JPH0649509A - Iron-base sintered alloy member and its production - Google Patents
Iron-base sintered alloy member and its productionInfo
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- JPH0649509A JPH0649509A JP4038591A JP3859192A JPH0649509A JP H0649509 A JPH0649509 A JP H0649509A JP 4038591 A JP4038591 A JP 4038591A JP 3859192 A JP3859192 A JP 3859192A JP H0649509 A JPH0649509 A JP H0649509A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンのカムシャフ
トなど高い面圧強度が要求される鉄系焼結合金製部材お
よびその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferrous sintered alloy member such as an engine camshaft which is required to have high surface pressure strength, and a method for manufacturing the member.
【０００２】[0002]
【従来の技術】エンジンの高出力化・低燃費化の要請に
伴い、その動弁機構においては、ロッカアーム等の摺動
ないしは揺動部材の低フリクション化が要望されてお
り、そのために従来のすべり運動のロッカアームに代え
てローラフォロワを用いた転がり運動のロッカアームが
採用されつつある。しかし、ローラフォロワは、低回転
域では顕著でないが、高回転域ではその慣性質量が増加
することから、相手部材であるカムシャフトのカム面の
受ける面圧が増大し、該カムシャフトのピッチング等の
疲労破壊が問題になってくる。2. Description of the Related Art In response to a demand for higher output and lower fuel consumption of an engine, there is a demand for lower friction of sliding or rocking members such as rocker arms in the valve mechanism thereof. A rolling rocker arm using a roller follower is being adopted in place of the moving rocker arm. However, although the roller follower is not conspicuous in the low rotation range, the inertial mass of the roller follower increases in the high rotation range, so that the surface pressure received by the cam surface of the cam shaft, which is a counterpart member, increases, and the pitching of the cam shaft, etc. Fatigue destruction of becomes a problem.
【０００３】これに対して、上記カムシャフトに、冷し
金チル法によるチル合金鋳鉄や球状黒鉛鋳鉄をオーステ
ンパ処理したオーステンパ鋳鉄を採用したものが実用化
されつつある。また、上記カムシャフトと同様に耐ピッ
チング性が要求される歯車に鉄系焼結合金を用いるにあ
たり、その金属組織を工夫するという提案もある。すな
わち、この提案は、所定組成の鉄系焼結合金素材に焼入
れ、焼戻し処理を施すことにより、表面をオーステナイ
ト相とし内部をマルテンサイト相とし、これにより相手
材に対するなじみ性と耐面圧強度とを改善するというも
のである（特開昭５８−１９４１２号公報参照）。On the other hand, a camshaft which is made of austemper cast iron obtained by austempering chill alloy cast iron or spheroidal graphite cast iron by the cold gold chill method is being put to practical use. There is also a proposal to devise a metal structure when using an iron-based sintered alloy for a gear that requires a pitting resistance like the camshaft. That is, this proposal, by subjecting the iron-based sintered alloy material of a predetermined composition to quenching and tempering treatment, the surface is made into an austenite phase and the interior is made into a martensite phase, which makes the material compatible with and the surface pressure resistance strength. (See JP-A-58-19412).
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、最近は、上述
のエンジンで言えば、その軽量化ないしはコンパクト化
の要求が厳しくなっている。そのために、上記カムシャ
フトにおいてもカム幅の縮小が必要となり、ローラフォ
ロワとの転がり面圧が高くなる傾向にある。これに対し
て、上述の従来技術では所期の耐ピッチング性が得られ
るような高い面圧強度を得ることが難しい。そこで、本
発明は、このような要求を満足し得る鉄系焼結合金製部
材およびその製造方法を提供せんとするものである。However, recently, in the case of the above-mentioned engine, the demand for weight reduction or size reduction has become severe. Therefore, it is necessary to reduce the cam width in the cam shaft, and the rolling surface pressure with the roller follower tends to increase. On the other hand, it is difficult to obtain high surface pressure strength with which the desired pitting resistance can be obtained by the above-mentioned conventional technique. Therefore, the present invention is to provide an iron-based sintered alloy member and a method for manufacturing the same that can satisfy such requirements.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段およびその作用】本発明
は、このような課題に対して、ショットピーニング法を
採用し、且つこのショットピーニングに工夫を加えて、
その解決を図るものである。Means for Solving the Problems and Actions Thereof The present invention adopts a shot peening method for such problems and devises the shot peening,
This is the solution.
【０００６】すなわち、本発明に係る鉄系焼結合金性部
材は、その金属組織がマルテンサイトであって、所定形
状に機械加工された表面の微小突起が当該表面の粗さピ
ッチよりも直径が小さいショットによるピーニング加工
により押潰し且つ当該表面に圧縮残留応力を有すること
を特徴とするものである。That is, in the iron-based sintered alloy material according to the present invention, the metal structure is martensite, and the fine protrusions on the surface machined into a predetermined shape have a diameter smaller than the roughness pitch of the surface. It is characterized by being crushed by a peening process with a small shot and having a compressive residual stress on the surface.
【０００７】また、上記鉄系焼結合金製部材の製造方法
は、鉄系焼結合金製の素材にその組織がマルテンサイト
化するように熱処理を施し、次に当該素材に機械加工を
施した後、該機械加工された表面に当該表面の粗さピッ
チよりも直径が小さく且つ当該表面よりも高硬度のショ
ットを用いてピーニング加工を施す、というものであ
る。Further, in the method for manufacturing the iron-based sintered alloy member, the iron-based sintered alloy material is heat-treated so that its structure becomes martensite, and then the material is machined. Then, the machined surface is subjected to peening by using a shot having a diameter smaller than the roughness pitch of the surface and a hardness higher than that of the surface.
