JP2878331B2 - 窒化鋼部材の製造方法 - Google Patents
窒化鋼部材の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、窒化鋼部材の製造方法に関する。
（従来技術） 窒化又は軟窒化処理する窒化鋼部材は、歯車等の機械
構造部品として用いられているが、その窒化鋼部材は、
表面硬化処理として浸炭焼入れ処理する浸炭焼入れ鋼部
材に比べて相対的に、熱処理（表面硬化処理）変形が小
さく寸法精度が優れている反面、その強度は、有効硬化
深さが浅く、また母材硬さ（芯部硬さ）が低いため、充
分に満足するものとはなっていない。このため、特開昭
59−140328号公報に示すように、鋼部材の母材組織を、
一般的なフェライト・バーライト組織や焼戻しマルテン
サイト組織ではなく、ベイナイトを含む組織（ベイナイ
ト組織、フェライト・ベイナイト混在組織）とし、それ
を窒化処理する窒化鋼部材の製造方法が提案されてい
る。この製造方法においては、ベイナイトが、固くて強
靭性があり、しかもベイナイトに対しては窒化させ易い
ことから、母材組織を強靭なものとすることができると
共に有効硬化深さを深くすることができ、強度をより一
層向上させることができる。
構造部品として用いられているが、その窒化鋼部材は、
表面硬化処理として浸炭焼入れ処理する浸炭焼入れ鋼部
材に比べて相対的に、熱処理（表面硬化処理）変形が小
さく寸法精度が優れている反面、その強度は、有効硬化
深さが浅く、また母材硬さ（芯部硬さ）が低いため、充
分に満足するものとはなっていない。このため、特開昭
59−140328号公報に示すように、鋼部材の母材組織を、
一般的なフェライト・バーライト組織や焼戻しマルテン
サイト組織ではなく、ベイナイトを含む組織（ベイナイ
ト組織、フェライト・ベイナイト混在組織）とし、それ
を窒化処理する窒化鋼部材の製造方法が提案されてい
る。この製造方法においては、ベイナイトが、固くて強
靭性があり、しかもベイナイトに対しては窒化させ易い
ことから、母材組織を強靭なものとすることができると
共に有効硬化深さを深くすることができ、強度をより一
層向上させることができる。
（発明が解決しようとする問題点） しかし、近時、窒化鋼部材においては、強度だけでな
く寸法精度についても、より一層の向上が求められてお
り、これに対しては、改善がなされていないのが実情で
ある。
く寸法精度についても、より一層の向上が求められてお
り、これに対しては、改善がなされていないのが実情で
ある。
このような実情の下、当初、本発明者は、上記製造方
法において、寸法精度低下の原因となる熱処理変形を生
じさせる理由が、主として、窒化鋼部材の粗形材を鍛造
加工する際、この加工により内部応力が形成され、その
応力が窒化処理時の加熱によって解放され、それによっ
て変形が生じる、と考え、母材組織がフェライト・パー
ライト組織である場合の変形抑制に対して、鍛造加工後
に粗形材を焼準する方法が従来から有効であることに鑑
み、その方法を、焼準組織が強靭なベイナイト又はフェ
ライト・ベイナイト組織となるような冷却条件の下で試
みた。
法において、寸法精度低下の原因となる熱処理変形を生
じさせる理由が、主として、窒化鋼部材の粗形材を鍛造
加工する際、この加工により内部応力が形成され、その
応力が窒化処理時の加熱によって解放され、それによっ
て変形が生じる、と考え、母材組織がフェライト・パー
ライト組織である場合の変形抑制に対して、鍛造加工後
に粗形材を焼準する方法が従来から有効であることに鑑
み、その方法を、焼準組織が強靭なベイナイト又はフェ
ライト・ベイナイト組織となるような冷却条件の下で試
みた。
