JP3055050B2 - 高靱性歯車用鋼材の耐衝撃性向上方法 - Google Patents
高靱性歯車用鋼材の耐衝撃性向上方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車や産業機械等の
歯車への利用に適するように、高靱性歯車用鋼材の耐衝
撃性を向上させる方法に関するものである。
歯車への利用に適するように、高靱性歯車用鋼材の耐衝
撃性を向上させる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車及び産業機械等に用いられ
る歯車に対する高強度化の要求が高まっている。歯車等
の部品は高い疲労特性が要求されるため通常、浸炭焼入
れ・焼戻し等の表面硬化処理を施して用いられるが、さ
らなる高疲労強化の要求に対して、特開昭６０−２１８
４２２号公報に開示されているように、浸炭焼入れ・焼
戻しを行った鋼にショット径0.3〜1.0mm、投射時間5〜4
0分、投射速度35〜50ｍ／sの条件でショットピーニング
を施す疲労強度向上方法が提案されている。これによれ
ば、表面粗さを1μm以下に抑えつつ圧縮残留応力を付与
することにより、高い疲労強度を得ることが可能とな
る。
る歯車に対する高強度化の要求が高まっている。歯車等
の部品は高い疲労特性が要求されるため通常、浸炭焼入
れ・焼戻し等の表面硬化処理を施して用いられるが、さ
らなる高疲労強化の要求に対して、特開昭６０−２１８
４２２号公報に開示されているように、浸炭焼入れ・焼
戻しを行った鋼にショット径0.3〜1.0mm、投射時間5〜4
0分、投射速度35〜50ｍ／sの条件でショットピーニング
を施す疲労強度向上方法が提案されている。これによれ
ば、表面粗さを1μm以下に抑えつつ圧縮残留応力を付与
することにより、高い疲労強度を得ることが可能とな
る。
【０００３】しかし、自動車のデファレンシャルやトラ
ンスミッション等に用いられる歯車は、衝撃荷重が加わ
る部品であり、疲労強度のみならず耐衝撃性も要求され
ている。そこで耐衝撃性に優れた歯車としては、特開平
１−１０８３４７号公報に開示されているように、低Si
でMo添加の素材に対し有効硬化層深さが0.6〜1.0mmにな
るような浸炭焼入れ・焼戻しを行い、その後アークハイ
トが0.4〜1.0Ａのショットピーニングを施す歯車が提案
されている。
ンスミッション等に用いられる歯車は、衝撃荷重が加わ
る部品であり、疲労強度のみならず耐衝撃性も要求され
ている。そこで耐衝撃性に優れた歯車としては、特開平
１−１０８３４７号公報に開示されているように、低Si
でMo添加の素材に対し有効硬化層深さが0.6〜1.0mmにな
るような浸炭焼入れ・焼戻しを行い、その後アークハイ
トが0.4〜1.0Ａのショットピーニングを施す歯車が提案
されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ショットピー
ニング処理は疲労強度を向上させるが、その反面、材料
表面の硬度の上昇により靱性の低下をまねくと考えられ
ており、耐衝撃性の要求される歯車に対しては積極的な
適用は行われていない。
ニング処理は疲労強度を向上させるが、その反面、材料
表面の硬度の上昇により靱性の低下をまねくと考えられ
ており、耐衝撃性の要求される歯車に対しては積極的な
適用は行われていない。
【０００５】また特開平１−１０８３４７号公報に開示
された歯車は、低Si化による粒界酸化層の低減とMoの添
加とにより耐衝撃性が改善されるが、それだけでは耐衝
撃性の改善が十分と言えるものではなく、むしろ0.4〜
1.0Ａのショットピーニングを施すことで逆に衝撃値の
低下をまねいている。
された歯車は、低Si化による粒界酸化層の低減とMoの添
加とにより耐衝撃性が改善されるが、それだけでは耐衝
撃性の改善が十分と言えるものではなく、むしろ0.4〜
1.0Ａのショットピーニングを施すことで逆に衝撃値の
低下をまねいている。
【０００６】したがって、ショットピーニングを適用し
た歯車で耐衝撃性に優れるものは未だ得られるに到って
いないのが実状なのである。
