JP2011032556A - Method of carburizing steel member - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of carburizing a steel member capable of partially controlling a carburizing depth (carburization concentration distribution) only by changing carburizing conditions without allowing the steel member to pass through specific processes and, thereby, capable of manufacturing a gear having a high bending fatigue strength, in particular on the dedendum. <P>SOLUTION: The method of carburizing a steel member includes steps of: filling a carburizing gas into the interior of a carburizing furnace in which an environmental pressure is set to be a low pressure condition; and feeding a gear into the carburizing furnace to perform the carburization. Therein, a flow rate of the carburizing gas per 1 m<SP>3</SP>of volume of the carburizing furnace is desirably made to be 60 L/min or less. More desirably, the flow rate of the carburizing gas per 1 m<SP>3</SP>of volume of the carburizing furnace is made to be 20 L/min or less. In such a case, 100% acetylene C<SB>2</SB>H<SB>2</SB>is desirably used as the carburizing gas. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、鋼製部材の浸炭方法に関し、詳しくは、浸炭処理の対象である鋼製部材において、部分的に浸炭深さを変更する技術に関する。   The present invention relates to a carburizing method for a steel member, and more particularly, to a technique for partially changing the carburizing depth in a steel member that is an object of carburizing treatment.

従来、鋼製部材に施す表面硬化法の一つとして浸炭処理が知られており、該浸炭処理は機械部品として用いられる歯車にも適用されている。浸炭処理においては、被処理物である鉄鋼材料を、アセチレン等の炭化水素系ガスを充満させた浸炭炉に送入して、被処理物の表面に炭素を侵入・拡散させ、その後焼入れ硬化を行う技術である。これにより、被処理物の靭性を確保しつつ表面の耐磨耗性を向上させるのである。このような一般的な鋼製部材の浸炭方法においては、浸炭深さは被処理物の全体に亘って均一となるため、部分的に浸炭深さの異なる部品を製造することは難しかった。   Conventionally, carburizing treatment is known as one of the surface hardening methods applied to steel members, and the carburizing treatment is also applied to gears used as machine parts. In carburizing treatment, the steel material that is the object to be treated is sent to a carburizing furnace filled with hydrocarbon gas such as acetylene, and carbon is penetrated and diffused on the surface of the object to be treated, followed by quench hardening. It is a technique to perform. Thereby, the wear resistance of the surface is improved while ensuring the toughness of the workpiece. In such a general carburizing method for steel members, the carburizing depth is uniform over the entire object to be processed, so it is difficult to manufacture parts with partially different carburizing depths.

また、歯車のように溝部を有する鋼製部材に関しては一般的に、突出部(歯車の場合は歯面。以下、歯面とする。)においては面圧疲労強度が、基端部(歯車の場合は歯元。以下、歯元とする。)においては曲げ疲労強度が求められる。そして、歯面における面圧疲労強度を向上させるためには前記浸炭処理が有効であり、一方、歯元における曲げ疲労強度を向上させるためには圧縮残留応力を付与することが有効である。ここで、歯元において圧縮残留応力を付与するためには、前記浸炭処理における浸炭深さを歯元において浅くする(浸炭濃度勾配を大きくする)ことが望ましい。   Further, regarding a steel member having a groove portion such as a gear, in general, in a protruding portion (a tooth surface in the case of a gear, hereinafter referred to as a tooth surface), the surface pressure fatigue strength is the base end portion (of the gear). In this case, the bending fatigue strength is required. The carburizing treatment is effective for improving the surface fatigue strength at the tooth surface, and on the other hand, applying the compressive residual stress is effective for improving the bending fatigue strength at the tooth root. Here, in order to impart compressive residual stress at the tooth root, it is desirable to make the carburization depth in the carburizing process shallow at the tooth base (increase the carburization concentration gradient).

上記の如く部分的に浸炭深さ(浸炭濃度分布)の異なる部品を製造することを目的として、被処理物の表面に酸化皮膜を形成した後に真空浸炭を行う技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   For the purpose of manufacturing parts having partially different carburization depths (carburization concentration distribution) as described above, a technique for performing vacuum carburization after forming an oxide film on the surface of the object to be processed has been proposed (for example, Patent Document 1).

特開2008−231563号公報JP 2008-231563 A

しかし、前記従来技術の如く、被処理物の表面に酸化皮膜を形成した後に真空浸炭を行う方法においては、酸化皮膜の厚さを0.05μmから5μmの範囲内とするような緻密な制御が求められ、この範囲から外れると所望の効果を得ることは難しい。   However, in the method of vacuum carburizing after forming an oxide film on the surface of the object to be processed as in the prior art, precise control is performed so that the thickness of the oxide film is in the range of 0.05 μm to 5 μm. Therefore, it is difficult to obtain a desired effect if it is out of this range.

