JPH0234767A

JPH0234767A - 浸炭焼入方法

Info

Publication number: JPH0234767A
Application number: JP18517888A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Miwa; 能久三輪; Shinya Shibata; 柴田　伸也; Yoshihiko Kojima; 小島　芳彦; Yukio Arimi; 幸夫有見
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1988-07-25
Filing date: 1988-07-25
Publication date: 1990-02-05

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、自動車における歯車等機械構造部品のように
強度特性が要求される鋼部材の浸炭焼入方法に関する。

（従来の技術）この浸炭焼入方法は鋼部材の強度特性を著しく向上させ
ることができるので、上記の機械構造部品のような高負
荷部品の疲労強度を向上させるために主として採用され
ている。

しかるに、近年、自動車における機械構造部品は高負荷
及び高速運転化に伴って、高い疲労強度と共に、より優
れた耐摩耗性と耐ピツチング性も要求されるようになっ
てきた。

通常の浸炭焼入方法は鋼部材の疲労強度の向上を主眼と
するので、理想とする熱処理組織はマルテンサイトと変
態しきれなかった少量の残留オーステナイトとからなる
混合組織である。この混合組織からなる鋼部材の表面硬
さは高々Ｈｖ８００であって、この場合の表面炭素濃度
は通常０．８〜０．９％に設定されている。ところが、
より優れた耐摩耗性を得るには表面層の硬さをＨｖ８０
０以上にする必要があり、そのためには、表面層にさら
に炭化物を析出させる必要がある。

そこで、近時、特公昭６２−２４４９９号公報に例示さ
れるように、鋼部材を予備浸炭した後冷却し、その後再
加熱して浸炭焼入れをする方法が提案されている。

（発明が解決しようとする課題）この方法によると表面層に炭化物を析出させることはで
きるが、この方法で表面層の硬さをＨｖ８００以上にす
るためには、予備浸炭後の表面炭素濃度を０．９％以上
にする必要がある。このように高濃度に浸炭して炭化物
を析出させる方法は高炭素浸炭法としてその原理が知ら
れているが、この方法によって得られる鋼部材は表面層
の硬さが大きいため転勤面がなじみ難いという性質があ
る。そのために、歯車の精度やハウジングの剛性等鋼部
材の使用状態によっては、初期なじみが悪いため局部当
りが発生し、接触部の面圧が局部的に大きくなってピッ
チングが発生するという新たな問題が発生する。

浸炭焼入法によって得られた鋼部材の表面になじみ性を
付与する方法としては、リュブライト処理やＣｕ（銅）
などの軟質金属のめっきが知られている。しかし、リュ
ブライト処理は被膜厚さが薄く短時間の使用で消失する
ので効果が不十分であり、また、軟質金属めっきはコス
トが高い上に、摩耗粉を多量に発生して潤滑油の性籾、
？４化させるという問題があるので採用できない。

（発明の目的）上記に鑑みて本発明は、得られる鋼部材の表面硬さが通
常より高い（Ｈｖ＞８００）にも拘らず初期なじみの良
い浸炭焼入方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するため本発明は、Ｃｒを含有する鋼
部材の表面炭素濃度を１％以上に設定すると共に、最表
面層のＣｒを内部酸化させるものである。

具体的に本発明の講じた解決手段は、浸炭焼入方法を、
Ｃｒを含有する鋼部材を、その表面炭素濃度が１％以上
になるように予備浸炭した後、最表面層のＣｒが内部酸
化するような弱酸化性雰囲気中にてＡＩ変態点以下まで
冷却し、その後、前記予備浸炭の温度以下で再加熱して
浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れをする構成としたも
のである。

（作用）上記の構成により、Ｃｒを含有する鋼部材をその表面炭
素濃度が１％以上になるように予備浸炭しているので、
鋼部材の表面層の硬さはＨｖ８００以上になる。また、
この鋼部材を最表面層のＣｒが内部酸化するような弱酸
化性雰囲気中にてＡｌ変態点以下まで冷却するので、最
表面層のＣｒが酸化物となって炭化物生成機能を失うた
め、次の浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れの工程で最
表面層に炭化物が析出しない。

