２０の基
材を上記のように浸炭したものにおいて、深さと硬さ
（Ｈｖ）との関係を示す。これによれば、Ｈｖ５５０と
なる有効硬化深さは１．４５ｍｍ（Ｅ１．４５）であ
り、表面硬さはＨｖ８９０、中心硬さはＨｖ４４１であ
る。

【００２８】なお、表面から１００μｍの範囲の硬さを
Ｈｖ７００以上を維持しつつ、表面硬さをＨｖ８９０よ
り下げるあるいは高めることにより有効硬化深さを１〜
２ｍｍの範囲で変化させても良い。

【００２９】また、マルテンサイト結晶粒径と１０⁷回
疲労強度との関係を、図１４に示すと、結晶粒径が１０
μｍ以下になると、疲労強度が急激に大きくなることが
分かる。してみれば、上記のように複数回浸炭により、
平均粒径を１〜１０μｍ程度にできるため、疲労強度も
大きくすることができる。

【００３０】さらに、図１５には、上記のようにして浸
炭された平滑材を室温において小野式回転曲げ試験を行
った場合におけるデータを示し、図１６には、その応力
振幅（ＭＰａ）と破壊繰返し数（Ｎ）との関係を示す。
これによれば、測定部１，２，３，４，５，８，９，１
１において、破壊繰返し数（Ｎ）が１．００Ｅ＋０７
（１０⁷）となる。そして、測定部８，９，１１では、
応力振幅（ＭＰａ）が１０００を超える。

【００３１】これに対し、図１７には、従来のように１
回浸炭された平滑材を室温において小野式回転曲げ試験
を行った場合におけるデータを示し、図１８には、その
応力振幅（ＭＰａ）と破壊繰返し数（Ｎ）との関係を示
す。これによれば、測定部１，２，３において、破壊繰
返し数（Ｎ）が１．００Ｅ＋０７（１０⁷）となる。そ
して、これら測定部１，２，３では、応力振幅（ＭＰ
ａ）が８００より小さい。

【００３２】従って、この発明の実施の形態１のよう
に、複数回浸炭を行うことにより、繰返し応力に対する
強度が向上することが分かる。

【００３３】さらにまた、表面粗さをＲａ２以下とする
ことにより、応力集中による強度低下を防止することが
できると共に、上記のような複数回浸炭にショットピー
ニングを組み合わせることにより更に強度を向上させる
ことができる。

【００３４】［発明の実施の形態２］図１９には、この
発明の実施の形態２を示す。

【００３５】この実施の形態２は、実施の形態１と比較
すると、浸炭方法が相違する。すなわち、実施の形態１
と同様の鉄合金部品１の基材について、１回目の浸炭を
行う。これは、炭素雰囲気濃度が、ＣＰ（カーボンポテ
ンシャル）＝１．４０中において、９５０℃で、３時間
加熱して浸炭を行った後、Ａｌ線の温度（７２７℃）よ
り下の温度まで炉冷（ＦＣ）するか焼入れ（ＭＱ）す
る。

【００３６】次いで、その１回目の浸炭が終了したもの
に２回目の浸炭を施す。これは、炭素雰囲気濃度が、Ｃ
Ｐ＝１．２０中において、９００℃で、２時間加熱した
後、８５０℃で２０分間加熱する。

【００３７】その後、油あるいは水による焼入れ（Ｍ
Ｑ）を行う。

【００３８】このようにしても実施の形態１と略同様の
効果が得られる。

【００３９】［発明の実施の形態３］図２０には、この
発明の実施の形態３を示す。

【００４０】この実施の形態３は、浸炭を３回行ってい
る。すなわち、実施の形態１と同様の鉄合金部品１の基
材について、１回目の浸炭を行う。これは、炭素雰囲気
濃度が、ＣＰ（カーボンポテンシャル）＝１．６０中に
おいて、９５０℃で、３時間加熱して浸炭を行った後、
Ａｌ線の温度（７２７℃）より下の温度まで炉冷（Ｆ
Ｃ）するか焼入れ（ＭＱ）する。

