JPH0339459A - Surface hardened parts and their production - Google Patents

Surface hardened parts and their production

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JPH0339459A
JPH0339459A JP17528589A JP17528589A JPH0339459A JP H0339459 A JPH0339459 A JP H0339459A JP 17528589 A JP17528589 A JP 17528589A JP 17528589 A JP17528589 A JP 17528589A JP H0339459 A JPH0339459 A JP H0339459A
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JP
Japan
Prior art keywords
steel
carburizing
bending fatigue
carburized
treatment
Prior art date
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Pending
Application number
JP17528589A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuhiro Murai
村井 暢宏
Kenji Aihara
相原 賢治
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP17528589A priority Critical patent/JPH0339459A/en
Publication of JPH0339459A publication Critical patent/JPH0339459A/en
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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

PURPOSE:To produce surface hardened steel parts excellent in bending fatigue strength by applying carburizing and quenching treatments to the surface of a low-or medium-carbon carbon steel or alloy steel, irradiating the above surface with laser beam, and successively performing tempering treatment. CONSTITUTION:Gas carburizing treatment is applied to the surface of parts made of carbon steel, alloy steel, etc., containing 0.1-0.5wt.% C to form a gas carburized layer, and martensite is formed by means of quenching from a temp. forming austenite solid solution to carry out hardening. Subsequently, the carburized and quenched surface part mentioned above is irradiated with laser beam having high energy density and then heated and held, e.g. at 150-250 deg.C for 1-2hr to undergo tempering treatment, by which machine parts made of carbon steel or alloy steel having high surface hardness and excellent in bending fatigue strength can be produced.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、曲げ疲労強度が優れている表面硬化部品、例
えば鋼部品とその製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a surface-hardened component, such as a steel component, having excellent bending fatigue strength, and a method for manufacturing the same.

(従来の技術) 近年、産業界では、材料の高強度化の期待がますます強
くなっている。このような状況の中で、使用中繰り返し
応力が作用するような部品、例えば歯車、各種シャフト
、ピニオン等の鋼部品には、従来からもより高い曲げ疲
労強度の付与が必要とされている。
(Conventional Technology) In recent years, there has been an increasing expectation in industry for higher strength materials. Under these circumstances, parts that are subjected to repeated stress during use, such as steel parts such as gears, various shafts, and pinions, have traditionally been required to have higher bending fatigue strength.

ところで、鋼部品の曲げ疲労強度上昇のための最も代表
的な手法の一つに浸炭処理がある。浸炭処理は鋼のオー
ステナイト領域にて炭素を鋼の表面より浸透拡散させ、
その後、オーステナイト領域からの焼入れ、焼戻し処理
を行って、鋼の表面を高強度の高炭素マルテンサイトと
するものである。浸炭による曲げ疲労強度上昇効果は、
この鋼表面の高炭素マルテンサイトによるところが多い
By the way, carburizing treatment is one of the most typical methods for increasing the bending fatigue strength of steel parts. Carburizing treatment causes carbon to penetrate and diffuse from the surface of the steel in the austenite region of the steel.
Thereafter, the steel is quenched and tempered from the austenite region to make the surface of the steel a high-strength, high-carbon martensite. The effect of carburizing on bending fatigue strength is
This is largely due to the high carbon martensite on the steel surface.

通常、このような、高炭素マルテンサイトを得るために
は、浸炭処理でのカーボンポテンシャルを0.8〜1.
2重量%程度にする。
Usually, in order to obtain such high carbon martensite, the carbon potential in carburizing treatment is set to 0.8 to 1.
The amount should be about 2% by weight.

しかしながら、このような高炭素マルテンサイトの強度
のみに頼っただけでは、疲労強度の上昇には限界があっ
た。
However, there is a limit to the increase in fatigue strength by relying only on the strength of such high carbon martensite.

そこで、数々の研究、調査の結果、現在では高炭素マル
テンサイトの強度のみに頼るのではなく、他の疲労強度
上昇のための因子を巧みに取り入れた新しい浸炭方法が
提案されている0代表的なものを以下にあげる。
Therefore, as a result of numerous studies and investigations, a new carburizing method has been proposed that does not rely solely on the strength of high carbon martensite, but skillfully incorporates other factors for increasing fatigue strength. The following are listed below.

