JPH04129621A - 歯車部材の製造方法 - 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） 本発明は歯車部材の製造方法に関する。

（従来の技術） 歯車部材は種々の機械、装置に使用されており、基本的
には、その全体として強度及び靭性が要求され、歯部に
は耐摩耗性、キー溝には耐疲労強度、耐衝撃強度が要求
される。例えば、自動車のトランスミッションでは歯車
部材としてクラッチハブが設けられているが、近年のエ
ンジンの高出力化に伴い、上記クラッチハブに対する強
度等の要求も厳しくなってきている。

上記クラッチハブの場合、従来は焼結品が広く用いられ
ているが、焼結品ではコスト上昇を招くことなく上述の
強度等についての厳しい要求に応えることは難しい。こ
れに対し、最近では浸炭焼入れを施した鋳鋼品が用いら
れるようにもなってきているが、コスト高になる憾みが
ある。

ところで、高強度、高靭性、高耐摩耗性が得られる材料
としてＡＤＩ（基地をオーステンパ処理によりベーナイ
ト組織にした球状黒鉛鋳鉄）が−般に知られている。そ
して、このＡＤＩに関し、素材鋳造後、焼きならし処理
を施し、次いで機械加工を行った後にオーステンパ処理
を行うという方法の提案がある（特開昭５７−１９３２
０号公報参照）。この提案の場合、オーステンパ処理前
に機械加工を行うから、ＡＤＩ自体が難切削材であるに
も拘らず、比較的容易に機械加工を行うことができると
いえる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の課題は、上記ＡＤＩを歯車部材に適用すること
にある。

しかし、単に上述の提案を歯車部材の製造に適用しただ
けでは、ＡＤＩの有する機械的性質を生かした歯車部材
を得ることは可能になるものの、それ以上の要求、つま
り、例えば上記クラッチハブのキー溝に高い疲労強度や
耐衝撃強度を得たり、その歯部に高い耐摩耗性を得ると
いうような高い要求を満足せしめることはできない。

（課題を解決するための手段） 本発明は、このような課題に対して、ＡＤＩ材料の組成
を調整して機械加工性を低下させることなくオーステン
パ焼入れを良好なものとしながら、オーステンパ処理後
にその機械的性質を局部的に向上せしめる工程を設ける
ものである。

すなわち、そのだめの具体的な手段は、Ｃｕを０、　３
〜０．　７重量％含有する鋳鉄材により球状黒鉛鋳鉄製
の歯車素材を鋳造する工程と、この歯車素材に歯部及び
キー溝の荒加工と歯部の仕上げ加工とを施す機械加工工
程と、上記歯車素材にオーステンパ処理を施す工程と、
上記キー溝の仕上げ加工を施す工程とを順に行なうこと
を特徴とする歯車部材の製造方法である。

また、歯部の耐摩耗性向上を図る場合には、この歯部に
ついて上記オーステンパ処理後に焼戻し処理を行うもの
である。

上記鋳鉄材は基本的には次の組成とすることが好ましい
。

Ｃ；３．０〜４．０．Ｓｉ　；２，０〜３．０゜Ｍｎ；
０．３〜０．５．Ｃｕ　；０．３〜０．７（以上、重量
％）、残Ｆｅ また、球状化のためのＭｇは０．０１〜０．０６重量％
とすることが望ましい。

上記Ｃｆｆ１について、その下限の規制は鋳造性不良及
び黒鉛化不良を防止するためであり、上限の規制は粗大
黒鉛の発生を防止するためである。

上記Ｓｉ量についての下限の規制は鋳造不良防止とチル
化防止のためであり、上限の規制は粗大黒鉛の発生を防
止するためである。

上記Ｍｎ量についての下限の規制はオーステンパ焼入れ
性を向上せしめるためであり、上限の規制は加工性の悪
化を防止するためである。すなわち、Ｍｎ量が多すぎる
と、鋳放し時に基地のパーライト量が増大し加工性が悪
化するものであり、また、オーステンパ処理後のハード
スポット増大の問題もある。

上記Ｃｕ量についての下限の規制は、オーステンパ焼入
れ性を向上せしめるためであり、上限の規制は加工性の
悪化を防止するためである。すなわち、第２図に示すよ
うに、鋳放し硬さはＣｕ量の増加に伴って高くなってい
るが、これは、Ｃｕか上記焼入れ性向上元素として作用
する一方、パーライト化安定元素として作用して基地の
パーライト量を増大させるからである。

