JPH04136152A - 鋼部材の浸炭焼き入れ方法 - 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］ この発明は、鋼部材を耐ピツチング性を向上させた状態
で浸炭焼き入れするための、鋼部材の浸炭焼き入れ方法
に関する。

［従来の技術］ 従来より、浸炭焼き入れ鋼の耐摩耗性及び耐ピツチング
性を向上させるためには、浸炭表面部に炭化物を均一に
析出・分散させることにより、表面硬度を高めると共に
、内部の軟化抵抗を高める事が有効である事は、知られ
ている。また、このような耐摩耗性及び耐ピツチング性
を向上させた浸炭焼き入れ鋼は、歯車部品の歯面形成に
最適するものである。ここで、この浸炭焼き入れ技術を
歯面形成に適用する場合には、靭性の低下を抑制する上
でも、析出炭化物は微細である事が好ましい。

このような炭化物を析出させる浸炭方法としては、従来
から種々の方法が提案されている。具体的には、例えば
、特公昭６２−２４４９９号公報に示される様に、予備
浸炭後、カーボンポテンシャルをオーステナイトのカー
ボン固溶限よりも高めた状態で、炭化物生成処理、詳細
には、再加熱浸炭焼き入れ処理する技術が知られている
。また、一方、微細な炭化物を析出させるためには、予
め、高炭素濃度に浸炭後、−旦冷却して、再加熱浸炭焼
き入れする方法が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、鋼部材を浸炭後において冷却する事を炉
冷により行うとすると、炭化物の析出分布が不均一にな
る問題点が発生する。一方、浸炭後の冷却を焼き入れの
ような急冷にすると、炭化物の析出分布は確かに均一に
はなるが、熱処理変形量が大きくなり、高い寸法精度を
要求される歯車部品への適用が困難になる問題点が新た
に発生する。

この発明は上述した課題に鑑みなされたもので、この発
明の目的は、浸炭処理後、炉冷による冷却を実施したと
しても、均一な炭化物の析出分布が得られる様にした鋼
部材の浸炭焼き入れ方法を提供することである。

また、この発明の他の目的は、歯面の耐摩耗性及び耐ピ
ツチング性を向上させた歯車部品を浸炭焼き入れ鋼から
製造させる事の出来る鋼部材の浸炭焼き入れ方法を提供
する事である。

［課題を解決するための手段Ｊ 上述した目的を達成するため、この発明に係わる鋼部材
の浸炭焼き入れ方法は、クローム含有鋼部材をソルバイ
ト組織に生成処理する第１の工程と、この第１の工程に
おけるソルバイト組織生成処理の後、前記鋼部材のソル
バイト組織に、高い炭素濃度で浸炭処理して冷却する第
２の工程と、この第２の工程における高炭素浸炭処理の
後、前記鋼部材を再加熱して浸炭焼き入れまたは浸炭窒
化焼き入れする第３の工程とを具備する事を特徴として
いる。

また、この発明に係る鋼部材の浸炭焼き入れ方法におい
て、前記第１の工程は、焼き入れ・焼き戻し処理により
実行される事を特徴としている。

また、この発明に係る鋼部材の浸炭焼き入れ方法におい
て、前記第２の工程は、カーボンポテンシャルを１乃至
３％の範囲で浸炭処理する事を特徴としている。

［発明の概要］ この発明に係る鋼部材の浸炭焼き入れ方法によれば、焼
き入れ・焼き戻しによるソルバイト組織生成処理の後、
鋼部材のソルバイト組織に、高い炭素濃度で浸炭処理し
、この後、前記鋼部材を再加熱して浸炭焼き入れまたは
浸炭窒化焼き入れするするものである。

ここで、上述したソルバイト組織生成処理は、浸炭時に
炭化物が残留しやすい様にするために、炭化物の核が大
きくなる高温で焼き戻しを行う事が好ましく、即ち、６
００〜７００℃の範囲で焼き戻す事が好適する。

