JP6614238B2 - 製品部材の製造方法及び製品部材 - Google Patents
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Description
上記粗部材に対して高周波焼入れ処理及び焼戻し処理を施して焼入れ材を得る工程であって、
高周波加熱時の周波数を10KHz以上300KHz以下とし、高周波加熱時の加熱時間を1秒以上60秒以下とし、焼戻し温度を160℃以上200℃以下とし、焼戻し時間を60分以上180分以下とすることで、
上記焼入れ材において、最終形態である製品部材の表面に相当する位置から20μm深さ位置に相当する基準位置での組織が、マルテンサイトと体積率で8〜20%の残留オーステナイトとを含む組織となる工程と、
上記焼入れ材に対して切削加工を施して製品部材を得る工程であって、
切削工具のすくい角を−30°超−5°以下とし、工具のノーズを0.4mm以上1.2mm以下とし、送りを0.1mm/rev超0.4mm/rev以下とし、切削速度を50m/分以上150m/分以下とし、切り込みを0.05mm以上0.2mm以下とすることで、
上記基準位置での組織において、残留オーステナイトの体積率が12%以下となり、切削前の残留オーステナイト体積率(RI)と切削後の残留オーステナイトの体積率(RF)から式(A)によって求められる残留オーステナイト減少率Δγが40%以上となる工程と、
を備える、製品部材の製造方法。
17.0≦25.9C+6.35Mn≦27.2 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、各元素の含有量(質量%)が代入される。
Δγ=(RI−RF)/RI×100 (A)
17.0≦25.9C+6.35Mn+2.88Cr+3.09Mo+2.73Ni≦27.2 (2)
ここで、式(2)中の各元素記号には、各元素の含有量(質量%)が代入される。
表面から20μm深さ位置での組織がマルテンサイトと残留オーステナイトとの合計で97%以上であり、
表面から200μm深さまでの範囲における最大残留オーステナイト体積率(R1)が8〜20%であり、
上記表面から20μm深さ位置での、残留オーステナイト体積率(R2)と、最大残留オーステナイト体積率(R1)から式(B)によって求められる予想残留オーステナイト減少率Δγpが40%以上であり、
表面に厚さ1〜15μmの塑性流動組織を有する、ことを特徴とする、製品部材。
17.0≦25.9C+6.35Mn≦27.2 (3)
ここで、式(3)中の各元素記号には、各元素の含有量(質量%)が代入される。
Δγp=(R1−R2)/R1×100 (B)
17.0≦25.9C+6.35Mn+2.88Cr+3.09Mo+2.73Ni≦27.2 (4)
ここで、式(4)中の各元素記号には、各元素の含有量(質量%)が代入される。
本実施形態の製品部材の製造方法は、鋼材を加工して粗部材を得る工程(粗部材製造工程)と、粗部材に対して高周波焼入れ処理及び焼戻し処理を施して焼入れ材を得る工程(焼入れ材製造工程)と、焼入れ材に対して切削加工を施して製品部材を得る工程(製品部材製造工程)とを含む。
本工程では、製品部材の形状に近い所望の形状を有する粗部材を製造する。初めに、鋼材を準備する。
鋼材は以下の化学組成を有する。なお、以下に示す各元素の割合(%)は全て質量%を意味する。
炭素(C)は、製品部材の強度(特に芯部の強度)を高める。Cはさらに、耐摩耗性および曲げ疲労強度を高めるための残留オーステナイトを生成する。C含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、C含有量が高すぎれば、鋼材の強度が高くなりすぎる。そのため、鋼材の被削性が低下する。さらに、高周波焼入れ時に発生するひずみが大きくなり、焼割れが発生する。従って、C含有量は0.4〜0.7%である。C含有量の好ましい下限は0.5%以上である。C含有量の好ましい上限は0.65%未満である。
シリコン(Si)は高周波焼入れ及び焼戻し後の切削加工時に、工具と反応して凝着摩耗を引き起こす。そのため、Siは、工具摩耗を増大させる。従って、Si含有量は0.25%以下である。Si含有量の好ましい上限は0.15%である。
