JP3208960B2 - 高面疲労強度機械構造用部品及びその製法 - Google Patents
高面疲労強度機械構造用部品及びその製法Info
- Publication number
- JP3208960B2 JP3208960B2 JP26232193A JP26232193A JP3208960B2 JP 3208960 B2 JP3208960 B2 JP 3208960B2 JP 26232193 A JP26232193 A JP 26232193A JP 26232193 A JP26232193 A JP 26232193A JP 3208960 B2 JP3208960 B2 JP 3208960B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- less
- steel
- fatigue strength
- component
- surface fatigue
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、機械構造用部品および
その製法に関し、特に面疲労強度に優れた高強度の機械
構造用部品および該部品を製造する方法に関するもので
ある。
その製法に関し、特に面疲労強度に優れた高強度の機械
構造用部品および該部品を製造する方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】機械構造用部品としては、歯車類、シャ
フト類、自動車部品等様々なものがあり、いずれも優れ
た疲労強度が要求される。殊に近年、自動車等の燃費低
減あるいは排ガス低減を目的とする車体軽量化の要請に
適合させる為、機械構造用部品には一層の高強度化が求
められている。しかも、それら機械構造用部品に対する
低コスト化の要望も強い。
フト類、自動車部品等様々なものがあり、いずれも優れ
た疲労強度が要求される。殊に近年、自動車等の燃費低
減あるいは排ガス低減を目的とする車体軽量化の要請に
適合させる為、機械構造用部品には一層の高強度化が求
められている。しかも、それら機械構造用部品に対する
低コスト化の要望も強い。
【０００３】機械構造用部品の疲労強度を高める為の一
つの手段として、公知の高周波焼入れは、表面硬化と圧
縮残留応力の増大が効果的に達成されると共に、加工費
が安く且つ処理時間が極めて短くて効率が良く、また環
境に優しいという利点も有しており、更には製品に生じ
る歪が少なくきれいな表面に仕上がるといった様々の利
点を有していることから、機械構造用部品の有用な強化
法として注目されている。
つの手段として、公知の高周波焼入れは、表面硬化と圧
縮残留応力の増大が効果的に達成されると共に、加工費
が安く且つ処理時間が極めて短くて効率が良く、また環
境に優しいという利点も有しており、更には製品に生じ
る歪が少なくきれいな表面に仕上がるといった様々の利
点を有していることから、機械構造用部品の有用な強化
法として注目されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来の高周波
焼入れでは、硬化層を深くしようとすると長時間加熱し
なければならず、それに伴って結晶粒の粗大化、表面圧
縮残留応力の低下、表面層の硬さの低下等の障害を招
き、また微細炭化物の析出も少なくなる。一方、結晶粒
の微細化や炭化物の析出に主眼をおいて焼入れ条件を緩
和すると、硬化層が浅くなって満足のいく表面硬化効果
が得られなくなる。
焼入れでは、硬化層を深くしようとすると長時間加熱し
なければならず、それに伴って結晶粒の粗大化、表面圧
縮残留応力の低下、表面層の硬さの低下等の障害を招
き、また微細炭化物の析出も少なくなる。一方、結晶粒
の微細化や炭化物の析出に主眼をおいて焼入れ条件を緩
和すると、硬化層が浅くなって満足のいく表面硬化効果
が得られなくなる。
【０００５】即ち、従来の高周波焼入れでは、深く焼入
れてもまた浅く焼入れても、実現可能な面疲労強度の上
昇には限度があり、面疲労強度の飛躍的向上には期し難
い。本発明は、この様な事情に着目してなされたもので
あって、その目的は、従来の高周波焼入れ装置を有効に
活用し、従来の高周波焼入材に比べて面疲労強度の格段
に改善された、高強度機械構造用部品を得ることのでき
る技術を確立しようとするものである。
れてもまた浅く焼入れても、実現可能な面疲労強度の上
昇には限度があり、面疲労強度の飛躍的向上には期し難
い。本発明は、この様な事情に着目してなされたもので
あって、その目的は、従来の高周波焼入れ装置を有効に
活用し、従来の高周波焼入材に比べて面疲労強度の格段
に改善された、高強度機械構造用部品を得ることのでき
る技術を確立しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成すること
のできた本発明に係る高面疲労強度機械構造用部品の構
成は、Ｃ：０．３５〜０．７５％、Ｓｉ：０．０５〜
１．０％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ａｌ：０．０１５
〜０．０５％、Ｓ：０．０３％以下、Ｐ：０．０１５％
以下、の要件を満たし、残部Ｆｅおよび不可避不純物か
らなる鋼を鍛造後所定形状に成形加工してから二段に高
周波焼入れし（但し、前記二段目の焼入れを一段目より
浅く焼入れし）てなり、表面から０．１ｍｍ深さにおけ
るγ粒度がＪＩＳ Ｇ０５５１の粒度Ｎｏ．１０以上で
且つ炭化物が微細に分散したものであるところに要旨を
有するものである。また本発明に係る製法の構成は、
Ｃ：０．３５〜０．７５％、Ｓｉ：０．０５〜１．０
％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ａｌ：０．０１５〜０．
０５％、Ｓ：０．０３％以下、Ｐ：０．０１５％以下の
要件を満たし、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼
を素材とし、該素材を鍛造後所定形状に成形加工した
