JPH03120336A

JPH03120336A - シンクロナイザーハブの製造方法

Info

Publication number: JPH03120336A
Application number: JP1257061A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Saka; 坂　勉; Akira Fujiwara; 昭藤原; Tadayuki Tsutsui; 唯之筒井; Osamu Murai; 修村井; Hiroshi Ishii; 啓石井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Resonac Corp
Priority date: 1989-10-03
Filing date: 1989-10-03
Publication date: 1991-05-22
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: GB2237029B; DE4031408C2; DE4031408A1; US5049183A; JP2648519B2; GB2237029A; GB9021361D0

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】この発明は、機械的特性とくに耐衝撃疲労特性および寸
法精度の優れたシンクロナイザ−ハブの粉末冶金法によ
る製造方法に関するものである。

自動車のトランスミッション部品の一つであるシンクロ
ナイザ−ハブは入・出力軸、スリーブ。

リングとの摺動により曲げ、引っ張りなどの力を受けつ
つ作動する部品で、とくに変速操作に伴う繰り返し衝撃
疲労に対する十分な耐久性を必要とする。

この部品が焼結化されたのは、二十年以上も前のことで
ある。当時はエンジンの出力も、従って各部品の負荷も
比較的に小さかったために材質もＦｅ　−Ｃｕ　−Ｃと
いう一般的な焼結鋼が用いられていたが、その後、排出
ガス規制の対策やオイルショックを契機に進められた技
術革新、なかでもエンジンの高出力化・高性能化につれ
てそれ迄の材質では持たなくなり、その結果、材質をＯ
ｒやＮｉなどを添加した高合金焼結鋼に変更し、なお不
十分な強度や耐摩耗性を浸炭、高周波焼き入れなどの熱
処理を施して強化したシンクロナイザ−ハブが実用化さ
れて今日に至った。

然るに近年の傾向として単に動力性能面だけでなく、走
行中に車内に伝わる音や振動が小さく。

変速操作も軽く円滑にできるような、即ち感性の面でも
高級感のある車が求められるようになってきている。

そしてその実現に関係のある要因は極めて多いが、トラ
ンスミッションについて言えば各部品が滑らかに仕上げ
られ、歪みがなく、相手部品との嵌め合いにガタがなく
しかも円滑に摺動することであり、そのためには、シン
クロナイザ−ハブの場合は従来よりも数段厳しい寸法精
度を設定し、且つその規格通りに製造できることが必須
の条件となる。しかし、ここで問題になるのが焼結後の
熱処理の影響であって、従来の焼結合金は熱処理しなけ
れば機械的特性が基準に達しない一方、熱処理した場合
は、それによる歪みのために所望の寸法精度を守ること
ができない。

この様な次第で、熱処理をしないでも従来材の熱処理品
と同等以上の強度、耐摩耗性、繰り返し衝撃疲労に対す
る十分な耐久性を示す材料の開発が急務となってきた訳
である。

そこで、上述の目的に副う新しい材料を求めて種々研究
の結果、その合金成分としてＮｉ、ＣｕおよびＭｏを所
定の割合で含有する焼結合金鋼が有望なこと、ただしこ
の合金は緒特性のレベルがＭｏの添加方法如何によって
異なるという性質があり、Ｍｏの所要量の一部は単味粉
で、その残部は黒鉛を除く他の全成分との複合粉末とし
て配合した場合に最良の特性が得られ、熱処理なしでも
用途に適合することが見出された。

この発明は、この様な知見に基づいてなされたもので、
即ちシンクロナイザ−ハブの組成を重量化でＣα１〜０
８％、Ｘ＋　２〜６％、Ｍｏｏ、６〜１．６％、ｃｕ　
ｉ〜３％および鉄残部の焼結合金とし、且つその製造に
際しては原料粉としてＮｉ２〜６％、Ｍｏα４〜０６％
、ＣＵ　１〜３％および鉄残部の組成の部分拡散合金粉
に０１〜０８％の黒鉛粉と、平均粒径が２〜７μのモリ
ブデン単味粉０２〜１％を配合した混合粉を使用するこ
とをその骨子とするものである。

