JPH04337063A - 浸炭部品の製造方法 - Google Patents

浸炭部品の製造方法

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Publication number
JPH04337063A
JPH04337063A JP13589391A JP13589391A JPH04337063A JP H04337063 A JPH04337063 A JP H04337063A JP 13589391 A JP13589391 A JP 13589391A JP 13589391 A JP13589391 A JP 13589391A JP H04337063 A JPH04337063 A JP H04337063A
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JP
Japan
Prior art keywords
less
carburizing
gas
fatigue strength
plasma
Prior art date
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Pending
Application number
JP13589391A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshimitsu Kimura
利光 木村
Kunio Namiki
並木 邦夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Publication date
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  • Gears, Cams (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

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】この発明は浸炭部品の製造方法に
係り、詳しくは耐ピッチング性、転動疲労強度等の面疲
労強度を向上させるための技術手段に関する。
【0002】[従来の技術及び発明が解決しようとする
課題]歯車、軸受等浸炭処理された上で使用される浸炭
部品においては、曲げ等疲労強度,耐衝撃強度等の特性
が要求され、このため従来にあってはSi,Cr,Mn
等の成分を低減して粒界酸化層を少なくしたりNi,M
o添加によって亀裂伝幡を抑制することで曲げ等疲労強
度を向上させ、或いはまたNi,Moによって深部靱性
を高めたり不純物低減によって浸炭層の靱性を向上させ
ることで耐衝撃特性の向上を図って来た。
【0003】しかしながら近年、例えば自動車の高出力
化、軽量化によって歯車の耐ピッチング性とか、軸受け
における転動疲労寿命とかの面疲労強度が問題視される
ようになっており、その特性改善が急務となっている。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような事情
を背景としてなされたものであり、その要旨は、材料組
成を重量基準でC:0.1〜0.3%,Si:1.0%
以下,Mn:0.6%以下,Ni:0.8〜4.0%,
Cr:0.6〜6.0%,残部Fe及び不可避的不純物
から成るように調整した上プラズマ浸炭処理を施して表
面炭素濃度を0.8〜4%と成したことにある。
【0005】上記のように本発明においては材料組成成
分としてのNiを多く含有させている。Niは前述した
ように靱性を高める上で有用な成分であり、Niを多く
含有させることによって曲げ等疲労強度,耐衝撃性等の
特性を効果的に高めることができる。
【0006】しかしながらNiは浸炭を阻害する成分で
あって、Niを多量に含有させた場合、従来行われてい
るガス浸炭を施したとき、部品表面に炭素が侵入し難く
なっていまい、炭化物を形成させるのに充分な濃度まで
表面炭素濃度を高めることが困難となる。
【0007】そこでNiの多量添加に基づく浸炭性の低
下を補うためにCrを多く含有させることが考えられる
。Crは炭化物を生成し易く、浸炭を促進する有用な成
分であり、従ってCrを高レベルで含有させることでN
iの多量添加による浸炭性の低下を補うことができると
考えられる。
【0008】またCrの添加は、浸炭部品の表面硬さを
増大せしめ、耐ピッチング性を向上させる上においても
有用であると考えられる。
【0009】しかしながらCrは酸化物をも生成しやす
い成分であって、Crを一定以上含有させると、ガス浸
炭の際にCr酸化物が多く生成してこれが部品表面への