後、周波数２００ＫＨｚ以下の高周波焼入れにより加熱
して０．５ｍｍ以上の硬化層深さを得、次いで再び、周
波数２００ＫＨｚ以下の高周波により最高到達温度がＡ
c3変態点（ここでＡc3変態点とは、高周波加熱における
急速加熱時の変態点を表わす）以上〜（Ａc3変態点＋１
５０Ｋ）以下で焼入れを行なうことによって一段目より
浅く焼入れし、表面から０．１ｍｍ深さにおけるγ粒度
をＪＩＳ Ｇ０５５１の粒度Ｎｏ．１０以上にすると共
に炭化物を微細に分散させるところに要旨が存在する。
のできた本発明に係る高面疲労強度機械構造用部品の構
成は、Ｃ：０．３５〜０．７５％、Ｓｉ：０．０５〜
１．０％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ａｌ：０．０１５
〜０．０５％、Ｓ：０．０３％以下、Ｐ：０．０１５％
以下、の要件を満たし、残部Ｆｅおよび不可避不純物か
らなる鋼を鍛造後所定形状に成形加工してから二段に高
周波焼入れし（但し、前記二段目の焼入れを一段目より
浅く焼入れし）てなり、表面から０．１ｍｍ深さにおけ
るγ粒度がＪＩＳ Ｇ０５５１の粒度Ｎｏ．１０以上で
且つ炭化物が微細に分散したものであるところに要旨を
有するものである。また本発明に係る製法の構成は、
Ｃ：０．３５〜０．７５％、Ｓｉ：０．０５〜１．０
％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ａｌ：０．０１５〜０．
０５％、Ｓ：０．０３％以下、Ｐ：０．０１５％以下の
要件を満たし、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼
を素材とし、該素材を鍛造後所定形状に成形加工した
後、周波数２００ＫＨｚ以下の高周波焼入れにより加熱
して０．５ｍｍ以上の硬化層深さを得、次いで再び、周
波数２００ＫＨｚ以下の高周波により最高到達温度がＡ
c3変態点（ここでＡc3変態点とは、高周波加熱における
急速加熱時の変態点を表わす）以上〜（Ａc3変態点＋１
５０Ｋ）以下で焼入れを行なうことによって一段目より
浅く焼入れし、表面から０．１ｍｍ深さにおけるγ粒度
をＪＩＳ Ｇ０５５１の粒度Ｎｏ．１０以上にすると共
に炭化物を微細に分散させるところに要旨が存在する。
【０００７】
【作用】本発明者らは、上記目的を達成するため鋼材の
化学成分や高周波焼入れ条件等を主体にして様々な角度
から検討を行った。その結果、所定の化学成分組成を有
する鋼を素材とし、この素材を鍛造、切削及び転造加工
によって所定の機械構造用部品に成形した後、通常の高
周波焼入れ（一段目の焼入）によって硬化層深さ０．５
ｍｍ以上となる様に処理し、その後、一段目より浅い再
度の高周波焼入れ（二段目の焼入）によって前記硬化層
の焼入れを行なって表面から０．１ｍｍ深さにおけるγ
粒度（以下、表面γ粒度と称する場合がある）を細粒化
すると共に微細炭化物を析出させるものであり、それに
より、従来の一発高周波焼入れでは得ることのできなか
った硬化層深さと微細結晶粒及び微細炭化物を析出せし
め、表層部を硬質化すると共に表面圧縮残留応力を高め
るものであり、それにより面疲労強度の著しく改善され
た機械構造用部品を得ることに成功したものである。ま
ず、本発明で使用する鋼材の化学成分を定めた理由につ
いて説明する。
化学成分や高周波焼入れ条件等を主体にして様々な角度
から検討を行った。その結果、所定の化学成分組成を有
する鋼を素材とし、この素材を鍛造、切削及び転造加工
によって所定の機械構造用部品に成形した後、通常の高
周波焼入れ（一段目の焼入）によって硬化層深さ０．５
ｍｍ以上となる様に処理し、その後、一段目より浅い再
度の高周波焼入れ（二段目の焼入）によって前記硬化層
の焼入れを行なって表面から０．１ｍｍ深さにおけるγ
粒度（以下、表面γ粒度と称する場合がある）を細粒化
すると共に微細炭化物を析出させるものであり、それに
より、従来の一発高周波焼入れでは得ることのできなか
った硬化層深さと微細結晶粒及び微細炭化物を析出せし
め、表層部を硬質化すると共に表面圧縮残留応力を高め
るものであり、それにより面疲労強度の著しく改善され
た機械構造用部品を得ることに成功したものである。ま
ず、本発明で使用する鋼材の化学成分を定めた理由につ
いて説明する。
【０００８】Ｃ：０．３５〜０．７５％ Ｃは高周波焼入れ後の部品の疲労強度を高めるのに不可
欠の元素であり、０．３５％未満では、耐摩耗性や耐フ
レッチング性を確保するのに十分な表面硬さが得られな
い。しかし、Ｃ量が過多になると切削加工性が劣化する
ばかりでなく、高周波焼入れ時に焼割れが生じ易くなる
ので、０．７５％以下に抑えなければならない。
欠の元素であり、０．３５％未満では、耐摩耗性や耐フ
レッチング性を確保するのに十分な表面硬さが得られな
い。しかし、Ｃ量が過多になると切削加工性が劣化する
ばかりでなく、高周波焼入れ時に焼割れが生じ易くなる
ので、０．７５％以下に抑えなければならない。
【０００９】Ｓｉ：０．０５〜１．０％ Ｓｉは、炭化物生成元素の少ない鋼においては、高温硬
さを高めるうえで重要な元素であり、一方炭化物元素の
多い鋼材では炭化物の析出を遅らせる。従って、その好
適含有量は炭化物生成元素の含有量によって変わってく
るが、標準的な含有率は０．０５〜１．０％の範囲であ
り、炭化物生成元素の少ない鋼材では０．５〜１．０％
程度、炭化物生成元素量の多い鋼材では０．０５〜０．
５％程度にするのが良い。
さを高めるうえで重要な元素であり、一方炭化物元素の
多い鋼材では炭化物の析出を遅らせる。従って、その好
適含有量は炭化物生成元素の含有量によって変わってく
るが、標準的な含有率は０．０５〜１．０％の範囲であ
り、炭化物生成元素の少ない鋼材では０．５〜１．０％
程度、炭化物生成元素量の多い鋼材では０．０５〜０．
５％程度にするのが良い。
【００１０】Ｍｎ：０．３〜２．０％ Ｍｎは、高周波焼入れの安定性を確保するのに必須の元
素であり、０．３％以上含有させなければならない。し
かし、Ｍｎ量が多くなり過ぎると焼入れ部以外の部分ま
