JPS63235453A - 疲労強度にすぐれる駆動伝達部品 - Google Patents

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】 童画上ｑ剋旦分国 本発明は、疲労強度にすぐれる駆動伝達部品に関し、特
に、ギヤやピニオン類の歯車、等速ジヨイント等の駆動
伝達部品に用いられる疲労特性にすぐれる高強度高靭性
浸炭製品に関する。

ｌ米皇荻玉 輸送機械、産業機械、農業機械等における歯車や等速ジ
ヨイント等の駆動伝達部品は、通常、５Ｃｒ４２０鋼に
代表されるＣｒ鋼や、ＳＣＭ　４２０鋼に代表されるＣ
ｒ−Ｍｏ鋼を所要の形状に成形加工した後、浸炭による
表面硬化処理を施して、製造されている。

しかし、上記のように、歯車を含む従来の駆動伝達部品
の製造に用いられる鋼は、駆動伝達部品への成形加工後
の浸炭焼入れ性の向上のために、Ｍｎｓ　Ｃｒ、Ｍｏ等
の元素が添加されている。これらの元素のなかで、Ｍｎ
及びＣｒは、浸炭層内部の焼入れ性の向上には有効であ
るが、表面から約２０μｍ程度までの浸炭最表層部にお
いては、内部酸化のために、酸化物を形成しており、焼
入れ性の向上に寄与し得る状態で存在する量は、極度に
低い。即ち、浸炭最表層部には、これら元素の粒界酸化
物が形成されて、その焼入れ性の低下によって、浸炭製
品は十分なる表面硬度及び表面残留応力をもち得す、そ
の結果、例えば、駆動伝達部品の代表である歯車の場合
、高い歯元疲労強度を有しない。

また、上記したような従来の駆動伝達部品用鋼による浸
炭製品は、その浸炭最表層部において、上記した焼入れ
性の低下によって、不完全焼入れ組織が残存することと
なり、その結果、浸炭最表層部における切欠感受性が高
まり、部品が破壊しやすい。

例えば、特開昭５９−７４２６２号公輯や特開昭６０−
２４３２５２号公報に記載されている歯車用鋼も、浸炭
製品の浸炭最表層部における切欠感受性が高すぎると共
に、十分な靭性をもたないために、例えば、亀裂が発生
したとき、その進展速度が大きく、部品は疲労強度が小
さい。

■が”°　しよ゛とする口　占 本発明者らは、従来の駆動伝達部品としての浸炭製品に
おける上記した問題を解決すべく、素材鋼において、浸
炭最表層部に十分なる焼入れ性を与えるために化学成分
について鋭意研究し、Ｍ。

が内部酸化し難い元素であって、これを用いることによ
って、浸炭最表層部の焼入れ性を確保することができる
ことに着目し、特に、ＭＯを０．５０％を越えて、１．
０％以下の範囲にて添加して、浸炭最表層部における焼
入れ性を確保すると共に、所定量のＮｉを添加して、浸
炭最表層部における切欠感受性を低減させることによっ
て、浸炭最表層部に十分な焼入れ性を与えると共に、靭
性を具備し、かくして、疲労特性にすぐれる高強度高靭
性の浸炭製品、例えば、歯車を得ることができることを
見出して本発明に至ったものである。

即ち、本発明は、疲労強度にすぐれる高強度高靭性の駆
動伝達部品としての浸炭製品を提供することを目的とし
、特に、浸炭最表層部において十分に浸炭焼入れされて
なる高い歯元疲労強度を有する高強度歯車を提供するこ
とを目的とする。

。　占を”るための 本発明による疲労強度にすぐれる駆動伝達部品は、重量
％にて Ｃ０．１５〜０．３０％、 Ｓｉ０．１０％以下、 Ｍｎ　　０．３〜１．０％、 Ｐ　　　０．０１０％以下、 ｓ　　　ｏ、ｏｏｓ〜０．０１５％、 ０　　１５ρρ−以下、 Ｃｒ　　０．２〜１．５％、 Ｎｉ０．５〜２．４％、 ＭＯｏ、５０％を越えて、１．０％以下、残部鉄及び不
可避的不純物よりなる鋼組成を有し、浸炭処理後の浸炭
最表層部における残留オーステナイ＋−ｔが面積率にて
１０〜４０％の範囲にあることを特徴とする。

先ず、本発明による駆動伝達部品の製造に用いられる高
強度鋼の化学成分について説明する。

Ｃは、駆動伝達部品において、所要の強度、例えば、歯
車においては、所要の歯元強度を得るために必要な元素
あって、少なくとも０．１５％の添加が必要である。し
かし、０．３０％を越えて過多に添加するときは、成形
、例えば、切削、旋削、ドリル孔あけ等の加工性に劣る
こととなる。

ｓｉは、前述したように、特に、浸炭最表層部において
、粒界酸化物を生成しやすい元素であるので、本発明に
おいて用いる鋼中の添加量は、鋼の脱酸に必要とされる
最小量にとどめることが好ましく、従って、１．０％以
下の範囲にて添加される。