また、高炭素濃度での浸炭処理は、浸炭温度を８５０〜
９５０℃の範囲で、また、カーボンポテンシャル（以下
、単にＣＰと呼ぶ、）を１，０〜１．４％の範囲で実施
する。ここで、ＣＰが１．０％未満では、炭化物の析出
量が不十分てあり、ＣＰが１．４％を越えると、粗大な
網状炭化物の析出や、スーティング等の操業上の問題が
発生し、好ましくない、また、冷却処理は、炉冷により
実施するものとする。尚、このＣＰの上限は、多少のス
ーテイングは発生するが、操業上問題とならない程度の
発生限界として認識した場合には、３％まで許容出来る
ものである。

最後に、再加熱浸炭焼き入れは、浸炭温度を８００〜９
００℃の範囲で、また、ｃｐを０．５〜１．０％の範囲
で実施する。ここで、この再加熱温度は、高炭素浸炭処
理における浸炭温度よりも低い範囲で実施する事が好ま
しい、また、必要に応じて、同時に浸窒しても良い。

尚、この発明に係る浸炭焼き入れ方法が適用される鋼部
材としては、炭化物生成元素であるクロームＣｒを含有
する鋼に適用されるものである。

このように、この発明に係わる鋼部材の浸炭焼き入れ方
法を実施する事により、焼き入れ・焼き戻し処理により
鋼部材をソルバイト組織にしておく事により、高炭素浸
炭後において、未固溶炭化物が多く生成される事になる
。この結果、その後において炉冷したとしても、浸炭前
の組織がフェライト・パーライト組織である場合と比較
して、均一な炭化物の析出分布が得られ、且つ、炭化物
の析出量も多くなる。

また、この発明に係る鋼部材の浸炭焼き入れ方法を実施
する事により、例えば、歯切り等の機械加工を、焼き入
れ・焼き戻し処理の後、高炭素浸炭処理の前に行う事に
より、焼き入れ・焼き戻し処理を設定した事による歯車
精度の悪化がないばかりでなく、焼き入れ・焼き戻し処
理が鍛造等に起因する内部応力を除去する作用が期待出
来るので、変形のバラツキ低減に有効と考えられる。こ
のようにして、この発明に係る鋼部材の浸炭焼き入れ方
法は、高い寸法精度が要求される歯車部品の製造に好適
するものである。

［実施例］ 以下に、この発明に係わる鋼部材の浸炭焼き入れ方法の
実施例を、添付図面を参照して詳細に説明する。

先ず、この浸炭焼き入れ方法においては、試験片ｌＯは
、Ｃｒ含有鋼、具体的には、ＪＩＳＳＣＭ４２０で規定
される組成を有する綱から、第１図に示す様に、中央部
の直径を２６ｓｓｅ、全長を１３０ｍｍの略円柱状に形
成されている。

詳細には、このＣｒ含有鋼は、Ｃｒを０．８〜３．０％
の範囲で含有した鋼から構成されている。ここで、クロ
ーム（Ｃｒ）自体は、Ａｅ、ＩＩを低炭素側へ移動させ
、炭化物の生成を容易にさせる作用を有している。そし
て、このクロームの含有範囲の下限である０、８％は、
好適する高炭素浸炭処理条件である８５０〜９５０℃、
ＣＰ＝１．０〜１．４％でＭ、Ｃ炭化物を浸炭中に析出
させるために規定されるものであり、０．８％未満では
、オーステナイトは過飽和にならず、炭化物は析出しな
い事になる。

一方、クロームの含有範囲の上限である３、　０％は、
浸炭後の機械的性質に悪影響を及ぼす粒界酸化の多量の
生成を阻止するために規定されるものである。即ち、ク
ロームは、シリコンと同様に、酸化物生成元素であり、
浸炭中に酸化され、粒界酸化を生成させ、その効果はシ
リコン程ではないが、３％を越えて添加すると、機械的
性質を劣化させる事になると共に、焼き入れ性が過大と
なり、また、切削性が劣化する事になる。