で硬質化して部品全体としての靭性を悪化させるので、
２．０％以下に抑えなければならない。
素であり、０．３％以上含有させなければならない。し
かし、Ｍｎ量が多くなり過ぎると焼入れ部以外の部分ま
で硬質化して部品全体としての靭性を悪化させるので、
２．０％以下に抑えなければならない。
【００１１】Ａｌ：０．０１５〜０．０５％ Ａｌは脱酸と結晶粒微細化に有効な元素であり、０．０
１５％未満ではこれらの効果が有効に発揮されない。し
かし０．０５％を超えて含有させてもそれ以上の結晶粒
微細化効果は発揮されず、むしろ酸素との結合により生
成する不純介在物量の増大によって靭性を悪化させるの
で０．０５％以下に抑えなければならない。
１５％未満ではこれらの効果が有効に発揮されない。し
かし０．０５％を超えて含有させてもそれ以上の結晶粒
微細化効果は発揮されず、むしろ酸素との結合により生
成する不純介在物量の増大によって靭性を悪化させるの
で０．０５％以下に抑えなければならない。
【００１２】Ｓ：０．０３％以下 Ｓは鋼材の強度、殊に加工方向に対して横目の強度を著
しく低下させるので、０．０３％以下に抑える必要があ
る。 Ｐ：０．０１５％以下 Ｐは粒界偏析を起こして粒界強度を低下させ、脆化の原
因となるので０．０１５％以下に抑えなければならな
い。
しく低下させるので、０．０３％以下に抑える必要があ
る。 Ｐ：０．０１５％以下 Ｐは粒界偏析を起こして粒界強度を低下させ、脆化の原
因となるので０．０１５％以下に抑えなければならな
い。
【００１３】本発明で用いる鋼材は、上記化学成分の要
件を満たし、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなるもの
であるが、上記元素に加えてＮｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｃａ，Ｐｂ，Ｔｅ，Ｂ，Ｎ，Ｏ等を適
量含有させ或は上限を規制することによって更に改質す
ることができる。
件を満たし、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなるもの
であるが、上記元素に加えてＮｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｃａ，Ｐｂ，Ｔｅ，Ｂ，Ｎ，Ｏ等を適
量含有させ或は上限を規制することによって更に改質す
ることができる。
【００１４】Ｎｉ：２％以下，Ｃｕ：０．０３〜０．３
％，Ｃｒ：２％以下，Ｍｏ：２％以下よりなる群から選
択される１種以上 Ｎｉは、焼入性を向上させると共に、切欠靭性を高める
作用があるが、多過ぎると焼割れを生じる原因になるの
で２％を上限とする。Ｃｕは、焼入性を向上させ、耐腐
食性も向上させる効果があるが、０．０３％未満ではそ
の効果が得られず、また、過度に添加すると疲労強度に
悪影響が表われてくるので上限は０．３％とする。Ｃｒ
も炭化物生成元素であって焼入性を向上させる作用があ
り、しかも微細炭化物を生成させて疲労強度を高める作
用も有している。しかし、それらの効果は２％で飽和
し、過多になると素材硬さを低下させるので、２％を上
限とした。ＭｏはＣｒ等と同様に炭化物を形成して焼入
性を高める作用を有しているが、多過ぎると加工性が悪
くなるばかりでなく、焼入性も向上し過ぎるので２％以
下に抑えなければならない。
％，Ｃｒ：２％以下，Ｍｏ：２％以下よりなる群から選
択される１種以上 Ｎｉは、焼入性を向上させると共に、切欠靭性を高める
作用があるが、多過ぎると焼割れを生じる原因になるの
で２％を上限とする。Ｃｕは、焼入性を向上させ、耐腐
食性も向上させる効果があるが、０．０３％未満ではそ
の効果が得られず、また、過度に添加すると疲労強度に
悪影響が表われてくるので上限は０．３％とする。Ｃｒ
も炭化物生成元素であって焼入性を向上させる作用があ
り、しかも微細炭化物を生成させて疲労強度を高める作
用も有している。しかし、それらの効果は２％で飽和
し、過多になると素材硬さを低下させるので、２％を上
限とした。ＭｏはＣｒ等と同様に炭化物を形成して焼入
性を高める作用を有しているが、多過ぎると加工性が悪
くなるばかりでなく、焼入性も向上し過ぎるので２％以
下に抑えなければならない。
【００１５】Ｖ：１％以下，Ｔｉ：０．１％以下および
Ｎｂ：０．１％以下よりなる群から選ばれる１種以上 Ｖは、炭化物を形成すると共にその安定性を高める作用
を有しているが、多過ぎると素地硬さの低下を招くので
１％を上限とする。ＴｉはＮやＯと親和性が強く、結晶
粒の微細化に有効であるが、Ｖと同様に素地硬さの低下
を招くので０．１％を上限とする。ＮｂもＴｉ同様結晶
粒の微細化に有効であるが、過度に添加してもそれ以上
の効果は得られないので、０．１％を上限とする。
Ｎｂ：０．１％以下よりなる群から選ばれる１種以上 Ｖは、炭化物を形成すると共にその安定性を高める作用
を有しているが、多過ぎると素地硬さの低下を招くので
１％を上限とする。ＴｉはＮやＯと親和性が強く、結晶
粒の微細化に有効であるが、Ｖと同様に素地硬さの低下
を招くので０．１％を上限とする。ＮｂもＴｉ同様結晶
粒の微細化に有効であるが、過度に添加してもそれ以上
の効果は得られないので、０．１％を上限とする。
【００１６】Ｃａ：０．０１％以下，Ｐｂ：０．３％以
下およびＴｅ：０．１％以下よりなる群から選ばれた１
種以上 Ｃａは、被削性を高める効果があるが、多過ぎると疲労
強度に悪影響を及ぼすので、０．０１％以下とした。Ｐ
ｂもＣａ同様に被削性の向上に寄与するが、多過ぎると
疲労強度を悪化させるので、０．０３％以下とした。Ｔ
ｅもＣａやＰｂ同様に被削性を向上させるが、多過ぎる
とやはり疲労強度を低下させるので、０．１％を上限と
する。
下およびＴｅ：０．１％以下よりなる群から選ばれた１
種以上 Ｃａは、被削性を高める効果があるが、多過ぎると疲労
強度に悪影響を及ぼすので、０．０１％以下とした。Ｐ
ｂもＣａ同様に被削性の向上に寄与するが、多過ぎると
疲労強度を悪化させるので、０．０３％以下とした。Ｔ
