JP2006183095A

JP2006183095A - 歯面疲労強度に優れた歯車の製造方法

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Publication number: JP2006183095A
Application number: JP2004377856A
Authority: JP
Inventors: Shuji Ozawa; 修司小澤; Tatsuro Ochi; 達朗越智; Hideo Kanisawa; 秀雄蟹澤; Tomoko Serikawa; 友子芹川; Yoshiki Mizuno; 孝樹水野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-07-13

Abstract

【課題】自動車、建設車両、産業機械などの構成部品に用いられる、歯面疲労強度に優れた歯車の製造方法を提供する。
【解決手段】質量％で、
Ｃ：０．１５〜０．２５％、Ｓｉ：１．０〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ｓ：０．００５〜０．０２％、Ｃｒ：１．０〜１．８％、Ｍｏ：０．８〜１．２％、Ｖ：０．１０〜０．２５％、Ａｌ：０．００１〜０．０４％、Ｎ：０．００３〜０．０２％を含有し、Ｐ：０．０２％以下に制限し、残部が鉄と不可避的不純物であり、３７Ｓｉ（％）＋１８Ｍｎ（％）＋１０Ｃｒ（％）＋３１Ｍｏ（％）＋２０１Ｖ（％）が１００〜１５０の範囲である鋼材を、歯車形状に成型加工した後、加熱温度が９００〜１０５０℃の範囲で真空浸炭処理を施すことを特徴とする歯面疲労強度に優れた歯車の製造方法である。
【選択図】なし

Description

本発明は、自動車、建設車両、産業機械などの構成部品に用いられる、歯面疲労強度に優れた歯車の製造方法に関する。

自動車の変速機等には、主にＪＩＳＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０等の肌焼鋼を素材として用い、歯車形状に成型後、浸炭焼入れ焼戻し等による表面硬化処理を施した歯車が使用されている。このような歯車においては、自動車の高出力化および燃費向上等のため、軽量化及び歯車の高強度化が強く求められている。従来、歯車の強度を高めるために歯車の歯元曲げ疲労強度を向上させる技術の開発がなされてきたが、近年においては、ハードショットピーニングの実用化に伴い、歯車の高強度化の重点が、歯車の歯元曲げ疲労強度から歯面疲労強度に移行しつつある。

ところで、歯面疲労強度の改善には、焼戻軟化抵抗を向上させることが有効であるとされており、従来、焼戻軟化抵抗を向上させる手段としては、歯車の材料である鋼の成分を改良した技術がいくつか提案されている。例えば、特許文献１には、Ｓｉを１％以下、Ｃｒを１．５〜５．０％添加した鋼を用いた方法が開示されている。また、特許文献２には、Ｓｉを０．４０〜１．５０％、Ｍｎを０．３０〜２．００％、Ｃｒを０．５０〜３．００％添加した鋼を用いた方法が開示されている。さらに、特許文献３には、Ｓｉを０．７〜１．５％、Ｃｒを０．１〜３．０％、Ｍｏを０．０５〜１．５％添加した鋼を用いた方法が開示されている。

上述のように、焼戻軟化抵抗を向上させる鋼の成分としてＳｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ等の元素が有効であることが知られているが、より焼戻軟化抵抗を向上させることにより歯面疲労強度に優れた歯車を製造することができる方法の開発が求められているのが現状である。
特開平７−２４２９９４号公報特開２００１−３２９３３７号公報特開２００３−２３１９４３号公報

以上の状況に鑑み、本発明の目的は、より効果的に焼戻軟化抵抗を向上させることにより歯面疲労強度に優れた歯車を製造することができる方法を提供するものである。

上述のとおり、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ等を増量添加した鋼を素材として用いることにより、焼戻軟化抵抗を向上させることができることは知られているところであるが、本発明者らはさらに焼戻軟化抵抗を向上させるために、下記事項が少なくとも必要であることを知見し、本発明を完成するに至った。

(1) Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ以外にＶも焼戻軟化抵抗を向上させる効果を有すること。
(2) 上記５元素（Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、及びＶ）の各々の焼戻軟化抵抗の向上効果を加味した５元素の総量が式：３７Ｓｉ（％）＋１８Ｍｎ（％）＋１０Ｃｒ（％）＋３１Ｍｏ（％）＋２０１Ｖ（％）で１００〜１５０の範囲内であること。
(3) 上記５元素の炭化物の析出強化による焼戻軟化抵抗向上では不十分であり、上記５つの添加元素のマルテンサイト組織中の固溶強化により、焼戻軟化抵抗をより効果的に向上させることができること。
(4) 焼戻軟化抵抗を向上させるためには、浸炭焼入れ等における焼入れを高温で行い、素材（鋼）中に析出している炭化物を固溶させる必要があること。