【０００８】鉄系焼結合金材料としては、Ｆｅ−Ｎｉ−
Ｍｏ−Ｃ系のものが好適であり、焼結により密度を７．
２ｇ／ｃｍ3 以上とし、組織のマルテンサイト化により
ＨＲＣ硬さを３９〜４８程度としたものが好適である。
かかる焼結合金製素材は、機械加工（切削ないし研削加
工）により所定の表面形状に仕上げられるが、その表面
は機械加工の結果として多数の微小突起を有する。As an iron-based sintered alloy material, Fe-Ni-
Mo-C type is preferable, and the density is increased by sintering to 7.
It is preferable that the HRC hardness is 2 g / cm 3 or more and the HRC hardness is about 39 to 48 due to the martensite structure.
Such a sintered alloy material is finished into a predetermined surface shape by machining (cutting or grinding), and the surface has many fine projections as a result of the machining.
【０００９】これに対して、本発明の鉄系焼結合金製部
材は、上記微小突起がショットピーニングにより押し潰
れ研削傷のない表面粗さが小さな表面性状になっている
とともに、表面に圧縮残留応力を有する。よって、当該
表面は高い転がり面圧に耐える強度を持つようになり、
耐ピッチング性にすぐれたものになっている。On the other hand, in the iron-based sintered alloy member of the present invention, the fine projections are crushed by shot peening and have a surface texture with a small surface roughness without grinding scratches, and compression residue remains on the surface. Have stress. Therefore, the surface has strength to withstand high rolling surface pressure,
It has excellent pitting resistance.
【００１０】しかして、上記鉄系焼結合金製部材の製造
にあたって、そのショットピーニングには上記マルテン
サイト組織によって硬化した素材の表面硬度よりも高い
硬度（例えばＨＲＣ硬さ４８以上、特にＨＲＣ硬さ５５
〜６０が好適である）を有するショット（鋼球）を用い
るが、これは、低硬度であれば、ショットが素材表面の
照射部位より反発され加工不充分となるためである。そ
して、上記ショットの直径を素材表面の粗さピッチより
も小さなものにするのは、当該表面の微小突起を確実に
押潰せしめるためである。すなわち、上記粗さピッチよ
りも直径が大きなショットであれば、１個のショットが
複数の微小突起に当たることになるため、ショット中心
から離れた周辺の微小突起はショットによって薙ぎ倒さ
れ、研削されたような状態になって研削傷が残るととも
に、単位面積当りの加工率（ショットの打ち込み数）が
低くなり、期する表面性状の改善は得られない。In the production of the iron-based sintered alloy member, however, its shot peening has a hardness higher than the surface hardness of the material hardened by the martensite structure (for example, HRC hardness of 48 or more, especially HRC hardness). 55
The shot (steel ball) having a hardness of 60 to 60 is preferable, because if the hardness is low, the shot is repelled from the irradiation site on the material surface, resulting in insufficient processing. The reason for making the diameter of the shot smaller than the roughness pitch of the surface of the material is to surely crush the fine protrusions on the surface. That is, if the shot has a diameter larger than the roughness pitch, one shot hits a plurality of minute protrusions, and therefore the minute protrusions in the periphery away from the center of the shot are shunned by the shot and ground. In such a state, grinding scratches remain, and the processing rate per unit area (the number of shots driven) becomes low, so that the desired improvement in surface quality cannot be obtained.
【００１１】[0011]
【発明の効果】従って、本発明に係る鉄系焼結合金製部
材によれば、金属組織をマルテンサイトとし、所定形状
に機械加工された表面の微小突起を当該表面の粗さピッ
チよりも直径が小さいショットによるピーニング加工に
より押潰し且つ当該表面に圧縮残留応力を有するように
したから、耐面圧強度が高くなり耐ピッチング性が向上
する。As described above, according to the iron-based sintered alloy member of the present invention, the metal microstructure is martensite, and the fine protrusions on the surface machined into a predetermined shape have a diameter larger than the roughness pitch of the surface. Is crushed by a peening process with a small shot and has a compressive residual stress on the surface, so that the surface pressure resistance is high and the pitting resistance is improved.
【００１２】また、上記鉄系焼結合金製部材の製造方法
によれば、鉄系焼結合金製素材にその組織がマルテンサ
イト化するように熱処理を施し、次に当該素材に機械加
工を施した後、該機械加工された表面に当該表面の粗さ
ピッチよりも直径が小さく且つ当該表面よりも高硬度の
ショットを用いてピーニング加工を施すようにしたか
ら、表面に研削傷を残すことなく、その表面粗さを低下
させ且つ圧縮残留応力を与えることができ、耐ピッチン
グ性に優れた鉄系焼結合金製部材を得ることができる。Further, according to the above-mentioned method for manufacturing the iron-based sintered alloy member, the iron-based sintered alloy material is heat-treated so that its structure becomes martensite, and then the material is machined. After that, the machined surface is peened using a shot having a diameter smaller than the roughness pitch of the surface and a hardness higher than that of the surface, so that no grinding scratches are left on the surface. The surface roughness can be reduced and a compressive residual stress can be applied, and an iron-based sintered alloy member having excellent pitting resistance can be obtained.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例との比較にお
いて説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below in comparison with comparative examples.
【００１４】＜実施例１＞以下の如くして、後述するピ
ッチングテスト用のテストピース（カムシャフトのカム
部材）を作成した。<Example 1> A test piece (cam member of a camshaft) for a pitching test, which will be described later, was prepared in the following manner.