ｅもＣａやＰｂ同様に被削性を向上させるが、多過ぎる
とやはり疲労強度を低下させるので、０．１％を上限と
する。
【００１７】Ｂ：０．０１％以下，Ｎ：０．０３％以下
およびＯ：０．００３％以下 Ｂは、少量の添加で焼入性を高めると共に粒界強度を上
昇させる効果を有しているが、その効果は０．０１％程
度で飽和する。Ｎは、Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉと結合して析出硬
化を促進させるが、多過ぎると脆化の原因となるので、
０．０３％を上限とする。Ｏは、酸化物系介在物を形成
して靭性を悪化させる原因になるので、０．００３％以
下に抑えるべきである。
およびＯ：０．００３％以下 Ｂは、少量の添加で焼入性を高めると共に粒界強度を上
昇させる効果を有しているが、その効果は０．０１％程
度で飽和する。Ｎは、Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉと結合して析出硬
化を促進させるが、多過ぎると脆化の原因となるので、
０．０３％を上限とする。Ｏは、酸化物系介在物を形成
して靭性を悪化させる原因になるので、０．００３％以
下に抑えるべきである。
【００１８】本発明は、上記化学成分の要件を満たす鋼
を素材とし、この素材を所定の機械構造用部品形状にし
た後、まず周波数２００ＫＨｚ以下の高周波焼入れを行
なって深さ０．５ｍｍ以上の硬化層を形成する。硬化層
深さは、温度や加熱時間をコントロールすることによっ
てコントロールすればよい。このとき、硬化層深さが
０．５ｍｍ未満では、転動疲労試験時の最大負荷応力が
かかるのが０．５ｍｍ未満であるため、強度の弱い素地
部分との剥離を生じる恐れがでてくるので、少なくとも
０．５ｍｍの硬化層深さを得ることが必須となる。また
該高周波焼入れ時の周波数２００ＫＨｚ以下と定めたの
は、加熱速度の調整を容易にすると共に、低い加熱温度
で深い硬化層を得るためであり、周波数が２００ＫＨｚ
を超えると、加熱速度の調整が困難になるばかりでな
く、低い加熱温度域で十分な深さの硬化層が形成され難
くなる。
を素材とし、この素材を所定の機械構造用部品形状にし
た後、まず周波数２００ＫＨｚ以下の高周波焼入れを行
なって深さ０．５ｍｍ以上の硬化層を形成する。硬化層
深さは、温度や加熱時間をコントロールすることによっ
てコントロールすればよい。このとき、硬化層深さが
０．５ｍｍ未満では、転動疲労試験時の最大負荷応力が
かかるのが０．５ｍｍ未満であるため、強度の弱い素地
部分との剥離を生じる恐れがでてくるので、少なくとも
０．５ｍｍの硬化層深さを得ることが必須となる。また
該高周波焼入れ時の周波数２００ＫＨｚ以下と定めたの
は、加熱速度の調整を容易にすると共に、低い加熱温度
で深い硬化層を得るためであり、周波数が２００ＫＨｚ
を超えると、加熱速度の調整が困難になるばかりでな
く、低い加熱温度域で十分な深さの硬化層が形成され難
くなる。
【００１９】尚、該高周波焼入れ時における好ましい硬
化層深さの上限は、機械構造用部品の寸法・サイズ等に
よって変わってくるので一律に規定することはできない
が、あまり深くなり過ぎると内部まで硬質化し過ぎて部
品全体としての靭性を低下させる傾向が表われてくるの
で、好ましくは高周波焼入部の板厚の１／２以下あるい
は軸材では半径の１／２以下程度以下に抑えるのが良
い。
化層深さの上限は、機械構造用部品の寸法・サイズ等に
よって変わってくるので一律に規定することはできない
が、あまり深くなり過ぎると内部まで硬質化し過ぎて部
品全体としての靭性を低下させる傾向が表われてくるの
で、好ましくは高周波焼入部の板厚の１／２以下あるい
は軸材では半径の１／２以下程度以下に抑えるのが良
い。
【００２０】本発明は、上記高周波焼入れを行なった
後、再び２００ＫＨｚ以下の高周波により最高到達温度
をＡc3変態点以上（Ａc3変態点＋１５０Ｋ）以下として
上記一段目よりも浅く焼入れを行なうことにより、一段
目よりも浅く焼入れすることによって表面γ粒度をＪＩ
Ｓ Ｇ ０５５１の１０以上とし、炭化物が微細に分散
した焼入れ組織を得る。このときの焼入れ温度がＡc3変
態点未満では、焼入れ効果が得られず、また（Ａc3変態
点＋１５０Ｋ）を超える高温になると、結晶粒が粗大化
すると共に、硬化層が一段目よりも深くなり、面疲労強
度がかえって低下傾向を示す様になる。しかし２段目の
高周波焼入れを上記好適温度範囲で行なうと、焼入れ部
の結晶粒を上記粒度Ｎｏ．１０以上の微細なものにでき
ると共に炭化物が微細に分散した組織を得ることがで
き、面疲労強度を大幅に高めることができる。尚、該２
段目の高周波焼入れ硬化層深さの下限値は特に限定され
ないが、２段焼入れによる面疲労強度改善効果をより効
果的に発揮させるには、該２段目高周波焼入れ硬化層深
さを０．３ｍｍ程度以上にするのがよい。
後、再び２００ＫＨｚ以下の高周波により最高到達温度
をＡc3変態点以上（Ａc3変態点＋１５０Ｋ）以下として
上記一段目よりも浅く焼入れを行なうことにより、一段
目よりも浅く焼入れすることによって表面γ粒度をＪＩ
Ｓ Ｇ ０５５１の１０以上とし、炭化物が微細に分散
した焼入れ組織を得る。このときの焼入れ温度がＡc3変
態点未満では、焼入れ効果が得られず、また（Ａc3変態
点＋１５０Ｋ）を超える高温になると、結晶粒が粗大化
すると共に、硬化層が一段目よりも深くなり、面疲労強
度がかえって低下傾向を示す様になる。しかし２段目の
高周波焼入れを上記好適温度範囲で行なうと、焼入れ部
の結晶粒を上記粒度Ｎｏ．１０以上の微細なものにでき
ると共に炭化物が微細に分散した組織を得ることがで
き、面疲労強度を大幅に高めることができる。尚、該２
段目の高周波焼入れ硬化層深さの下限値は特に限定され
ないが、２段焼入れによる面疲労強度改善効果をより効
果的に発揮させるには、該２段目高周波焼入れ硬化層深
さを０．３ｍｍ程度以上にするのがよい。
【００２１】
【実施例】次に本発明の実施例を示すが、本発明はもと
より下記実施例によって制限を受けるものではなく、前