Ｍｎ及びＣｒも、浸炭最表層部において、Ｓｉに次いで
粒界酸化物を生成しやすい元素であるが、他方、一般に
、焼入れ性を向上させる効果を有する。しかし、本発明
において用いる鋼から製造される浸炭製品では、浸炭部
及び６部の焼入れ性は、後述するように、Ｍｏ及びＮｉ
の添加によって、相当の部分が確保されているので、焼
入れ性とは別の観点、即ち、鋼の加工性の確保の観点か
ら、浸炭部及び６部の焼入れ性をＭＯ及びＮｉと共に確
保し得る程度に低減することが好ましい。

即ち、Ｍｎ及びＣｒ量を適正な範囲とすることは、鋼の
加工性、例えば、歯車のための歯切り加工性を確保する
ために必要であり、特に、この観点からは、Ｄ１値を１
２０龍以下とする範囲にて、これら元素を添加すること
が好ましい。Ｍｎ及びＣｒの添加量がり、値を１２０１
■を越えさせるときは、例えば、歯切り加工に必要な程
度に鋼を軟化させるために、非常に長時間の軟化処理を
必要とすることとなる。従って、本発明において用いら
れる鋼には、Ｍｎ及びＣｒは、それぞれ０．３％以上及
び０．２％以上添加される。しかし、過多に添加すると
きは、上記したように、加工を困難とさせるのみならず
、例えば、歯車の場合であれば、歯元強度を過度に高く
する結果、疲労強度を低下させる。従って、添加量の上
限は、Ｍｎについては１．０％、Ｃｒについては１．５
％とする。

Ｐは、粒界偏析する傾向が強いので、本発明において用
いる鋼では、Ｐ量を０．０１０％以下に規制することに
よって、粒界強度が強化される。

Ｓは、例えば、ＭｎＳのような硫化物系介在物を形成し
、この介在物は、例えば、歯車の場合であれば、歯元強
度を低下させる。しかし、Ｓは、他方において、切削等
の加工性を向上させる効果を有する。従って、本発明に
おいて用いる鋼では、例えば、上記したような歯元強度
を低下させない範囲であって、しかも、加工性の向上を
得るために、Ｓはｏ、ｏｏｓ〜０．０１５％の範囲で添
加される。

０は、前述したように、疲労破壊の起点となる酸化物系
介在物の生成を抑えるために、鋼中における量は、１５
ｐｐｍ以下に規制される。

次に、浸炭部品の疲労強度は、その疲労破壊の機構の研
究によれば、浸炭最表層部の硬さと圧縮残留応力の向上
によって達成されるが、これらの特性の向上による疲労
強度の上昇には限界がある。

これは、前述したように、従来、知られている浸炭製品
が高すぎる切欠感受性を有することによる。

Ｎｉは、浸炭時の焼入れ性を高める効果を有し、更に、
浸炭時に鋼表面のＣの活量を高め、表面炭素濃度を低下
させると共に、残留オーステナイトを多量に生成させる
ことによって、浸炭最表層部における硬さを低下させ、
かくして、切欠感受性を低減させて、疲労強度を高める
効果を有する。

かかる効果を有効に得るためには、少なくとも０゜５％
以上を添加することが必要であるが、しかし、過多に添
加しても、上記効果が飽和し、鋼製造の経済性からも好
ましくないので、本発明において用いる鋼によれば、Ｎ
ｉは２．４％以下の範囲で添加される。特に好ましい範
囲は２．０％以下である。

更に、浸炭部品の疲労強度を一層高めるには、上記表面
圧縮残留応力と表面硬さを上昇させると共に、本発明に
従って、浸炭最表層部に面積率にて１０〜４０％、好ま
しくは３０〜４０％の範囲にて、残留オーステナイトを
共存させることが特に有効である。

Ｍｏは、前述したように、粒界酸化物を形成し難いので
、浸炭最表層部の焼入れ性を確保するために、極めて重
要な元素である。この効果を有効に得るために、本発明
にて用いる鋼には、０．５０％を越える範囲で添加され
る。添加量が０．５０％以下であるときは、浸炭条件に
よっては、浸炭最表層部において、十分な硬さを得るこ
とができないのみならず、場合によっては、不完全焼入
れ組織が生成して、切欠感受性が高まる。しかし、過多
に添加することは、炭化物を多量に形成し、焼入れ性の
向上効果を却って損なうので、添加量の上限は１．０％
とする。

特に、浸炭製品において、浸炭最表層部に十分な焼入れ
性を確保すると同時に、高い靭性を得るためには、Ｍｏ
とＮｉの合計量を２．５％以下の範囲とすることが好ま
しい。