【００１５】下記の組成を有し粉末粒度１００メッシュ
以下のアトマイズ粉に黒鉛粉末０．６重量％及びステア
リン酸亜鉛１重量％を混合し、該混合物をテストピース
素材に圧粉成形し、予備焼結を行なった。プレス圧力は
７ｔｏｎ／ｃｍ2 として、予備焼結条件は８５０℃×６
０分間とした。次に、得られた予備焼結品につき、プレ
ス圧力７ｔｏｎ／ｃｍ2 で再圧縮を行なった後、非酸化
性雰囲気炉にて１２５０℃×６０分間の条件で本焼結を
行なった。Atomized powder having the following composition and a powder particle size of 100 mesh or less was mixed with 0.6% by weight of graphite powder and 1% by weight of zinc stearate, and the mixture was compacted into a test piece material and precalcined. I made a conclusion. Pressing pressure is 7 ton / cm 2 , pre-sintering condition is 850 ° C. × 6
It was set to 0 minutes. Next, the obtained pre-sintered product was recompressed at a pressing pressure of 7 ton / cm 2 , and then main-sintered in a non-oxidizing atmosphere furnace at 1250 ° C. for 60 minutes.
【００１６】−組成− Ｎｉ：１．９３，Ｍｏ：１．０３，Ｃ：０．００１，Ｓ
ｉ：０．０１，Ｍｎ：０．０５，Ｐ：０．００５，Ｓ：
０．００３，Ｏ：０．０７，残部Ｆｅ（以上の数値は重
量％） しかる後、得られた焼結品を８７０℃で６０分間保持し
た後、焼入れ・焼戻し処理を施し、当該焼結品全体をマ
ルテンサイト組織とした。焼戻し条件は１８０℃×６０
分間とした。この熱処理によって得られたものはＨＲＣ
硬さ４８であった。-Composition-Ni: 1.93, Mo: 1.03, C: 0.001, S
i: 0.01, Mn: 0.05, P: 0.005, S:
0.003, O: 0.07, balance Fe (the above values are% by weight) Then, after holding the obtained sintered product at 870 ° C. for 60 minutes, it is subjected to quenching / tempering treatment to obtain the sintered product. The entire structure was martensite. Tempering condition is 180 ℃ x 60
Minutes. The one obtained by this heat treatment is HRC
The hardness was 48.
【００１７】そうして、上記熱処理品をテストピース形
状に機械加工した。得られた機械加工品の表面状態は図
１の「ハードショットピーニング前」の欄及び図２に示
す通りであり、その表面粗さはＲmax ３．５μｍであっ
た。そして、これに以下の条件でハードショットピーニ
ング処理を施した。得られたものの表面状態は図１の
「実施例１」の欄及び図３に示す通りであり、その表面
粗さはＲmax １．５μｍであった。Then, the heat-treated product was machined into a test piece shape. The surface condition of the obtained machined product is as shown in the column "Before hard shot peening" of Fig. 1 and Fig. 2, and the surface roughness thereof was Rmax 3.5 µm. Then, this was subjected to hard shot peening treatment under the following conditions. The surface condition of the obtained product is as shown in the column of "Example 1" of Fig. 1 and Fig. 3, and the surface roughness thereof was Rmax of 1.5 µm.
【００１８】シ ョ ッ ト；直径０．０４４ｍｍの鋼
球 ショット圧 力；４ｋｇｆ／ｃｍ2 ショット時 間；２０秒 上記鋼球はＨＲＣ硬さ５５〜６０である。Shot: Steel ball having a diameter of 0.044 mm Shot pressure: 4 kgf / cm 2 shot time: 20 seconds The steel ball has an HRC hardness of 55-60.
【００１９】＜実施例２＞黒鉛粉末の量を０．３重量％
とする他は実施例１と同じ条件でピッチングテスト用の
テストピースを作成した。Example 2 The amount of graphite powder was 0.3% by weight.
A test piece for a pitching test was prepared under the same conditions as in Example 1 except for the above.
【００２０】＜比較例１＞Ｃ：３．４，Ｃｒ：０．１
４，Ｓ：０．１２，Ｐ：０．０３，Ｍｎ：０．８４，Ｓ
ｉ：１．７１，残部Ｆｅ（以上は重量％）の組成を有す
るＨＲＣ硬さ５１の合金鋳鉄製冷し金チル材に機械加工
を施してピッチングテスト用のテストピースを得た。Comparative Example 1 C: 3.4, Cr: 0.1
4, S: 0.12, P: 0.03, Mn: 0.84, S
A test piece for a pitching test was obtained by machining a cold cast chill material made of alloy cast iron with an HRC hardness of 51 having a composition of i: 1.71 and the balance of Fe (the above is the weight%).
【００２１】＜比較例２＞Ｃ：２．６８，Ｓｉ：２．３
２，Ｍｎ：０．４８，Ｐ：０．０１６，Ｓ：０．００
３，Ｍｏ：０．１，Ｍｇ：０．０２５，残部Ｆｅ（以上
は重量％）の組成を有する球状黒鉛鋳鉄材に非酸化性雰
囲気で９００℃×１．５時間の加熱処理を施した後、３
８０℃×１時間のオーステンパ処理を施してＨＲＣ硬さ
２８とし、これに機械加工を施してピッチングテスト用
のテストピースを得た。<Comparative Example 2> C: 2.68, Si: 2.3
2, Mn: 0.48, P: 0.016, S: 0.00
After heat-treating a spheroidal graphite cast iron material having a composition of 3, Mo: 0.1, Mg: 0.025, and the balance of Fe (the above is% by weight) at 900 ° C. for 1.5 hours in a non-oxidizing atmosphere. Three
Austempering was carried out at 80 ° C. for 1 hour to obtain an HRC hardness of 28, and this was machined to obtain a test piece for a pitching test.
【００２２】＜比較例３＞ショットピーニング処理にお
けるショット（鋼球）の直径を０．２ｍｍとする他は実
施例２と同じ条件でピッチングテスト用のテストピース
を作成した。このテストピースの表面状態は図１の「比
較例３」の欄及び図４に示す通りであり、その表面粗さ
はＲmax ３．５μｍであった。Comparative Example 3 A test piece for a pitching test was prepared under the same conditions as in Example 2 except that the diameter of the shot (steel ball) in the shot peening treatment was 0.2 mm. The surface condition of this test piece is as shown in the column of “Comparative Example 3” in FIG. 1 and FIG. 4, and the surface roughness was Rmax 3.5 μm.