・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実
施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明
の技術的範囲に含まれる。
より下記実施例によって制限を受けるものではなく、前
・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実
施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明
の技術的範囲に含まれる。
【００２２】実験例１ 表１，２に示す化学成分の鋼を通常の溶製法に従って溶
解・鋳造後、鍛造し、焼ならし後、切削によって直径１
２ｍｍ、長さ２２ｍｍの転動疲労試験片を作製した。得
られた各試験片について下記の高周波焼入れを施した
後、焼入れ硬化層深さを測定すると共に、表層部の硬さ
およびγ結晶粒度を測定し、更に下記の条件で転動疲労
試験を行なった。結果を表３に示す。
解・鋳造後、鍛造し、焼ならし後、切削によって直径１
２ｍｍ、長さ２２ｍｍの転動疲労試験片を作製した。得
られた各試験片について下記の高周波焼入れを施した
後、焼入れ硬化層深さを測定すると共に、表層部の硬さ
およびγ結晶粒度を測定し、更に下記の条件で転動疲労
試験を行なった。結果を表３に示す。
【００２３】（高周波焼入れ条件） 比較法：出力１５０ＫＷ、周波数１００ＫＨｚ、電圧
６．０ＫＶ、一次電流２．５Ａ、二次電流２．５Ａ、ワ
ークコイル移動速度７．１ｍｍ／ｓｅｃの条件で加熱し
た後水冷する。次いで１２０℃×９０ｍｉｎで焼戻しし
てから表面研削する。 本発明法：上記比較法と同様にして第１段目の高周波焼
入れ・焼戻しおよび表面研削を行なった後、電圧１５０
ＫＶ、周波数１００ＫＨｚで２段目の高周波焼入れを行
なう。 （転動疲労試験）ピッチング疲労試験機を使用し、潤滑
油としてタービン油＃１４０を用い、接触応力５８８０
Ｎ／ｍｍ2 、回転数４６８００ｒｐｍの条件で測定し
た。
６．０ＫＶ、一次電流２．５Ａ、二次電流２．５Ａ、ワ
ークコイル移動速度７．１ｍｍ／ｓｅｃの条件で加熱し
た後水冷する。次いで１２０℃×９０ｍｉｎで焼戻しし
てから表面研削する。 本発明法：上記比較法と同様にして第１段目の高周波焼
入れ・焼戻しおよび表面研削を行なった後、電圧１５０
ＫＶ、周波数１００ＫＨｚで２段目の高周波焼入れを行
なう。 （転動疲労試験）ピッチング疲労試験機を使用し、潤滑
油としてタービン油＃１４０を用い、接触応力５８８０
Ｎ／ｍｍ2 、回転数４６８００ｒｐｍの条件で測定し
た。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
【表３】
【００２７】表１〜３からも明らかである様に、本発明
の規定要件を満たす実施例１〜１２は対応する比較例１
〜１２に比べて表面硬さはあまり変わらないが、いずれ
も結晶粒が微細であり、優れた転動疲労寿命を有してい
ることが分かる。
の規定要件を満たす実施例１〜１２は対応する比較例１
〜１２に比べて表面硬さはあまり変わらないが、いずれ
も結晶粒が微細であり、優れた転動疲労寿命を有してい
ることが分かる。
【００２８】尚図１〜４はいずれも表面から０．０５ｍ
ｍの深さ位置における金属組織を示す図面代用顕微鏡写
真（倍率：３０００倍）であり、図１は実施例４、図２
は比較例４、図３は実施例５、図４は比較例５の焼入れ
材である。これらの写真からも明らかである様に、本発
明によって得られる２段高周波焼入れ材は硬化層の結晶
粒が非常に小さく、且つ炭化物も非常に微細であること
が分かる。
ｍの深さ位置における金属組織を示す図面代用顕微鏡写
真（倍率：３０００倍）であり、図１は実施例４、図２
は比較例４、図３は実施例５、図４は比較例５の焼入れ
材である。これらの写真からも明らかである様に、本発
明によって得られる２段高周波焼入れ材は硬化層の結晶
粒が非常に小さく、且つ炭化物も非常に微細であること
が分かる。
【００２９】実験例２ 表４に示す化学成分の鋼を通常の溶製法に従って溶解・
鋳造後、鍛造し、焼ならし後、実施例１と同様にして試
験片を作製し、高周波焼入れを施した後、転動疲労試験
を行なった。結果を表４に示す。
鋳造後、鍛造し、焼ならし後、実施例１と同様にして試
験片を作製し、高周波焼入れを施した後、転動疲労試験
を行なった。結果を表４に示す。
【００３０】
【表４】
【００３１】
【表５】
【００３２】表４，５からも明らかである様に、本発明
の規定要件を満たす実施例１３，１４は、対応する比較
例１３，１４に比べて、実施例１３では、表面硬さはあ
まり変わらないが、高い転動疲労寿命を有している。こ
れは、比較例１３は、Ｍｎ量が不足するため焼入性が低
下し、同様の硬さと硬化層を得るための一段目高周波焼
入に長時間を要するため、二段高周波焼入れを行って
も、焼入部の結晶粒を上記粒度No. １０以上にすること
ができず、転動疲労寿命を十分に高めることができな
い。また比較例１４では、Ｃ量が不足するため焼きが入
り難くなって十分な硬度が得られず、転動疲労寿命がか
なり低くなる。
の規定要件を満たす実施例１３，１４は、対応する比較
例１３，１４に比べて、実施例１３では、表面硬さはあ
まり変わらないが、高い転動疲労寿命を有している。こ
れは、比較例１３は、Ｍｎ量が不足するため焼入性が低
下し、同様の硬さと硬化層を得るための一段目高周波焼
入に長時間を要するため、二段高周波焼入れを行って
も、焼入部の結晶粒を上記粒度No. １０以上にすること
ができず、転動疲労寿命を十分に高めることができな
い。また比較例１４では、Ｃ量が不足するため焼きが入
り難くなって十分な硬度が得られず、転動疲労寿命がか
なり低くなる。
【００３３】実験例３ 表１に示した実施例１の鋼種Ａを使用し、一段目の高周
波焼入れを実施例１と同様の条件で電流電圧を変化させ
ることにより硬化層深さを変えたもの（実施例１５）
と、二段目の高周波焼入れも同様に電流電圧を変化させ
ることによって硬化層深さを変化させたもの（比較例１
