JPH0488148A - 迅速浸炭可能な高強度歯車用鋼及び高強度歯車 - Google Patents
迅速浸炭可能な高強度歯車用鋼及び高強度歯車Info
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Landscapes
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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。
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］
本発明は自動車や産業機械等に用いられ高疲労強度が要
求される歯車及び歯車用鋼に関し、詳細には短時間で浸
炭可能な高強度歯車用鋼及び高強度歯車に関するもので
ある。
求される歯車及び歯車用鋼に関し、詳細には短時間で浸
炭可能な高強度歯車用鋼及び高強度歯車に関するもので
ある。
［従来の技術］
高疲労強度を必要とする歯車には５Ｃｒ４２Ｇ。
５Ｃ１４２Ｇといった低合金肌焼鋼が用いられ、９００
℃前後で浸炭焼入れ処理を施して製造するのが一般的で
ある。しかしながら上記浸炭焼入れ処理においては、浸
炭最表層部に不完全焼入層が生成してしまい、その層が
軟弱な層であることから歯元、歯面における疲労強度低
下の原因となっている。
℃前後で浸炭焼入れ処理を施して製造するのが一般的で
ある。しかしながら上記浸炭焼入れ処理においては、浸
炭最表層部に不完全焼入層が生成してしまい、その層が
軟弱な層であることから歯元、歯面における疲労強度低
下の原因となっている。
本発明者らはこの様な歯元疲労強度の改善を目的として
鋼に含有させる成分の適正化及びショットピーニング処
理条件の適正化による高強度化技術を開発しており、特
開平１−３０６５２１号公報、特開平１−３０６５４５
号公報によって提案している。但しこれらの方法によれ
ば歯元における疲労強度は向上するものの歯面における
疲労強度は依然として低いものであり、改善の余地を残
している。
鋼に含有させる成分の適正化及びショットピーニング処
理条件の適正化による高強度化技術を開発しており、特
開平１−３０６５２１号公報、特開平１−３０６５４５
号公報によって提案している。但しこれらの方法によれ
ば歯元における疲労強度は向上するものの歯面における
疲労強度は依然として低いものであり、改善の余地を残
している。
また従来９００℃前後の浸炭焼入れ処理により高い疲労
強度を得るためには、通常５時間以上という長時間を要
する。この浸炭処理時間を短縮しようとすれば、浸炭温
度を例えば９５０を以上程度に高める方法も考えられな
いではないが、前記した現用鋼の化学組成では結晶粒が
粗大化して疲労強度が低下してしまい浸炭温度を９５０
℃以上に高めることはできない。特開昭６２−１８４３
号及び特開昭６２−４８１９号にはＳｉを多量添加する
ことにより、浸炭処理温度を１０００℃前後としても（
α＋γ）の２相組織を生成して結晶粒の粗大化を抑制す
ることができるという鋼が開示されている。しかしなが
ら本方法では高温度処理による物性改善の効果は期待さ
れた程のものではなく、歯元、歯面における疲労強度の
点で不十分である。
強度を得るためには、通常５時間以上という長時間を要
する。この浸炭処理時間を短縮しようとすれば、浸炭温
度を例えば９５０を以上程度に高める方法も考えられな
いではないが、前記した現用鋼の化学組成では結晶粒が
粗大化して疲労強度が低下してしまい浸炭温度を９５０
℃以上に高めることはできない。特開昭６２−１８４３
号及び特開昭６２−４８１９号にはＳｉを多量添加する
ことにより、浸炭処理温度を１０００℃前後としても（
α＋γ）の２相組織を生成して結晶粒の粗大化を抑制す
ることができるという鋼が開示されている。しかしなが
ら本方法では高温度処理による物性改善の効果は期待さ