また、このクローム含有鋼のその他の合金元素について
は、以下の第１表に示すとうりである。

第１表 上述した第１表において、炭素Ｃは、部材芯部の強度を
確保するために必要は元素であり、炭素の含有率が０．
１０％未満では、その効果が不十分であり、また、０．
３％を越えると硬さが高くなり過ぎて、靭性が低下する
と共に、切削性が悪化する事となる。

また、シリコンＳｔは、炭素Ｃと同様に、部材の強度向
上に有効であり、この効果の達成のためにシリコンの含
有率は０．０５％以上必要となる。一方、このシリコン
は、上述した様に酸化物生成傾向が強（、浸炭表面にお
いて異常層の生成を助長すると共に、浸炭阻害作用があ
るため、シリコンの含有率は０．５０％以下にしなけれ
ばならない。

マンガンＭｎは、焼き入れ性向上元素であり、この効果
の達成のために０．３０％以上が必要となる。一方、こ
のマンガンの含有率が１．８０％を越えると、焼き入れ
性が過大となると共に、切削性が悪化する。

リンＰ及びイオウＳは、共に不純物であり、０．０３％
以下である事が好ましい。

ニッケルＮｉは、焼き入れ性向上元素であるとともに、
基地の靭性向上に有効である。一方、このニッケルの含
有率が２．５０％を越えると、その効果が飽和し、経済
性が損なわれる。尚、このニッケルは、必要に応じて添
加される。

モリブデンＭｏは、焼き入れ性向上元素である。一方、
このモリブデンの含有率が０．５０％を越えると、その
効果が飽和し、経済性が損なわれる。尚、このモリブデ
ンは必要に応じて添加されるものである。

この第１図に示す試験片１０を、以下の第２表で示す様
に、従来と同様に焼き入れ・焼き戻しによるソルバイト
組織生成処理を採用しない浸炭焼き入れ方法を実施した
比較例と、同一材質の試験片１０を、先ず、焼き入れ・
焼き戻しによるソルバイト組織生成処理を実施した後、
高炭素浸炭処理、及び、再加熱浸炭焼き入れ処理を実行
する実施例１と、上述した組成に、更に０．１％のバナ
ジウムを添加した材料で形成された試験片１０を、先ず
、焼き入れ・焼き戻しによるソルバイト組織生成処理を
実施した後、高炭素浸炭処理、及び、再加熱浸炭焼き入
れ処理を実行する実施例２とで、浸炭焼き入れ方法を実
施する様に設定されている。尚、このようなバナジウム
を少量添加するのは、微細なバナジウム炭化物が、Ｍ、
Ｃ炭化物の析出核として作用するため、バナジウムを添
加しない実施例１の場合と比較して、浸炭後の未固溶炭
化物の析出が増えるからである。

詳細には、このバナジウムの添加範囲は、０．０５〜０
．４％である。ここで、このバナジウムは、前処理であ
る焼き戻し過程で、ＶＣとして析出し、次工程での炭化
物析出のための浸炭処理において、析出核となる作用が
ある。そして、その添加範囲における下限は、浸炭処理
中に析出しているＶＣを溶解させないために規定されて
いる。即ち、バナジウムの添加率を０．０５％以下にす
ると、浸炭処理中に溶解してしまい、析出核として作用
しな（なり、また、その上限は、析出核としての効果が
、それ以上で飽和してしまうからである。

尚、このバナジウムの他に、添加される炭化物生成元素
としては、ニオブＮｂ、チタンＴｉ、シリコニウムＺｒ
等があり、夫々の添加範囲は、０．０１〜０．１％の範
囲に設定されている。

