JP2009052119A - 鋼の熱処理方法、機械部品の製造方法および機械部品 - Google Patents

Abstract

【課題】処理効率の低下を抑制しつつ、オーステナイト結晶粒の微細化が可能な浸炭処理または浸炭窒化処理と焼入硬化処理とを含む鋼の熱処理方法、高い生産効率で浸炭処理または浸炭窒化処理と焼入硬化処理とを含む熱処理が実施され、オーステナイト結晶粒が微細化された機械部品およびその製造方法を提供する。
【解決手段】鋼の熱処理方法は、Ａ_１点以上の温度である浸炭温度Ｔ_１において浸炭する浸炭工程と、浸炭工程の後、Ｍ_Ｓ点を超え６６０℃以下の温度である冷却温度Ｔ_２に冷却する冷却工程と、冷却工程の後、Ａ_１点以上浸炭温度Ｔ_１以下の温度である再加熱温度Ｔ_３に再加熱する再加熱工程と、再加熱工程の後、Ａ_１点以上の温度からＭ_Ｓ点以下の温度に冷却して焼入を実施する工程とを備えている。
【選択図】図８

Description

本発明は鋼の熱処理方法、機械部品の製造方法および機械部品に関し、より特定的には、浸炭処理または浸炭窒化処理と焼入硬化処理とを含む鋼の熱処理方法、浸炭処理または浸炭窒化処理と焼入硬化処理とを含む熱処理が実施されて製造される機械部品およびその製造方法に関するものである。

鋼からなる機械部品の表層部の耐久性等を向上させる熱処理方法として、浸炭処理や浸炭窒化処理が知られている。この浸炭処理や浸炭窒化処理においては、鋼からなる被処理物（機械部品の概略形状に成形された鋼部材）が、所定の雰囲気中でＡ_１点以上の温度である表面処理温度に加熱されることにより、当該被処理物の表面から炭素、または炭素および窒素が被処理物中に侵入し、内部へと拡散する。そして、炭素および窒素の被処理物中における拡散係数は、当該被処理物の温度が高いほど大きくなる。したがって、表面処理温度を高くすることにより、浸炭処理や浸炭窒化処理の処理効率を向上させることができる。しかし、表面処理温度を高くした場合、被処理物を構成する鋼のオーステナイト結晶粒が大きくなる。そして、完成品である機械部品のオーステナイト結晶粒（旧オーステナイト結晶粒）が粗大化した場合、当該機械部品の特性が劣化するという問題が生じる。

これに対し、浸炭処理後に２回焼入を実施する熱処理方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。図１０は、浸炭処理後に２回焼入を実施する熱処理方法を説明するための図である。図１０において、横方向は時間を示しており、右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図１０において、縦方向は温度を示しており、上に行くほど温度が高いことを示している。図１０を参照して、浸炭処理後に２回焼入を実施する従来の鋼の熱処理方法を説明する。

図１０を参照して、従来の鋼の熱処理方法においては、浸炭工程、１次焼入工程、再加熱工程および２次焼入工程が順次実施される。浸炭工程においては、被処理物が所望のカーボンポテンシャル（Ｃ_Ｐ）値の雰囲気中において、Ａ_１点以上の温度、たとえば９４０℃に加熱され、５時間保持される。このとき、被処理物を構成する鋼のオーステナイト結晶粒は、この高温での保持により粗大化する。１次焼入工程においては、浸炭処理された被処理物が、Ａ_１点以上の温度からＭ_Ｓ点以下の温度（たとえば室温付近）まで、たとえば焼入油に浸漬されることにより冷却されて焼入硬化される（１次焼入）。これにより、被処理物を構成する鋼の組織は、オーステナイト組織からマルテンサイト組織に変態する。

再加熱工程では、被処理物がＡ_１点以上の温度、たとえば８１０℃に再加熱され、３０分間保持される。このとき、１次焼入により被処理物を構成する鋼中に導入された高密度の転位や多数の炭化物を核として、多数のオーステナイト結晶粒が生成する。その結果、被処理物を構成する鋼のオーステナイト結晶粒が微細化される。２次焼入工程では、被処理物が、Ａ_１点以上の温度からＭ_Ｓ点以下の温度（たとえば室温付近）まで、たとえば焼入油に浸漬されることにより冷却されて焼入硬化される（２次焼入）。これにより、被処理物を構成する鋼の組織はオーステナイト組織からマルテンサイト組織に変態する。そして、再加熱工程において微細化したオーステナイト結晶粒の痕跡は、２次焼入完了後の被処理物を構成する鋼において、旧オーステナイト結晶粒として残存し、オーステナイト結晶粒の微細な被処理物が得られる。以上のプロセスにより、高い表面処理温度で迅速に浸炭を行ない、かつ微細なオーステナイト結晶粒を得ることが可能な鋼の熱処理方法を提供することができる。
特開平１１−２１７６２６号公報