れた程のものではなく、歯元、歯面における疲労強度の
点で不十分である。
［発明が解決しようとする課題］
本発明は上記事情に着目してなされたものであって、迅
速な浸炭処理を行なうことができ、しかも歯元及び歯面
における疲労強度に優れた歯車用鋼及び歯車を提供しよ
うとするものである。
速な浸炭処理を行なうことができ、しかも歯元及び歯面
における疲労強度に優れた歯車用鋼及び歯車を提供しよ
うとするものである。
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成した本発明とは、
Ｃ：０．１〜０．２％
Ｓ ｉ ： ０．０５〜０．１０５
Ｍ ｎ ： ０．３ 〜１．０ ％Ｖ ：
０．５ 〜１．５ ％ Ｎ ｂ ： ０．００５ 〜０，０７％Ｃｒ ：
０．５〜１．５％ を含有し、好ましくはさらにＭｏ
を０．５〜２．０％含有し、残部がＦｅ及び不可避不純
物からなることを特徴とする迅速浸炭可能な高強度歯車
用鋼を要旨とするものである。
０．５ 〜１．５ ％ Ｎ ｂ ： ０．００５ 〜０，０７％Ｃｒ ：
０．５〜１．５％ を含有し、好ましくはさらにＭｏ
を０．５〜２．０％含有し、残部がＦｅ及び不可避不純
物からなることを特徴とする迅速浸炭可能な高強度歯車
用鋼を要旨とするものである。
また上記高強度歯車用鋼を用いることにより、最表層部
における表面から０．３ｉ層以上の範囲にわたっては、
マルテンサイト地に３μｍ以下の炭化物が平均１０個以
上／１００μ鳳２の分散度で存在し、一方芯部において
はフェライト面積率が５％超６０％未満で残部がオース
テナイト相の２相組織からなる高強度歯車が得られる。
における表面から０．３ｉ層以上の範囲にわたっては、
マルテンサイト地に３μｍ以下の炭化物が平均１０個以
上／１００μ鳳２の分散度で存在し、一方芯部において
はフェライト面積率が５％超６０％未満で残部がオース
テナイト相の２相組織からなる高強度歯車が得られる。
［作用］
本発明者らは９５０〜１０５０℃の高温条件における迅
速浸炭化を行なうことを前提とし、鋼成分と歯面及び歯
元における疲労強度の関係を鋭意研究する中で９５０〜
１０５０℃の高温浸炭条件下ではＶとＮｂの複合添加が
歯面の疲労強度向上に極めて有効であることを見い出し
本発明に想到した。
速浸炭化を行なうことを前提とし、鋼成分と歯面及び歯
元における疲労強度の関係を鋭意研究する中で９５０〜
１０５０℃の高温浸炭条件下ではＶとＮｂの複合添加が
歯面の疲労強度向上に極めて有効であることを見い出し
本発明に想到した。
即ちＶは９５０〜１０５０℃の高温浸炭処理によりフェ
ライトとオーステナイトの２相組織状態を生成させ結晶
粒の粗大化を防止すると共に、浸炭最表層部に微細な炭
化物を生成させ歯面に高い疲労強度を与えるものと考え
られる。
ライトとオーステナイトの２相組織状態を生成させ結晶
粒の粗大化を防止すると共に、浸炭最表層部に微細な炭
化物を生成させ歯面に高い疲労強度を与えるものと考え
られる。
また木調を用いて浸炭処理を行うと浸炭の進行とともに
、最表層部はフェライト相とオーステナイト相の２相組
織状態からオーステナイト相の単相組織状態へ変化して
ゆき、混合相の出現による結晶粒粗大化抑制効果を維持
できなくなるが、Ｎｂの添加により結晶粒の粗大化が抑
制でき歯面の疲労強度を高く維持するものと思われる。
、最表層部はフェライト相とオーステナイト相の２相組
織状態からオーステナイト相の単相組織状態へ変化して
ゆき、混合相の出現による結晶粒粗大化抑制効果を維持
できなくなるが、Ｎｂの添加により結晶粒の粗大化が抑
制でき歯面の疲労強度を高く維持するものと思われる。
以下、本発明に係る高強度歯車用鋼の各成分の限定理由
について説明する。
について説明する。
Ｃ： ０．１〜０．２％
Ｃ量が０，１％未満では歯車の芯部におけるフェライト
面積率が増大して、浸炭焼入れ後も所定の強度が得られ