【００４１】次いで、その１回目の浸炭が終了したもの
に２回目の浸炭を施す。これは、炭素雰囲気濃度が、Ｃ
Ｐ＝１．２０中において、９００℃で、２時間加熱して
浸炭を行った後、Ａｌ線の温度（７２７℃）より下の温
度まで炉を冷却する。

【００４２】更に、その２回目の浸炭が終了したものに
３回目の浸炭を施す。これは、炭素雰囲気濃度が、ＣＰ
＝１．２０中において、８２０℃で、１時間加熱して浸
炭を行う。

【００４３】その後、油あるいは水による焼入れ（Ｍ
Ｑ）を行う。

【００４４】このようにしても実施の形態１と略同様の
効果が得られる。

【００４５】［発明の実施の形態４］図２０には、実施
の形態１と同様の鉄合金部品１の基材について、１回目
の浸炭を行う。これは、炭素雰囲気濃度が、ＣＰ（カー
ボンポテンシャル）＝１．０５中において、８５０℃
で、２時間加熱して浸炭を行った後、Ａｌ線の温度（７
２７℃）より下の温度まで炉冷（ＦＣ）するか焼入れ
（ＭＱ）する。

【００４６】次いで、その１回目の浸炭が終了したもの
に２回目の浸炭を施す。これは、炭素雰囲気濃度が、Ｃ
Ｐ＝１．００中において、８００℃で、３０分加熱して
浸炭を行う。

【００４７】その後、油あるいは水による焼き入れ（Ｍ
Ｑ）を行う。

【００４８】［発明の実施の形態５］図２２には、この
発明の実施の形態５を示す。

【００４９】この実施の形態５は、実施の形態１と同様
の鉄合金部品１の基材について、１回目の浸炭を行う。
これは、炭素雰囲気濃度が、ＣＰ（カーボンポテンシャ
ル）＝１．２０中において、９００℃で、１時間加熱し
て浸炭を行った後、Ａｌ線の温度（７２７℃）より下の
温度まで炉冷（ＦＣ）するか焼入れ（ＭＱ）する。

【００５０】次いで、その１回目の浸炭が終了したもの
に２回目の浸炭を施す。これは、炭素雰囲気濃度が、Ｃ
Ｐ＝１．００中において、８００℃で、３０分加熱して
浸炭を行う。

【００５１】その後、油あるいは水による焼き入れ（Ｍ
Ｑ）を行う。

【００５２】ここで、上記実施の形態１乃至５に記載の
方法により製造された鉄合金部品１におけるマルテンサ
イト結晶粒径は、図２２に示すような分布となり、１０
μｍより小さいことが分かる。してみれば、上記のよう
に複数回浸炭により、平均粒径が５μｍ程度となるた
め、図１４から明らかなように、疲労強度も急激に大き
くなるものである。ちなみに、１回浸炭の場合には、図
２３に示すように、結晶粒径が１４μｍ程度であるた
め、疲労強度は上記と比較すると大幅に低下しているこ
とが分かる。

【００５３】［発明の実施の形態６］図２４乃至図３３
には、この発明の実施の形態６を示す。

【００５４】この実施の形態６は、鉄合金部品全体が複
数回浸炭されているものでなく、１回浸炭された部分
と、２回浸炭された部分とを有するものである。

【００５５】すなわち、図２４及び図２５には、一体型
のコンロッド１１を示す。

【００５６】このコンロッド１１は、図示省略のピスト
ン側に接続される小端部１１ａと、図示省略のクランク
シャフト側に接続される大端部１１ｂとを有し、これら
が連結棒部１１ｃを介して連結されている。

【００５７】そして、その小端部１１ａ及び大端部１１
ｂは、ピストンやクランクシャフトと連結されるため、
表面の硬度が要求されることから、２回浸炭されている
のに対して、連結棒部１１ｃは、表面の硬度はそれ程要
求されないため、１回浸炭されている。

