JPS60169544A - 高強度機械構造用部品およびその製造方法 - Google Patents

高強度機械構造用部品およびその製造方法

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JPS60169544A
JPS60169544A JP2431684A JP2431684A JPS60169544A JP S60169544 A JPS60169544 A JP S60169544A JP 2431684 A JP2431684 A JP 2431684A JP 2431684 A JP2431684 A JP 2431684A JP S60169544 A JPS60169544 A JP S60169544A
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JP
Japan
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less
strength
fatigue strength
steel
structural parts
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JP2431684A
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English (en)
Inventor
Kenji Isogawa
礒川 憲二
Ryoji Tanaka
良治 田中
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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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) この発明は、疲れ強さの著しく優れた高強度機械構造用
fζ1(品、例えば、歯車、 !I’ll+ 、軸受、
カム等の機械構造j[打で6品に関し、また、とくに歯
車の製造に適する高強度機械構造用部品の′!ll造方
法に関するものである。
(従来技術) −eに、機械構造用部品は高い疲れ強さを要求されるの
で、材料の選択に配慮するだけでなく、とくに表面に強
い応力が加わるような用途に向けるものにあっては、表
面硬化処理を行うことが多い。このような目的で実施す
る表面硬化処理法の代表的なものは、浸炭、窒化および
高周波焼入れである。
よく知られているように、浸炭焼入れは高度の表面硬化
ができるが、長時間の加熱を要し1多くのエネルギーを
消費するうえに、処理に伴う変形かノいきいという難点
がある。一方、高周波焼入れは、j:+f II!1間
の処理で実施てきるので省エネルギーの観1点からbr
ましく、変形か小yいため什」−げ加Iが簡明ですむと
いった利点はあるか、表面硬化の度合は浸炭焼入れに及
ばないという鍾点かある。
そのた、V)、高い表面強度を必要をする用途、たとえ
は自動中の変速機用歯車のような機械構造用;itl品
については、高周波焼入れはほとんど行われていなかっ
た。
(発明の目的) 本発明渚は、上記した高周波焼入れの利点を生かし、そ
の焼入れ効果をより高く得ることによってとくに疲れ強
さの著しく優れた高強度機械構造用fjR+N−+を得
ることを目的として研究を爪ねた結果本発明に至った。
(発明の構成) この発明による疲れ強さの著しく倫れた高強度機械構造
用部品は、型部%で、C:0.30〜0.80%、Si
:0.40−2.0%、Mn:0.40−2.0%、 
P:0.010%以下、 S:0.030%以丁、O:
0.0030%以1・、必要に応じて、N】、5%以下
、Cr・2%以下、 M o・2%以下、B:0.OI
%以j・°のうちの1種または2種以上、A文: O,
1%以下、N:0.03%以下、Ti+0.5%以下、
V:05%以下、Nb:0.5%以下、Ta:0.5%
以下のうちの1種または2挿置−1−1Ca:0.01
%以下、Te:0.5%以下、Pb:0.5%以下のう
ちの1種または2種以上を含み、残部Feおよび不純物
からなることを特徴としている。
次に、この発明による高強度機械構造用部品の成分範囲
(重j14−%)の限定理由について説明する。
C:0.30〜0.80% Cは機械イ、−1造田鋼に通常採用されている範囲であ
り、下限は高周波焼入れにより所定の表面硬さを得るた
めに最低限必要な邦てあり、また]−限はこれをitl
、Iえると焼割れの危険があることから設けた。この場
合、P、S量を低減しているため焼割れ限界が向1し、
C含有紙のL限を高めることができるので、高強度およ
び高耐歴耗性の機械構造+++ +y+を品を位i’t
!Iれなく得ることができるようになった。
St・0.40〜2.0% Siは機械構造用鋼において一般的な範囲である0、1
5〜0.35%を外れた高い値としている。すなわち、
Si含有昂、のド限は高周波焼入れにより高い表面硬化
を問る」二で必要であり、上限は被削性の低ドが許容で
きる限度である。
Mn+0.40〜2.0% Mnは機械構造用鋼に代表的な範囲を含めて比較的広い
範囲まで含有させることができる。そして、下限値は脱
酸および焼入性の確保のために必要であり、上限は前記
