JP3006034B2 - 面圧強度にすぐれた高強度機械構造用部材 - Google Patents
面圧強度にすぐれた高強度機械構造用部材Info
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Description
（産業上の利用分野） 本発明は、例えば、歯車，軸受，等速ジョイントなど
のように、高面圧下で転動およびすべりを受け、なお且
つ高い疲労強度をも要求される駆動伝達部品として利用
するのに好適な面圧強度にすぐれた高強度機械構造用部
材に関するものである。 （従来の技術） 従来、例えば、高面圧を受ける駆動伝達部品において
は、ガス浸炭を主体とした表面硬化処理が施されてきた
が、特に面圧強度に注目した場合には、高濃度浸炭処理
や浸炭窒化処理が施されていることも多い。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の面圧強度が必要とさ
れる高強度部材にあっては、高濃度浸炭処理が施される
場合は浸炭層表面の微細に分散した炭化物による表面硬
さの増加により、耐ピッチング性は向上するものの、逆
に表面の炭化物が応力集中源となるため、疲労強度およ
び衝撃強度の向上は望みがたいという不具合があった。 また、浸炭窒化処理が施される場合は、表面に析出し
た残留オーステナイトにより耐ピッチング性は良好であ
るが、表面硬さの低下を招き、疲労強度の向上は得がた
いという不具合があった。 従って、耐ピッチング性，疲労強度および衝撃強度の
すべてにすぐれた歯車，軸受，等速ジョイント等の駆動
系部品の製造は困難であるという課題を有していた。 （発明の目的） 本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされ
たもので、高面圧を受けかつまた高い靱性および疲労強
度が要求される例えば歯車，軸受，等速ジョイント等の
駆動系部品の面圧強度（耐ピッチング性），疲労強度お
よび衝撃強度を大幅に向上させることが可能である面圧
強度にすぐれた高強度機械構造用部材を提供することを
目的としている。
のように、高面圧下で転動およびすべりを受け、なお且
つ高い疲労強度をも要求される駆動伝達部品として利用
するのに好適な面圧強度にすぐれた高強度機械構造用部
材に関するものである。 （従来の技術） 従来、例えば、高面圧を受ける駆動伝達部品において
は、ガス浸炭を主体とした表面硬化処理が施されてきた
が、特に面圧強度に注目した場合には、高濃度浸炭処理
や浸炭窒化処理が施されていることも多い。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の面圧強度が必要とさ
れる高強度部材にあっては、高濃度浸炭処理が施される
場合は浸炭層表面の微細に分散した炭化物による表面硬
さの増加により、耐ピッチング性は向上するものの、逆
に表面の炭化物が応力集中源となるため、疲労強度およ
び衝撃強度の向上は望みがたいという不具合があった。 また、浸炭窒化処理が施される場合は、表面に析出し
た残留オーステナイトにより耐ピッチング性は良好であ
るが、表面硬さの低下を招き、疲労強度の向上は得がた
いという不具合があった。 従って、耐ピッチング性，疲労強度および衝撃強度の
すべてにすぐれた歯車，軸受，等速ジョイント等の駆動
系部品の製造は困難であるという課題を有していた。 （発明の目的） 本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされ
たもので、高面圧を受けかつまた高い靱性および疲労強
度が要求される例えば歯車，軸受，等速ジョイント等の
駆動系部品の面圧強度（耐ピッチング性），疲労強度お
よび衝撃強度を大幅に向上させることが可能である面圧
強度にすぐれた高強度機械構造用部材を提供することを
目的としている。
（課題を解決するための手段） 本発明に係わる面圧強度にすぐれた高強度機械構造用
部材は、重量％で、C:0.10〜0.35％、Si＋Mo:0.6〜3.0
％、Mn:0.3〜1.0％、Cr:2.29〜8.0％、必要に応じてNi:
2.5％以下、同じく必要に応じてNb:0.5％以下,Ti:0.5％
以下,V:0.5％以下のうちから選ばれる１種または２種以
上を含み、より望ましくはO:15ppm以下、Al:0.1％以
下、残部Feおよび不純物よりなる鋼を素材とし、表面の
カーボンポテンシャルが1.0〜5.0重量％となる高濃度浸
炭処理ないしは高濃度浸炭窒化処理が施されて面圧強度
を要求される部位の表面近傍に微細に分散した炭化物と
ともに残留オーステナイトが析出し且つまた非接触部位
の一部ないしは全部に部分浸炭調節用剤が塗布されて疲
労き裂の発生起点となる炭化物の析出が阻止されている
構成としたことを特徴としており、実施態様においてさ
らに高い強度が要求される場合には、アークハイト0.3
以上のショットピーニングが施されている構成としたこ
とを特徴としており、このような面圧強度にすぐれた高
強度機械構造用部材の構成を前述した従来の課題を解決
するための手段としている。 次に、本発明に係わる面圧強度にすぐれた機械構造用
部材の構成についてさらに詳細に説明する。 先ず、本発明に係わる機械構造用部材における素材の
化学成分の限定理由（重量％）について説明する。 Ｃは心部の強度を確保するのに必要な元素であり、0.
