JPH0452041A - 耐摩耗部品の冷間成形法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は炭素鋼鋼材よりなる耐摩耗部品の冷開成形法に
関する。

（従来の技術とその問題点） 従来、炭素を含む炭素鋼鋼材で出来た耐摩耗部品を冷間
成形により製造する方法としては、例えば、プレス製品
であれば、まず鋼板をプレス成形し、その後窒化法等の
表面硬化処理を施す方法がある。また、冷間鍛造製品で
あれば、鋼材を冷間鍛造し、その後調質や高周波焼入れ
、浸炭焼入れ、窒化等のうち少なくとも１つの表面硬化
処理を施す方法などがある。

しかし、このような従来の耐摩耗部品の冷間成形法には
それぞれ以下のような問題点がある。

まず、プレス成形を施す第１の方法にあっては、プレス
成形時の変形抵抗を低減させるため炭素含有量が０．１
重量％以下の炭素鋼鋼板を素材として用いていたため焼
入れにより表面を硬化させることが不可能であり、焼入
れの代わりに窒化法等の表面硬化処理を施して耐摩耗性
を付与していた。

しかし、窒化処理は長時間を要しく窒化温度は一般に５
００℃〜５５０℃、窒化時間は大体５０時間で０．５ａ
＋ａ＋の窒化層が得られるのが標準）、コストが高く、
更に部品の一局部だけを硬化させることができないため
硬化の不要な部位も含めて部品の表面全体を硬化させて
しまう。

また、冷間鍛造を施す第２の方法にあっては、素材の鋼
材の炭素含有量が０．２重量％未満の場合には表面硬化
処理として焼入れが不可能なので窒化法等によらざるを
得す、第１の方法と同様の問題点がある。これに対し、
炭素含有量が０．２重量％以上の鋼材を素材として用い
る場合には炭素含有量が少ない場合に比べ冷開成形性が
悪化するので、冷開成形を行う前にその予備処理として
球状化焼鈍処理を施す必要があり、この球状化焼鈍処理
には処理に長時間を要する（処理時間は一般に１０数時
間）という問題点がある。

本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされ
たものであり、０．２重量％以上の炭素を含む鋼素材よ
りなる耐摩耗部品を冷開成形により製造するに当たり、
部品精度を確保しつつ従来より簡便で迅速かつ安価な製
造工程を実現し得る耐摩耗部品の冷間成形法を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前記目的を達成するための本発明は、炭素含有量が０．
２重量％以−ヒの鋼材に含有炭素の黒鉛化処理を施した
後冷間成形を行って前記Ｍ祠を所望の部品形状に成形し
、それからこの成形された部品に表面硬化処理を施して
耐摩耗性を付与するようにしたことを特徴とする。

（作用） まず、０．２重量％以上の炭素をＳむＭ制に無酸化雰囲
気中で含有炭素の黒鉛化処理を施して鋼材中のセメンタ
イトを黒鉛化しくＦｅ）Ｃ−ＢＦｅ＋Ｃ）、地（マトリ
ックス）をフェライト化する。これにより冷間成形時の
変形抵抗が低減し、冷間成形性が向上する。

それから冷間成形を行って鋼材を所望の部品形状に成形
する。

それからこの成形された部品に高周波焼入れやレーザ焼
入れ等の表面硬化処理を施して所要部位だけを局部的に
表面硬化させ、耐摩耗性を付与する。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図（Ａ）は本発明の一実施例に係る耐摩耗部品の冷
間成形法を実現する製作工程図であって、耐摩耗部品と
してフォワードクラッチドラムを製造する場合を例示し
ている。フォワードクラ・ノチドラムは自動車のオート
マチックトランスミッションの一部品であり、第１図（
Ｂ）にその断面図が示されている。

本発明によりフォワードクラッチドラム１０を製造する
工程は以下の通りである。

まず、第１のプランキング工程において、厚さ３．２■
Ｉｌめ炭素含有量０．３重量％の炭素鋼鋼板（０，３％
Ｃ鋼板、以下同様）を素材とし、それをプレス成形に必
要な所定のブランク形状に切断する。なお、次工程での
黒鉛化処理を有効かつ迅速に行うため、鋼中の含有元素
について、黒鉛化阻害元素たるＣｒ（クロム）等の炭化
物生成元素の量は極力少なくする一方、黒鉛化促進元素
たるＳｉ（珪素）の量はできるだけ条目にしておく必要
がある。