一方、酸化皮膜は一般的には浸炭を阻害する原因となり、また、酸化皮膜の形成状態は被処理物の表面性状の影響を強く受け、さらに、部分的に酸化皮膜を形成することは技術的に難しい。即ち、上記従来技術によって、部分的に浸炭深さ(浸炭濃度分布)の異なる部品を製造することは品質管理上困難であった。   On the other hand, an oxide film generally causes carburization to be inhibited, and the formation state of the oxide film is strongly influenced by the surface properties of the object to be treated. It is difficult. That is, it has been difficult in terms of quality control to manufacture parts with partially different carburization depths (carburization concentration distribution) by the above-described prior art.

そこで本発明では、上記現状に鑑み、特別な工程を経ることなく、浸炭条件を変化させるだけで、部分的に浸炭深さ(浸炭濃度分布)を調節することができ、これにより、特に基端部(歯元)における曲げ疲労強度の大きい鋼製部材(歯車)を製造することが可能となる、鋼製部材の浸炭方法を提供するものである。   Therefore, in the present invention, in view of the above situation, the carburization depth (carburization concentration distribution) can be partially adjusted only by changing the carburizing conditions without going through a special process, and in particular, the base end. The present invention provides a carburizing method for a steel member, which makes it possible to manufacture a steel member (gear) having a high bending fatigue strength at the portion (tooth base).

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。   The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.

即ち、請求項1においては、雰囲気圧力条件を低圧力条件にした浸炭炉の内部に浸炭ガスとして炭化水素系ガスを充満させて、前記浸炭炉の内部に、溝部を有する鋼製部材を送入して行う、鋼製部材の浸炭方法であって、前記浸炭炉の容積1mあたりにおける前記炭化水素系ガスの流量を60L/分以下とするものである。 That is, in claim 1, a carburizing furnace filled with a hydrocarbon-based gas as a carburizing gas in which the atmospheric pressure condition is set to a low pressure condition, and a steel member having a groove portion is fed into the carburizing furnace. The method of carburizing a steel member, wherein the flow rate of the hydrocarbon-based gas per 1 m 3 of the carburizing furnace is 60 L / min or less.

請求項2においては、前記鋼製部材は歯車であるものである。   In the present invention, the steel member is a gear.

請求項3においては、前記炭化水素系ガスとして100%のCを用いるものである。 In claim 3, it is to use 100% of C 2 H 2 as the hydrocarbon gas.

請求項4においては、前記浸炭炉の容積1mあたりにおける前記炭化水素系ガスの流量を20L/分以下とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, the flow rate of the hydrocarbon-based gas per 1 m 3 of the carburizing furnace is 20 L / min or less.

請求項5においては、前記浸炭炉の内部における浸炭温度を1050度以上とするものである。   In claim 5, the carburizing temperature inside the carburizing furnace is set to 1050 degrees or more.

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。   As effects of the present invention, the following effects can be obtained.

本発明により、特別な工程を経ることなく、浸炭条件を変化させるだけで、部分的に浸炭深さ(浸炭濃度分布)を調節することができ、これにより、特に歯元における曲げ疲労強度の大きい歯車を製造することが可能となる。   According to the present invention, the carburization depth (carburization concentration distribution) can be partially adjusted only by changing the carburizing conditions without passing through a special process, and thereby, the bending fatigue strength particularly at the tooth root is large. Gears can be manufactured.

(a)は本発明の被処理物である歯車を切出したテストピースを示す図、(b)は浸炭炉を示した概略図、(c)は本発明の一実施形態における加熱サイクルを示した図。(A) is the figure which shows the test piece which cut out the gearwheel which is a to-be-processed object of this invention, (b) is the schematic which showed the carburizing furnace, (c) showed the heating cycle in one Embodiment of this invention. Figure. 本発明の被処理物である歯車の拡大断面図。The expanded sectional view of the gearwheel which is a processed material of the present invention. 本発明に係る第一の実験条件と第一の実験結果を示した図。The figure which showed the 1st experimental condition and 1st experimental result which concern on this invention. 本発明に係る第一の実験における浸炭ガスの流量と歯元部分の浸炭深さの関係を示した図。The figure which showed the relationship between the flow volume of the carburizing gas in the 1st experiment which concerns on this invention, and the carburizing depth of a tooth root part. 本発明に係る第二の実験条件と第二の実験結果を示した図。The figure which showed the 2nd experimental condition which concerns on this invention, and the 2nd experimental result. 本発明に係る第二の実験における浸炭ガスの濃度と歯元部分の浸炭深さの関係を示した図。The figure which showed the relationship between the density | concentration of the carburizing gas in the 2nd experiment which concerns on this invention, and the carburizing depth of a tooth root part. 本発明に係る第三の実験条件と第三の実験結果を示した図。The figure which showed the 3rd experimental condition and 3rd experimental result which concern on this invention. 本発明に係る第三の実験における浸炭ガスの濃度と歯元部分の浸炭深さの関係を示した図。The figure which showed the relationship between the density | concentration of the carburizing gas in the 3rd experiment which concerns on this invention, and the carburizing depth of a tooth root part.

