JPH0361327A - 歯車の熱処理方法 - 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〕 本発明は鋼製歯車の表面硬化のための熱処理方法に関す
る。

〔従来の技術〕

歯車の表面硬化処理は、主にｔｊＩ車表面表面さを上げ
ることによって歯車に要求される強度を改善することを
目的としている。歯車に要求される強度に及ぼす硬さ特
性の影響は表１に示すごとくである。

従来、歯車の表面硬化熱処理としては、下記の方法があ
る。

（１）固形またはガスによる浸炭焼入焼戻法によれば、
硬化パターンは第１２図のごとくなり、表面硬度はＩ（
ＲＣ６０〜６４となる。硬化深さも適切な値を得られる
。

（２）高周波焼入焼戻法によれば、−歯谷焼きの場合、
硬化パターンは第１３図のごとくなり、表面硬度はＨＲ
Ｃ５５〜６０となり、硬化深さも充分である。

（３）窒化法によれば、硬化パターンは第１４図のごと
くなり、表面硬度はＨＲＣ換算で５５〜６０相当となる
が硬化層はうすい。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の方法では以下のような問題がある。

（１）浸炭焼入焼戻法では熱処理時間が長く、また、ガ
ス浸炭の場合、処理時間が長いと硬化層に異常層が現れ
ることがある。

（２）高周波焼入法では歯車精度が劣り、焼割れの危険
性が高く、歯面強度も劣る。

（３）窒化法では硬化層が薄く、処理時間も長く、疲労
強度も劣る。

本発明は上記問題を解決すべくなされたもので、歯車精
度も良く、適切な硬化深さが得られて強度的に優れ、処
理時間が短く生産性の良い、歯車の熱処理方法を提供す
ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的達成のため、本発明者は研究の結果以下に述べ
る方法を見出し本発明に到達したものである。

すなわち、焼入性を調整した鋼材の炭素量（Ｃ量）を第
１図に示すごとく、必要な表面硬さＨＲＣ５０以上を得
るために０．４％以上とし、多すぎると粗大セメンタイ
トθの存在の可能性が増し、疲労強度の低下をまねくた
め１．３％以下としている。この量は好ましくは０．６
％以上、１．１％以下である。

焼入温度は第２図のＦｅ−Ｃ状態図に示すように、焼入
可能なオースナナ４１フ組織を得るために７３０℃以上
とし、焼割れ防止と、熱処理歪の低減のため９００℃以
下としている。この場合、セメンタイトθは可であるが
、フェライトａは不可のため温度範囲は第２図のハツチ
ングの範囲である。

なお、７６０℃以上、８６０℃以下で図のクロスハツチ
ングで示す範囲がより一層望ましい。

冷却方法は第３図に示すように、表面と内部で冷却速度
に差をつけて硬さの差を得るために、焼入の急冷度を０
．５　ｉｎ−’以上としている。

冷却媒体は焼割れ発生防止と焼入歪の低減のために、Ｍ
ｓ点近傍の２５０℃前後の冷却速度が遅い媒体が好まし
く、各種の冷却媒体の冷却速度特性を調査して選定して
いる。調査水準を表２に示す。

表　　　　　　　２ 第４ｒＩ！Ｊの各種冷却媒体の冷却速度特性Ｉこ示すご
とく、水溶性焼入液、ポリエチレングリコール。

焼入油、ソルトはＭｓ点近傍での冷却速度が遅く望まし
い特性を示しており、ポリエチレングリコール、焼入油
、ソルトは特に望ましい。

焼入は加圧噴射式の焼入装置により行う。第５図は中実
外歯車用の、第６図は中空外歯車用の焼入専用ジャケッ
トを示し、２！ｉの筒形を形成するジャケットｌの外筒
２には冷却媒体を注入する注入口３が溶着されており、
内筒４にはノズル５が設けられている。中空外歯車用ジ
ャケットには中央に、先端部にノズルを有する冷却バイ
ブロが設けられている。

焼入方法を説明すると、ジャケットの中に加熱した歯車
ＩＯまたは１１を設置し、注入口３より冷却媒体を加圧
注入しＩ　ｋｇｆ／　ｃｍ’以上の圧力でノズルから歯
車に噴射する。歯部に噴射する場合は歯底を狙って噴射
することが望ましい。