た歯車で耐衝撃性に優れるものは未だ得られるに到って
いないのが実状なのである。
【０００７】この発明は、従来の以上のような点に鑑み
創案されたもので、自動車や産業機械等に用いられる歯
車に適するように、高靱性歯車用鋼材の耐衝撃性を向上
させることのできる方法を提供しようとするものであ
る。
創案されたもので、自動車や産業機械等に用いられる歯
車に適するように、高靱性歯車用鋼材の耐衝撃性を向上
させることのできる方法を提供しようとするものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】浸炭焼入れ・焼戻し処理
を施した鋼材について、ショットピーニング処理を施す
と、鋼材表面の塑性変形または残留オーステナイトの加
工誘起変態などにより、鋼材表層部では圧縮残留応力が
付与されるとともに硬さの上昇が起こる。図１はショッ
トピーニングにより鋼材表面下に与える硬さを調べた試
験結果（ＳＣＭ420に対して浸炭温度930℃、浸炭時間４
時間、焼戻し温度150℃）であり、図中Ａは浸炭まま、
Ｂは通常ショット、Ｃは強力ショットの場合の表層部の
硬さを示す。図示のように、確かにショットピーニング
により表層部の硬さは上昇し、しかもショットが強くな
れば硬さの上昇量も大きくなることがわかる。従来はこ
の硬さの上昇により靭性が低下すると考えられており、
疲労強度の向上を目指して行われていた従来のショット
ピーニング処理では、ほとんどの場合耐衝撃性は悪化し
ていた。すなわち、従来は耐衝撃性の向上を図ることを
目的としてショットピーニングを施すことは全く考えら
れてもいなかったものである。
を施した鋼材について、ショットピーニング処理を施す
と、鋼材表面の塑性変形または残留オーステナイトの加
工誘起変態などにより、鋼材表層部では圧縮残留応力が
付与されるとともに硬さの上昇が起こる。図１はショッ
トピーニングにより鋼材表面下に与える硬さを調べた試
験結果（ＳＣＭ420に対して浸炭温度930℃、浸炭時間４
時間、焼戻し温度150℃）であり、図中Ａは浸炭まま、
Ｂは通常ショット、Ｃは強力ショットの場合の表層部の
硬さを示す。図示のように、確かにショットピーニング
により表層部の硬さは上昇し、しかもショットが強くな
れば硬さの上昇量も大きくなることがわかる。従来はこ
の硬さの上昇により靭性が低下すると考えられており、
疲労強度の向上を目指して行われていた従来のショット
ピーニング処理では、ほとんどの場合耐衝撃性は悪化し
ていた。すなわち、従来は耐衝撃性の向上を図ることを
目的としてショットピーニングを施すことは全く考えら
れてもいなかったものである。
【０００９】しかしこのような従来の知見に対して、本
発明者らが、耐衝撃性の改善要因を根本的に見直し、浸
炭焼入れ・焼戻し処理を施した鋼材について、耐衝撃性
に及ぼすショットピーニングの影響を詳細に検討した結
果、ショットピーニングにより付与される圧縮残留応力
に着目するに至り、さらにその圧縮残留応力の上昇が所
定条件のもとでは耐衝撃性を向上させる効果があるとい
う知見を見いだすに至った。
発明者らが、耐衝撃性の改善要因を根本的に見直し、浸
炭焼入れ・焼戻し処理を施した鋼材について、耐衝撃性
に及ぼすショットピーニングの影響を詳細に検討した結
果、ショットピーニングにより付与される圧縮残留応力
に着目するに至り、さらにその圧縮残留応力の上昇が所
定条件のもとでは耐衝撃性を向上させる効果があるとい
う知見を見いだすに至った。
【００１０】すなわち、まず浸炭焼入れ・焼戻し処理を
施した鋼材について、図１と同一条件のもと、ショット
ピーニングによる圧縮残留応力の変化を調べた結果、図
２に示すようにショットピーニングにより表層部に付与
される圧縮残留応力は上昇し、しかもショットが強くな
ればその最大値がより深部に移動しつつその上昇量も大
きくなることがわかった。次に、この圧縮残留応力が耐
衝撃性にはどのような影響があるか調べた結果、硬さの
上昇が一定であれば、鋼材に付与される圧縮残留応力が
大きくなれば耐衝撃性が向上することがわかった。すな