次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
Next, embodiments of the invention will be described.
It should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to the following examples, but broadly covers the entire scope of the technical idea that the present invention truly intends, as will be apparent from the matters described in the present specification and drawings. It extends.

[第一実験]
本発明の一実施形態に係る鋼製部材の浸炭方法に関して本願出願人が行った第一の実験について、図1を用いて説明する。
本実施形態に係る鋼製部材の浸炭方法においては、被処理物として溝部を有する鋼製部材が用いられる。本実験においては図1(a)に示す如く、材質がSCM420の歯車から切出したテストピースTPを被処理物とした。なお、被処理物は歯車に限定されるものではなく、ボルトやナット等、溝部が形成される部材であれば、本発明を適用することができる。
[First experiment]
A first experiment conducted by the present applicant regarding a carburizing method for a steel member according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the carburizing method for a steel member according to the present embodiment, a steel member having a groove is used as an object to be processed. In this experiment, as shown in FIG. 1A, a test piece TP cut out from a gear made of SCM420 was used as an object to be processed. The object to be processed is not limited to a gear, and the present invention can be applied to any member that has a groove formed, such as a bolt or a nut.

そして、図1(b)に示す如く、前記テストピースTPを、浸炭ガスであるアセチレンCが濃度100%で充満した浸炭炉内に送入した後、ヒーターで加熱することにより、前記テストピースTPに対する浸炭処理を行った。浸炭条件は図1(c)に示すように、浸炭温度を950度とした。浸炭炉内は、雰囲気圧力を500Pa程度の低圧力条件とした。前記浸炭炉は、内部が約直径8cm、高さが約1.5mの円筒状に形成されており、容積が約7.5×10−であるものを使用した。
なお、前記浸炭ガスはアセチレンCに限定されるものではなく、メタンCH、エチレンC、プロパンC、ブタンC10など、他の炭化水素系ガスを用いることも可能である。
Then, as shown in FIG. 1 (b), the test piece TP, after acetylene C 2 H 2 is carburizing gas is fed into the carburizing furnace filled with a concentration of 100%, by heating with a heater, the Carburizing treatment was performed on the test piece TP. As shown in FIG. 1 (c), the carburizing condition was such that the carburizing temperature was 950 degrees. In the carburizing furnace, the atmospheric pressure was set to a low pressure condition of about 500 Pa. The carburizing furnace used was a cylinder having an inside diameter of about 8 cm and a height of about 1.5 m, and a volume of about 7.5 × 10 −3 m 3 .
The carburizing gas is not limited to acetylene C 2 H 2 , and other hydrocarbon gases such as methane CH 4 , ethylene C 2 H 4 , propane C 3 H 8 , butane C 4 H 10 are used. It is also possible.

本願出願人が行った第一の実験については、試験No.1から試験No.5までの5種類の前記テストピースTPを用意して、それぞれについて条件を変えて浸炭処理を行った。具体的には図3に示すように、前記浸炭炉の容積1mあたりにおける前記浸炭ガスの流量を、試験No.1のテストピースTPについては5L/分とし、以下試験No.2から試験No.5のテストピースTPまでは順に、10L/分、20L/分、60L/分、100L/分としたのである。例えば、試験No.5のテストピースTPの場合は、浸炭炉の容積が約7.5×10−であるので、前記浸炭ガスの流量を100L/分×7.5×10−=約0.75L/分としたのである。なお、試験No.5のテストピースTPの条件は、従来品を製造する条件と同一である。 For the first experiment conducted by the applicant of the present application, test no. 1 to test no. Five types of test pieces TP up to 5 were prepared, and carburizing treatment was performed under different conditions. Specifically, as shown in FIG. 3, the flow rate of the carburizing gas per 1 m 3 of the carburizing furnace was measured according to Test No. The test piece TP of 1 is 5 L / min. 2 to test no. The test pieces TP up to 5 were, in order, 10 L / min, 20 L / min, 60 L / min, and 100 L / min. For example, test no. In the case of the test piece TP of 5, the volume of the carburizing furnace is about 7.5 × 10 −3 m 3 , and therefore the flow rate of the carburizing gas is 100 L / min × 7.5 × 10 −3 m 3 = about 0. .75 L / min. In addition, Test No. The condition of the test piece TP 5 is the same as the condition for manufacturing the conventional product.