したSiとともに被削性の低下が肋容できる限度で決定
した。
P:0.010%以下 Pはオーステナイ;・化加熱時に粒界に偏析して粒界を
脆化するのでできるたけ低減する必要がある。そして、
種々実験した結果、o、oio%%式%少量てあれは、
その悪影響は実質」−問題にならないことかわかった。
ところで、従来の肌焼処理して用いる鋼において、Pの
不純物としての81容限界は通常0.030%であって
、実際の材料は約0.020〜0.030%のPを含有
していた。これに対して、この発明ではPの」二限ヲo
、oto%としたので、この発明による機械構造用部品
の製造にあたっては、鋼素材に対して入念な脱リン精錬
を行う必要がある。
S・0.030%以下 Sは鋼の被削性を高めるので、多少の存在はむしろ加+
liの点から好まし1.sか、介在物量を1γi Jm
させて靭セ1を低下させるので、0.030%以下とし
た。
0:0.0030%以下 Qの存在は、若干のAMとの共存にもとつ〈Al、Ol
うの生成に問題がある。すなわち、A見、oAi−1:
機械構造用部品の表層部における疲労破壊の原因となる
。そのため、Q含有量(士0.0030%以下にしなけ
れはならず、できれば0.0020%以下にすることが
よい。このような低O含有量の規制は、Si含有昂に制
約かあるため、11(a酸剤による脱酸には限界かある
ので、J′じ空11(3ガスなどの精錬技術によって低
酸素を実現することもよい。
この発明による機械構造用部品は、−1−記した必≦口
成分に加えて、Ni:5%以下、Cr:2%以下、 M
 o : 2%以下、B・0.01%以下のうち) の1種または2種以上を含有することができ、それによ
って高周波焼入れの際の焼入性がさらに高まり、強1仇
のより一層の向」−がはかれる。
また、結晶粒の微細化をはかることによって、靭性が一
層高くなるようにしたい場合には、さらにA文:o、i
%以下、N:0.03%以下。
Ti:0.5%以下、V:0.5%以下、Nb:0.5
%以下、’ra:0.5%以下のうちの1種または2種
以上を添加することができる。これらの成分のうち、N
、Ti 、V、Nb、Taには、析出硬化により芯部の
強度を増強するはたらきをもたせることもできる。
機械構造用部品の製造に際して機械加工をより一層容易
にする必要がある場合には、さらに、Ca:0.01%
以下、Te:0.5%以下。
Pb:0.5%以下のうちの1種または2種以上を快削
元素として添加することもできる。この場合、靭性、と
くにその異方性の点からは、被削性を高める主役である
硫化物系介在物の形態を1−記CaまたはTeの適量添
加により制御1することが好ましい。
この発明は、高度の表面硬化を・要求される各種の機械
構造用部品に広く適用することができる。
具体例をあげれば、ベアリング、ユニーヘーサルジョイ
ン1のような転動部品、自動車のステアリングに用いる
ラックおよびピニオン、自動車のトランスミンションギ
アヤテイファレンシアルキア、あるいはトランスミッシ
ョンのド・ングなどがある。
この発明は、」−記例示した各種の機械構造用部品に適
用されるが、とくに歯車である場合には次のような高周
波焼入れを行うことがよい。すなわち、上記した成分か
らなる鋼を素材として歯車を成形し、この山車に対して
、下式 %式% [式中、fは周波数(KHz)、mは歯車のモジュール
、Aは比例定数]においてA=2〜10の範囲となる周
波数の高周波を用いて焼入れを施すのがよい。
ところで、歯車の疲れ強さは、歯元における曲げ疲れ強
さと、歯面における面疲れ強さとが問題であって、前者
は歯の折損の可能性を左右し、後渚は摩耗による寿命を
決定する。これらのうち、山元における曲げ疲れ強さを
高めるためには、歯元の隅肉部での表面硬化後の残留応
力が、引張りでなく圧縮であることがψましい。そこで
、上記した比例定数A=2〜10の範囲は、こうした望
ましい表面硬化を起させる条件として力!めたものであ
る。また、従来にない高いSi含有年は、高周波焼入れ
後の歯面の疲れ強さを向」―させる。そして、この発明
では、これらの効果が重畳した結果、高い疲れ強さを要
求される歯車の製造において高周波焼入れの採用が可能
となったものである。
(実施例) 第1表に示す化学成分の鋼を溶製したのち、各鋼を素材
として第2表に示す諸元の歯車を9ノ削により成形した
ついで、各歯車に対し第3表に示す条件で高周波焼入れ
を行って、表面を硬化させた。
次に、高周波焼入れ後の歯車において焼割れ発生の有無
を調べたところ、同じく第1表に示す結果となった。ま
た、第4表に示す試験条件で歯車試験を行って疲れ限度
を測定したところ、同じく第1表に示す結果が得られた
第2表 第 3 表 第 4 表 表に示す結果から明らかなように、本発明例No、1と
比較例No、11とでは、疲れ限度に大きな差を生して
おり、P含有量を減少させたことによる効果が表われて
いる。また、本発明例No、1と比較例No、13とに
おいても疲れ限度にかなりの差を生しており、O含イq
f&を減少させたことによる効果が明瞭に表われている
。さらに、本発明例No、lと比較例No、14とにお
いても疲れ限度にかなり大きな差を生じており、P、O
含有量を低減させるだけでなく、S含有量を同時に低減
させたことにJ:るぷしい効果が明瞭に表われている。
