JPH04269166A - 浸炭処理部品の強化方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面硬化のために浸炭
焼入れ処理を施した鋼製品（浸炭処理部品）の疲労強度
を更に高める方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素含有量の少ない鋼で製造される製品
は、機械的強度が要求される場合一般的に、浸炭処理と
ショットピーニングとが施される。浸炭処理は、被処理
品を浸炭剤で覆った状態で又は浸炭用ガス中に保持して
加熱し，被処理品である鋼の表層に炭素をしみ込ませる
焼入れ操作であるが、そうして出来た硬化表層（マルテ
ンサイト組織）の表面には、厚さ２０〜３０μの浸炭異
常層（トルースタイト又はベントナイト組織）も形成さ
れる。ショットピーニングは、ショット又はショット粒
と呼ばれる鋼製粒子を空気圧等で被処理品の表面に多数
投射し、表層に圧縮残留応力を生じさせて疲労強度を増
加させる冷間加工法であり、その効果を高めるためには
、圧縮残留応力の付与しにくい上記浸炭異常層の除去が
必要となる。

【０００３】従って、特に疲労強度を要求される鋼製品
は通常、次のような工程： 浸炭処理→浸炭異常層除去→ショットピーニングを経て
製造される。この場合の浸炭異常層を除去する方法とし
ては、■機械研磨、■電解研磨、■化学研磨がある。ま
た、通常のショットピーニングを施した後、セラミック
ス粒子を用いて■ショットブラストを行ない，その研削
作用で浸炭異常層を除去するという方法がある。 この場合は 浸炭処理→ショットピーニング→ショットブラスト（浸
炭異常層除去） という工程になる。この方法は特開昭６１−２６５２７
１号公報に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】浸炭異常層を除去する
ことは、疲労強度を向上させる上で必要とわかっていて
も一般的には行われていない。この理由は、上記従来の
浸炭異常層の除去方法である■機械研磨、■電解研磨、
■化学研磨及び■ショットブラストの各方法に以下の様
な問題があるためである。

【０００５】まず、■機械研磨は、対象物が通常の材料
より著しく硬度の高い浸炭処理部品であるため研磨し難
いうえに、歯車のように複雑な形状のものに対しては実
施が困難で、敢えて実施すれば大幅なコストアップを招
く。次に、■電解研磨及び■化学研磨は、非浸炭品の研
磨によく採用されているが、浸炭処理部品の研磨方法と
しては技術的に完成されていないところがある。例えば
取り代（研磨深さ）の安定性、浴の管理法等、量産性に
関しての問題が多く、一般的とは言えない。尚、これら
の研磨は本来的には面粗度を向上させるための手段であ
り、後工程のショットピーニングが面粗度を劣化させる
ことを考えると、浸炭異常層の除去のためにこれらの研
磨を施すことは、全体のプロセスから見ると不合理であ
る。

【０００６】一方、上記■ショットブラストによる浸炭
異常層除去方法は、本質的に高硬度で角のあるセラミッ
クス粒等による研削作用を利用しているため、浸炭異常
層だけでなく正常な浸炭層までも削ってしまう。また、
表面性状を悪化させることにもなる。従って歯車等の精
度を要求される部品に該方法を適用することは困難であ
る。

【０００７】本発明は上記問題を解決する目的でなされ
たものであり、その解決しようとする課題は、処理方法
が簡便で、どの様な複雑な形状の浸炭処理部品にも適用
でき、表面性状の悪化や製品精度の低下を発生させずに
疲労強度を高めることのできる浸炭処理部品の強化方法
を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の浸炭処理部品の
強化方法は、浸炭処理部品の表面に、粒径が０．３ｍｍ
以下で硬度がＨｖ６００〜７５０であるショット粒を、
カバレージ２００％以上で投射して浸炭異常層を除去す
ることを特徴とする。