■残留応力の活用 熱処理の際生じる残留応力は、曲げ疲労強度に大きな影
響を与える。すなわち、圧縮残留応力は曲げ疲労強度を
上昇させるため、浸炭焼入の際、特に焼入の際、この圧
縮残留応力を積極的に導入し疲労限を上昇させるのであ
る(本出願人が先に出願した特願昭63−143298
号参照)。
■ Utilization of residual stress Residual stress generated during heat treatment has a large effect on bending fatigue strength. In other words, since compressive residual stress increases the bending fatigue strength, this compressive residual stress is actively introduced during carburizing and quenching, especially during quenching, to increase the fatigue limit (the applicant first proposed Patent application filed 1986-143298
(see issue).

■高炭素浸炭処理 浸炭の際、カーボンポテンシャルを鉄−炭素状L!i図
の^cs点以上に保持して、炭化物を球状に析出させ、
基地の高炭素マルテンサイトと球状硬質析出物の分散に
より曲げ疲労強度を上昇させるのである(特公昭59−
35630号公報参照〉。
■High carbon carburizing process During carburizing, the carbon potential is iron-carbon L! The carbide is precipitated in a spherical shape by maintaining the temperature above the ^cs point in the i diagram.
The bending fatigue strength is increased by dispersing the high carbon martensite in the base and the spherical hard precipitates (Japanese Patent Publication No. 1983-
See Publication No. 35630>.

一方、浸炭処理方法のみでなく、浸炭処理に供される鋼
の材質の研究、調査も数多〈実施され、次のような新し
い浸炭用鋼も提案されている。
On the other hand, numerous studies and surveys have been carried out not only on carburizing methods but also on the materials of steel used for carburizing, and the following new steels for carburizing have been proposed.

■浸炭異常層低減鋼 通常の肌焼鋼(例えば、JIS規格、5CR420,S
CM420等)をガス浸炭すると、鋼の表面近傍に浸炭
異常層と称される、粒界酸化と不完全焼入&IIIaと
から構成される層が生成する。この浸炭異常層は曲げ疲
労強度に悪影響を及ぼすので、浸炭異常層を低減した肌
焼鋼である(特公昭55−32777号公報等参照)。
■Carburized abnormal layer reduction steel Normal case hardening steel (for example, JIS standard, 5CR420, S
When CM420, etc.) is gas carburized, a layer consisting of grain boundary oxidation and incomplete quenching & IIIa, called an abnormal carburization layer, is generated near the surface of the steel. Since this abnormal carburized layer has a negative effect on the bending fatigue strength, the steel is a case-hardened steel with a reduced abnormal carburized layer (see Japanese Patent Publication No. 32777/1983).

■低P化による浸炭層粒界強化鋼 浸炭部品の曲げ疲労破壊によって、浸炭層の破面形態は
旧オーステナイト粒界破壊となる。そこで浸炭層の旧オ
ーステナイト粒界を強化するために旧オーステナイト粒
界を脆弱化するPの粒界偏析を低減した肌焼鋼である 
(特開昭60−243252号公報参照〉。
■Carburized layer grain boundary strengthened by lowering P Due to bending fatigue fracture of carburized steel parts, the fracture surface morphology of the carburized layer becomes prior austenite grain boundary fracture. Therefore, in order to strengthen the prior austenite grain boundaries in the carburized layer, this is a case hardening steel that reduces the grain boundary segregation of P, which weakens the prior austenite grain boundaries.
(Refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-243252).

(発明が解決しようとする課題〉 以上のように、鋼部品の曲げ疲労強度上昇のために種々
の浸炭方法、種々の浸炭用鋼が提案されており、これに
より鋼部品の曲げ疲労強度は上昇したが、上記のいずれ
の方法、いずれの浸炭用鋼においても次に示すような共
通した問題点がある。
(Problem to be solved by the invention) As described above, various carburizing methods and various carburizing steels have been proposed to increase the bending fatigue strength of steel parts. However, any of the above-mentioned methods and any of the steels for carburizing have the following common problems.

すなわち、前記のとおり、曲げ疲労強度を上昇させるた
めには、鋼の表面を高炭素マルテンサイトにすることが
第一に必要であり、したがって上記のいずれの浸炭方法
、いずれの浸炭用鋼においても浸炭処理の際には、鯛の
表面を高炭素マルテンサイトにするために、カーボンポ
テンシャルを0.8〜1.2重量%程度にすることが必
要である。
That is, as mentioned above, in order to increase the bending fatigue strength, it is first necessary to make the surface of the steel high carbon martensite, and therefore, any of the above carburizing methods and any carburizing steel During the carburizing process, it is necessary to set the carbon potential to about 0.8 to 1.2% by weight in order to make the surface of the sea bream high-carbon martensite.