しかしながら、上記２回焼入を実施するためには、たとえば浸炭処理が実施された被処理物を浸炭炉から取り出し、焼入油中に浸漬してＭ_Ｓ点以下の温度にまで冷却した後、さらに加熱炉に入れてＡ_１点以上の温度まで加熱した上で、再度焼入油中に浸漬してＭ_Ｓ点以下の温度にまで冷却する必要がある。このような煩雑なプロセスを生産現場において行なうことは、生産現場における生産効率の低下の要因となり、結果として生産コストの上昇を招来する。

そこで、本発明の目的は、処理効率の低下を抑制しつつ、オーステナイト結晶粒の微細化が可能な浸炭処理または浸炭窒化処理と焼入硬化処理とを含む鋼の熱処理方法、高い生産効率で浸炭処理または浸炭窒化処理と焼入硬化処理とを含む熱処理が実施され、オーステナイト結晶粒が微細化された機械部品およびその製造方法を提供することである。

本発明に従った鋼の熱処理方法は、Ａ_１点以上の温度である表面処理温度において浸炭または浸炭窒化する工程と、浸炭または浸炭窒化する工程の後、Ｍ_Ｓ点を超え６６０℃以下の温度である冷却温度に冷却する工程と、上記冷却温度に冷却する工程の後、Ａ_１点以上表面処理温度以下の温度である再加熱温度に再加熱する工程と、再加熱する工程の後、Ａ_１点以上の温度からＭ_Ｓ点以下の温度に冷却して焼入を実施する工程とを備えている。

本発明者は、生産現場において生産効率低下の要因となる２回焼入の実施を回避しつつ、浸炭処理または浸炭窒化処理と焼入硬化処理とを実施し、かつオーステナイト結晶粒の微細化が可能な熱処理方法について詳細な検討を行なった。その結果、浸炭処理または浸炭窒化処理の後、被処理物をＭ_Ｓ点以下の温度にまで冷却して焼入を実施しなくても、６６０℃以下の温度に冷却したあとＡ_１点以上表面処理温度以下の温度域に再加熱し、その後焼入硬化処理を実施することにより、オーステナイト結晶粒の微細化が可能であることを見出した。

本発明の鋼の熱処理方法においては、浸炭または浸炭窒化する工程の後、Ｍ_Ｓ点を超え６６０℃以下の温度である冷却温度に冷却する工程が実施され、このとき焼入は実施されない。そのため、たとえば被処理物を焼入油に浸漬する工程（図１０の１次焼入工程）に代えて、上記冷却温度に保持された雰囲気中に被処理物を移動させて、上記冷却温度に被処理物を冷却する工程を採用することができる。その結果、本発明の鋼の熱処理方法によれば、処理効率の低下を抑制しつつ、オーステナイト結晶粒の微細化が可能な浸炭処理または浸炭窒化処理と焼入硬化処理とを含む鋼の熱処理方法を提供することができる。

ここで、Ａ_１点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織がフェライトからオーステナイトに変態を開始する温度に相当する点をいう。また、Ｍ_Ｓ点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。

上記鋼の熱処理方法において好ましくは、上記冷却温度は４５０℃以上である。本発明の鋼の熱処理方法において、上記冷却温度を４５０℃未満としても、オーステナイト結晶粒を微細化させる効果は飽和する。一方、上記冷却速度を４５０℃未満とした場合、その後に被処理物を再加熱するために必要な熱エネルギーが大きくなる。そのため、上記冷却温度は４５０℃以上であることが好ましい。

上記鋼の熱処理方法において好ましくは、上記冷却温度は５５０℃以下である。上述のように、本発明の鋼の熱処理方法においては、上記冷却温度を６６０℃以下とすることにより、オーステナイト結晶粒を微細化することが可能である。しかし、２回焼入を実施した場合と同等のオーステナイト結晶粒の微細化を達成するためには、上記冷却温度を５５０℃以下とする必要がある。そのため、上記冷却温度は５５０℃以下であることが好ましい。