（実施例）以下、本発明の実施例を第１図に示す熱サイクル及び第
２図（１）及び（２）に示す熱処理炉の構成に基づいて
説明する。

まず、Ｃｒ（クロム）を含有する鋼部材を、予備浸炭室
内で表面炭素濃度が１％以上になるようなカーボンポテ
ンシャルの下で温度Ｔ１にて予備浸炭する。

鋼部材にＣｒ（クロム）を含有させるのは、Ｃ「（クロ
ム）が焼入れ性を向上させる元素であると共に炭化物を
生成しやすい元素であるためである。Ｃｒ（クロム）の
含有量については０，５〜２．０が好ましい。その理由
はＣｒ（クロム）の含有量が０．５％未満であると、焼
入れ深さが不足すると共に表面層における炭化物の析出
が不足するためであり、２．０％を超えると鋼部材が硬
くなり過ぎて加工性が著しく悪化するためである。

この範囲のＣｒ（クロム）含有量を有する材料としては
、ＪＩＳ規格のＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４
２０又はＳＮＣＭ４２０等がある。

また、鋼部材の表面炭素濃度が１％未満では、次の冷却
工程で、鋼部材の表面硬さ向上に必要な量の炭化物の析
出が得られないので、予備浸炭後の表面炭素濃度を１％
以上にする必要がある。なお、表面炭素濃度が３％を超
えると、炭化物の析出量が過剰になって鋼部材の靭性が
低下し、また、表面炭素濃度が３％を超えるような浸炭
ガス濃度にすると、炉のスーティングが生じて生産性が
損われるので、表面炭素濃度は３％以下が好ましい。

予備浸炭をした後、この鋼部材を冷却室内において最表
面層のＣｒ（クロム）が内部酸化するような弱酸化性雰
囲気にてＡｌ変態点以下まで冷却する。

鋼部材の疲労強度及び耐ピツチング性を共に向上させる
ためには、表面層の硬さはＨｖ８００〜Ｈｖ９００が適
当であって、この硬さを得るために必要な炭化物の量は
面積率で３〜３０％の範囲であり、５〜２０％の範囲が
より好ましい。炭化物の量が３％未満であると表面硬さ
向上の効果が不十分であり、３０％を超えると靭性が低
下してしまう。

また、最表面層のＣｒ（クロム）が内部酸化するために
は次のような雰囲気ガスが必要である。

すなわち、鋼部材は予備浸炭されているため表面層の炭
素濃度が高くなっている。このような高い炭素濃度を有
する地の中で拡散してＣｒ（クロム）を酸化するような
傾向のある雰囲気ガスが必要であり、具体的には、ＲＸ
ガス（商品名）又はこのＲＸガスに極微量の空気を混在
させたものが適当である。このＲＸガスは吸熱形ガスで
あって、Ｃ０（−酸化炭素）、Ｎ２（水素）及びＮ２　
　（窒素）を主成分とする混合ガスである。なお、この
雰囲気ガスとして、Ｎ２　　（窒素）ガスのような中性
ガスやＡｒ（アルゴン）ガスのような不活性ガスを使用
すると内部酸化が生じず、一方、空気では鋼自体の酸化
或いは脱炭が著しいのでそれぞれ不適当である。

このように最表面層のＣｒ（クロム）を内部酸化させる
と、Ｃｒ（クロム）は酸化物となり地の中で異物として
存在するに過ぎないので、Ｃｒ（クロム）が本来有して
いる炭化物を生成する機能を失っている。従って、Ｃｒ
（クロム）が内部酸化した最表面層では次の浸炭焼入れ
又は浸炭窒化焼入れの工程において炭化物が析出しない
。この炭化物非析出層の厚さについては、鋼部材のなじ
み性の観点から５〜２０μｍが適当である。この炭化物
非析出層が５μｍよりも薄いと鋼部材のなじみ効果が不
十分であり、２０μｍより厚いと鋼部材の強度そのもの
が低下する。なお、この炭化物非析出層の厚さは予備浸
炭後の冷却工程での冷却時間の長さによって調整するこ
とができる。