本発明の要旨は以下のとおりである。
1) 質量％で、
Ｃ：０．１５〜０．２５％、
Ｓｉ：１．０〜１．５％、
Ｍｎ：０．３〜２．０％、
Ｓ：０．００５〜０．０２％、
Ｃｒ：１．０〜１．８％、
Ｍｏ：０．８〜１．２％、
Ｖ：０．１０〜０．２５％、
Ａｌ：０．００１〜０．０４％、
Ｎ：０．００３〜０．０２％
を含有し、
Ｐ：０．０２％以下に制限し、残部が鉄と不可避的不純物であり、かつ
３７Ｓｉ（％）＋１８Ｍｎ（％）＋１０Ｃｒ（％）＋３１Ｍｏ（％）＋２０１Ｖ（％）が１００〜１５０の範囲内である鋼材を、歯車形状に成型加工した後、加熱温度が９００〜１０５０℃の範囲内で真空浸炭処理を施すことを特徴とする歯面疲労強度に優れた歯車の製造方法。

2) 前記鋼材が、更に、質量％で、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｔｉ：０．０５％以下
の内の１種または２種を含む１）に記載の歯面疲労強度に優れた歯車の製造方法。

以上述べたごとく、より効果的に焼戻軟化抵抗を向上させることにより歯面疲労強度に優れた歯車を製造することができる方法を提供することができ、この製造方法を用いることにより、自動車、建設車両、産業機械などの高出力化および燃費向上等に大きく寄与することが可能になる。

従来、鋼にＳｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ等の元素を増量添加することにより焼戻軟化抵抗が向上することは知られているが、本発明者らは、該元素を過剰に添加すると炭化物が多量に析出したり、炭化物の平均径の増大をもたらしたりして、焼戻軟化抵抗をかえって悪化させるのではないかと考えた。そこで、本発明者らは、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ等の添加元素を鋼中に極力固溶させることにより、効果的に歯車の歯面疲労強度を向上させることができるのではないかと考えた。

また、Ｖも同様に鋼に添加し、極力固溶させることにより、焼戻軟化抵抗を増大させることができると考えた。

そこで、本発明者らは、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｖ等の元素を適量添加した鋼材を用いて歯車を製造し、続いて、該添加元素を固溶させるために、高温で浸炭焼入れ等の焼入れを行うことにより、焼戻軟化抵抗をさらに向上させることができるのではないかと考え、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｖ等の元素の添加量を変化させた各鋼を材料として用いて歯車の成型加工を行い、その後、高温で浸炭焼入れを行った後、焼戻しするという歯車の表面硬化処理を行って、各歯車における歯面の疲労寿命を調べた。また、上述の添加元素のマルテンサイト組織中の固溶強化によって歯面の疲労寿命が改善されたかどうかを確認するために、マルテンサイト組織中の固溶強化分の指標として、製造した各歯車の表面から５０μｍ深さまでの間に粗大な炭化物がないこと、より具体的には、炭化物の平均径が１μｍ未満であるかどうかを、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡等を用いて調べた。

その結果、以下の事項が明らかになった。まず、歯車の歯面疲労強度の向上を達成するには、単にＳｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ等の添加量を増加させた鋼材を用いるだけでは不十分であることが明らかになった。すなわち、焼戻軟化抵抗の向上には、従来のＳｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏに加えてＶの添加も有効であることや、該添加元素が鋼中に固溶されることによって、より効果的に歯車の歯面疲労強度向上につながることを明らかにした。このことから、金属学的には、該添加元素の析出強化を介して焼戻軟化抵抗を増加させただけでは歯車の歯面疲労強度向上には不十分であるため、さらに、該添加元素のマルテンサイト組織中の固溶強化を介して焼戻軟化抵抗を増加させた方が、より効果的に歯車の歯面疲労強度の向上に寄与するのではないかと考えた。

また、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｌ、Ｎ、及びＰを所定量含み、残部が鉄、不可避的不純物等からなり、かつ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの総量が、式：３７Ｓｉ（％）＋１８Ｍｎ（％）＋１０Ｃｒ（％）＋３１Ｍｏ（％）＋２０１Ｖ（％）において１００〜１５０の範囲内にある鋼材を用いて歯車を成型加工し、その後、該歯車の表面を９００〜１０５０℃の範囲内の温度で真空浸炭処理することにより、焼戻軟化抵抗を効果的に向上させることができることが明らかになった。

