JP6171910B2 - 鉄系金属部品の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、浸炭処理を用いて金属表面が硬化される鉄系金属部品の製造方法に関して、特に、その浸炭処理時に金属表面に形成される脆弱な粒界酸化層を好適に低減させる技術に関する。
例えば鋼部品等のＦｅを主成分とする鉄系金属部品では、その金属表面に例えばガス浸炭処理等により炭素を浸入させて、その後焼き入れによりその金属表面の硬さを向上させるものが知られている。例えば、特許文献１に示す鉄系金属部品がそれである。
ところで、上記特許文献１では、上記ガス浸炭処理において浸炭ガス中に含まれる酸素が鉄系金属部品の材料表面の粒界に入り込み、その材料表面に含まれる例えばＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の元素と結合して脆弱な粒界酸化層を形成することが知られている。これに対して、上記特許文献１では、上記鉄系金属部品に含有しているＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの含有量を低減させることで上記粒界酸化層の形成を低減させている。しかしながら、上記特許文献１の鉄系金属部品では、それらＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の元素の含有量を低減させる量にも限界があるので、その鉄系金属部品の表面に含まれるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の元素により形成される粒界酸化層によって鉄系金属部品の疲労強度が低下するという問題があった。
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、浸炭処理時に形成される粒界酸化層を好適に低減させて疲労強度を向上させる鉄系金属部材の製造方法を提供することにある。
本発明者は種々の解析や検討を重ねた結果、以下に示す事実に到達した。すなわち、浸炭処理よりも高温且つ低圧の条件とすると鉄系金属材料からなる被加工部材の表面から例えばＭｎ、Ｓｉ、Ｃｒ等の元素が蒸発すること、つまり脱元素現象が起こることが分かった。また、その脱元素現象は、通常「脱炭」のようにネガティブなイメージを持つものだが、浸炭に関する技術知識を活かしてそれを逆利用し、その脱元素現象を浸炭処理前に起こすことによって、その後の浸炭処理において粒界酸化層の形成が好適に抑えられることを見いだした。本発明はこのような知見に基づいて為されたものである。
上記目的を達成するための、本発明の鉄系金属部品の製造方法の要旨とするところは、鉄系金属材料からなる被加工部材の浸炭処理による表面硬化処理前に、その浸炭処理よりも高温且つ低圧の条件下で、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｒのうち少なくとも一つの元素の脱元素処理工程を行うことにある。
このように構成された鉄系金属部品の製造方法によれば、前記浸炭処理前にその浸炭処理よりも高温且つ低圧の条件下で、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｒのうち少なくとも一つの元素の脱元素処理工程が行われるので、その浸炭処理前に前記被加工部材の表面から前記浸炭処理時に酸化物となるＭｎ、Ｓｉ、Ｃｒのうち少なくとも一つの元素が蒸発する。このため、前記浸炭処理時に前記被加工部材の表面に形成される粒界酸化層が好適に低減させられ、前記鉄系金属部品の疲労強度が向上させられる。
ここで、好適には、前記脱元素処理工程では、前記浸炭処理中に前記被加工部材の表面で酸化物を生成するＭｎ、Ｓｉ、Ｃｒのうち少なくとも一つの元素がその浸炭処理に先立ってその被加工部材の表面から蒸発させられる。これにより、前記浸炭処理中において前記被加工部材の表面に形成される粒界酸化層が好適に低減させられる。
また、好適には、前記脱元素処理工程では、前記被加工部材の表面で前記浸炭処理中に酸化物を生成するＭｎ、Ｓｉ、Ｃｒのうち少なくとも一つの元素がその被加工部材の表面から真空の条件下で、蒸発させられる。これにより、前記浸炭処理中において前記被加工部材の表面に形成される粒界酸化層が好適に低減させられる。
また、好適には、前記脱元素処理工程後に、前記浸炭処理の温度まで降温させその浸炭処理を行うことにある。このため、前記脱元素処理工程後に好適に前記浸炭処理を連続して行うことができる。
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確には描かれていない。
