JPH02259012A - 高疲労強度肌焼き品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は高疲労強度肌焼き品の製造方法にかかわり、さ
らに詳しくは自動車、建設機械の歯車、各種シャフト類
等の肌焼き品の製造に際して、材質特性、特に疲労強度
の向上を可能とした肌焼き品の製造方法に関するもので
ある。

（従来の技術） 自動車、建設機械の歯車、各種シャフトｉ等の機械部品
のなかで、特に高疲労強度を必要とするものは、所要の
製品形状に加工後、表面硬化処理が行なわれており、こ
のためにこれらの製品は通常脱燐き品と呼ばれている。

表面硬化処理法としては、浸炭焼入れによる方法が最も
一般的である。

浸炭焼入れとは、例えば、昭和４４年１０月１日丸善株
式会社発行［ａの熱処理　改訂５版Ｊ８５〜９７頁に見
られるように、９００°Ｃ程度の温度で浸炭処理を行な
った後、焼入れおよび必要に応じて焼戻しを行なうこと
により、表層のみを高炭素マルテンサイトとなし、疲労
強度の向上をはかる手法である。

こうした浸炭焼入れのみの表面硬化法は、例えば昭和５
９年６月日本熱処理技術協会発行「熱処理第２４巻第３
号」１２８〜１３６頁に見られるように、浸炭表層部の
オーステナイト粒界に沿って表面異常層が生成するため
に硬さ、圧縮残留応力が低下し、必ずしも充分な疲労強
度が付与出来ないことが従来から問題となっていた。こ
れに対して、特開昭６１−２５３３４６公報には、Ｓｉ
：０．１０％以下、Ｍｎ：０．０５％以下に低減して粒
界酸化物の生成を抑制し、Ｐ：０．０１０％以下に抑制
して、粒界強度の向上をはかった浸炭焼入れを行なって
使用される材料が示されている。

しかしながら、このような材料を用いてもなおかつ浸炭
焼入れのみの表面硬化法では、特に高疲労強度を必要と
する肌焼き品の疲労強度の保証には、未だ充分であると
は言えないのが現状である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、肌焼き品の疲労折損に対して、その要
求特性を保証することができる肌焼き品の製造方法を提
供しようとするものである。

（課題を解決するための手段、作用） 本発明者らは、肌焼き品の高疲労強度化を実現するため
に種々検討を行なった結果、特定の成分範囲の鋼材につ
いて、表層に特定範囲の量の残留オーステナイトが導入
される条件で浸炭処理を行なった後、予荷重として特定
の条件で繰り返し曲げ応力を付与することによって、肌
焼き品の疲労折損に対してその要求特性を充分満足でき
る優れた疲労強度を実現することが可能であるという新
規な知見を得て、本発明をなしたものである。

すなわち、本発明は以上の知見にもとすいてなされたも
のであって、その要旨とするところは、重量比として、 Ｃ：　０．１０〜０．３０％、 Ｍｎ：０．５０〜２．０％、 Ｓ　：　０．０１〜０．２０％、 Ｃｒ：０．５０〜１．５０％、 Ａ７：０．０２〜０．１０％、 Ｎ　：　０．０１０〜０．０２５％を含有し、または、
さらに Ｎｂ：０．０２０〜０．１２０％、 Ｔｉ：０．００５〜０．１０％のうち１種または２種を
含有し、 Ｓｉ：０．１０％以下、 Ｐ　：　０．０１０％以下、 ０　：　０．００５％以下に制限し、または、さらにＮ
ｉ：４．０％以下、 Ｍｏ：１．０％以下、 ’ｖ：１．ｏ％以下、 Ｃｕ：３．０％以下の１種または２種以上を含有し、残
部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼材を、所要の製品
形状に加工し、表層０．０２＋＋＋ｍでの残留オーステ
ナイト量が面積率にて２０〜６０％の範囲となるような
条件で浸炭処理を行なった後、応力集中部に、最表面で
の正味の最大応力で７０〜１２０　ｋｇｆ／ｍｍ”の範
囲の繰り返し曲げ応力を、１０″回以下付与することを
特徴とする高疲労強度化焼き品の製造方法にある。

以下に本発明の詳細な説明する。

最初に、本発明対象鋼として、成分組成範囲を前記の如
く限定した理由について説明する。

まず、Ｃは肌焼き品の芯部の強度を増加させるのに有効
な元素であるが、０４１０％未満では強度が不足し、ま
た０、３０％を超えると靭性の劣化を招（とともに、肌
焼き品の疲労強度に有用な圧縮残留応力が生じにく（な
るため、含有量を０．１０〜０．３０％に定めた。

