JPH1060619A - 構造用鋼製部材 - Google Patents

構造用鋼製部材

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JPH1060619A
JPH1060619A JP21392496A JP21392496A JPH1060619A JP H1060619 A JPH1060619 A JP H1060619A JP 21392496 A JP21392496 A JP 21392496A JP 21392496 A JP21392496 A JP 21392496A JP H1060619 A JPH1060619 A JP H1060619A
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JP
Japan
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structural steel
gears
sliding
differential
cementite
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JP21392496A
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Inventor
Yasuhiko Ishikawa
泰彦 石川
Yoshiyuki Yamazaki
禎之 山崎
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GKN Driveline Torque Technology KK
Original Assignee
GKN Driveline Torque Technology KK
Tochigi Fuji Sangyo KK
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/28—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in one step
    • C23C8/30—Carbo-nitriding
    • C23C8/32—Carbo-nitriding of ferrous surfaces

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高面圧下で動力伝達または摺動する部材の耐
面圧性、耐摩耗性の一層の向上を課題とする。 【解決手段】 高面圧下での動力伝達部または摺動部を
有する、炭素含有量が０．２３％以下のＣｒ- Ｍｏ浸炭
鋼製サイドギヤ１７，１９に浸炭窒化処理を施し、表層
にセメンタイトを片状に析出させた組織を有することを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面硬化処理を施
した構造用鋼製部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えばギヤの耐ピッチング性、耐
衝撃性や耐摩耗性などの向上、あるいはディファレンシ
ャル装置の差動制限部材のような高面圧下で摺動する摩
擦部材の摺動面の耐面圧性、耐摩耗性の向上などには、
例えばＣｒ- Ｍｏ浸炭鋼の部材表面に浸炭や浸炭窒化処
理を施すことが一般に行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、例えば「自
動車技術」誌Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．５，１９９３の１７
頁〜２２頁に記載されているように、従来の浸炭および
浸炭窒化処理法には図７に示すようなものがあり、図７
（ａ）のガス浸炭の場合は部材表面に軟質の異常層（粒
界酸化層）が生成されるという問題があり、図７（ｂ）
の浸炭窒化の場合は部材表面にＣｒ窒化物による焼入れ
性低下層が生成されるという問題がある。
【０００４】従来の通常の浸炭窒化処理方法では、例え
ば図７（ｂ）のように、不活性ガス（Ｒｘ）の気流中に
浸炭雰囲気ガスを供給した雰囲気中でギヤを加熱し、９
３０℃で３ｈ保持して浸炭し、その後に２．５％のアン
モニアガス（ＮＨ3 ）の気流中に８４０℃で９０ｍｉｎ
保持し窒化する方法をとっている。
【０００５】これらの熱処理においては、低面圧下での
ギヤの耐ピッチング性は向上するが、高面圧下での耐ピ
ッチング性は十分とはいえなかった。
【０００６】このようなことから、高面圧下で摺動する
部材の耐面圧性、耐摩耗性をより一層向上することが望
まれた。
【０００７】そこで、本発明は、高面圧下で動力伝達ま