次に、第２の黒鉛化処理工程において、Ａ１変態点（約
７２６℃）以下の６５０℃〜７００℃の温度で６０分間
、Ｎ２ガス中で＾白°炭素の無酸化黒鉛化処理を実施す
る。これにより鋼中のセメンタイトは黒鉛化され（Ｆｅ
ｑＣ→３Ｆｅ十Ｃ）、地（マトリックス）がフェライト
化される。そして、これにより累月の冷間成形時の変形
抵抗が低減し、冷間成形性が向ヒする それから、第３のプレス成形工程において、冷間成形と
してプレス成形を施し、更に電子ビーム溶接等を行って
所望のフォワードクラッチドラム１０の形状を完成させ
る。

それから、第４のレーザ焼入れ工程において、フォワー
ドクラッチドラム１０において耐摩耗性が要求されるイ
ンナ一部位１２にレーザビームを照射した後急冷して、
極めて短時間のうちに所要部位だけを部分的に表面硬化
させ、所要の耐摩耗性を付与する。このレーザ焼入れは
表面硬化処理の一方法である。

こうして製造されたフォワードクラッチドラム１０にお
いて、そのインナ一部位１２での表面からの深さに対す
る硬さ（ビッカース硬さＨｖ）の分布の一例が第２図に
示されている。レーザ焼入れではレーザビームによる急
速加熱と急冷が加えられるため、同図に示すように、炭
素含有量の割に十分に高い硬さが確保されており、ユニ
ット耐久試験において摩耗による問題は生じなかった。

また、本実施例において、プレス成形品の不良率の増加
は認められなかった。

更に、プレス型（絞り加工用）の命数について、従来法
での型命数は１５００００個程度、本実施例での型命数
は１４６０００個程度であ本実、従来法によるのと大差
ない結果が得られた。

第３図（Ａ）は本発明の他の実施例に係る耐摩耗部品の
冷開成形法を実現する製作工程図であって、耐摩耗部品
としてトライボード型ハウジングウィズシャフトを製造
する場合を例示している。

トライボード型ハウジングウィズシャフトは冷間鍛造に
より製造される自動車用等速ジヨイント部品であって、
第３図（Ｂ）に示すように、丸棒鋼材より順次成形され
る。

以下では本発明に基づくトライボード型ハウジングウィ
ズシャフト２０の製造工程のうち従来技術の工程と異な
る工程について説明するにとどめる。

まず、最初のプランキング工程において、ＪＩＳ規定の
３５０Ｃの炭素鋼調料（０，５％Ｃ鋼材）の丸棒２７を
素材として用い、それを所定の寸法に精密に切断する。

なお、前述のように、次工程での黒鉛化処理を有効かつ
迅速に行うため、鋼中の含有元素について、黒鉛化阻害
元素たるＣｒ等の量は極力少なく、黒鉛化促進元素たる
Ｓｉの量はできるだけ多くしておく。また、機械加工時
の切削性を改善するため、従来通り、快削性元素たるＳ
（硫黄）を０．００８〜０．０１５重量％添加しておく
。

次に、冷間鍛造前の予備処理として必要な黒鉛化処理工
程において、Ｎ２ガス等の無酸化雰囲気中で、Ａ１変態
点以下の６５０℃〜７００℃の温度で３０分〜２時間の
含有炭素の黒鉛化処理を施して素材の内部組織の生地と
なる部分をフェライト化し、変形抵抗の小さい冷間鍛造
用の素材を形成する。

それから、この黒鉛化処理後の素材を従来の工程に従っ
て冷間鍛造し、所望のトライボード型ハウジングウィズ
シャフト２０の形状を完成させる。

その後、表面硬化処理の一方法たる高周波焼入れを施し
て表面硬化させる。

このように本実施例では、従来それぞれ素材２７から中
間品２８を冷間鍛造する前と中間品２９から成形品２０
を冷間鍛造する前に必要とされた２回の球状化焼鈍処理
（１回につき１０数時間を要する）は完全に省略される
。

そして、本実施例においては従来技術による場合と比べ
同等若しくはそれ以上の結果が得られた。

まず、金型のパンチ寿命については、従来法、本実施例
ともに約２００００回で、同等の結果だった。

また、本実施例における冷間鍛造品の割れ等の不良率は
０．１％以下で、従来と同等あるいは一部に改善が認め
られた。

更に、冷間鍛造体トげ後の機械加工性については、前述
のように微量の快削性元素Ｓを添加したことに加え、従
来の球状化焼鈍処理による球状化セメンタイトの代わり
に本発明ではより鋳鉄に近い黒鉛組織が現われているた
め、切削性がかなり改善され、例えば軸部２２の機械加
工において約５０％のバイト寿命の延長が認められた（
バイト寿命は従来で２００回程度、本実施例で２９０回
程度）。