Cの侵入、即ち浸炭を阻害するようになるとともに、C
rの酸化物が粒界に生成して曲げ等疲労強度を低下させ
る要因となる。このことは上述した粒界酸化層の減少に
よって曲げ等疲労強度の特性向上を図ることと逆行する
ものである。
【0010】ここにおいて本発明は浸炭処理手法として
ガス浸炭によらず、プラズマ浸炭手法を採用したもので
あって、材料組成成分としてNi,Crを上記特定範囲
で多く含有させるとともに、浸炭処理すべき部品に対し
てプロパン,メタン等の浸炭ガスをプラズマ化して作用
させ、以て表面炭素濃度を0.80%〜4%の高濃度と
成すものである。
【0011】プラズマ浸炭の場合、ガス中に酸素を含ん
でいないために材料中にCrを多量に含有させてもCr
の酸化による浸炭の阻害現象は惹起されず、浸炭が充分
に進行する。
【0012】これにより浸炭部品の表面硬さが増加する
とともに、浸炭部品の表面に微細な炭化物が均一に多く
析出し、歯車における耐ピッチング性や軸受における転
動疲労寿命等の面疲労特性が向上する。
【0013】尚本発明において表面炭素濃度を0.80
〜4%と限定しているのは、充分な表面硬さを確保する
ためには表面炭素濃度0.80%以上が必要であり、ま
た4.0%を越えると表面硬さが飽和してしまうことの
外靱性が低下することによる。
【0014】本発明において、プラズマ浸炭を行うこと
により浸炭部品の表面炭素濃度を著しく高くすることが
できる外、次の利点が得られる。即ちプラズマ浸炭は比
較的低い温度での処理が可能であるために浸炭処理によ
って結晶粒が粗大化するのを回避でき、従って結晶粒粗
大化による靱性低下を抑制することができる。
【0015】また低い温度からの浸炭処理が可能である
ため、様々な浸炭処理パタ−ンを採用することが可能で
あり、材料の種類に応じて最適パタ−ンで浸炭処理を施
すことができる。
【0016】本発明においては、材料成分として上記成
分の外にMo,V,W,Nb,Tiの何れか一種又は2
種以上を重量基準でそれぞれMo:5.0%以下,V:
2.0%以下,W:1.0%以下,Nb:0.5%以下
,Ti:0.2%以下の量で含有させることができる。 これによって面疲労強度をより一層高めることが可能で
ある。
【0017】次に本発明における各成分の限定理由を詳
述する。 C:0.1〜0.3% Cは心部強度の確保のために0.1%以上含有させるこ
とが必要である。ただし0.3%を越えると加工性阻害
及び心部靱性劣化の程度が大きくなるため、その上限値
を0.3%とする。
【0018】Si:1.0%以下 Siは1.0%を越えて含有させると加工性阻害の程度
が大きくなるので含有量を1.0%までとする。
【0019】Mn:0.6%以下 Mnは0.6%を越えて含有させると加工性阻害の程度
が大きくなる。本発明では上限値を0.6%とする。
【0020】Ni:0.8〜4.0% Niは浸炭層及び心部の靱性向上のために0.8%以上
含有させることが必要である。ただし4.0%を越えて
含有させてもその効果は飽和してしまうばかりでなく、
Niは高価な元素であるのでコストが高くなってしまう
【0021】Cr:0.6〜6.0% CrはNi添加による浸炭性の低下を補う働きを有する
もので、その目的のためには0.6%以上含有させる必
要がある。ただし6.0%を越えた場合、炭化物析出量
が飽和してしまうので上限値は6.0%とする。
【0022】Mo:5.0%以下 Moを添加すると焼入れ性が向上する。ただしその効果
は5.0%を越えると飽和してしまう。
【0023】V :2.0%以下 W :1.0%以下 Nb:0.5%以下 Ti:0.2%以下 これら成分の添加により浸炭層に微細な炭化物を析出さ
せることができ、面疲労強度を高めることができる。た
だしその効果はそれぞれ2.0%,1.0%,0.5%
,0.2%で飽和する。
【0024】
【実施例】材料組成を表1に示すように調整して図1,
図2に示すように各材料組成に適した各種パタ−ンでプ
ラズマ浸炭処理及び焼入れ処理を施した。
【0025】ここでプラズマ浸炭は、浸炭ガスとしての
CH4又はC3H8ガスをH2ガス(N2又はArガス
でも良い)で希釈した混合ガスを使用した。またガス圧
力,プラズマ電流密度の各条件はそれぞれ0.5〜20
トール,0.3〜A/m2とし、拡散処理は炉内のガス
を排気し、化1の圧力下で行った。尚このとき炉内にN
2,Arガスを流入させておくことも可能である。
【0026】
【化1】
【0027】このプラズマ浸炭の外、比較のために表1
の鋼種Iについて図2(I)に示す条件でガス浸炭及び
焼入れ処理を行った。また表1中の鋼種C及びGについ
てはプラズマ浸炭を行うとともに図2(I)の条件下で