ず、歯元の疲労強度が低下する。
面積率が増大して、浸炭焼入れ後も所定の強度が得られ
ず、歯元の疲労強度が低下する。
方０．２％を超えると高温浸炭処理により２相組織を得
ることが困難となる。従ってＣ量は０．１％以上０．２
％以下とした。
ることが困難となる。従ってＣ量は０．１％以上０．２
％以下とした。
Ｓ ｉ ： ０．０５〜０．１０％
Ｓｉは鋼材の脱酸を目的として添加され、０．０５％以
上含有させるが、多過ぎると浸炭処理時に粒界酸化が顕
著に発生し、歯元、歯面の疲労強度低下の原因となるの
で０．１０％を上限とした。
上含有させるが、多過ぎると浸炭処理時に粒界酸化が顕
著に発生し、歯元、歯面の疲労強度低下の原因となるの
で０．１０％を上限とした。
Ｍ ｎ ： ０．３〜１．０％
ＭｎもＳｉ同様鋼材の脱酸を目的として添加され０．３
％以上含有させるが、多過ぎると被剛性の劣化と粒界酸
化物の生成をもたらし、歯元１面面の疲労強度を低下さ
せることとなるので１．０％を上限とした。
％以上含有させるが、多過ぎると被剛性の劣化と粒界酸
化物の生成をもたらし、歯元１面面の疲労強度を低下さ
せることとなるので１．０％を上限とした。
Ｖ ： ０．５〜１．５％
■は９５０℃以上の高温浸炭処理において２相組織状態
を生成させ結晶粒の粗大化を防止すると共に、浸炭最表
層部に微細な炭化物を生成させて南面に高い疲労強度を
与える元素である。但し０．５％未満では９５０℃未満
でないと２相組織状態が得られないので浸炭処理の迅速
化が図れず、一方１．５％を超えるとフェライト面積率
の上昇により疲労強度の低下をもたらすと共にコスト面
でも得策ではない。従ってＶ量は０．５％以上１．５％
以下とした。
を生成させ結晶粒の粗大化を防止すると共に、浸炭最表
層部に微細な炭化物を生成させて南面に高い疲労強度を
与える元素である。但し０．５％未満では９５０℃未満
でないと２相組織状態が得られないので浸炭処理の迅速
化が図れず、一方１．５％を超えるとフェライト面積率
の上昇により疲労強度の低下をもたらすと共にコスト面
でも得策ではない。従ってＶ量は０．５％以上１．５％
以下とした。
Ｎ ｂ ： ０．００５〜０．０７％
Ｎｂは浸炭最表層部の結晶粒粗大化を抑制する目的で０
．００５％以上含有させるが、多過ぎるとＮｂの炭・窒
化物を生成し被剛性等の加工性を阻害するので０．０７
％を上限とした。
．００５％以上含有させるが、多過ぎるとＮｂの炭・窒
化物を生成し被剛性等の加工性を阻害するので０．０７
％を上限とした。
Ｃｒ ： ０．５〜１．５％
Ｃｒは焼入性を向上させ、高温浸炭焼入れ処理により芯
部組織の強度向上に有効であるが、０．５％未満では十
分な焼入性が得られず１．５％超えると粒界に網状炭化
物を生成し強度の低下を招くので、Ｃｒの含有量は０．
５〜１．５％とした。
部組織の強度向上に有効であるが、０．５％未満では十
分な焼入性が得られず１．５％超えると粒界に網状炭化
物を生成し強度の低下を招くので、Ｃｒの含有量は０．
５〜１．５％とした。
Ｍｏ：０．５〜２％
ＭｏはＣｒ同様焼入性に有効な元素であり、とりわけ浸
炭表層部の焼入性確保のために０．５％以上添加するが
、２．０％を超えると■との複合作用によりフェライト
面積率が上昇しすぎてしまい、疲労強度の低下をもたら
すこととなるので２．０％を上昇とした。
炭表層部の焼入性確保のために０．５％以上添加するが
、２．０％を超えると■との複合作用によりフェライト
面積率が上昇しすぎてしまい、疲労強度の低下をもたら
すこととなるので２．０％を上昇とした。
第１図は浸炭焼入れ焼戻し処理後の芯部硬さとフェライ
ト面積率の関係を示すグラフである。
ト面積率の関係を示すグラフである。
フェライト面積率が６０％以上になると上記芯部硬さが
２００Ｈｖ以下となり歯車の高強度化が達成できなくな
り、一方５％以下ではオーステナイト結晶粒の粗大化抑