【００２３】（ピッチングテスト）上記実施例１，２及
び比較例１〜３の各テストピーストにつき、各々をロー
ラフォロワ材（材質ＳＵＪ２，ＨＲＣ硬さ６１）と接触
状態にして回転させ、且つ両者の接触荷重を変化させる
ようにし、繰り返し回数１０7 以上になるときのヘルツ
面圧、すなわち、耐面圧強度を求めた。この場合のピッ
チング発生の有無は、テストピースの振動の変化を検出
することにより調べた。(Pitching test) With respect to each of the test pieces of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, each was brought into contact with a roller follower material (material SUJ2, HRC hardness 61) and rotated, and both The contact load was changed, and the Hertzian surface pressure when the number of repetitions was 10 7 or more, that is, the surface pressure resistance strength was determined. Whether or not pitching occurred in this case was examined by detecting a change in vibration of the test piece.
【００２４】テスト結果は図５に示されている。同図に
よれば、各テストピースの耐面圧強度は、実施例１が２
４０ｋｇｆ／ｍｍ2 、実施例２が２２０ｋｇｆ／ｍ
ｍ2 、比較例１が１８８ｋｇｆ／ｍｍ2 、比較例２が１
７７ｋｇｆ／ｍｍ2 、比較例３が２０５ｋｇｆ／ｍｍ2
である。以上により、本発明の有効性が裏付けられる。The test results are shown in FIG. According to the figure, the surface pressure resistance of each test piece is 2 in Example 1.
40 kgf / mm 2 , Example 2 is 220 kgf / m
m 2 , Comparative Example 1 was 188 kgf / mm 2 , Comparative Example 2 was 1
77 kgf / mm 2 , Comparative Example 3 is 205 kgf / mm 2.
Is. From the above, the effectiveness of the present invention is supported.
【００２５】ここで、実施例２が実施例１よりも低い耐
面圧強度を示しているのは、黒鉛粉末（Ｃ量）が少ない
関係で焼入れ性が若干低下し、ＨＲＣ硬さ３９のマルテ
ンサイト組織になったためと認められる。従って、高い
面圧強度を得るという観点から、黒鉛量は０．３％以上
とすることが望ましい。また、ショットピーニング処理
のし易さの観点からは、黒鉛量を０．６ないしは０．８
程度とし表面硬度が過度に高くならないようにすること
が望ましい。なお、上記黒鉛粉末は焼結の過程で合金粉
末に固相拡散し、黒鉛としては残っていない。Here, Example 2 shows a lower surface pressure resistance than Example 1 because the hardenability is slightly lowered due to the small amount of graphite powder (C content) and the martensite having an HRC hardness of 39 is used. It is recognized that it became a site organization. Therefore, from the viewpoint of obtaining a high surface pressure strength, the amount of graphite is preferably 0.3% or more. From the viewpoint of ease of shot peening treatment, the amount of graphite is 0.6 or 0.8.
It is desirable that the surface hardness is set to a degree so that the surface hardness does not become excessively high. The graphite powder is solid-phase diffused into the alloy powder during the sintering process, and does not remain as graphite.
【００２６】また、直径０．２ｍｍの鋼球をショットに
用いた比較例３の耐面圧強度が実施例２よりも低いの
は、該鋼球がテストピース表面の微小突起を薙ぎ倒す結
果、研削傷が残り、また、ショットによる単位面積当り
の加工率が実施例のものよりも低くなったためと認めら
れる。Further, the surface pressure resistance strength of Comparative Example 3 in which a steel ball having a diameter of 0.2 mm is used for the shot is lower than that of Example 2 as a result of the steel ball sliding down the minute projections on the surface of the test piece. It is recognized that grinding scratches remained and the processing rate per shot by the shot was lower than that of the example.
【００２７】なお、本発明が上記カムシャフトのカム部
材以外に例えば歯車のような他の高い耐面圧強度が要求
される機械部品にも適用できることはもちろんである。It is needless to say that the present invention can be applied not only to the cam member of the camshaft, but also to other mechanical parts such as gears which are required to have high surface pressure resistance.
【図１】実施例及び比較例の表面粗さを示す図FIG. 1 is a diagram showing the surface roughness of Examples and Comparative Examples.
【図２】実施例１のハードショットピーニング前の表面
状態を示す顕微鏡写真FIG. 2 is a micrograph showing a surface state before hard shot peening in Example 1.
【図３】実施例１のハードショットピーニング後の表面
状態を示す顕微鏡写真FIG. 3 is a micrograph showing the surface state after hard shot peening in Example 1.
【図４】比較例３のハードショットピーニング後の表面
状態を示す顕微鏡写真FIG. 4 is a micrograph showing the surface state after hard shot peening in Comparative Example 3.
【図５】実施例及び比較例のピッチングテストの結果を
示すグラフ図FIG. 5 is a graph showing the results of a pitching test of Examples and Comparative Examples.
なし None
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成４年１２月１７日[Submission date] December 17, 1992
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【書類名】 明細書[Document name] Statement
【発明の名称】 鉄系焼結合金製部材およびその製造方
法Title: Iron-based sintered alloy member and method for manufacturing the same
【特許請求の範囲】[Claims]
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンのカムシャフ
トなど高い面圧強度が要求される鉄系焼結合金製部材お
よびその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferrous sintered alloy member such as an engine camshaft which is required to have high surface pressure strength, and a method for manufacturing the member.