さらに、この鋼部材を焼入れ層において上記の予備浸炭
の温度Ｔ１以下の温度Ｔ２に再加熱して浸炭焼入れ若し
くは浸炭窒化焼入れをする。この浸炭焼入れの温度Ｔ２
を予備浸炭の温度Ｔ１以下にする理由は、Ｔ２〉Ｔ１で
あると、せっかく析出した炭化物が再度固溶してしまい
所望の表面硬さが得られないためである。

なお、上記実施例においては予備浸炭工程、冷却工程及
び浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れ工程の各工程を連
続的に行ったが、これに代えて、各工程を適宜分割して
バッチ式に行ってもよい。

また、浸炭窒化焼入れを行う場合には、浸炭ガス雰囲気
中に適度の濃度、例えば数％のＮＨ３（アンモニア）ガ
スを添加して行う。

以下、本発明に係る浸炭焼入法の具体例及び比較例につ
いて説明する。

鋼部材としては、共に材質がＳＣＭ４２０であって、直
径が２０＋ａｍの丸棒を準備した。なお、このＳＣＭ４
２０の成分としては重量比で、Ｃ（炭素）＝０．２０％
、Ｓｔ（シリコン）：０．２５％、Ｍｎ（マンガン）：
０．８０％、Ｃｒ（クロム）：１．０％及びＭｏ（モリ
ブデン）：０．２０％が含まれている。

熱処理サイクルについては、すべて予備浸炭温度Ｔｌ−
９２０℃、再加熱浸炭温度Ｔ２−８７０℃であって、冷
却工程ではファン冷却により５００℃まで冷却した。

具体例１：表面炭素濃度が１．４％になるように予備浸炭した後、
ＲＸガス雰囲気において冷却速度１．０℃／秒にて冷却
した。

具体例：２表面炭素濃度が１．４％になるように予備浸炭した後、
ＲＸガス雰囲気において冷却速度０．　５℃／秒にて冷
却した。

比較例：１表面炭素濃度が１．４％になるように予備浸炭した後、
Ｎ、（窒素）雰囲気中において冷却速度１．０℃／秒に
て冷却した。

比較例：２表面炭素濃度が０．８％になるように予備浸炭した後、
ＲＸガス雰囲気において冷却速度１．０℃／秒にて冷却
した。

以上のような具体例１、比較例１及び２によって得られ
た鋼部材の組織の拡大（４６０倍）顕微鏡写真を第３図
（１）〜（３）に示す。第３図（１）から明らかなよう
に具体例（１）の組織においては、最表面層には炭化物
が析出していない。

これに対して、第３図（２）に示される比較例１のもの
は最表面層まで炭化物が析出し、第３図（３）に示され
る比較例２のものは表面層に炭化物が析出していない。

また、具体例及び比較例のテスト結果は第１表に示す通
りである。なお、ピッチングテストについては、面圧３
５０ｋｇｆ　／ｍｔｘ　２、すべり率２０％、回転速度
３０００ｒｐｍ、試験油温９０℃の条件下で行った。具
体例１及び２のものについては、炭化物析出量の硬さが
Ｈ８５０及びＨｖ８４０で十分な硬さを有している一方
、最表面の炭化物非析出層の硬さがＨｖ７２０及びＨｖ
７００であってなじみの良さを示している。また、具体
例１及び２のものは比較例１及び２のものに比べてピッ
チングテスト結果が著しく良い。

（発明の効果）以上説明したように本発明に係る浸炭焼入法によると、
得られる鋼部材は、表面層の硬さがＨｖ８００以上であ
るにも拘らず、最表面層には炭化物が析出していないの
で初期なじみが良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る浸炭焼入法の熱サイクルの説明図
、第２図（１）及び（′２Ｊは上記の浸炭焼入方法に使
用する熱処理炉の構成図、第３図（１）〜（３）は鋼部
材の組織を示す顕微鏡写真であって、（１）は具体例１
、（２）は比較例１、（３）は比較例２のものである。ほか２名第図ｔ′２〜〜ムノ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｃｒを含有する鋼部材を、その表面炭素濃度が１
％以上になるように予備浸炭した後、最表面層のＣｒが
内部酸化するような弱酸化性雰囲気中にてＡｌ変態点以
下まで冷却し、その後、前記予備浸炭の温度以下で再加
熱して浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れをすることを
特徴とする浸炭焼入方法。