わち、図３は硬さの変化量を同一レベルにした上で（90
ＨV未満のものと100〜180ＨVの範囲のものの二通り）、
衝撃値の変化と圧縮残留応力の最大値との関係をプロッ
トしたグラフであるが、このグラフに示されるように、
付与される圧縮残留応力が大きくなれば衝撃値の変化量
もそれに略比例して増大することがわかったのである。
施した鋼材について、図１と同一条件のもと、ショット
ピーニングによる圧縮残留応力の変化を調べた結果、図
２に示すようにショットピーニングにより表層部に付与
される圧縮残留応力は上昇し、しかもショットが強くな
ればその最大値がより深部に移動しつつその上昇量も大
きくなることがわかった。次に、この圧縮残留応力が耐
衝撃性にはどのような影響があるか調べた結果、硬さの
上昇が一定であれば、鋼材に付与される圧縮残留応力が
大きくなれば耐衝撃性が向上することがわかった。すな
わち、図３は硬さの変化量を同一レベルにした上で（90
ＨV未満のものと100〜180ＨVの範囲のものの二通り）、
衝撃値の変化と圧縮残留応力の最大値との関係をプロッ
トしたグラフであるが、このグラフに示されるように、
付与される圧縮残留応力が大きくなれば衝撃値の変化量
もそれに略比例して増大することがわかったのである。
【００１１】ところで、図１よりも明らかなようにショ
ットピーニングの強度を増加させれば表層部の硬さを向
上させるが、その硬さの上昇によって確かに耐衝撃性は
低下する。図４は圧縮残留応力を同一レベルにした上で
（700〜800Ｎ／mm2のものと1150〜1250Ｎ／mm2の範囲の
ものの二通り）、衝撃値の変化と硬さの上昇量との関係
をプロットしたグラフであるが、このグラフに示される
ように、硬さの上昇量が増加すれば衝撃値の変化量もそ
れに略比例して低減するのである。
ットピーニングの強度を増加させれば表層部の硬さを向
上させるが、その硬さの上昇によって確かに耐衝撃性は
低下する。図４は圧縮残留応力を同一レベルにした上で
（700〜800Ｎ／mm2のものと1150〜1250Ｎ／mm2の範囲の
ものの二通り）、衝撃値の変化と硬さの上昇量との関係
をプロットしたグラフであるが、このグラフに示される
ように、硬さの上昇量が増加すれば衝撃値の変化量もそ
れに略比例して低減するのである。
【００１２】したがって、ショットピーニング処理後の
鋼材の耐衝撃性は、ショットによる硬さの上昇量と圧縮
残留応力との双方の影響により変化することになり、そ
うすると硬さの上昇による衝撃値の低下量よりも圧縮残
留応力による衝撃値の増加量が上回ればショットピーニ
ング処理によって耐衝撃性が向上するはずである。
鋼材の耐衝撃性は、ショットによる硬さの上昇量と圧縮
残留応力との双方の影響により変化することになり、そ
うすると硬さの上昇による衝撃値の低下量よりも圧縮残
留応力による衝撃値の増加量が上回ればショットピーニ
ング処理によって耐衝撃性が向上するはずである。
【００１３】このような知見を踏まえて、まず本発明者
らは、耐衝撃性における硬さの上昇による衝撃値の低
下量と、圧縮残留応力による衝撃値の増加量との関係
を数値的に検討した。ここで、硬さの上昇による衝撃
値の低下量は図４より−0.06、圧縮残留応力による衝
撃値の増加量は図３より0.027であるので両者の関係式
は下式で表わせる。
らは、耐衝撃性における硬さの上昇による衝撃値の低
下量と、圧縮残留応力による衝撃値の増加量との関係
を数値的に検討した。ここで、硬さの上昇による衝撃
値の低下量は図４より−0.06、圧縮残留応力による衝
撃値の増加量は図３より0.027であるので両者の関係式
は下式で表わせる。
【００１４】
【数１】−0.06ΔＨV＋0.027σR・・・・・・(1) ただしΔＨV：ショットピーニングによる表面硬さの上
昇量（ＨV） σR：表面下において付与される圧縮残留応力の最大値
（Ｎ／mm2）
昇量（ＨV） σR：表面下において付与される圧縮残留応力の最大値
（Ｎ／mm2）
【００１５】そして、この式における耐衝撃性が向上す
る値をだすべく試験を繰り返した結果、後述する表２に
示すように、上記(1)式が20を超えるとショットピーニ
