JP4627776B2 - 高濃度浸炭・低歪焼入れ部材およびその製造方法 - Google Patents
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Description
a)炉内雰囲気条件の変更が容易で迅速にでき、浸炭雰囲気から炭素の拡散雰囲気への切換が容易である。
b)高温処理が可能で、迅速浸炭ができる。
c)部材の表層部における粒界酸化がないので、これらを起点とする処理部材の亀裂の発生が抑制される。
d)スーティングがなく、スーティングに伴う浸炭ムラの発生がない。
1.真空浸炭(低圧浸炭)方法により、機械構造用鋼部材をオーステナイト域の温度に加熱し、該部材の表層部に、共析炭素濃度以上の炭素を固溶させた後、該部材をオーステナイト域の温度から、A1変態点以下の温度に至るまでの部材の軸中央部における平均冷却速度で表した場合に、3〜15℃/秒の冷却速度で焼き入れを行い、上記部材の表層部に微細炭化物および/または該炭化物の核を生成させる一次処理と、引き続き行う二次処理で、該部材をオーステナイト域の温度まで昇温および均熱させた後、急速焼き入れを行い最表層部に、二次処理完了後における浸炭有効硬化深さ(T)と該部材の最表面層部に存在する微細炭化物の析出深さ(t)との比である有効硬化深さ比(t/T)で10〜30%の範囲に、0.5〜5μmの粒状の微細炭化物を析出させることに併行して、さらに部材の表層部に追加浸炭処理を行うことを特徴とする高濃度浸炭・低歪焼き入れ部材の製造方法。
本発明者らは、低圧浸炭設備を用いて部材の表層部に微細炭化物を析出させる高濃度浸炭プロセスの開発を目的に、上記表層部の炭素濃度や、各種加熱および冷却条件と表層部における微細炭化物の析出形態、ならびに基地のミクロ組織との関係を徹底的に調査した。また、ギアや車軸などの部材を想定した熱処理歪の改善などについて、多方面からの研究開発を行い、高濃度浸炭による部材の高性能化と部材の変形、歪などとの相反する特性を高次元でバランスさせ、これらが両立できる新たな高濃度浸炭・低歪焼入れ方法の確立を目指した。
次に微細炭化物の析出深さとは、光学顕微鏡または電子顕微鏡にて解析を行い、該部材の最表層部より微細炭化物が存在する最大深さをいう。ここで微細炭化物を判別し易くするため、該部材を5%の硝酸アルコールなどの腐食液を用い、エッチング状態で解析する。
下記表1に示す機械構造用鋼材(素材)を用い、予め900℃で素材の焼準処理後、機械加工にてφ30/φ25/φ20×L300mmの段付き丸棒試験片を作成した。該試験片の浸炭焼入れは、低圧下で加熱および浸炭ができ、かつ油焼き入れならびに加圧ガス冷却が可能な設備を用い、本発明の高濃度浸炭工程の一次処理を行った。
1)冷却速度は、試験片の浸炭・拡散終了後の焼入れ温度950℃から、400℃に至るまでの試験片の軸中央部における平均冷却速度を表す。
2)炭化物の形状および大きさは、走査型電子顕微鏡にて観察した。
3)ミクロ組織の略号
F:フェライト、P:パーライト、B:べイナイト、T:トルースタイト、M:マルテンサイト、γ:残留オーステナイト
4)軸振れ量は、試験片を両端支持の振れ測定器に取付け、ダイアルゲージにて測定した軸中央部の振れ量を表す。
図1〜3における(浸炭/拡散)nおよび(追加浸炭/拡散)nの「n」は、それぞれの工程における浸炭および拡散の繰り返し回数を意味し、その「n」数は部材毎に要求される品質に合わせて設定する。例えば、表2に示す実施例No.2のケースではn=8であり、また、表3に示す実施例No.2−2のケースではn=5とした。
試験片(φ30/φ25/φ20×L300mm)を用い、φ25mm部の表層部より0.05mm深さ迄の切粉を旋削加工で採取し、湿式分析法にて表層部の炭素濃度を求める。
2)転動疲労寿命は、下記条件でのピッチング発生までの繰り返し数を示す。
面圧:3GPa、回転数:1500rpm、すべり率:−40%、油温:80℃
3)衝撃強度はシャルピー試験片による破壊エネルギーを示す。
4)真円度はテストピース形状:φ100(φ80)×15tのリングを用い、形状測定器にてリング内径のX−Y方向の変形量を示す。
Claims (3)
- 真空浸炭(低圧浸炭)方法により、機械構造用鋼部材をオーステナイト域の温度に加熱し、該部材の表層部に、共析炭素濃度以上の炭素を固溶させた後、該部材をオーステナイト域の温度から、A1変態点以下の温度に至るまでの部材の軸中央部における平均冷却速度で表した場合に、3〜15℃/秒の冷却速度で焼き入れを行い、上記部材の表層部に微細炭化物および/または該炭化物の核を生成させる一次処理と、引き続き行う二次処理で、該部材をオーステナイト域の温度まで昇温および均熱させた後、急速焼き入れを行い最表層部に、二次処理完了後における浸炭有効硬化深さ(T)と該部材の最表面層部に存在する微細炭化物の析出深さ(t)との比である有効硬化深さ比(t/T)で10〜30%の範囲に、0.5〜5μmの粒状の微細炭化物を析出させることに併行して、さらに部材の表層部に追加浸炭処理を行うことを特徴とする高濃度浸炭・低歪焼き入れ部材の製造方法。
- 前記二次処理において、前記部材の表層部に微細炭化物を析出させ、該表層部に、トルースタイトおよび残留オーステナイトなどの混合組織を一部含むマルテンサイトを主体とする組織を形成させ、該層の最表層部(A部)とA部より内側の層部(B部)とB部より内側の層部(C部)のそれぞれのオーステナイト結晶粒度の微細さの序列をA≧C≧Bとする請求項1に記載の前記部材の製造方法。
- 表層部がトルースタイトおよび残留オーステナイトなどの混合組織を一部含むマルテンサイトを主体とする組織であり、該層のオーステナイト結晶粒度の微細さの序列が、最表層部(A部)とA部より内部の層(B部)とB部より内部の層(C部)において、A≧C≧Bとなっていることを特徴とする高濃度浸炭・低歪焼き入れ部材。
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