JPS5948949B2 - 浸炭用鋼 - Google Patents

浸炭用鋼

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JPS5948949B2
JPS5948949B2 JP16159478A JP16159478A JPS5948949B2 JP S5948949 B2 JPS5948949 B2 JP S5948949B2 JP 16159478 A JP16159478 A JP 16159478A JP 16159478 A JP16159478 A JP 16159478A JP S5948949 B2 JPS5948949 B2 JP S5948949B2
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JP
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steel
carburizing
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test
impact fatigue
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JP16159478A
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俊郎 山本
憲一 熊谷
恵洋 脇門
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Aichi Steel Corp
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Aichi Steel Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C8/00Solid 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

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は歯車、ころがり軸受等に用いられる浸炭用鋼に
関するものである。
一般に浸炭用鋼は0.12〜0.25%の炭素量を含有
する低合金鋼を浸炭処理→焼入焼戻処理を施すことによ
りその表面の耐摩耗性を向上させ、かつ内部靭性も優れ
ていることから軸受、歯車等に広く使用されている。と
ころで従来の浸炭用鋼は浸炭処理に6〜10時J間と長
時間を要しているため、省エネルギーの立場から浸炭時
間を短縮する試みが検討されている。その一つは、浸炭
温度を従来の900〜930℃から950〜1000℃
に上げる高温浸炭法である。しかし、この方法は浸炭炉
の耐久性の低下、浸炭材のオーステナイト結晶粒度の粗
大化を招く等の問題がある。このため、本発明者等の先
に特願昭48−26702号として浸炭温度を従来のま
まで浸炭時間を短縮し得る転動接触体用浸炭用鋼を提案
した。この鋼の組成は、重量比にしてC0.36〜0.
50%、5i0.50〜2.00%、Mn0.50〜1
.70%、Cr0.50〜1.50%を含有して残部F
eならびに若干の不純物元素からなる浸炭用鋼で、従来
の浸炭用鋼に比較してC量が高いので浸炭時間を大幅に
短縮でき、かつ優れた強度と疲労寿命を有していること
が確認されている。しかしながら、前記先願浸炭用鋼(
以下単に先願鋼という)は、小物の歯車、軸受等におい
て従来鋼と比較して浸炭焼入後の内部硬さが高くなるこ
と、熱処理歪が大きいことおよび被削性が劣るという欠
点を有している。本発明は従来の浸炭用鋼の浸炭時間を
短縮するとともに前記先願鋼の欠点を解消する鋼を提供
しようとするものである。
以下に本発明鋼について詳述する。
第1発明鋼は重量比にしてC0.26〜0.33%、5
i0.50〜1.50%、Mn0.50〜1.50%、
Cr0.50〜1.50%、A10.020〜0.05
0%、00.0025%以下を含有させ、浸炭時間の短
縮を図るとともに浸炭材の内部硬さを下げ、かつ熱処理
歪を軽減させ、また同時に被削性を改善したもので、第
2発明鋼は第1発明鋼にMOO.O5〜0.30%含有
し第1発明鋼の浸炭層の焼入性を高めるとともに硬さを
確保するためのもので、第3発明鋼は第1発明鋼にSO
.l5%以下含有させ第1発明鋼の被削性をさらに改善
したもので、第4発明鋼は第2発明鋼にSO.l5%以
下含有させ第2発明鋼の被削性をさらに改善したもので
ある。
つぎに本発明鋼の成分限定理由について説明する。
Cは浸炭時間を大きく左右する元素であり、0.26%
以下では浸炭時間短縮の効果が小さいので下限を0.2
6%とした。
一方C量が多くなり過ぎると浸炭材の内部硬さが高くな
るとともに熱処理歪が大きくなるので上限を0.33%
とした。Siは焼入マルテンサイト組織を緻密にし、浸
炭材の強靭性、衝撃疲労寿命を向上させる。この効果は
Si量が0.50%以上において認められるため下限を
0.50%とした。しかし、Si量が1.50%以上に
なると機械加工性が劣化するので上限を1.50%とし
た。MnとCrはともに焼入性を向上させ、浸炭材の内
部硬さを確保する上で欠くことのできない元素である。
浸炭用鋼として必要な焼入性を得るにはMn.Crとも
に0.50%以上含有させる必要がある。しかしMn.
