JP6720501B2 - Surface treatment method for steel parts - Google Patents
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Description
本発明は、鋼部品の表面処理方法に関する。 The present invention relates to a surface treatment method for steel parts.
特許文献1には、ベルト式無段変速機用の鋼製の固定プーリーが開示されている。この固定プーリーは、円柱状の軸部と、この軸部と一体に形成された円錐状の固定シーブ部と、を備えている。上記固定プーリーは、軸部の先端から軸付け根までは、径の大きさが一定となっており、この軸付け根から、傾斜した固定シーブ部に沿って径が徐々に増加している。従って、軸付け根の周囲には、断面概ねL字状のコーナー部が全周に亘って形成されている。
固定プーリーの軸部には、固定プーリーに対し軸部上を摺動移動して離接可能となるように円錐状の可動プーリーが嵌め込まれる。組立状態では、固定プーリーおよび可動プーリーによって囲まれた概ねV字形断面の周溝が形成されており、この周溝には、金属製ベルトが巻き掛けられている。金属製ベルトの摺動時には、上記コーナー部に繰り返し曲げが作用し、応力集中が生じる。 A conical movable pulley is fitted into the shaft portion of the fixed pulley so that the fixed pulley can be slidably moved on the shaft portion to come into contact with and separate from the shaft portion. In the assembled state, a peripheral groove having a substantially V-shaped cross section surrounded by the fixed pulley and the movable pulley is formed, and a metal belt is wound around the peripheral groove. When the metal belt slides, bending is repeatedly applied to the corners, resulting in stress concentration.
金属製ベルトとの接触により固定シーブ部の傾斜した接触部分が摩耗し易いため、特許文献1では、固定プーリーの表面全体を浸炭焼き入れ焼き戻し処理することにより、表面全体の炭素濃度を高めつつ、表面全体の硬さを高くしている。
Since the inclined contact portion of the fixed sheave portion is easily worn due to contact with the metal belt, in
また、特許文献2には、焼結冷間鍛造部品として平歯車が開示されている。この平歯車は、切り欠きとして作用する残留気孔を平歯車の表面に有しており、この残留気孔は、応力集中が生じる要因となる。特許文献2では、残留気孔による応力集中の影響を低減するために、冷間鍛造された焼結平歯車を所定の炭素濃度の浸炭性ガス雰囲気中で浸炭処理した後で、上記所定の炭素濃度よりも低い炭素濃度のガス雰囲気中で脱炭処理している。これにより、平歯車の表面全体の靱性が高くなる。 Further, Patent Document 2 discloses a spur gear as a sintered cold forged component. This spur gear has residual pores acting as cutouts on the surface of the spur gear, and these residual pores cause stress concentration. In Patent Document 2, in order to reduce the effect of stress concentration due to residual pores, a cold forged sintered spur gear is carburized in a carburizing gas atmosphere having a predetermined carbon concentration, and then the predetermined carbon concentration is set. Decarburization is performed in a gas atmosphere having a lower carbon concentration. This increases the toughness of the entire surface of the spur gear.
特許文献1の固定プーリーでは、金属製ベルトと接触する固定シーブ部の傾斜した接触部分のように、比較的高い耐摩耗性が要求される箇所と、繰り返し作用する曲げに伴う応力集中が生じるコーナー部のように、比較的高い靱性が要求される箇所と、が存在する。
In the fixed pulley of
特許文献1のように、固定シーブ部の接触部分の耐摩耗性を比較的高くするために、固定プーリーの表面全体を浸炭焼き入れ焼き戻し処理し、表面全体の硬さを高くすると、コーナー部の表面における靱性が比較的低くなり、応力集中に対する亀裂の発生が生じる虞がある。
As in
一方、特許文献1の固定プーリーに特許文献2の脱炭処理を適用して、浸炭焼き入れ焼き戻し処理後の固定プーリーの表面全体をガス雰囲気中で脱炭処理すると、応力集中が生じるコーナー部の表面の炭素濃度を比較的低くできるものの、固定シーブ部の接触部分の表面の炭素濃度も比較的低くなり、上記浸炭焼き入れ焼き戻し処理により高めた接触部分の表面の耐摩耗性が低下してしまう。
On the other hand, when the decarburizing treatment of Patent Document 2 is applied to the fixed pulley of
本発明は、軸部と、該軸部の外周から径方向へ突出し、部材との接触により力が作用する大径部とを有し、上記軸部と上記大径部との間にコーナー部が設けられた鋼部品の表面処理方法であって、コーナー部を有した鋼部品の表面全体を炉内で浸炭処理する工程と、上記鋼部品を液体に浸漬し、上記コーナー部を上記液体内で加熱して脱炭する工程と、を含む、鋼部品の表面処理方法である。 The present invention has a shaft portion and a large diameter portion that projects radially from the outer periphery of the shaft portion and a force acts by contact with a member, and a corner portion between the shaft portion and the large diameter portion. A method of surface treatment of a steel part provided with, a step of carburizing the entire surface of a steel part having a corner in a furnace, immersing the steel part in a liquid, the corner part in the liquid in comprising the step of decarburization by heating pressurization, and a surface treatment method of steel parts.