10％未満ではその効果は少なく、0.35％超過では心部の
靱性および被削性が劣化するため、その含有量を0.10〜
0.35％とした。 SiとMoは焼戻し軟化抵抗性を向上させることにより転
動疲労強度を飛躍的に向上させる元素であるが、Si＋Mo
量が0.6％未満ではその効果はみられず、3.0％超過では
効果が飽和し、かつまたAc3温度の上昇により焼入れ後
の内部硬さが不足し、疲労強度が低下する要因となるた
め、Si＋Mo量を0.6〜3.0％とした。 Mnは焼入れ性向上元素であり、心部の強度向上に有効
であるが、含有量が多すぎると焼入れ性が過大となり、
靱性が低下するので、Mn含有量は0.3〜0.1％とした。 Crは高濃度浸炭または高濃度浸炭窒化時の表面の微細
炭化物生成元素であり、2.29％未満では塊状の粗大炭化
物が生成するため強度，靱性に悪影響を及ぼす傾向とな
り、8.0％を超えて含有すると効果が飽和するため、そ
の含有量を2.29〜8.0％とした。 Niは本発明鋼のようにSiを多量に含有することのある
場合は、浸炭部および内部の靱性向上に有効な元素であ
るが、過多に含有すると高濃度浸炭または高濃度浸炭窒
化中に炭素または窒素のオーステナイト中の拡散を促進
し、微細炭化物の生成を疎外することおよび被削性が低
下することのため、必要に応じて添加する場合にはその
含有量を2.5％以下とした。 Nb,Ti,Vはいずれも結晶粒微細化に寄与し、特にプラ
ズマ高濃度浸炭またはプラズマ高濃度浸炭窒化を行う場
合のオーステナイト結晶粒粗大化を抑え、靱性の低下を
防ぐために、必要に応じてこれらの１種または２種以上
を添加することも望ましい。しかし、これらの元素は多
過ぎても上記の効果は飽和し、かえって機械的強度を低
下させることもありうるので、添加する場合にはNb,Ti,
Vの各々についてその添加量を0.5％以下とするのがよ
い。 さらに、P,Sはそれぞれ粒界強度を低下させ、疲労強
度および靱性の劣化原因となるため、Ｐ含有量,S含有量
とも0.03％以下とするのが望ましく、また、O,Alは酸化
物系介在物を形成して、スポーリング，フレーキングと
いった内部き裂の発生起点となるため、Ｏ含有量は20pp
m以下,Al含有量は0.15％以下に収めることが望ましい。 本発明による面圧強度にすぐれた高強度機械構造用部
材は上記のような成分組成を有する鋼を素材とし、最表
面のカーボンポテンシャルが重量％で1.0〜5.0％となる
ような高濃度浸炭処理ないしは高濃度浸炭窒化処理を施
すものであり、その理由は、高濃度浸炭処理ないしは高
濃度浸炭窒化処理を施すことによって表面近傍に微細な
球状炭化物を均一に分散させることにより、優れた耐摩
耗性，耐焼付性を付与すると同時に、十分な浸炭硬化層
深さを得ることにより、耐ピッチング性，耐スポーリン
グ性を確保するには1.0〜5.0重量％のカーボンポテンシ
ャルが必要であることによる。 しかしながら、上記のような微細炭化物は、応力集中
源となり、疲労強度および衝撃強度を低下させることか
ら、面圧強度を必要としない非接触部の一部ないしは全
部に適量な濃度の部分浸炭調節用剤を塗布することによ
り、表面のカーボンポテンシャルを低下させ、炭化物の
生成を抑止すると同時に、疲労強度，衝撃強度に対して
最適な表面硬さと浸炭硬化層深さを得るものである。 さらに、より高い面圧強度，疲労強度が必要である場
合にはアークハイト0.3以上のショットピーニングを施
してもよい。この理由として、ショットピーニング処理
を施すことにより、面圧または機械的応力により発生し
たき裂の進展を抑えるのに十分な圧縮残留応力を得るに