本発明に従った機械部品の製造方法は、鋼からなり、機械部品の概略形状に成形された鋼部材を準備する工程と、当該鋼部材に対して、浸炭処理または浸炭窒化処理と焼入硬化処理とを含む熱処理を実施する工程とを備えている。そして、当該熱処理は、上記本発明の鋼の熱処理方法を用いて実施される。

本発明の機械部品の製造方法によれば、処理効率の低下を抑制しつつ、オーステナイト結晶粒の微細化が可能な本発明の鋼の熱処理方法が、鋼部材の熱処理を実施する工程において採用されることにより、高い生産効率で、浸炭処理または浸炭窒化処理と焼入硬化処理とを含む熱処理が実施され、オーステナイト結晶粒が微細化された機械部品を製造することができる。

本発明に従った機械部品は、上述の機械部品の製造方法により製造されている。上述した本発明の機械部品の製造方法により製造されていることにより、本発明の機械部品は、高い生産効率で製造されており、製造コストが低減されつつオーステナイト結晶粒が微細化されている。

上記本発明の機械部品は軸受を構成する部品として用いられてもよい。浸炭処理または浸炭窒化処理が実施されることにより表層部が強化されるとともに、オーステナイト結晶粒が微細化され、かつ製造コストが低減された本発明の機械部品は、疲労強度、耐摩耗性等が要求される機械部品である軸受を構成する部品として好適である。

なお、上述の機械部品を用いて、軌道輪と、軌道輪に接触し、円環状の軌道上に配置される転動体とを備えた転がり軸受を構成してもよい。すなわち、軌道輪および転動体の少なくともいずれか一方、好ましくは両方が、上述の機械部品である。浸炭処理または浸炭窒化処理が実施されることにより表層部が強化されるとともにオーステナイト結晶粒が微細化され、かつ製造コストが低減された本発明の機械部品を備えていることにより、当該転がり軸受によれば、製造コストが低減されるとともに、長寿命な転がり軸受を提供することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の鋼の熱処理方法によれば、処理効率の低下を抑制しつつ、オーステナイト結晶粒の微細化が可能な浸炭処理または浸炭窒化処理と焼入硬化処理とを含む鋼の熱処理方法を提供することができる。また、本発明の機械部品および機械部品の製造方法によれば、高い生産効率で浸炭処理または浸炭窒化処理と焼入硬化処理とを含む熱処理が実施され、オーステナイト結晶粒が微細化された機械部品およびその製造方法を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である実施の形態１における機械部品を備えた転がり軸受としての深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。図１を参照して、実施の形態１における転がり軸受としての深溝玉軸受について説明する。

図１を参照して、深溝玉軸受１は、環状の外輪１１と、外輪１１の内側に配置された環状の内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に配置され、円環状の保持器１４に保持された転動体としての複数の玉１３とを備えている。外輪１１の内周面には外輪転走面１１Ａが形成されており、内輪１２の外周面には内輪転走面１２Ａが形成されている。そして、内輪転走面１２Ａと外輪転走面１１Ａとが互いに対向するように、外輪１１と内輪１２とは配置されている。さらに、複数の玉１３は、内輪転走面１２Ａおよび外輪転走面１１Ａに接触し、かつ保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、深溝玉軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。

ここで、機械部品である外輪１１、内輪１２、玉１３および保持器１４のうち、特に、外輪１１、内輪１２および玉１３には転動疲労強度や耐摩耗性が要求される。そのため、これらのうち少なくとも１つは本発明の機械部品であることにより、深溝玉軸受１の製造コストを低減しつつ、深溝玉軸受１を長寿命化することができる。

図２は、本発明の実施の形態１の第１変形例である機械部品を備えた転がり軸受としてのスラストニードルころ軸受の構成を示す概略断面図である。図２を参照して、実施の形態１の第１変形例における転がり軸受としてのスラストニードルころ軸受について説明する。

図２を参照して、スラストニードルころ軸受２は、円盤状の形状を有し、互いに一方の主面が対向するように配置された転動部材としての一対の軌道輪２１と、転動部材としての複数のニードルころ２３と、円環状の保持器２４とを備えている。複数のニードルころ２３は、一対の軌道輪２１の互いに対向する主面に形成された軌道輪転走面２１Ａに接触し、かつ保持器２４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、スラストニードルころ軸受２の一対の軌道輪２１は、互いに相対的に回転可能となっている。