たは摺動する部材の耐面圧性、耐摩耗性の一層の向上を
課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、高面圧下で動力伝達を行
う動力伝達部または摺動する摺動部に、表面硬化処理を
施した構造用鋼製部材であって、動力伝達部または摺動
部の表層にセメンタイトを片状に析出させた組織を有す
ることを特徴とする。
【０００９】したがって、浸炭材を用いて動力伝達部ま
たは摺動部の表面に浸炭窒化処理を施すことにより、表
層に硬いセメンタイトを片状に析出させることが可能で
あるので、これにより該部の耐面圧性（耐焼付き性）、
耐摩耗性が大幅に向上する。
【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の構造用鋼製部材であって、構造用鋼は、炭素含有量が
０．２３％以下の浸炭鋼であることを特徴とする。
【００１１】したがって、浸炭鋼の動力伝達部または摺
動部の表面に浸炭窒化処理を施すことにより、請求項１
の発明による作用・効果に加え、炭素含有量が０．２３
％以下であるので加工性が向上する。
【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の構造用鋼製部材であって、デフケースに入力
されたトルクを一対の出力側サイドギヤに配分するディ
ファレンシャル装置内にそれが配置され、動力伝達する
ギヤまたはデフケースとの摺動により差動を制限する摺
動部材であることを特徴とする。
【００１３】したがって、ディファレンシャル装置のギ
ヤまたは摺動部材の表面に浸炭窒化処理を施すことによ
り、請求項１または２の発明と同等の作用・効果が得ら
れる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］本発明の第１実施形態を図１〜図４に
より説明する。図１は本実施形態の浸炭窒化処理を施し
たギヤを備えたディファレンシャル装置の断面図であ
る。図２〜図４は説明図である。
【００１５】デフケース１は、本体３とカバー５とがボ
ルト６により一体化されてなり、デフケース１に固定さ
れた図示しないリングギヤを介してエンジンにより回転
駆動される。そして、デフケース１の内周には、デフケ
ース１の軸方向外方に向って小径となる円錐台状の雌側
コーン部７，７が形成されている。
【００１６】また、デフケース１にはピニオンシャフト
１１がスプリングピン１３により一体化されている。ピ
ニオンシャフト１１上には２個のピニオンギヤ１５が回
転自在に支持され、対向配置された左右一対の構造用鋼
製部材としての出力側サイドギヤ１７，１９と噛み合っ
ている。サイドギヤ１７，１９の内周には図示しない左
右の出力軸がそれぞれスプライン連結される。また、ピ
ニオンギヤ１５のスラストは、背後に配置された球面ワ
ッシャ２１が受ける。
【００１７】また、サイドギヤ１７，１９の外周には円
錐台状の雄側コーン部２３，２３が形成され、これらの
雄側コーン部２３，２３がデフケース１の雌側コーン部
７，７と摺動する摺動面となる。こうして、差動制限機
構としてのコーンクラッチ２５，２５が構成されてい
る。
【００１８】サイドギヤ１７，１９は、構造用鋼として
のＣｒ- Ｍｏ浸炭鋼製またはＣｒ浸炭鋼製であり、その
化学成分に該当する規格材としてはＣｒ- Ｍｏ浸炭鋼で
はＳＣＭ４１５Ｈ，ＳＣＭ４１８Ｈ，ＳＣＭ４２０Ｈが
あり、Ｃｒ浸炭鋼ではＳＣｒ４１５Ｈ，ＳＣｒ４２０Ｈ
がある。炭素含有量はいずれも０．２３％以下である。
そして、これらの材料に本発明の浸炭窒化処理を施す。
これらの材料の化学成分を図２に示す。
【００１９】一方、デフケース１は球状黒鉛鋳鉄製であ
り、例えばサイドギヤ１７，１９と同様の浸炭窒化処理
を施す。
【００２０】図３はこの材料に施した本実施形態の浸炭
窒化処理方法を示す。
【００２１】不活性ガス（Ｒｘ）に、図３に矢印で示す
タイミングでエンリッチプロパンガスとアンモニアガス
（ＮＨ3 ）を供給した雰囲気中で加熱し、９００℃で２
ｈ０ｍｉｎ保持し、ついで８５０℃で１５ｍｉｎ保持し
た後、１３０〜１５０℃に急冷し油焼入れする。
【００２２】浸炭の後でアンモニアガスにより窒化を行
う前記従来例でのパターンと異なり、アンモニアを図３
の浸炭のタイミングと同時に供給すると酸素分圧が低下
し、これにより鉄と活性炭素とが結び付き易くなる。ま
たアンモニアの分解により活性窒素が発生し、これがセ
メンタイトの析出に作用する。このようなアンモニアガ
スの供給タイミングにより鋼表面の炭素濃度を高くし過
ぎないようにしている。炭素濃度が高過ぎると、全てセ
メンタイトになるので、それを避けるためである。一
方、同時に表面に窒素が拡散固溶される。
【００２３】ついで、１８０〜２００℃で２ｈ０ｍｉｎ
