JPS6063314A - 鋼の表面硬化熱処理方法 - Google Patents

鋼の表面硬化熱処理方法

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Publication number
JPS6063314A
JPS6063314A JP17108083A JP17108083A JPS6063314A JP S6063314 A JPS6063314 A JP S6063314A JP 17108083 A JP17108083 A JP 17108083A JP 17108083 A JP17108083 A JP 17108083A JP S6063314 A JPS6063314 A JP S6063314A
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JP
Japan
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steel
surface layer
austempering
heat treatment
content
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Pending
Application number
JP17108083A
Other languages
English (en)
Inventor
Kozo Nakamura
浩三 中村
Tadayoshi Itabe
板部 忠善
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6063314A publication Critical patent/JPS6063314A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/19Hardening; Quenching with or without subsequent tempering by interrupted quenching
    • C21D1/20Isothermal quenching, e.g. bainitic hardening

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • 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】 この発明は、耐摩耗性に優れた鋼を得るための表面硬化
熱処理方法に関する。
一般に高い面圧で使用される歯車やエンジン用タペット
などは、耐摩耗性が要求されるため表面硬化処理を施し
た鋼が使用されている。
本発明者等は、以前鋼の表面硬化熱処理法として特願昭
56−154772号で「鋼の表面硬化熱処理法」を提
案した。それは、浸炭浸窒とオーステンパー処理を組合
せた処理であり、また、その熱処理に適した鋼として特
願昭56−154773号で「表面硬化熱処理用中炭素
合金鋼Jも提案した。
上記特願昭56−154773号で提案した中炭素合金
鋼ではCr量が0.35〜0.55チであった。
Cr量の上限全0.55%とした理由は、それ以上のC
r量では、浸炭浸窒プラスオーステンパー処理のプロセ
スにおいて、鋼中のCrと浸炭浸窒処理で入った窒素が
結びつきCr窒化物(Cr、 A’、 CrN )の有
害性が生じるからである。
Cr窒化物の有害性とは、まず焼入時の冷却中に生ずる
Crg化物が上部ベイナイト変態を促進し、焼入性を著
しく低下させる効果を持つことであり、また、オーステ
ンパー過程において生じるCr窒化物が、これもまた下
部ペイナイト変態全促進し、発明の狙いである表面層を
マルテンサイト組織とすることを著しく困難とするため
である。
この発明はかかる点に鑑みなされたもので、Cr量が0
.55%以上の鋼ではCr窒化物の有害性が生じず、ま
たCr窒化物の微細な分散により耐摩耗性が向上する点
に着目して、熱処理工程の条件範囲内で、きわめて限定
された条件下で熱処理を行うことにより、耐摩耗性に優
れた鋼が得られるようにした熱処理方法全提供しようと
するものである。
以下この発明を図面を参照して説明する。
まず、浸炭浸窒子オーステンパー処理のプロセスの原理
を説明し、続いてこの処理に適用される鋼の組織および
浸炭浸窒 十 オーステンパー処理の条件の限定される
理由を説明する。
この発明による浸炭浸窒子オーステンパー処理は、次の
ような一連のプロセスによってなされる。
まずCr量0955〜1.30%なる銅を850℃〜8
80℃で浸炭浸窒し、表面炭素量’io、75〜1.0
0%、表面窒素量’fro、+5〜0.40%とする。
そして、230゜〜266℃の熱浴に投入してオーステ
ンパル処理を施す。オーステンパ一時間は、素地部が下
部ベイナイトに変態し、かつ表面層が、下部ベイナイト
変態全開始しないその鋼固有の適当な時間を選択する。
次にオーステンパー処理終了後、空冷または水冷すると
、表面層がマルテンサイト変態を起し、高い底面硬さが
得られ、また素地部は、ii v 600以上の硬さの
下部ベイナイト組織が得られる。
次に、熱処理条件が上記値に限定される理由を述べる。
(浸炭浸窒条件) この発明は、表面層と素地部の’1’TT図(第1図参
照)におけるベイナイト変態ラインのずれを利用したも
のである。このため、両者に十分なズレを与えるのに必
要な炭素、窒素量を底面に与える必要がある。しかしな
がら、Cr量0.55チ以上の鋼に窒素を加えた場合、
前述のCr窒化物の有害性が生じるため、窒素量は限定
されたものとなる。
窒素量0.40 %以上では、焼入時の冷却過程中に生
じるCrg化物による上部ベイナイト変態の促進効果が
大きく焼入性が低下する。このため窒素量の上限は、0
.40%となる。また、窒素ff1o、+5%以上加え
ないと、表面層と素地部とのベイナイト変態ラインのズ
レ全充分力えることができない。よって、表面窒素量は
、0.15〜0.40チの範囲に限定される。
表面炭素量もまた限定されたものとなる。炭素量0.7
5 %以下では1表面j※と素地部とのベイナイト変態
ラインのズレ全充分与えることができない。また、Cr
量0655%以上の鋼では、炭素R* +、oo q6
以上とすると、粒界上にネット状炭化物が生じるため好
ましくない。よって、表面炭素量は0575〜1.OQ
チに限定される。
上記のように窒素量に表面窒素社全コントロールしうる
浸炭浸窒温度も限られたものになる。
850℃以下では、窒素ポテンシャルが高くなシやすく
、窒素量をo、15〜0.40%の範囲にコントロール
することは困難である。
また、880℃以上では、窒素ポテンシャルが低くな勺
やすく目的の窒素量にコントロールすることが難しい。
よって、850’C〜880 ℃に限定される。
(オーステンパ一温度) Cr量0.55チ以上の鋼は、窒素量を0.40係以下
とすることにより、焼入性の劣化は避けられる。しかし
ながら第1図に示すように、オーステンパー処理条件は
きわめて限られたものとなる。
笥1図は、0.57 % C、0,25% S i 、
1.02 %Mn、0.51 % A’ i、1.03
 % Cr、0.20%M o ft ル組成の鋼の素
地部及び浸炭浸窒により 0.90 C、0,30%N
とされた表面層のTTT図を示す。この図のように26
0℃以上では素地部のベイナイト変態80 Vo1%終
了時間が表面層の変態開始時間よシ長くなシ、本発明の
目的とする表面層マルテンサイト、素地部ベイナイトと
いう組織が得られない。
これは、オーステンパーの間に生じるCr窒化物のベイ
ナイト変態促進効果が高温はど著しくなるためと考えら
れる。よって、オーステンパ一温度は260℃以下とな
る。
また、オーステンパ一温度の下限は230℃である。そ
の理由は、オーステンパー処理はMs点以上の温度で行
う必要があり、オーステンパ一温度を230℃以下とし
た場合、鋼のMs点全それより低くする必要がある。M
3点をそのように下げるためには、合金元素量を上げる
必要が生じる。かかる低温で合金元素量の高い銅分オー
ステンパーによりベイナイト変態を終了させるには長時
間の等温保持が必要となり、生産性が落ちる。
よって、230℃〜260°Cの間である必要がある。
(オーステンパ一時間) オーステンパ一時間は、素地部が80 Vo1%以上下
部ベイナイトに変態する時間以上である必要がある。そ
れは、ベイナイトと多量のマルテンサイトまたは、残留
オーステナイトとの混合組織となると靭性が低下するか
らである。また、オーステンパ一時間は、表面(浸炭浸
窒層)がベイナイト変態全開始する時間より短かい必要
がある。よって、オーステンパ一時間は、それぞれの温
度における素地部がベイナイト変態全80%以上終了す
る時間以上であシ、かつ表面層がベイナイト変態を開始
する時間以下である必要がある。
そのような適当なオーステンパ一時間は、鋼の組成とオ
ーステンパ一温度によって異なる。
以下に3種め鋼における例全示す。
例 C,D、E鋼の化学組成は、表1に示す。
以上熱処理条件について述べた。
次に、鋼の組成の限定される理由について詳述する。
Cについて CはUS点を下げる効果の最も大きな元素である。この
発明の処理では、オーステンパ一温度は、230°〜2
60℃であシ、従って鋼のM 、q点は、少なくもも2
60℃以下である必要がある。
そのためには、炭素量は0,55%以上とする必要があ
る。また炭素量が0.65以上では、素地部と表面層と
のベイナイト変態ラインのズレが少なくなり、本発明の
ねらいとする組織が得られない。
よって、0.55〜0.65%に限定される。
5iについて Siは多量に含まれると、浸炭浸窒層(表面層)の窒素
と結びついて窒化物(St−s N4 ) k生成し、
焼入性を減する。よって0.50%以下に限定する必要
がある。
Mnについて Knは、ベイナイトの強度を高め、また焼入性を高める
のに有効な元素であるが、1.301以上では、被削性
が低下し好ましくない。また、別と同じく浸炭浸窒層の
窒素と結びついて窒化物全生成し表面層の焼入性全滅す
る。よって、1.30%以下とする必要がある。
一方、040チ以下では、脱酸の効果が充分でなくまた
Sの有害性が生じるため0.40係以上とする必要があ
る。よって、0.40〜1.30%に限定される。
Niについて Niは鋼の強度、靭性と焼入性を高めるのに有効な元素
であるが、4.00%以上では、焼入性向上の効果は飽
和し、かつ素地部のベイナイト変態を終了させるのに要
するオーステンパ一時間が長時間のものとなるので好ま
しくない。よって、4.00 %以下に限定される。
Crについて 表1に示すようなCr量の異なる5種類の鋼にこの発明
の処理音節した結果の表面硬さを、表1の右欄に示す。
表1に示す通シ、Cr量が055%以上となると硬さの
上昇が見られ、1.30チで飽和する。これは、ミクロ
なCr窒化物の分散による効果と考えられる。またこの
硬化度上昇は実la例1,2に示すように耐摩耗性の向
上に著しく効果がある。よって、Cr量は、0.55%
〜1.30チが適当である。
表1、比較鋼と本発明の銅の化学組成と表面硬さ熱処理
条件、850℃X1Hr浸炭浸窒Noについて Noは焼入性を向上させる効果が大きいが0.70チ以
上ではその効果が飽和する。よって、0.70%以下に
限定される。
以上のことから、鋼の組成はC0,55〜0.65%、
Si 0.50 %以下、MrLo、40〜1.309
!、Ni 4.00 %以下、CrO,55〜1.30
 %、Afo O,70q6以下残部Feオヨヒ不純物
からなるものとする。
以上の組成の範囲中で質量に応じた焼入性に組成全調整
することにより、この発明の狙いとする組織が得られる
ようになる。
実施例 1 上記組成よりなる鋼を850°Cに加熱して30分間均
熱し、その後浸炭浸窒処理を1時間行った後ンルトバス
中に投入して焼入i″LL全行250℃の温度に50分
間保持した(第2図参照)。
その結果得られた鋼の硬度分布全第3図に、そして組織
写Xを第4図に示す。
また比較鋼の表面硬度全第3図のBに示す。
次に、カムータペツ、トを想定した摩耗試験の結果を示
す。
第5図は試験方法を示すもので、カムに相肖するφ25
×t5の円板1全タペツト相当の平板試験片2に押しつ
けて円板1全回転さぜる。また接触面はエンジンオイル
全供給して潤滑する。
試験条件は、エンジンのカム−タペット部の糸外を考慮
して 面圧 P = 64.5 kg/m++を速度 LL=
1m/src とし、4時間連続運転して、試験片の摩耗量全比較した
。結果を表2に示す。
表2、摩耗試験結果 この試験結果から明らかなように、上記組成の銅にこの
発明の熱処jlを施こすことにょシ、現行チル鋳鉄また
は浸炭材と較べ、格段に摩耗量が少なくなっていること
がわかる。
火施例 2 次に、歯車試験による歯面の摩耗試験の結果を示す。
試験条件 試験機・・・動力循環式歯車試験機 面 圧・・・ 120ゆ/rnl。
回転数・・・1200γpm (ピニオン)潤滑・・・
エンジンオイル#30.80°C,1,21/狙ル歯 
車・・・m=4.5. α−20°9 zI−1612
2=24歯中20 かみ合回数・・・5XIO回 以上の条件にて、試験後、歯形測定器にて、ピッチ円上
、下の位置の最大摩耗量全測定した。
晴果を表3に示す。
*ビニオン 16枚の歯の平均摩耗量 以上のようにこの発明によれば、歯車の歯面pH粍量金
著しく少なくできると共に、摩耗による歯形8’lJ 
1Mの低下全防止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明の一実施例を示し、第1図は熱処理され
jこ鉤の素地部と表面層のi’l’T図を示す縮図、第
2図は熱処理工程全厚す線図、纂3図は熱処理により得
られた鋼の表面硬度を示す縮図、第4図は同組織を示す
頭微鐘写真(XI20)、第5図は試験方法を示す説明
図である。 出願人 株式会社 小松刃・足作所 代理人弁理士米原正章 弁理士浜本 忠

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. Co、 55〜0.65 %1.SL0.50%以下、
    AfrLO,40〜1.30俤、Ni4,00チ以下、
    Cr0.55〜1.30チ、Mo0.10’16以下、
    残部Feおよび不純物からなる調音850°C〜880
    ℃で浸炭浸窒処理して表面炭素量’wo、75〜1.0
    0チ、表面窒素量を0.15〜040%とした後、23
    00〜260℃の熱浴に投入してオーステンパー処理を
    施し、素地部が下部ベイナ−f )に変態し、かつ表面
    層が変態を起こさない時間まで保持した後冷却すること
    により、表面層をマルテンサイト、素地部全下部ベイナ
    イト組織としたことを特徴とする鋼の表面硬化熱処理方
    法。
JP17108083A 1983-09-19 1983-09-19 鋼の表面硬化熱処理方法 Pending JPS6063314A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009079294A (ja) * 2007-09-20 2009-04-16 Skf Ab 転がり負荷用に形成された、コアゾーンまで硬化する鋼からなる工作物および熱処理する方法
CN104294192A (zh) * 2014-10-20 2015-01-21 郭芙 一种耐磨性能高的合金制备方法
CN104294191A (zh) * 2014-10-20 2015-01-21 郭芙 一种耐磨性能高的合金

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