ここで、機械部品である軌道輪２１、ニードルころ２３および保持器２４のうち、特に、軌道輪２１、ニードルころ２３には転動疲労強度や耐摩耗性が要求される。そのため、これらのうち少なくとも１つは本発明の機械部品であることにより、スラストニードルころ軸受２の製造コストを低減しつつ、スラストニードルころ軸受２を長寿命化することができる。

図３は、本発明の実施の形態１の第２変形例である機械部品を備えた等速ジョイントの構成を示す概略部分断面図である。また、図４は、図３の線分ＩＶ−ＩＶに沿う概略断面図である。また、図５は、図３の等速ジョイントが角度をなした状態を示す概略部分断面図である。なお、図３は、図４の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略断面図に対応する。図３〜図５を参照して、実施の形態１の第２変形例における等速ジョイントについて説明する。

図３〜図５を参照して、等速ジョイント３は、軸３５に連結されたインナーレース３１と、インナーレース３１の外周側を囲むように配置され、軸３６に連結されたアウターレース３２と、インナーレース３１とアウターレース３２との間に配置されたトルク伝達用のボール３３と、ボール３３を保持するケージ３４とを備えている。ボール３３は、インナーレース３１の外周面に形成されたインナーレースボール溝３１Ａと、アウターレース３２の内周面に形成されたアウターレースボール溝３２Ａとに接触して配置され、脱落しないようにケージ３４によって保持されている。

インナーレース３１の外周面およびアウターレース３２の内周面のそれぞれに形成されたインナーレースボール溝３１Ａとアウターレースボール溝３２Ａとは、図３に示すように、軸３５および軸３６の中央を通る軸が一直線上にある状態において、それぞれ当該軸上のジョイント中心Ｏから当該軸上の左右に等距離離れた点Ａおよび点Ｂを曲率中心とする曲線（円弧）状に形成されている。すなわち、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａに接触して転動するボール３３の中心Ｐの軌跡が、点Ａ（インナーレース中心Ａ）および点Ｂ（アウターレース中心Ｂ）に曲率中心を有する曲線（円弧）となるように、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａのそれぞれは形成されている。これにより、等速ジョイントが角度をなした場合（軸３５および軸３６の中央を通る軸が交差するように等速ジョイントが動作した場合）においても、ボール３３は、常に軸３５および軸３６の中央を通る軸のなす角（∠ＡＯＢ）の２等分線上に位置する。

次に、等速ジョイント３の動作について説明する。図３および図４を参照して、等速ジョイント３においては、軸３５、３６の一方に軸まわりの回転が伝達されると、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａに嵌め込まれたボール３３を介して、軸３５、３６の他方の軸に当該回転が伝達される。ここで、図５に示すように軸３５、３６が角度θをなした場合、ボール３３は、前述のインナーレース中心Ａおよびアウターレース中心Ｂに曲率中心を有するインナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａに案内されて、中心Ｐが∠ＡＯＢの二等分線上となる位置に保持される。ここで、ジョイント中心Ｏからインナーレース中心Ａまでの距離と、アウターレース中心Ｂまでの距離とが等しくなるように、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａが形成されているため、ボール３３の中心Ｐからインナーレース中心Ａおよびアウターレース中心Ｂまでの距離はそれぞれ等しく、△ＯＡＰと△ＯＢＰとは合同である。その結果、ボール３３の中心Ｐから軸３５、３６までの距離Ｌは互いに等しくなり、軸３５、３６の一方が軸まわりに回転した場合、他方も等速で回転する。このように、等速ジョイント３は、軸３５、３６が角度をなした場合でも、等速性を確保することができる。なお、ケージ３４は、軸３５、３６が回転した場合に、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａからボール３３が飛び出すことをインナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａとともに防止すると同時に、等速ジョイント３のジョイント中心Ｏを決定する機能を果たしている。

ここで、機械部品であるインナーレース３１、アウターレース３２、ボール３３およびケージ３４のうち、特に、インナーレース３１、アウターレース３２およびボール３３には疲労強度や耐摩耗性が要求される。そのため、これらのうち少なくとも１つは本発明の機械部品であることにより、等速ジョイント３の製造コストを低減しつつ、等速ジョイント３を長寿命化することができる。

次に、実施の形態１における上記機械部品、および上記機械部品を備えた転がり軸受、等速ジョイントなどの機械要素の製造方法について説明する。図６は、本発明の一実施の形態である実施の形態１における機械部品および当該機械部品を備えた機械要素の製造方法の概略を示す図である。