５）、二段目高周波焼入れ温度をＡｃ3 ＋１５０Ｋ以上
に加熱したもの（比較例１６）、及び二段目高周波焼入
れを周波数１ｋＨｚで行ったもの（参考例１）につい
て、同様に転動疲労試験を行った。結果を表５に示す。
波焼入れを実施例１と同様の条件で電流電圧を変化させ
ることにより硬化層深さを変えたもの（実施例１５）
と、二段目の高周波焼入れも同様に電流電圧を変化させ
ることによって硬化層深さを変化させたもの（比較例１
５）、二段目高周波焼入れ温度をＡｃ3 ＋１５０Ｋ以上
に加熱したもの（比較例１６）、及び二段目高周波焼入
れを周波数１ｋＨｚで行ったもの（参考例１）につい
て、同様に転動疲労試験を行った。結果を表５に示す。
【００３４】
【表６】
【００３５】表５からも明らかである様に、本発明の規
定要件を満たす実施例１５は、対応する比較例１５〜１
７に比べて結晶粒が微細になり、高い転動疲労寿命が得
られている。これは、比較例１５及び１６では、結晶粒
が微細にならず転動疲労寿命が十分に改善されず、ま
た、参考例１では、周波数が高いため、加熱温度をＡｃ
3 ＋１５０Ｋ以下に抑えると十分な二段目の硬化層深さ
が得られず、転動疲労寿命が低くなっている。
定要件を満たす実施例１５は、対応する比較例１５〜１
７に比べて結晶粒が微細になり、高い転動疲労寿命が得
られている。これは、比較例１５及び１６では、結晶粒
が微細にならず転動疲労寿命が十分に改善されず、ま
た、参考例１では、周波数が高いため、加熱温度をＡｃ
3 ＋１５０Ｋ以下に抑えると十分な二段目の硬化層深さ
が得られず、転動疲労寿命が低くなっている。
【００３６】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、用
いる鋼材の化学成分を特定すると共に、高周波焼入れを
２段に分けて行なうと共に夫々の条件をうまく制御する
ことによって、面疲労特性の非常に優秀な機械構造用鋼
部品を提供し得ることになった。
いる鋼材の化学成分を特定すると共に、高周波焼入れを
２段に分けて行なうと共に夫々の条件をうまく制御する
ことによって、面疲労特性の非常に優秀な機械構造用鋼
部品を提供し得ることになった。
【図１】実施例４で得た焼入れ材の表層部金属組織を示
す図面代用顕微鏡写真である。
す図面代用顕微鏡写真である。
【図２】比較例４で得た焼入れ材の表層部金属組織を示
す図面代用顕微鏡写真である。
す図面代用顕微鏡写真である。
【図３】実施例５で得た焼入れ材の表層部金属組織を示
す図面代用顕微鏡写真である。
す図面代用顕微鏡写真である。
【図４】比較例５で得た焼入れ材の表層部金属組織を示
す図面代用顕微鏡写真である。
す図面代用顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−65592（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−216952（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−234549（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 301 C21D 6/00 C22C 38/06
Claims (10)
- 【請求項１】 Ｃ ：０．３５〜０．７５％（重量％：以下同じ）、 Ｓｉ：０．０５〜１．０％、 Ｍｎ：０．３〜２．０％、 Ａｌ：０．０１５〜０．０５％、 Ｓ ：０．０３％以下、 Ｐ ：０．０１５％以下 の要件を満たし、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる
鋼を鍛造後所定形状に成形加工してから二段に高周波焼
入れし（但し、前記二段目の焼入れを一段目より浅く焼
入れし）てなり、表面から０．１ｍｍ深さにおけるγ粒
度がＪＩＳ Ｇ０５５１の粒度Ｎｏ．１０以上で且つ炭
化物が微細に分散したものであることを特徴とする高面
疲労強度機械構造用部品。 - 【請求項２】 他の元素として、Ｎｉ：２％以下、Ｃ
ｕ：０．０３〜０．３％以下、Ｃｒ：２％以下およびＭ
ｏ：２％以下よりなる群から選ばれる１種または２種以
上を含む鋼からなるものである請求項１記載の高面疲労
強度機械構造用部品。 - 【請求項３】 更に他の元素として、Ｖ：１％以下、Ｔ
ｉ：０．１％以下およびＮｂ：０．１％以下よりなる群
から選ばれる１種または２種以上を含む鋼からなるもの
である請求項１または２記載の高面疲労強度機械構造用
部品。 - 【請求項４】 更に他の元素として、Ｃａ：０．０１％
以下、Ｐｂ：０．３％以下およびＴｅ：０．１％以下よ
りなる群から選ばれる１種または２種以上を含む鋼から
なるものである請求項１〜３記載の高面疲労強度機械構
造用部品。 - 【請求項５】 Ｂを０．０１％以下、Ｎを０．０３％以
下およびＯを０．００３％以下に夫々制限された鋼から
なるものである請求項１〜４のいずれかに記載の高面疲
労強度機械構造用部品。 - 【請求項６】 Ｃ ：０．３５〜０．７５％、 Ｓｉ：０．０５〜１．０％、 Ｍｎ：０．３〜２．０％、 Ａｌ：０．０１５〜０．０５％、 Ｓ ：０．０３％以下、 Ｐ ：０．０１５％以下の要件を満たし、 残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼を素材とし、該
素材を鍛造後所定形状に成形加工した後、周波数２００
ＫＨｚ以下の高周波焼入れにより加熱して０．５ｍｍ以
上の硬化層深さを得、次いで再び、周波数２００ＫＨｚ
以下の高周波により最高到達温度がＡc3変態点（ここで
Ａc3変態点とは、高周波加熱における急速加熱時の変態
点を表わす）以上〜（Ａc3変態点＋１５０Ｋ）以下で焼
入れを行なうことによって一段目より浅く焼入れし、表
面から０．１ｍｍ深さにおけるγ粒度をＪＩＳ Ｇ０５
５１の粒度Ｎｏ．１０以上にすると共に、炭化物を微細
に分散させることを特徴とする高面疲労強度機械構造用
部品の製法。 - 【請求項７】 他の元素として、Ｎｉ：２％以下、Ｃ