【０００２】[0002]
【従来の技術】エンジンの高出力化・低燃費化の要請に
伴い、その動弁機構においては、ロッカアーム等の摺動
ないしは揺動部材の低フリクション化が要望されてお
り、そのために従来のすべり運動のロッカアームに代え
てローラフォロワを用いた転がり運動のロッカアームが
採用されつつある。しかし、ローラフォロワは、低回転
域では顕著でないが、高回転域ではその慣性質量が増加
することから、相手部材であるカムシャフトのカム面の
受ける面圧が増大し、該カムシャフトのピッチング等の
疲労破壊が問題になってくる。2. Description of the Related Art In response to a demand for higher output and lower fuel consumption of an engine, there is a demand for lower friction of sliding or rocking members such as rocker arms in the valve mechanism thereof. A rolling rocker arm using a roller follower is being adopted in place of the moving rocker arm. However, although the roller follower is not conspicuous in the low rotation range, the inertial mass of the roller follower increases in the high rotation range, so that the surface pressure received by the cam surface of the cam shaft, which is a counterpart member, increases, and the pitching of the cam shaft, etc. Fatigue destruction of becomes a problem.
【０００３】これに対して、上記カムシャフトに、冷し
金チル法によるチル合金鋳鉄や球状黒鉛鋳鉄をオーステ
ンパ処理したオーステンパ鋳鉄を採用したものが実用化
されつつある。また、上記カムシャフトと同様に耐ピッ
チング性が要求される歯車に鉄系焼結合金を用いるにあ
たり、その金属組織を工夫するという提案もある。すな
わち、この提案は、所定組成の鉄系焼結合金素材に焼入
れ、焼戻し処理を施すことにより、表面をオーステナイ
ト相とし内部をマルテンサイト相とし、これにより相手
材に対するなじみ性と耐面圧強度とを改善するというも
のである（特開昭５８−１９４１２号公報参照）。On the other hand, a camshaft which is made of austemper cast iron obtained by austempering chill alloy cast iron or spheroidal graphite cast iron by the cold gold chill method is being put to practical use. There is also a proposal to devise a metal structure when using an iron-based sintered alloy for a gear that requires a pitting resistance like the camshaft. That is, this proposal, by subjecting the iron-based sintered alloy material of a predetermined composition to quenching and tempering treatment, the surface is made into an austenite phase and the interior is made into a martensite phase, which makes the material compatible with and the surface pressure resistance strength. (See JP-A-58-19412).
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、最近は、上述
のエンジンで言えば、その軽量化ないしはコンパクト化
の要求が厳しくなっている。そのために、上記カムシャ
フトにおいてもカム幅の縮小が必要となり、ローラフォ
ロワとの転がり面圧が高くなる傾向にある。これに対し
て、上述の従来技術では所期の耐ピッチング性が得られ
るような高い面圧強度を得ることが難しい。そこで、本
発明は、このような要求を満足し得る鉄系焼結合金製部
材およびその製造方法を提供せんとするものである。However, recently, in the case of the above-mentioned engine, the demand for weight reduction or size reduction has become severe. Therefore, it is necessary to reduce the cam width in the cam shaft, and the rolling surface pressure with the roller follower tends to increase. On the other hand, it is difficult to obtain high surface pressure strength with which the desired pitting resistance can be obtained by the above-mentioned conventional technique. Therefore, the present invention is to provide an iron-based sintered alloy member and a method for manufacturing the same that can satisfy such requirements.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段およびその作用】本発明
は、このような課題に対して、ショットピーニング法を
採用し、且つこのショットピーニングに工夫を加えて、
その解決を図るものである。Means for Solving the Problems and Actions Thereof The present invention adopts a shot peening method for such problems and devises the shot peening,
This is the solution.
【０００６】すなわち、本発明に係る鉄系焼結合金性部
材は、その金属組織がマルテンサイトであって、所定形
状に機械加工された表面の微小突起が当該表面の粗さピ
ッチよりも直径が小さいショットによるピーニング加工
により押潰し且つ当該表面に圧縮残留応力を有すること
を特徴とするものである。That is, in the iron-based sintered alloy material according to the present invention, the metal structure is martensite, and the fine protrusions on the surface machined into a predetermined shape have a diameter smaller than the roughness pitch of the surface. It is characterized by being crushed by a peening process with a small shot and having a compressive residual stress on the surface.
【０００７】また、上記鉄系焼結合金製部材の製造方法
は、鉄系焼結合金製の素材にその組織がマルテンサイト
化するように熱処理を施し、次に当該素材に機械加工を
施した後、該機械加工された表面に当該表面の粗さピッ
チよりも直径が小さく且つ当該表面よりも高硬度のショ
ットを用いてピーニング加工を施す、というものであ
る。Further, in the method for manufacturing the iron-based sintered alloy member, the iron-based sintered alloy material is heat-treated so that its structure becomes martensite, and then the material is machined. Then, the machined surface is subjected to peening by using a shot having a diameter smaller than the roughness pitch of the surface and a hardness higher than that of the surface.
【０００８】鉄系焼結合金材料としては、Ｆｅ−Ｎｉ−
Ｍｏ−Ｃ系のものが好適であり、焼結により密度を７．
２ｇ／ｃｍ3 以上とし、組織のマルテンサイト化により
ＨＲＣ硬さを３９〜４８程度としたものが好適である。
かかる焼結合金製素材は、機械加工（切削ないし研削加
工）により所定の表面形状に仕上げられるが、その表面
は機械加工の結果として多数の微小突起を有する。As an iron-based sintered alloy material, Fe-Ni-
Mo-C type is preferable, and the density is increased by sintering to 7.
It is preferable that the HRC hardness is 2 g / cm 3 or more and the HRC hardness is about 39 to 48 due to the martensite structure.
Such a sintered alloy material is finished into a predetermined surface shape by machining (cutting or grinding), and the surface has many fine projections as a result of the machining.