【０００９】即ち本発明は、浸炭処理部品の強化プロセ
スにおいて特殊な条件のショットピーニングを施すこと
により、浸炭異常層を除去するとともに正常な浸炭層に
圧縮残留応力を付与するものである。ここで言う「ショ
ット粒」は、その形状が球形〜略球形のものを指す。従
って、本発明におけるショット粒の投射は、表面キズ等
の原因となるカットワイヤー等を用いるショットブラス
トとは異なる。

【００１０】ショット粒の粒径に関しては、径０．１５
〜０．３ｍｍであるのが好ましい。粒径が０．３ｍｍを
越えると、浸炭異常層が優先的に塑性変形せず剥離し難
くなる。一方、０．１５ｍｍ以下であると、質量が小さ
くなる分だけ効果は弱まり、カバレージを相当大きくす
る必要がある。ショット粒の硬度がＨｖ６００〜７５０
の範囲でなければならないのは、Ｈｖ６００未満である
とショット粒自身が変形して浸炭異常層が除去されず、
逆にＨｖ７５０を越えると浸炭異常層のみならず正常な
浸炭層まで除去され、製品精度が悪化するからである。

【００１１】浸炭異常層を削除するための上記特殊な条
件のショットピーニングでは、比較的小さなショット粒
を使用するので圧縮残留応力は表層の浅い領域にしか発
生しない。ある程度以上に疲労強度を高める上で、より
深い領域まで圧縮残留応力を発生させる場合には、それ
に適するショット粒を用いて更にショットピーニングを
施せばよい。

【００１２】

【作用】粒径の異なるショット粒を投射された処理品の
圧縮残留応力を測定すると、図１に示すような結果が得
られることから、粒径０．３ｍｍ以下の細かいショット
粒は、通常の大きさのショット粒とは異なって、表面よ
り２０〜３０μの深さまで存在する浸炭異常層を優先的
に塑性変形させることが判る。この現象の発現機序につ
いては不明な点が多いが、もともと脆いその浸炭異常層
が最初に塑性変形するので、浸炭異常層は剥離除去され
易くなるものと考えられる。

【００１３】

【実施例】本発明を充分に理解できるように、実施例と
比較例の両方法を含む比較試験例を以下に掲げ、より具
体的に説明する。

【００１４】比較試験例１ 供試品に、種々の粒径のショット粒を用いてショットピ
ーニング処理を施し、浸炭異常層の厚さがショット粒の
粒径でどのように変化するかを調べた。なお、供試品の
形態ならびにショットピーニング条件は次の通りである
。 〔供試品〕　　形状：平歯車（モジュール２．５５）、
材質：ＳＣｒ４２０浸炭焼入れ、 有効硬化深さ：０．７ｍｍ、 浸炭異常層平均厚さ：２５μ 〔投射条件〕　　ショット粒の粒径：０．０５〜１．０
ｍｍ、 ショット粒の硬度：Ｈｖ７００、 投射速度：４０ｍ／ｓ、 カバレージ：３００％ 結果を図２に示す。図から判るようにショット粒の粒径
が０．３ｍｍを越えると浸炭異常層は急激に除去されに
くくなり、０．５ｍｍ以上では殆ど除去されない。これ
は用いるショット粒の粒径が大きくなるほど、最も強く
影響を受ける領域が異常層よりも深い領域になるためと
考えられる。また粒径０．１５ｍｍ未満では異常層の除
去効率がやや劣る。これは粒の質量が小さくなることに
よる衝突エネルギーの減少が原因と考えられ、浸炭異常
層を完全に除去するためには更にカバレージを上げるこ
とが必要となる。