ング処理により衝撃値が向上することをついに見いだし
たものである。
る値をだすべく試験を繰り返した結果、後述する表２に
示すように、上記(1)式が20を超えるとショットピーニ
ング処理により衝撃値が向上することをついに見いだし
たものである。
【００１６】本願の請求項１に係る歯車用鋼材の耐衝撃
性向上方法は、本発明者らのこのような新規な知見に基
づき創案されたもので、鋼材を浸炭焼入れ・焼戻し処理
を施した後、下式を満足させるようなショットピーニン
グ処理を施すことをその基本的特徴とする。
性向上方法は、本発明者らのこのような新規な知見に基
づき創案されたもので、鋼材を浸炭焼入れ・焼戻し処理
を施した後、下式を満足させるようなショットピーニン
グ処理を施すことをその基本的特徴とする。
【００１７】
【数２】−0.06ΔＨV＋0.027σR＞20 ただしΔＨV：ショットピーニングによる表面硬さの上
昇量（ＨV） σR：表面下において付与される圧縮残留応力の最大値
（Ｎ／mm2）
昇量（ＨV） σR：表面下において付与される圧縮残留応力の最大値
（Ｎ／mm2）
【００１８】また本発明者らは、ショットピーニングに
より、硬さの上昇による衝撃値の低下量よりも圧縮残留
応力による衝撃値の増加量が上回る別の基準を検討した
結果、後述する表２にも示すように、その表面下におい
て付与される圧縮残留応力の最大値が1000Ｎ／mm２以上
となるようなショットピーニング処理を施すことによっ
ても、耐衝撃性が向上することを見いだした。そして、
このような圧縮残留応力の最大値が付与される場所とし
ては、後述する図２に示すように表層部下50μｍ以上と
なっている。
より、硬さの上昇による衝撃値の低下量よりも圧縮残留
応力による衝撃値の増加量が上回る別の基準を検討した
結果、後述する表２にも示すように、その表面下におい
て付与される圧縮残留応力の最大値が1000Ｎ／mm２以上
となるようなショットピーニング処理を施すことによっ
ても、耐衝撃性が向上することを見いだした。そして、
このような圧縮残留応力の最大値が付与される場所とし
ては、後述する図２に示すように表層部下50μｍ以上と
なっている。
【００１９】本願の請求項２に係る歯車用鋼材の耐衝撃
性向上方法は、本発明者らのこのような第２の知見に基
づき創案されたもので、鋼材を浸炭焼入れ・焼戻し処理
を施した後、その表層部下50μｍ以上において付与され
る圧縮残留応力の最大値が1000Ｎ／mm２以上となるよう
なショットピーニング処理を施すことを特徴とする請求
項１に記載の歯車用鋼材の耐衝撃性向上方法である。な
お、図２に示すように、表層部下100μｍを超えると最
大値の範囲から徐々に遠ざかることになるため、より好
ましくは表層部下50〜100μｍの範囲とするのが良い。
性向上方法は、本発明者らのこのような第２の知見に基
づき創案されたもので、鋼材を浸炭焼入れ・焼戻し処理
を施した後、その表層部下50μｍ以上において付与され
る圧縮残留応力の最大値が1000Ｎ／mm２以上となるよう
なショットピーニング処理を施すことを特徴とする請求
項１に記載の歯車用鋼材の耐衝撃性向上方法である。な
お、図２に示すように、表層部下100μｍを超えると最
大値の範囲から徐々に遠ざかることになるため、より好
ましくは表層部下50〜100μｍの範囲とするのが良い。
【００２０】また、上記発明に用いられる鋼材は、歯車
用素材としてより適した成分組成が好ましい。このた
め、請求項１の歯車用鋼材の耐衝撃性向上方法におい
て、Ｃ：0.05〜0.15wt％、Si：0.15wt％以下、Mn：0.25
〜1.50wt％、Ｐ：0.015wt％以下、Ｓ：0.025wt％以下、
Cr：0.75〜2.50wt％、Mo：1.0wt％以下を含有し、残部
がFeおよび不可避不純物からなる鋼材を用いた歯車用鋼
材の耐衝撃性向上方法を請求項３の発明とし、請求項２
の歯車用鋼材の耐衝撃性向上方法において、Ｃ：0.05〜
0.15wt％、Si：0.15wt％以下、Mn：0.25〜1.50wt％、
Ｐ：0.015wt％以下、Ｓ：0.025wt％以下、Cr：0.75〜2.
