JPH02294462A - 鋼部材の浸炭焼入方法 - 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〕 本発明は鋼部材の浸炭焼入方法に関し、特にＣｒを含ん
だ鋼部材に多量の球状炭化物を析出させて耐ピッチング
性に優れた鋼部材とする方法に関するものである一 〔従来技術〕 従来、機械類の歯車など高い耐摩耗性及び耐ピッチング
性と疲労強度が要求される鋼部材に対して浸炭焼入処理
が一般に広く採用され、また更に高い疲労強度が要求さ
れる鋼部材に対しては浸炭焼入・焼戻し後にショットピ
ーニング処理を施すことにより残留圧縮応力を形成し疲
労クランクの生成或いは伝播を抑制する技術も実用化さ
れている． 従来の浸炭焼入方法において、鋼部材の表面部の結晶粒
内及び結晶粒界に球状炭化物を析出させる為には、鋼中
のＣｒ含有量を２．４％以上にすることが必要で、その
場合鋼材料の材料費が高価になる．２．４％未満のＣｒ
含有量の鋼部品に対して浸炭焼入処理によって結晶粒内
及び結晶粒界に多量の球状炭化物を析出させる技術とし
て、例えば特公昭６２−２４４９９号公報には、初折炭
化物が析出しないように予備浸炭処理後に冷却し、その
後再加熱して浸炭焼入れする鋼の浸炭処理方法が開示さ
れている． 一方、本願出願人は特願昭６３−１８５１７７号におい
て、予備浸炭処理し、次にＡ，変態点直上の温度まで加
熱後Ａ，変態点直下の温度まで冷却する炭化物球状化処
理を施し、次に再加熱して浸炭処理する浸炭焼入方法を
提案した．〔発明が解決しようとする課題〕 一般に、歯車などに使用される肌焼鋼などの鋼部材の場
合、表面部に多量の炭化物を析出させる為には、浸炭処
理時のカーボンポテンシャルをかなり高く保つことが必
要であるが、この場合調部材の表面部に過度の炭化物が
析出し、内部への浸炭が妨げられること、また鋼部材の
表面部の結晶粒界に太く網状の炭化物が析出して球状化
処理によっても球状化できなくなるという問題がある．
上記公報の浸炭処理方法は従来の浸炭焼入方法の欠点を
解消して鋼部材の表層部に多量の球状炭化物を析出させ
得る方法である。

しかしながら、予備浸炭処理の次に行なう浸炭工程（炭
化物生成工程）では、Ａｃｅを越えるかなり高いカーボ
ンポテンシャルにて浸炭処理することから、結晶粒界に
片状ないし網状の炭化物が多量に析出することは避けら
れない。特に、この浸炭工程を比較的短かい時間で処理
する場合に片状ないし網状炭化物の析出が多くなるとい
う問題がある．そして、この浸炭処理方法によって所期
の球状炭化物を多量に析出させる為には、予備浸炭処理
及び浸炭工程の処理時間が非常に長くなるという問題が
ある。

上記本願出願人の先の出願に係る浸炭焼入方法において
は、予備浸炭処理によって生成した炭化物に対しては球
状化処理によって球状化を図ることが出来るけれども再
加熱浸炭処理によって生成した炭化物の一部が片状化な
いし網状化するという問題がある． 本発明の目的は、鋼部材の表面部に多量の球状炭化物を
確実に生成することの出来る鋼部材の浸炭焼入方法を提
供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る鋼部材の浸炭焼入方法は、Ｃｒを含んだ鋼
部材の浸炭焼入方法において、上記鋼部材をカーボンポ
テンシャル１．０〜１．４％で浸炭処理してからＡ，変
態点より低い温度まで徐冷する浸炭徐冷処理を２回以上
繰返し、次に鋼部材をＡ，変態点直上の温度まで加熱後
Ａ１変態点直下の温度まで冷却する炭化物球状化処理を
少なくとも１回施し、次に綱部材を再加熱して焼入処理
するものである。