Ｍｇ量についての下限の規制は球状化不良を防止するた
めであり、上限の規制はチル化を防止するためである。

機械加工は、その後のオーステンパ処理により素材の膨
張を招くため、予めこの膨張を見越して最終製品寸法よ
りも若干小さめになるように行うことが好ましい。

オーステンパ処理は、以下の条件で行うことが望ましい
。

オーステナイト化温度　　８８０〜９２０℃オーステナ
イト化時間　　０．　５〜２，５時間ベーナイト化温度
　　　　３７０〜３９０℃ベーナイト化時間　　　　１
．５〜２．５時間上記条件で上述の鋳鉄材による歯車素
材のオーステンパ処理を行った場合、残留オーステナイ
ト量は４０〜６０容量％となり、耐疲労強度及び靭性に
優れたＡＤＩ組織となる。

キー溝の仕上げ加工は、その後に実質的な膨張・収縮を
生ずることがないため、最終製品寸法となるように行な
う。

歯部の焼戻し処理は、局部的に行うものであるため、例
えば赤外線炉加熱、高周波加熱などの局部加熱手段を用
いる。加熱温度は４５０〜７００℃程度とする。４５０
℃未満では基地の分解がほとんどなく、７００℃を越え
るオーステナイト化を招き、いずれも焼戻し効果が得ら
れないためである。この加熱温度の上限は、他部位への
熱影響をできるだけ少なくする意味からは６００℃程度
とすることが望ましい。

（作用） 鋳造により得られる球状黒鉛鋳鉄製歯車素材は、ブルス
アイ組織になっており、Ｃｕを０．７重量％以下に制限
しているから、基地のパーライト量はそれほど多くない
。よって、歯車素材の被削性は良好である。そして、オ
ーステンパ処理前に機械加工を行うから、上記良好な被
削性を生かして歯切加工及びその仕上げ加工、並びにキ
ー溝加工を円滑に行うことができる。

次に、上記歯車素材は、オーステンパ処理により、基地
がベーナイトと残留オーステナイトとの混在組織となる
ものである。その場合、上記Ｃｕ量を０，３重量％以上
に制限しているから、オーステナイト化れ性か良好にな
るものであり、このオーステンパ処理により、歯車部材
全体として必要な強度及び靭性を得ることかできる。

そうして、上記オーステンパ処理後のキー溝の仕上げ加
工は、加工誘起変態、すなわち、上記オーステンパ処理
による残留オーステナイトのマルテンサイトへの変態を
招き、キー溝部の耐疲労強度、耐衝撃強度及び耐摩耗性
を高める。

また、オーステンパ処理後の歯部の局部焼戻し処理は、
ベーナイト及び残留オーステナイトの分解による微細パ
ーライトの発生を招き、歯部表面高度を高めて、耐摩耗
性を向上させる。

（発明の効果） したがって、本発明によれば、Ｃｕ量が０．３〜０．　
７重量％の鋳鉄材によって球状黒鉛鋳鉄製歯車素材を鋳
造し、機械加工を先に行ってからオーステンパ処理を行
うようにしたから、歯車素材の被削性を良好なものにし
て機械加工を容易にしながら、オーステンパ焼き入れ性
を良好なものにして歯車部材全体としての必要な強度及
び靭性を確実に得ることができ、そして、オーステンパ
処理後にキー溝の仕上げ加工を行うようにしたから、加
工誘起変態を利用してキー溝の耐疲労強度を高めること
かできる。そして、上述の如く、機械加工が容易である
から、コスト的に有利になる。

また、オーステンパ処理後に歯部のみの焼戻し処理を行
う場合、歯車部材全体としての強靭性を損なうことなく
、歯部の耐摩耗性を向上させることができるようになる
。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

第１図にはこの実施例で製造する歯車部材としてのクラ
ッチハブ１が示されている。このクラッチハブ１におい
て、２はアウタースプライン、３はインナースプライン
、４はキー溝である。

上記クラッチハブ１の製造方法を実施例１と実施例２と
につき、各々工程順に説明する。

一実施例１− ■　鋳造行程 砂型に鋳鉄溶湯を注ぎ球状黒鉛鋳鉄製クラッチハブ素材
を鋳造した。鋳鉄溶湯の成分は次のとおりである。

Ｃ：３．　５．　　Ｓｉ：２．　６．Ｍｎ：０．４５゜
Ｃｎ　：　０．５５．Ｍｇ　：　０．０４５　（以上は
重量％）、残Ｆｅ 得られるクラッチハブ素材は、ブルスアイ組織になる。

基地のパーライト量はそれほど多くなく、鋳放し硬さは
２３０〜２４０Ｈｖ程度となる（第２図参照）。

■　機械加工工程 上記クラッチハブ素材に、アウタースプライン２、イン
ナースプライン３、キー溝４などクラッチハブ１の基本
形状を得るための荒加工を施した。

次に、キー溝４の部分を除いてクラッチハブ素材に仕上
げ加工を施した。但し、仕上げ加工は、後のオーステン
パ処理による膨張を考慮して、最終製品寸法よりも若干
小さめの寸法となるように行った。