しかし、上記方法では、熱処理変形に対して十分な結
果を得ることはできなかった。
果を得ることはできなかった。
この結果から、本発明者は、オーステナイト相からの
冷却により母材組織がベイナイトに変態した際、その変
態応力が粗形材に残留し、それが窒化処理時の加熱によ
り解放される結果、上記変形が生じる、と推察し、その
考えの下に鋭意研究し、上記変形を抑制することを内容
とする本発明を完成した。
冷却により母材組織がベイナイトに変態した際、その変
態応力が粗形材に残留し、それが窒化処理時の加熱によ
り解放される結果、上記変形が生じる、と推察し、その
考えの下に鋭意研究し、上記変形を抑制することを内容
とする本発明を完成した。
すなわち、本発明の目的は、強度だけでなく寸法精度
についても、より一層向上させることができる窒化鋼部
材の製造方法を提案することにある。
についても、より一層向上させることができる窒化鋼部
材の製造方法を提案することにある。
（問題点を解決するための手段） かかる目的を達成するために請求項１の発明にあって
は、熱間鍛造後、熱処理をして母材組織をベイナイトを
含む組織とし、それを窒化処理する窒化鋼部材の製造方
法において、 前記熱処理後であって前記窒化処理前に、200〜600℃
の温度範囲で低温焼鈍処理を行う、構成としてある。
は、熱間鍛造後、熱処理をして母材組織をベイナイトを
含む組織とし、それを窒化処理する窒化鋼部材の製造方
法において、 前記熱処理後であって前記窒化処理前に、200〜600℃
の温度範囲で低温焼鈍処理を行う、構成としてある。
請求項１の発明の好ましい態様としては、請求項２〜
５の記載の通りとなる。
５の記載の通りとなる。
また、上記目的を達成するために請求項６の発明にあ
っては、 熱間鍛造後、熱処理をして母材組織をベイナイトを含
む組織とし、それを窒化処理する窒化鋼部材の製造方法
において、 前記熱間鍛造する材料の組成を、Ｃが0.15〜0.35、Si
が0.50以下、Mnが0.50〜1.30、Ｓが0.20以下、Crが0.50
〜1.30、Moが0.05〜0.50、Ｖが0.05〜0.20、Pbが0.35以
下、Sol.Alが0.10以下、Ｎが0.02以下とし、 前記熱処理後であって前記窒化処理前に、温度範囲20
0〜600℃、保持時間0.5〜３時間の条件の下で、低温焼
鈍処理を行う、構成としてある。
っては、 熱間鍛造後、熱処理をして母材組織をベイナイトを含
む組織とし、それを窒化処理する窒化鋼部材の製造方法
において、 前記熱間鍛造する材料の組成を、Ｃが0.15〜0.35、Si
が0.50以下、Mnが0.50〜1.30、Ｓが0.20以下、Crが0.50
〜1.30、Moが0.05〜0.50、Ｖが0.05〜0.20、Pbが0.35以
下、Sol.Alが0.10以下、Ｎが0.02以下とし、 前記熱処理後であって前記窒化処理前に、温度範囲20
0〜600℃、保持時間0.5〜３時間の条件の下で、低温焼
鈍処理を行う、構成としてある。
（発明の効果） 請求項１の発明によれば、熱間鍛造後に熱処理をし
て、母材組織を、ベイナイトを含む組織とすることによ
って、母材組織を強靭なものとすることができると共に
窒化処理時に有効硬化深さを深くすることが可能となる
一方、上記熱処理後であって窒化処理前に、低温焼鈍処
理により、母材組織がベイナイトに変態した際の変態応
力が除去されることになり、この後、窒化処理を行って
も、上記変態応力が存在しないことから、それに基づく
変形が生じることはなくなる。
て、母材組織を、ベイナイトを含む組織とすることによ
って、母材組織を強靭なものとすることができると共に
窒化処理時に有効硬化深さを深くすることが可能となる
一方、上記熱処理後であって窒化処理前に、低温焼鈍処
