JPS60155618A - 切欠部を有する浸炭焼入部材の疲労強度向上方法 - Google Patents

切欠部を有する浸炭焼入部材の疲労強度向上方法

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JPS60155618A
JPS60155618A JP1088284A JP1088284A JPS60155618A JP S60155618 A JPS60155618 A JP S60155618A JP 1088284 A JP1088284 A JP 1088284A JP 1088284 A JP1088284 A JP 1088284A JP S60155618 A JPS60155618 A JP S60155618A
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carburized
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quenched
carburizing
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島崎 信夫
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野村 哲彦
Hirohito Yoshimura
吉村 博仁
Yuji Mitani
三谷 祐史
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/04Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface

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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、切欠部を有する浸炭焼入部材の疲労強度向上
方法に関し、詳しくは、切欠部を有する浸炭焼入部材の
切欠部表面を浸炭焼入後に機械加工して、浸炭焼入部材
表面の冷間加工効果に加えて、機械加工表面に10〜3
0μの超微細結晶粒層を形成させることにより、浸炭焼
入状態に比較して疲労強度を著しく向上させることので
きる、切欠部を有する浸炭焼入部材の疲労強度向上方法
にかかる。
〔従来技術〕
従来、切欠部を有する浸炭焼入部材の疲労強度向上方法
としては、物理的には、ショットピーニング加]二、表
面ロール加工、電解研磨等、化学熱処理的には、真空浸
炭、イオン浸炭等が一般的に実施されている。
しかし、表面ロール加工を除けば、上記方法による疲労
耐久限度の向上率は最大でも50%程度といわれている
そして、上記の浸炭焼入部材の疲労強度向上方法は、通
常の酸素を含有する雰囲気で処理されるガス浸炭焼入で
は、大なり少なり裏面部内部酸化により生成される表面
異常層の物理的加工による強化、あるいは、真空中での
浸炭焼入による表面異常層の生成防止をはかる方法であ
る。
いずれの方法も、表面異常層の生成に伴う残留応力分布
状態の悪化を阻止して、疲労強度向上に有益な圧縮残留
応力のみの分布状態に転換させるのが、従来の方法にお
ける疲労強度向上方法の主体とされていた。
〔発明の目的〕
本発明は、浸炭焼入した高硬度の切欠部表面を切削加工
することにより、浸炭焼入後の表面異常層の除去、切削
圧力による基地マルテンサイトの硬化、残留オーステナ
イトの加工変態の誘起、浸炭焼入部材の切欠部表面なら
びに表面下に、従来の研削やショットピーニング処理で
は得られない高圧縮残留応力の付与、に加えて、高硬度
材の切削によるしごき、バニッシング効果、メタルフロ
ー形成に伴う超微細結晶粒層を形成させることによって
、切欠部を有する浸炭焼入部材の疲労強度を画期的に向
上することのできる、切欠部を有する浸炭焼入部材の疲
労強度向上方法を提供することを目的としている。
〔発明の構成〕
このような目的は、本発明によれば、浸炭焼入部材に対
し、浸炭焼入後に物理的加工処理を施すことにより、疲
労強度を向上する切欠部を有する浸炭焼入部材の疲労強
度向上方法であって、切欠部を有する浸炭焼入部材の切
欠部表面に対し、浸炭焼入後に機械加工して、浸炭焼入
に伴う表面経常層の除去、切削圧力によるマルテンサイ
トの硬化、残留オーステナイトの加工変態の誘起、表面
および表面下への圧縮残留応力の付与に加えて、機械加
工表面に10〜30μの超微細結晶粒層を形成させるこ
とを特徴とする切欠部を有する ゛浸炭焼入部材の疲労
強度向上方法によって達成される。
〔実施例〕
以下、添付図面に基づいて、本発明の詳細な説明する。
第1図は、本発明法により疲労強度を向上させた切欠部