次に、本実験に係る鋼製部材の浸炭方法に関する結果を、図2から図4を用いて説明する。
本明細書に係る各実験については図2に示す如く、テストピースTPである歯車について、歯部の突出部分(歯面)における浸炭部分の深さを歯面深さとして、歯部の基端部分(歯元)における浸炭部分の深さを歯元深さとして測定した。
Next, the result regarding the carburizing method of the steel member which concerns on this experiment is demonstrated using FIGS.
As shown in FIG. 2, each experiment according to the present specification, as shown in FIG. 2, for the gear as the test piece TP, the depth of the carburized portion in the protruding portion (tooth surface) of the tooth portion is defined as the tooth surface depth, and the base end of the tooth portion. The depth of the carburized portion in the portion (tooth root) was measured as the tooth root depth.

そして、上記のように浸炭炉の容積1mあたりにおける前記浸炭ガスの流量を変化させてテストピースTPに対する浸炭処理を行ったことにより、図3及び図4に示す如く歯元深さを変化させることができた。具体的には、各試験No.におけるテストピースTPの歯面深さが0.50mmの一定値となるように浸炭処理を行った場合の歯元深さを、試験No.1から試験No.5のテストピースTPの順に、0.19mm、0.32mm、0.36mm、0.44mm、0.47mmと変化させることができたのである。
換言すれば、前記浸炭ガスの流量を少なくすることにより、歯面深さに対して歯元深さを小さくすることができたのである。これは、浸炭ガスの流量が少なくなることにより、浸炭ガスが歯元部分に到達しにくくなる影響であると考えられる。
Then, by changing the flow rate of the carburizing gas per 1 m 3 of the carburizing furnace volume as described above and performing the carburizing process on the test piece TP, the tooth root depth is changed as shown in FIGS. I was able to. Specifically, each test No. The tooth root depth when the carburizing process is performed so that the tooth surface depth of the test piece TP in the test piece TP becomes a constant value of 0.50 mm, 1 to test no. In this order, the test pieces TP of 5 could be changed to 0.19 mm, 0.32 mm, 0.36 mm, 0.44 mm, and 0.47 mm.
In other words, by reducing the flow rate of the carburizing gas, the tooth root depth can be made smaller than the tooth surface depth. This is considered to be an effect that the carburizing gas does not easily reach the tooth root portion by reducing the flow rate of the carburizing gas.

なお、本実験においては、浸炭炉の容積1mあたりにおける前記浸炭ガスの流量を変化させる構成としたが、浸炭ガスを歯元部分に到達し難くなるような他の構成をとることも可能である。具体的には、テストピースTPの表面近傍における浸炭ガスの流量を制御する方法や、単位時間・単位表面積あたりにおけるテストピースTPの浸炭前後の重量増加量(F値)を制御する方法も可能である。 In the present experiment, the flow rate of the carburizing gas per 1 m 3 of the carburizing furnace is changed. However, it is possible to adopt other configurations that make it difficult for the carburizing gas to reach the tooth root portion. is there. Specifically, a method of controlling the flow rate of the carburizing gas in the vicinity of the surface of the test piece TP and a method of controlling the weight increase (F value) before and after carburizing of the test piece TP per unit time and unit surface area are possible. is there.

上記の如く、本実験に係る鋼製部材の浸炭方法を用いることにより、歯元部分の浸炭濃度分布を調節することができたのである。これにより、歯元において充分な圧縮残留応力を付与することができるため、歯元における曲げ疲労強度の大きい歯車を製造することが可能となるのである。   As described above, by using the carburizing method for steel members according to this experiment, it was possible to adjust the carburization concentration distribution in the tooth root portion. As a result, sufficient compressive residual stress can be imparted at the tooth root, so that a gear having high bending fatigue strength at the tooth root can be produced.