理により、母材組織がベイナイトに変態した際の変態応
力が除去されることになり、この後、窒化処理を行って
も、上記変態応力が存在しないことから、それに基づく
変形が生じることはなくなる。
ここで、低温焼鈍処理の温度範囲は200〜600℃とされ
ている。これは、200℃未満では応力除去効果が不十分
である一方、600℃を越えると、母材の焼戻し作用によ
り硬さが低下して好ましくないからである。
ている。これは、200℃未満では応力除去効果が不十分
である一方、600℃を越えると、母材の焼戻し作用によ
り硬さが低下して好ましくないからである。
このため、窒化鋼部材を、強度だけでなく寸法精度に
ついても、一層向上させることができることなる。
ついても、一層向上させることができることなる。
請求項２の発明によれば、熱間鍛造する材料の組成に
基づき、前述の請求項１の作用効果をより好ましいもの
とすることができることになる。
基づき、前述の請求項１の作用効果をより好ましいもの
とすることができることになる。
請求項３の発明によれば、熱処理の冷却速度を0.4〜
４℃/secとすることによって、前述の請求項１の作用効
果をより好ましいものとすることができることになる。
４℃/secとすることによって、前述の請求項１の作用効
果をより好ましいものとすることができることになる。
請求項４の発明によれば、低温焼鈍処理の効果が、不
十分となったり、飽和状態となったりすることをなくし
て、低温焼鈍処理を効果的なものとし、前述の請求項１
の作用効果をより好ましいものとすることができること
になる。
十分となったり、飽和状態となったりすることをなくし
て、低温焼鈍処理を効果的なものとし、前述の請求項１
の作用効果をより好ましいものとすることができること
になる。
請求項５の発明によれば、低温焼鈍処理の温度範囲
を、窒化処理温度以下として、前述の請求項１の作用効
果をより好ましいものとすることができることになる。
を、窒化処理温度以下として、前述の請求項１の作用効
果をより好ましいものとすることができることになる。
請求項６の発明によれば、前述の請求項１、２、４と
同様の作用効果を得ることができることになる。
同様の作用効果を得ることができることになる。
（実施例） 以下、本発明の実施例を説明する。
本発明の実施例に係る窒化鋼部材の製造は、第１図に
示す製造プロセスに従ってなされる。
示す製造プロセスに従ってなされる。
（１）すなわち、先ず、材料としての鋼材を切断し、そ
れを熱間鍛造する。
れを熱間鍛造する。
上記鋼材の組成としては、例えば表１に示すようなも
のが好ましく、また、上記熱間鍛造は、例えば1180℃の
ような一般的条件の下で行われる。
のが好ましく、また、上記熱間鍛造は、例えば1180℃の
ような一般的条件の下で行われる。
（２）次に、熱処理としての空冷，焼準（場合により実
施）を行い、鋼材の母材組織を、ベイナイトを含む組織
とする。
施）を行い、鋼材の母材組織を、ベイナイトを含む組織
とする。
これは、母材組織をベイナイトを含む組織とすること
によって、該母材組織を固くて強靭なものとすると共
に、後工程における窒化処理を行われ易くして有効硬化
深さを深くし、これにより強度をいままでの窒化鋼部材
の強度以上にするために行われる。また、ここでの焼準
により、鍛造によって生じた各部位の応力が解放される
ことになる。
によって、該母材組織を固くて強靭なものとすると共
に、後工程における窒化処理を行われ易くして有効硬化
深さを深くし、これにより強度をいままでの窒化鋼部材
の強度以上にするために行われる。また、ここでの焼準
により、鍛造によって生じた各部位の応力が解放される
ことになる。
