JPH06346142A - 面圧疲労強度に優れた機械構造部品の製造方法 - Google Patents

面圧疲労強度に優れた機械構造部品の製造方法

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JPH06346142A
JPH06346142A JP16639993A JP16639993A JPH06346142A JP H06346142 A JPH06346142 A JP H06346142A JP 16639993 A JP16639993 A JP 16639993A JP 16639993 A JP16639993 A JP 16639993A JP H06346142 A JPH06346142 A JP H06346142A
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JP
Japan
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nitriding
fatigue strength
induction hardening
treatment
structural parts
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Pending
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JP16639993A
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English (en)
Inventor
Tatsumi Urita
龍実 瓜田
Kunio Namiki
邦夫 並木
Yoichi Watanabe
陽一 渡辺
Masayoshi Ogura
真義 小倉
Shunzo Umegaki
俊造 梅垣
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Daido Steel Co Ltd
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 面圧疲労強度に優れた機械構造部品の製造方
法を提供することを目的とする。 【構成】 重量基準でC:0.35〜0.60%,S
i:≦0.40%,Mn:0.3〜1.0%,Cr:
0.5〜3.5%,Al:0.2〜1.5%,残部実質
的にFeから成る組成の鋼材を窒化層深さが150μm
以上となる条件で窒化処理し、引き続いて高周波焼入処
理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は面圧疲労強度に優れた
機械構造部品の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】面圧疲
労強度の要求される機械構造部品、例えば歯車の場合、
通常浸炭焼入れ等の表面硬化処理を施した上で使用す
る。
【0003】ところでこの浸炭焼入れの場合、あるとこ
ろで硬さが飽和してしまい、それ以上に表面硬さを硬く
することは困難である。従って表面硬化に基づく面圧疲
労強度の向上にも自ずと限界がある。
【0004】歯車等の機械構造部品に対する表面硬化処
理の1つとして、従来窒化処理(軟窒化処理)も行われ
ている。
【0005】この窒化処理の場合、焼入れ・焼戻し処理
が不要であり、また変態点以下の低い温度での処理が可
能である外、寸法の変化が少ない等の利点を有する反
面、深い硬化層が得られ難いといった欠点がある。
【0006】表面硬化処理として、その他に高周波焼入
処理も行われている。しかしながら高周波焼入れの場
合、得られる表面硬さは材料中に含有されるC量でほぼ
定まってしまい、しかも高周波焼入れの場合には当初よ
り材料中にCを含有させておく必要があることから、C
を多く含有させると加工性等他の特性が低下してしま
う。このことから含有させ得るC量にも自ずと限界があ
り、従って十分な表面硬さが得られ難いといった問題が
ある。
【0007】
【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、その要旨は、重量基準
で、C:0.35〜0.60%,Si:≦0.40%,
Mn:0.3〜1.0%,Cr:0.5〜3.5%,A
l:0.2〜1.5%,残部実質的にFeから成る組成
の鋼材を窒化層深さが150μm以上となる条件で窒化
処理し、引き続いて高周波焼入処理することにある。
【0008】本発明に従って処理した場合、表面部分に
形成される窒化層とマルテンサイト層とによって、従来
の浸炭焼入れ或いは高周波焼入れでは得られないような
表面硬さの硬い表層組織が得られる。
【0009】しかも窒化処理単独の場合に比べて硬化層
の深さが深い。即ちより深部まで硬化される。
【0010】この結果耐摩耗性,耐ピッチング性が良好
となるとともに、曲げ,ねじり等に基づく疲労に対して
の抵抗性が高くなる。
【0011】このように面圧疲労強度が効果的に向上す
るのは、窒化による硬い層が表層に形成されるととも
に、この硬化層より深い部分まで高周波焼入れに基づく
硬化層(マルテンサイト層)が形成されることに加え、
マルテンサイト層自体の形態が通常の高周波焼入れに基
づくマルテンサイト層と異なっていること、即ちマルテ
ンサイト層が非常に組織の緻密なものとなっていること
の相乗効果によるものと考えられる。
【0012】本発明において、窒化層深さを150μm
以上とするような窒化処理と高周波焼入処理とを組み合
わせた場合において、生成するマルテンサイト層が高周
波焼入れ単独の場合に比べて緻密な組織となる理由は良
く分っていないが、このような緻密なマルテンサイト組
織の生成が亀裂の発生,伝播を効果的に抑制する結果、
面圧疲労強度が高まるものと考えられる。
【0013】本発明においては、鋼材組成を、請求項1
の各成分に加えてV,Mo,Ni,Ti,Nbの1種又
は2種以上を重量基準で、V:0.1〜0.5%,M
o:0.1〜0.5%,Ni:0.5〜2.0%,T
i:0.005〜0.50%,Nb:0.01〜0.1
0%で含有する組成とし、これに対して上記窒化処理,
高周波焼入処理を施すようにすることができる。
【0014】また更に、上記各成分に加えてS,Pb,
Ca,Te,Biの1種又は2種以上を重量基準でS:
0.04〜0.40%,Pb:0.01〜0.06%,
Ca:0.0003〜0.0050%,Te:0.00
5〜0.10%,Bi:0.01〜0.10%を含有す
る組成とした上、窒化処理,高周波焼入処理するように
しても良い。
【0015】次に本発明における各成分の限定理由及び
窒化処理,高周波焼入処理の限定理由につき詳述する。 C:0.35〜0.60% Cは強度確保のために0.35%以上必要であるが0.