はアークハイト0.3以上が必要であることによる。 （発明の作用） 本発明に係わる面圧強度にすぐれた高強度機械構造用
部材は、SiおよびMoのもつ焼戻し軟化抵抗性により高い
面圧強度をもつと共に、炭化物生成元素であるCrを多量
添加することにより高濃度浸炭処理ないしは高濃度浸炭
窒化処理に適した組成を有する鋼を素材とし、高濃度浸
炭処理ないしは高濃度浸炭窒化処理により高面圧を受け
る部分の表面に微細炭化物を均一に分散させて、高い耐
ピッチング強度を得ると同時に、非接触部には部分浸炭
調節用剤を塗布する部分浸炭調節処理を施して炭化物の
生成を抑制し、表面硬さおよび有効硬化層深さをコント
ロールするようにしているので、疲労強度と衝撃強度が
大幅に向上したものになる。 （実施例） 以下に本発明の実施例を説明する。 第１表に示す化学成分の鋼を真空溶製し、これらを熱
間鍛造，焼準したのち、所定の形状に機械加工を行い、
プラズマ浸炭炉にて減圧下で高濃度浸炭浸窒処理を施し
た。 なお、第１表において、比較鋼ＩはSi＋Mo量が不足す
るものであり、比較鋼ＪはSi＋Mo量が過剰のものであ
り、比較鋼ＫはCr量が不足するものであり、比較鋼Ｌは
Ni量が過剰のものであり、比較鋼Ｍは従来鋼（SCM420
H）であり、比較鋼Ｎは従来鋼（SNCM420H）鋼である。 ここで、上記高濃度浸炭浸窒処理条件について説明す
ると、本実施例では、第１図に示す熱サイクルで浸炭浸
窒処理を行った。すなわち、カーボンポテンシャルが1.
0〜5.0％となるような雰囲気中で800〜1000℃にて１〜2
0時間の浸炭処理を施した後、500〜700℃への急冷処理
を部品形状に応じて複数回行い、その後、800〜900℃に
て１〜10時間浸室し、150℃の油冷を行う。また、焼戻
しは180℃にて２時間実施した。 次に、第１表の各化学成分の鋼に上記のような処理を
施した場合の材料特性について第２表と共に述べる。 第２表は本発明鋼（Ａ〜H,G′,H′,H″）と比較鋼
（Ｉ〜Ｎ）の材料特性および転動疲労試験結果，シャル
ピー衝撃値を示す。 まず、材料特性に注目すると、本発明鋼（Ａ〜Ｈ）は
上記した高濃度浸炭窒化処理により、表面近傍に均一な
微細炭化物の分布が得られたため、表面硬さ（最表面よ
り0.05mmの位置で測定）はほぼHv800以上であり、表面
残留オーステナイト量（最表面より0.05mmの位置にてＸ
線法により測定）もピッチング寿命に対して最適な値で
ある30％前後となっている。 これに対して比較鋼（Ｉ〜Ｎ）ではSi＋Mo量が不足ま
たは過剰である比較鋼I,Jを除いて表面硬さがHv800未満
であり、十分な硬さが得られていない。例えばCr量が不
足する比較鋼Ｋでは炭化物の生成が十分ではなく、Ni量
が過剰である比較鋼ＬではNiの作用により浸炭時にオー
ステナイトが安定化するため残留オーステナイトが過剰
となり、表面硬さが低下している。さらに、従来鋼であ
る比較鋼Ｍ（SCM420H）,N（SNCM420H）ではCr,Mo量とも
不足しており、十分な表面硬さが得られないことは明白
である。さらにまた、Si＋Mo量が過剰である比較鋼Ｊで
はAc3点の上昇により内部にフェライト粒の晶出がみら
れた。 次に、第３表に示す条件により行った転動疲労試験結
果において、本発明鋼では、表面硬さが高いこと、およ
び残留オーステナイトの面圧によるマルテンサイトへの
加工誘起変態、そしてなじみ効果により、第２表に示す
ごとく良好なL10寿命が得られているのに対し、比較鋼
Ｋ〜Ｎでは表面の残留オーステナイト量が過剰なことに
より表面硬さが低下しており、また、比較鋼ＩではSi＋