図６を参照して、まず、鋼からなり、機械部品の概略形状に成形された鋼部材を準備する鋼部材準備工程が実施される。具体的には、たとえば、棒鋼、鋼線などを素材とし、当該棒鋼、鋼線などに対して切断、鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、機械部品としての外輪１１、軌道輪２１、インナーレース３１などの機械部品の概略形状に成形された鋼部材が準備される。

次に、鋼部材準備工程において準備された上述の鋼部材に対して、浸炭処理と焼入硬化処理とを含む熱処理を実施する熱処理工程が実施される。この熱処理工程の詳細については後述する。

さらに、熱処理工程が実施された鋼部材に対して、仕上げ加工などが施される仕上げ工程が実施される。具体的には、たとえば、熱処理工程が実施された鋼部材の内輪転走面１２Ａ、軌道輪転走面２１Ａ、アウターレースボール溝３２Ａなどに対する研削加工が実施される。これにより、実施の形態１における機械部品は完成し、実施の形態１における機械部品の製造方法は完了する。

さらに、完成した機械部品が組合わされて機械要素が組立てられる組立て工程が実施される。具体的には、上述の工程により製造された本発明の機械部品である、たとえば外輪１１、内輪１２、玉１３と保持器１４とが組合わされて、深溝玉軸受１が組立てられる。これにより、本発明の機械部品を備えた機械要素が製造される。

次に、上述の熱処理工程の詳細について説明する。図７は、実施の形態１における機械部品の製造方法の熱処理工程のうち、浸炭処理および焼入硬化処理を実施するための熱処理炉の構成を示す概略図である。また、図８は、実施の形態１における熱処理工程を説明するための図である。図８において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図８において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図７および図８を参照して、実施の形態１における機械部品の製造方法に含まれる熱処理工程について説明する。

図７を参照して、実施の形態１における熱処理炉９は、被処理物を浸炭処理または浸炭窒化処理するための高温室９１と、高温室９１に対して接続路９３により接続された低温室９２とを備えている。高温室９１および低温室９２の各々は、雰囲気を介して被処理物を加熱するための加熱部材９１Ａ，９２Ａと、高温室９１および低温室９２の各々の内部の雰囲気を調整するための雰囲気調節装置（図示しない）とを備えている。これにより、熱処理炉９の高温室９１および低温室９２の各々は、その内部の温度および雰囲気を所望の状態とすることが可能となっている。

次に、実施の形態１における機械部品の製造方法に含まれる熱処理工程の具体的手順について説明する。図８を参照して、実施の形態１における機械部品の製造方法の熱処理工程においては、まず、被処理物としての鋼部材に対して浸炭処理が実施される浸炭工程が実施される。具体的には、図７および図８を参照して、加熱部材９１ＡによりＡ_１点以上の温度である表面処理温度としての浸炭温度Ｔ_１に保持され、所望のＣ_Ｐ値に雰囲気が調整された高温室９１内に、鋼部材が挿入される。その結果、鋼部材は浸炭温度Ｔ_１まで昇温され、その後、浸炭時間ｔ_１だけ保持される。これにより、鋼部材の表層部に炭素が侵入して拡散し、鋼部材が浸炭処理される。ここで、高温室９１内のＣ_Ｐ値は１．０以上１．４以下、たとえば１．２とされる。また、高温室９１内にはＲＸガスを含む浸炭ガスが導入され、エンリッチガスなどにより雰囲気のＣ_Ｐ値が調整される。さらに、浸炭温度Ｔ_１は、８８０℃以上１０００℃以下、たとえば９４０℃とされる。また、浸炭時間ｔ_１は、１５分間以上６０００分間以下、たとえば３００分間とされる。

次に、図８を参照して、冷却工程が実施される。具体的には、図７および図８を参照して、鋼部材が、高温室９１から、加熱部材９２ＡによりＭ_Ｓ点を超え６６０℃以下の温度である冷却温度Ｔ_２に保持された低温室９２内に、接続路９３を介して移動される。その結果、鋼部材は冷却温度Ｔ_２まで冷却され、その後、冷却時間ｔ_２だけ保持される。これにより、鋼部材を構成する鋼の組織はオーステナイトからパーライトまたはベイナイトに変化し、組織中には多数の炭化物（炭化鉄；Ｆｅ_３Ｃ等）が析出する。ここで、低温室９２内には、窒素などの非酸化性ガスが導入され、低温室９２内は非酸化性ガス雰囲気とされている。さらに、冷却温度Ｔ_２は、４００℃以上６６０℃以下、たとえば５００℃とされる。また、冷却時間ｔ_２は、２０分間以上１２０分間以下、たとえば６０分間とされる。