しかしながら、従来、高炭素マルテンサイトを得るため
に、このような高いカーボンポテンシャルで浸炭した場
合には、マトリックスは高炭素マルテンサイトとなり高
い硬度が得られるが、粒界は相対的に著しく脆弱化する
という問題がある。
However, conventionally, when carburizing is carried out at such a high carbon potential to obtain high carbon martensite, the matrix becomes high carbon martensite and high hardness is obtained, but the grain boundaries become relatively significantly weakened. There is a problem.

このため、曲げ疲労破壊は、浸炭部における粒界破壊に
より生じてしまい、マトリックスを構成する高炭素マル
テンサイトの強度は十分に曲げ疲労強度に反映しないの
である。
Therefore, bending fatigue fracture occurs due to intergranular fracture in the carburized portion, and the strength of the high carbon martensite that constitutes the matrix is not sufficiently reflected in the bending fatigue strength.

ここに、本発明は前記の問題を解決することを目的とし
たものであり、浸炭の際のカーボンポテンシャルを0.
8〜1.2重量%にしても粒界を脆化させることなく、
曲げ疲労に対して、マトリックスの高炭素マルテンサイ
トの強度を十分に反映させた表面硬化部品とその製造方
法を提供することを目的とする。
The present invention is aimed at solving the above problem, and is aimed at reducing the carbon potential during carburizing to 0.
Even at 8 to 1.2% by weight, grain boundaries do not become brittle,
The object of the present invention is to provide a surface-hardened component that sufficiently reflects the strength of high-carbon martensite in the matrix against bending fatigue, and a method for manufacturing the same.

(課題を解決するための手段) 本発明者らは、上記の課題を解決するため種々検討を重
ねた結果、従来技術に示したいずれの浸炭方法、いずれ
の浸炭用鋼においても次のような基本的な事実がみられ
ることに着目した。すなわち、マトリックス強度を十分
に強化するためにカーボンポテンシャル0.8〜1.2
重量%で浸炭した場合、曲げ疲労破壊により浸炭部の端
面において粒界破壊が支配的となることである。
(Means for Solving the Problems) As a result of various studies in order to solve the above problems, the present inventors found that the following method for carburizing steel and any carburizing method shown in the prior art was found. We focused on the fact that there are basic facts. That is, in order to sufficiently strengthen the matrix strength, the carbon potential is 0.8 to 1.2.
When carburized at % by weight, intergranular fracture becomes dominant at the end face of the carburized part due to bending fatigue fracture.

この事実に基づき、本発明者らは詳細な調査を進めた結
果、次のような新規知見を得た。
Based on this fact, the present inventors conducted a detailed investigation and obtained the following new findings.

(a)曲げ疲労破壊により浸炭部が粒界破壊支配となる
理由は、浸炭中、旧T粒界にフィルム状の炭化物が析出
し、これが粒界を脆弱化させることである。
(a) The reason why the carburized part is dominated by grain boundary fracture due to bending fatigue fracture is that film-like carbides precipitate at the prior T grain boundaries during carburizing, which weakens the grain boundaries.

(b)浸炭層の旧T粒界に析出した、フィルム状炭化物
による粒界脆化対策には、浸炭層の再加熱−焼入処理が
有効であり、 (y) 加熱変態(α゛→T)によるフィルム状炭化物
の1粒中への溶解 (イ)加熱変態(α°→T)によるフィルム状炭化物の
存在しない、新しいT粒界の形成により、粒界でのフィ
ルム状炭化物を減少させ、再加熱焼入後の旧T粒界を強
化することができる。
(b) Reheating and quenching of the carburized layer is effective in countering grain boundary embrittlement due to film-like carbides precipitated at the former T grain boundaries of the carburized layer. (y) Heating transformation (α゛→T ) Dissolution of the film-like carbide into one grain by (a) Formation of new T grain boundaries where no film-like carbide exists due to thermal transformation (α° → T), reducing the film-like carbide at the grain boundary, The former T grain boundaries after reheating and quenching can be strengthened.