保持した後空冷し焼戻しする。
【００２４】こうして、得られる表面の組織は、図４に
示すように、表面から３２μｍの表層Ａにセメンタイト
が丸みを帯びた片状に析出した組織があり、そのセメン
タイトの周囲およびその下層Ｂの組織は、焼戻しマルテ
ンサイト＋トルースタイト＋ソルバイト＋残留オーステ
ナイト＋拡散固溶窒素の混合組織である。表層に析出し
たセメンタイトの片状組織により表面硬さはＨR Ｃ５８
〜６３で浸炭窒化層深さは０．７〜１．１ｍｍである。
【００２５】上記の浸炭窒化処理を施した試験品につい
て耐焼付き試験を行った結果、図３に示すように、押圧
力を７，０００Ｎに上昇させてもそれまでの定常的なト
ルクに対して１．５倍以上にトルクが上昇する現象はみ
られなかった。また、この押圧力を負荷した状態で摺動
面を観察した結果、健全な摩耗がみられたものの、カジ
リの徴候はみられなかった。
【００２６】こうして、本実施形態によれば、浸炭窒化
処理を施したＣｒ・Ｍｏ浸炭鋼またはＣｒ浸炭鋼部材の
表層に非常に硬いセメンタイトの片状組織が得られるの
で、耐面圧性（耐焼付き性）、耐摩耗性が前記従来例に
比べ大幅に向上する。
【００２７】なお、本実施形態ではベベルギヤ式ディフ
ァレンシャル装置のサイドギヤ１７，１９について説明
したが、本発明の構造用鋼製部材はこれに限定されるも
のではなく、これ以外のピニオンギヤ１５や球面ワッシ
ャ２１であってもよく、これらに同一方法の浸炭窒化処
理を施してもよい。
【００２８】なお、炭素含有量が０．２３％以下である
から加工性が向上する。
【００２９】［第２実施形態］本発明の第２実施形態を
図５により説明する。図５は本実施形態の浸炭窒化処理
を施したギヤを備えた平行軸式のディファレンシャル装
置の断面図である。
【００３０】デフケース１０１の内部に、長短で一対と
なる複数対の構造用鋼製部材としてのピニオンギヤ１０
３，１０５と、これらと別々に噛み合う出力側の一対の
やはり構造用鋼製部材としてのサイドギヤ１０７，１０
９とが回転自在に支持されている。デフケース１０１に
入力されたエンジンの駆動力はピニオンギヤ１０３，１
０５を経てサイドギヤ１０７，１０９から図示しない左
右の出力軸に伝達される。これらのギヤはヘリカルギヤ
で構成されているので、駆動力伝達時には軸直角方向の
反力と共に軸方向のスラストも生じる。
【００３１】左右の出力軸間に駆動抵抗差が生じるとピ
ニオンギヤ１０３，１０５の自転により出力軸間に差動
が許容される。この差動時には、ピニオンギヤ１０３，
１０５の歯先面はデフケース１０１の収納孔１１１，１
１３と摺動すると共にスラストを受けてそれらの端面が
デフケース１０１の内壁面１０１ａ，１０１ｂ，１０１
ｃと摺動する。また、サイドギヤ１０７，１０９は互い
の対向面同士が摺動すると共に外方端面１０７ａ，１０
９ａがデフケース１０１の内壁面１０１ａ，１０１ｄと
摺動する。この摺動摩擦により差動が制限される。
【００３２】この動力伝達および摺動摩擦に十分に耐え
るよう、ピニオンギヤ１０３，１０５とサイドギヤ１０
７，１０９は、上記第１実施形態と同じく、構造用鋼と
してのＣｒ- Ｍｏ浸炭鋼製またはＣｒ浸炭鋼製であり、
炭素含有量はいずれも０．２３％以下である。そして、
これらのギヤ１０３，１０５，１０７，１０９に第１実
施形態と同じ浸炭窒化処理を施してある。デフケース１
０１の熱処理は上記第１実施形態のデフケース１と同じ
である。
【００３３】このような構成により、本実施形態によれ
ば、ギヤ１０３，１０５，１０７，１０９の歯先面およ
び歯面の表層に非常に硬いセメンタイトの片状組織が得
られるので、耐面圧性（耐焼付き性）、耐摩耗性が上記
第１実施形態と同様に前記従来例に比べ大幅に向上す
る。
【００３４】なお、炭素含有量が０．２３％以下である
から加工性が向上する。
【００３５】［第３実施形態］本発明の第３実施形態を
図６により説明する。図６は本実施形態の浸炭窒化処理
を施したウォームギヤを備えたディファレンシャル装置
の断面図である。
【００３６】デフケース２０１の内部には、互いに噛み
合う対の構造用鋼製部材としてのウォームホィール対２
０３，２０５の複数対が組付けられると共に、これら
（２０３，２０５）と別々に噛み合う出力側の一対のや
はり構造用鋼製部材としてのウォームギヤ（サイドギ
ヤ）２０７，２０９が回転自在に、また軸方向に変位可
能に支持されている。デフケース２０１に固定されたリ
ングギヤ２０２を介してデフケース２０１に入力された
エンジンの駆動力はウォームホィール２０３，２０５を
経てウォームギヤ２０７，２０９から左右の出力軸２１
１，２１３に伝達される。
【００３７】左右の出力軸２１１，２１３間に駆動抵抗
差が生じるとウォームホィール２０３，２０５の自転に