即ち、先ず、実施例１、及び、実施例２では、共に、第
１の工程としての焼き入れ・焼き戻しによるソルバイト
組織生成処理が実施される。このソルバイト組織生成処
理では、焼き入れ温度を８５０℃に、また、焼き戻し温
度を６５０℃に夫々設定されている。このように焼き入
れ・焼き戻し処理を実行する事により、後述する高炭素
浸炭処理前の材料は、ソルバイト組織になる。尚、この
ような焼き入れ・焼き戻し処理を実施しない比較例にお
ける高炭素浸炭処理前の材料は、フェライト・パーライ
ト組織のままである。

また、このソルバイト組織生成処理が終了すると、比較
例、実施例１、及び、実施例２では、共に、第２の工程
としての高炭素浸炭処理が実施される。この高炭素浸炭
処理は、ＣＰ＝１．２％の雰囲気において、浸炭温度を
９００℃で、２時間に渡り実施される。そして、この後
、冷却速度を約２℃／ｌｌ１ｉｎに設定された状態で、
処理品ｌＯは炉冷される。

この高炭素浸炭処理が終了すると、比較例、実施例１、
及び実施例２では、共に、第３の工程としての再加熱浸
炭焼き入れ処理が実行される。この再加熱浸炭焼き入れ
処理においては、８５０℃で再過熱された状態で、３０
分間に渡り、ＣＰ＝０．８％の雰囲気で、浸炭処理が実
施され、この後、オイル焼き入れが行われる。

このようにして、一連の浸炭焼き入れ動作を終了する。

その後、１７０℃で９０分間焼き戻しする。

（以下、余白） 次に、このように比較例、実施例１．２において夫々浸
炭焼き入れ処理された処理品１０の処理結果について説
明する。

この処理結果においては、次の第３表に示す様に、析出
した炭化物の分布状態は、比較例においては不均一であ
ったのに対して、実施例１及び実施例２においては、均
一となっている。また、析出した炭化物量は、比較例に
おいては８％であったのに対して、実施例１においては
１３％に増大しており、実施例２においては１５％と、
更に増大している。そして、これら炭化物析出の分布状
態及び炭化物の析出量に依存する所の、耐ピツチング性
は、ピッチングが発生するまでのピッチング発生寿命に
より規定され、このピッチング発生寿命は、後述するロ
ーラーピッチング試験を実施する事により測定されるが
、比較例においては１３１万サイクルであるのに対して
、実施例１においては３６０万サイクル、そして、実施
例２においては４３０万サイクルにまで増大している。

第３表 尚、上述した炭化物の析出分布状態は、比較例及び実施
例１について、夫々の断面位置における金属組織の状態
を示す第２図及び第３図に夫々写真で示されている。こ
れら第２図及び第３図から明らかな様に、比較例におい
ては、フェライト・パーライト組織を高炭素浸炭処理し
ているので、炭化物の析出・分散状態が不均一となって
おり、一方、実施例１においては、ソルバイト組織を高
炭素浸炭処理しているので、炭化物の析出・分散状態が
均一となっている事が、容易に観察される。尚、実施例
２における炭化物の析出分布状態は、実施例１とほぼ同
一であるので、ここでの表示を省略する。

また、上述した炭化物量は、浸炭処理した処理品ｌＯの
表面から所定深さの断面位置の全面積に対する、この断
面位置における炭化物の析出した部位の面積の比として
規定されるものである。ここで、比較例、及び、実施例
１における夫々の断面位置における金属組織の状態は、
第２図、及び、第３図に夫々写真により示される状態に
おいて、白（写る所が、炭化物が析出した部位を示して
いる。

ここで、このようにして処理された処理品１０のピッチ
ング発生寿命を、ローラーピッチング試験を実施する事
により測定した。

このローラーピッチング試験においては、全ての例に渡
り、即ち、比較例、実施例１、及び、実施例２に渡り、
共通の条件として、処理品１０の直径２６ｍｎ＋に設定
された中央部分に所定のローラを面圧３９’２　Ｋｇｆ
／ｍｒｎ２で押しつけ、滑り率が６０％になる様に各々
を回転させ、潤滑油としてＡＴＦを８７℃を用いている
。