【００５８】より詳しくは、ＨＶ７００以上の硬さを示
す領域が大端部１１ｂと小端部１１ａで、表面から少な
くとも０．５ｍｍ以上とされ、連結棒部１１ｃで０．５
ｍｍ未満とされている。

【００５９】その表面層の組織は、マルテンサイト２で
構成され、且つ、組織中の炭化物３の平均粒径が大端部
１１ｂと小端部１１ａの表面層で０．５μｍから１０μ
ｍとされ、連結棒部１１ｃの表面層で０．５μｍ未満と
されている。

【００６０】組織中の炭化物３の面積率が前記大端部１
１ｂと小端部１１ａの表面層で１％以上とされ、連結棒
部１１ｃの表面層で１％未満とされている。

【００６１】前記大端部１１ｂと小端部１１ａとのマル
テンサイト結晶粒径が粒度番号（ＪＩＳＧ０５５
１）７から１０とされ、表面粗さが前記大端部１１ｂと
小端部１１ａの表面層でＲａ２μｍ以上とされ、連結棒
部１１ｃの表面層でＲａ２μｍ未満とされている。

【００６２】次に、このコンロッド１１の製造工程につ
いて説明すると、図２５に示すように、まず、鍛造前の
素材を鍛造し（１）、バリ取り（２）を行い、次に、小
端部１１ａの小端孔１１ｄ、大端部１１ｂの大端孔１１
ｅ加工、小端部１１ａ、大端部１１ｂ各端面加工（３）
を行う。

【００６３】その後、連結棒部１１ｃを銅メッキ等によ
りマスキング（４）し、１回目浸炭（５）を行った後、
マスキング除去処理（６）を行い、２回目浸炭（７）を
行う。

【００６４】次いで、歪み取り（８）を行い、小端孔１
１ｄ、大端孔１１ｅ研磨（９）を行い、コンロッド１１
の製造を完了する。

【００６５】一方、他の製造工程としては、例えば、上
記小端孔１１ｄ、大端孔１１ｅ加工、小端部１１ａ、大
端部１１ｂ各端面加工（３）の後に１回目浸炭（１０）
を行い、次に、マスキング（１１）を行う。その後、２
回目浸炭（１２）を行った後、歪み取り（１３）を行
い、小端孔１１ｄ、大端孔１１ｅ研磨（１４）を行うこ
ともできる。

【００６６】図２６及び図２７には、分割型のコンロッ
ド１１を示す。

【００６７】このコンロッド１１は、図示省略のピスト
ン側に接続される小端部１１ａと、図示省略のクランク
シャフト側に接続される大端部１１ｂとを有し、これら
が連結棒部１１ｃを介して連結されている。その大端部
１１ｂは、分割され、キャップ１１ｆがボルト１１ｇに
て取り付けられることにより、大端孔１１ｅが形成され
るように構成されている。

【００６８】そして、その小端部１１ａ及び大端部１１
ｂは、ピストンやクランクシャフトと連結されるため、
表面の硬度が要求されることから、２回浸炭されている
のに対して、連結棒部１１ｃは、表面の硬度はそれ程要
求されないため、１回浸炭されている。

【００６９】次に、このコンロッド１１の製造工程につ
いて説明すると、図２７に示すように、まず、鍛造前の
素材を鍛造し（１）、バリ取り（２）を行い、次に、小
端孔１１ｄ、大端孔１１ｅ加工、小端部１１ａ・大端部
１１ｂ各端面加工（３）を行う。

【００７０】その後、連結棒部１１ｃを銅メッキ等によ
りマスキング（４）し、１回目浸炭（５）を行った後、
マスキング除去処理（６）を行い、２回目浸炭（７）を
行う。