以上のことから、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｌ、Ｎ、及びＰを所定量含み、残部が鉄、不可避的不純物等からなり、かつ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの総量が、式：３７Ｓｉ（％）＋１８Ｍｎ（％）＋１０Ｃｒ（％）＋３１Ｍｏ（％）＋２０１Ｖ（％）において１００〜１５０の範囲内である鋼材は、歯面疲労強度に優れた肌焼鋼として有用であるといえる。

また、上述の肌焼鋼を素材として用い、歯車形状に成型加工した後、上述のように歯車の表面を処理することにより得られた歯車は、歯面疲労強度に優れているといえる。従って、このような歯車は、該歯車の駆動面と被駆動面とが滑りを伴いながら高面圧で接触することにより発生する摩擦熱によって、歯面の表面近傍が３００℃程度まで上昇し、結果として生じる焼戻軟化に対しても抵抗性を有し、さらには、自動車、建設車両、産業機械などの高出力化および燃費向上等に大きく貢献できると考えられる。

次に、本発明の鋼材（肌焼鋼であってもよい。）に含ませる各化学成分の質量％の範囲について説明する。

Ｃ：０．１５〜０．２５％
Ｃは鋼の強度を保持するのに必須の元素であり、その含有量が芯部の強度を決定し、有効硬化層深さにも影響する。そこで、本発明ではＣ量の下限を０．１５％として芯部強度を確保している。しかし、その含有量が多すぎると靭性が低下するため０．２５％を上限とした。

Ｓｉ：１．０〜１．５％
Ｓｉは焼戻軟化抵抗を向上させるのに有効な元素であり、１．０％以上の添加により効果が得られる。そこで、本発明ではＳｉ量の下限を１．０％とした。しかし、その含有量が１．５％を超えると浸炭性が劣化するため１．５％を上限とした。

Ｍｎ：０．３〜２．０％
Ｍｎは焼入性を向上させるのに有効な元素であり、また焼戻軟化抵抗を向上させるのにも有効な元素である。更に鋼中に不可避的に混入する不純物元素であるＳを、ＭｎＳとして固定することによって無害化させる作用も有する。従って、Ｍｎの量としては０．３％以上必要であると考えられる。そこで、本発明ではＭｎ量の下限を０．３％とした。しかし、その含有量が２．０％を超えるとサブゼロ処理を実施しても防止できないほどに浸炭層の残留オーステナイトを増加安定させてしまい、焼戻軟化抵抗がかえって悪化するため２．０％を上限とした。

Ｓ：０．００５〜０．０２％
Ｓは不可避的に混入する不純物元素であるが、被削性の観点から０．００５％以上含有することが必要である。そこで、本発明ではＳ量の下限を０．００５％とした。しかしながら、その含有量が０．０２％を超えると鍛造性を阻害するため０．０２％を上限とした。

Ｃｒ：１．０〜１．８％
Ｃｒは焼入性を向上させるのに有効な元素であり、また焼戻軟化抵抗を向上させるのにも有効な元素であり、１．０％以上の添加により効果が得られる。そこで、本発明ではＣｒ量の下限を１．０％とした。しかし、その含有量が１．８％を超えると素材に存在するＣｒ炭化物を固溶させるために１０５０℃を超える浸炭温度が必要となり、粗大粒の問題が生じるため１．８％を上限とした。

Ｍｏ：０．８〜１．２％
Ｍｏは焼入性を向上させるのに有効な元素であり、また焼戻軟化抵抗を向上させるのにも有効な元素であり、０．８％以上の添加により効果が得られる。そこで、本発明ではＭｏ量の下限を０．８％とした。しかし、その含有量が１．２％を超えると素材に存在するＭｏ炭化物を固溶させるために１０５０℃を超える浸炭温度が必要となり、粗大粒の問題が生じるため１．２％を上限とした。

Ｖ：０．１０〜０．２５％
Ｖは焼戻軟化抵抗を向上させるのに有効な元素であり、０．１０％以上の添加により効果が得られる。そこで、本発明ではＶ量の下限を０．１０％とした。しかし、その含有量が０．２５％を超えると素材に存在するＶ炭化物を固溶させるために１０５０℃を超える浸炭温度が必要となり、粗大粒の問題が生じるため０．２５％を上限とした。