50wt％、Mo：1.0wt％以下を含有し、残部がFeおよび不
可避不純物からなる鋼材を用いた歯車用鋼材の耐衝撃性
向上方法を請求項５の発明とする。
用素材としてより適した成分組成が好ましい。このた
め、請求項１の歯車用鋼材の耐衝撃性向上方法におい
て、Ｃ：0.05〜0.15wt％、Si：0.15wt％以下、Mn：0.25
〜1.50wt％、Ｐ：0.015wt％以下、Ｓ：0.025wt％以下、
Cr：0.75〜2.50wt％、Mo：1.0wt％以下を含有し、残部
がFeおよび不可避不純物からなる鋼材を用いた歯車用鋼
材の耐衝撃性向上方法を請求項３の発明とし、請求項２
の歯車用鋼材の耐衝撃性向上方法において、Ｃ：0.05〜
0.15wt％、Si：0.15wt％以下、Mn：0.25〜1.50wt％、
Ｐ：0.015wt％以下、Ｓ：0.025wt％以下、Cr：0.75〜2.
50wt％、Mo：1.0wt％以下を含有し、残部がFeおよび不
可避不純物からなる鋼材を用いた歯車用鋼材の耐衝撃性
向上方法を請求項５の発明とする。
【００２１】機械的特性をさらに向上させるために、請
求項３または請求項５の上記成分組にＮi：1.5wt％以
下、Ｎb：0.05wt％以下の１種または２種を含有する鋼
材を用いてもよく、そのような選択成分を含有する鋼材
を用いた歯車用鋼材の耐衝撃性向上方法をそれぞれ請求
項４、請求項６の発明とする。
求項３または請求項５の上記成分組にＮi：1.5wt％以
下、Ｎb：0.05wt％以下の１種または２種を含有する鋼
材を用いてもよく、そのような選択成分を含有する鋼材
を用いた歯車用鋼材の耐衝撃性向上方法をそれぞれ請求
項４、請求項６の発明とする。
【００２２】次に、この請求項３ないし請求項６の重量
比における成分限定理由について説明する。
比における成分限定理由について説明する。
【００２３】Ｃ：0.05〜0.15wt％ Ｃは芯部強度を確保するために0.05wt％以上を必要とす
るが、0.15wt％を超えると芯部靱性が低下し、必要な耐
衝撃性が得られないため、0.05〜0.15wt％とする。
るが、0.15wt％を超えると芯部靱性が低下し、必要な耐
衝撃性が得られないため、0.05〜0.15wt％とする。
【００２４】Si：0.15wt％以下 Siは酸素との親和力が強く粒界酸化を助長する元素であ
り、耐衝撃性を低下させるが、0.15wt％以下では問題な
いので上限を0.15wt％とした。
り、耐衝撃性を低下させるが、0.15wt％以下では問題な
いので上限を0.15wt％とした。
【００２５】Mn：0.25〜1.50wt％ Mnは芯部強度を確保し、また焼入性を向上する元素であ
り、そのためには0.25wt％以上を必要とするが、1.50wt
％を超えると焼入性が大きくなりすぎ、靱性の低下をま
ねくため、0.25〜1.50wt％とした。
り、そのためには0.25wt％以上を必要とするが、1.50wt
％を超えると焼入性が大きくなりすぎ、靱性の低下をま
ねくため、0.25〜1.50wt％とした。
【００２６】Ｐ：0.015wt％以下 Ｐは結晶粒界に偏析し粒界強度を低下させるため、でき
るだけ低減することが望ましい。しかし、0.015wt％で
あれば問題がないのでそれを上限とした。
るだけ低減することが望ましい。しかし、0.015wt％で
あれば問題がないのでそれを上限とした。
【００２７】Ｓ：0.025wt％以下 Ｓは被削性を確保するために必要な元素であるが、多量
に添加すると介在物量が増加し靱性が低下するので、そ
の上限を0.025wt％とした。
に添加すると介在物量が増加し靱性が低下するので、そ
の上限を0.025wt％とした。
【００２８】Cr：0.75〜2.50wt％ Crは芯部強度を確保し、残留γ量を高めることにより浸
炭層の靱性を高める元素である。また焼入性を向上する
元素でもあり、他の焼入性向上元素とのバランスにより
添加量を決定することが望ましい。しかし、0.75wt％未
満では必要な焼入性が認められれず、また2.50wt％を超
えると焼入性が大きくなりすぎて靱性の低下をまねくた
め、0.75〜2.50wt％とした。
炭層の靱性を高める元素である。また焼入性を向上する