(c)また、上記(2)に示した再加熱焼入処理により
フィルム状炭化物以外の粒界脆化の原因となる粒界偏析
物(P、粒界酸化物)も大幅に低減することができる。
(c) In addition, the reheating and quenching treatment shown in (2) above can significantly reduce grain boundary segregated substances (P, grain boundary oxides) that cause grain boundary embrittlement other than film-like carbides. can.

(d)浸炭層の再加熱処理には、レーザービームによる
高エネルギー表面焼入処理が有効であり、その後に焼戻
処理を行い、レーザービーム表面焼入れ焼戻し処理層を
備えることにより、上記の(ロ)、(C)を達成するこ
とができ、旧T粒界を強化して曲げ疲労に優れた鋼部品
を製造することができる。
(d) High-energy surface hardening treatment using a laser beam is effective for reheating the carburized layer, followed by tempering treatment and providing a laser beam surface hardening and tempering layer. ), (C) can be achieved, and steel parts with excellent bending fatigue can be manufactured by strengthening the prior T grain boundaries.

このような知見に基づいて、本発明者らはさらに検討を
重ねた結果、本発明を完成するに至った。
Based on such knowledge, the present inventors conducted further studies, and as a result, completed the present invention.

ここに、本発明の要旨とするところは、重量比で、Cを
0.1〜0.5%含有する炭素鋼または合金鋼の表面に
形成された浸炭焼入表面部に、レーザービーム表面焼入
れ焼戻し処理層を備えた、曲げ疲労強度に優れた表面硬
化部品である。
Here, the gist of the present invention is to apply laser beam surface hardening to a carburized and hardened surface portion formed on the surface of carbon steel or alloy steel containing 0.1 to 0.5% C by weight. This is a hardened surface part with a tempered layer and excellent bending fatigue strength.

また、別の面からは、重量比で、Cを0.1〜0.5%
含有する炭素鋼または合金鋼の表面硬化にあたり、まず
、浸炭焼入処理を行い、次に浸炭した表面部にレーザー
ビームを照射し、その後、焼戻処理を行うことを特徴と
する、曲げ疲労強度に優れた表面硬化部品の製造方法で
ある。
In addition, from another point of view, C is 0.1 to 0.5% by weight.
When hardening the surface of carbon steel or alloy steel containing carbon steel, bending fatigue strength is characterized by first performing carburizing and quenching, then irradiating the carburized surface with a laser beam, and then performing tempering. This is a method for manufacturing surface-hardened parts with excellent properties.

(作用) まず、本発明の構成要件を説明する。なお、本明細書に
おいて、1%」は特にことわりがない限り「重量%」を
意味するものとする。
(Operation) First, the constituent elements of the present invention will be explained. In this specification, "1%" means "wt%" unless otherwise specified.

Cを重量比で0.1〜0.5重量%としたのは、次の理
由による。
The reason why C is set at 0.1 to 0.5% by weight is as follows.

Cには、非硬化層である芯部の強度を上昇させるととも
に、芯部の靭性を低下させる作用がある。
C has the effect of increasing the strength of the core, which is a non-hardened layer, and decreasing the toughness of the core.

ところが、その含有量が0.1%未満であると、芯部の
強度は十分得られず、硬化層を含めた材料全体の強度は
不足する。従って、下限を0.1%とする。
However, if the content is less than 0.1%, the strength of the core portion will not be sufficient, and the strength of the entire material including the hardened layer will be insufficient. Therefore, the lower limit is set to 0.1%.

一方、0.5%を超えて添加すると芯部の麺皮は上昇す
るが、逆に芯部の靭性が低下し材料全体の靭性が不足す
る。従って上限を0.5%とする。
On the other hand, if more than 0.5% is added, the noodle skin of the core increases, but conversely the toughness of the core decreases and the toughness of the entire material becomes insufficient. Therefore, the upper limit is set at 0.5%.

またC以外の元素、例えば、S玉、 MII% 3% 
P等は通常この種の表面硬化部品に用いられる程度であ
ればよく、特に制限ないが、例えば、SI:0〜2.0
%、Mn:0.2〜2.0%、S:O〜0.10%、P
:O〜0.03%程度は許容される。
Also, elements other than C, such as S ball, MII% 3%
P etc. may be used as long as it is normally used for this type of surface hardened parts, and is not particularly limited, but for example, SI: 0 to 2.0.
%, Mn: 0.2-2.0%, S: O-0.10%, P
:O~0.03% is acceptable.