【００７１】次いで、歪み取り（８）を行い、大端部１
１ｂを分割し（９）、大端部１１ｂのボルト１１ｇによ
る結合（１０）を行う。そして、小端孔１１ｄ、大端孔
１１ｅ研磨（１１）を行い、コンロッド１１の製造を完
了する。

【００７２】一方、他の製造工程としては、例えば、上
記小端孔１１ｄ、大端孔１１e加工、小端部１１ａ、大
端部１１ｂ各端面加工（３）の後に１回目浸炭（１２）
を行い、次に、マスキング（１３）を行う。その後、２
回目浸炭（１４）を行った後、歪み取り（１５）を行
い、大端部１１ｂを分割し（１６）、大端部１１ｂのボ
ルト１１ｇによる結合（１７）を行う。そして、小端孔
１１ｄ、大端孔１１ｅ研磨（１８）を行い、コンロッド
１１の製造を完了する。

【００７３】図２８及び図２９には、クランク軸１３を
示す。

【００７４】このクランク軸１３は、図２８の（ａ）に
示すように、コンロッドが連結されるクランクピン部１
３ａ、クランクケースに連結されるジャーナル部１３
ｂ、回転時に慣性力を生じさせるクランクウエッブ部１
３ｃ等から構成されると共に、図２８の（ｂ）に示すよ
うに、オイル孔１３ｄ、端部ネジ部１３ｅ等が形成され
ている。

【００７５】そして、そのクランクピン部１３ａやジャ
ーナル部１３ｂは、コンロッドやクランクケースと連結
されるため、表面の硬度が要求されることから、２回浸
炭されているのに対して、クランクウエッブ部１３ｃ
は、表面の硬度はそれ程要求されないため、１回浸炭さ
れている。

【００７６】次に、このクランク軸１３の製造工程につ
いて説明すると、図２９に示すように、まず、鍛造前の
素材を鍛造し（１）、バリ取り（２）を行い、次に、ク
ランクピン部１３ａ、ジャーナル部１３ｂ、オイル孔１
３ｄ、端部ネジ部１３ｅ加工（３）を行う。

【００７７】その後、１回目浸炭（４）を行い、クラン
クウエッブ部１３ｃをマスキング（５）する。このマス
キング方法は、まず、クランク軸１３全体を銅メッキ
後、ジャーナル部１３ｂ及びクランクピン部１３ａの外
周のメッキを除去する。

【００７８】次いで、２回目浸炭（６）を行った後、歪
み取り（７）を行い、ジャーナル部１３ｂ及びクランク
ピン部１３ａ等の外周研磨（８）を行い、クランク軸１
３の製造を完了する。

【００７９】図３０及び図３１には、減速歯車１５を示
す。

【００８０】この減速歯車１５は、図２９に示すよう
に、中央部の中間ディスク部１５ａに軸が挿入される挿
入孔１５ｂが形成され、この挿入孔１５ｂにはブッシュ
１５ｃが減速歯車１５完成後圧入されるようになってい
る。この中間ディスク部１５ａの周囲には、複数のボス
孔１５ｄを有するボス部１５ｅが形成され、更に、周縁
部には多数の歯部１５ｆが形成されている。

【００８１】そして、その歯部１５ｆの歯面は、表面の
硬度が要求されることから、２回浸炭されているのに対
して、それ以外の中間ディスク部１５ａ及びボス部１５
ｅは、表面の硬度はそれ程要求されないため、１回浸炭
されている。

【００８２】次に、この減速歯車１５の製造工程につい
て説明すると、図３１に示すように、まず、鍛造前の素
材を鍛造し（１）、バリ取り（２）を行い、次に、外
形、ボス孔１５ｄ、ボス部１５e端面、歯面等の加工
（３）を行う。

【００８３】その後、中間ディスク部１５ａ及びボス部
１５ｅを銅メッキによりマスキング（４）を行った後、
１回目浸炭（５）を行い、マスキング除去処理（６）を
行う。そして、２回目浸炭（７）を行い、歯面研磨
（８）を行い、減速歯車１５の製造を完了する。