60%を超えると靱性の劣化を招く。
【0016】Si:≦0.40% Siは焼入性確保のために必要であるが0.40%を超
えると加工性の劣化を招く。
【0017】Mn:0.3〜1.0% Mnは脱酸,脱硫のため、更には高周波焼入性の向上の
ために0.3%以上必要である。但し1.0%を超える
と靱性の劣化を招く。
【0018】Cr:0.5〜3.5% Crは窒化特性(特に窒化深さ)の向上及び高周波焼入
性の向上のために0.5%以上含有させることが必要で
ある。但し3.5%を超えて含有させても窒化特性が飽
和してしまう。
【0019】Al:0.2〜1.5% Alは窒化特性の向上(特に表面硬さ向上)のために
0.2%以上含有させる必要がある。但し1.5%を超
えて含有させても窒化特性が飽和してしまう。
【0020】V:0.1〜0.5% Vは窒化特性の向上,心部硬さ向上に有効であり、必要
含有量は0.1%以上である。但し0.5%を超えると
窒化特性が飽和する。
【0021】Mo:0.1〜0.5% Moは窒化特性の向上,高周波焼入性の向上のために
0.1%以上含有させる必要がある。但し0.5%を超
えて含有させた場合焼入性向上効果が飽和する。
【0022】Ni:0.5〜2.0% Niは靱性,高周波焼入性を向上させる働きがあり、そ
の必要含有量は0.5%以上である。但し2.0%を超
えると被削性が劣化してしまう。
【0023】Ti:0.005〜0.50% Nb:0.01〜0.10% Ti,Nbは窒化特性向上,結晶粒微細化のためにそれ
ぞれ0.005%,0.01%以上必要である。但し必
要以上に含有させると靱性の低下,切削性低下をもたら
すので、それぞれ上限値を0.50%,0.10%とす
る。
【0024】S:0.04〜0.40% Pb:0.01〜0.06% Te:0.005〜0.10% Bi:0.01〜0.10% Ca:0.0003〜0.0050% これらは何れも被削性を向上させる元素であって鋼材中
に含有させることが望ましく、必要含有量はそれぞれ
0.04%,0.01%,0.005%,0.01%,
0.0003%以上である。但し上記の上限値を超えて
含有させた場合、強度(特にローラピッチング)低下,
縦(圧延)方向の靱性劣化をもたらすので、上記各上限
値以下の量で含有させる。
【0025】窒化処理(窒化層深さ150μm以上) 上述したように窒化処理は、窒素+炭素の緻密なマルテ
ンサイトによる面圧強度向上を図るために必須である。
またその窒化層深さは150μm以上必要である。
【0026】高周波焼入れ 高周波焼入れは、窒素+炭素マルテンサイトによる面圧
強度向上,心部マルテンサイトによる曲げ又はねじり静
的強度及び疲労強度向上のために必須である。
【0027】
【実施例】次に本発明の特徴を更に明確にすべく、以下
にその実施例を詳述する。表1に示す合金成分(重量
%,残部Fe)の鋼30kgを溶製して直径32mmφ
に鍛造及び焼ならし(但し表中B,I,N鋼は2t溶製
し32mmφ及び55mmφに圧延)し、下記の試験片
に加工した。
【0028】しかる後表中A〜L及びM−2,Nについ
ては以下の条件で窒化処理し、引き続き表2に示す条件
の下で高周波焼入処理した。
【0029】また比較例としてのa−1については窒化
処理のみを、a−2及びM−1については高周波焼入処
理のみを施し、これら処理品を供試材としてローラピッ
チング試験,小野式回転曲げ試験,ドリル被削性試験を
行った(但しドリル被削性試験はB,I,Nについて行
った)。結果が表3,表4,表5に示してある。
【0030】尚ローラピッチング試験,小野式回転曲げ
試験,ドリル被削性試験はそれぞれ下記の条件で行っ
た。
【0031】(1)試験片 ローラピッチング試験:図1に示すように直径26mm
φの大径部10を有する丸棒形状とした。 小野式回転曲げ試験 :図2に示すようにαK=1.8
4,R=1.0mmの切欠12を有する直径8mmφの
丸棒形状とした。 ドリル被削性試験 :55mmφ(直径)×50mm
(長さ)の形状とした。
【0032】(2)窒化処理条件 ・ガス軟化窒化処理 処理温度及び時間 863K×18ks 雰囲気 NH3:N2:CO2=5.5:2.