Ａｌ：０．００１〜０．０４％
ＡｌはＮと化合物を形成することによる結晶粒微細化の効果があるため０．００１％以上は必要であると考えられる。そこで、本発明ではＡｌ量の下限を０．００１％とした。しかしながら、その含有量が０．０４％を超えると切削性を著しく阻害するため０．０４％を上限とした。

Ｎ：０．００３〜０．０２％
Ｎは不可避的に混入する元素であるが、ＡｌとＮと化合物を形成することによる結晶粒微細化の効果もあるため０．００３％以上の含有量が必要であると考えられる。そこで、本発明ではＮ量の下限を０．００３％とした。しかしながら、その含有量が０．０２％を超えると鍛造性を著しく阻害するため０．０２％を上限とした。

Ｐ：０．０２％以下に制限
Ｐは不可避的に混入する不純物元素であり、粒界に偏析して靭性を低下させるため０．０２％以下に制限する必要がある。そこで、本発明ではＰ量を０．０２％以下に制限した。

なお、本発明に係る歯面疲労強度に優れた歯車を製造する方法において用いられる鋼材に、結晶粒の微細化や結晶粒の粗大化防止を目的として上述の化学成分以外にＮｂ、Ｔｉ等をさらに添加することとしてもよい。この場合において、これらの元素は熱間圧延、熱間鍛造、切削加工等の生産性を阻害しない下記の範囲で鋼材に含有させることが好ましい。

Ｎｂ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．０５％以下の内の１種または２種
Ｎｂ、ＴｉはＮと化合物を形成することによる結晶粒微細化の効果があるので、Ｎｂ、Ｔｉのうち１種または２種を含有することが好ましい。しかしながら、各元素とも０．０５％を超えて含有させても結晶粒微細化の効果は飽和して経済性を損ねるため０．０５％を上限とした。

次に、本発明の鋼材におけるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの総量について説明する。本発明においては、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの総量は、以下の式で１００〜１５０の範囲内であることが必要条件となる。
これは、上述のように、本発明者らが鋭意研究した結果、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの総量が、下記の式で１００以上含有する場合に、歯面疲労強度に優れた歯車を得ることができることを知見したからである。また、下記の式で１５０を超える高合金成分の鋼材を用いると、マルテンサイト変態開始点が低下することに起因して真空浸炭処理後の残留オーステナイト量が２０％を超えることとなり、マルテンサイトに比べ残留オーステナイトの方が軟らかいという特性により、歯車の表面の強度の著しい低下をもたらすこととなる。従って、本発明においては、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの総量が下記の式で１５０以下であることを条件とした。なお、下式左辺でＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの各元素の係数がそれぞれ異なるのは、元素によって焼戻軟化抵抗の向上に寄与する程度が異なるためである。
３７Ｓｉ（％）＋１８Ｍｎ（％）＋１０Ｃｒ（％）＋３１Ｍｏ（％）＋２０１Ｖ（％）＝１００〜１５０

次に、上述の鋼材を用いて歯車形状に成型加工した後、歯車の歯表面を加熱温度が９００〜１０５０℃の範囲内で真空浸炭処理することとした理由について説明する。

上式で１００以上を含有する素材（鋼）中の炭化物を固溶させるための浸炭温度は９００℃未満では不十分であり、９００℃以上、望ましくは９５０℃以上が必要である。そこで、本発明では浸炭温度の下限を９００℃とした。しかしながら、浸炭温度が１０５０℃を超えると粗大粒の問題が生じるため１０５０℃を上限とした。

ところで一般には浸炭法としてガス浸炭および真空浸炭が広く用いられているが、本発明者らが調査したところ、ガス浸炭ではキャリアガス中に含まれる微量の酸素により歯車表面に１０μｍ程度の粒界酸化が生じることに起因して強度が低下することを知見したため、真空浸炭の適用が必要である。そこで、本発明では歯車形状に成型加工した歯車の歯表面を真空浸炭処理することを条件とした。

尚、本実施の形態においては、上述の鋼材を材料として用いて、歯車形状に成型加工した後、加熱温度が９００〜１０５０℃の範囲内で真空浸炭処理を施すことにより、歯面疲労強度に優れた歯車を製造することとしているが、上記真空浸炭処理後に広く用いられている処理、例えばショットピーニング処理、ＷＰＣ処理、ＷＪＰ処理、サブゼロ処理等をさらに施しても本発明の効果を阻害することはないので、これらの処理を真空浸炭処理後に施すこととしてもよい。