前工程で得られたクラッチハブ素材は、パーライト量が
少なくて鋳放し硬さがそれほど高いものでないため、被
削性か良好であり、本工程の機械加工は容易であった。

■　オーステンパ処理工程 本工程の処理条件は次のとおりである。

オーステナイト化　　　９００℃×２時間恒温変態処理
　　　　　３８０℃×２時間恒温変態処理にはソルト炉
を用いた。

本工程によりクラッチハブ素材の基地はベーナイトと残
留オーステナイトとの混在組織となり、クラッチハブ素
材の強度及び靭性が高くなる。上記残留オーステナイト
量は４５容量％であった。

■　キー溝仕上げ加工工程 本工程はこの実施例の最終工程であり、先の機械加工工
程で残しておいたキー溝４の部分に仕上げ加工を施した
。

本工程により、キー溝４の部分では残留オーステナイト
のマルテンサイトへの変態を生じ、その耐疲労強度、耐
摩耗強度及び耐摩耗性が高くなる。

実施例２− 砂型に注湯する鋳鉄材の成分を次のとおりとして、実施
例１と同様の鋳造工程■〜キー溝溝上上加工工程■を行
った。

Ｃ：３．７．Ｓｉ　；２．７．Ｍｎ：０．３５゜Ｃｕ　
：　０．４．　Ｍｇ　＋　０．　０２０　（以上は重量
％）、残Ｆｅ 機械加工工程■でのクラッチハブ素材の被削性は実施例
１と同様に良好であった。オーステナイト化■は次の条
件で行った。

オーステナイト化　　　９００℃×１．５時間恒温変態
処理　　　　　３８０℃×１．５時間残留オーステナイ
ト量は４２容量％であった。

従って、本例の場合も、次のキー溝仕上げ加工工程■に
おいて、残留オーステナイトのマルテンサイトへの変態
を生じ、キー溝４の耐疲労強度、耐衝撃強度及び耐摩耗
性が高くなる。

一実施例３− 本実施例は、実施例１における■のキー溝仕上げ加工工
程に続けて、以下の工程■、■を行うものである。なお
、鋳造工程■〜キー溝溝上上加工工程■は実施例１と同
じである。

■　局部焼戻し処理工程 アウタースプライン２の部位のみに赤外線炉によって焼
戻し処理を施した。焼戻し温度は５００℃であり、加熱
時間は５秒程度である。

本工程により、アウタースプライン２は基地のベーナイ
トと残留オーステナイトとが同時に分解して微細パーラ
イトとなり、表面硬さが上昇する。

第３図は本工程を採用したものとそうでないものとにつ
き、その表面高さを比較したものであり、本工程により
表面硬さが上昇していることがわかる。

■　ウォータジェット局部強化処理 キー溝４の部位にウォータジェットを当てた。

ウォータジェットの条件は次のとおりである。

スチールビーズ（直径０−１８＋＋ｎ）土水圧カニ　１
，０００　）ｃｇ　ｆ　／ｃシ、速度：　３１０　ｍ／
　ｓ本工程により、キー溝４の部位に圧縮残留応力が形
成され、その耐疲労強度が向上する。また、キーｔｉ４
の熱処理後も本工程によりきれいなものとなった。

上記工程■と■とは逆の順序で行っても良いが、上述の
如くウォータジェット局部強化処理を後にする方が、局
部焼戻し処理で圧縮残留応力が解消してしまうという懸
念がなくて好ましい。

なお、上記各実施例はクラッチハブの製造方法に関する
が、本発明が内周部にキー溝を有する他の歯車部材の製
造にも適用できることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はクラッチハブの
正面図、第２図はＣｕ量と鋳放し硬さとの関係を示す特
性図、第３図は焼戻し処理の有無による表面硬さの違い
を見た特性図である。 １・・・クラッチハブ（歯車部材） ２・・・アウタースプライン（歯部） ４・・・キー溝 １・・・クラッチハブ（歯車部祠） ２・・・アウタースプライン（歯部） ４・・・キュ溝 篤１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｕを０．３〜０．７重量％含有する鋳鉄材によ
   り球状黒鉛鋳鉄製の歯車素材を鋳造する工程と、この歯
   車素材に歯部及びキー溝の荒加工と歯部の仕上げ加工と
   を施す機械加工工程と、上記歯車素材にオーステンパ処
   理を施す工程と、上記キー溝の仕上げ加工を施す工程と
   を順に行なうことを特徴とする歯車部材の製造方法。
2. （２）オーステンパ処理後に、歯部のみの焼戻し処理を
   行う工程を備えている請求項（１）に記載の歯車部材の
   製造方法。