【００８４】一方、他の製造工程としては、例えば、外
形、ボス孔１５ｄ、ボス部１５ｅ端面、歯面等の加工
（３）後、１回目浸炭（９）を行った後、中間ディスク
部１５ａ及びボス部１５ｅをマスキング（１０）する。
次いで、２回目浸炭（１１）を行い、歯部１５ｆの歯面
研磨（１２）を行い、減速歯車１５の製造を完了する。

【００８５】図３２及び図３３には、ピストンピン１７
を示す。

【００８６】このピストンピン１７は、ピストンとコン
ロッドとを連結するもので、図３１に示すように、棒状
のピストンピン本体１７ａの内部に貫通孔１７ｂが形成
されている。

【００８７】そして、このピストンピン本体１７ａの外
周面は、表面の硬度が要求されることから、２回浸炭さ
れているのに対して、貫通孔１７ｂの内周面は、表面硬
度はそれ程要求されないため、１回浸炭されている。

【００８８】次に、このピストンピン１７の製造工程に
ついて説明すると、図３２に示すように、まず、棒材を
両端面切断（１）し、貫通孔１７ｂ、外形、端面加工
（２）を施す。そして、貫通孔１７ｂの内周部をマスキ
ング（３）し、１回目浸炭（４）を行い、マスキング除
去（５）を行う。次いで、２回目浸炭（６）を行った
後、外形センタレス研磨（７）を行い、ピストンピン１
７の製造を完了する。

【００８９】一方、他の製造工程としては、例えば、貫
通孔１７ｂ、外形、端面加工（２）後、１回目浸炭
（８）を行った後、貫通孔１７ｂの内周部をマスキング
（９）する。次いで、２回目浸炭（１０）を行い、外形
センタレス研磨（１１）を行い、ピストンピン１７の製
造を完了する。

【００９０】このように実施の形態６では、表面強度を
必要とする部分のみ複数回浸炭し、他の部分は１回浸炭
することにより、より合理的に浸炭を行うことができ
る。

【００９１】なお、図２５、図２７に示すコンロッド１
１、図２９に示すクランク軸１３、図３１に示す減速歯
車１５及び図３３に示すピストンピン１７のそれぞれの
複数鍛造工程においてマスキングあるいは及びマスキン
グ除去を実施しているが、浸炭槽は鉄合金部品の表面の
みで、内部は十分靱性が維持されており、表面槽の靱性
が特に必要とされない場合（内燃機関部品の場合内燃機
関出力が小さい場合等）は、コンロッド１１、クランク
軸１３、減速歯車１５及びピストンピン１７等の鉄合金
部品の複数浸炭工程中マスキングをせず、鉄合金部品の
全体に複数浸炭による表面硬化組織を形成するようにし
ても良い。

【００９２】なおさらに、図４、図１９〜図２２に示す
複数浸炭の熱処理のそれぞれに、さらに鉄合金部品を略
１６０℃の温度に加熱し、１時間３０分程度略１６０℃
の温度に保持した後空冷する焼き戻しを実施するように
しても良い。これにより表面硬化組織を維持しつつ歪み
取りを図ることができる。