本実験において具体的には、浸炭炉の容積1mあたりにおける浸炭ガスの流量を100L/分とした試験No.5のテストピースTPは、−1102kN/mmの圧縮残留応力を付与したのに対し、流量を20L/分とした試験No.3のテストピースTPは、−1330kN/mmの圧縮残留応力を付与することができたのである。 Specifically, in this experiment, test No. 1 with a carburizing gas flow rate of 100 L / min per 1 m 3 of the carburizing furnace volume was used. The test piece TP of No. 5 gave a compressive residual stress of −1102 kN / mm 2 , whereas the test piece TP with a flow rate of 20 L / min. No. 3 test piece TP was able to impart a compressive residual stress of −1330 kN / mm 2 .

上記の如く、本発明に係る鋼製部材の浸炭方法においては、雰囲気条件を低圧力条件にした浸炭炉の内部に浸炭ガスを充満させ、前記浸炭炉の内部に歯車を送入して行うのである。そして、上記実験結果より、浸炭ガスの流量を少なくして浸炭ガスを歯元部分に到達しにくくさせるため、前記浸炭炉の容積1mあたりにおける前記浸炭ガスの流量を60L/分以下とすることが望ましい。具体的に本実験における浸炭炉においては、浸炭炉の容積が約7.5×10−であるので、前記浸炭ガスの流量を60L/分×7.5×10−=約0.45L/分とするのである。
また、より望ましくは、浸炭ガスの流量をより少なくして浸炭ガスを歯元部分に到達しにくくさせるため、前記浸炭炉の容積1mあたりにおける前記浸炭ガスの流量を20L/分以下とすることが望ましい。具体的に本実験における浸炭炉においては、前記浸炭ガスの流量を20L/分×7.5×10−=約0.15L/分とするのである。
また、このように、浸炭ガスの流量を従来の浸炭処理における流量(1mあたり100L/分)よりも少なくした場合は、前記浸炭ガスとして100%のアセチレンCを用いることが望ましい。
As described above, in the carburizing method for steel members according to the present invention, the carburizing furnace is filled with the carburizing gas and the gear is fed into the carburizing furnace. is there. From the above experimental results, in order to reduce the flow rate of the carburizing gas and make it difficult for the carburizing gas to reach the tooth root portion, the flow rate of the carburizing gas per 1 m 3 of the carburizing furnace is set to 60 L / min or less. Is desirable. Specifically, in the carburizing furnace in this experiment, since the volume of the carburizing furnace is about 7.5 × 10 −3 m 3 , the flow rate of the carburizing gas is 60 L / min × 7.5 × 10 −3 m 3 = About 0.45 L / min.
More desirably, the flow rate of the carburizing gas per 1 m 3 of the carburizing furnace is set to 20 L / min or less in order to reduce the flow rate of the carburizing gas and make it difficult for the carburizing gas to reach the tooth root portion. Is desirable. Specifically, in the carburizing furnace in this experiment, the flow rate of the carburizing gas is 20 L / min × 7.5 × 10 −3 m 3 = about 0.15 L / min.
Further, in this way, when the flow rate of the carburizing gas is smaller than the flow rate in the conventional carburizing process (100 L / min per 1 m 3 ), it is desirable to use 100% acetylene C 2 H 2 as the carburizing gas.

本実験では上記の如く構成することにより、特別な工程を経ることなく、浸炭条件を変化させるだけで、部分的に浸炭深さ(浸炭濃度分布)を調節することができ、これにより、特に歯元における曲げ疲労強度の大きい歯車を製造することができたのである。   In this experiment, by configuring as described above, the carburization depth (carburization concentration distribution) can be partially adjusted by changing the carburizing conditions without passing through a special process. The original gear with high bending fatigue strength could be manufactured.

[第二実験]
次に、本発明の一実施形態に係る鋼製部材の浸炭方法に関して本願出願人が行った第二の実験について、図5及び図6を用いて説明する。
本実施形態に係る鋼製部材の浸炭方法の実験においては、前記第一の実験と同様に、材質がSCM420の歯車から切出したテストピースTPを被処理物とした。
そして、前記テストピースTPを、浸炭ガスであるアセチレンCの濃度を変えて充満した浸炭炉に送入して、前記テストピースTPに対する浸炭を行った。浸炭条件は浸炭温度を950度とし、浸炭炉内は、雰囲気圧力を500Pa程度の低圧力条件とした。前記浸炭炉の容積1mあたりにおける前記浸炭ガスの流量は100L/分とした。
[Second experiment]
Next, a second experiment conducted by the applicant of the present application regarding a carburizing method for a steel member according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
In the experiment of the carburizing method for steel members according to the present embodiment, the test piece TP cut out from the gear made of SCM420 was used as the object to be processed, as in the first experiment.
Then, the test piece TP, and fed into the carburizing furnace filled with varying concentrations of acetylene C 2 H 2 is carburizing gas and subjected to carburizing for the test piece TP. The carburizing conditions were a carburizing temperature of 950 ° C., and the carburizing furnace was set to a low pressure condition of an atmospheric pressure of about 500 Pa. The flow rate of the carburizing gas per 1 m 3 of the carburizing furnace was 100 L / min.