第７図に示す　歯元硬化深さ／モジュール　と歯元疲労
強度の関係から　歯元硬化深さ／モジュール　の値は０
．０５以上、０．４０以下とし、更に、歯車は衝撃的な
歯元疲労強度も要求され、その場合には歯元硬化深さは
浅い程良いといわれていることから、望ましくは０．０
５以上、０．３０以下とする。尚、炭素量０．４０％以
上の鋼材では合金元素を低減してもモジュール４未満の
歯車では上記の適正硬化深さを得ることが出来ないので
、本発明の対象とする歯車はモジュール４以上が望まし
い。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例について説明する。ｗｃ８図は熱
処理を実施した歯車である。表３に鋼材の化学成分を示
す。

表３の鋼材を熱処理した結果の品質比較を表４に示す。

表４で解るとおり、本発明の熱処理結果は、歯車の精度
も良く、硬さも充分あり、歯元の硬化深さも適正である
。歯の硬化パターンも第９図に示すごとく良好である。

第１Ｏ図に歯元の曲げ疲労試験結果を示し、第１１図に
歯面疲労強度試験結果を示すが、いずれも本発明による
熱処理を施した歯車は優れた成績を示している。

以上詳述したごとく、本発明による熱処理は、歯元硬化
深さを０．０５ＸＭ（モジュール）〜０゜４ＸＭを得る
ために、歯車に合わせて、鋼材の化学成分から決まる焼
入性と、冷却媒体の種類とその温度によって決まる焼入
の急冷度の組み合わせを適切に選定する必要がある。前
記の説明では、急冷度を固定して焼入性を選定するごと
く述べているが、鋼材の製造と管理は繁雑である。この
場合には、冷却媒体の種類およびその温度を変え、冷却
度を選択してもよい。すなわち、一つの焼入設備で行う
場合には、冷却媒体の取り替えがむずかしいので温度の
みを変更する。二つ以上の焼入設備で行う場合には、温
度のみを変更するか、または、温度と冷却媒体を変更し
て歯車に合わせ、焼入性に合わせた急冷度を選定するこ
とが出来る。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明は焼入性を調整した鋼材の
炭素量を規定し、加熱温度の範囲を定め、適切な冷却条
件で、予め選定した冷却媒体で、専用の加圧噴射式焼入
装置により熱処理を行うことにより、精度も良く、硬化
深さも適切で、歯面強度、歯元強度ともに優れた歯車を
効率的に生産できる歯車の熱処理方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図二鋼の炭素量と最高焼入硬さとの関係を示す図 第２図：Ｆｅ−Ｃ準安定系状態図 第３図：焼入焼戻後の硬さに及ぼす焼入の急冷度の影響
を示す図 第４図：各種冷媒体の冷却速度特性の図表第５図：中実
外歯車用焼入専用ジャケットの全体図 第６図：中空外歯車用焼入専用シャケ７トの全体図 第７図：歯元の硬化深さ／モジュール　と歯元疲労強度
との関係を示す図表 第８図：供試歯車の全体図 第９図二本発明の熱処理による歯の硬化パターンを示す
図 第１Ｏ図：歯元曲げ疲労試験結果を示す図表第１１図：
歯面疲労強度試験結果を示す図表第１２図、１３図、１
４図：従来の熱処理による歯の硬化パターンを示す図で
ある。 ｌ・・・・・ジャケット ２・・・・・外筒 ３・・・・・注入口 ４・・・・・内筒 ５０・・・・ノズル ６・・・・・冷却パイプ １０．１１・・・歯車

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）歯車の表面硬化熱処理において、炭素量が０．４
   ０％以上、１．３０％以下の焼入性を調整した鋼の歯車
   を、温度７３０℃以上、９００℃以下に全体加熱し、急
   冷度０．５ｉｎ＾−＾１以上の条件で、予め選定した冷
   却媒体を用いて、加圧力１ｋｇｆ／ｃｍ＾２以上の加圧
   噴射焼入れを行い、歯車の歯元の硬化深さをモジュール
   の０．０５倍以上、０．４０倍以下とすることを特徴と
   する歯車の熱処理方法。
2. （２）上記冷却媒体がポリエチレングリコール、焼入油
   、およびソルトのうち、いずれか一つである、請求項１
   記載の歯車の熱処理方法。