ｕ：０．０３〜０．３％以下、Ｃｒ：２％以下およびＭ
ｏ：２％以下よりなる群から選ばれる１種または２種以
上を含む鋼を素材として使用する請求項６記載の製法。 - 【請求項８】 更に他の元素として、Ｖ：１％以下、Ｔ
ｉ：０．１％以下およびＮｂ：０．１％以下よりなる群
から選ばれる１種または２種以上を含む鋼を素材として
使用する請求項６または７記載の製法。 - 【請求項９】 更に他の元素として、Ｃａ：０．０１％
以下、Ｐｂ：０．３％以下およびＴｅ：０．１％以下よ
りなる群から選ばれる１種または２種以上を含む鋼を素
材として使用する請求項６〜８のいずれかに記載の製
法。 - 【請求項１０】 Ｂを０．０１％以下、Ｎを０．０３％
以下およびＯを０．００３％以下に夫々制限された鋼を
素材として使用する請求項６〜９のいずれかに記載の製
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26232193A JP3208960B2 (ja) | 1993-10-20 | 1993-10-20 | 高面疲労強度機械構造用部品及びその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26232193A JP3208960B2 (ja) | 1993-10-20 | 1993-10-20 | 高面疲労強度機械構造用部品及びその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07118791A JPH07118791A (ja) | 1995-05-09 |
| JP3208960B2 true JP3208960B2 (ja) | 2001-09-17 |
Family
ID=17374151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26232193A Expired - Fee Related JP3208960B2 (ja) | 1993-10-20 | 1993-10-20 | 高面疲労強度機械構造用部品及びその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3208960B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9039962B2 (en) | 2010-03-30 | 2015-05-26 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Steel for induction hardening, roughly shaped material for induction hardening, producing method thereof, and induction hardening steel part |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4192579B2 (ja) * | 2002-11-29 | 2008-12-10 | 住友金属工業株式会社 | プラスチック成形金型用鋼 |
| US7678207B2 (en) * | 2003-01-17 | 2010-03-16 | Jfe Steel Corporation | Steel product for induction hardening, induction-hardened member using the same, and methods producing them |
| JP4608979B2 (ja) * | 2003-09-29 | 2011-01-12 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 疲労特性に優れた鋼材および高周波焼入れ用鋼素材 |
| KR100726251B1 (ko) * | 2003-09-29 | 2007-06-08 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | 고주파 담금질용 강재, 그것을 이용한 고주파 담금질부재 및 그 제조방법 |
| JP4576913B2 (ja) * | 2003-09-29 | 2010-11-10 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 疲労特性および被削性に優れた機械構造用鋼材の製造方法 |
| CN100529137C (zh) * | 2004-07-16 | 2009-08-19 | 杰富意钢铁株式会社 | 机械结构用部件，其制造方法和高频淬火材料 |
| JP4708158B2 (ja) * | 2005-10-26 | 2011-06-22 | 高周波熱錬株式会社 | 表面焼入れされた鋼および鋼の表面焼入方法 |
| JP4828321B2 (ja) * | 2006-06-16 | 2011-11-30 | 新日本製鐵株式会社 | 低サイクル疲労特性に優れた高周波焼入れ鋼材及び高周波焼入れ部品 |
| WO2009063753A1 (ja) | 2007-11-12 | 2009-05-22 | Topy Kogyo Kabushiki Kaisha | 円柱状部品の熱処理方法 |
| JP5292896B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2013-09-18 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 転動疲労特性に優れた機械構造用部品およびその製造方法 |
| JP5130150B2 (ja) * | 2008-08-25 | 2013-01-30 | Ｎｔｎ株式会社 | 高周波焼入れ方法および軸受部品 |
| US20140216613A1 (en) * | 2013-02-07 | 2014-08-07 | Weidong Xue | Method for heat treatment of columnar work |