図１は、本発明が好適に適用された鉄系金属部品例えば車両に用いられるベルト式無段変速機(ＣＶＴ)に備えられたシャフト１０を示す図である。なお、上記シャフト１０は、Ｆｅを主成分とする鉄系金属材料、例えば炭素Ｃ含有量が０．０２〜２．１４％(ｗｔ％)の鋼や肌焼き鋼等の低炭素鋼から構成されており、図１に示すガス浸炭装置１２によってそのシャフト１０の表層(表面)が浸炭焼き入れされることにより表面硬化させられている。
ここで、上記ガス浸炭装置１２について説明する。図１に示すように、ガス浸炭装置１２には、断熱材１４により形成されたシャフト１０を収容する熱処理室１６と、その熱処理室１６内にシャフト１０を位置固定に支持する治具１８と、熱処理室１６内を加熱する加熱ヒーター２０と、例えば窒素ガスを供給する供給装置２２から熱処理室１６内に流れる窒素ガスの流量を計測し且つその流量を制御するマスフローコントローラ２４と、熱処理室１６内から気体を排出させて熱処理１６内を減圧させる減圧ポンプ２６とが備えられている。このため、上記ガス浸炭装置１２では、そのガス浸炭装置１２に備えられた加熱ヒーター２０および減圧ポンプ２６により、シャフト１０を熱処理室１６内で比較的高温且つ低圧の条件下で保持できる。また、供給装置２２から供給される冷却ガスである窒素ガスによって、シャフト１０の温度を降温させられてシャフト１０が冷却される。また、上記ガス浸炭装置１２には、熱処理室１６内に浸炭ガスを供給する図示しない浸炭ガス供給装置が設けられており、ガス浸炭処理時に、上記浸炭ガス供給装置から浸炭ガスが常時投入されるようになっている。なお、上記浸炭ガスは、例えば、プロパンガス、都市ガス、天然ガス、木炭ガス等の原料ガスを一定割合の空気と混ぜて、加熱分解変成させて作られたものである。
また、ここで、本実施例のシャフト１０を製造する製造方法すなわち製造工程Ｐ１乃至Ｐ５を図２を用いて詳細に説明する。
図２に示すように、先ず、鍛造工程Ｐ１において、例えば肌焼き鋼であるＳＣＲ４２０の鉄系金属材料(鋼材料)を使用して、その鉄系金属材料からなる被加工部材を例えば鍛造によって所定の形状に成形させる。
次に、前熱処理(焼鈍)工程Ｐ２において、上記鍛造工程Ｐ１で成形させられた被加工部材を焼き鈍して、その被加工部材を軟化させる。
次に、機械加工工程Ｐ３において、上記前熱処理工程Ｐ２で軟化させられた被加工部材を機械加工によりシャフト１０と同じ形状に切削させる。
次に、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理(脱元素処理)工程Ｐ４において、上記機械加工工程Ｐ３で切削された被加工部材であるシャフト１０を、ガス浸炭装置１２内に配置されて、後述するガス浸炭処理(浸炭処理)工程Ｐ５よりも高温且つ低圧の条件下例えば熱処理室１６内の温度Ｔ(℃)が１０００℃〜１３００℃且つその熱処理室１６内が真空の条件下すなわち熱処理室１６内の圧力Ｐ(Ｐａ)が１００〜１０００Ｐａの条件下で所定時間ｔ(分)例えば５〜３０分保持させて、シャフト１０の表層に含まれる比較的蒸気圧の高い元素である例えばＭｎ、Ｓｉ、Ｃｒ等の元素を蒸発させる。なお、上記脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４における真空とは、大気圧に比べて十分に圧力が低いことであり、例えば１００〜１０００Ｐａ程度である。脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４の圧力Ｐ(１００〜１０００Ｐａ)は、例えば従来の真空浸炭処理で行われる圧力条件(１ｋＰａを上回り且つ１０ｋＰａ以下)より十分に低い値である。
次に、ガス浸炭処理工程Ｐ５において、上記脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４で表層からＭｎ、Ｓｉ、Ｃｒ等の元素が蒸発されたシャフト１０を、図３に示すようにガス浸炭温度が約９３０℃で浸炭ガスにより表層に炭素を浸入させる。そして、その後、その浸炭されたシャフト１０を急冷して焼入れる。これによって、表層が硬化させられ疲労強度が向上したシャフト１０が製造される。なお、上記ガス浸炭装置１２では、上記ガス浸炭処理工程Ｐ５が、図３に示すように脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４後にガス浸炭処理温度例えば約９３０℃まで降温させてから実行されるようになっている。また、上記ガス浸炭処理工程Ｐ５は、図３に示すように、熱処理室１６内の圧力が１．０×１０５Ｐａ程度すなわち大気圧で行われる。
なお、上記ガス浸炭装置１２は、シャフト１０に浸炭焼き入れを行う機構に加えて、浸炭前に熱処理室１６内を高温且つ低圧(真空)に保持する機構が備えられている。このため、本実施例の製造工程Ｐ１乃至Ｐ５すなわち脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４およびガス浸炭処理工程Ｐ５を行う場合に、従来のシャフト１０に浸炭焼き入れを行うガス浸炭装置に加えて例えば脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４でシャフト１０を高温且つ低圧の条件下で保持する新たな装置を追加する必要性が無くなるので、大幅な製造コストの低減が可能である。
［実験Ｉ］
ここで、本発明者等が行った実験Ｉを説明する。なお、この実験Ｉは、前述した脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４において、温度Ｔ(℃)、圧力Ｐ(Ｐａ)、保持時間ｔ(分)の条件をそれぞれ変更することによって、そのシャフト１０の表層から蒸発するＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの量を好適に増加させられるすなわちその表層に含まれるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの量を好適に低減させられることを検証するための実験である。
ここで、本発明者等が行った実験Ｉを説明する。なお、この実験Ｉは、前述した脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４において、温度Ｔ(℃)、圧力Ｐ(Ｐａ)、保持時間ｔ(分)の条件をそれぞれ変更することによって、そのシャフト１０の表層から蒸発するＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの量を好適に増加させられるすなわちその表層に含まれるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの量を好適に低減させられることを検証するための実験である。
この実験Ｉでは、上記シャフト１０と同じ材料すなわちＳＣＲ４２０から構成される所定形状(例えばφ１８ｍｍ×５０ｍｍ)の試験片(テストピース)を使用して、図４に示すように、温度Ｔ(℃)を１０００℃〜１３００℃の範囲内すなわち１０００℃、１１００℃、１２００℃、１３００℃に変化させ、且つ、圧力Ｐ(Ｐａ)を１００Ｐａ〜１０００Ｐａの範囲内すなわち１００Ｐａ、２００Ｐａ、５００Ｐａ、１０００Ｐａに変化させ、且つ、保持時間ｔ(分)を５分〜３０分の範囲内すなわち５分、１０分、１５分、３０分に変化させた１６種類の条件すなわち条件１乃至条件１６で脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４を行った。そして、それら条件１乃至条件１６で脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４が行われたシャフト１０に対応する試験片の表層のＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの量を測定した。
なお、上記実験Ｉでは、図５に示すように、シャフト１０に対応する試験片の表面からの深さ距離６μｍにおける単位質量当たりの１０倍のＳｉの量(mass％)とＭｎの量(mass％)とＣｒの量(mass％)とを足し合わせた量(１０Ｓｉ＋Ｍｎ＋Ｃｒ)を、シャフト１０に対応する試験片の表層中のＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの量ｙ(mass％)として表している。また、上記試験片の表面からの深さ距離６μｍにおける単位質量当たりのＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの量(mass％)は、グロー放電発光分光分析法(Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy)によって測定されたものである。
以下、図４を用いて上記実験Ｉの結果を示す。図４に示すように、条件８、条件９、条件１３の時に上記試験片の表層中のＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの量ｙ(mass％)が比較的に少なくその値は２(mass％)以下であった。そのため、条件８、条件９、条件１３で脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４を行うことによって好適にシャフト１０の表層に含まれるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの量ｙ(mass％)を好適に低減させられると考えられる。
また、図４に示す条件１乃至条件１６の実験結果を用いて重回帰分析を行い、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４での温度Ｔ(℃)、圧力Ｐ(Ｐａ)、保持時間ｔ(分)と上記シャフト１０に対応する試験片の表層中のＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの量ｙ(mass％)との関係式(１)を導出した。
ｙ(mass％)＝−０．００１８×Ｔ(℃)＋０．０００１×Ｐ(Ｐａ)−０．０２４２×ｔ(分)＋６．４７６７７ ・・・(１)
ｙ(mass％)＝−０．００１８×Ｔ(℃)＋０．０００１×Ｐ(Ｐａ)−０．０２４２×ｔ(分)＋６．４７６７７ ・・・(１)
上記関係式(１)から脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４において、温度Ｔ(℃)を上昇させることによってシャフト１０の表層から好適にＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の元素が蒸発させられ、圧力Ｐ(Ｐａ)を低くすることによってシャフト１０の表層から好適にＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の元素が蒸発させられ、保持時間ｔ(分)を長くすることによってシャフト１０の表層から好適にＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の元素が蒸発させられると考えられる。なお、一般的には、上記シャフト１０の表層中のＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの量ｙ(mass％)が２(mass％)以下になる場合には、浸炭処理によって表面に形成される粒界酸化層Ａ(図７参照)の厚さが６．０μｍ以下に抑制されるので、疲労強度の低下を抑制することができる。このため、例えば、上記シャフト１０の表層中のＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの量ｙ(mass％)を２(mass％)以下になるように脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４での温度Ｔ(℃)、圧力Ｐ(Ｐａ)、保持時間ｔ(分)の条件を設定することによって、ガス浸炭処理Ｐ５でシャフト１０の表層に形成される粒界酸化層Ａを好適に抑制させることができると考えられる。
［実験II］
ここで、本発明者等が行った実験IIを説明する。なお、この実験IIは、図２に示す製造工程Ｐ１乃至Ｐ５において脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４によるシャフト１０への影響すなわちそのシャフト１０の表層に形成される粒界酸化層Ａへの影響を検証するためのものである。なお、上記実験IIでは、シャフト１０に形成される粒界酸化層Ａによるそのシャフト１０の疲労強度への影響も検証した。
ここで、本発明者等が行った実験IIを説明する。なお、この実験IIは、図２に示す製造工程Ｐ１乃至Ｐ５において脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４によるシャフト１０への影響すなわちそのシャフト１０の表層に形成される粒界酸化層Ａへの影響を検証するためのものである。なお、上記実験IIでは、シャフト１０に形成される粒界酸化層Ａによるそのシャフト１０の疲労強度への影響も検証した。
この実験IIでは、先ず、上記シャフト１０と同じ材料すなわちＳＣＲ４２０から構成される所定形状(例えばφ１８ｍｍ×５０ｍｍ)の試験片(テストピース)を用いて脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４およびガス浸炭処理工程Ｐ５が行われた実施例品のシャフト１０に対応する試験片(脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理＋ガス浸炭)と、上記所定形状の試験片を用いて脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４を実行せずガス浸炭処理工程Ｐ５だけが行われた比較例品１のシャフト１０に対応する試験片(ガス浸炭のみ)とを使用して、それらの試験片において形成された粒界酸化層Ａの厚さ(μｍ)を測定した。また、上記実施例品のシャフト１０に対応する試験片と上記比較例品１のシャフト１０に対応する試験片との疲労強度すなわち公称応力σ(ＭＰａ)を測定した。なお、上記脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４では、例えば前述した条件８で脱元素処理が行われた。また、上記実験IIでは、上記シャフト１０と同じ材料すなわちＳＣＲ４２０から構成される所定形状(例えばφ１８ｍｍ×５０ｍｍ)の試験片(テストピース)を用いて脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４を行わずにガス浸炭処理工程Ｐ５だけが行われた試験片を作成し、その後その試験片の表層すなわち粒界酸化層Ａを機械加工によって除去する仕上げ加工工程を実行することにより製造された比較例品２のシャフト１０に対応する試験片(ガス浸炭＋仕上げ加工)を使用して、その試験片の疲労強度も測定した。
以下、図５乃至図９を用いて上記実験IIの結果を示す。図５に示すように、試験片(実施例品のシャフト１０)は、試験片(比較例品１のシャフト１０)に比較して、その試験片の表層中含まれるＳｉおよびＭｎの量(mass％)が好適に低減されていた。なお、図５は、前述したグロー放電発光分光分析法によって測定されたものである。
また、図６に示すように、試験片(実施例品のシャフト１０)に形成された粒界酸化層Ａの厚みは４μｍであり、試験片(比較例品１のシャフト１０)に形成された粒界酸化層Ａの厚みは２０μｍであり、上記試験片(実施例品のシャフト１０)は、上記試験片(比較例品１のシャフト１０)に比較して好適にその試験片に形成される粒界酸化層Ａが低減されている。なお、図６に示す粒界酸化層Ａの厚さの測定値は、例えば、使用された上記試験片(実施例品のシャフト１０)の表層および上記試験片(比較例品１のシャフト１０)の表層を例えば光学顕微鏡等を使用して観測した例えば図７および図８等を用いて測定したものである。粒界酸化層Ａの厚さは、試験片の表面から粒界が観察される深さと定義される。図８では粒界酸化層Ａは観察されない。
また、図９に示すように、繰り返し回数Ｎｆが１０７程度の時において、上記試験片(実施例品のシャフト１０)の公称応力σは５８０ＭＰａ程度であり、上記試験片(比較例品２のシャフト１０)の公称応力σは５７５ＭＰａ程度であり、上記試験片(比較例品１のシャフト１０)の公称応力σは５１５ＭＰａ程度であった。このため、実施例品のシャフト１０に対応する試験片の疲労強度は、比較例品１のシャフト１０に対応する試験片に比較して好適に高かった。なお、図９に示す測定結果は、例えば小野式回転曲げ疲労試験装置を使用して行われたものである。
上記実験IIの結果によれば、図５に示す測定結果が示すように、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４が行われた実施例品のシャフト１０に対応する試験片は、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４が行われない比較例品１のシャフト１０に対応する試験片に比較して、その試験片の表層中含まれるＳｉおよびＭｎの量(mass％)が好適に低減されていた。このため、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４は、浸炭処理工程Ｐ５中にシャフト１０の表層で酸化物(ＳｉＯ、ＭｎＯ)を生成するＳｉ、Ｍｎを、シャフト１０の表層から蒸発させると考えられる。
また、上記実験IIの結果によれば、図５、図６に示す測定結果が示すように、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理Ｐ４が行われる実施例品のシャフト１０に対応する試験片は、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４が行われない比較例品１のシャフト１０に対応する試験片に比較して、その試験片の表層中に含まれるＳｉおよびＭｎの量が好適に低減され、且つその試験片に形成される粒界酸化層Ａの厚みが好適に薄くなっていた。このため、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４は、シャフト１０の表層からＳｉ、Ｍｎを蒸発させることによって、そのシャフト１０の表層中のＳｉ、Ｍｎの量が好適に低減され、その後のガス浸炭処理工程Ｐ５において浸炭ガス中に含まれる酸素Ｏと上記Ｓｉ、Ｍｎとの結合する量が少なくなるので、シャフト１０に生成される粒界酸化層Ａが低減されると考えられる。