制効果がなくなり疲労強度が低下する。従ってフェライ
ト面積率は５％超６０％未満に設定した。
２００Ｈｖ以下となり歯車の高強度化が達成できなくな
り、一方５％以下ではオーステナイト結晶粒の粗大化抑
制効果がなくなり疲労強度が低下する。従ってフェライ
ト面積率は５％超６０％未満に設定した。
歯車の高強度化を達成するには３μｍ以下の炭化物を平
均１０個以上／１００μ１２の割合で分散させることが
有効である。該炭化物の大きさ及び分散度は浸炭条件に
より大きく変化するものであり、浸炭温度が１０５０℃
を超えると、炭化物の分散度は平均１０個以上／１００
μｍ２となるものの、大きさが３μｍを超え、マトリッ
クスのマルテンサイト組織を析出硬化できなくなる。一
方９５０℃未満の浸炭温度では炭化物の大きさは３μｍ
以下となるが、炭化物の分散度が平均１０個未満／１０
０μｌ１１２になると共に、オーステナイトが残留する
ため高強度が達成されない。
均１０個以上／１００μ１２の割合で分散させることが
有効である。該炭化物の大きさ及び分散度は浸炭条件に
より大きく変化するものであり、浸炭温度が１０５０℃
を超えると、炭化物の分散度は平均１０個以上／１００
μｍ２となるものの、大きさが３μｍを超え、マトリッ
クスのマルテンサイト組織を析出硬化できなくなる。一
方９５０℃未満の浸炭温度では炭化物の大きさは３μｍ
以下となるが、炭化物の分散度が平均１０個未満／１０
０μｌ１１２になると共に、オーステナイトが残留する
ため高強度が達成されない。
［実施例］
第１表に発明鋼１〜６及び比較鋼１〜５の化学成分を示
す。これら供試鋼を鍛造した後、焼きならし処理を施し
試験片を加工した０発明鋼１〜６及び比較鋼１〜３につ
いては第２表に示す浸炭温度でメタンガス中２．５時間
の浸炭処理を行ない、比較鋼４．５については９２５℃
でメタンガス中５．５時間の浸炭処理を施した。次いで
８５０℃に炉冷して３０分間保持し、油冷により焼入れ
した後、１８０℃にて２時間加熱し空冷する焼戻しを行
なった。
す。これら供試鋼を鍛造した後、焼きならし処理を施し
試験片を加工した０発明鋼１〜６及び比較鋼１〜３につ
いては第２表に示す浸炭温度でメタンガス中２．５時間
の浸炭処理を行ない、比較鋼４．５については９２５℃
でメタンガス中５．５時間の浸炭処理を施した。次いで
８５０℃に炉冷して３０分間保持し、油冷により焼入れ
した後、１８０℃にて２時間加熱し空冷する焼戻しを行
なった。
上記処理を施した試験片の浸炭特性及び疲労試験結果を
第２表に示す。尚回転曲げ疲労試験は平行部８ａ＋ｍの
平滑試験片を用いて、３６００ ｒｐｍの回転数で行な
い、転勤疲労強度は面圧６００ｋｇｆ／＋ｍ’の条件で
行なった。
第２表に示す。尚回転曲げ疲労試験は平行部８ａ＋ｍの
平滑試験片を用いて、３６００ ｒｐｍの回転数で行な
い、転勤疲労強度は面圧６００ｋｇｆ／＋ｍ’の条件で
行なった。
Ｎ０１１〜８は本発明に係る高強度歯車であり、化学成
分、浸炭層の炭化物数及び犬ぎさと芯部のフェライト面
積率のすべてにおいて本発明の条件を満足しており、迅
速浸炭が可能であると共に、浸炭特性及び疲労強度も優
れていることがわかる。
分、浸炭層の炭化物数及び犬ぎさと芯部のフェライト面
積率のすべてにおいて本発明の条件を満足しており、迅
速浸炭が可能であると共に、浸炭特性及び疲労強度も優
れていることがわかる。
Ｎ００９〜１６は本発明の上記条件のうち少なくとも１
つ以上を満足していない場合の比較例であり、浸炭特性
および／または疲労強度に劣っている。
つ以上を満足していない場合の比較例であり、浸炭特性
および／または疲労強度に劣っている。
［発明の効果］
本発明は以上の様に構成されているので、迅速な浸炭処
理を行なうことができ、しかも歯元及び歯面における疲
労強度に優れた歯車用鋼及び高強度歯車が提供できるこ
ととなった。
理を行なうことができ、しかも歯元及び歯面における疲