また、本発明例No、、lと比較例No、11とにおい
て、比例定数A=2.5とした場合には、本発明例では
焼割れを生じなかったのに対して、比較例で1オ焼割れ
を生じており、本発明例においてP含有量を低減させた
ことによる焼割れ発生防11−の効果が明瞭に表われて
いる。
さらに、未発明例NO62と比較例No、12とにおい
て、比例定数A=5としたときに本発明例では焼割れを
生じなかったのに対して、比較例では焼割れを生してお
り、本発明例においてP、S含有量を低減させた効果が
明瞭に表われている。
さらにまた、本発明例において、Niを添加したN00
3およびMOを添加したNo、 4では歯車の疲れ限度
をより一層高めており、An、N、Nbを添加したN0
95では焼割れを生じさせることなくかつ良なfな疲れ
限度が得られると共に、靭性を高めることが可能であっ
た。さらに、Ca 、Teを添加したNo、6では焼割
れおよび疲れ限度に悪影響を及ぼすことなく被削性を高
めること力i目上であった・ (発明の効果) 以」−説明してきたように、この発明による高強度機械
構造用部品は、重量%で、C:0.30〜0.80%、
Si:0.40−2.0%、Mn:0.40〜20%、
P:O,010%以下、S:0.030%以下、O:0
.0030%以下、必要に応して、Ni:5%以下、C
r・2%以丁、Mo:2%以下、B:0.01%以下の
うちのl挿または2種以上、A交:O1%以下、N:0
.03%以下、Ti:0.5%以下、■05%以下、 
Nb : 0 、5%以下、 Ta :05%以下のう
ちの1種または2挿具」−1Ca:0.01%以下、T
e:0.5%以下、Pb:0.5%以下のうちの1種ま
たは2挿具−1−を含み、残部Feおよび不純物からな
る鋼に高周波焼入れを施したものであるから、高強度で
あってとくに疲れ強さの著しく優れた機械構造用部品、
例えは、各種歯車、軸、軸受、ジヨイント等の自動屯、
産業用機械、農業用゛機械等々に使用される部品として
々r適であり、機械構造用部品が歯車である場合には、
]−記成分からなる鋼を素材として歯巾な形成し、この
歯巾に対して次式 %式% [式中、fは周波数(KHz)、mは歯車のモジュール
、Aは比例定数]においてA=2〜lOの範囲となる周
波数の高周波を用いて焼入れを施すことによって、疲れ
限度の著しく大きな高強度山中を11#ることができる
という著大なる効果を有している。
!+、’l 、i’l出願人 大同特殊鋼株式会社代理
人弁理士 小 塩 哉

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%て、C:0.30〜0.80%、Si:0
    .40〜2.0%、Mn:0.40〜2.0%、P:0
    .010%以下、S:0.030%以下、O:0.00
    30%以下、残部Feおよび不純物からなる鋼に高周波
    焼入れを施したことを特徴とする疲れ強さの著しく優れ
    た高強度機械構造用部品。
  2. (2)鋼が、ざらにNi:5%以下、Cr:2%以下、
    Mo:2%以下、B:O,01%以下のうちの1種また
    は2種以」二を含有する特許請求の範囲第(1)項に記
    載の疲れ強さの著しく優れた高強度機械構造用部品。
  3. (3)鋼が、さらにA文二0.1%以下、N:0 、0
    3%以下、 T i : 0 、5%以下、V:0.5
    %以下、Nb:0.5%以下、Ta:0.5%以下のう
    ちの1種または2種以」二を含有する4、11 請求(
    7)$1j四5(1) ’Jlマタハff1(2) ’
    f4(7)イずれかに記載の疲れ強さの著しく優れた高
    強度機械構造用fXli品。
  4. (4)鋼が、さらにCa:0.01%以下、Te・0,
    5%以下、Pb:0.5%以下のうちのl挿または2種
    以上を含有する特許請求の範囲第(1) #I 、 ’
    US (2) 項マタハ第(3) 項(’)’t’ t
    レカ+;: 記載の疲れ強さの著しく優れた高強度機械
    構造用部品。
  5. (5)重j71%で、C:0.30〜0.80%、Si
    :0.40〜2.0%、M n : 0 、40〜2.
    0%、P:0.010%以下、S二〇、030%以下、
    O:0.0030%以下、必要に応して、Ni:5%以
    下、Cr:2%以下。 MO:2%以下、B:O,01%以下のうちの1種また
    は2種以上、A文:O,1%以下、N:0.03%以下
    、Ti:0.5%以下、v:0.5%以下、Nb:0.
    5%以下、Ta:0.5%以下のうちの1種または2種
    以上、Ca:O,01%以下、Te:0.5%以下、P
    b:0.5%以下のうちの1種または2J1ト以」−を
    含み、残部Feおよび不純物からなる鋼を素材として成
    形した歯11に対し、式 %式% [式中、fは周波数(KHz)、mは歯車のモジュール
    、Aは比例定数]においてA=2〜10の範囲となる周
    波数の高周波を用いて焼入れを施すことを特徴とする疲
    れ強さの著しく優れた歯1jからなる高強度機械構造用
    部品。
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