以下に本発明を実施例によって具体的に説明する。なお、これらの実施例は本発明を説明するためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。

表1に示す化学組成を有する各熱間圧延素材に球状化焼鈍を施して被削性を確保した後、ピッチ円直径６５．８ｍｍ、モジュール１．５、歯数３５のドライブギアとドリブンギア（試験Ｎｏ．１〜１７）を製作した。

次に、ギアの有効硬化層深さが０．６ｍｍになる加工条件にて以下に述べる表面硬化処理を施した。試験Ｎｏ．１、３、５〜７、９、１１、１４においては１０００℃での真空浸炭焼入れを行い、その後２００℃で９０分間焼戻しを行った。試験Ｎｏ．２においては９００℃での真空浸炭焼入れを行い、その後２００℃で９０分間焼戻しを行った。試験Ｎｏ．４、８、１２、１３においては９５０℃での真空浸炭焼入れを行い、その後２００℃で９０分間焼戻しを行った。試験Ｎｏ．１０においては１０５０℃での真空浸炭焼入れを行い、その後２００℃で９０分間焼戻しを行った。試験Ｎｏ．１５においては９５０℃でカーボンポテンシャル０．８のガス浸炭焼入れを行い、その後２００℃で９０分間焼戻しを行った。試験Ｎｏ．１６においては９５０℃でカーボンポテンシャル１．３のガス浸炭焼入に引き続き、カーボンポテンシャル０．９５のガス浸炭焼入による高炭素浸炭処理を行ない、その後２００℃で９０分間焼戻しを行った。試験Ｎｏ．１７においては８９０℃での真空浸炭焼入れを行い、その後２００℃で９０分間焼戻しを行った。

焼戻し処理後、試験Ｎｏ．１〜１７の歯面の疲労寿命を調べるため、動力循環式歯車疲労試験機を用いて試験負荷200N・mにおける寿命（回）を調査した。なお、寿命は歯面ピッチングに伴う振動を検知することによって計測した。

また、試験Ｎｏ．１〜１７について、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ等の添加元素の固溶強化による焼戻軟化抵抗の増加分を評価した。なお、焼戻軟化抵抗の評価は、通常、マイクロビッカース硬度計等を用いて微小な領域の硬さを測定することにより行われるが、この評価方法では析出強化による硬さの増加分も含まれてしまい、固溶強化による硬さの増加分のみを測定することができない。そこで、本実施例においては、マルテンサイト組織中の固溶強化による硬さの増加分が歯車の歯面疲労強度の向上に重要であるという知見に基づいて、マルテンサイト組織中の固溶強化による硬さの増加分の指標として、製造した各歯車の表面から５０μｍ深さまでの間に粗大な炭化物がないこと、より具体的には、炭化物の平均径が１μｍ未満であるかどうかを、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡等を用いてミクロ組織を観察することにより調べた。なお、炭化物の平均径は次のように測定した。まず、試験後に歯車を切断して樹脂埋めサンプルを作製し、鏡面研磨を行った。その後、サンプルの研磨面をナイタル腐食液にてエッチングし、走査型電子顕微鏡にて歯車表面から５０μｍ深さまでの炭化物を無作為に多数観察し、観察された炭化物の径の値を算術平均することにより求めた。

また、焼入れの段階でマルテンサイト変態開始点が低下すると残留オーステナイト量が増加し、強度の低下をもたらすことが知られている。そこで、試験Ｎｏ．１〜１７における、歯車の表面から５０μｍ深さの残留オーステナイト量の割合を、顕微鏡で組織観察することにより求めることとした。

以上の試験結果を表２に示す。

この結果から、本発明例の試験Ｎｏ．１〜１０は１００万回以上の寿命を有することから、優れた歯面疲労強度を有していることが明らかになった。これは、鋼材に含まれる化学成分の質量％が所定の範囲内（Ｃは０．１５〜０．２５％の範囲内、Ｓｉは１．０〜１．５％の範囲内、Ｍｎは０．３〜２．０％の範囲内、Ｓは０．００５〜０．０２％の範囲内、Ｃｒは１．０〜１．８％の範囲内、Ｍｏは０．８〜１．２％の範囲内、Ｖは０．１０〜０．２５％の範囲内、Ａｌは０．００１〜０．０４％の範囲内、Ｎは０．００３〜０．０２％の範囲内、及びＰは０．０２％以下）にあること、鋼材におけるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの総量が式：３７Ｓｉ（％）＋１８Ｍｎ（％）＋１０Ｃｒ（％）＋３１Ｍｏ（％）＋２０１Ｖ（％）で１００〜１５０の範囲内にあること、及び、９００〜１０５０℃の温度範囲内で真空浸炭処理を施したこと、などの条件を満たすことによって、歯車の表面における炭化物の析出量を減少させ、かつ、残留オーステナイト量を２０％以内に抑えることができたことによるものであると考えられた。