Mo量の不足によって転動面直下の局部的な昇温による硬
さの低下からいずれも転動疲労強度が本発明鋼よりも低
い結果が得られている。 続いて、第２図に示すＵ型ノッチ1aを持つシャルピー
衝撃試験片１を用いたシャルピー衝撃試験結果について
述べる。 本試験では、本発明鋼G,Hに部分防炭処理として、市
販の防炭材であるコンドルサルを溶剤により適当な濃度
に希釈してノッチ底周辺に塗布を行った後、上記した高
濃度浸炭窒化処理（部分浸炭調節処理）を施したテスト
ピース（第２表のＧ′,H′）についても評価した。さら
に、テストピースＨ′にアークハイト0.6mmAのショット
ピーニング処理をしたテストピースＨ″についても評価
した。 その結果、部分浸炭調節処理（部分防炭処理）を施し
たテストピースでは、部分浸炭調節処理を施していない
他のいずれの本発明鋼および比較鋼よりも高いシャルピ
ー衝撃値を示しており、この結果から、高濃度浸炭窒化
処理に部分浸炭調節処理を組み合わせることにより、優
れた靱性が得られることは明らかである。 さらに、実際の部品に部分浸炭調節処理およびショッ
トピーニングを行った場合の効果を確認するため、本発
明鋼Ｇおよび比較鋼J,Mについて、歯車噛合い試験を動
力循環式歯車試験機を用いて第４表に示す条件で行っ
た。供試歯車として、発明鋼Ｇおよび比較鋼J,Mを用い
て歯車を製作し、歯底の危険断面近傍に上記した部分浸
炭調節用剤を塗布した後、高濃度浸炭窒化処理を施し
た。そして、アークハイト0.6のショットピーニング
（ショット条件；ショット硬さHRC54,ショット径0.8mm,
粒子投射速度60m/s,ショット時間120sec）を行った。ま
た、比較として、ショットピーニングを行わない場合お
よびショットピーニングと部分浸炭調節処理の両方を省
略した場合についても試験を行った。この結果を第３図
に示す。 本試験の破損モードは、発明鋼Ｇと比較鋼Ｊは歯元の
疲労折損，比較鋼Ｍは歯面ピッチングを起点とする疲労
破損であった。第３図に示した結果から、本発明鋼に部
分浸炭処理およびショットピーニングを適用すると、歯
面強度，歯元疲労強度のいずれをも向上させ得ることが
認められた。
部材は、重量％で、C:0.10〜0.35％、Si＋Mo:0.6〜3.0
％、Mn:0.3〜1.0％、Cr:2.29〜8.0％、必要に応じてNi:
2.5％以下、同じく必要に応じてNb:0.5％以下,Ti:0.5％
以下,V:0.5％以下のうちから選ばれる１種または２種以
上を含み、より望ましくはO:15ppm以下、Al:0.1％以
下、残部Feおよび不純物よりなる鋼を素材とし、表面の
カーボンポテンシャルが1.0〜5.0重量％となる高濃度浸
炭処理ないしは高濃度浸炭窒化処理が施されて面圧強度
を要求される部位の表面近傍に微細に分散した炭化物と
ともに残留オーステナイトが析出し且つまた非接触部位
の一部ないしは全部に部分浸炭調節用剤が塗布されて疲
労き裂の発生起点となる炭化物の析出が阻止されている
構成としたことを特徴としており、実施態様においてさ
らに高い強度が要求される場合には、アークハイト0.3
以上のショットピーニングが施されている構成としたこ
とを特徴としており、このような面圧強度にすぐれた高
強度機械構造用部材の構成を前述した従来の課題を解決
するための手段としている。 次に、本発明に係わる面圧強度にすぐれた機械構造用
部材の構成についてさらに詳細に説明する。 先ず、本発明に係わる機械構造用部材における素材の
化学成分の限定理由（重量％）について説明する。 Ｃは心部の強度を確保するのに必要な元素であり、0.