本発明による駆動伝達製品は、上記したような鋼よりな
る熱間圧延材や熱間鍛造材等を駆動伝達部品に応じて所
要形状に成形加工した後、これを常法に従って浸炭処理
して、浸炭最表層部仁尾残留オーステナイト量を面積率
にて１０〜４０％の範囲とすることによって得ることが
できる。しかし、本発明において、浸炭処理の方法は、
特に限定されるものではなく、例えば、ガス浸炭法のほ
か、真空浸炭法やイオン浸炭法も用いることができる。

１１Ｆと火星 以上のように、本発明による駆動伝達部品としての浸炭
製品は、所定量のＭｏの添加によって、浸炭最表層部の
焼入れ性を確保すると共に、所定量のＮｉを添加して、
浸炭最表層部における切欠感受性を低減させた鋼を用い
、これを浸炭して、その浸炭最表層部の残留オーステナ
イト量を所定の範囲としたので、非常に高い疲労強度を
有する。

特に、本発明による歯車は、浸炭最表層部が十分に焼入
れされていると共に、高い靭性を有するために、歯元疲
労強度に著しくすぐれる。

大嵐斑 以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例により何ら限定されるものではない。

１５０　ｋｇの真空炉にて第１表に示す化学組成を有す
る鋼を溶製し、これらを２５鰭径に熱間鍛造、焼鈍、機
械加工、浸炭した後、その性質を調べた。

本発明鋼は、本発明にて規定する化学成分を存する鋼を
意味し、比較鋼は、化学成分についての規定をはずれる
鋼を意味する。尚、第１表には、それぞれの鋼のＤ１値
を併せて示す。

材料特性 第２表に上記のそれぞれの鋼の材料特性、即ち、表面硬
さ、表面残留応力及び面積率による表面残留オーステナ
イト量を示す０表面残留オーステナイト量は、走査型電
子顕微鏡にて５０００倍にて組織写真を撮影し、写真中
の残留オーステナイト部の面積率を測定することによっ
て求めた。第２表において、比較鋼３及び４においては
、浸炭最表層部に不完全焼入れ組織が残存している。

また、表面残留オーステナイト量が３０．２％である本
発明鋼１の電子顕微鏡写真を第１図に示し、表面残留オ
ーステナイト量が４８．３％である比較鋼の電子顕微鏡
写真を第２図に示す。

回転曲げ疲労特性 小野式回転曲げ疲労試験結果を第３図に示す。

試験は、平行部直径８Ｎの試験片を用いて、２０℃にて
回転数３６００ｒｐｍにて行なった。

転勤疲労特性 スラスト型試験機にて、潤滑油としてタービン油＃Ｉ８
０を用いて、接触応力５００　ｋｇｆ／ｍｍ”、回転数
３００Ｏｒｐｍの条件にて、応力繰返し回数と累積破損
率との関係を調べた。結果を第４図に示す。

歯車としての疲労特性 本発明＃Ｉ及び比較鋼４をそれぞれ用いて、モジュール
２５、圧力角２０°、歯数２９枚（相手歯車歯数３０枚
）、基準ピッチ円直径７２．５　ｍｍ、歯厚１０ｔｍの
歯車を製作し、９２５℃の温度にて３．５時間浸炭した
後、炉冷し、次いで、８５０℃の温度にて３０分間加熱
した後、油中に焼入れし、次いで、１８０℃の温度にて
２時間保持して、空冷した。

このように処理した歯車に動力循環式歯車疲労試験機に
て繰返し応力を与え、繰返し数ｌＸｌ０”回の試験の後
、歯の折損の起こらない最大歯元強度を歯元強度とした
。その結果、本発明鋼による歯車は、歯元強度は７０ｋ
ｇｆ７ｍＩｌ”であったが、比較！！４４による歯車は
、６６　ｋｇｆ／ａＮ”であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明鋼の一例を浸炭した後の浸炭最表層部
のＭｉ襟を示す電子顕微鏡写真、第２図は、比較鋼の一
例を浸炭した後の浸炭最表層部の組織を示す電子顕微鏡
写真、第３図は、本発明鋼の回転曲げ疲労強度を比較鋼
のそれとと共に示すグラフ、第４図は、応力繰返し数と
累積破損率との関係にて転動疲労特性を示すグラフであ
る。 第１図− ２、−＜” 企明憾　　　え較愼 第４図 た力社送し級（目）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％にて Ｃ　０．１５〜０．３０％、 Ｓｉ　０．１０％以下、 Ｍｎ　０．３〜１．０％、 Ｐ　０．０１０％以下、 Ｓ　０．００５〜０．０１５％、 Ｏ　１５ｐｐｍ以下、 Ｃｒ　０．２〜１．５％、 Ｎｉ　０．５〜２．４％、 Ｍｏ　０．５０％を越えて、１．０％以下、残部鉄及び
   不可避的不純物よりなる鋼組成を有し、浸炭処理後の浸
   炭最表層部における残留オーステナイト量が面積率にて
   １０〜４０％の範囲にあることを特徴とする疲労強度に
   すぐれる駆動伝達部品。
2. （２）鋼組成において、ＭｏとＮｉとの合計量が２．５
   ％以下の範囲にあることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の駆動伝達部品。