また、高周波焼入れ性について、本実施例ではセメンタ
イトと黒鉛との間のオーステナイト化に要する時間の差
異を考慮して従来と比べ若干の加熱条件の変更を行った
が、最終的に部品２ｏの表面硬さを規格値（軸部２２に
おいてロックウェルＣ硬さＨＲ０４５以上、ハウジング
２４に設けたボール溝部２６においてＨＲＣ５０以−ヒ
）に合格させるに当たって特に大きな問題はなかった。

なお、含有炭素の黒鉛化処理を有効がっ迅速に行うため
、鋼中の含有元素につき、黒鉛化阻害元素たるＣｒ等の
曾は極力少なく、黒鉛化促進元素たるＳｉの量はできる
だけ多くしておく必要がある点は前述した辿りであるが
、更に、黒鉛化の核発生に極めて有効な元素Ｚｒ（ジル
コニウム）、■（バナジウム）を少なくとも０．０５〜
０，１重量％添加することにより、黒鉛化処理で＋Ｊｒ
出する黒鉛を微細化してその処理時間を３０分以下に短
縮することができる。

従って、本実施例によれば、無酸化雰囲気中で比較的短
時間で済む黒鉛化処理を施して鋼素材のプレス成形性あ
るいは冷間鍛造性を向上させた後プレス成形あるいは冷
間鍛造を行い、それから短時間のレーザ焼入れあるいは
高周波焼入れを実施して所要部位に耐摩耗性を付与する
ようにしたので、従来法に比べ簡便で迅速かつ安価に耐
摩耗部品を製造することができる。しかも、黒鉛化処理
により地がフェライト化され変形抵抗が低減するため、
プレス成形品あるいは冷間鍛造品の割れ等の不良率は従
来法における低炭素鋼素材あるいは十分な球状化焼鈍処
理法を施した炭素鋼素材に比べ同等又はそれ以下に抑え
られるほか、型寿命にも効果を発揮し、また機械加工性
も改善される。

特に冷間鍛造の場合には、従来冷間鍛造前に行っていた
長時間を要する球状化焼鈍処理が不要となる。

なお、本実施例にあっては、黒鉛化処理を白゛効かつ迅
速に行うため、炭素鋼中の不純物につき、黒鉛化阻害元
素たるＣｒ等の量は極力少なくする一方、黒鉛化促進元
素たるＳｉの量はできるだけ多くしており、更に、黒鉛
化の核発生に極めて釘効な元素Ｚｒ、Ｖを適量添加する
ことによりその処理時間を３０分以下に短縮することが
できる点については前述した通りである。この黒鉛化処
理時間の短縮についてはコストとの関連で十分な考慮が
好ましい。

［発明の効果コ 以上の説明により明らかなように、本発明によれば、０
．２重量％以上の炭素を含む鋼素拐よりなる耐摩耗部品
を冷間成形により製造するに当たり、部品精度を確保し
つつ従来より簡便で迅速かつ安価な製造工程を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の一実施例に係る耐摩耗部品の冷
間成形法を実現する製作工程図、第１図（Ｂ）はフォワ
ードクラッチドラムの断面図、第２図は第１図（Ａ）の
工程に従って製造されたフナワードクラッチドラムのレ
ーザ焼入れ部分の深さに対する硬さの分布図、第２図（
Ａ）は本発明の他の実施例に係る耐摩耗部品の冷間成形
法を実現する製作工程図、第２図（Ｂ）は自動車用等速
ジヨイント部品の成形過程を示す図である。 １０・−・フォワードクラッチドラム（耐摩耗部品）、
１２・・・レーザ焼入れ部分、２０・・・自動車用等速
ジヨイント部品（耐摩耗部品）、２２・・・軸部、２６
・・・ボール溝部。 第３図 （Ａ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　炭素含有量が０．２重量％以上の鋼材に含有炭素の黒
   鉛化処理を施した後冷間成形を行って前記鋼材を所望の
   部品形状に成形し、それからこの成形された部品に表面
   硬化処理を施して耐摩耗性を付与するようにした耐摩耗
   部品の冷間成形法。