10％未満ではその効果は少なく、0.35％超過では心部の
靱性および被削性が劣化するため、その含有量を0.10〜
0.35％とした。 SiとMoは焼戻し軟化抵抗性を向上させることにより転
動疲労強度を飛躍的に向上させる元素であるが、Si＋Mo
量が0.6％未満ではその効果はみられず、3.0％超過では
効果が飽和し、かつまたAc3温度の上昇により焼入れ後
の内部硬さが不足し、疲労強度が低下する要因となるた
め、Si＋Mo量を0.6〜3.0％とした。 Mnは焼入れ性向上元素であり、心部の強度向上に有効
であるが、含有量が多すぎると焼入れ性が過大となり、
靱性が低下するので、Mn含有量は0.3〜0.1％とした。 Crは高濃度浸炭または高濃度浸炭窒化時の表面の微細
炭化物生成元素であり、2.29％未満では塊状の粗大炭化
物が生成するため強度，靱性に悪影響を及ぼす傾向とな
り、8.0％を超えて含有すると効果が飽和するため、そ
の含有量を2.29〜8.0％とした。 Niは本発明鋼のようにSiを多量に含有することのある
場合は、浸炭部および内部の靱性向上に有効な元素であ
るが、過多に含有すると高濃度浸炭または高濃度浸炭窒
化中に炭素または窒素のオーステナイト中の拡散を促進
し、微細炭化物の生成を疎外することおよび被削性が低
下することのため、必要に応じて添加する場合にはその
含有量を2.5％以下とした。 Nb,Ti,Vはいずれも結晶粒微細化に寄与し、特にプラ
ズマ高濃度浸炭またはプラズマ高濃度浸炭窒化を行う場
合のオーステナイト結晶粒粗大化を抑え、靱性の低下を
防ぐために、必要に応じてこれらの１種または２種以上
を添加することも望ましい。しかし、これらの元素は多
過ぎても上記の効果は飽和し、かえって機械的強度を低
下させることもありうるので、添加する場合にはNb,Ti,
Vの各々についてその添加量を0.5％以下とするのがよ
い。 さらに、P,Sはそれぞれ粒界強度を低下させ、疲労強
度および靱性の劣化原因となるため、Ｐ含有量,S含有量
とも0.03％以下とするのが望ましく、また、O,Alは酸化
物系介在物を形成して、スポーリング，フレーキングと
いった内部き裂の発生起点となるため、Ｏ含有量は20pp
m以下,Al含有量は0.15％以下に収めることが望ましい。 本発明による面圧強度にすぐれた高強度機械構造用部
材は上記のような成分組成を有する鋼を素材とし、最表
面のカーボンポテンシャルが重量％で1.0〜5.0％となる
ような高濃度浸炭処理ないしは高濃度浸炭窒化処理を施
すものであり、その理由は、高濃度浸炭処理ないしは高
濃度浸炭窒化処理を施すことによって表面近傍に微細な
球状炭化物を均一に分散させることにより、優れた耐摩
耗性，耐焼付性を付与すると同時に、十分な浸炭硬化層
深さを得ることにより、耐ピッチング性，耐スポーリン
グ性を確保するには1.0〜5.0重量％のカーボンポテンシ
ャルが必要であることによる。 しかしながら、上記のような微細炭化物は、応力集中
源となり、疲労強度および衝撃強度を低下させることか
ら、面圧強度を必要としない非接触部の一部ないしは全
部に適量な濃度の部分浸炭調節用剤を塗布することによ
り、表面のカーボンポテンシャルを低下させ、炭化物の
生成を抑止すると同時に、疲労強度，衝撃強度に対して
最適な表面硬さと浸炭硬化層深さを得るものである。 さらに、より高い面圧強度，疲労強度が必要である場
合にはアークハイト0.3以上のショットピーニングを施
してもよい。この理由として、ショットピーニング処理
を施すことにより、面圧または機械的応力により発生し
たき裂の進展を抑えるのに十分な圧縮残留応力を得るに
はアークハイト0.3以上が必要であることによる。 （発明の作用） 本発明に係わる面圧強度にすぐれた高強度機械構造用
部材は、SiおよびMoのもつ焼戻し軟化抵抗性により高い
面圧強度をもつと共に、炭化物生成元素であるCrを多量
添加することにより高濃度浸炭処理ないしは高濃度浸炭
窒化処理に適した組成を有する鋼を素材とし、高濃度浸
炭処理ないしは高濃度浸炭窒化処理により高面圧を受け
る部分の表面に微細炭化物を均一に分散させて、高い耐
ピッチング強度を得ると同時に、非接触部には部分浸炭
調節用剤を塗布する部分浸炭調節処理を施して炭化物の
生成を抑制し、表面硬さおよび有効硬化層深さをコント
ロールするようにしているので、疲労強度と衝撃強度が
大幅に向上したものになる。 （実施例） 以下に本発明の実施例を説明する。 第１表に示す化学成分の鋼を真空溶製し、これらを熱
間鍛造，焼準したのち、所定の形状に機械加工を行い、
プラズマ浸炭炉にて減圧下で高濃度浸炭浸窒処理を施し
た。 なお、第１表において、比較鋼ＩはSi＋Mo量が不足す
るものであり、比較鋼ＪはSi＋Mo量が過剰のものであ
り、比較鋼ＫはCr量が不足するものであり、比較鋼Ｌは
Ni量が過剰のものであり、比較鋼Ｍは従来鋼（SCM420
H）であり、比較鋼Ｎは従来鋼（SNCM420H）鋼である。 ここで、上記高濃度浸炭浸窒処理条件について説明す
ると、本実施例では、第１図に示す熱サイクルで浸炭浸
窒処理を行った。すなわち、カーボンポテンシャルが1.