【０００９】これに対して、本発明の鉄系焼結合金製部
材は、上記微小突起がショットピーニングにより押し潰
れ研削傷のない表面粗さが小さな表面性状になっている
とともに、表面に圧縮残留応力を有する。よって、当該
表面は高い転がり面圧に耐える強度を持つようになり、
耐ピッチング性にすぐれたものになっている。On the other hand, in the iron-based sintered alloy member of the present invention, the fine projections are crushed by shot peening and have a surface texture with a small surface roughness without grinding scratches, and compression residue remains on the surface. Have stress. Therefore, the surface has strength to withstand high rolling surface pressure,
It has excellent pitting resistance.
【００１０】しかして、上記鉄系焼結合金製部材の製造
にあたって、そのショットピーニングには上記マルテン
サイト組織によって硬化した素材の表面硬度よりも高い
硬度（例えばＨＲＣ硬さ４８以上、特にＨＲＣ硬さ５５
〜６０が好適である）を有するショット（鋼球）を用い
るが、これは、低硬度であれば、ショットが素材表面の
照射部位より反発され加工不充分となるためである。そ
して、上記ショットの直径を素材表面の粗さピッチより
も小さなものにするのは、当該表面の微小突起を確実に
押潰せしめるためである。すなわち、上記粗さピッチよ
りも直径が大きなショットであれば、１個のショットが
複数の微小突起に当たることになるため、ショット中心
から離れた周辺の微小突起はショットによって薙ぎ倒さ
れ、研削されたような状態になって研削傷が残るととも
に、単位面積当りの加工率（ショットの打ち込み数）が
低くなり、期する表面性状の改善は得られない。In the production of the iron-based sintered alloy member, however, its shot peening has a hardness higher than the surface hardness of the material hardened by the martensite structure (for example, HRC hardness of 48 or more, especially HRC hardness). 55
The shot (steel ball) having a hardness of 60 to 60 is preferable, because if the hardness is low, the shot is repelled from the irradiation site on the material surface, resulting in insufficient processing. The reason for making the diameter of the shot smaller than the roughness pitch of the surface of the material is to surely crush the fine protrusions on the surface. That is, if the shot has a diameter larger than the roughness pitch, one shot hits a plurality of minute protrusions, and therefore the minute protrusions in the periphery away from the center of the shot are shunned by the shot and ground. In such a state, grinding scratches remain, and the processing rate per unit area (the number of shots driven) becomes low, so that the desired improvement in surface quality cannot be obtained.
【００１１】[0011]
【発明の効果】従って、本発明に係る鉄系焼結合金製部
材によれば、金属組織をマルテンサイトとし、所定形状
に機械加工された表面の微小突起を当該表面の粗さピッ
チよりも直径が小さいショットによるピーニング加工に
より押潰し且つ当該表面に圧縮残留応力を有するように
したから、耐面圧強度が高くなり耐ピッチング性が向上
する。As described above, according to the iron-based sintered alloy member of the present invention, the metal microstructure is martensite, and the fine protrusions on the surface machined into a predetermined shape have a diameter larger than the roughness pitch of the surface. Is crushed by a peening process with a small shot and has a compressive residual stress on the surface, so that the surface pressure resistance is high and the pitting resistance is improved.
【００１２】また、上記鉄系焼結合金製部材の製造方法
によれば、鉄系焼結合金製素材にその組織がマルテンサ
イト化するように熱処理を施し、次に当該素材に機械加
工を施した後、該機械加工された表面に当該表面の粗さ
ピッチよりも直径が小さく且つ当該表面よりも高硬度の
ショットを用いてピーニング加工を施すようにしたか
ら、表面に研削傷を残すことなく、その表面粗さを低下
させ且つ圧縮残留応力を与えることができ、耐ピッチン
グ性に優れた鉄系焼結合金製部材を得ることができる。Further, according to the above-mentioned method for manufacturing the iron-based sintered alloy member, the iron-based sintered alloy material is heat-treated so that its structure becomes martensite, and then the material is machined. After that, the machined surface is peened using a shot having a diameter smaller than the roughness pitch of the surface and a hardness higher than that of the surface, so that no grinding scratches are left on the surface. The surface roughness can be reduced and a compressive residual stress can be applied, and an iron-based sintered alloy member having excellent pitting resistance can be obtained.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例との比較にお
いて説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below in comparison with comparative examples.
【００１４】＜実施例１＞以下の如くして、後述するピ
ッチングテスト用のテストピース（カムシャフトのカム
部材）を作成した。<Example 1> A test piece (cam member of a camshaft) for a pitching test, which will be described later, was prepared in the following manner.
【００１５】下記の組成を有し粉末粒度１００メッシュ
以下のアトマイズ粉に黒鉛粉末０．６重量％及びステア
リン酸亜鉛１重量％を混合し、該混合物をテストピース
素材に圧粉成形し、予備焼結を行なった。プレス圧力は
７ｔｏｎ／ｃｍ2 として、予備焼結条件は８５０℃×６
０分間とした。次に、得られた予備焼結品につき、プレ
ス圧力７ｔｏｎ／ｃｍ2 で再圧縮を行なった後、非酸化
性雰囲気炉にて１２５０℃×６０分間の条件で本焼結を
行なった。Atomized powder having the following composition and a powder particle size of 100 mesh or less was mixed with 0.6% by weight of graphite powder and 1% by weight of zinc stearate, and the mixture was compacted into a test piece material and precalcined. I made a conclusion. Pressing pressure is 7 ton / cm 2 , pre-sintering condition is 850 ° C. × 6
It was set to 0 minutes. Next, the obtained pre-sintered product was recompressed at a pressing pressure of 7 ton / cm 2 , and then main-sintered in a non-oxidizing atmosphere furnace at 1250 ° C. for 60 minutes.