また、上記実験IIの結果によれば、図６、図９に示す測定結果が示すように、粒界酸化層Ａの厚みが比較的に薄い(４μｍ)実施例品のシャフト１０に対応する試験片の疲労強度は、粒界酸化層Ａの厚みが比較的に厚い(２０μｍ)比較例品１のシャフト１０に対応する試験片に比較して高かった。また、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４が行われず粒界酸化層Ａが仕上げ加工工程によって削除された比較例品２のシャフト１０に対応する試験片は、上記比較例品１のシャフト１０に対応する試験片に比較して高かった。このため、シャフト１０に形成される粒界酸化層Ａの厚みが薄くなることによりそのシャフト１０の疲労強度が向上すると考えられる。また、本実施例のシャフト１０の製造において、比較例品２のシャフト１０に対応する試験片で行われた、機械加工により粒界酸化層Ａを除去する上記仕上げ加工工程は、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４と比較して製造コストが高いと考えられる。このため、実施例品のシャフト１０の製造工程Ｐ１乃至Ｐ５は、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４が行われず上記仕上げ加工工程が行われる比較例品２のシャフト１０の製造工程に比較して、好適に製造コストが抑えられると考えられる。
本実施例の実施例品のシャフト１０の製造工程Ｐ１乃至Ｐ５によれば、ガス浸炭処理工程Ｐ５前にそのガス浸炭処理工程Ｐ５よりも高温且つ低圧の条件下で脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４が行われるので、そのガス浸炭処理工程Ｐ５前にシャフト１０の表層からそのガス浸炭処理工程Ｐ５時に酸化物となるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の元素が蒸発する。このため、ガス浸炭処理工程Ｐ５時にシャフト１０の表層に形成される粒界酸化層Ａが好適に低減させられ、シャフト１０の疲労強度が向上させられる。
また、本実施例の実施例品のシャフト１０の製造工程Ｐ１乃至Ｐ５によれば、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４では、ガス浸炭処理工程Ｐ５中にシャフト１０の表層で酸化物となるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の元素がそのガス浸炭処理工程Ｐ５に先立ってそのシャフト１０の表層から蒸発させられる。これにより、ガス浸炭処理工程Ｐ５中においてシャフト１０の表層に形成される粒界酸化層Ａが好適に低減させられる。
また、本実施例の実施例品のシャフト１０の製造工程Ｐ１乃至Ｐ５によれば、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４では、シャフト１０の表層でガス浸炭処理工程Ｐ５中に酸化物となるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の元素がそのシャフト１０の表層から大気圧に比べて十分に圧力が低い真空の条件下すなわち１００Ｐａ〜１０００Ｐａの条件下で、蒸発させられる。これにより、このため、ガス浸炭処理工程Ｐ５時にシャフト１０の表層に形成される粒界酸化層Ａが好適に低減させられ、シャフト１０の疲労強度が向上させられる。
また、本実施例の実施例品のシャフト１０の製造工程Ｐ１乃至Ｐ５によれば、ガス浸炭処理工程Ｐ５の時に酸化物となる元素は、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｒである。このため、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４において、シャフト１０の表層から比較的蒸気圧の高いＭｎ、Ｓｉ、Ｃｒが好適に蒸発させられるので、ガス浸炭処理工程Ｐ５中においてシャフト１０の表層に形成される粒界酸化層Ａが好適に低減させられる。
また、本実施例の実施例品のシャフト１０の製造工程Ｐ１乃至Ｐ５によれば、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４後に、ガス浸炭処理工程Ｐ５の温度約９３０℃まで降温させそのガス浸炭処理工程Ｐ５を行うことにある。このため、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４後に好適にガス浸炭処理工程Ｐ５を連続して行うことができる。
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において実施例相互間で共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施例の鉄系金属部品の製造工程は、前述した実施例１のシャフト１０にかえて例えば車両において用いられる駆動部品であるギヤ２８を製造する点で異なり、それ以外は実施例１のシャフト１０の製造工程Ｐ１乃至Ｐ５と略同じである。なお、図１０に示す本実施例のガス浸炭装置１２は、図１に示す実施例１のガス浸炭装置１２と形状が若干異なっている例えば加熱ヒーター２０および治具１８等の形状が異なっているが、機能的には同様のものである。