| JP6461478B2 (ja) * | 2014-03-14 | 2019-01-30 | 新日鐵住金株式会社 | 高周波焼入れ歯車及び歯車の高周波焼入れ方法 |
-
1993
- 1993-10-20 JP JP26232193A patent/JP3208960B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9039962B2 (en) | 2010-03-30 | 2015-05-26 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Steel for induction hardening, roughly shaped material for induction hardening, producing method thereof, and induction hardening steel part |
| US9890446B2 (en) | 2010-03-30 | 2018-02-13 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Steel for induction hardening roughly shaped material for induction hardening |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07118791A (ja) | 1995-05-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5231101B2 (ja) | 疲労限度比と被削性に優れた機械構造用鋼 | |
| JP3208960B2 (ja) | 高面疲労強度機械構造用部品及びその製法 | |
| JPH0853714A (ja) | ねじり疲労強度に優れた機械構造用軸物部品 | |
| JP2010229508A (ja) | 最大結晶粒の縮小化特性に優れた肌焼鋼 | |
| JP6073167B2 (ja) | 面疲労強度と冷間鍛造性に優れた肌焼用鋼材 | |
| JP5886119B2 (ja) | 肌焼鋼鋼材 | |
| JP4773118B2 (ja) | 曲げ疲労強度に優れるクランクシャフト | |
| CN113322415A (zh) | 一种航空轴承用马氏体不锈钢及其制备方法 | |
| JP2011111668A (ja) | 転動疲労寿命の安定性に優れた鋼材 | |
| JP3738004B2 (ja) | 冷間加工性と浸炭時の粗大粒防止特性に優れた肌焼用鋼材とその製造方法 | |
| JP5503170B2 (ja) | 最大結晶粒の縮小化特性に優れた肌焼鋼 | |
| JP2006037177A (ja) | 時効硬化鋼 | |
| JP4266341B2 (ja) | 冷間鍛造性及び肌焼処理時の耐粗粒化特性に優れた球状化焼鈍省略肌焼用鋼及びその製造方法 | |
| KR20050061476A (ko) | 고주파 담금질용 강재, 그것을 이용한 고주파 담금질 부재, 및 그들의 제조방법 | |
| EP1669468B1 (en) | Steel product for induction hardening, induction-hardened member using the same, and methods for producing them | |
| KR100706005B1 (ko) | 피로 강도가 우수한 고강도 강재 및 그 제조방법 | |
| JP2008240129A (ja) | 非調質鋼材 | |
| JP6109730B2 (ja) | 浸炭後の曲げ疲労特性に優れた鋼材およびその製造方法並びに浸炭部品 | |
| JPH07188895A (ja) | 機械構造用部品の製造方法 | |
| JP3533034B2 (ja) | 冷間鍛造−高周波焼入れ用鋼 | |
| JP2004124190A (ja) | ねじり特性に優れる高周波焼もどし鋼 | |
| JPH05239602A (ja) | 高面圧部品 | |
| JP4302480B2 (ja) | 冷間加工性に優れた高硬度鋼 | |
| JP7111029B2 (ja) | 鋼部品の製造方法 | |
| JP2004263200A (ja) | 疲労強度に優れた高強度鋼材およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010612 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070713 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080713 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090713 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100713 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100713 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110713 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110713 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120713 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130713 Year of fee payment: 12 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |