JPS6043431B2 - 軽荷重用窒化機械部品の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軽荷重用窒化機械部品の製造法に関するもの
である。

一般に鋼を加工して製造する重要な機械部品は、表面
硬化処理を施されているのが普通であるが、この場合に
おける表面硬化処理法をみると、窒化処理には、浸炭処
理に比べてより高い表面硬さが得られると共にこの処理
には浸炭処理時にみられるようなひずみがほとんど生じ
ないという特長があげられる。

従つて、歯車、シリンダなど寸法精度を特に必要とする
機械部品に対しては、窒化処理がその処理後のひずみ矯
正の工程を省けるために非常に望ましいことになる。し
かしながら、在来の鋼においては、窒化前の処理によつ
て必要なコア部硬さを与えると機械加工が困難になる程
の表面硬さとなり、また、機械加工可能な硬さにすると
、機械部品として必要な強度が得られないという難点が
あり、更に、窒化性自体も乏しいために、上記のような
窒化処理の特長を十分に生かせないでいるのが実状であ
る。 このような観点に鑑がみ、本発明者は既に特願昭
４８−１３５２９３号として「析出硬化型窒化用鋼」を
提案してあるが、この鋼は飽くまでも、従来の窒化用鋼
では得られない３５０Ｈｖ以上のコア硬さを持つものを
対象にしたために、溶体化時の硬さは２８０Ｈｖ以下に
することができず、この硬さ水準では、自動車部品のよ
うな軽荷重の量産品の能率的な機械加工は事実上不可能
である。

すなわち、例えば、一般に量産されている普通用歯車を
考えた場合、その主な機械加工工程となる歯切り作業は
、２５０ＨＶ以下の硬さでなければ困難である。従つて
、上記のような機械部品用の鋼としては、まず、溶体化
状態で２５０ＨＶ以下の硬さになるものを目標にしなけ
ればならない。もちろん、この硬さ水準は飽くまでも機
械加工のために必要なものであるため、その後の窒化処
理時にこの硬さ水準は、部品として必要な強度が得られ
る硬さまで上昇することが必要な条件となるが、この硬
さ水準は、上記のような量産部品においては２８０〜３
００Ｈｖあれば実用上支障がなく、これに対応して表面
硬さも６５０Ｈｖ以上あれば十分である。そこで、本発
明は、溶体化状態においては機械加工の可能な硬さを有
し、窒化処理に当つては、ます、省力化の立場から窒化
性、すなわち、窒化に伴う硬化速度がてきるだけ大きく
、また、同時に、機械部品として在来品に代えて使用さ
れるために、硬化後でも必要なじん性が確保されること
のてきる主として軽荷重用窒化機械部品の製造法を得る
ことを、その目的とするもので、更に具体的には、溶体
化状態においては２５０１１ｖ以下の硬さを有するか、
その後の窒化処理により表面層は６５０Ｈ■以上、コア
部は２８０ＨＶ以上に同時硬化するような窒化鋼によつ
て主として軽荷重用窒化機械部品を製造するための方法
を得ることを、その目的とするものである。この目的を
達成するために、本発明においては、炭素０．０５〜０
．１４％、けい素、０．５０％以下、マンガン１．５％
以下、クロム０．３０〜１．０％、モリブデン０．５０
〜１．０％に加えてバナジウム０．１０〜０．４０％、
チタン０．０３〜０．２０％、ニオビウム０．０３〜０
．２０％、の１種又は２種以上を含み、その他は製造上
避けられない不純物以外は鉄から成る化学成分を有する
圧延鋼材あるいは鍛造鋼材を溶体化状態において機械加
工し、その後軟窒化処理することを特徴とするものてあ
る。

また、本発明は、上記のような化学成分に追加してボロ
ンを０．０００５〜０．００５０％を含むことをも、特
徴とするものてある。以下、本発明法の主体となす窒化
鋼における化学成分の限定理由を説明する。

炭素 ０．０５％以下ては窒化時の時効に判う硬さ増加が不足
し、０．１４％以上では前処理時の硬さを２５０ＨＶ以
下に抑えることが困難となる。

けい素 けい素が高くなると、前処理時の温度を高めるなど工夫
を施す必要が生ずるので、溶解精錬上必要な０．５０％
以下にとどめる。

マンガン 溶解精錬上では１．０％以下で十分であが、前理時の質
量効果をなくすには、後述するボロンと合わせ、１．５
％まで高めることが必要である。

たＳ゛し、１．５％以上では前処理時の硬さを２５０Ｈ
Ｖ以下に抑えることが困難となる。クロム 窒化後の表面硬さを６５０Ｈｖ以上にするには０．３０
％以上が必要であり、この含有量が多いほど表面硬さを
高めることができるが、１．０％以上では前処理時の硬
さを２５０ＨＶ以下にすることは困難となる。

モリブデン 上記炭素量に対応させて必要な時効硬化を生じさせるに
は０．５０％以上が必要であるが、１．０％以上にして
も上記の炭素量の範囲では時効硬化度が゛増さず、いた
ずらに前処理時の硬さを高めることになるので１．０％
以下にとＳ゛める必要がある。

バナジウム時効硬化の度合を高めるのに有効であつて、
その最底量は０．１０％であるが、０．４０％以上では
その効果が横だいとなるので、０．１０〜０．４０％の
範囲にとどめる。

ボロン 前処理時の質量効果をなくすのに有効であつて、前述の
マンガンと合せて含ませることが必要・であり、その量
は鋼の焼入性に効果を示す０．０００５％以上となるが
、０．００５０％以上になるとじん性を損なうので０．
０００５〜０６００５０％の濃度範囲にする必要がある
。

チタン、ニオビウム ボロンを含させる場合には、溶製時に脱窒剤として０．
０３％以上のチタン又はニオビウムをあらかじめ加える
必要があり、更に、この量を増すと時効硬化の度合を高
めるのに有効となるが、共に０．２０％を超えると前処
理がむづかしくなるので０．２０％以下にとどめる必要
がある。

以上の説明から、本発明法の主体をなす鋼の化学成分は
、析出硬化に直接あずかる炭素とモリブデンとの量を、
前処理時の硬さを下げるために可及的に低くし、その代
わりにバナジウム、チタン、ニオビウムという析出硬化
を促進し、前処理時の硬さを高めない成分を組合わせて
最大限の析出硬化度が発揮されるようにしたところにそ
の特徴があることが分かる。

そして、この鋼を９０００〜１０００℃の適当な温度に
おいて溶体化処理し、機械加工後、５０００〜６５゜Ｃ
の温度において軟窒化処理をすることにより、目的のさ
をもつた窒化部品が得られるのである。

次ぎに、以上に挙げたような化学成分から成る鋼が、ど
のように本発明の目的としている量産軽荷重用窒化機械
部品の製造に対ちて工程の省力化に判う経済的な利点を
もたらすかを、実例によつて説明する。実例１ 表１に化学成分を示す３種の本発明Ｗ４Ａ，Ｂ及びＣの
前処理硬さ並びに窒化処理後のコア部硬さ、窒化性を、
現在笛当な標準鋼種がないので、止むをえす窒化処理し
て使用されているＪＩＳＳＣＭ３及び英国の窒化用Ｗ４
ＥＮ４ＯＢと比較した（表１中に記載された鋼種ＲＮＴ
ョについては、後に実例２で説明する）。

この結果を表２に示してあるが、表２を見ると、本発明
鋼は熱間鍛造後空冷又は９００を〜９５０℃空冷という
簡単な溶体化処理法によつて５０ＨＶ以下の硬さに対す
ることが可能てあり、その後、５７０′Ｃｘ６Ｆｌｒガ
ス軟窒化又は６００℃×２ｔ１ｒイオン軟窒化によつて
コア部硬さは、いずれも２８５ＨＶ以上にまで硬化する
のに比し、ＳＣＭ３及びＥＮ４ＯＢにおいては、鍛造後
、焼準→焼入れ→焼もどしの工程を経て硬さをあらかじ
め２９０ＨＶ以上においておかない限り、窒化後のコア
部硬さを２８０ＦＩＶ以上に保つことができず、機械加
工に問題を生ずることが明らかとなる。一方、窒化性に
ついてみると、本発明鋼は５７０℃ガス軟窒化によつて
６１１ｒ，６００℃イオン軟窒化によつては２ｔ１ｒで
表面硬さはいずれも６５０ＨＶ以上、硬化深さは、この
目的に必要な０．３―以上が得られるのに比べ、ＳＣＭ
３ＯＯＥＮ４ＯＢにおいては、この程度の窒化処理時間
ては到底０．３『の硬化深さは得られず、更にＳＣＭ３
では６５０Ｈ■の表面硬ささえ得られていない。

実例２ 先に説明した本発明質による特願昭４８−１３５２９３
号に係る発明鋼（表１弐試料ＮＴ）の前処理硬さ及ひ窒
化処理後のコア部硬さ、窒化性を表３に示す。

この結果から分るように、液体化処理したものでは、窒
化処理後の表面硬さ及びコア部硬さは十二分な値が得ら
れているが、前処理後の硬さが高く、この状態では量産
品の機械加工は困難である。従つて、機械加工に適する
ようにするためには、焼なまし（４７５０℃空冷）しな
ければならないが、この状態のままでは、過時効組織に
なつているため、その後の窒化処理時には全く硬化現象
を生じない。また、いずれの前処理状態におても５７０
℃×６Ｆ１ｒガス軟窒化、６００′Ｃｘ２ｈｒイオン軟
窒化によつて０．３ｗｎの硬化層を得ることのできない
ことが分かる。また、以上の説明から、現在クロム−モ
リブデン系はだ焼鋼（ＪＩＳＳＣＭ２ｌ，２２）を使用
して熱間鍛造→焼 準→機械加工→浸 炭→焼入れ
→焼もどし→ひすみ矯正→の工程によつて製作されてい
る量産軽荷重部品に、この鋼ＮＴを利用しようとすれば
熱間鍛造→焼なまし→機械加工→溶体化→仕上げ機械加
工→窒 化 の工程が必要となり、素材自体が高価であるのに加えて
、二重の機械加工工程、浸炭より長時間を必要とする窒
化処理などもプラスされて、浸炭部品の場合に比べ逆に
経済的に高価なものになつてしまう。

これに比で、本部品に本発明に係る表１のＡ〜Ｃの鋼を
適用すると、表２に記載されたデータからみて、熱間鍛
造→溶体化→機械加工ー窒 化 ａ のわずか４工程によつて製することが可能となり、
浸炭部品の場合に比べると、３工程も省けることになる
。

また、窒化時間も浸炭と同じ２１１ｒで良ので、本発明
鋼を使用することよつて得られる経済的な利点は、特願
昭４８−１３５２９３号に係る発明・鋼とは全く逆に著
しく大となる。なお、本工程により製造された窒化部品
は、先の表２に示したような硬さ分布を示したような硬
さ分布を示すので、十分満足できるのが、更に、コア部
の機械的性質を調べると下記のようになノリ、この面に
おいても十分に従来の浸炭部品に代え得る特性を持つこ
とが分ける。

引張強さ 降状点 伸 び 紋 リ シヤルビ
衝撃値９２ｋ９／Ｔｄ８
Ｏｋ９／Ｄ２Ｏ％ 関％１２ｋ９●ｍ／ｄ以上のように
、本発明法よれと、特に、量産に適した軽荷重用窒化機
械部品を経済的に製造することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭素０．０５〜０．１４％以下、けい素０．５０％
   以下、マンガン１．５％以下、クロム０．３０〜１．０
   ％、モリブデン０．５０〜１．０％に加えて、バナジウ
   ム０．１０〜０．４０％、チタン０．０３〜０．２０％
   、ニオビウム０．０３〜０．２０％の１種又は２種以上
   を含み、その他は製造上避けられない不純物以外は鉄か
   ら成る化学成分を有する圧延鋼材あるいは鍛造鋼材を９
   ００℃〜１０００℃において空冷処理後、機械加工を施
   し、これを５００℃〜６５０℃において軟窒化処理する
   ことを特徴とする軽荷重用窒化機械部品の製造方法。 ２ 炭素０．０５〜０．１４％以下、けい素０．５０％
   以下、マンガン１．５％以下、クロム０．３０〜１．０
   ％、モリブデン０．５０〜１．０％に加えて、バナジウ
   ム０．１０〜０．４０％チタン０．０３〜０．２０％、
   ニオビウム０．０３〜０．２０％の１種又は２種化上を
   含み、更に、ボロン０．０００５〜０．００５０％を含
   み、その他は製造上避けられない不純物化外は鉄から成
   る化学成分を有する圧延鋼材あるいは鍛造鋼材を９００
   ℃〜１０００℃において空冷処理後、機械加工を施し、
   これを５００℃〜６５０℃において軟窒化処理すること
   を特徴とする軽荷重用窒化機械部品の製造方法。