従って、鋼部品の表面全体におけるコーナー部のみを液体内で局部的に脱炭する。 Therefore, only the corners on the entire surface of the steel part are locally decarburized in the liquid.
本発明によれば、コーナー部の炭素濃度が他の部位に比較して低くなり、このコーナー部の靱性が部分的に高くなるので、応力集中に対する亀裂の発生が低減される。 According to the present invention, the carbon concentration in the corner portion is lower than that in other portions, and the toughness of the corner portion is partially increased, so that the occurrence of cracks due to stress concentration is reduced.
以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明が適用される鋼部品として、例えば車両で用いられるベルト式無段変速機の固定プーリー1を示している。この固定プーリー1は、肌焼鋼、例えばSCr420Hで構成されており、円柱状の軸部2と、この軸部2と一体に形成された円錐状の固定シーブ部3と、を備えている。固定プーリー1は、図示したように、軸部2の先端4から軸付け根5までは、径の大きさが一定となっており、軸付け根5から固定シーブ部3の外周6までは、固定シーブ部3の円錐面に沿って径が徐々に増加している。従って、軸付け根5の周囲には、断面概ねL字状のコーナー部7が全周に亘って形成されている。また、固定プーリー1は、固定シーブ部3の外周6で、径の大きさが最大となる。
FIG. 1 shows a
上記固定プーリー1の軸部2には、円錐状の図示せぬ可動プーリーが、上記固定プーリー1に対し軸部2上を摺動移動して離接可能となるように嵌め込まれる。可動プーリーが軸部2に嵌め込まれた状態では、固定シーブ部3および可動プーリーの間に概ねV字形断面の図示せぬ周溝が形成される。この周溝の幅は、油圧等により可動シーブ部を軸部2に沿って摺動させることで変更可能となっている。組立状態では、上記固定プーリー1および上記可動プーリーからなる2つのプーリー対を2つの軸部2,2が互いに平行になるように配置してあり、図示せぬ金属製ベルトが、各プーリー対の固定シーブ部3および可動プーリーの双方に接触するように各周溝内に巻き掛けられている。そして、図示せぬエンジンからの入力を受けて上記周溝の幅寸法が連続的に変化することによって、金属製ベルトの掛かり径が変化する。
A conical movable pulley (not shown) is fitted into the shaft portion 2 of the fixed
金属製ベルトの摺動時には固定シーブ部3の傾斜した接触部分8の表面8aが金属製ベルトとの接触により摩耗し易いので、表面8aの硬さを比較的高くすることにより、表面8aの耐摩耗性を高くすることが要求される。従って、本実施例では、接触部分8の表面8aの炭素濃度を高くすることにより、表面8aの耐摩耗性を高くしている。 When the metal belt slides, the surface 8a of the slanted contact portion 8 of the fixed sheave portion 3 is easily worn by contact with the metal belt. Therefore, by making the hardness of the surface 8a relatively high, the resistance of the surface 8a can be improved. High wear resistance is required. Therefore, in this embodiment, the wear resistance of the surface 8a is increased by increasing the carbon concentration of the surface 8a of the contact portion 8.