【００９３】またさらに、浸炭窒化の場合には、ＣＯガ
スやメタン等の炭化水素ガスに例えばアンモニアガスを
加えた浸炭窒化ガスを加熱炉中に導入して炭素・窒素雰
囲気を作り出す。この場合、窒素雰囲気濃度を所定値に
するように制御しつつ、その他の加熱温度、加熱保持時
間及び、炭素雰囲気濃度、加熱及び冷却回数、冷却方法
等は、図４、あるいは図１９〜図２２と同様にしても良
い。このように浸炭窒化を複数回実施しても良いし、あ
るいは複数回の熱処理の内、いずれかを浸炭、他を浸炭
窒化となるように実施しても良い。鉄合金部品の複数浸
炭窒化工程中あるいは、浸炭及び浸炭窒化の組み合わせ
複数処理工程中、マスキングをしなくても良いのは複数
浸炭の場合と同様である。複数浸炭、複数浸炭窒化、浸
炭及び浸炭窒化の組み合わせ複数処理により、鉄合金部
品の表面硬度を高めるのみでなく表面組織を緻密なマル
テンサイト結晶粒だけからなる、あるいは緻密な残留オ
ーステナイトが混じるとしても緻密なマルテンサイト結
晶粒からなるものとしており、耐摩耗性の向上、疲労強
度の向上を図ることができる。なお、浸炭窒化の工程を
加えることにより表面から少なくとも１００μｍの範囲
の組織を、マルテンサイトあるいはさらに残留オーステ
ナイトを含む結晶粒と、この結晶粒境にＦｅあるいはＣ
ｒあるいは両方の炭化物に加え、ＦｅあるいはＣｒある
いは両方の窒化物を析出させたもので構成するようにで
きる。そして、上記の各実施の形態の加熱及び冷却によ
り、前記炭化物に加え前記窒化物の平均粒径を表面から
少なくとも１００μｍの範囲で０．５μｍから１０μｍ
とすると共に、前記範囲の組織中の前記炭化物あるいは
及び前記窒化物の面積率を１から２０％とすることがで
きる。このことにより、耐磨耗性の向上、疲労強度の向
上をより図ることができる。

【００９４】またさらに、図１３乃至図１７のデータは
基材としてＳＣＭ４２０Ｈを使用した場合のものである
が、図１及び図３４乃至図３８に記載の全ての構造用鋼
鋼材を基材として、複数浸炭、複数浸炭窒化、浸炭及び
浸炭窒化の組み合わせ複数処理をすることにより、同様
に鉄合金部品の耐摩耗性の向上、疲労強度の向上を図る
ことができる。

【００９５】

【発明の効果】以上説明してきたように、各請求項に記
載された発明によれば、鉄合金部品の表面強度を従来よ
り向上させることができ、耐磨耗性及び疲労強度の向上
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る鋼材種類の記号
と化学成分を示す表図である。

【図２】同実施の形態１に係るマルテンサイト結晶粒度
番号を示す表図である。

【図３】同実施の形態１に係る鋼の状態図である。

【図４】同実施の形態１に係る浸炭方法の説明図であ
る。

【図５】同実施の形態１に係る１回浸炭した場合の鉄合
金部品の表面の金属組織を示す拡大図である。

【図６】同実施の形態１に係る図５に示す金属組織表面
を更に拡大した図である。

【図７】同実施の形態１に係る１回浸炭した場合の鉄合
金部品の中央部の金属組織を示す拡大図である。

【図８】同実施の形態１に係る２回浸炭した場合の鉄合
金部品の表面の金属組織を示す拡大図である。

【図９】同実施の形態１に係る図８に示す金属組織表面
を更に拡大した図である。

【図１０】同実施の形態１に係る２回浸炭した場合の鉄
合金部品の中央部の金属組織を示す拡大図である。

【図１１】同実施の形態１に係る鉄合金部品の表面を示
す図である。

【図１２】同実施の形態１に係る２回浸炭品金属組織中
の炭化物粒子の分散状態を示す表図である。

【図１３】同実施の形態１に係る高度曲線図である。

【図１４】同実施の形態１に係るマルテンサイト結晶粒
径と１０⁷回疲労強度との関係を示すグラフ図である。

【図１５】同実施の形態１に係る鉄合金部品の各部にお
ける寿命等を示す表図である。

【図１６】同実施の形態１に係る破壊繰り返し数と応力
振幅との関係を示すグラフ図である。

【図１７】従来の鉄合金部品の各部における寿命等を示
す表図である。

【図１８】従来の鉄合金部品の各部における破壊繰り返
し数と応力振幅との関係を示すグラフ図である。

【図１９】この発明の実施の形態２に係る浸炭方法の説
明図である。

【図２０】この発明の実施の形態３に係る浸炭方法の説
明図である。

【図２１】この発明の実施の形態４に係る浸炭方法の説
明図である。

【図２２】この発明の実施の形態５に係る浸炭方法の説
明図である。

【図２３】上記各実施の形態１乃至５のマルテンサイト
結晶粒径を示すグラフ図である。

【図２４】この発明の実施の形態６に係る一体型のコン
ロッドを示す図で、（ａ）はコンロッドの正面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は
（ａ）のＢーＢ線に沿う断面図である。