本願出願人が行った第二の実験については、試験No.11から試験No.15までの5種類の前記テストピースTPを用意して、それぞれについて条件を変えて浸炭処理を行った。具体的には図5に示すように、浸炭ガスであるアセチレンCの濃度を、試験No.11のテストピースTPについては5%とし、以下試験No.12から試験No.15のテストピースTPまでは順に、10%、30%、50%、100%としたのである。前記アセチレンCのうち濃度が100%未満のものは、窒素N、ヘリウムHe、アルゴンAr等の不活性ガスで希釈した。なお、試験No.15のテストピースTPにおける浸炭処理の条件は、従来品を製造する条件と同一である。 For the second experiment conducted by the applicant of the present application, test no. 11 to test no. Five types of test pieces TP up to 15 were prepared, and carburizing treatment was performed under different conditions. More specifically, as shown in FIG. 5, the concentration of acetylene C 2 H 2 is carburizing gas, Test No. No. 11 test piece TP was 5%. No. 12 to Test No. Up to 15 test pieces TP are set to 10%, 30%, 50%, and 100% in order. The acetylene C 2 H 2 having a concentration of less than 100% was diluted with an inert gas such as nitrogen N 2 , helium He, or argon Ar. In addition, Test No. The carburizing conditions for the 15 test pieces TP are the same as the conditions for manufacturing the conventional product.

次に、本実験に係る鋼製部材の浸炭方法に関する結果を、図5及び図6を用いて説明する。
本実験については図5及び図6に示す如く、浸炭ガスであるアセチレンCの濃度を変化させることにより、歯元深さを変化させることができた。具体的には、各試験No.におけるテストピースTPの歯面深さが0.50mmの一定値となるように浸炭処理を行った場合の歯元深さを、試験No.11から試験No.15のテストピースTPの順に、0.23mm、0.30mm、0.39mm、0.44mm、0.47mmと変化させることができたのである。
換言すれば、浸炭ガスであるアセチレンCの濃度を低くすることにより、歯面深さに対して歯元深さを小さくすることができたのである。これは、浸炭ガスの濃度が低くなることにより、浸炭ガスが歯元部分に到達しにくくなる影響であると考えられる。
Next, the result regarding the carburizing method of the steel member which concerns on this experiment is demonstrated using FIG.5 and FIG.6.
In this experiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the root depth could be changed by changing the concentration of acetylene C 2 H 2 which is a carburizing gas. Specifically, each test No. The tooth root depth when the carburizing process is performed so that the tooth surface depth of the test piece TP in the test piece TP becomes a constant value of 0.50 mm, 11 to Test No. The test pieces TP could be changed to 0.23 mm, 0.30 mm, 0.39 mm, 0.44 mm, and 0.47 mm in the order of 15 test pieces TP.
In other words, by reducing the concentration of acetylene C 2 H 2 that is a carburizing gas, the tooth root depth can be made smaller than the tooth surface depth. This is considered to be an effect that the carburizing gas does not easily reach the tooth base portion due to the lower concentration of the carburizing gas.

上記の如く、本実験に係る鋼製部材の浸炭方法を用いることにより、歯元部分の浸炭濃度分布を調節することができたのである。これにより、歯元において充分な圧縮残留応力を付与することができるため、歯元における曲げ疲労強度の大きい歯車を製造することが可能となるのである。   As described above, by using the carburizing method for steel members according to this experiment, it was possible to adjust the carburization concentration distribution in the tooth root portion. As a result, sufficient compressive residual stress can be imparted at the tooth root, so that a gear having high bending fatigue strength at the tooth root can be produced.

本実験において具体的には、アセチレンCの濃度を100%とした試験No.15のテストピースTPは、−1102kN/mmの圧縮残留応力を付与したのに対し、濃度を30%とした試験No.13のテストピースTPは、−1380kN/mmの圧縮残留応力を付与することができたのである。 Specifically, in this experiment, test No. 1 with the concentration of acetylene C 2 H 2 as 100% was used. Test piece TP No. 15 applied compressive residual stress of −1102 kN / mm 2 , whereas test No. 15 with a concentration of 30%. Thirteen test pieces TP were able to impart a compressive residual stress of −1380 kN / mm 2 .