Crはともに含有量が増加すると浸炭材の内部硬さが高
くなり過ぎるので上限をそれぞれ1.50%とした。A
lは浸炭時のオーステナイト結晶粒の粗大化防止に効果
のある元素であり、0.020%以上含有させる必要が
ある。
しかし、0.050%以上ではその効果がかえつて小さ
くなるので上限を0.050%とした。OはA1やSi
と硬い酸化物を形成し、被削性を低下させる。
本発明鋼はSiを積極添加することを大きな特徴として
いるが、Siは地鉄を強化させると同時に前述の硬い酸
化物を形成し工具摩耗を助長する。このためO量をでき
るだけ低下させることが好ましく上限を0.0025%
とした。MOは浸炭層の焼入性を向上させ、浸炭層の硬
さを確保するために効果のある元素であり、0.05%
以上含有させる必要がある。しかし0.30%以上にな
ると内部硬さが高くなりすぎるため上限を0.30%と
した。Sは被削性を改善するための元素である。
しかし多量に含有させると熱間加工性を損うので0.1
5%以下とした。
つぎに本発明鋼の特徴を従来鋼、先願鋼、比較鋼と比べ
実施例でもつて明らかにする。
第1表においてA−1鋼は現用の浸炭用鋼SCr22に
相当する鋼で、A−5鋼は先願鋼で、A2〜A4鋼は第
1発明鋼、B鋼は第2発明鋼、E鋼は第3発明鋼、F鋼
は第4発明鋼である。
炭素ポテンシヤル0.95%、浸炭温度920℃という
現用の浸炭処理条件のもとで、浸炭処理時間は第1表に
見られるように鋼中のC量により大きく左右されA−1
鋼はC量が0.18%と最も低いので浸炭時間は7時間
、A2〜A4鋼、B.E.F鋼はC量が0.26〜0.
33%と高いので、5〜3時間、A−5鋼はC量が0.
39%と最も高いので1.5時間と鋼中のC量の増加と
ともに浸炭処理時間は短くなつている。ついで前記処理
条件で浸炭を施したA−1〜A−5、B.E.F鋼を8
60℃で30分保持し、ついで油中に直接焼入れし、し
かる後に160℃で〜90分間焼もどしを行つた場合の
浸炭深さと内部硬さを第2表に示す。なお、この試験に
用いた試験片は直径15mmφ、長さ50mmの丸棒で
ある。また、浸炭深さとしてはC量が0.45%になる
表面からの距離である。第2表から明らかなように、0
.95mm程度の浸炭深さを得るに本発明鋼は従来鋼で
あるA−1鋼が7時間浸炭して得られる浸炭深さをいず
れも3〜5時間という短い浸炭処理時間で得られること
が知られる。
なお、先願鋼A−5は同一浸炭深さを得るに必要な浸炭
処理時間が1.5時間と本発明鋼よりさらに短縮される
が、内部硬さがHRC55と高くなり過ぎるという欠点
が顕著に示されている。
また、前述の浸炭処理を施し、ついで焼入、焼もどしを
行つたA−1〜A−5、B.E.F鋼の熱処理歪を第1
図に示す。
熱処理歪測定に際しては第2図に示すCタイプの歪試験
片を用い、歪取り焼鈍を行つた後、前述の浸炭処理→焼
入、焼もどし処理を行い、歪取り焼鈍後の試験片頂部の
間隙(2mmで加工)が浸炭処理→焼入、焼もどし後ど
れだけ変化するかを調べた。
第1図から知られるように、熱処理歪は鋼中のC量の増
加とともに大きくなるが、本発明鋼であるA−2〜A−
4、B.E.F鋼はいずれも従来鋼A−1と比較すると
やや大きくなる程度で先願鋼A−5と比べると大幅に改
善されていることがわかる。
つぎに第3図は第3表に示す組成からなる鋼について、
Si量を変化させた場合、工具寿命にどのような影響を
及ぼすかを調べたものである。
工具寿命試験に際してはH−1〜H−6鋼に焼鈍処理を
施し、工具としては高速度鋼工具JISl2−3型SK
H4種を用い、切込み深さ1mm、送り0.2mm/R
evで旋削し、工具寿命の判定は完全鈍摩として実施し
ている。第3図に見られるように工具寿命が20分に相
当する切削速度(20分寿命切削速度)はSi量の増加
とともに低下し、Si量が1.50%を越えると工具寿
命の低下が顕著に示されている。
また、第4図は第3表に示した鋼についてSi量の変化
により繰り返し衝撃疲労寿命がどのように影響されるか
を調べたものである。
繰り返し衝撃疲労試験に際しては、松村式繰り返し衝撃
疲労試験機を用い、試験片としては第5図に示す形状の
試験片を用い第4表に示す浸炭処理条件により浸炭処理
し、ついて860℃で30分保持後、油中に直接焼入れ
し、しかる後に160℃で90分焼もどしを行い松村式
繰り返し衝撃疲労試験を実施した。なお、衝撃疲労試験
における打撃エネルギーは30kg/Arl!である。
繰り返し衝撃疲労試験の結果は第4図に見られるように
Silの増加とともに衝撃疲労寿命は向上しSiIO.