【００１５】比較試験例２ 粒径（０．２ｍｍ）が同じで硬度（Ｈｖ４５０〜Ｈｖ８
００）が異なる各ショット粒を用いる以外は比較試験例
１と同様にしてショットピーニングによる浸炭異常層の
除去効果を調べた。結果を図３に示す。図に示すように
ショット粒の硬度が浸炭異常層の硬度（Ｈｖ６００前後
）よりも低いと殆ど効果がない。これは、ショット粒の
方の変形が大きくなるためと考えられる。ショット粒の
硬度が高くなる程、浸炭異常層の除去効果は高くなるが
、母材（異常層でない部分）の硬度Ｈｖ７５０を上回る
と、浸炭異常層のみ優先的・安定的に除去することが難
しくなる上、ショット粒の寿命が短くなるという問題も
発生する。

【００１６】比較試験例３ 本発明方法と従来法（セラミックショットブラスト法）
とでは、処理品の寸法精度に与える影響がどの程度異な
るかを調べた。 〔供試品〕　　　　平歯車（比較試験例１で用いたもの
）〔本発明・ショットピーニング条件〕 ショット粒（鋼球）の粒径：０．２ｍｍ、ショット粒の
硬度：Ｈｖ７００、 投射速度　　：４０ｍ／ｓ、 カバレージ：２００％、 〔従来法・ショットブラスト条件〕 ショット粒：アルミナ粒（６０メッシュ）、エア圧：７
ｋｇ／ｃｍ２　、 投射時間：８分 上記いづれの条件も、浸炭異常層を完全に除去するだけ
の必要充分な程度として設定したものである。結果を表
１に示す。

【表１】 　　従来法では歯形、歯すじのいづれもが大幅に悪化し
ているのに対し、本発明によれば、誤差は問題のない範
囲に収まる。

【００１７】比較試験例４ 本発明の一実施例に係わる方法（比較試験例３参照）で
浸炭異常層を除去した平歯車と、従来法（機械研磨）で
浸炭異常層を除去した平歯車に、通常のショットピーニ
ング（粒径０．８ｍｍ、投射速度４０ｍ／ｓ、カバレー
ジ３００％、ショット粒硬度Ｈｖ７５０）を施し、それ
ら各歯車の歯元曲げ疲労強度を測定した。その結果を図
４に示す。本発明に係わる方法で強化された歯車は、浸
炭異常層が特殊なショットピーニングによって除去され
るため、通常のショットピーニングを行う前の段階で既
に最表面部に残留応力が発生し、従来法で強化された歯
車と比較すると疲労強度が５〜７％程度向上している。

【００１８】

【発明の効果】本発明方法によれば、特定の硬度を有す
る小さなショット粒の投射で浸炭異常層を除去するので
、どのような複雑な形状の浸炭処理部品に対しても容易
に適用できる。そして、ショットピーニング装置以外に
異常層除去用の装置を別途設ける必要がなくなるので、
設備コストを低減させることができる。しかも、浸炭異
常層の除去と圧縮残留応力の付与を同一ショットピーニ
ング装置で一挙に行うことができるため、強化処理の自
動化、製品の量産化が容易で、疲労強度の高い鋼製品を
安価に提供することができる。

【００１９】また、従来の研磨工程又はセラミックショ
ットブラスト工程では浸炭異常層の取り代に関して正確
な制御が必要なのに対し、本発明方法では浸炭異常層が
優先的・安定的に除去されるため、操作上の管理が平易
なうえに、製品歩留りを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ショットピーニング条件が異なると付与される
圧縮残留応力の分布が変わることを示す図である。

【図２】ショット粒の径とショットピーニング後の浸炭
異常層の厚さの関係を示す図である。

【図３】ショット粒の硬度とショットピーニング後の浸
炭異常層の厚さの関係を示す図である。

【図４】本発明の方法で強化された歯車と従来法で強化
された歯車の疲労強度試験の結果（Ｓ−Ｎ曲線）を対比
して示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】浸炭処理部品の表面に、粒径が０．３ｍｍ
   以下で硬度がＨｖ６００〜７５０であるショット粒を、
   カバレージ２００％以上で投射して浸炭異常層を除去す
   ることを特徴とする浸炭処理部品の強化方法。