〔作用〕

本発明に係る浸炭焼入方法においては、先ず、Ｃｒを含
んだ鋼部材をカーボンポテンシャルｌ．Ｏ〜１．４％で
浸炭処理してからＡ，変態点よりも低い温度まで徐冷す
る。

Ｃｒは炭化物生成元素であると同時に焼入れ性向上元素
であることから、Ｃｒを含んだ鋼部材（ＳＣｒｆｊｌ、
ＳＣＭｗ４、ＳＮＣＭｗ４などの肌焼ｌｍ）であること
が必要で、浸炭層の炭化物生成及び鋼部材内部の焼入性
を考慮するとＣｒ含有量は０．５％以上必要であるが、
２．０％を越えると硬くなって加工性が低下するので実
用性に欠ける．カーボンポテンシャル（Ｃ．Ｐ．）が１
．０％より小さいと炭化物が十分析出しない。ｃ．ｐ．
が１．４％より大きくなると、表面に過剰の炭化物が析
出したり粒界に太い網状炭化物が析出して多量の球状炭
化物が得られず、熱処理変形を抑えるため浸炭後の冷却
は徐冷が好ましい。徐冷といっても具体的な冷却方法は
設備により異なるが、たとえばＡ１変態点以下まで脱炭
防止雰囲気中で炉冷してやればその後の冷却は任意に選
択できる。単に１回だけ浸炭したのでは十分な炭化物が
得られない．複数回《り返すことにより表面での炭化物
の凝集や網状になることなく浸炭表面部に多量の炭化物
を析出させることができる。

次に、上記浸炭徐冷処理を２回以上繰返した後、鋼部材
をＡ１変態点直上の温度まで加熱後Ａ，変態点直下の温
度まで冷却する炭化物球状化処理を少なくとも１回施す
． Ａ．変態点直上の温度まで加熱すると、析出炭化物のう
ちの片状の炭化物の一部が再固溶しまた網状炭化物の一
部が再固溶して分断され、次にＡ１変態点直下まで冷却
すると炭化物が球状に生長する。この球状化処理を少な
くとも１回施すことにより２回以上の浸炭徐冷処理で析
出した多量の炭化物を確実に球状化させることが出来る
．尚、炭化物球状化処理は２回以上行なうことも有り得
る．この炭化物球状化処理の処理雰囲気はｃ．ｐ．０．
５％以上で行なう。０．５％以下だと脱炭により炭化物
が固溶促進され減少してしまう。ヒートパターンはＡ，
変態点直上直下での保持をくり返す方法が迅速である． 次に、上記炭化物球状化処理を施した後、鋼部材をＡ．
変態点より高温に加熱して急冷することにより焼入処理
し、鋼部材の基地組織をマルテンサイト組織とする。

焼入れに際し、加熱温度が高いと炭化物の固溶を促進し
好ましくない．加熱温度の目安としては少なくともあら
かじめ処理した浸炭温度以下であること。また、焼入れ
温度は焼入れ不良などないよう適正にする必要がある．
通常の肌焼綱であれば８００〜８５０℃が適当である。

また焼入れに際しては浸炭雰囲気（ｃ．ｐ．ｏ．ｓ％以
上）が好ましく同時に窒化処理を施すこともできる．〔
発明の効果〕 本発明に係る綱部材の浸炭焼入方法によれば、上記〔作
用〕の項で詳述したように、２回以上の浸炭徐冷処理に
より鋼部材の表面部にがなり深くまで多量の炭化物を析
出させ、この多量の炭化物を炭化物球状化処理によって
確実に球状化させることが出来、焼入処理によって基地
組織をマルテンサイト組織にするので、結局鋼部材の表
面部はマルテンサイト組織中に多量の球状炭化物が存在
し且つ片状の炭化物や網状炭化物は殆んど存在しないｍ
織となる． 従って、鋼部材の表面部は耐ピッチング性に優れた組織
となる。つまり、この浸炭焼入方法は高負荷の歯車等の
高い耐ピッチング性の要求される鋼部材を処理するのに
好適の方法である。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

く第１実施例〉 （１）　　処理対象品： 浸炭焼入処理を施す処理対象品（以下、ワークという）
としてＳＣＭ４２０Ｈの２０ｗφ丸棒を用いた． （２）　　熱処理： 本案例のワークに施した熱処理（第１図参照）は、次の
通りである． 第１工程：カーボンポテンシャル（以下、Ｃ．Ｐ．とい
う）＝１．３％の浸炭雰囲気中でワークに９００℃×２
時間の浸炭処理を施し、次にワークをＡ，変態点より低
い温度まで炉冷にて徐冷した（浸炭徐冷処理）． 第２工程：上記ワークに第１工程と同様の浸炭徐冷処理
を施した。