を有する浸炭焼入部材の疲労強度を従来材との比較評価
に用いた、半円環状切欠を有する疲労試験片の加工仕上
前後の形状を示したものである。
その半円環状切欠底の形状は、加工法の相違による切欠
感受性を比較するため、RO05とR1,0の2種類の
形状とした。
なお、第1図において、ta)、(C1は生材状態で機
械加工後浸炭焼入した状態の形状、(b)、(d)は上
記+a)、tc+の試験片粗材を、従来法による研磨、
もしくは、CBN#l削仕上げして、疲労試験に供する
形状としたものである。
材質はJIS規格5Cr20の低合金ノ\ダ焼鋼(Jl
/2”=29)を使用し、φ36mmからφ18mmに
鍛伸し、充分に焼きならし処理してから機械加工した。
また、ガス浸炭焼入処理は、加工仕上げ後に1゜0II
II11程度の有効焼入深さとなるように、930×5
時間+850℃×0.5時間のガス浸炭処理条件とし、
ホットオイルに焼入後、電気炉で130℃×1時間の低
温焼もどし実施した。
なお、加工仕」二げに使用したCBSバイトおよびダイ
ヤモンド砥石は、いずれも、市販のものである。
第2図は、上述の方法により製作した疲労試験〒を、最
大曲げトルク; 6 kgm、回転数;460) rp
mの小野式回転曲げ疲労試験機を用いて、回【云曲げ疲
労試験を実施し、S−N曲線を作成して耐久限度をめ、
各種加工法の比較を行ったものである。
図中■および■は、それぞれ、切欠底形状をR1,0お
よびRO15にCBNバイトにより旋削仕上げした試験
片であり、また、■および■は、それぞれ、切欠底形状
をR1,0およびRO,5にダイヤモンド砥石により研
削仕上げした試験片であり、また、■および■は、それ
ぞれ、切欠底形状をR1,0およびRO,5とし、浸炭
焼入状態とした試験片である。
そして、第2図は、同一材質・同一浸炭焼入条件とした
浸炭焼入状態の、半円環状切欠底形状をR1,0とした
試験片の疲労耐久限度を100とした指数で示している
第2図から明らかなように、CBNバイトで旋削仕上げ
したもの(■、■)は、ダイヤモンド研削したもの(■
、■)に比較して切欠感受性が小さく、しかも、ダイヤ
モンド研磨仕上げしたもの(■、■)より、疲労耐久限
度は30〜50%高く、さらに、浸炭焼入部材状態のも
の(■、■)に比較すると、100%近い疲労耐久限度
の向上が8忍められる。
このように、CBNバイトによる旋削加工仕上げにより
、疲労耐久限度が著しく向上するのは、CBNバイトに
よって旋削加工仕上げすることにより、切欠底に第3図
+alに示すような、表面から10〜30μの表層部に
、塑性流動によるファイバーフロー状の超微細結晶粒層
を形成し、第3図(blに示すように、上述のような超
微細結晶層が形成されないダイヤモンド研削仕上状態の
ものに比較して30〜50%、同様に浸炭焼入状態のも
のに比較すると100%近く疲労強度を向上させること
ができたものと考えられる。
このことは、第4図(alに示すR1,0の切欠底形状
の半円環状切欠を有する試験片の、第4図(b)に示す
ような疲労試験後の疲労破面模式図のA部の走査型電子
顕微鏡観察においても認められ、CBNバイトにより旋
削仕上げしたものには、第5図(a)、tC)に示すよ
うに、塑性流動によるファイバーフロー状の超微細結晶
粒層が認められるのに対し、同一切欠形状をダイヤモン
ド研削仕上げしたものには、第5図(bl、fdlに示
すように、上記の超微細結晶粒1mlが認められない。
また、切欠部をCBN旋削仕上げした試験片の疲労試験
したものの中には、第6図に示すように、CBN旋削仕
−ヒされていない平滑部で破損するものが認められ、C
BNTF!削仕上げされた浸炭焼入部材の切欠疲労強度
は、CBN旋削仕−ヒげされていない平??1疲労強度
より高いことがうかがわれる。
ツキに、第7図に示すトランスミッションアウトプット
シャフトの軸部加工において、CBNバイトによる旋削
仕上げと研磨仕上げした軸部B部位における残留応力分
布をX線を用いて測定した一例を第8図に示す。
第8図において、fatは軸方向の残留応力分布、(b
lは周方向の残留応力分布である。
ここで、■は新品のCBNバイトを用いて旋削仕上げし
たもの、@は十分使いこんで摩耗したCBNバイトを用
いて旋削仕上げしたもの、また、■は、ドレッシング直
後のダイヤモンド砥石を用いて研削仕上げしたもの、■
はドレッシング直前の砥石摩耗の著しいダイヤモンド砥
石を用いて研削仕上げしたものである。
第8図から明らかなように、軸方向と周方向の残留応力
分布はほぼ類似した傾向を示しており、最表面および表
面下100μまでの深さにおいてCBN旋削仕上げした
ものは、ダイヤモンド砥石研磨仕上げしたものに比較し
て、明らかに高い圧縮残留応力分布となっている。
また、本発明法にかかる切欠部を有する浸炭焼入部材の