上記空冷、焼準の条件には、一般的なものが用いられ
ている。例えば、空冷時においては、冷却速度に、0.4
〜４℃/secを用い、焼準においては、再加熱温度を850
〜950℃、冷却速度に0.4〜４℃/secを用いるのが好まし
い。
ている。例えば、空冷時においては、冷却速度に、0.4
〜４℃/secを用い、焼準においては、再加熱温度を850
〜950℃、冷却速度に0.4〜４℃/secを用いるのが好まし
い。
上記ベイナイトを含む組織とは、ベイナイト組織又は
フェライト・ベイナイト組織であることを意味する。
フェライト・ベイナイト組織であることを意味する。
（３）次に、200〜600℃の温度範囲で低温焼鈍処理を行
う。
う。
これは、母材組織がベイナイトに変態した際の変態応
力を解放するために行われる。
力を解放するために行われる。
上記低温焼鈍処理の温度範囲については、前述した理
由に基づき、200〜600℃であるが、窒化処理の温度（通
常550〜580℃）以下である、300〜550℃の範囲がより好
ましい。
由に基づき、200〜600℃であるが、窒化処理の温度（通
常550〜580℃）以下である、300〜550℃の範囲がより好
ましい。
また、上記低温焼鈍処理の保持時間は、0.5〜３時間
が適切である。0.5時間未満では効果が不十分であり、
３時間を越えると効果が飽和するからである。
が適切である。0.5時間未満では効果が不十分であり、
３時間を越えると効果が飽和するからである。
（４）次に、機械加工を行う。
歯車等、所定の形状に加工するのである。ここで機械
加工を行うのは、窒化処理後では、鋼材の表面が硬くな
って機械加工が困難となるからである。
加工を行うのは、窒化処理後では、鋼材の表面が硬くな
って機械加工が困難となるからである。
（５）次に、窒化処理を行う。
これは、鋼材の表面を硬化させて強度を高めるために
行われる。この際の硬化層は、前述したように、母材組
織をベイナイトを含む組織したことにより窒化が行われ
易くなることから、その深さがいままで以上に深くなる
ことになる。
行われる。この際の硬化層は、前述したように、母材組
織をベイナイトを含む組織したことにより窒化が行われ
易くなることから、その深さがいままで以上に深くなる
ことになる。
上記窒化処理には、ガス窒化、ガス軟窒化、塩沿軟窒
化、イオン窒化、イオン軟窒等のいずれをも用いること
ができる。
化、イオン窒化、イオン軟窒等のいずれをも用いること
ができる。
（６）そして次に、必要がある場合にはショットピーニ
ングを行う。
ングを行う。
これは、このショットピーニングにより圧縮残留応力
をより高めて疲労強度を一層向上させるために行われ
る。
をより高めて疲労強度を一層向上させるために行われ
る。
このような各工程を経ることにより、製造された窒化
鋼部材の強度と寸法精度とは、より一層向上することに
なる。
鋼部材の強度と寸法精度とは、より一層向上することに
なる。
上記製造方法に基づく硬化は、下記実験例１、２によ
り裏付けることができる。
り裏付けることができる。
実験例１ （Ａ）実験内容 表２に示す組成の鋼材を1180℃で熱間鍛造し、その
後、900℃に再加熱して1.2℃/sec.の冷却速度で冷却
（焼準処理）し、フェライト・ベイナイト組織のリング
状粗形材を製造した。このとき、粗形材の硬さはHv280
であった。
後、900℃に再加熱して1.2℃/sec.の冷却速度で冷却
（焼準処理）し、フェライト・ベイナイト組織のリング
状粗形材を製造した。このとき、粗形材の硬さはHv280
であった。
次に、上記粗形材を、そのまま及び種々の温度条件で
焼鈍し（保持時間1.0時間）、それを第２図に示すよう
なリング試験片P1（l1＝92mm、l2＝116mm、l3＝18mm）