次に、対象を炭素鋼または合金鋼としたのは、次に示す
理由(])および(2)による。
Next, the reason why the target was carbon steel or alloy steel is because of the following reasons (]) and (2).

(1)曲げ疲労強度が必要な浸炭鋼部品の中には、用途
によっては、大型の部品もある。このような大−型部品
の場合は、焼入性確保のため合金鋼が多数使用される。
(1) Depending on the application, some carburized steel parts that require bending fatigue strength are large. In the case of such large parts, many alloy steels are used to ensure hardenability.

したがって、本発明は、炭素鋼のみならずいわゆる合金
鋼をも適用の対象とする。
Therefore, the present invention is applicable not only to carbon steel but also to so-called alloy steel.

(2)合金鋼に添加される合金元素の種類にかかわらず
、本発明は曲げ疲労強度の上昇を実現できる作用がある
からである。
(2) This is because the present invention has the effect of increasing bending fatigue strength regardless of the type of alloying element added to alloy steel.

また、本発明において行う浸炭処理としては、例えばガ
ス浸炭を挙げることができる。このガス浸炭処理の条件
は特に限定しないが次のことに留意することが望ましい
Furthermore, examples of the carburizing treatment performed in the present invention include gas carburizing. Although the conditions for this gas carburizing treatment are not particularly limited, it is desirable to keep the following in mind.

前にも述べた通り、曲げ疲労強度を上昇させるためには
、鋼表面を高炭素マルテンサイトにすることが必要であ
り、このためにはガス浸炭を行う際の雰囲気のカーボン
ポテンシャルを0.8〜1.2%程度にすることが望ま
しい。
As mentioned before, in order to increase the bending fatigue strength, it is necessary to make the steel surface high carbon martensite, and for this purpose, the carbon potential of the atmosphere during gas carburizing should be set to 0.8 It is desirable to set the content to about 1.2%.

ガス浸炭後の焼入方法についても特に限定することは要
さない。このときの焼入はオーステナイト固溶体からの
冷却により、過飽和フェライト固溶体(マルテンサイト
)を生成させて浸炭層および芯部を硬化させる作用があ
る。一般に、曲げ疲労上昇のためには、鋼材に焼きを十
分に入れて、表面硬度、芯部硬度ともに高くすることが
必要であり、これに対応して焼入方法は考慮されるべき
である。しかしながら、鋼部品の用途(浸炭焼入による
熱ひずみと変態ひずみを最小限に抑える必要があるよう
な精密部品、例えば自動車のトランスミツシランギア)
によっては、焼入歪の軽減を考慮して焼きの入りを意識
的に不充分にすることもある。しかし、本発明で問題と
している疲労限に悪影響を及ぼしている浸炭層の炭化物
はあくまでも浸炭中に生じるものであり、浸炭後に行う
焼入処理の方法のいかんにより、生成が抑制されたり、
助長されたりするものではない、従って上記に示したよ
うな焼きの入りを加減したような緻密部品に対しても本
発明を適用可能とするために焼入の処理の規定はしない
There is no need to particularly limit the quenching method after gas carburizing. The quenching at this time has the effect of generating a supersaturated ferrite solid solution (martensite) by cooling the austenite solid solution and hardening the carburized layer and core. Generally, in order to increase bending fatigue, it is necessary to sufficiently harden the steel material to increase both surface hardness and core hardness, and the hardening method should be considered accordingly. However, the applications of steel parts (precision parts where it is necessary to minimize thermal strain and transformation strain due to carburizing and quenching, such as automotive transmission gears)
In some cases, hardening may be intentionally insufficient in order to reduce hardening distortion. However, the carbides in the carburized layer that have an adverse effect on the fatigue limit, which is the problem of the present invention, are generated only during carburizing, and depending on the method of quenching treatment performed after carburizing, the generation may be suppressed or
Therefore, the hardening process is not specified in order to make the present invention applicable even to dense parts that have been moderated in hardening as shown above.

次いで、本発明によれば、上述のようにして得た浸炭焼
入表面部にレーザービーム表面焼入れ焼戻し処理層を設
けるが、これはレーザービーム照射とそれに続いて行う
焼戻し処理によって得られる表面処理層である。
Next, according to the present invention, a laser beam surface hardening and tempering treatment layer is provided on the carburized and quenched surface portion obtained as described above, but this is a surface treatment layer obtained by laser beam irradiation and subsequent tempering treatment. It is.