次に、図８を参照して、再加熱工程が実施される。具体的には、図７および図８を参照して、低温室９２の温度がＡ_１点以上浸炭温度Ｔ_１未満の温度である再加熱温度Ｔ_３に昇温されるとともに、ＲＸガスを含む浸炭ガスが低温室９２内に導入される。その結果、鋼部材は再加熱温度Ｔ_３まで昇温され、その後、再加熱時間ｔ_３だけ保持される。これにより、鋼部材を構成する鋼の組織は再度オーステナイトに変化する。このとき、冷却工程において析出した多数の炭化物の周辺からオーステナイト結晶が成長するため、オーステナイト結晶粒が微細化される。ここで、低温室９２内のＣ_Ｐ値は０．４以上０．９以下、たとえば０．８とされる。また、低温室９２内にはＲＸガスを含む浸炭ガスが導入され、エンリッチガスなどにより雰囲気のＣ_Ｐ値が調整される。さらに、再加熱温度Ｔ_３は、７８０℃以上８５０℃以下、たとえば８１０℃とされる。また、再加熱時間ｔ_３は、１５分間以上７０分間以下、たとえば３０分間とされる。

次に、図８を参照して、焼入工程が実施される。具体的には、図７および図８を参照して、再加熱工程が実施された鋼部材が、Ａ_１点以上の温度からＭ_Ｓ点以下の温度に冷却されて焼入硬化される。焼入工程は、たとえば再加熱工程が実施された鋼部材が、焼入油中に浸漬されることにより、実施される（油冷）。

次に、図８を参照して、焼入工程が実施された鋼部材に対して、Ａ_１点以下の温度に加熱することにより鋼部材の靭性等を向上させる焼戻工程が実施される。具体的には、焼入硬化された鋼部材が、焼戻用の熱処理炉においてＡ_１点以下の温度である焼戻温度Ｔ_４に加熱され、焼戻時間ｔ_４だけ保持され、その後室温の空気中で冷却される（空冷）。ここで、焼戻温度Ｔ_４は、１５０℃以上２２０℃以下、たとえば１８０℃とされる。また、焼戻時間ｔ_４は、６０分間以上８００分間以下、たとえば１２０分間とされる。以上の工程により、実施の形態１における機械部品の製造方法に含まれる熱処理工程の熱処理（鋼の熱処理方法）は完了する。

以上のように、実施の形態１の機械部品の製造方法およびこれに含まれる鋼の熱処理方法においては、浸炭工程の後、Ｍ_Ｓ点を超え６６０℃以下の温度である冷却温度Ｔ_２に冷却する冷却工程が実施され、このとき焼入は実施されない。そのため、鋼部材を焼入油に浸漬する工程に代えて、冷却温度Ｔ_２に保持された低温室９２中に鋼部材を移動させて、冷却温度Ｔ_２に鋼部材を冷却する冷却工程を採用することができる。その結果、実施の形態１の機械部品の製造方法によれば、処理効率の低下を抑制しつつ、オーステナイト結晶粒の微細化が可能な浸炭処理と焼入硬化処理とを含む鋼の熱処理方法を実施することにより、高い生産効率で浸炭処理と焼入硬化処理とを含む熱処理が実施され、オーステナイト結晶粒が微細化された機械部品を製造することができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態２における機械部品の製造方法について説明する。図９は、実施の形態２における機械部品の製造方法に含まれる熱処理工程を説明するための図である。図９において、横方向は時間を示しており、右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図９において、縦方向は温度を示しており、上に行くほど温度が高いことを示している。図９を参照して、実施の形態２における機械部品の製造方法にについて説明する。

実施の形態２における機械部品の製造方法は、実施の形態１における機械部品の製造方法と基本的には同様の構成を有している。しかし、図９を参照して、実施の形態２における機械部品の製造方法においては、熱処理工程において、浸炭工程に代えて浸炭窒化工程が実施される点で、実施の形態１とは異なっている。