一方、軸部2の軸付け根5の周囲にあるコーナー部7には、金属製ベルトの摺動により曲げが繰り返し作用して応力集中が生じ、図1に破線の矢印で示したような亀裂9が発生し易くなる。従って、コーナー部7については、コーナー部7の表面7aの靱性を比較的高くすることにより、応力集中に対する亀裂9の発生を低減することが要求される。よって、本実施例では、コーナー部7の表面7aの炭素濃度を比較的低くすることにより、表面7aの靱性を高くしている。
On the other hand, in the
以下、図2および図3を参照して、本実施例における固定プーリー1の表面処理方法について説明する。
The surface treatment method of the
まず、肌焼鋼を鍛造または鋳造した後に機械加工することにより、軸部2および固定シーブ部3を有した固定プーリー1を形成する。
First, case hardening steel is forged or cast and then machined to form the
次に、図2に示すように固定シーブ部3が下側となる姿勢で複数の固定プーリー1を浸炭処理炉10内に集団の荷姿で配置した上で、所定の浸炭温度、例えば800〜1000℃のもと、上記複数の固定プーリー1を浸炭する。この浸炭は、例えばアセチレン等の炭化水素によるガス浸炭雰囲気11中で行われる。浸炭の際は、例えば固定プーリー1の表面1aからの浸炭深さ(ECD)が0.9mmとなり、固定プーリー1の表面1aの炭素濃度が0.85重量%となるようにする。これにより、炭素が表面1aに浸透し、表面1aにおける炭素濃度が比較的高くなる。従って、表面1aの硬さが比較的高くなり、固定プーリーの全体に亘って表面1aの耐摩耗性が比較的高くなる。一方、固定プーリー1の内部1bには、炭素がほとんど浸透しておらず、内部1bの硬さは、表面1a全体の硬さよりも低い。
Next, as shown in FIG. 2, a plurality of
また、浸炭後の固定プーリー1の金属組織は、オーステナイトとなっている。
The metal structure of the
次に、図3を参照して、図2の浸炭工程で浸炭された固定プーリー1の局部的な脱炭工程について説明する。
Next, with reference to FIG. 3, a local decarburizing process of the fixed
まず、図3に示したように、炭素ポテンシャルが比較的低い液体12で液槽13を満たしておく。この液体12は、例えば水とアルコールとの混合液である。例えば、水の炭素ポテンシャルは、0%であり、アルコールの炭素ポテンシャルは、0.9%である。本実施例では、水とアルコールとの比率は、炭素ポテンシャルが例えば0.2〜0.3%となるように調整される。液体12の炭素ポテンシャルは、浸炭処理後の表面1aの炭素濃度(0.85重量%)よりも低いことが必要である。平衡後の表面1aの炭素濃度は、目標となる炭素濃度に設定されている。
First, as shown in FIG. 3, the
次に、図2の浸炭工程で浸炭された固定プーリー1を、1個ずつ図3に示すように固定シーブ部3が下側となる姿勢で液槽13に浸漬する。固定プーリー1は、液槽13内で上記液体12により急冷される。これにより、固定プーリー1について焼き入れ処理を行ったのと同様の効果が得られる。浸漬時には、固定プーリー1の金属組織は、オーステナイトからマルテンサイトへと変化する。従って、固定プーリー1の表面1a全体の硬さが比較的高くなり、表面1a全体の耐摩耗性が比較的高くなる。
Next, the fixed
なお、固定プーリー1の浸漬後に、固定プーリー1を焼き入れ処理するようにしても良い。
The fixed
そして、図3に示すようにコーナー部7付近に設けたプラス電極14およびマイナス電極15を用いて、脱炭可能となる温度まで、コーナー部7の表面7aを通電により液体12内で局部的に加熱する。ここで、この脱炭可能となる温度は、例えばコーナー部7の表面7aの温度が930〜1050℃の範囲となる温度である。なお、ヒータまたは高周波加熱によってコーナー部7の表面7aを液体12内で局部的に加熱するようにしても良い。また、この加熱は、上記液体12と上記固定プーリー1との間の1秒あたりの熱伝達率が2kW/m2K以上となる熱伝達率の条件のもとに行われる。コーナー部7の表面7aは、この表面7aの温度が930〜1050℃の範囲にあるように局部的に加熱されているが、コーナー部7の表面7a以外の固定プーリー1の表面1aおよび内部1bは、上記液体12との熱伝達により冷却されており、脱炭は進行しない。上記の局部的な加熱により、コーナー部7の表面7aが部分的に脱炭され、表面7aの炭素濃度が、コーナー部7以外の固定プーリー1の表面1aの炭素濃度よりも低くなる。望ましくは、脱炭後のコーナー部7の表面7aの浸炭深さ(ECD)は0mmとなり、表面7aの炭素濃度は、液体12の炭素ポテンシャルに応じた0.2重量%となる。従って、コーナー部7の表面7aの靱性が、コーナー部7以外の固定プーリー1の表面1aの靱性よりも高くなる。
Then, using the
また、脱炭後の表面7aの金属組織は、フェライトとなる。なお、脱炭後の表面7aの金属組織は、マルテンサイトおよびベイナイトとなることもある。
The metal structure of the
そして、上記のように局部的に加熱されたコーナー部7の表面7aを、約10℃/秒の冷却速度で冷却する。ここで、冷却後のコーナー部7の表面7aの金属組織は、フェライトおよびパーライトとなる。