0〜5.0％となるような雰囲気中で800〜1000℃にて１〜2
0時間の浸炭処理を施した後、500〜700℃への急冷処理
を部品形状に応じて複数回行い、その後、800〜900℃に
て１〜10時間浸室し、150℃の油冷を行う。また、焼戻
しは180℃にて２時間実施した。 次に、第１表の各化学成分の鋼に上記のような処理を
施した場合の材料特性について第２表と共に述べる。 第２表は本発明鋼（Ａ〜H,G′,H′,H″）と比較鋼
（Ｉ〜Ｎ）の材料特性および転動疲労試験結果，シャル
ピー衝撃値を示す。 まず、材料特性に注目すると、本発明鋼（Ａ〜Ｈ）は
上記した高濃度浸炭窒化処理により、表面近傍に均一な
微細炭化物の分布が得られたため、表面硬さ（最表面よ
り0.05mmの位置で測定）はほぼHv800以上であり、表面
残留オーステナイト量（最表面より0.05mmの位置にてＸ
線法により測定）もピッチング寿命に対して最適な値で
ある30％前後となっている。 これに対して比較鋼（Ｉ〜Ｎ）ではSi＋Mo量が不足ま
たは過剰である比較鋼I,Jを除いて表面硬さがHv800未満
であり、十分な硬さが得られていない。例えばCr量が不
足する比較鋼Ｋでは炭化物の生成が十分ではなく、Ni量
が過剰である比較鋼ＬではNiの作用により浸炭時にオー
ステナイトが安定化するため残留オーステナイトが過剰
となり、表面硬さが低下している。さらに、従来鋼であ
る比較鋼Ｍ（SCM420H）,N（SNCM420H）ではCr,Mo量とも
不足しており、十分な表面硬さが得られないことは明白
である。さらにまた、Si＋Mo量が過剰である比較鋼Ｊで
はAc3点の上昇により内部にフェライト粒の晶出がみら
れた。 次に、第３表に示す条件により行った転動疲労試験結
果において、本発明鋼では、表面硬さが高いこと、およ
び残留オーステナイトの面圧によるマルテンサイトへの
加工誘起変態、そしてなじみ効果により、第２表に示す
ごとく良好なL10寿命が得られているのに対し、比較鋼
Ｋ〜Ｎでは表面の残留オーステナイト量が過剰なことに
より表面硬さが低下しており、また、比較鋼ＩではSi＋
Mo量の不足によって転動面直下の局部的な昇温による硬
さの低下からいずれも転動疲労強度が本発明鋼よりも低
い結果が得られている。 続いて、第２図に示すＵ型ノッチ1aを持つシャルピー
衝撃試験片１を用いたシャルピー衝撃試験結果について
述べる。 本試験では、本発明鋼G,Hに部分防炭処理として、市
販の防炭材であるコンドルサルを溶剤により適当な濃度
に希釈してノッチ底周辺に塗布を行った後、上記した高
濃度浸炭窒化処理（部分浸炭調節処理）を施したテスト
ピース（第２表のＧ′,H′）についても評価した。さら
に、テストピースＨ′にアークハイト0.6mmAのショット
ピーニング処理をしたテストピースＨ″についても評価
した。 その結果、部分浸炭調節処理（部分防炭処理）を施し
たテストピースでは、部分浸炭調節処理を施していない
他のいずれの本発明鋼および比較鋼よりも高いシャルピ
ー衝撃値を示しており、この結果から、高濃度浸炭窒化
処理に部分浸炭調節処理を組み合わせることにより、優
れた靱性が得られることは明らかである。 さらに、実際の部品に部分浸炭調節処理およびショッ
トピーニングを行った場合の効果を確認するため、本発
明鋼Ｇおよび比較鋼J,Mについて、歯車噛合い試験を動
力循環式歯車試験機を用いて第４表に示す条件で行っ
た。供試歯車として、発明鋼Ｇおよび比較鋼J,Mを用い
て歯車を製作し、歯底の危険断面近傍に上記した部分浸
炭調節用剤を塗布した後、高濃度浸炭窒化処理を施し
た。そして、アークハイト0.6のショットピーニング
（ショット条件；ショット硬さHRC54,ショット径0.8mm,
粒子投射速度60m/s,ショット時間120sec）を行った。ま
た、比較として、ショットピーニングを行わない場合お
よびショットピーニングと部分浸炭調節処理の両方を省
略した場合についても試験を行った。この結果を第３図
に示す。 本試験の破損モードは、発明鋼Ｇと比較鋼Ｊは歯元の
疲労折損，比較鋼Ｍは歯面ピッチングを起点とする疲労
破損であった。第３図に示した結果から、本発明鋼に部
分浸炭処理およびショットピーニングを適用すると、歯
面強度，歯元疲労強度のいずれをも向上させ得ることが
認められた。
本発明に係わる面圧強度にすぐれた高強度機械構造用
部材は、SiおよびMoのもつ焼戻し軟化抵抗性により転動
疲労強度に優れ、かつまた高濃度浸炭処理ないしは高濃
度浸炭窒化処理に適した組成を有する素材とし、高濃度
浸炭処理ないしは高濃度浸炭窒化処理後に表面に均一に