また、Ｍｎ、Ｃｒは焼入れ性の向上に有効な元素である
が、Ｍｎ：０．５０％未満、Ｃｒ：０．５０％未満では
その効果は不十分であり、一方Ｍｎ：２．０％及びＣｒ
：１．５０％を超えるとその効果は飽和し、これらの元
素の多量添加は経済性の点で好ましくないので、これら
の含有量をＭｎ：０．５０〜２．０％。

Ｃｒ：０．５０〜１．５０％とした。

次にＳは被削性の向上に有効な元素であるが、その効果
は０．０１％未満では不十分であり、一方０．２０％を
超えると硫化物系介在物を生成してかえって疲労強度を
劣化させるので、含有量を０．０１〜０．２０％とした
。

ＭとＮは鋼中で化合物／ＩＪＮを形成し、オーステナイ
ト結晶粒を微細化する働きがあり、どちらか一方でも／
’Ｊ　：　０．０２０、Ｎ　：　０．０１０％の下限値
より少ないと効果が不足する。一方Ａｆ　：　０．１０
％。

Ｎ　：　０．０２５％を超えるとその効果は飽和し、む
しろ疲労強度を劣化させるので、これらの含有量をｊＶ
：ｏ、０２＝０．１０％、Ｎ　：　０．０１０〜０．０
２５％とした。

一方、Ｓｔは、浸炭最表層部において粒界酸化物を生成
しやすい元素であり、特にＳｉが０．１０％を超えると
疲労強度劣化が顕著となるため、０．１％を上限とした
。

次に、Ｐは鋼中で粒界偏析を起こし、粒界強度の低下を
介して疲労強度劣化の原因となる。特にＰがｏ、　ｏ　
ｉ　ｏ％を超えると疲労強度劣化が顕著となるため、Ｏ
，ＯＩ　０％を上限とした。

また、０は鋼中で酸化物系介在物を生成し、疲労破壊の
起点となる。特に０がＯ，ＯＯ５％を超えると疲労強度
劣化が顕著となるため、Ｏ，ＯＯ５％を上限とした。

以上が、基本成分系であるが、本発明においてはこの他
さらにオーステナイト結晶粒の微細化をはかることを目
的として、Ｎｂ、Ｔｉのいずれか一方または両方を含有
させることが出来る。

まずＮｂは、鋼中で化合物Ｎｂ（ＣＮ　）を形成しオー
ステナイト結晶粒を微細化する働きがあるが、０、０２
０％未満ではその効果は不十分であり、−方、０．１２
０％を超えるとその効果は飽和し、むしろ疲労強度を劣
化させるので、その含有量を０、０２０〜０．１２０％
とした。

また、Ｔｉは鋼中で化合物Ｔｉ（ＣＮ　）を形成しオー
ステナイト結晶粒を微細化する働きがあるが、０、００
５％未満ではその効果は不十分であり、方０．１０％を
超えるとその効果は飽和し、むしろ疲労強度を劣化させ
るので、その含有量を０．００５〜０．１０％とした。

また本発明対象鋼では、必要に応じて、Ｎｉ　：４．０
％以下、Ｍｏ：１．０％以下、■：１．０％以下、Ｃｕ
：３．０％以下の１種または２種以上を含有させる事が
出来る。これらの元素はいずれも焼入れ性の向上に有効
であるが、多量添加は経済性の点で好ましくないために
、上記の如く上限値を規定した。

次に本発明においてはかかる鋼材を、所要の製品形状に
加工し、表層０．０２ｍｍでの残留オーステナイト量が
面積率にて２０〜６０％の範囲となるような条件で浸炭
処理を行なった後、応力集中部に、最表面での正味の最
大応力で７０〜１２０ｋｇｆ／ｍｍ２の範囲の繰り返し
曲げ応力を１０３回以下付与するのであるが、以下にそ
の理由を述べる。

肌焼き品の疲労強度は、表層の圧縮残留応力が支配的で
あり、圧縮残留応力が大きい程疲労強度は向上する。従
来法である浸炭焼入れのみによる方法では、十分な表層
圧゛縮残留応力を得ることはできないが、本発明法では
、大きな表層圧縮残留応力を得ることが可能である。こ
れは、表層に特定範囲の量の残留オーステナイトを導入
し、予荷重として特定の条件で繰り返し曲げ応力を付与
すれば、残留オーステナイトがマルテンサイト変態を起
こすためである。ただし、いずれか一方でも、表層０．
０２ｍｍでの残留オーステナイト量が面積率にて２０％
未満、製品の応力集中部に付与する繰り返し曲げ応力が
、最表面での正味の最大応力で７０ｋｇｆ／−未満では
、得られる圧縮残留応力量が不十分である。一方かかる
残留オーステナイト量が面積率にて６０％、繰り返し曲
げ応力が１２０　ｋｇｆ／ｍｍ２、繰り返し曲げの回数
がＩＯ″回を超えると、その効果は飽和し、むしろ予荷
重付与の過程で、製品が破壊する危険性があるので、上
記のように規定した。