本発明におけるレーザー処理は高エネルギー密度を有す
るレーザー光線(>10’ll/cm”)を鋼表面に短
時間照射してT化温度以上に昇温して、レーザー光線照
射後は内部への熱拡散(自己冷却)により、鋼表面のみ
をマルテンサイト化する表面焼入処理である。
In the laser treatment in the present invention, a laser beam with high energy density (>10'll/cm") is irradiated onto the steel surface for a short period of time to raise the temperature above the T temperature, and after irradiation with the laser beam, heat diffusion ( This is a surface hardening treatment that turns only the steel surface into martensite by self-cooling.

焼入処理後に行うレーザー処理には次のような作用があ
る。
Laser treatment performed after hardening has the following effects.

(1)加熱変態(α°→T)により曲げ疲労強度の低下
の原因となる浸炭層粒界のフィルム状炭化物がγ粒中に
溶解する。
(1) Due to heating transformation (α°→T), film-like carbides at the grain boundaries of the carburized layer, which cause a decrease in bending fatigue strength, are dissolved into the γ grains.

(2)加熱度If(α゛→γ)によりフィルム状炭化物
が存在しない、新しい、清浄なγ粒界を形成させる。
(2) New and clean γ grain boundaries free of film-like carbides are formed by heating If (α゛→γ).

(3)鋼材の自己冷却によってti炭層を再焼入(γ→
α゛)シて、表面部を高炭素マルテンサイト組織とする
(3) Re-quenching of the Ti carbon layer by self-cooling of the steel (γ→
α゛) The surface portion has a high carbon martensitic structure.

レーザー処理の処理条件は特に規定しない、熱処理(焼
入)に最適な、パワー密度:104〜105−1cm”
、照射時間: 10−’ 〜10−’(S) 、の条件
が本発明においても適している。
Processing conditions for laser processing are not particularly specified, power density: 104 to 105-1 cm, which is optimal for heat treatment (quenching).
, irradiation time: 10-' to 10-' (S) are also suitable in the present invention.

浸炭焼入、レーザー処理の後に行う焼戻処理は、浸炭層
を高靭性化する作用があり、浸炭層の割れ、剥離を防止
する。焼戻条件は特に指定しないが、上記の作用を十分
発揮させるためには、150〜250°Cで、1〜2時
間保持することが望ましい。
The tempering treatment performed after carburizing and quenching and laser treatment has the effect of increasing the toughness of the carburized layer and prevents cracking and peeling of the carburized layer. Tempering conditions are not particularly specified, but in order to fully exhibit the above effects, it is desirable to hold the tempering at 150 to 250°C for 1 to 2 hours.

なお、本発明に一見構成が近似している類似特許として
、特公昭60−13045号公報がある。この特許が解
決しようとする問題点は従来の浸炭焼戻処理によって部
品全体が硬化するために起こる大きな残留ひずみである
。そして解決手段として、浸炭後レーザーによって表面
のみを焼入れして硬化することにより、残留ひずみの低
減に成功している。この解決手段に従えば、浸炭後、部
品全体を焼入しないので、部品芯部の硬さは部品全体を
焼入したものよりも明らかに低くなる。
Note that Japanese Patent Publication No. 60-13045 is a similar patent whose structure is seemingly similar to the present invention. The problem that this patent seeks to solve is the large residual strain caused by the hardening of the entire part by conventional carburizing and tempering processes. As a solution, the residual strain was successfully reduced by hardening and hardening only the surface using a laser after carburizing. According to this solution, since the entire part is not hardened after carburizing, the hardness of the core of the part is clearly lower than that of a part that is hardened as a whole.

ところで、本発明では高い曲げ疲労強度を得ることが目
的であり、このためには芯部は焼入れしてマルテンサイ
ト化し高硬度を得ることが必要である。特公昭60−1
3045号公報の請求範囲に記載された処理では耐摩耗
性は優れていても芯部硬さが低いため、曲げ疲労強度の
向上に期待できない。
By the way, the purpose of the present invention is to obtain high bending fatigue strength, and for this purpose, it is necessary to harden the core to make it martensite and obtain high hardness. Special Public Service 1986-1
Although the treatment described in the claims of Publication No. 3045 has excellent wear resistance, the core hardness is low, and therefore no improvement in bending fatigue strength can be expected.