このような共通の条件のもとてローラーピッチング試験
を実施する事により測定されたピッチング発生寿命は、
上述した第２表に示す通り、炭化物の析出分布状態が不
均一である比較例の場合には、１３１万サイクルと短く
、一方、均一である実施例１及び２の場合には、３６０
万サイクル以上と長寿命化が達成される事のになる。

一方、材質組成を換えた実施例１と実施例２の場合では
、比較例と同一の組成を有する実施例１の場合には、３
６０万サイクルであるが、少量のバナジウムを添加した
実施例２の場合には、析出した炭化物量も多くなり、微
細なＶＣの存在と相まって、ピッチング発生寿命も、４
３０万サイクルと更に長寿命化が達成される事になる。

この発明は、上述した一実施例の構成に限定されること
なく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能
である事は言うまでもない。

例えば、上述した実施例においては、高炭素浸炭処理に
おける冷却速度を、２℃／ｌｌｌ１ｎとなる様に説明し
たが、この発明においては、このような冷却速度に限定
されることなく、実施例１の条件において冷却速度をｌ
　’Ｃ／　ｓｅｃと設定した場合でも、同等な効果を得
ることが出来た。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明に係わる鋼部材の浸炭焼
き入れ方法は、クローム含有鋼部材をソルバイト組織に
生成処理する第１の工程と、この第１の工程におけるソ
ルバイト組織生成処理の後、前記鋼部材のソルバイト組
織に、高い炭素濃度で浸炭処理して冷却する第２の工程
と、この第２の工程における高炭素浸炭処理の後、前記
鋼部材を再加熱して浸炭焼き入れまたは浸炭窒化焼き入
れする第３の工程とを具備する事を特徴としている。

また、この発明に係る鋼部材の浸炭焼き入れ方法におい
て、前記第１の工程は、焼き入れ・焼き戻し処理により
実行さｉする事を特徴としている。

また、この発明に係る鋼部材の浸炭焼き入れ方法におい
て、前記第２の工程は、カーボンポテンシャルを１乃至
３％の範囲で浸炭処理する事を特徴としている。

従って、この発明によれば、浸炭処理後、炉冷による冷
却を実施したとしても、均一な炭化物の析出分布が得ら
れる様にした鋼部材の浸炭焼き入れ方法が提供される事
になる。

また、この発明によれば、歯面の耐摩耗性及び耐ピツチ
ング性を向上させた歯車部品を浸炭焼き入れ鋼から製造
させる事の出来る鋼部材の浸炭焼き入れ方法が提供され
る事になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係わる鋼部材の浸炭焼き入れ方法の
一実施例が適用される処理品の形状を示す斜視図； 第２図は第１図に示す処理品を、従来と同様の比較例と
しての手順で浸炭焼き入れした場合の金属組織の状態を
写真により示す断面図；そして第３図は第１図に示す処
理品の、実施例１の手順で浸炭焼き入れした場合の金属
組織の状態を、写真により示す断面図である。 図中、１０は処理品を示している。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）クローム含有鋼部材をソルバイト組織に生成処理
   する第１の工程と、 この第１の工程におけるソルバイト組織生成処理の後、
   前記鋼部材のソルバイト組織に、高い炭素濃度で浸炭処
   理して冷却する第２の工程と、この第２の工程における
   高炭素浸炭処理の後、前記鋼部材を再加熱して浸炭焼き
   入れまたは浸炭窒化焼き入れする第３の工程とを具備す
   る事を特徴とする鋼部材の浸炭焼き入れ方法。
2. （２）前記第１の工程は、焼き入れ・焼き戻し処理によ
   り実行される事を特徴とする請求項第１項に記載の鋼部
   材の浸炭焼き入れ方法。
3. （３）前記第２の工程は、カーボンポテンシャルを１乃
   至３％の範囲で浸炭処理する事を特徴とする請求項第１
   項に記載の鋼部材の浸炭焼き入れ方法。