JP4728883B2 - 低サイクル疲労特性に優れた浸炭焼入れ鋼材及び浸炭焼入れ部品 - Google Patents
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特許文献1に記載の技術は、塑性変形抵抗及び粒界強度の和を一定値以上にすることにより、低サイクル疲労特性を改善するものである。塑性変形抵抗は、鋼材の化学的成分を変数とした式によって算出されるものであり、実質的には芯部硬さが高いほど高くなる。また粒界強度が高い場合は靭性が高くなる。なお、切削性を維持するために、塑性変形抵抗及び粒界強度の和には上限が設けられている。
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、低サイクル疲労特性を安定して良くすることができる、低サイクル疲労特性に優れた浸炭焼入れ鋼材及び浸炭焼入れ部品を提供することにある。
(a)質量%で、
C:0.1〜0.4%、
Si:0.02〜1.3%、
Mn:0.3〜1.8%、
S:0.001〜0.15%、
Al:0.001〜0.05%、
N:0.003〜0.020%、
P:0.025%以下、
O:0.0025%以下
Cr:0.98〜1.8%以下、
を含有し、さらに、
Mo:1.5%以下、
Ni:3.5%以下、
B:0.006%以下、
V:0.5%以下、
Nb:0.04%以下、
Ti:0.2%以下、
の1種又は2種以上を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、表層に浸炭処理を施した鋼材であって、
(ア)鋼材の焼入性としてジョミニ試験における焼入れ端より13mmの位置での硬さが、60×C 0.5 −5(HRC)以上であり、
(イ)浸炭層の炭素濃度Csが質量%で0.5〜0.8%であり、
(ウ)浸炭層の旧オーステナイト結晶粒度Nγが8〜15番であり、
(エ)下記(1)式で定義される投影芯部硬さHp-coreがHV390以上であり、
(オ)下記(2)式で定義されるA及び下記(3)式で定義されるBが、A−0.00000293×B≧−14の関係を有することを特徴とする、低サイクル疲労特性に優れた浸炭焼入れ鋼材。
Hp-core=Hcore/(1−t/r) …(1)
ただし、Hcore;芯部硬さ、t;有効硬化層深さ、r;破損部位の半径または破損部位の肉厚の半分である。
A=Mo+0.227Ni+190B−0.087Si−17.2P−2.74V−7.18Cs−0.00955Hs+0.0344Nγ …(2)
ただし、Cs;表層の浸炭濃度(質量%)、Hs;表面硬さ(HV)、Nγ;浸炭層の旧オーステナイト結晶粒度。
B=t×(Hcore) 2 … (3)
(A)浸炭層と芯部の境界付近に歪みが集中し、微小亀裂が発生する。
(B)微小亀裂が浸炭層に伝搬して、粒界割れを伴って浸炭層が脆性破壊を起こす。
(C)その後、芯部が急速に破壊する。
Hp-core=Hcore/(1−t/r) …(1)
ただし、Hcore;芯部硬さ、t;有効硬化層深さ(JIS G 0557で規定)、r;破損部位の半径または破損部位の肉厚の半分である。破損部位とはいわゆる設計上の危険断面のことであり、歯車部品においては、図2に矢印で示した部分が破損部位の肉厚に相当する。シャフトのような軸状部品では、最小直径部や応力集中が最大となる断面の半径がこれに相当する。
A=Mo+0.227Ni+190B−0.087Si−17.2P−2.74V−7.18Cs−0.00955Hs+0.0344Nγ …(2)
ただし、Cs;表層の浸炭濃度(質量%)、Hs;表面硬さ(HV)、Nγ;浸炭層の旧オーステナイト結晶粒度である。
B=t×(Hcore)2 … (3)
本図から、指標Bが小さいほど浸炭層の脆性破壊が抑制されて低サイクル疲労強度は向上することが分かる。すなわち、指標Bにより、浸炭層の脆性破壊のしやすさを整理することができる。
Bも鋼に強度及び焼入性を与えるのに有効な元素であり、かつ浸炭材の粒界強度を向上させることにより浸炭部品としての疲労強度及び衝撃強度を向上させる効果も有している。ただし、0.006%を超えるとその効果は飽和し、かつ衝撃強度劣化等の悪影響も生じうる。このため、Bを添加する場合には0.006%以下にする必要がある。特に0.0005〜0.003%の範囲が好適である。
一方、A−0.00000293×B≧−14を満たす実施例では、浸炭鋼材の低サイクル疲労強度が1000MPa以上になることが示された。また、A−0.00000293×B≧−13を満たす場合に浸炭鋼材の低サイクル疲労強度が1100MPa以上になること、及びA−0.00000293×B≧−12を満たす場合に浸炭鋼材の低サイクル疲労強度が1200MPa以上になることも示された。
結果を表2に示す。
Claims (4)
- 質量%で、
C:0.1〜0.4%、
Si:0.02〜1.3%、
Mn:0.3〜1.8%、
S:0.001〜0.15%、
Al:0.001〜0.05%、
N:0.003〜0.020%、
P:0.025%以下、
O:0.0025%以下
Cr:0.98〜1.8%以下、
を含有し、さらに、
Mo:1.5%以下、
Ni:3.5%以下、
B:0.006%以下、
V:0.5%以下、
Nb:0.04%以下、
Ti:0.2%以下、
の1種又は2種以上を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、表層に浸炭処理を施した鋼材であって、
(ア)鋼材の焼入性としてジョミニ試験における焼入れ端より13mmの位置での硬さが、60×C 0.5 −5(HRC)以上であり、
(イ)浸炭層の炭素濃度Csが質量%で0.5〜0.8%であり、
(ウ)浸炭層の旧オーステナイト結晶粒度Nγが8〜15番であり、
(エ)下記(1)式で定義される投影芯部硬さHp-coreがHV390以上であり、
(オ)下記(2)式で定義されるA及び下記(3)式で定義されるBが、A−0.00000293×B≧−14の関係を有することを特徴とする、低サイクル疲労特性に優れた浸炭焼入れ鋼材。
Hp-core=Hcore/(1−t/r) …(1)
ただし、Hcore;芯部硬さ、t;有効硬化層深さ、r;破損部位の半径または破損部位の肉厚の半分である。
A=Mo+0.227Ni+190B−0.087Si−17.2P−2.74V−7.18Cs−0.00955Hs+0.0344Nγ …(2)
ただし、Cs;表層の浸炭濃度(質量%)、Hs;表面硬さ(HV)、Nγ;浸炭層の旧オーステナイト結晶粒度。
B=t×(Hcore) 2 … (3) - 表面の残留応力が−500MPa以下であることを特徴とする請求項1に記載の低サイクル疲労特性に優れた浸炭焼入れ鋼材。
- 請求項1または2に記載の浸炭焼入れ鋼材を用いた浸炭焼入れ部品。
- 前記浸炭焼入れ部品は歯車であることを特徴とする請求項3に記載の浸炭焼入れ部品。
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