マンガン(Mn)は、鋼の焼入れ性を高めるとともに、鋼中の残留オーステナイトを増加させる。Mnを含有するオーステナイトは、Mnを含有しないオーステナイトと比較して、高周波焼入れ及び焼き戻し後の切削加工時に加工誘起マルテンサイト変態しやすい。その結果、製品部材の耐摩耗性および曲げ疲労強度が高まる。Mn含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Mn含有量が高すぎれば、高周波焼入れ及び焼戻し後の残留オーステナイトが過剰に多くなる。そのため、切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生せず、切削加工後も残留オーステナイトが過剰となり、ひいては切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生せず、切削加工後も残留オーステナイトが減少しにくい。その結果、切削加工後の製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。従って、Mn含有量は0.5〜2.6%である。Mn含有量の好ましい下限は0.8%であり、さらに好ましくは1.4%である。Mn含有量の好ましい上限は2.0%である。
燐(P)は不純物である。Pは、粒界に偏析して鋼を脆化する。従って、P含有量は0.050%以下である。P含有量の好ましい上限は0.030%である。P含有量はなるべく低い方がよい。
硫黄(S)は、Mnと結合してMnSを形成し、被削性を高める。S含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、S含有量が高すぎれば、粗大なMnSを形成して、鋼の熱間加工性、冷間加工性、耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。従って、S含有量は0.005〜0.020%である。S含有量の好ましい下限は0.008%である。S含有量の好ましい上限は0.015%である。
アルミニウム(Al)は鋼を脱酸する。Alはさらに、Nと結合してAlNを形成し、結晶粒を微細化する。その結果、鋼の強度が高まる。Al含有量が低すぎれば、この効果は得られない。一方、Al含有量が高すぎれば、硬質で粗大なAl2O3が生成して、鋼の被削性が低下し、さらに、耐摩耗性及び曲げ疲労強度も低下する。従って、Al含有量は0.010〜0.050%である。Al含有量の好ましい下限は0.020%である。Al含有量の好ましい上限は0.040%である。
窒素(N)は窒化物を形成して結晶粒を微細化し、鋼の曲げ疲労強度を高める。N含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、N含有量が高すぎれば、粗大な窒化物が生成して鋼の靱性が低下する。従って、N含有量は0.005〜0025%である。N含有量の好ましい下限は0.010%である。N含有量の好ましい上限は0.020%である。
酸素(O)は不純物である。OはAlと結合して硬質な酸化物系介在物を形成する。酸化物系介在物は鋼の被削性を低下させ、耐摩耗性及び曲げ疲労強度も低下させる。従って、O含有量は0.003%以下である。O含有量はなるべく低い方がよい。
鋼材を構成する各元素の含有量の関係は、以下に示す式(5)を満たす。
17.0≦25.9C+6.35Mn≦27.2 (5)
ここで、式(5)中の元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
F1=25.9C+6.35Mnと定義する。F1は、オーステナイトの安定性を表すパラメータである。F1が低すぎれば、高周波焼入れ及び焼戻し後、残留オーステナイトが十分に生成されず、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。一方、F1が高すぎれば、高周波焼入れ及び焼戻し後の残留オーステナイトが過剰に多くなる。この場合、焼戻し後の切削加工時に加工誘起マルテンサイト変態が生じにくい。そのため、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。従って、F1は17.0〜27.2である。F1の好ましい下限は17.1であり、好ましい上限は27.0以下である。
鋼材はさらに、Feの一部に代えて、Pbを含有してもよい。
鉛(Pb)は任意選択的元素であり、含有されていなくてもよい。含有される場合、工具摩耗の低下及び切り屑処理性の向上が実現される。しかしながら、Pb含有量が高すぎれば、鋼の強度及び靱性が低下し、耐摩耗性及び曲げ疲労強度も低下する。従って、Pb含有量は0.5%以下とすることが好ましい。Pb含有量のさらに好ましい上限は0.4%である。なお、上記の効果を得るためにはPb含有量を0.03%以上とすることが好ましい。
バナジウム(V)及びチタン(Ti)は任意選択的元素であり、含有されていなくてもよい。これらの元素は、C及びNと結合して、析出物を形成する。これらの元素の析出物は、AlNによる焼入れ部の結晶粒微細化を補完する。これらの元素の析出物は、製品部材の耐摩耗性を高める。しかしながら、これらの元素の総含有量が0.1%を超えれば、析出物が粗大化し、曲げ疲労強度及び被削性が低下する。従って、V及びTiの総含有量は0.1%以下であることが好ましい。任意選択的元素として、V及びTiのいずれか1種以上が含有されれば、上記効果が得られる。V及びTiの総含有量のさらに好ましい上限は0.08%である。V及びTiの総含有量の好ましい下限は0.01%である。
クロム(Cr)は任意元素であり、含有されなくてもよい。Crは鋼の焼入れ性を高め、さらに、残留オーステナイトを増加させる。しかしながら、Cr含有量が高すぎれば、高周波焼入れ及び焼戻し後の残留オーステナイトが過剰に高くなる。この場合、切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が生じず、切削加工後も残留オーステナイトが減少しにくい。その結果、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。従って、Cr含有量は3.0%以下であることが好ましい。Cr含有量のさらに好ましい下限は、0.1%である。Cr含有量の好ましい上限は、2.0%である。
モリブデン(Mo)は任意選択的元素であり、含有されていなくてもよい。含有される場合、Moは鋼の焼入れ性を高め、残留オーステナイトを増加させる。Moはさらに、焼戻し軟化抵抗を高め、耐摩耗性及び曲げ疲労強度を高める。しかしながら、Mo含有量が高すぎれば、高周波焼入れ及び焼戻し後の残留オーステナイトが過剰となる。この場合、切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生しない。その結果、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。従って、Mo含有量は3.0%以下とすることが好ましい。Mo含有量のさらに好ましい上限は2.0%である。Mo含有量の好ましい下限は0.1%である。
ニッケル(Ni)は任意選択的元素であり、含有されていなくてもよい。含有される場合、Niは鋼の焼入れ性を高め、残留オーステナイトを増加させる。Niはさらに、鋼の靱性を高める。しかしながら、Ni含有量が高すぎれば、高周波焼入れ及び焼戻し後の残留オーステナイトが過剰となる。この場合、焼戻し後の切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生しない。その結果、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。従って、Ni含有量は3.0%以下であることが好ましい。Ni含有量のさらに好ましい上限は2.0%である。Ni含有量の好ましい下限は0.1%である。
鋼材がCr、Mo及びNiからなる群の1種以上を含有する場合、鋼材の化学組成は、式(5)に代えて、式(6)を満たすことが好ましい。
17.0≦25.9C+6.35Mn+2.88Cr+3.09Mo+2.73Ni≦27.2 (6)
ここで、式(6)中の各元素記号には、各元素の含有量(質量%)が代入される。
F2=25.9C+6.35Mn+2.88Cr+3.09Mo+2.73Niと定義する。F2は、オーステナイトの安定度を表すパラメータである。F2は、F1にCrの項とMoの項とNiの項とを加えたものである。F1と同様に、F2が低すぎても高すぎても、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。従って、F2は17.0〜27.2である。F2の好ましい下限は17.1であり、好ましい上限は27.0以下である。
上記化学組成を有する鋼材を加工して粗部材を得る。加工方法は周知の方法を採用することができる。加工方法としては、例えば、熱間加工、冷間加工、切削加工等が挙げられる。粗部材は、製品部材に近い形状とする。
上記のようにして得られた粗部材に対して、高周波焼入れ処理及び焼戻し処理を施して焼入れ材を得る。これにより、焼入れ材において、最終形態である製品部材の表面に相当する位置から20μm深さ位置に相当する基準位置での組織を、マルテンサイトと体積率で8〜20%の残留オーステナイトとする。
高周波焼入れ処理は、初めに、(i)高周波加熱を施し、その後、(ii)焼入れを施す。高周波加熱及び焼入れは次の条件で行う。
高周波加熱時の周波数:10〜300KHz
周波数が低すぎれば、加熱範囲が広がる。そのため、焼入れ時の歪みが大きくなる。一方、周波数が高すぎれば、加熱範囲が表層のみに集中する。この場合、硬化層が薄くなり、耐摩耗性が低下する。従って、高周波加熱時の周波数は10〜300KHzである。
加熱時間とは、粗部材の加熱が開始されてから水冷が開始されるまでの時間である。高周波加熱時の加熱時間が長すぎれば、オーステナイト粒が粗大化し、耐摩耗性が低下する。一方、加熱時間が短すぎれば、セメンタイトが十分に固溶しない。そのため、高周波焼入れ及び焼戻し後に、マルテンサイトと、体積率で8〜20%の残留オーステナイトとからなる組織が得られない。従って、高周波加熱時の粗部材の加熱時間は1.0〜60sである。
高周波加熱後、周知の方法で焼入れを施す。焼入れは、例えば、水焼入れとすることができる。
高周波焼入れ処理を施した後、焼戻し処理を施す。焼戻し処理を施せば、製品部材の靱性が高まる。さらに、Cが拡散して炭化物の前駆体を生成するため、残留オーステナイトが不安定化して、切削加工時に加工誘起マルテンサイト変態が発生しやすくなり、耐摩耗性及び曲げ疲労強度が向上する。焼戻し処理は、次の条件で行う。
焼戻し温度T1が低すぎれば、焼戻しによる上記効果が得られない。一方、焼戻し温度が高すぎれば、残留オーステナイトが著しく不安定化して、焼戻し中に残留オーステナイトが分解する。さらに、分解せずに残留したオーステナイトは、熱処理ひずみから解放されて安定化するため、切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生せず、耐摩耗性及び曲げ疲労強度の向上に貢献しない。従って、焼戻し温度T1は160〜200℃である。
焼戻し時間t1が短すぎれば、上記焼戻しの効果が得られない。一方、焼戻し時間t1が長すぎれば、残留オーステナイトが著しく不安定化して、焼戻し中に残留オーステナイトが分解する。さらに、分解せずに残留したオーステナイトは、熱処理ひずみから解放されて安定化するため、切削加工時に十分に加工誘起マルテンサイト変態が発生せず、耐摩耗性及び曲げ疲労強度の向上に貢献しない。従って、焼戻し時間t1は60〜180分である。
上述の条件で高周波焼入れ処理及び焼戻し処理を施して得られた焼入れ材について、最終形態である製品部材の表面に相当する位置(以下、単に「最終表面位置」と称する場合がある)から20μm深さの位置に相当する基準位置の組織は、マルテンサイトと体積率で8〜20%の残留オーステナイトとを含有する。ここで、最終形態である製品部材の表面に相当する位置とは、焼入れ材の表面から、後述する切削加工時(製品部材製造工程)に設定する切り込み分(厚み方向寸法)を控除した位置をいう。
高周波焼入れ処理及び焼戻し処理を施した後、切削加工を施す。切削加工により、製品部材の形状に仕上げつつ、加工誘起マルテンサイト変態を発生させる。これにより、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が高まる。切削加工は、次の条件で行う。なお、切削工具としては、例えばCBN工具を用いることができる。CBN工具を使用することは、工具摩耗の抑制の点で有効である。
すくい角αが−5°よりも大きければ、切削加工時に加工誘起マルテンサイト変態が十分に発生しない。そのため、製品部材の耐摩耗性および曲げ疲労強度が低下する。一方、すくい角が−30°以下であれば、切削抵抗が大きくなりすぎ、被削性が低下し、工具摩耗が増大し、場合によっては工具が欠損する。従って、すくい角αは、−30°<α≦−5°である。好ましいすくい角αは−25°≦α≦−15°である。
工具のノーズrが小さすぎれば表面粗さが大きくなりすぎ、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。表面粗さが大きくなった場合には、仕上げ研磨を行って、表面粗さを小さくしなければならない。一方、工具のノーズrが大きすぎれば、切削抵抗が大きくなるため、被削性が低下し、工具摩耗が増大する。従って、工具のノーズrは0.4〜1.2mmである。
送りfが小さすぎれば、切削抵抗、つまり、工具が被削材に押し付けられる力が小さすぎる。この場合、十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生しない。そのため、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。一方、送りが大きすぎれば、切削抵抗が大きくなる。この場合、工具摩耗が大きくなり、被削性が低下する。従って、送りfは0.1mm/rev超0.4mm/rev以下である。送りfの好ましい下限は0.2mm/revである。
切削速度vが大きすぎれば、切削温度が上昇し、凝着摩耗が発生する。この場合、工具摩耗が増大し、被削性が低下する。一方、切削速度が小さすぎれば、切削能率が低下し、製造効率が低下する。従って、切削速度vは50〜150m/分である。
切り込みdが小さすぎれば、切削抵抗が小さくなる。この場合、十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生しない。そのため、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。一方、切り込みdが大きすぎれば、切削抵抗が大きくなる。この場合、工具摩耗が大きくなり、被削性が低下する。従って、切り込みdは0.05〜0.2mmである。切り込みdの好ましい下限は0.08mmであり、好ましい上限は0.15mmである。
以上に示す切削加工により製品部材が得られる。製品部材の上記基準位置において、残留オーステナイトの体積率は12%以下である。切削加工前後における残留オーステナイトの体積減少率は40%以上である。
減少率Δγ=(RI−RF)/RI×100 (C)
本実施形態の製品部材は、上述した成分を含むとともに、上記式(5)または(6)を満たす化学組成を有し、表面から20μm深さ位置での組織がマルテンサイトと残留オーステナイトからなり、表面から200μm深さまでの範囲における最大残留オーステナイト体積率(R1)が8〜20%であり、表面から20μm深さ位置での、残留オーステナイト体積率(R2)と、最大残留オーステナイト体積率(R1)から式(D)によって求められる予想残留オーステナイト減少率Δγpが40%以上であり、表面に厚さ1〜15μmの塑性流動組織を有する。ここで、最大残留オーステナイト体積率R1とは、製品部材の表面から10μmピッチで200μm深さまで測定した残留オーステナイト体積率のうち最大の値を意味する。
Δγp=(R1−R2)/R1×100 (D)
製品部材の表面から20μm深さ位置での組織として、フェライト、パーライト等の強度の低い相が存在すれば、これらの相を基点に亀裂が発生しやすく、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低くなる。従って、マルテンサイト及び残留オーステナイト合計の体積率を97%以上に限定する。なお、当該体積率の好ましい範囲は99%以上である。
残留オーステナイトは、製品部材の仕上げ加工時に加工誘起マルテンサイト変態を生じる。その結果、製品部材の強度が上昇し、耐摩耗性及び曲げ疲労強度が上昇する。このような効果を得るためには、最大残留オーステナイト体積率(R1)が8%以上でなければならない。
表面から200μm深さまでの範囲における最大残留オーステナイト体積率(R1)が8〜20%であり、表面から20μm深さ位置での、残留オーステナイト体積率(R2)と、最大残留オーステナイト体積率(R1)から上記式(D)によって求められる予想残留オーステナイト減少率(Δγp)が40%以上である。ここで、表面から20μm深さ位置での、残留オーステナイト体積率(R2)とは、上述した(製品部材の製造方法の欄で述べた)残留オーステナイト体積率(RF)である。また、最大残留オーステナイト体積率(R1)から上記式(D)によって求められる予想残留オーステナイト減少率(Δγp)とは、上述した(製品部材の製造方法の欄で述べた)Δγに類似した値であり、いずれも製品材製造工程における切削加工時の、オーステナイトの加工誘起変態の程度を表す。従って、Δγが大きくなるほどΔγpも大きくなる。
製品部材の表面の塑性流動組織の厚さは、次の方法で測定される。製品部材の表面を含み、製品部材の軸方向(例えば、ダンベル状の試験片の場合はその長手方向)に垂直な面(横断面)が観察面になるような試験片を採取する。鏡面研磨した試験片を、5%ナイタール溶液で腐食する。腐食された面を、倍率5000倍の走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察する。得られたSEM像の一例を図1に示す。同図において、塑性流動組織11は、中心部12に対して組織が製品部材の周方向(図1において紙面の左方向から右方向)に湾曲している部分であり、製品部材の表面から湾曲した組織の端までの距離を塑性流動組織11の厚さと定義した。
製品部材相当の試験片(摩耗試験片21)表面に対して、電解研磨を施した。具体的には、試験片表面に穴の直径3mmのマスキングを施し、11.6%の塩化アンモニウムと、35.1%のグリセリンと、53.3%の水とを含有する電解液中において、試験片を陽極として、20Vの電圧で電解研磨を施し、表面から20μm深さの位置の表面(以下、観察面という)を露出させた。
製品部材相当の試験片において、残留オーステナイト以外の他の組織の体積率を、上述した方法で測定した。
図2に示す摩耗試験片21を用いて、図4に示す二円筒摩耗試験(RP試験)を行った。図4は、RP試験方法を示す正面図である。図4に示すとおり、RP試験において、摩耗試験片21と大ローラ試験片41とを準備した。大ローラ試験片41は円板状であり、直径が130mm、円周面の幅が18mm、円周面のクラウニング曲率半径が700mmであった。大ローラ試験片は、JIS規格SCM882に相当する化学組成を有し、浸炭焼入れ処理がなされていた。大ローラ試験片41の円周面を摩耗試験片21の表面に接触させ、表4に示す条件でRP試験を行った。
図3に示す疲労試験片31を用いて、試験荷重を50MPaピッチで変化させて小野式回転曲げ疲労試験を行い、疲労限度(曲げ疲労強度)を求めた。なお、繰り返し数107回に達する前に破断した応力の最小値(σf,min)と、(σf,min)より低い応力で最大の未破断点の応力(σr,max)との中間点を疲労限度とした。本試験においては、疲労限度(曲げ疲労強度)が650MPa以上の場合が、従来技術に対して優れた曲げ疲労強度を有するという点で合格である。
切削工具の工具摩耗を逃げ面摩耗量(μm)によって評価した。方法は以下のとおりである。即ち、高周波焼入れ及び焼戻し後の被削性試験片を、表3に示す粗部材と同じ切削条件で、1本あたり1パスの切削加工を行った。複数の試験片について切削加工を繰り返し、合計の切削時間が5分となるまで切削加工した後に、切削工具の逃げ面摩耗幅を測定した。逃げ面摩耗幅の測定には、マイクロスコープを用いた。工具逃げ面が測定物台と平行になるように工具を設置し、倍率200倍で摩耗部を観察した。この時の、摩耗部中心付近で摩耗が最大となる部分の切れ刃から摩耗先端部までの距離を測定し、逃げ面摩耗量とした。本測定においては、逃げ面摩耗量が40μm以下の場合が、従来技術に対して切削加工時の工具摩耗を抑制することができるという点で合格である。
以上に説明した各試験等に関する結果を表5、表6に示す。
12 中心部
21 摩耗試験片
22 試験部
23 つかみ部
31 曲げ疲労試験片
41 大ローラ
Claims (9)
- C:0.4〜0.7%、Si:0.25%以下、Mn:0.5〜2.6%、P:0.050%以下、S:0.005〜0.020%、Al:0.010〜0.050%、N:0.005〜0.025%及びO:0.003%以下を含有し、かつ、残部がFe及び不可避的不純物からなり、式(1)を満たす化学組成を有する鋼材を加工して粗部材を得る工程と、
前記粗部材に対して高周波焼入れ処理及び焼戻し処理を施して焼入れ材を得る工程であって、