この点、本発明においては、特公昭60−13045号
公報に記載された発明とは異なり、曲げ疲労の向上のた
めに、浸R11k、部品全体を焼入れることを規定して
おり、芯部の硬さを意識的に高くしている。
In this regard, unlike the invention described in Japanese Patent Publication No. 60-13045, the present invention stipulates immersion R11k and hardening of the entire part in order to improve bending fatigue. The hardness is consciously increased.

すなわち、本発明と特公昭60−13045号公報に記
載された発明とは、方法もその方法によって得られる効
果も全く異なっているのである。
That is, the present invention and the invention described in Japanese Patent Publication No. 60-13045 are completely different in terms of the method and the effects obtained by the method.

(実施例) 具体例により本発明の詳細な説明する。(Example) The present invention will be explained in detail by way of specific examples.

実施例1 第1表に示すJIS規格5C11420鋼の30φ鍛伸
材を930°CX 1 hr−+ACなる条件で焼準し
、小野式回転曲げ疲労試験片を製作した後、一方は、浸
炭焼入後レーザー処理を施し、他方は浸炭焼入のみを施
した。
Example 1 A 30φ forged material of JIS standard 5C11420 steel shown in Table 1 was normalized under the conditions of 930°C Post-laser treatment was performed, and the other was only carburized and quenched.

第1表 双方とも、この後170°CX 2 hr−+ACなる
条件で、焼戻処理を施した後、小野弐回転曲げ疲労試験
を行った。なお、浸炭焼入条件は、930℃X2hr→
0口(20°C)、C,P、(カーボンポテンシャル)
  −0,8%とし、レーザー処理は、パワー密度−1
0’ 、照射時間−10−” (S)の条件で、試験片
の切欠部のみに照射した。
Both samples in Table 1 were then tempered under the conditions of 170°CX 2 hr-+AC, and then subjected to the Ono 2 rotary bending fatigue test. The carburizing and quenching conditions are 930°C x 2hr→
0 (20°C), C, P, (carbon potential)
−0.8%, and the laser treatment has a power density of −1
0' and irradiation time -10'' (S), only the notch of the test piece was irradiated.

結果を第2表に示す。The results are shown in Table 2.

レーザー処理による浸炭層の旧γ粒界の清浄化により、
疲労限は約20%上昇した。
By cleaning the prior γ grain boundaries of the carburized layer by laser treatment,
Fatigue limit increased by about 20%.

実施例2− 供試鋼として第3表に示す浸炭異常層低減鋼(B鋼)、
低P型浸炭層粒界強化鯛(C鋼)を用意した。
Example 2 - Carburized abnormal layer reduced steel (B steel) shown in Table 3 as test steel,
A low P type carburized bed grain boundary strengthened sea bream (C steel) was prepared.

これらより、実施例1と同じ要領で試験片の製作を行い
浸炭後のレーザー処理の疲労限に及ぼす影響を調査した
From these, test pieces were manufactured in the same manner as in Example 1, and the influence of laser treatment after carburizing on the fatigue limit was investigated.

第3表 また第1表の供試鋼A鋼を高炭素浸炭処理をして、浸炭
後のレーザー処理の疲労限に及ぼす影響を調査した。
The test steel A shown in Table 3 and Table 1 was subjected to high carbon carburizing treatment, and the influence of the laser treatment after carburizing on the fatigue limit was investigated.

高炭素浸炭は次のような方法にて行い、過剰析出するセ
メンタイトを球状化した。
High-carbon carburization was performed using the following method to spheroidize excessively precipitated cementite.

−OQ、180℃X2hr−+AC 第4表に結果を示す。-OQ, 180℃X2hr-+AC Table 4 shows the results.

いずれの鋼においても第4表に示すようにレーザー処理
により疲労限は向上する。疲労限の向上を目的としたい
ずれの3鋼種とも、浸炭焼入による旧γ粒界の脆弱化と
いう共通した問題点があり、浸炭後のレーザー処理によ
り、この問題を解決したものと考えられる。
As shown in Table 4, the fatigue limit of any steel is improved by laser treatment. All three steel types aimed at improving fatigue limits have a common problem of weakening of prior γ grain boundaries due to carburizing and quenching, and it is thought that this problem was solved by laser treatment after carburizing.