これに対して比較例の試験Ｎｏ．１１では炭化物の析出が少なく、残留オーステナイト量が２０％以下であるにもかかわらず、１００万回未満の寿命で不十分であった。試験後の調査の結果、浸炭不良によりギア表面のＣ濃度が０．３％と低くなっていることがわかった。このことから、鋼材のＳｉ含有量が１．５％を超えると浸炭性が劣化するのではないかと考えられた。

比較例の試験Ｎｏ．１２およびＮｏ．１３も炭化物の析出が少なく、残留オーステナイト量が２０％以下であるにもかかわらず、１００万回未満の寿命で不十分であった。これは、鋼材におけるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの総量が式：３７Ｓｉ（％）＋１８Ｍｎ（％）＋１０Ｃｒ（％）＋３１Ｍｏ（％）＋２０１Ｖ（％）において１００未満であったことに起因するのではないかと考えられた。比較例の試験Ｎｏ．１４においては１００万回未満の寿命で不十分であり、優れた歯面疲労強度を有していなかった。これは、鋼材におけるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの総量が式：３７Ｓｉ（％）＋１８Ｍｎ（％）＋１０Ｃｒ（％）＋３１Ｍｏ（％）＋２０１Ｖ（％）において１５０を超えていること、及び、残留オーステナイト量が３０％と多いことに起因して、強度が低下したのではないかと考えられた。

比較例の試験Ｎｏ．１５は炭化物の析出が少なく、残留オーステナイト量が２０％以下であるにもかかわらず、１００万回未満の寿命で不十分であった。これは、歯車のギア表面に１０μｍ程度の粒界酸化が生じ、そこを起点に破損していることによるものであることがわかった。このことから、９５０℃のガス浸炭焼入れでは、キャリアガス中に含まれる微量の酸素により歯車の歯表面に粒界酸化が生じさせ、強度の低下を招くため、優れた歯面疲労強度を得ることができないのではないかと考えられた。

比較例の試験Ｎｏ．１６は１００万回未満の寿命で不十分であり、優れた歯面疲労強度を有していなかった。試験後の調査の結果、トルースタイト組織が観察され、焼入れが不十分であることがわかった。この焼入れの不足は、高炭素浸炭処理によって生成された平均径１５μｍ程度の炭化物内にＣｒ、Ｍｏ、Ｖが固溶することによって鋼材マトリックス中の該元素が不足したことによるものであると考えられた。このことから、９５０℃でのガス浸炭焼入れによる高炭素浸炭処理では、優れた歯面疲労強度を得ることができなかったのではないかと考えられた。

８９０℃での真空浸炭焼入れを行った比較例の試験Ｎｏ．１７は１００万回未満の寿命で不十分であり、歯車表面から５０μｍ深さまでの間において平均径が３μｍ以上の炭化物が多数残存することが明らかになった。このことから、８９０℃での真空浸炭焼入れでは、平均径が３μｍ以上の炭化物が多数形成され、これにより優れた歯面疲労強度を得ることができなかったのではないかと考えられた。

Claims

質量％で、
Ｃ：０．１５〜０．２５％、
Ｓｉ：１．０〜１．５％、
Ｍｎ：０．３〜２．０％、
Ｓ：０．００５〜０．０２％、
Ｃｒ：１．０〜１．８％、
Ｍｏ：０．８〜１．２％、
Ｖ：０．１０〜０．２５％、
Ａｌ：０．００１〜０．０４％、
Ｎ：０．００３〜０．０２％
を含有し、
Ｐ：０．０２％以下に制限し、残部が鉄と不可避的不純物であり、
３７Ｓｉ（％）＋１８Ｍｎ（％）＋１０Ｃｒ（％）＋３１Ｍｏ（％）＋２０１Ｖ（％）が１００〜１５０の範囲である鋼材を、歯車形状に成型加工した後、加熱温度が９００〜１０５０℃の範囲で真空浸炭処理を施すことを特徴とする歯面疲労強度に優れた歯車の製造方法。
前記鋼材が、更に、質量％で、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｔｉ：０．０５％以下
の内の１種または２種を含む請求項１記載の歯面疲労強度に優れた歯車の製造方法。