【００１６】−組成− Ｎｉ：１．９３，Ｍｏ：１．０３，Ｃ：０．００１，Ｓ
ｉ：０．０１，Ｍｎ：０．０５，Ｐ：０．００５，Ｓ：
０．００３，Ｏ：０．０７，残部Ｆｅ（以上の数値は重
量％） しかる後、得られた焼結品を８７０℃で６０分間保持し
た後、焼入れ・焼戻し処理を施し、当該焼結品全体をマ
ルテンサイト組織とした。焼戻し条件は１８０℃×６０
分間とした。この熱処理によって得られたものはＨＲＣ
硬さ４８であった。-Composition-Ni: 1.93, Mo: 1.03, C: 0.001, S
i: 0.01, Mn: 0.05, P: 0.005, S:
0.003, O: 0.07, balance Fe (the above values are% by weight) Then, after holding the obtained sintered product at 870 ° C. for 60 minutes, it is subjected to quenching / tempering treatment to obtain the sintered product. The entire structure was martensite. Tempering condition is 180 ℃ x 60
Minutes. The one obtained by this heat treatment is HRC
The hardness was 48.
【００１７】そうして、上記熱処理品をテストピース形
状に機械加工した。得られた機械加工品の表面状態は図
１の「ハードショットピーニング前」の欄及び図２に示
す通りであり、その表面粗さはＲmax ３．５μｍであっ
た。そして、これに以下の条件でハードショットピーニ
ング処理を施した。得られたものの表面状態は図１の
「実施例１」の欄及び図３に示す通りであり、その表面
粗さはＲmax １．５μｍであった。Then, the heat-treated product was machined into a test piece shape. The surface condition of the obtained machined product is as shown in the column "Before hard shot peening" of Fig. 1 and Fig. 2, and the surface roughness thereof was Rmax 3.5 µm. Then, this was subjected to hard shot peening treatment under the following conditions. The surface condition of the obtained product is as shown in the column of "Example 1" of Fig. 1 and Fig. 3, and the surface roughness thereof was Rmax of 1.5 µm.
【００１８】シ ョ ッ ト；直径０．０４４ｍｍの鋼
球 ショット圧 力；４ｋｇｆ／ｃｍ2 ショット時 間；２０秒 上記鋼球はＨＲＣ硬さ５５〜６０である。Shot: Steel ball having a diameter of 0.044 mm Shot pressure: 4 kgf / cm 2 shot time: 20 seconds The steel ball has an HRC hardness of 55-60.
【００１９】＜実施例２＞黒鉛粉末の量を０．３重量％
とする他は実施例１と同じ条件でピッチングテスト用の
テストピースを作成した。Example 2 The amount of graphite powder was 0.3% by weight.
A test piece for a pitching test was prepared under the same conditions as in Example 1 except for the above.
【００２０】＜比較例１＞Ｃ：３．４，Ｃｒ：０．１
４，Ｓ：０．１２，Ｐ：０．０３，Ｍｎ：０．８４，Ｓ
ｉ：１．７１，残部Ｆｅ（以上は重量％）の組成を有す
るＨＲＣ硬さ５１の合金鋳鉄製冷し金チル材に機械加工
を施してピッチングテスト用のテストピースを得た。Comparative Example 1 C: 3.4, Cr: 0.1
4, S: 0.12, P: 0.03, Mn: 0.84, S
A test piece for a pitching test was obtained by machining a cold cast chill material made of alloy cast iron with an HRC hardness of 51 having a composition of i: 1.71 and the balance of Fe (the above is the weight%).
【００２１】＜比較例２＞Ｃ：２．６８，Ｓｉ：２．３
２，Ｍｎ：０．４８，Ｐ：０．０１６，Ｓ：０．００
３，Ｍｏ：０．１，Ｍｇ：０．０２５，残部Ｆｅ（以上
は重量％）の組成を有する球状黒鉛鋳鉄材に非酸化性雰
囲気で９００℃×１．５時間の加熱処理を施した後、３
８０℃×１時間のオーステンパ処理を施してＨＲＣ硬さ
２８とし、これに機械加工を施してピッチングテスト用
のテストピースを得た。<Comparative Example 2> C: 2.68, Si: 2.3
2, Mn: 0.48, P: 0.016, S: 0.00
After heat-treating a spheroidal graphite cast iron material having a composition of 3, Mo: 0.1, Mg: 0.025, and the balance of Fe (the above is% by weight) at 900 ° C. for 1.5 hours in a non-oxidizing atmosphere. Three
Austempering was carried out at 80 ° C. for 1 hour to obtain an HRC hardness of 28, and this was machined to obtain a test piece for a pitching test.
【００２２】＜比較例３＞ショットピーニング処理にお
けるショット（鋼球）の直径を０．２ｍｍとする他は実
施例２と同じ条件でピッチングテスト用のテストピース
を作成した。このテストピースの表面状態は図１の「比
較例３」の欄及び図４に示す通りであり、その表面粗さ
はＲmax ３．５μｍであった。Comparative Example 3 A test piece for a pitching test was prepared under the same conditions as in Example 2 except that the diameter of the shot (steel ball) in the shot peening treatment was 0.2 mm. The surface condition of this test piece is as shown in the column of “Comparative Example 3” in FIG. 1 and FIG. 4, and the surface roughness was Rmax 3.5 μm.
【００２３】（ピッチングテスト）上記実施例１，２及
び比較例１〜３の各テストピーストにつき、各々をロー
ラフォロワ材（材質ＳＵＪ２，ＨＲＣ硬さ６１）と接触
状態にして回転させ、且つ両者の接触荷重を変化させる
ようにし、繰り返し回数１０7 以上になるときのヘルツ
面圧、すなわち、耐面圧強度を求めた。この場合のピッ
チング発生の有無は、テストピースの振動の変化を検出
することにより調べた。(Pitching test) With respect to each of the test pieces of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, each was brought into contact with a roller follower material (material SUJ2, HRC hardness 61) and rotated, and both The contact load was changed, and the Hertzian surface pressure when the number of repetitions was 10 7 or more, that is, the surface pressure resistance strength was determined. Whether or not pitching occurred in this case was examined by detecting a change in vibration of the test piece.