【図２５】同実施の形態６に係る図２４に示すコンロッ
ドの製造工程の図である。

【図２６】同実施の形態６に係る分割型のコンロッドを
示す図で、（ａ）はコンロッドの一部を断面した正面
図、（ｂ）はコンロッドの大端部の分割部分で断面した
図である。

【図２７】同実施の形態６に係る図２６に示すコンロッ
ドの製造工程の図である。

【図２８】同実施の形態６に係るクランク軸を示す図
で、（ａ）はクランク軸の正面図、（ｂ）は同クランク
軸の一部拡大断面図である。

【図２９】同実施の形態６に係る図２８に示すクランク
軸の製造工程の図である。

【図３０】同実施の形態６に係る減速歯車を示す図で、
（ａ）は減速歯車の正面図、（ｂ）は（ａ）のＣーＣ線
に沿う断面図である。

【図３１】同実施の形態６に係る図３０に示す減速歯車
の製造工程の図である。

【図３２】同実施の形態６に係るピストンピンを示す断
面図である。

【図３３】同実施の形態６に係る図３２に示すピストン
ピンの製造工程の図である。

【図３４】この発明のその他の実施の形態に係わる鋼材
種類の記号と化学成分を示す表図である。

【図３５】この発明のその他の実施の形態に係わる鋼材
種類の記号と化学成分を示す表図である。

【図３６】この発明のその他の実施の形態に係わる鋼材
種類の記号と化学成分を示す表図である。

【図３７】この発明のその他の実施の形態に係わる鋼材
種類の記号と化学成分を示す表図である。

【図３８】この発明のその他の実施の形態に係わる鋼材
種類の記号と化学成分を示す表図である。

【符号の説明】

１鉄合金部品２マルテンサイト３炭化物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学成分としてＣを０．１から０．５重
量％、Ｓiを０．１から０．５重量％、Ｃrを０．３から
１．５重量％、含有する鉄を基材とする鉄合金部品にお
いて、表面硬化処理（浸炭あるいは浸炭窒化）により、表面か
ら少なくとも１００μｍの範囲の組織を、マルテンサイ
トあるいはさらに残留オーステナイトを含む結晶粒と、
この結晶粒境にＦｅあるいはＣｒあるいは両方の炭化物
あるいはさらにＦｅあるいはＣｒの窒化物を析出させた
もので構成し、前記マルテンサイトあるいはさらに残留
オーステナイトの結晶粒径が、鋼のオーステナイト結晶
粒度試験方法（ＪＩＳＧ０５５１）に規定する粒度
測定対象表面の顕微鏡による粒度測定方法、及びこの顕
微鏡測定に基づく平均粒度番号算出方法及び粒度算出方
法と同一の方法で測定算出する場合、７から１０となる
ようにし、且つ、表面から少なくとも１００μｍの範囲
の硬さを少なくともＨｖ７００以上としたことを特徴と
する鉄合金部品。
【請求項２】硬さがＨｖ５５０となる有効硬化深さを
１から２ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載の鉄
合金部品。
【請求項３】表面から少なくとも１００μｍの範囲
で、前記炭化物あるいは及び前記窒化物の平均粒径を表
面から少なくとも１００μｍの範囲で０．５μｍから１
０μｍとすると共に、前記範囲の組織中の前記炭化物あ
るいは及び前記窒化物の面積率を１から２０％としたこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の鉄合金部品。