5O%において実用に供せるに十分な値が得られている
以上の如く本発明鋼においてSiは工具寿命および繰り
返し衝撃疲労寿命に大きな影響を与える元素でありその
含有量を0.50〜1.50%、好ましくは被削性の点
から上限を1.15%にすることが望ましい。
つぎに、前記処理を施した前記のA−1〜A−5鋼およ
びB.E.F鋼の曲げ破断強度と松村式繰り返し衝撃疲
労試験を行つた結果を第5表に示,す。
曲げ破断試験に際しては、試験片として8×8×80m
mの角状試験片を用いその中央に5Rの切欠きを形成し
、支点間距離50mmで二点支持し、一点荷重方法で試
験した。
疲労寿命試験に際して(お松1村式繰り返し衝撃疲労試
験機を用い、試験片として第5図に示す形状の試験片を
用い打撃エネルギー30kg.m/―一定として折損ま
での繰り返し数を求めた。^−トリ:会= 第5表から知られるように従来鋼A−1の曲げ破断強度
は890kgであるのに対して本発明鋼A一2〜A−4
ホよびB.E.F鋼はいずれも1150〜1350kg
と従来鋼に比べ1.3〜1.6倍高く優れた強靭性を有
して〜♂ることがわかる。
また先願鋼A−5と比較しても遜色のないことがわかる
。また松村式繰り返し衝撃疲労寿命についても従来鋼A
−1が1.1X104であるのに対して本発明鋼A−2
〜A−4およびBs.E.F鋼は2.1×104〜2.
8×104と約2倍となつており、繰り返し衝撃疲労寿
命についても優れていることがわかる。以上説晴めごと
く本発明鋼は従来鋼に比較して浸炭処理時間を大幅に短
縮でき、かつ歯車やころがり軸受等の浸炭部品に要求さ
れる適度な内部硬さを有し、熱処理歪が小さく、さらに
強度、疲労寿命においても優π実用上極めて有用な鋼で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は鋼中のC量による熱処理歪の変化を示した線図
、第2図は歪試験に用いた試験片の形状を示し、第3図
は工具寿命が20分に相当する切削速度とSi量との関
係を示した線図、第4図は折損までの繰り返し数とSi
量との関係を示した線図、第5図は松村式繰り返し衝撃
疲労試験片の形状を示すものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量比にしてC0.26〜0.33%、Si0.5
    0〜1.50%、Mn0.50〜1.50%、Cr0.
    50〜1.50%、Al0.020〜0.050%、O
    0.0025%以下を含有して残部Feならびに不純物
    元素からなることを特徴とする浸炭用鋼。 2 重量比にしてC0.26〜0.33%、Si0.5
    0〜1.50%、Mn0.50〜1.50%、Cr0.
    50〜1.50%、Al0.020〜0.050%、O
    0.0025%以下を含有しさらにMo0.05〜0.
    30%含有し、残部Feならびに不純物元素からなるこ
    とを特徴とする浸炭用鋼。 3 重量比にしてC0.26〜0.33%、Si0.5
    0〜1.50%、Mn0.50〜1.50%、Cr0.
    50〜1.50%、Al0.020〜0.050%、O
    0.0025%以下を含有して、さらに50.15%以
    下を含有し残部Feならびに不純物元素からなることを
    特徴とする浸炭用鋼。 4 重量比にしてC0.26〜0.33%、Si0.5
    0〜1.50%、Mn0.50〜1.50%、Cr0.
    50〜1.50%、Al0.020〜0.050%、O
    0.0025%以下を含有して、さらにMo0.05〜
    0.30%、S0.15%以下を含有し残部Feならび
    に不純物元素からなることを特徴とする浸炭用鋼。
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