【００２４】テスト結果は図５に示されている。同図に
よれば、各テストピースの耐面圧強度は、実施例１が２
４０ｋｇｆ／ｍｍ2 、実施例２が２２０ｋｇｆ／ｍ
ｍ2 、比較例１が１８８ｋｇｆ／ｍｍ2 、比較例２が１
７７ｋｇｆ／ｍｍ2 、比較例３が２０５ｋｇｆ／ｍｍ2
である。以上により、本発明の有効性が裏付けられる。The test results are shown in FIG. According to the figure, the surface pressure resistance of each test piece is 2 in Example 1.
40 kgf / mm 2 , Example 2 is 220 kgf / m
m 2 , Comparative Example 1 was 188 kgf / mm 2 , Comparative Example 2 was 1
77 kgf / mm 2 , Comparative Example 3 is 205 kgf / mm 2.
Is. From the above, the effectiveness of the present invention is supported.
【００２５】ここで、実施例２が実施例１よりも低い耐
面圧強度を示しているのは、黒鉛粉末（Ｃ量）が少ない
関係で焼入れ性が若干低下し、ＨＲＣ硬さ３９のマルテ
ンサイト組織になったためと認められる。従って、高い
面圧強度を得るという観点から、黒鉛量は０．３％以上
とすることが望ましい。また、ショットピーニング処理
のし易さの観点からは、黒鉛量を０．６ないしは０．８
程度とし表面硬度が過度に高くならないようにすること
が望ましい。なお、上記黒鉛粉末は焼結の過程で合金粉
末に固相拡散し、黒鉛としては残っていない。Here, Example 2 shows a lower surface pressure resistance than Example 1 because the hardenability is slightly lowered due to the small amount of graphite powder (C content) and the martensite having an HRC hardness of 39 is used. It is recognized that it became a site organization. Therefore, from the viewpoint of obtaining a high surface pressure strength, the amount of graphite is preferably 0.3% or more. From the viewpoint of ease of shot peening treatment, the amount of graphite is 0.6 or 0.8.
It is desirable that the surface hardness is set to a degree so that the surface hardness does not become excessively high. The graphite powder is solid-phase diffused into the alloy powder during the sintering process, and does not remain as graphite.
【００２６】また、直径０．２ｍｍの鋼球をショットに
用いた比較例３の耐面圧強度が実施例２よりも低いの
は、該鋼球がテストピース表面の微小突起を薙ぎ倒す結
果、研削傷が残り、また、ショットによる単位面積当り
の加工率が実施例のものよりも低くなったためと認めら
れる。Further, the surface pressure resistance strength of Comparative Example 3 in which a steel ball having a diameter of 0.2 mm is used for the shot is lower than that of Example 2 as a result of the steel ball sliding down the minute projections on the surface of the test piece. It is recognized that grinding scratches remained and the processing rate per shot by the shot was lower than that of the example.
【００２７】なお、本発明が上記カムシャフトのカム部
材以外に例えば歯車のような他の高い耐面圧強度が要求
される機械部品にも適用できることはもちろんである。It is needless to say that the present invention can be applied not only to the cam member of the camshaft, but also to other mechanical parts such as gears which are required to have high surface pressure resistance.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】実施例及び比較例の表面粗さを示す図FIG. 1 is a diagram showing the surface roughness of Examples and Comparative Examples.
【図２】実施例１のハードショットピーニング前の表面
状態を示す顕微鏡写真FIG. 2 is a micrograph showing a surface state before hard shot peening in Example 1.
【図３】実施例１のハードショットピーニング後の表面
状態を示す顕微鏡写真FIG. 3 is a micrograph showing the surface state after hard shot peening in Example 1.
【図４】比較例３のハードショットピーニング後の表面
状態を示す顕微鏡写真FIG. 4 is a micrograph showing the surface state after hard shot peening in Comparative Example 3.
【図５】実施例及び比較例のピッチングテストの結果を
示すグラフ図FIG. 5 is a graph showing the results of a pitching test of Examples and Comparative Examples.
【符号の説明】 なし[Explanation of symbols] None
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 義史 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshifumi Yamamoto 3-1, Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Mazda Motor Corporation
Claims (2)
であって、所定形状に機械加工された表面の微小突起が
当該表面の粗さピッチよりも直径が小さいショットによ
るピーニング加工により押潰し且つ当該表面に圧縮残留
応力を有することを特徴とする鉄系焼結合金製部材。1. An iron-based sintered alloy member having a martensitic structure, which is crushed by peening by a shot in which fine protrusions on a surface machined into a predetermined shape have a diameter smaller than the roughness pitch of the surface. A member made of an iron-based sintered alloy having a compressive residual stress on the surface.
ンサイト化するように熱処理を施し、次に当該素材に機
械加工を施した後、該機械加工された表面に当該表面の
粗さピッチよりも直径が小さく且つ当該表面よりも高硬
度のショットを用いてピーニング加工を施すことを特徴
とする鉄系焼結合金製部材の製造方法。2. A material made of an iron-based sintered alloy is heat-treated so that its structure becomes martensite, then the material is machined, and then the machined surface is roughened. A method for manufacturing an iron-based sintered alloy member, characterized by performing a peening process using a shot having a diameter smaller than the pitch and a hardness higher than the surface.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4038591A JPH0649509A (en) | 1992-01-28 | 1992-01-28 | Iron-base sintered alloy member and its production |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP4038591A JPH0649509A (en) | 1992-01-28 | 1992-01-28 | Iron-base sintered alloy member and its production |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0649509A true JPH0649509A (en) | 1994-02-22 |
Family
ID=12529545
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|---|---|---|---|
| JP4038591A Pending JPH0649509A (en) | 1992-01-28 | 1992-01-28 | Iron-base sintered alloy member and its production |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0649509A (en) |
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