なお、部分拡散合金粉は原料粉の状態では添加成分の拡
散を中途に留めておき、成形後の焼結により完全拡散・
合金化させる意図でヘガネス社が最初に開発した複合合
金粉で、成分組成の異なる種々のものが製造されている
。名称が長いので、この明細Ｎでは以下単に複合粉と呼
ぶ。

複合粉の製造に際して、モリブデンは鉄粉への拡散を部
分拡散状態に留める制御上の都合から、＝Ｍ化モリブデ
ンの形で添加される。但し、その鋤が過剰になると複合
粉の製造面や圧縮性などの粉末特性上好ましくなく、ま
た焼結時に未還元の部分が残り機械的特性が劣化するた
め、複合粉に含有させられるのはモリブデンとして０４
〜０６％である。そしてこの発明におけるモリブデンの
最適量は侵述するように１％前後なので、その不足分は
原料粉に別途配合することになる。

この発明は製造方法で、合金それ自体を要旨とするもの
ではないが、得られる合金の組織に特徴があり、且つ目
的とする特性と密接な関係があるので、その組織と成分
について以下に説明する。

第１図はこの発明によって得られる焼結合金の金属組織
を示す顕微鏡写真で、このように種々の相が共存する合
金は、溶製材はもとより焼結合金でも珍しい。そして、
図中■のフェライト、■のパーライトおよびソルバイト
などの軟質相が衝撃を緩和し、■のマルテンサイトや■
のベイナイトなどの硬い相が耐摩耗性を、■のニッケル
に富むオーステナイト相が靭性を受は持つ結果、全体と
して調和のとれた、優れた特性を発揮するものと考えら
れる。■は単味で添加したモリブデン粒子が高融点のた
めに一部未拡散で残ったもの、■は焼結合金に特有の空
孔である。マルテンサイトは一般には熱処理により急冷
しないと生じない組織であるが、この合金ではＮｉ、Ｍ
ｏ、Ｃｕの含有により焼き入れ性が高いため焼結後の炉
冷過程で生成される。

ニッケルは焼き入れ性への寄与のほか、基地の組織を微
細化させて靭性を高めるために２％以上を必要とするが
、６％を越えるとオーステナイトが過剰になり強度の低
下を招く。

銅は基地中に固溶して基地の強度を高めるが、添加１１
％以上でその有意差が認められる。但しその反面、銅の
増加につれ製品の寸法精度が低下するため、この発明に
おいては製品仕様との関係から３％を上限とする。

炭素は一般に黒鉛粉で添加され、添加量０１％以上で基
地の硬さおよび強度を著しく向上させるが、過剰になる
とセメンタイトが析出して基材が脆化するため、０８％
に止めるべきである。

この発明の実施に際し第２項の如く焼結を予備焼結と本
焼結の２工程に分ける理由は、その間で行なう再圧によ
って焼結体の密度を高め、製品の機械的特性を一層向上
させるためである。従って要求される特性のレベルによ
っては通常の成形〜焼結で済む場合もある。第２図に予
備焼結温度と焼結体の残留応力および再圧後の焼結密度
（密度比で表示）との関係を、第３図に同じく焼結体の
硬さおよび強度（曲げ強さ）との関係を示す。このグラ
フから分るように、６５０℃以下では残留応力の解放が
充分でなく、一方８５０℃を越えると、炭素が拡散して
焼結体が硬くなるために再圧しても緻密化し難くなる。

なお焼結体を取り扱う上ではある程度の強度が必要なこ
とは言うまでもないが、再圧でクランクが入り易い形状
の場合でも曲げ強さで１５ｋａ／−以上の強度があれば
、経験上とくに問題はない。そしてこの材質の場合、７
５０℃でこの強度に達する。これらを総合すれば予備焼
結の温度は６５０〜８５０℃、好ましくは７５０℃以上
が適正範囲となる。