上記の如く、本発明に係る鋼製部材の浸炭方法においては、雰囲気条件を低圧力条件にした浸炭炉の内部に浸炭ガスを充満させ、前記浸炭炉の内部に歯車を送入して行のである。そして、上記実験結果より、前記浸炭ガスは濃度50%以下、より好ましくは濃度10%以下のアセチレンCを用いることが望ましい。 As described above, in the carburizing method for a steel member according to the present invention, the carburizing gas is filled into the carburizing furnace with the atmospheric condition set to the low pressure condition, and the gear is fed into the carburizing furnace. is there. From the above experimental results, it is desirable to use acetylene C 2 H 2 having a concentration of 50% or less, more preferably 10% or less as the carburizing gas.

本実験では上記の如く構成することにより、特別な工程を経ることなく、浸炭条件を変化させるだけで、部分的に浸炭深さ(浸炭濃度分布)を調節することができ、これにより、特に歯元における曲げ疲労強度の大きい歯車を製造することができたのである。   In this experiment, by configuring as described above, the carburization depth (carburization concentration distribution) can be partially adjusted by changing the carburizing conditions without passing through a special process. The original gear with high bending fatigue strength could be manufactured.

[第三実験]
次に、本発明の一実施形態に係る鋼製部材の浸炭方法に関して本願出願人が行った第三の実験について、図7及び図8を用いて説明する。
本実施形態に係る鋼製部材の浸炭方法の実験においては、前記第一の実験と同様に、材質がSCM420の歯車から切出したテストピースTPを被処理物とした。
そして、前記テストピースTPを、浸炭ガスであるアセチレンCの濃度を変えて充満した浸炭炉に送入して、前記テストピースTPに対する浸炭を行った。浸炭条件は前記浸炭炉の内部における浸炭温度を1100度とし、浸炭炉内は雰囲気圧力を500Pa程度の低圧力条件とした。前記浸炭炉の容積1mあたりにおける前記浸炭ガスの流量は100L/分とした。
[Third experiment]
Next, a third experiment conducted by the applicant of the present application regarding the carburizing method for a steel member according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the experiment of the carburizing method for steel members according to the present embodiment, the test piece TP cut out from the gear made of SCM420 was used as the object to be processed, as in the first experiment.
Then, the test piece TP, and fed into the carburizing furnace filled with varying concentrations of acetylene C 2 H 2 is carburizing gas and subjected to carburizing for the test piece TP. The carburizing conditions were such that the carburizing temperature inside the carburizing furnace was 1100 degrees, and the atmospheric pressure in the carburizing furnace was a low pressure condition of about 500 Pa. The flow rate of the carburizing gas per 1 m 3 of the carburizing furnace was 100 L / min.

本願出願人が行った第三の実験については、試験No.21から試験No.25までの5種類の前記テストピースTPを用意して、それぞれについて条件を変えて浸炭処理を行った。具体的には図7に示すように、浸炭ガスであるアセチレンCの濃度を、試験No.21のテストピースTPについては5%とし、以下試験No.22から試験No.25のテストピースTPまでは順に、10%、30%、50%、100%としたのである。 For the third experiment conducted by the applicant of the present application, test no. 21 to test no. Five types of test pieces TP up to 25 were prepared, and carburizing treatment was performed under different conditions. More specifically, as shown in FIG. 7, the concentration of acetylene C 2 H 2 is carburizing gas, Test No. The test piece TP No. 21 was 5%, and the following test No. No. 22 to Test No. Up to 25 test pieces TP are set to 10%, 30%, 50%, and 100% in order.

次に、本実験に係る鋼製部材の浸炭方法に関する結果を、図7及び図8を用いて説明する。
本実験については図7及び図8に示す如く、浸炭ガスであるアセチレンCの濃度を変化させることにより、歯元深さを変化させることができた。具体的には、各試験No.におけるテストピースTPの歯面深さが0.50mmの一定値となるように浸炭処理を行った場合の歯元深さを、試験No.21から試験No.25のテストピースTPの順に、0.13mm、0.21mm、0.35mm、0.46mm、0.47mmと変化させることができたのである。換言すれば、浸炭ガスであるアセチレンCの濃度を低くすることにより、歯面深さに対して歯元深さを小さくすることができたのである。
Next, the result regarding the carburizing method of the steel member which concerns on this experiment is demonstrated using FIG.7 and FIG.8.
In this experiment, as shown in FIG. 7 and FIG. 8, the tooth depth could be changed by changing the concentration of acetylene C 2 H 2 which is a carburizing gas. Specifically, each test No. The tooth root depth when the carburizing process is performed so that the tooth surface depth of the test piece TP in the test piece TP becomes a constant value of 0.50 mm, 21 to test no. The test pieces TP of 25 were able to be changed to 0.13 mm, 0.21 mm, 0.35 mm, 0.46 mm, and 0.47 mm in this order. In other words, by reducing the concentration of acetylene C 2 H 2 that is a carburizing gas, the tooth root depth can be made smaller than the tooth surface depth.