に加工し、その後、その外周面をマスキングしてその内
周面のみをイオン窒化処理した。そのイオン窒化処理
は、N2:H2＝7:3、ガス分圧6torr.の雰囲気を用い、印加
電圧を450v、570℃×３時間の条件で行った。
焼鈍し（保持時間1.0時間）、それを第２図に示すよう
なリング試験片P1（l1＝92mm、l2＝116mm、l3＝18mm）
に加工し、その後、その外周面をマスキングしてその内
周面のみをイオン窒化処理した。そのイオン窒化処理
は、N2:H2＝7:3、ガス分圧6torr.の雰囲気を用い、印加
電圧を450v、570℃×３時間の条件で行った。
そして、このようにして製作したリング試験片P1の窒
化前・後の外径寸法変化量を測定した。
化前・後の外径寸法変化量を測定した。
（Ｂ）実験結果 この実験の結果、第３図に示す特性線図を得た。この
特性線図によれば、焼鈍温度が200〜600℃の範囲で外径
寸法変化量が大幅に低減した。
特性線図によれば、焼鈍温度が200〜600℃の範囲で外径
寸法変化量が大幅に低減した。
実験例２ （Ａ）実験内容 前記実験例１と同じ組成の鋼材を1200℃で熱間鍛造
し、その後、それを920℃に再加熱して0.8℃/sec.の冷
却速度で冷却（焼準処理）し、フェライト・ベイナイト
組織のギヤ粗形材を製造した。このとき、粗形材の硬さ
はHv260であった。
し、その後、それを920℃に再加熱して0.8℃/sec.の冷
却速度で冷却（焼準処理）し、フェライト・ベイナイト
組織のギヤ粗形材を製造した。このとき、粗形材の硬さ
はHv260であった。
次に、上記粗形材そのままのものと（従来例）、それ
を500℃×1.5時間の焼鈍処理を行ったもの（本案例）と
から、第４図に示すようなギヤ部品P2をそれぞれ加工し
た。この場合、このギヤ部品P2の各寸法はl4＝96mm、l5
＝66mm、l6＝47mm、l7＝64mm、l8＝61mm、l9＝20mmと
し、モジュール1.75、圧力角20度、歯数34とした。
を500℃×1.5時間の焼鈍処理を行ったもの（本案例）と
から、第４図に示すようなギヤ部品P2をそれぞれ加工し
た。この場合、このギヤ部品P2の各寸法はl4＝96mm、l5
＝66mm、l6＝47mm、l7＝64mm、l8＝61mm、l9＝20mmと
し、モジュール1.75、圧力角20度、歯数34とした。
そして、このギヤ部品P2の要求特性は、歯部の強度、
歯部のオーバーピン直径（ピッチ円直径に相当するも
の）及び内径l5面の平行度精度であるため、内径面はマ
スキングし、歯部を含む外周面のみをイオン窒化した。
この窒化処理の条件は、前記実験例１の場合と同じとし
た。
歯部のオーバーピン直径（ピッチ円直径に相当するも
の）及び内径l5面の平行度精度であるため、内径面はマ
スキングし、歯部を含む外周面のみをイオン窒化した。
この窒化処理の条件は、前記実験例１の場合と同じとし
た。
そしてこの後、製造したギヤ部品P2の窒化前・後の寸
法精度を測定した。
法精度を測定した。
（Ｂ）実験結果 実験の結果、表３に示す内容を得た。この内容によれ
ば、本案例は、従来例よりも変化量が小さいことを示し
た。
ば、本案例は、従来例よりも変化量が小さいことを示し
た。
また、表３には、本案変形例として、上記実験結果か
ら窒化による変化量を把握し、予め、その変化量分だけ
修正加工し、その後、同様の窒化処理をしたもの（No.
3）も併記した。この方法によれば、変化量が小さけれ
ば、それだけ見込み加工がやり易くなることから、より
精度の高い部品を製造することができることになる。
ら窒化による変化量を把握し、予め、その変化量分だけ
修正加工し、その後、同様の窒化処理をしたもの（No.