元素でもあり、他の焼入性向上元素とのバランスにより
添加量を決定することが望ましい。しかし、0.75wt％未
満では必要な焼入性が認められれず、また2.50wt％を超
えると焼入性が大きくなりすぎて靱性の低下をまねくた
め、0.75〜2.50wt％とした。
【００２９】Mo：1.0wt％以下 Moは焼入性を向上し、また残留γ量を高めることにより
浸炭層の靱性を向上させるために有効な元素である。し
かし、1.0wt％を超えると焼入性が大きくなりすぎ、ま
たコスト的にも不利になるためその上限を1.0wt％とし
た。
浸炭層の靱性を向上させるために有効な元素である。し
かし、1.0wt％を超えると焼入性が大きくなりすぎ、ま
たコスト的にも不利になるためその上限を1.0wt％とし
た。
【００３０】Ni：1.5wt％以下 NiはMoと同様に焼入性および靱性を向上させるために有
効な元素である。したがって、焼入性および靱性をさら
に向上させる際は選択的に添加する。しかし、過剰に添
加すると素材の硬さが硬くなりすぎて被削性が損なわ
れ、またコスト的にも不利になるため、添加する際はそ
の上限を1.5wt％とした。
効な元素である。したがって、焼入性および靱性をさら
に向上させる際は選択的に添加する。しかし、過剰に添
加すると素材の硬さが硬くなりすぎて被削性が損なわ
れ、またコスト的にも不利になるため、添加する際はそ
の上限を1.5wt％とした。
【００３１】Nb：0.05wt％以下 Nbは鋼中で炭・窒化物を生成することで結晶粒を微細化
し、耐衝撃性に対して有効な元素となる。したがって、
耐衝撃性をより向上させる際は選択的に添加する。しか
し、0.05wt％を超えて添加しても効果が飽和してしまう
のでその上限を0.05wt％とした。
し、耐衝撃性に対して有効な元素となる。したがって、
耐衝撃性をより向上させる際は選択的に添加する。しか
し、0.05wt％を超えて添加しても効果が飽和してしまう
のでその上限を0.05wt％とした。
【００３２】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例について説明す
る。
る。
【００３３】本発明者らは、下表に示す成分組成のNO１
〜８（NO１はＳＣｒ420、NO２はＳＣＭ420、NO３はＳＮ
ＣＭ420、NO４、６は請求項３および５を満たす成分、N
O５、７、８は請求項４および６を満たす成分）を供試
鋼として、圧延、焼きならしを行った後、10mmＲノッチ
のシャルピー衝撃片に加工した。
〜８（NO１はＳＣｒ420、NO２はＳＣＭ420、NO３はＳＮ
ＣＭ420、NO４、６は請求項３および５を満たす成分、N
O５、７、８は請求項４および６を満たす成分）を供試
鋼として、圧延、焼きならしを行った後、10mmＲノッチ
のシャルピー衝撃片に加工した。
【００３４】
【表１】
【００３５】次に、各試験片に対して浸炭ガス雰囲気中
で９３０℃×４時間加熱→油冷→１５０℃×２時間焼戻
の条件で浸炭焼入・焼戻を施し、その後ショットピーニ
ング処理を施した。ＮＯ１〜８のａ供試鋼については、
遠心式のショットピーニング処理を行い、その際、付与
する圧縮残留応力が１０００Ｎ／ｍｍ２未満、上記
（１）式の値が２０以下となるように設定した。一方、
ＮＯ１〜８のｂ供試鋼については、空気噴射式のショッ
トピーニング処理を行い、その際、付与する圧縮残留応
力が１０００Ｎ／ｍｍ２以上、上記（１）式の値が２０
を超すように設定した。圧縮残留応力は、試験片の表層
部 下５０μｍ以上の地点を電解研磨により除去した
後、Ｘ線回折により測定した。ここで、表層部下５０μ
ｍ以上の地点を測定したのは、図２の結果よりショット
付与後は圧縮残留応力の最大値が約５０μｍ以上となる
ことに基づく。なお、同図に示されるように、表層部下
１００μｍを超えると圧縮応力の値が減少し、少なくと
も最大値の範囲から逸脱してしまうので、好ましくは表
層部下５０〜１００μｍ以内で測定するのがよい。そし
て以上の試験片について、硬さの測定、シャルピー衝撃
試験を行った。試験の結果を下表に示す。
で９３０℃×４時間加熱→油冷→１５０℃×２時間焼戻