0:2.5 焼入れ 油冷(373K) 尚ここではガス軟窒化処理を用いたが、タフトライド,
イオン窒化等他の軟窒化処理であっても良い。
【0033】(3)ローラピッチング試験条件 小ローラ:26mmφ(試験片) 大ローラ:130mmφ 面圧 :3677N/mm2 滑り率 :40% 回転数 :1580rpm
【0034】(4)小野式回転曲げ試験条件 回転数:3500rpm
【0035】(5)ドリル被削性試験条件 ・工具 :SKH51 ・工具形状:ストレートシャンク ・穴深さ :20mm ・切削油 :なし ・送り :0.1mm/rev ・評価 :ドリルの寿命が5000mmになる切削速
度を測定
【0036】
【表1】
【0037】
【表2】
【0038】
【表3】
【0039】
【表4】
【0040】
【表5】
【0041】これらの結果から、単に通常の炭素鋼を用
いて高周波焼入処理のみ又は窒化処理+高周波焼入処理
を行った場合(M−1,M−2)、或いは窒化特性向上
成分を含有させた材料を用いても窒化処理単独又は高周
波焼入処理単独の場合には(a−1,a−2)、何れも
充分な特性が得られないのに対して、本発明に従って材
料の組成調整を行った上で窒化処理及び高周波焼入処理
を行ったものについては何れも良好な結果が得られるこ
とが分る。
【0042】また表5の結果から、快削元素の含有量が
多くなり過ぎると軟窒化処理,高周波焼入処理を施して
も耐ピッチング特性が低下することが分る。
【0043】[実施例2]上記A鋼を下記の条件で窒化
処理すると共に高周波焼入処理して供試材とし、これを
実施例1と同様の条件でローラピッチング試験を行っ
た。結果が図3に示してある。
【0044】(1)窒化処理条件 ・ガス軟窒化処理 処理温度及び時間 863K×3.6〜72ks 雰囲気 NH3:N2:CO2=5.5:2.
0:2.5 焼入れ 油冷(373K)
【0045】図3の結果から、窒化層の深さが150μ
mを越えた領域において寿命特性が良好となることが分
る。
【0046】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、本発明は上記歯車以外にベアリン
グその他の面圧疲労強度の要求される機械構造部品の製
造一般に適用可能であるなど、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】本発明の実施例品のローラピッチング特性を評
価するための試験片の形状を示す図である。
【図2】本発明の実施例品の回転曲げ疲労特性を評価す
るための試験片の形状を示す図である。
【図3】窒化層の深さと耐久寿命との関係を表す図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 38/18 C23C 8/26 7516−4K 8/80 7516−4K (72)発明者 渡辺 陽一 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 小倉 真義 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 梅垣 俊造 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量基準で C :0.35〜0.60% Si:≦0.40% Mn:0.3〜1.0% Cr:0.5〜3.5% Al:0.2〜1.5% 残部実質的にFeから成る組成の鋼材を窒化層深さが1
    50μm以上となる条件で窒化処理し、引き続いて高周
    波焼入処理することを特徴とする面圧疲労強度に優れた
    機械構造部品の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記鋼材の組成を、請求項1の各成分に
    加えてV,Mo,Ni,Ti,Nbの1種又は2種以上
    を重量基準で V :0.1〜0.5% Mo:0.1〜0.5% Ni:0.5〜2.0% Ti:0.005〜0.50% Nb:0.01〜0.10% で含有する組成とすることを特徴とする請求項1に記載
    の面圧疲労強度に優れた機械構造部品の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記鋼材の組成を、請求項1又は2の各
    成分に加えてS,Pb,Ca,Te,Biの1種又は2
    種以上を重量基準で S :0.04〜0.40% Pb:0.01〜0.06% Ca:0.0003〜0.0050% Te:0.005〜0.10% Bi:0.01〜0.10% で含有する組成とすることを特徴とする請求項1又は2
    に記載の面圧疲労強度に優れた機械構造部品の製造方
    法。
JP16639993A 1993-06-11 1993-06-11 面圧疲労強度に優れた機械構造部品の製造方法 Pending JPH06346142A (ja)

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