3）も併記した。この方法によれば、変化量が小さけれ
ば、それだけ見込み加工がやり易くなることから、より
精度の高い部品を製造することができることになる。
尚、表２中、「−」符号は、第４図中、右側の内径が
左側の内径よりも拡径された状態を意味する。
左側の内径よりも拡径された状態を意味する。
第１図は本発明の一実施例に係る製造プロセスを示す
図、 第２図は実験例１に係るリング試験片を説明する説明
図、 第３図は実験例１に係る結果を示す特性線図、 第４図は実施例２に係るギヤ部品を説明する説明図であ
る。 P1……リング試験片 P2……ギヤ部品
図、 第２図は実験例１に係るリング試験片を説明する説明
図、 第３図は実験例１に係る結果を示す特性線図、 第４図は実施例２に係るギヤ部品を説明する説明図であ
る。 P1……リング試験片 P2……ギヤ部品
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２３Ｃ 8/50 Ｃ２３Ｃ 8/50 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 8/26,8/32,8/38,8/50 C21D 6/00 C22C 38/00
Claims (6)
- 【請求項１】熱間鍛造後、熱処理をして母材組織をベイ
ナイトを含む組織と、それを窒化処理する窒化鋼部材の
製造方法において、 前記熱処理後であって前記窒化処理前に、200〜600℃の
温度範囲で低温焼鈍処理を行う、 ことを特徴とする窒化鋼部材の製造方法。 - 【請求項２】請求項１において、 前記熱間鍛造する材料の組成が、Ｃが0.15〜0.35、Siが
0.50以下、Mnが0.50〜1.30、Ｓが0.20以下、Crが0.50〜
1.30、Moが0.05〜0.50、Ｖが0.05〜0.20、Pbが0.35以
下、Sol.Alが0.10以下、Ｎが0.02以下とされている、 ことを特徴とする窒化鋼部材の製造方法。 - 【請求項３】請求項１において、 前記熱処理の冷却速度が、0.4〜４℃/secとされてい
る、 ことを特徴とする窒化鋼部材の製造方法。 - 【請求項４】請求項１において、 前記低温焼鈍処理の保持時間が、0.5〜３時間である、 ことを特徴とする窒化鋼部材の製造方法。
- 【請求項５】請求項４において、 前記低温焼鈍処理の温度範囲が、300〜550℃である、 ことを特徴とする窒化鋼部材の製造方法。
- 【請求項６】熱間鍛造後、熱処理をして母材組織をベイ
ナイトを含む組織とし、それを窒化処理する窒化鋼部材
の製造方法において、 前記熱間鍛造する材料の組成を、Ｃが0.15〜0.35、Siが
0.50以下、Mnが0.50〜1.30、Ｓが0.20以下、Crが0.50〜
1.30、Moが0.05〜0.50、Ｖが0.05〜0.20、Pbが0.35以
下、Sol.Alが0.10以下、Ｎが0.02以下とし、 前記熱処理後であって前記窒化処理前に、温度範囲200
〜600℃、保持時間0.5〜３時間の条件の下で、低温焼鈍
処理を行う、 ことを特徴とする窒化鋼部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24303689A JP2878331B2 (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 窒化鋼部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24303689A JP2878331B2 (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 窒化鋼部材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03104854A JPH03104854A (ja) | 1991-05-01 |
| JP2878331B2 true JP2878331B2 (ja) | 1999-04-05 |
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ID=17097896
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24303689A Expired - Fee Related JP2878331B2 (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 窒化鋼部材の製造方法 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2878331B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112575159A (zh) * | 2019-09-27 | 2021-03-30 | 安徽美芝精密制造有限公司 | 一种旋转式压缩机滑片的制造方法及旋转式压缩机滑片 |
-
1989
- 1989-09-19 JP JP24303689A patent/JP2878331B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03104854A (ja) | 1991-05-01 |
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