分散した微細炭化物と適量の残留オーステナイトを析出
させることにより、表面の硬さを大きな値に保った上
で、残留オーステナイトによる表面のなじみ特性の向上
および加工誘起変態を利用した高い耐ピッチング性，耐
転動疲労特性を備えたものである。そして、同時に、部
分浸炭調節処理および必要であればショットピーニング
を行うことにより、面圧強度を必要としない部位への炭
化物の析出を防止し且つまた付加入力に適した表面硬
さ，硬化層深さおよび圧縮残留応力を付与することによ
り、高い靱性と疲労強度をも兼ね備えた非常にすぐれた
特性を有するものである。したがって、本発明による面
圧強度にすぐれた高強度機械構造用部材は、高面圧を受
けなお且つ高い靱性および疲労強度を要する歯車，軸受
類，等速ジョイント等といった部品の面圧強度，疲労強
度，衝撃強度を大幅に向上させることが可能であるとい
う非常に優れた効果がもたらされる。
部材は、SiおよびMoのもつ焼戻し軟化抵抗性により転動
疲労強度に優れ、かつまた高濃度浸炭処理ないしは高濃
度浸炭窒化処理に適した組成を有する素材とし、高濃度
浸炭処理ないしは高濃度浸炭窒化処理後に表面に均一に
分散した微細炭化物と適量の残留オーステナイトを析出
させることにより、表面の硬さを大きな値に保った上
で、残留オーステナイトによる表面のなじみ特性の向上
および加工誘起変態を利用した高い耐ピッチング性，耐
転動疲労特性を備えたものである。そして、同時に、部
分浸炭調節処理および必要であればショットピーニング
を行うことにより、面圧強度を必要としない部位への炭
化物の析出を防止し且つまた付加入力に適した表面硬
さ，硬化層深さおよび圧縮残留応力を付与することによ
り、高い靱性と疲労強度をも兼ね備えた非常にすぐれた
特性を有するものである。したがって、本発明による面
圧強度にすぐれた高強度機械構造用部材は、高面圧を受
けなお且つ高い靱性および疲労強度を要する歯車，軸受
類，等速ジョイント等といった部品の面圧強度，疲労強
度，衝撃強度を大幅に向上させることが可能であるとい
う非常に優れた効果がもたらされる。
第１図は本発明の実施例において採用した熱処理条件を
示す工程説明図、第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の
実施例において用いたシャルピー衝撃試験片の各々正面
説明図、側面説明図およびＲ部拡大説明図、第３図は歯
車噛合い疲労試験結果を試験歯車への入力軸回転数と入
力軸トルクとの関係で示したグラフである。
示す工程説明図、第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の
実施例において用いたシャルピー衝撃試験片の各々正面
説明図、側面説明図およびＲ部拡大説明図、第３図は歯
車噛合い疲労試験結果を試験歯車への入力軸回転数と入
力軸トルクとの関係で示したグラフである。
フロントページの続き (72)発明者 並木 邦夫 愛知県名古屋市南区大同町２丁目30番地 大同特殊鋼株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−306521（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−61032（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−108347（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−271318（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/22 C21D 7/06 C23C 8/22 - 8/32
Claims (4)
- 【請求項１】重量％で、C:0.10〜0.35％、Si＋Mo:0.6〜
3.0％、Mn:0.3〜1.0％、Cr:2.29〜8.0％、残部Feおよび
不純物よりなる鋼を素材とし、表面のカーボンポテンシ
ャルが1.0〜5.0重量％となる高濃度浸炭処理ないしは高
濃度浸炭窒化処理が施されて面圧強度を要求される部位
の表面近傍に微細に分散した炭化物とともに残留オース
テナイトが析出し且つまた非接触部位の一部ないしは全
部に部分浸炭調節用剤が塗布されて疲労き裂の発生起点
となる炭化物の析出が阻止されていることを特徴とする
面圧強度にすぐれた高強度機械構造用部材。 - 【請求項２】素材中に、Ni:2.5％以下を含んでいること
を特徴とする請求項第（１）項に記載の面圧強度にすぐ