の条件で浸炭焼入・焼戻を施し、その後ショットピーニ
ング処理を施した。ＮＯ１〜８のａ供試鋼については、
遠心式のショットピーニング処理を行い、その際、付与
する圧縮残留応力が１０００Ｎ／ｍｍ２未満、上記
（１）式の値が２０以下となるように設定した。一方、
ＮＯ１〜８のｂ供試鋼については、空気噴射式のショッ
トピーニング処理を行い、その際、付与する圧縮残留応
力が１０００Ｎ／ｍｍ２以上、上記（１）式の値が２０
を超すように設定した。圧縮残留応力は、試験片の表層
部 下５０μｍ以上の地点を電解研磨により除去した
後、Ｘ線回折により測定した。ここで、表層部下５０μ
ｍ以上の地点を測定したのは、図２の結果よりショット
付与後は圧縮残留応力の最大値が約５０μｍ以上となる
ことに基づく。なお、同図に示されるように、表層部下
１００μｍを超えると圧縮応力の値が減少し、少なくと
も最大値の範囲から逸脱してしまうので、好ましくは表
層部下５０〜１００μｍ以内で測定するのがよい。そし
て以上の試験片について、硬さの測定、シャルピー衝撃
試験を行った。試験の結果を下表に示す。
【００３６】
【表２】
【００３７】NO１〜８のｂ供試鋼は、付与する圧縮残留
応力が1000Ｎ/mm2以上、上記(1)式の値が20を超すもの
となっているが、それらの値を満たさないａ供試鋼と比
較して、いずれも高い衝撃値を示しており、ショットピ
ーニング処理により耐衝撃特性が改善されることがわか
る。特に、請求項３ないし６の成分組成を満足するNO４
〜８のｂ供試鋼は、他の鋼種と比較してもより高い耐衝
撃特性が得られることがわかる。
応力が1000Ｎ/mm2以上、上記(1)式の値が20を超すもの
となっているが、それらの値を満たさないａ供試鋼と比
較して、いずれも高い衝撃値を示しており、ショットピ
ーニング処理により耐衝撃特性が改善されることがわか
る。特に、請求項３ないし６の成分組成を満足するNO４
〜８のｂ供試鋼は、他の鋼種と比較してもより高い耐衝
撃特性が得られることがわかる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る高靱
性歯車用鋼によれば、従来の方法に較べて耐衝撃性が向
上し、さらには合金成分を最適化した鋼を用いることで
よりすぐれた耐衝撃性が得られることになり、このため
自動車や産業機械において耐衝撃性の要求される歯車用
鋼材に十分適用し得るものとなる。
性歯車用鋼によれば、従来の方法に較べて耐衝撃性が向
上し、さらには合金成分を最適化した鋼を用いることで
よりすぐれた耐衝撃性が得られることになり、このため
自動車や産業機械において耐衝撃性の要求される歯車用
鋼材に十分適用し得るものとなる。
【図１】ショットピーニングにより鋼材表面下に与える
硬さの分布をプロットしたグラフである。
硬さの分布をプロットしたグラフである。
【図２】ショットピーニングによる圧縮残留応力の変化
をプロットしたグラフである。
をプロットしたグラフである。
【図３】ショットピーニング処理後の圧縮残留応力と衝
撃値の変化量との関係を示したグラフである。
撃値の変化量との関係を示したグラフである。
【図４】ショットピーニング処理後の硬さの上昇と衝撃
値の変化量との関係を示したグラフである。
値の変化量との関係を示したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ２３Ｃ 8/22 Ｃ２３Ｃ 8/22 (56)参考文献 特開 平３−271318（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−97618（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−250927（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−2319（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−108347（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】 鋼材を浸炭焼入れ・焼戻し処理を施した