第4表 実施例3 実施例1に従い、JIS規格5CR420綱の30φ鍛
伸材を規準後、一方は浸炭後いったん空冷した歪の少な
いフェライト士パーライト組織にした後、レーザー処理
を行って浸炭部のみマルテンサイ)[織とした。他方は
実施例1と同様に、浸炭焼入した後、レーザー処理を施
した。この場合、後者は前者と異なって、浸炭部のみで
なく、芯部もマルテンサイト組織となった。
Table 4 Example 3 According to Example 1, after standardizing the 30φ forged and drawn material of JIS standard 5CR420 steel, one side was carburized and air-cooled to have a ferrite/pearlite structure with less distortion, and then laser treatment was performed to only the carburized part. martensai) [woven. The other piece was carburized and quenched in the same manner as in Example 1, and then subjected to laser treatment. In this case, unlike the former, the latter had a martensitic structure not only in the carburized part but also in the core.

これらの試料に実施例1と同様に焼戻処理を行い、疲労
試験を行った。
These samples were subjected to tempering treatment in the same manner as in Example 1, and a fatigue test was conducted.

結果を第5表に示す。The results are shown in Table 5.

浸炭後、空冷して芯部をフェライト+パーライトmmと
したものは芯部の硬さが低いため疲労限は低い、このよ
うな歪の低減を目的とした浸炭後の空冷処理は本発明の
目的とする曲げ疲労強度の向上には、不的確であり、所
望の曲げ疲労強度を付与することができない。
After carburizing, the core part is made of ferrite + pearlite mm by air cooling, and the fatigue limit is low because the core part has low hardness.The purpose of the present invention is to provide air cooling treatment after carburizing to reduce such distortion. It is inaccurate to improve the bending fatigue strength, and it is not possible to provide the desired bending fatigue strength.

すなわち、本実施例より、本明細書において詳述したよ
うに、曲げ疲労の向上のためには、芯部まで焼き入れて
芯部硬さを向上することが必要であることが明らかであ
る。
That is, from this example, as detailed in this specification, it is clear that in order to improve bending fatigue, it is necessary to harden the core to improve the core hardness.

第5表 (発明の効果) 本発明は以上に説明したように構成されたことによって
浸炭鋼部品の問題点である曲げ疲労による浸炭層の粒界
割れを解決して曲げ疲労強度の向上を達威し、繰り返し
応力が作用するような歯車、各種シャフト、ビニオン等
の部品に応用でき、従来よりも高い応力の負荷を実現で
きるという産業上極めて有用な効果が奏される。
Table 5 (Effects of the Invention) By having the structure as explained above, the present invention solves the problem of intergranular cracking in the carburized layer due to bending fatigue, which is a problem in carburized steel parts, and improves the bending fatigue strength. It can be applied to parts such as gears, various shafts, and binions that are subjected to repeated stress, and has the extremely useful effect of being able to achieve higher stress loads than conventional ones.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)重量比で、Cを0.1〜0.5%含有する炭素鋼
または合金鋼の表面に形成された浸炭焼入表面部に、レ
ーザービーム表面焼入れ焼戻し処理層を備えた、曲げ疲
労強度に優れた表面硬化部品。
(1) Bending fatigue with a laser beam surface quenching and tempering treatment layer on the carburized and quenched surface portion formed on the surface of carbon steel or alloy steel containing 0.1 to 0.5% C by weight Hardened surface parts with excellent strength.
(2)重量比で、Cを0.1〜0.5%含有する炭素鋼
または合金鋼の表面硬化にあたり、まず、浸炭焼入処理
を行い、次に浸炭した表面部にレーザービームを照射し
、その後、焼戻処理を行うことを特徴とする、曲げ疲労
強度に優れた表面硬化部品の製造方法。
(2) When surface hardening carbon steel or alloy steel containing 0.1 to 0.5% C by weight, first perform carburizing and quenching treatment, then irradiate the carburized surface with a laser beam. , followed by a tempering treatment. A method for manufacturing surface hardened parts with excellent bending fatigue strength.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08191908A (en) * 1995-01-17 1996-07-30 Endo Mfg Co Ltd Golf club head
JP2007021017A (en) * 2005-07-20 2007-02-01 France Bed Co Ltd Mattress device
WO2022230937A1 (en) * 2021-04-28 2022-11-03 日立建機株式会社 Reprocessed component and method for manufacturing reprocessed component

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