高周波加熱時の周波数を10KHz以上300KHz以下とし、高周波加熱時の加熱時間を1秒以上60秒以下として変態点以上の温度として焼入れし、焼戻し温度を160℃以上200℃以下とし、焼戻し時間を60分以上180分以下とすることで、
前記焼入れ材において、最終形態である製品部材の表面に相当する位置から20μm深さ位置に相当する基準位置での組織が、マルテンサイトと体積率で8.0〜20.0%の残留オーステナイトとを含み、マルテンサイト及び残留オーステナイト合計の体積率が97%以上である組織となる工程と、
前記焼入れ材に対して切削加工を施して製品部材を得る工程であって、
切削工具のすくい角を−30°超−5°以下とし、工具のノーズを0.4mm以上1.2mm以下とし、送りを0.1mm/rev超0.4mm/rev以下とし、切削速度を50m/分以上150m/分以下とし、切り込みを0.05mm以上0.2mm以下とすることで、
前記基準位置での組織において、残留オーステナイトの体積率が12.0%以下となり、切削前の残留オーステナイト体積率(RI)と切削後の残留オーステナイトの体積率(RF)から式(A)によって求められる残留オーステナイト減少率Δγが40%以上となる工程と、
を備える、製品部材の製造方法。
17.0≦25.9C+6.35Mn≦27.2 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、各元素の含有量(質量%)が代入される。
Δγ=(RI−RF)/RI×100 (A) - 前記鋼材が、Feの一部に代えて、Pb:0.5%以下を含有する、請求項1に記載の製品部材の製造方法。
- 前記鋼材が、Feの一部に代えて、V及びTiからなる群から選択される1種以上を総含有量で0.1%以下含有する、請求項1又は2に記載の製品部材の製造方法。
- 前記鋼材が、Feの一部に代えて、Cr:3.0%以下、Mo:3.0%以下、及び、Ni:3.0%以下からなる群から選択される1種以上を含有し、式(1)に代えて、式(2)を満たす、請求項1から3のいずれか1項に記載の製品部材の製造方法。
17.0≦25.9C+6.35Mn+2.88Cr+3.09Mo+2.73Ni≦27.2 (2)
ここで、式(2)中の各元素記号には、各元素の含有量(質量%)が代入される。 - CBN工具を用いて切削加工を実施する、請求項1から4のいずれか1項に記載の製品部材の製造方法。
- 質量%で、C:0.4〜0.7%、Si:0.25%以下、Mn:0.5〜2.6%、P:0.050%以下、S:0.005〜0.020%、Al:0.010〜0.050%、N:0.005〜0.025%及びO:0.003%以下を含有し、かつ、残部がFe及び不可避的不純物からなり、式(3)を満たす化学組成を有し、
表面から20μm深さ位置での組織がマルテンサイトと残留オーステナイトとの合計で97%以上であり、
表面から200μm深さまでの範囲における最大残留オーステナイト体積率(R1)が8.0〜20.0%であり、
前記表面から20μm深さ位置での、残留オーステナイト体積率(R2)と、最大残留オーステナイト体積率(R1)から式(B)によって求められる予想残留オーステナイト減少率Δγpが40%以上であり、
表面に厚さ1.0〜15.0μmの塑性流動組織を有する、
ことを特徴とする、製品部材。
17.0≦25.9C+6.35Mn≦27.2 (3)
ここで、式(3)中の各元素記号には、各元素の含有量(質量%)が代入される。
Δγp=(R1−R2)/R1×100 (B) - Feの一部に代えて、Pb:0.5%以下を含有する、請求項6に記載の製品部材。
- Feの一部に代えて、V及びTiからなる群から選択される1種以上を総含有量で0.1%以下含有する、請求項6又は7に記載の製品部材。
- Feの一部に代えて、Cr:3.0%以下、Mo:3.0%以下、及び、Ni:3.0%以下からなる群から選択される1種以上を含有し、式(3)に代えて、式(4)を満たす、請求項6から8のいずれか1項に記載の製品部材。
17.0≦25.9C+6.35Mn+2.88Cr+3.09Mo+2.73Ni≦27.2 (4)
ここで、式(4)中の各元素記号には、各元素の含有量(質量%)が代入される。
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