労強度に優れた歯車用鋼及び高強度歯車が提供できるこ
ととなった。
第１図は本発明鋼を用いて浸炭焼入れ焼戻しを行った場
合の芯部硬さとフェライト面積率の関係を示すグラフで
ある。 第１ フェライト面積率（９６） 平成 ３年 ６月２６日
合の芯部硬さとフェライト面積率の関係を示すグラフで
ある。 第１ フェライト面積率（９６） 平成 ３年 ６月２６日
Claims (3)
- （１）Ｃ：０．１〜０．２％（重量％、以下同じ）Ｓｉ
：０．０５〜０．１０％ Ｍｎ：０．３〜１．０％ Ｖ：０．５〜１．５％ Ｎｂ：０．００５〜０．０７％ Ｃｒ：０．５〜１．５％ を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなることを
特徴とする迅速浸炭可能な高強度歯車用鋼。 - （２）Ｃ：０．１〜０．２％ Ｓｉ：０．０５〜０．１０％ Ｍｎ：０．３〜１．０％ Ｖ：０．５〜１．５％ Ｎｂ：０．００５〜０．０７％ Ｃｒ：０．５〜１．５％ Ｍｏ：０．５〜２．０％ を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなることを
特徴とする迅速浸炭可能な高強度歯車用鋼。 - （３）請求項（１）又は（２）記載の迅速浸炭可能な高
強度歯車用鋼からなる高強度歯車であって、最表層部に
おける表面から０．３ｍｍ以上の範囲にわたっては、マ
ルテンサイト地に３μｍ以下の炭化物が平均１０個以上
／１００μｍ＾２の分散度で存在し、一方芯部において
はフェライト面積率が５％超６０％未満で残部がオース
テナイト相の２相組織からなることを特徴とする高強度
歯車。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20288290A JP2934485B2 (ja) | 1990-07-30 | 1990-07-30 | 迅速浸炭可能な高強度歯車用鋼及び高強度歯車 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20288290A JP2934485B2 (ja) | 1990-07-30 | 1990-07-30 | 迅速浸炭可能な高強度歯車用鋼及び高強度歯車 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0488148A true JPH0488148A (ja) | 1992-03-23 |
| JP2934485B2 JP2934485B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=16464768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20288290A Expired - Fee Related JP2934485B2 (ja) | 1990-07-30 | 1990-07-30 | 迅速浸炭可能な高強度歯車用鋼及び高強度歯車 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2934485B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998027242A1 (en) * | 1996-12-17 | 1998-06-25 | Komatsu Ltd. | High bearing-strength steel parts and processes for the production thereof |
| KR20030022427A (ko) * | 2001-08-10 | 2003-03-17 | 현대자동차주식회사 | 변속기 기어용 고강도 크롬-몰리브덴 합금강 |
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