すなわち、実施の形態２における機械部品の製造方法に含まれる熱処理工程では、まず、被処理物としての鋼部材に対して浸炭窒化処理が実施される浸炭窒化工程が実施される。具体的には、図７および図９を参照して、加熱部材９１ＡによりＡ_１点以上の温度である表面処理温度としての浸炭窒化温度Ｔ_４に保持され、所望のＣ_Ｐ値に雰囲気が調整されるとともにアンモニアガスが導入された高温室９１内に、鋼部材が挿入される。その結果、鋼部材は浸炭窒化温度Ｔ_４まで昇温され、その後、浸炭窒化時間ｔ_４だけ保持される。これにより、鋼部材の表層部に炭素および窒素が侵入して拡散し、鋼部材が浸炭窒化処理される。ここで、高温室９１内のＣ_Ｐ値は１．０以上１．４以下、たとえば１．２とされる。また、高温室９１内にはＲＸガスを含む浸炭ガスが導入され、エンリッチガスなどにより雰囲気のＣ_Ｐ値が調整されるとともに、アンモニアガスが導入される。さらに、浸炭窒化温度Ｔ_５は、８８０℃以上１０００℃以下、たとえば９４０℃とされる。また、浸炭窒化時間ｔ_５は、１５分間以上６０００分間以下、たとえば３００分間とされる。

その後、図９を参照して、冷却工程、再加熱工程、焼入工程および焼戻工程が、実施の形態１の場合と同様に実施される。ここで、冷却温度Ｔ_６、冷却時間ｔ_６、再加熱温度Ｔ_７、再加熱時間ｔ_７、焼戻温度Ｔ_８および焼戻時間ｔ_８は、それぞれ実施の形態１における冷却温度Ｔ_２、冷却時間ｔ_２、再加熱温度Ｔ_３、再加熱時間ｔ_３、焼戻温度Ｔ_４および焼戻時間ｔ_４と同様の条件を採用することができる。

実施の形態２の機械部品の製造方法によれば、処理効率の低下を抑制しつつ、オーステナイト結晶粒の微細化が可能な浸炭窒化処理と焼入硬化処理とを含む鋼の熱処理方法を実施することにより、高い生産効率で浸炭窒化処理と焼入硬化処理とを含む熱処理が実施され、オーステナイト結晶粒が微細化された機械部品を製造することができる
なお、上記実施の形態においては、本発明の機械部品の一例として、深溝玉軸受、スラストニードルころ軸受、等速ジョイントを構成する機械部品について説明したが、本発明の機械部品はこれに限られず、表層部の疲労強度、耐摩耗性が要求される機械部品、たとえばハブ、ギア、シャフト等を構成する機械部品であってもよい。また、本発明の機械部品を構成する鋼には、たとえばＪＩＳ規格ＳＮＣＭ４２０、ＳＮＣＭ６２５、ＳＮＣＭ８１５、ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０などの浸炭鋼を採用することができる。

以下、本発明の実施例１について説明する。上記本発明の実施の形態１における鋼の熱処理方法と同様の熱処理方法を実施し、冷却工程における冷却温度と熱処理後の鋼の特性との関係を調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。

まず、ＪＩＳ規格ＳＮＣＭ４２０からなり、直径φ１２ｍｍ、高さ２２ｍｍの円筒形状を有する試験片を準備した。この試験片に対して、上記実施の形態１において図７および図８に基づいて説明した熱処理方法のうち、浸炭工程、冷却工程、再加熱工程および焼入工程を実施した。このとき、浸炭温度Ｔ_１は９４０℃、浸炭時間ｔ_１は３００分間、冷却時間ｔ_２は６０分間、再加熱温度Ｔ_３は８１０℃、再加熱時間ｔ_３は３０分間とし、冷却温度Ｔ_２を４００℃〜６６０℃の範囲で変化させた。また、浸炭工程におけるＣ_Ｐ値は１．２、再加熱工程におけるＣ_Ｐ値は０．８とした（実施例Ａ〜Ｆ）。一方、比較のため、上記背景技術において図１０に基づいて説明した熱処理方法のうち、浸炭工程および１次焼入工程のみを実施した比較例（比較例Ａ；浸炭後直接焼入）および浸炭工程、１次焼入工程、再加熱工程および２次焼入工程を実施した比較例（比較例Ｂ；浸炭後２回焼入）を行なった。

そして、熱処理後の試験片の表面から深さ０．２ｍｍの位置における硬度、オーステナイト結晶粒度および残留オーステナイト量を測定した。硬度は、ビッカース硬度計を用いて測定した。また、オーステナイト結晶粒度の測定は、ＪＩＳ Ｇ ０５５１の鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法に基づいて行なった。さらに、残留オーステナイト量の測定は、Ｘ線回折計（ＸＲＤ）を用いて、マルテンサイトα（２１１）面とオーステナイトγ（２２０）面との回折強度を測定することにより、算出した。