第３工程：上記ワークをＡ１変態点直上の７４０℃に加
熱してその温度に１時間保持してからＡ１変態点直下の
６８０℃まで降温させてその温度に１時間保持した（炭
化物球状化処理）。

この炭化物球状化処理は脱炭防止の為Ｃ．Ｐ．＝０．５
％以上の浸炭雰囲気中で行なった。

第４工程：上記ワークをＣ．Ｐ．＝０．８％の浸炭雰囲
気中において浸炭処理温度より低い８５０℃まで加熱し
てその温度に３０分間保持し、その後上記ワークに油焼
入を施した（再加熱焼入処理）． 第５工程：上記ワークを１７０℃まで昇温させてその温
度に１．５時間保持した（焼戻し処理）。

比較例のワークに施した熱処理（第２図参照）は、次の
通りである． 第ＩＡ工程：　Ｃ，Ｐ．＝１．６％の浸炭雰囲気中でワ
ークに９００℃×３時間の浸炭処理を施し、次にワーク
をＡ．変態点より低い温度まで炉冷にて冷却した。

第２Ａ工程：上記ワークに前記第３工程と同じ炭化物球
状化処理を２回施した。

第３Ａ工程：上記ワークに前記第４工程と同じ再加熱焼
入処理を施した。

第４Ａ工程：上記ワークに前記第５工程と同じ焼戻し処
理を施した。

第３図は本発明の浸炭焼入方法で処理した本案例のワー
クの金属組織の４００倍拡大写真であり、第４図は比較
例のワークの金属＆Ｕ織の４００倍拡大写真である。

本案例のワークでは、白色の粒々で見られるように球状
炭化物が多量に析出しており、網状の炭化物は全《存在
しない。

比較例のワークでは、球状化処理を２回施したにも拘ら
ず、表面付近に球状炭化物が存在するものの表面付近以
外の部分には結晶粒界に生じた網状の炭化物が存在して
いる。この比較例では、この網状の炭化物の所で剥離が
生じるので高い耐ピッチング性を期待することは出来な
い。

尚、本案例のワークでは、表面硬さがＨＶ８２０であり
、２５０℃の熱履歴を受けた後にもＨｖ８００という高
い表面硬さを維持している。

く第２実施例〉 浸炭焼入処理を施す処理対象品として、前記と同様ＳＣ
Ｍ４２０Ｈの小野式回転曲げ疲労試験片を作成し、本案
例の試験片には前記第１実施例の本案例のワークと同じ
処理を施し、比較例の試験片には前記第１実施例の比較
例のワークと同じ処理を施した。

上記のように浸炭焼入処理した本案例の試験片と比較例
の試験片を小野式回転曲げ疲労試験機で試験を行なった
結果は、第１表の通りである。

第１表 上記の回転曲げ疲労試験結果から判るように、比較例の
試験片は、炭化物の球状化が不十分で網状炭化物が多量
に残存しているので、本案例の試験片と比較して破断寿
命が大幅に低下している。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例と比較例に係るもので、第１図は
第１実施例の本案例のワークに施した熱処理の熱処理サ
イクルの説明図、第２図は第１実施例の比較例のワーク
に施した熱処理の熱処理サイクルの説明図、第３図は第
１実施例の本案例のワークの表面部の金属組織の４００
倍拡大写真、第４図は第１実施例の比較例のワークの表
面部の金属組織の４００倍拡大写真である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｒを含んだ鋼部材の浸炭焼入方法において、上
   記鋼部材をカーボンポテンシャル１．０〜１．４％で浸
   炭処理してからＡ＿１変態点より低い温度まで徐冷する
   浸炭徐冷処理を２回以上繰返し、次に鋼部材をＡ＿１変
   態点直上の温度まで加熱後Ａ＿１変態点直下の温度まで
   冷却する炭化物球状化処理を少なくとも１回施し、 次に鋼部材を再加熱して焼入処理することを特徴とする
   鋼部材の浸炭焼入方法。