後、下式を満足させるようなショットピーニング処理を
施すことを特徴とする歯車用鋼材の耐衝撃性向上方法。 −0.06ΔＨＶ＋0.027σＲ＞20 ただしΔＨＶ：ショットピーニングによる表面硬さの上
昇量（ＨＶ） σＲ：表面下において付与される圧縮残留応力の最大値
（Ｎ／mm２） - 【請求項２】 鋼材を浸炭焼入れ・焼戻し処理を施した
後、その表層部下50μｍ以上において付与される圧縮残
留応力の最大値が1000Ｎ／mm２以上となるようなショッ
トピーニング処理を施すことを特徴とする請求項１に記
載の歯車用鋼材の耐衝撃性向上方法。 - 【請求項３】 Ｃ：0.05〜0.15wt％、Si：0.15wt％以
下、Mn：0.25〜1.50wt％、Ｐ：0.015wt％以下、 Ｓ：0.
025wt％以下、Cr：0.75〜2.50wt％、Mo：1.0wt％以下を
含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼材を用
いたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
歯車用鋼材の耐衝撃性向上方法。 - 【請求項４】 Ｃ：0.05〜0.15wt％、Si：0.15wt％以
下、Mn：0.25〜1.50wt％、Ｐ：0.015wt％以下、 Ｓ：0.
025wt％以下、Cr：0.75〜2.50wt％、Mo：1.0wt％以下、
さらにNi：1.5wt ％以下、Nb：0.05wt％以下の１種また
は２種を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる
鋼材を用いたことを特徴とする請求項１または請求項２
に記載の歯車用鋼材の耐衝撃性向上方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4331266A JP3055050B2 (ja) | 1992-11-18 | 1992-11-18 | 高靱性歯車用鋼材の耐衝撃性向上方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4331266A JP3055050B2 (ja) | 1992-11-18 | 1992-11-18 | 高靱性歯車用鋼材の耐衝撃性向上方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06158159A JPH06158159A (ja) | 1994-06-07 |
| JP3055050B2 true JP3055050B2 (ja) | 2000-06-19 |
Family
ID=18241771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4331266A Expired - Fee Related JP3055050B2 (ja) | 1992-11-18 | 1992-11-18 | 高靱性歯車用鋼材の耐衝撃性向上方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3055050B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103614528A (zh) * | 2013-12-12 | 2014-03-05 | 攀枝花钢城集团瑞矿工业有限公司 | 采用Φ110mm圆钢生产Φ150mm-180mm钢球的锻制方法 |
| CN107923878B (zh) | 2015-08-06 | 2021-08-17 | 新东工业株式会社 | 钢材产品的表面特性检查方法和表面特性检查装置 |
-
1992
- 1992-11-18 JP JP4331266A patent/JP3055050B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06158159A (ja) | 1994-06-07 |
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