次に、実験結果について説明する。上記実験の結果を表１に示す。表１を参照して、本発明の実施例である実施例Ａ〜Ｆは、硬度および残留オーステナイト量において、浸炭後２回焼入を行なった比較例Ｂと同等の特性を有している。また、実施例Ａ〜Ｆは、浸炭後に直接焼入を行なった比較例Ａに比べて、オーステナイト結晶が微細化している。このことから、本発明の鋼の熱処理方法によれば、浸炭後に２回焼入を実施しなくても、浸炭後に直接焼入を行なう従来の方法に比べて、オーステナイト結晶粒を微細化可能であることが確認される。さらに、冷却温度が５５０℃以下である実施例Ａ〜Ｄにおいては、浸炭後に２回焼入を行なった比較例Ｂと同等のオーステナイト結晶粒度が得られている。このことから、冷却工程における冷却温度は、５５０℃以下とすることが好ましいといえる。一方、冷却温度を４５０℃未満としてもオーステナイト結晶粒度の微細化は飽和している。したがって、再加熱時のエネルギーを抑制する観点から、冷却温度は４５０℃以上が好ましいといえる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の鋼の熱処理方法、機械部品の製造方法および機械部品は、浸炭処理または浸炭窒化処理と焼入硬化処理とを含む鋼の熱処理方法、浸炭処理または浸炭窒化処理と焼入硬化処理とを含む熱処理が実施されて製造される機械部品およびその製造方法に、特に有利に適用され得る。

実施の形態１における機械部品を備えた深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。 実施の形態１の第１変形例である機械部品を備えたスラストニードルころ軸受の構成を示す概略断面図である。 実施の形態１の第２変形例である機械部品を備えた等速ジョイントの構成を示す概略部分断面図である。 図３の線分ＩＶ−ＩＶに沿う概略断面図である。 図３の等速ジョイントが角度をなした状態を示す概略部分断面図である。 実施の形態１における機械部品および当該機械部品を備えた機械要素の製造方法の概略を示す図である。 実施の形態１における熱処理炉の構成を示す概略図である。 実施の形態１における熱処理工程を説明するための図である。 実施の形態２における機械部品の製造方法に含まれる熱処理工程を説明するための図である。 浸炭処理後に２回焼入を実施する熱処理方法を説明するための図である。

符号の説明

１ 深溝玉軸受、２ スラストニードルころ軸受、３ 等速ジョイント、９ 熱処理炉、１１ 外輪、１１Ａ 外輪転走面、１２ 内輪、１２Ａ 内輪転走面、１３ 玉、１４，２４ 保持器、２１ 軌道輪、２１Ａ 軌道輪転走面、２３ ニードルころ、３１ インナーレース、３１Ａ インナーレースボール溝、３２ アウターレース、３２Ａ アウターレースボール溝、３３ ボール、３４ ケージ、３５，３６ 軸、９１ 高温室、９１Ａ，９２Ａ 加熱部材、９２ 低温室、９３ 接続路。

Claims (6)

1. Ａ_１点以上の温度である表面処理温度において浸炭または浸炭窒化する工程と、
   浸炭または浸炭窒化する工程の後、Ｍ_Ｓ点を超え６６０℃以下の温度である冷却温度に冷却する工程と、
   前記冷却温度に冷却する工程の後、Ａ_１点以上前記表面処理温度以下の温度である再加熱温度に再加熱する工程と、
   前記再加熱する工程の後、Ａ_１点以上の温度からＭ_Ｓ点以下の温度に冷却して焼入を実施する工程とを備えた、鋼の熱処理方法。
2. 前記冷却温度は、４５０℃以上である、請求項１に記載の鋼の熱処理方法。
3. 前記冷却温度は、５５０℃以下である、請求項１または２に記載の鋼の熱処理方法。
4. 鋼からなり、機械部品の概略形状に成形された鋼部材を準備する工程と、
   前記鋼部材に対して、浸炭処理または浸炭窒化処理と焼入硬化処理とを含む熱処理を実施する工程とを備え、
   前記熱処理は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼の熱処理方法を用いて実施される、機械部品の製造方法。
5. 請求項４に記載の機械部品の製造方法により製造された、機械部品。
6. 軸受を構成する部品として用いられる、請求項５に記載の機械部品。

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