第４図は焼結合金中のモリブデン含有量と繰り返し衝撃
に対する耐久性との関係を示すもので、幅と厚さ各１０
１１．長さ５５ｍｍでＵノツチ付きの試験片の両端をス
パン４０−でＵノツチを下向きにして支え、上方から５
ｋｇ／−の荷重を反復速度ａ５ヘルツで連続負荷し、試
料が破断するまでの時間で耐久性（疲労強度）を評価し
ている。

このグラフから分るように、強度はモリブデン含有ｆｌ
Ｑ６〜１．６％の間がほぼ高原状態を呈して１％前優で
極大値に達し、０６％未満と１．６％超では、どちらも
急激に低下している。なお、これらの試料の作成に用い
た複合粉は、モリブデンを除く組成がＮｉ４％、Ｃｕ　
２％および鉄残部で、これにモリブデンは無添加のもの
と添加ｆｆ１Ｑ４゜０、５および０．６％のものを使い
分けている。そして試料はこの複合粉に黒鉛０６％とモ
リブデンの不足分を平均粒径５μの単味粉末で配合して
作成されている。この場合モリブデンを他の形で配合す
ると、例えば三酸化モリブデンの場合は焼結による還元
が十分にされないために強度が低下し、フェロモリブデ
ンの場合は焼結時に液相を生じてその跡に空孔が残るな
ど、製品の品質に悪影響を及ぼす。従って、モリブデン
はなるべく高純度の単味粉で配合することが望ましい。

第５図はモリブデン単味粉の添加量と強度との関係を示
したもので、単味粉は純度が９９．８％。

平均粒径５μのものを用い、複合粉はモリブデンの含有
量が０６％のものを用いている。従って、単味粉添加盪
が０８％の試料は１．４％の、０％の試料は０６％のモ
リブデンを含有している。このグラフから分るように、
引っ張り強さは単味粉を添加すると急激に上昇し、添加
量が０２〜１％の間はほぼ−様な高強度を示すが、それ
を過ぎると低下している。従って、０２〜１％がモリブ
デン単味粉の適正添加量となる。

また、モリブデン単味粉の粒径も重要な因子の一つであ
る。第６図はモリブデンの粒径とこれを配合して得られ
る焼結体の強度（引っ張り強さ）との関係を示したもの
で、強度の曲線は平均粒径４〜５μをピークとする山型
を呈している。

その理由は、モリブデン粒子が小さくなるほど粒子同士
の二次凝集による偏析を生じ易くなり、一方、大きすぎ
る場合は基地への拡散が不十分になり、更にその大きな
粒子自体が切り欠き効果の原因になるためと考えられる
。これらを勘案すると、モリブデン単味粉は平均粒径２
〜７μのものが好ましい。

なお、一般に製造条件の中の成る因子の影響を検定する
場合は、他の要因をできるだけ制限した状態で比較する
方が、有意差の有無がより明確になる。その意味で、上
述の第４図〜第６図に係る実験は予備焼結および再任の
工程を省き、通常の成形〜焼結の２工程で作成した試料
を対象として行なった。従って試料の密度は成形〜予備
焼結〜再圧〜本焼結の４工程を経た場合よりも低いが、
それぞれの実験が目的とする因子の影響は確実に把握さ
れている。

次に、如上の実験から明らかになった各条件の最適組み
合わせに基づくこの発明の一実施例を、従来の材質、製
造法による比較例と併せて以下に説明する。

実施例組成がＦｅ−４％Ｎｉ−α５％Ｍｏ−２％Ｃｕの複合粉
に黒鉛０６％、純度９９．８％で平均粒径５μのモリブ
デン単味粉Ｑ６％および成形潤滑剤としてステアリン酸
亜鉛０８％を配合した混合粉を圧粉密度７．０ｃｍの所
定の形状に成形し、還元性雰囲気中７８０℃で３０分間
予備焼結を行ない、次いで６ｔ／ｃｄの圧力で再圧縮模
、還元性雰囲気中１１３０℃で６０分間焼結してこの発
明に係る実施例１の試料とした。また、実施例１と同一
の混合粉を同様に成形した圧粉体を還元性雰囲気中１１
３０℃で６０分間焼結し、これを実施例２の試料とした
。