なお、本発明において、浸炭処理の方法は、特に限定さ
れるものではなく、例えば、ガス浸炭法、真空浸炭法、
イオン浸炭法等を用いて、本発明の要件を満たせば、任
意の条件で行うことができる。

また、本発明においては、浸炭処理後、必要に応して焼
戻しを行うことができる。さらに、予荷重の付与は、最
大応力のみ本発明の要件を満たせば、最小応力は任意の
条件で行うことができる。

以下に、本発明の効果を実施例により、さらに具体的に
示す。

（実施例） 第１表の組成を有する鋼材を、切り欠き底置径：８ｍｍ
、応力集中係数：１．８６の切り欠き付き試験片を用意
し、９３０　’ＣＸ　２４０分浸炭（カーボンポテンシ
＋）Ｌｔ：　０．７〜０．９）　−＋８３０°ｃｘ３０
分保定→油冷（油温：６０〜１５０°Ｃ）→１６０℃×
６０分焼戻しの条件で浸炭処理を行った。浸炭処理後（
つまり、予荷重付与前）の表層０．０２鵬での残留オー
ステナイト量Ｃｒ＊　）　、および小野式回転曲げ疲れ
試験によって評価した疲労限（切り欠き底表面での正味
の最大応力値で表示）を第１表に併せて示す。記号ｑの
鋼材は、本発明の成分の鋼であるが、浸炭処理後の残留
オーステナイト量は、本発明の要件を下回っている。

本発明の要件を満たす試験片はそうでないものに比べて
、概ね優れた疲労限を示すものの、従来法である浸炭処
理のままでは、疲労限は９５ｋｇｆ／岨２が上限（記号
り鋼）である。

次に、これらの試験片について小野式回転曲げ疲れ試験
機を用い、第２表に示す条件で予荷重を付与した。Ｃ，
Ｄの条件で予荷重イ１与を行おうとしたものは、全て予
荷重付与の過程で破断した。

第３表に、予荷重付与後の最大圧縮残留応力（深さ方向
分布におけるピーク値）、および小野式回転曲げ疲れ試
験によって評価した疲労限（切り欠き底表面での正味の
最大応力値で表示）を示す。

本発明法によれば、大きな圧縮残留応力が導入され、従
来法の上限値の１．２倍以上である１２０ｋｇｆ／−以
上の優れた疲労限を有する肌焼き品の製造が可能である
ことがわかる。

第 表 （発明の効果） 以上述べた如く、本発明法よれば肌焼き品の折損に対し
てその要求特性を充分満足できる優れた疲労強度を付与
することが可能となり、産業上の効果は極めて顕著なる
ものがある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比として Ｃ：０．１０〜０．３０％、 Ｍｎ：０．５０〜２．０％、 Ｓ：０．０１〜０．２０％、 Ｃｒ：０．５０〜１．５０％、 Ｎ：０．０２〜０．１０％、 Ｎ：０．０１０〜０．０２５％を含有し、 Ｓｉ：０．１０％以下、 Ｐ：０．０１０％以下、 Ｏ：０．００５％以下に制限し、 残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼材を、所要の製
   品形状に加工し、表層０．０２ｍｍでの残留オーステナ
   イト量が面積率にて２０〜６０％の範囲となるような条
   件で浸炭処理を行なった後、応力集中部に、最表面での
   正味の最大応力で７０〜１２０ｋｇｆ／ｍｍ＾２の範囲
   の繰り返し曲げ応力を、１０＾３回以下付与することを
   特徴とする高疲労強度肌焼き品の製造方法。
2. （２）Ｎｂ：０．０２０〜０．１２０％、Ｔｉ：０．０
   ０５〜０．１０％のうち１種または２種を含有する請求
   項１記載の高疲労強度肌焼き品の製造方法。
3. （３）Ｎｉ：４．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｖ：
   １．０％以下、Ｃｕ：３．０％以下の１種または２種以
   上を含有する請求項１または２記載の高疲労強度肌焼き
   品の製造方法。