Then, the
図4に、従来の表面処理方法および本実施例の表面処理方法により固定プーリー1を表面処理したときの曲げ疲労強度についての試験結果を示す。図示したように、脱炭を行わない従来の表面処理方法により表面処理した固定プーリー1のコーナー部7の曲げ疲労強度が約0.7GPaであるのに対し、本実施例の表面処理方法により表面処理したコーナー部7の曲げ疲労強度は1.2GPaを超えている。従って、本実施例の表面処理方法により固定プーリー1のコーナー部7の曲げ疲労強度を増加させることができる。
FIG. 4 shows the test results of bending fatigue strength when the fixed
上記のように、本実施例では、固定プーリー1の表面1aの浸炭後に、応力集中が生じるコーナー部7の表面7aを液体12内で局部的に脱炭するようにしたことから、表面7aの炭素濃度が比較的低くなって、この表面7aの靱性が高くなる。これにより、応力集中に対する表面7aの亀裂の発生が低減される。
As described above, in this embodiment, after the
また、本実施例では、加熱後に、約10℃/秒の冷却速度でコーナー部7の表面7aを冷却するようにしたことから、金属組織がフェライトおよびパーライトとなり、表面7aのヤング率が低下する。これにより、同じ曲げ量がコーナー部7に作用した場合でも、コーナー部7に生じる応力を減少させることができる。
Further, in this embodiment, since the
さらに、本実施例では、コーナー部7の表面7aの局部的な加熱を、上記液体12と上記固定プーリー1との間の1秒あたりの熱伝達率が2kW/m2K以上となる熱伝達率の条件のもとで行うようにしたことから、コーナー部7の表面7a以外の部分を冷却したまま、コーナー部7の表面7aのみが加熱される。これにより、浸炭工程で適切な硬さ、靱性およびヤング率が得られた固定プーリー1の部分(例えば固定シーブ部3の表面など)を維持したまま、固定プーリー1において部分的に異なる特性が要求される箇所(コーナー部7)のみの硬さ、靱性およびヤング率を変えることができる。
Furthermore, in the present embodiment, the local heating of the
また、上記実施例では、処理時間が比較的長い浸炭処理を、複数の固定プーリー1が集団の荷姿となるようにまとめて行い、処理時間が比較的短い局部的な脱炭処理を、個々の固定プーリー1について個別に行うようにしてある。従って、浸炭処理における固定プーリー1の1個当たりのリードタイムと、脱炭処理における1つの固定プーリー1のリードタイムと、を互いに近いものとし、複数の固定プーリー1全体における生産性を向上させることができる。
Further, in the above-mentioned embodiment, the carburizing treatment having a relatively long treatment time is collectively performed so that the plurality of fixed
なお、上記実施例では、鋼部品の一例としてベルト式無段変速機の固定プーリー1を開示したが、鋼部品として他の種々の部品に本発明を適用することができる。
In addition, although the fixed
1・・・固定プーリー
1a・・・表面
2・・・軸部
3・・・固定シーブ部
7・・・コーナー部
7a・・・表面
8・・・接触部分
8a・・・表面
9・・・亀裂
10・・・浸炭処理炉
12・・・液体
13・・・液槽
14・・・プラス電極
15・・・マイナス電極
1...Fixed
Claims (6)
上記コーナー部を有した鋼部品の表面全体を炉内で浸炭処理する工程と、
上記鋼部品を液体に浸漬し、上記コーナー部を上記液体内で加熱して脱炭する工程と、
を含む、鋼部品の表面処理方法。 It has a shaft portion and a large diameter portion that projects radially from the outer periphery of the shaft portion and a force acts by contact with a member, and a corner portion is provided between the shaft portion and the large diameter portion. A surface treatment method for steel parts, comprising:
A step of carburizing the entire surface of the steel part having the corner portion in the furnace,
The steel component was dipped into a liquid, comprising the steps of decarburizing the corner portion by heating pressurized within the liquid,
A method for surface treatment of steel parts, comprising:
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