本実施例のギヤ２８の製造工程によれば、前述した実施例１の効果と略同様に、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４によってガス浸炭処理工程Ｐ５時にギヤ２８の表層に形成される粒界酸化層Ａが好適に低減させられるので、ギヤ２８の疲労強度が向上させられる。また、ギヤ２８の製造では、疲労強度を向上させるためにショットピーニング工程が行われるが、本実施例のギヤ２８の製造工程では、好適に疲労強度が向上させられるので上記ショットピーニング工程を無くすことが可能である。このため、ギヤ２８の製造コストを大幅に低減させることが可能である。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、その他の態様においても適用される。
本実施例のシャフト１０の製造工程Ｐ１乃至Ｐ５において、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４では、シャフト１０の表層から蒸気圧の高いＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの元素が好適に蒸発させられたが、それ以外の元素を蒸発させることも可能である。また、シャフト１０の表層からＭｎ、Ｓｉ、Ｃｒのうち少なくとも一つ蒸発させることによって粒界酸化層Ａの形成が抑制されシャフト１０の疲労強度が向上する。
また、本実施例のシャフト１０の製造工程Ｐ１乃至Ｐ５において、脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４では、図４に示す上記実験Ｉの結果から、重回帰分析により脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程Ｐ４の温度Ｔ(℃)、圧力Ｐ(Ｐａ)、保持時間ｔ(分)の条件によるシャフト１０の表層中に含まれるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの量ｙ(mass％)の関係式(１)を導出したが、例えばシャフト１０の材料が例えばＳＣＲ４２０から変更した場合には、本実施例と同様の上記実験Ｉを実施後、重回帰分析により新たな関係式を導出することができる。
また、本実施例では、鉄系金属部品として車両に使用されるシャフト１０、ギヤ２８が一例としてあげられたが、それ以外の鉄系金属部品にも本発明を好適に適用させることができる。すなわち、浸炭処理を行う鉄系金属部品であれば本発明を好適に適用させることができる。また、本実施例において、シャフト１０すなわち鉄系金属部品は、Ｆｅを主成分とする鉄系金属材料例えば炭素Ｃ含有量が０．０２〜２．１４％(ｗｔ％)の鋼材料から構成されていたが、例えば、炭素Ｃ含有量が０．０２％(ｗｔ％)以下の純鉄から構成されていても良い。
尚、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
１０：シャフト(鉄系金属部品)
２８：ギヤ(鉄系金属部品)
Ｐ４：脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程(脱元素処理工程)
Ｐ５：ガス浸炭処理工程(浸炭処理)
２８：ギヤ(鉄系金属部品)
Ｐ４：脱Ｓｉ,脱Ｍｎ処理工程(脱元素処理工程)
Ｐ５：ガス浸炭処理工程(浸炭処理)
Claims (4)
- 鉄系金属材料からなる被加工部材の浸炭処理による表面硬化処理前に、該浸炭処理よりも高温且つ低圧の条件下で、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｒのうち少なくとも一つの元素の脱元素処理工程を行うことを特徴とする鉄系金属部品の製造方法。
- 前記脱元素処理工程は、前記浸炭処理中に前記被加工部材の表面で酸化物を生成するＭｎ、Ｓｉ、Ｃｒのうち少なくとも一つの元素を該被加工部材の表面から蒸発させることを特徴とする請求項１記載の鉄系金属部品の製造方法。
- 前記脱元素処理工程は、前記浸炭処理中に前記被加工部材の表面で酸化物を生成するＭｎ、Ｓｉ、Ｃｒのうち少なくとも一つの元素をその被加工部材の表面から真空の条件下で蒸発させることを特徴とする請求項１または２記載の鉄系金属部品の製造方法。
- 前記脱元素処理工程後に、前記浸炭処理の温度まで降温させ該浸炭処理を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の鉄系金属部品の製造方法。
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