次に従来材の例として組成がＦｅ−２％Ｎｉ−０５％Ｍ
ｏ−０，２％Ｍｎの合金粉に黒鉛０．３％。

成形潤滑剤としてステアリン酸亜鉛０８％を配合した混
合粉を圧粉密度７．　Ｏｃ４の所定の形状に成形し、還
元性雰囲気中１１３０℃で６０分間焼結したのち浸炭焼
き入れを施して、比較例１の試料とした。

同じく、組成がＦｅ−１％０ｒ−０２％Ｍｏ−０７％１
ｙｌｎの合金粉に黒鉛０．３％、成形潤滑剤としてステ
アリン酸亜鉛０８％を配合した混合粉を実施例１と同様
にして成形・焼結および浸炭焼き入れを施して、これを
比較例２の試料とした。

これらの試料について種々の機械的特性を測定した結果
を第１表に示す。比較例は引っ張り強さや耐衝撃疲労強
度は従来の要求仕様を満足できるレベルにあるが、熱処
理をしであるだけに寸法のバラツキが大きく、その点で
、今後の高吸指向のシンクロナイザ−ハブには使用でき
ない。

これに対してこの発明による製品は、熱処理をしないに
も拘らず引っ張り強さや曲げ強さは従来材の熱処理品と
同等、衝撃疲労強度は一層優れ、しかも寸法バラツキが
普通焼結による実施例２でも従来の約６′Ｍ、実施例１
では約４割に過ぎない事実が示すように１、最も重要な
寸法精度が著しく向上している。

従って、乗用車のトランスミッションにおける操作性、
耐久性などの向上を図る上で、この発明のもたらす利益
は極めて大きいと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によって得られる焼結合金の金属組織
を示す顕微鏡写真、第２図は予備焼結の温度と残留応力
および密度比との関係を、第３図は同じく硬さおよび強
度との関係を示すグラフ、第４図は焼結合金のモリブデ
ン含有岱と繰り返し衝撃に対する耐久性との関係を示す
グラフ、第５図はモリブデン単味粉の添加口と引っ張り
強さとの関係を示すグラフ、第６図はモリブデン単味粉
の平均粒径と引っ張り強さとの関係を示すグラフである
。

Claims

【特許請求の範囲】１　全体組成が重量比でＣ０．１〜０．８％、Ｎｉ２〜
６％、Ｍｏ０．６〜１．６％、Ｃｕ１〜３％および鉄残
部の焼結合金からなるシンクロナイザーハブの製造にお
いて、原料粉として、Ｎｉ２〜６％、Ｍｏ０．４〜０．
６％、Ｃｕ１〜３％および鉄残部の組成の部分拡散合金
粉に０．１〜０．８％の黒鉛粉と平均粒径２〜７μのＭ
ｏ単味粉０．２〜１％を配合した混合粉を用いることを
特徴とする製造方法。２　全体組成が重量比でＣ０．１〜０．８％、Ｎｉ２〜
６％、Ｍｏ０．６〜１．６％、Ｃｕ１〜３％および鉄残
部の焼結合金からなるシンクロナイザーハブの製造にお
いて、原料粉として、Ｎｉ２〜６％、Ｍｏ０．４〜０．
６％、Ｃｕ１〜３％および鉄残部の組成の部分拡散合金
粉に０．１〜０．８％の黒鉛粉と平均粒径２〜７μのＭ
ｏ単味粉０．２〜１％を配合した混合粉を用い、この混
合粉を製品所定の形状に圧縮成形し、６５０℃〜８５０
℃の温度で予備焼結後に再圧縮および本焼結を行なうこ
とを特徴とする製造方法。