れた高強度機械構造用部材。 - 【請求項３】素材中に、Nb:0.5％以下,Ti:0.5％以下,V:
0.5％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含
んでいることを特徴とする請求項第（１）項または第
（２）項に記載の面圧強度にすぐれた高強度機械構造用
部材。 - 【請求項４】アークハイト0.3以上のショットピーニン
グが施されていることを特徴とする請求項第（１）項，
第（２）項または第（３）項のいずれかに記載の面圧強
度にすぐれた高強度機械構造用部材。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2140311A JP3006034B2 (ja) | 1990-05-30 | 1990-05-30 | 面圧強度にすぐれた高強度機械構造用部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2140311A JP3006034B2 (ja) | 1990-05-30 | 1990-05-30 | 面圧強度にすぐれた高強度機械構造用部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0432537A JPH0432537A (ja) | 1992-02-04 |
| JP3006034B2 true JP3006034B2 (ja) | 2000-02-07 |
Family
ID=15265848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2140311A Expired - Fee Related JP3006034B2 (ja) | 1990-05-30 | 1990-05-30 | 面圧強度にすぐれた高強度機械構造用部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3006034B2 (ja) |
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| JP2000045049A (ja) * | 1998-07-28 | 2000-02-15 | Nippon Seiko Kk | 転がり軸受 |
| KR20040088016A (ko) * | 2001-12-25 | 2004-10-15 | 아이신에이더블류 가부시키가이샤 | 침탄 켄칭 부재 및 그 제조 방법 |
| JP4313983B2 (ja) * | 2002-04-18 | 2009-08-12 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 靭性および準高温域での転動疲労寿命に優れる肌焼き軸受け用鋼 |
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| JP2005090680A (ja) * | 2003-09-19 | 2005-04-07 | Koyo Seiko Co Ltd | 転がり軸受部品およびその製造方法 |
| JP4188307B2 (ja) * | 2004-12-10 | 2008-11-26 | 大同特殊鋼株式会社 | 浸炭部品及びその製造方法 |
| JP5198765B2 (ja) * | 2006-12-28 | 2013-05-15 | 株式会社小松製作所 | 転動部材及びその製造方法 |
| JP4629064B2 (ja) | 2007-03-23 | 2011-02-09 | 本田技研工業株式会社 | 浸炭部品の製造方法 |
| JP6425025B2 (ja) * | 2015-02-23 | 2018-11-21 | 大同特殊鋼株式会社 | 高濃度浸炭鋼の製造方法 |
| JP2016186120A (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-27 | 株式会社神戸製鋼所 | 浸炭窒化用鋼材および浸炭窒化部品 |
-
1990
- 1990-05-30 JP JP2140311A patent/JP3006034B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0432537A (ja) | 1992-02-04 |
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