より出力軸２１１，２１３間に差動回転が許容される。
この差動時には、ウォームギヤ２０７，２０９は互いの
対向面同士が間に挟んだ３枚組のワッシャ２１５を介し
て摺動すると共に、各外方端面２０７ａ，２０９ａがそ
れぞれ２枚組のワッシャ２１７を介してデフケース２０
１の内壁面２０１ａ，２０１ｂと摺動する。この摺動摩
擦により差動が制限される。
【００３８】この動力伝達および摺動摩擦に十分に耐え
るよう、ウォームホィール２０３，２０５とウォームギ
ヤ２０７，２０９は、上記第１実施形態と同じく、構造
用鋼としてのＣｒ- Ｍｏ浸炭鋼製またはＣｒ浸炭鋼製で
あり、炭素含有量はいずれも０．２３％以下である。そ
して、上記第１実施形態と同じ浸炭窒化処理を施してあ
る。
【００３９】このような構成により、本実施形態によれ
ば、ウォームホィール２０３，２０５およびウォームギ
ヤ２０７，２０９の歯面の表層に非常に硬いセメンタイ
トの片状組織が得られるので、耐面圧性（耐焼付き
性）、耐摩耗性が上記第１実施形態と同様に前記従来例
に比べ大幅に向上する。
【００４０】なお、炭素含有量が０．２３％以下である
から加工性が向上する。
【００４１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明によれば、例えば浸炭材を用いて動力伝
達部または摺動部に表面硬化処理を施すことにより、表
層に硬いセメンタイトを片状に析出させることが可能で
あるので、これにより該部の耐面圧性（耐焼付き性）、
耐摩耗性が大幅に向上する。
【００４２】請求項２に記載の発明によれば、炭素含有
量が０．２３％以下の浸炭鋼の表面に浸炭窒化処理を施
すことにより、請求項１の発明と同等の効果が得られる
と共に低炭素含有量により加工性が向上する。
【００４３】請求項３に記載の発明によれば、ディファ
レンシャル装置のギヤまたは摺動部の表面は、浸炭窒化
処理を施すことにより請求項１または２の発明と同等の
効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の浸炭窒化処理を施した部材を備
えたディファレンシャル装置の断面図である。
【図２】第１実施形態の浸炭窒化処理方法と試験結果を
示す説明図である。
【図３】第１実施形態の説明図である。
【図４】第１実施形態の説明図である。
【図５】第２実施形態の浸炭窒化処理を施した部材を備
えたディファレンシャル装置の断面図である。
【図６】第３実施形態の浸炭窒化処理を施した部材を備
えたディファレンシャル装置の断面図である。
【図７】従来例の浸炭処理方法と浸炭窒化処理方法を示
す図である。
【符号の説明】
１，１０１，２０１ デフケース ７ 雌側コーン部 １５ ピニオンギヤ １７，１９，１０７，１０９ サイドギヤ（構造用鋼製
部材） ２３ 雄側コーン部 ２５ コーンクラッチ １０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ デフケース
内壁面 １０３，１０５ ピニオンギヤ（構造用鋼製部材） １１１，１１３ 収納孔 ２０１ａ，２０１ｂ デフケース内壁面 ２０３，２０５ ウォームホィール（構造用鋼製部材） ２０７，２０９ ウォームギヤ（サイドギヤ、構造用鋼
製部材） ２０７ａ，２０９ａ ウォームギヤの外方端面 ２１１，２１３ 出力軸 ２１５，２１７ ワッシャ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高面圧下で動力伝達を行う動力伝達部ま
    たは摺動する摺動部に、表面硬化処理を施した構造用鋼
    製部材であって、 前記動力伝達部または摺動部の表層にセメンタイトを片
    状に析出させた組織を有することを特徴とする構造用鋼
    製部材。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の構造用鋼製部材であっ
    て、 前記構造用鋼は、炭素含有量が０．２３％以下の浸炭鋼
    であることを特徴とする構造用鋼製部材。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の構造用鋼製部
    材であって、 前記部材が、デフケースに入力されたトルクを一対の出
    力側サイドギヤに配分するディファレンシャル装置内に
    配置され、動力伝達するギヤまたはデフケースとの摺動
    により差動を制限する摺動部材であることを特徴とする
    構造用鋼製部材。
JP21392496A 1996-08-13 1996-08-13 構造用鋼製部材 Pending JPH1060619A (ja)

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