ガス浸炭及び焼入れ処理を併せて行った。
【0028】尚ガス浸炭はカ−ボンポテンシャル0.8
%を目標として行った。また浸炭焼入れ後において16
0℃×2時間保持後空冷の条件で焼戻し処理を行った。
【0029】各処理の結果が表2及び表3に示してある
。ただし表3中の疲れ限度は、小野式回転曲げ疲労試験
を行い、107回疲れ限度で評価した。試片は平滑試験
片で直径8mmである。
【0030】またシャルピ−衝撃値は、10mmRのノ
ッチを付けたシャルピ−試験片にて評価した。更にロー
ラピッチング性は、ロ−ラピッチング試験機を用い、面
圧3375MPa,滑り−40%の条件で試験・評価し
、また転動寿命は、ラジアル型の転動疲労試験機を用い
て評価した。試験面圧は5880MPaとした。尚表中
B10とあるのは破損確率が10%となる繰り返し回数
である。
【0031】これら各種試験のうち疲れ限度,衝撃値,
ローラピッチング性については浸炭ままの肌で実施し、
転動寿命については焼戻し後表面から50μm研削加工
後実施した。これは、転動部品は通常熱処理後研削等の
加工を施された後に供せられることを想定したものであ
る。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】
【表3】
【0035】以上の結果から、本発明例のものは曲げ疲
労強度,耐衝撃特性の外、耐ピッチング特性,転動疲労
強度等の面疲労強度が効果的に向上しているのがわかる
【0036】尚表2中の比較例3については、ガス浸炭
雰囲気中の酸素とCrとが反応して酸化膜を形成し、浸
炭が進まなかった。また表3中の比較例2において疲れ
限度,衝撃値,ローラピッチング特性が悪くなっている
のは粒界酸化の影響によるものである。
【0037】[実施例2]本発明例のNo1,3,8及
び比較例1についてショットピ−ニング処理を施し(ア
−クハイト0.7mmA)、上記各種試験を行った。結
果が表4に示してある。
【0038】この結果から分るように、本発明例のもの
はショットピ−ニング処理によって良好な曲げ疲労限度
,耐ピッチング特性,転動疲労強度を維持できる。尚比
較例1のものも曲げ疲労強度,転動疲労強度は向上する
が耐ピッチング特性は悪くなっている。これは粒界酸化
の影響で最表層の焼入性が低下して、低硬度となり、シ
ョットピ−ニング処理により粗さが劣化したためと考え
られる。
【0039】以上本発明の実施例を詳述したが、これは
あくまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない
範囲において、当業者の知識に基づき様々な変更を加え
た態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明例の方法において採用したプラズマ浸炭
の処理パターンの図である。
【図2】本発明例の方法において採用したプラズマ浸炭
及び比較例方法において採用したガス浸炭の処理パター
ンの図である。
【表4】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  材料組成を重量基準でC:0.1〜0
    .3%,Si:1.0%以下,Mn:0.6%以下,N
    i:0.8〜4.0%,Cr:0.6〜6.0%,残部
    Fe及び不可避的不純物から成るように調整した上プラ
    ズマ浸炭処理を施して表面炭素濃度を0.8〜4%と成
    すことを特徴とする浸炭部品の製造方法。
  2. 【請求項2】  前記各成分に加えてMo,V,W,N
    b,Tiの何れか一種又は2種以上を、重量基準でそれ
    ぞれMo:5.0.%以下,V:2.0%以下,W:1
    .0%以下,Nb:0.5%以下,Ti:0.2%以下
    の量で含有させることを特徴とする請求項1に記載の浸
    炭部品の製造方法。
JP13589391A 1991-05-10 1991-05-10 浸炭部品の製造方法 Pending JPH04337063A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007308792A (ja) * 2006-04-20 2007-11-29 Daido Steel Co Ltd 浸炭部品およびその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007308792A (ja) * 2006-04-20 2007-11-29 Daido Steel Co Ltd 浸炭部品およびその製造方法

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