さらに、前記浸炭炉の内部における浸炭温度を1050度以上にすることにより、浸炭温度を950度とした第二の実験結果と比較して、浸炭深さをさらに小さくすることができたのである。これは、浸炭炉の内部における浸炭温度が高くなることにより、浸炭ガスが歯元部分に到達する前に熱分解されることで、歯元部分に到達しにくくなる影響であると考えられる。   Furthermore, by setting the carburizing temperature inside the carburizing furnace to 1050 ° C. or higher, the carburizing depth could be further reduced as compared with the second experimental result in which the carburizing temperature was 950 ° C. This is considered to be an effect that the carburizing gas is thermally decomposed before reaching the tooth root part due to an increase in the carburizing temperature inside the carburizing furnace, thereby making it difficult to reach the tooth root part.

上記の如く、本実験に係る鋼製部材の浸炭方法を用いることにより、歯元部分の浸炭濃度分布を調節することができたのである。これにより、歯元においてさらに大きな圧縮残留応力を付与することができるため、歯元における曲げ疲労強度のより大きい歯車を製造することが可能となるのである。   As described above, by using the carburizing method for steel members according to this experiment, it was possible to adjust the carburization concentration distribution in the tooth root portion. As a result, a larger compressive residual stress can be applied at the tooth root, so that a gear having a higher bending fatigue strength at the tooth root can be produced.

本実験では上記の如く構成することにより、特別な工程を経ることなく、浸炭条件を変化させるだけで、部分的に浸炭深さ(浸炭濃度分布)を調節することができ、これにより、特に歯元における曲げ疲労強度がさらに大きい歯車を製造することができたのである。   In this experiment, by configuring as described above, the carburization depth (carburization concentration distribution) can be partially adjusted by changing the carburizing conditions without passing through a special process. A gear having a higher bending fatigue strength can be produced.

TP テストピース   TP test piece

Claims (5)

雰囲気圧力条件を低圧力条件にした浸炭炉の内部に浸炭ガスとして炭化水素系ガスを充満させて、前記浸炭炉の内部に、溝部を有する鋼製部材を送入して行う、鋼製部材の浸炭方法であって、
前記浸炭炉の容積1mあたりにおける前記炭化水素系ガスの流量を60L/分以下とする、
ことを特徴とする、鋼製部材の浸炭方法。
A steel member that is filled with a hydrocarbon-based gas as a carburizing gas inside a carburizing furnace having a low atmospheric pressure condition, and that feeds a steel member having a groove into the carburizing furnace. A carburizing method,
The flow rate of the hydrocarbon-based gas per 1 m 3 of the carburizing furnace is 60 L / min or less.
A method for carburizing a steel member.
前記鋼製部材は歯車である、
ことを特徴とする、請求項1に記載の鋼製部材の浸炭方法。
The steel member is a gear;
The carburizing method for a steel member according to claim 1, wherein
前記炭化水素系ガスとして100%のCを用いる、
ことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の鋼製部材の浸炭方法。
100% C 2 H 2 is used as the hydrocarbon-based gas,
The carburizing method for a steel member according to claim 1 or 2, characterized by the above.
前記浸炭炉の容積1mあたりにおける前記炭化水素系ガスの流量を20L/分以下とする、
ことを特徴とする、請求項1から請求項3の何れか1項に記載の鋼製部材の浸炭方法。
The flow rate of the hydrocarbon-based gas per 1 m 3 of the carburizing furnace is 20 L / min or less.
The carburizing method for a steel member according to any one of claims 1 to 3, wherein the carburizing method is performed.
前記浸炭炉の内部における浸炭温度を1050度以上とする、
ことを特徴とする、請求項1から請求項4の何れか1項に記載の鋼製部材の浸炭方法。
The carburizing temperature inside the carburizing furnace is 1050 ° C. or higher.
The carburizing method for a steel member according to any one of claims 1 to 4, wherein the carburizing method is performed.
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