疲労強度向上方法の応用面は広範囲にわたり、第9図は
、捩りや曲げ荷重を受けるアウトブ、7トシヤフト軸部
の加工に適用した一例である。
第9図において、(a)は従来の研削仕上げの例であり
切欠部Cは浸炭焼入状態であることから、応力集中によ
り疲労強度が十分ではない。
(blは本発明法の一つの適用形態であり、切欠部C“
を応力集中の緩和された形状とするとともに、捩り、曲
げ荷■が負荷されるスラスト面3をCBN旋削としたも
ので、fatに比較すれば著しく疲労強度が改善される
(C)は本発明法の最適な応用例であって、切欠部CI
Tを応力集中の緩和された形状とするとともに、捩り・
曲げ荷重が負荷されるスラスト面3に加えて、−上記切
欠部C″″をもCBN旋削仕上げとしたもので、fal
に対してはもちろんのこと、fblに比較しても著しく
疲労強度を向上できる。
このような(blないしくC1の加工仕上げとすること
により、CBN旋削仕上げ部位における残留応力分布も
好ましい状態となり、ニードルや円筒ローラの転動する
転動部への応用も可能である。
〔考案の作用効果〕
以上により明らかなように、本発明にかかる切央部を有
する浸炭焼入81;材の疲労強度向−L方法によれば、
浸炭焼入した高硬度の切欠部表面を切)′]τI加工す
ることにより、浸炭焼入後の表面異當層の除去、切削圧
力による基地マルテンサイトの硬化、残留オースケナイ
]・の加工変態の誘起、浸炭焼入部祠の切欠部表面なら
びに表面下に1.従来の枡削・やシ9ソトビーニング処
理では得られない高圧縮残留応力の付与、に加えて、高
硬度材の切削によるしごき、ハニッシンク’JJ果、メ
タルフロー形成Qこ伴う超微細結晶粒層を形成させるこ
とによって、切欠部を自する経炭焼入部材の疲労強度を
画期的に向−ヒすることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、疲労試験片の形状を示す図、第2図は、疲労
試験片結果を示すグラフ、第3図は、疲労試験片の切欠
底断面金属組織の顕微鏡写真、 第4図は、(a)が切欠底形状を示す図、(+3)は疲
労破断面を示す模式図、 第5図は、疲労破断面金属組織の走査型電子)ぴ!徹鏡
写真、 g<< 6図は、疲労破断品の外観の一例を小1′図、
第7図は、アラI・プノ1〜う・ヤフトの平面図、第8
図は、第7図のB部の残留応力分布を丞ずグラフ、 第1〕図は、アウトプットシャフト 仕十げ例を承す図である。 1 ″−ld炭層 2− 最終破1υ[面 3 スフスト面 4 −加工代 ;〕− −スプライン 八 走査型市子顕I′1々鏡観祭fiB (013 り
、いマl応力測定部イ1ン C,C’、C゛′ − 切欠形状部 21?願人 I−ヨタ臼タ用q朱絢会躬ニ第2図 1二く1面の浄魯(内’FJlこ変に・2し)(a) 
(b) 第3図 手続補正書 (方式) 昭和59年夕月lρ日 特許庁長官殿 2、発明の名称 切欠部を有する浸炭焼入部材の疲労強度向上方法3、補
正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 愛知県豊田布トヨタ町1番地 〒471昭和59
年 4月24日 5、補正の対象 (11明細書全文 (2)図面 6、補正の内容

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 l=+炭焼入部材に対し、浸炭焼入後に物理的一 加工処理を施すことにより、疲労強度を向上する切欠部
    を有する浸炭焼入部材の疲労強度向上方法であって、 切欠部を有する浸炭焼入部材の切欠部表面に対し、浸炭
    焼入後に機械加工して、浸炭焼入に伴う表面異常層の除
    去、切削圧力によるマルテンサイトの硬化、残留オース
    テナイトの加工変態の誘起、表面および表面下への圧縮
    残留応力の付与に加えて、機械加工表面に10〜30μ
    の超微細結晶粒層を形成させることを特徴とする切欠部
    を有する浸炭焼入部材の疲労強度向上方法。
JP1088284A 1984-01-23 1984-01-23 切欠部を有する浸炭焼入部材の疲労強度向上方法 Granted JPS60155618A (ja)

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JPS62185826A (ja) * 1986-02-08 1987-08-14 Toyota Motor Corp 高強度歯車の製造方法
JPS6439321A (en) * 1987-08-05 1989-02-09 Matsui Mfg Co Production of shaft of universal joint

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