KR20110130381A - 고강도 침탄 고주파 담금질 부품의 제조방법 - Google Patents

고강도 침탄 고주파 담금질 부품의 제조방법 Download PDF

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고키 미즈노
도시유키 모리타
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Abstract

본 발명은 표면경화 처리를 한 기계부품을 제조하는 것과 관련해서, 침탄과 고주파 담금질의 병용을 가능하게 하고, 전체로서 변형이 작으면서 표면강도가 높은 기계부품을 제공한다. 본 발명에 따른 기계부품 및 제조방법은 질량 %로서, C: 0.10 ~ 0.30%, Si: 0.50 ~ 3.00%, Mn: 0.30 ~ 3.00%, P: 0.030% 이하, S: 0.030% 이하, Cu: 0.01 ~ 1.00%, Ni: 0.01 ~ 3.00%, Cr: 0.20 ~ 1.00%, Al: 0.20% 이하 및 N: 0.05% 이하를 함유하고, 나머지가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 또 [Si %] + [Ni %] + [Cu %] - [Cr %] > 0.50의 조건을 만족하는 합금조성을 갖는 강을 부품 형상으로 가공하고, 진공 침탄처리를 실시한 뒤에 서냉시키고, 이후 고주파 담금질에 의해 표면을 경화시킨다.

Description

고강도 침탄 고주파 담금질 부품의 제조방법{METHOD FOR MAKING HIGH-STRENGTH PART USING CARBURIZING AND HIGH-FREQUENCY HARDENING}
본 발명은 강의 표면경화 처리를 위한 수단으로서 침탄과 고주파 담금질을 병용한 기계부품에 관한 것이다.
강(鋼)을 재료로 하며 높은 표면경도가 요구되는 기계부품, 예를 들면 기어를 제조하는 경우에 표면경화 처리수단으로는 침탄과 고주파 담금질이 대표적이다. 침탄은 부품 표면의 탄소농도를 증가시키는 조작으로서, 이에 의해 높은 강도를 얻을 수 있지만, 침탄에 이어서 담금질에 의해 부품의 내부까지 마텐자이트화시키기 때문에, 잔류 변형이 크다는 문제가 있다. 한편, 고주파 담금질은 부품의 내부조직을 변화시키지 않고 표면만 경화시키는 처리이기 때문에, 변형이 작은 이점이 있지만, 제조성의 관점에서 볼 때에 도달될 수 있는 표면 탄소농도에는 한계가 있어, 매우 높은 강도는 기대할 수 없다.
침탄과 고주파 담금질을 조합시키고 상기 침탄과 고주파 담금질의 장점을 합쳐서 실현하려는 표면처리가 이전부터 시도되어 왔다. 그 중 하나로서, 특정한 탄소 포텐셜(carbon potential)의 조건하에서 침탄 담금질을 하여 표층 탄소농도와 중심부 탄소농도의 차이를 일정 값 이상으로 한 침탄품(침탄 제품)을 얻고, 이러한 침탄품에 대하여 침탄시의 모든 경화층 깊이의 0.3 ~ 1.5배를 오스테나이트화시키는 고주파 담금질을 행하는 기술이 제안되었다(일본 특개소 64-36779호 참조). 상기와 같이 제안된 기술에 의하면, 침탄 제품의 피로 강도를 좌우하는 구(舊) 오스테나이트 결정 입도를 JIS 입도번호로 했을 때 상기 입도번호 중 10번 이상으로 세립화(細粒化)시킬 수 있다.
특정한 합금조성의 표면경화강을 침탄 담금질한 후, 400 ~ 600℃로 뜨임 처리를 하고, 그 다음에 고주파 담금질을 실시해서, 뜨임에 의해 연화된 침탄층의 경도를 부활시키는 것도 제안되었다(일본 특개평 5-255733호 참조). 이러한 방법에 의한 제품은 인장강도, 충격강도, 침탄층 경도 등과 같이 침탄 제품에 통상적으로 요구되는 여러가지 특성을 충분히 확보한 후에 우수한 내지연파괴성(지연파괴저항성)을 갖는다.
부품의 피로강도나 충격강도를 개선하기 위해서는 결정립(결정입자)을 미세화시킬 필요가 있고, 표면경화된 부품에 있어서 결정립 미세화를 실현시켜서, 침탄침질 담금질에 이어 강을 오스테나이트 영역까지 승온(온도를 상승)시켜서 담금질하는 제2담금질 공정을 행하는 열처리 방법이 제안되었다(일본 특개평 10-18020호 참조). 이 방법에 의한 경우, 침탄침질 담금질에 의해 탄소 및 질소를 함유하는 강이 오스테나이트로부터 마텐자이트로 변태(transformation)하고, 그 다음에 제2담금질에 의해서 결정립이 미세하게 된다.
본 발명자는 침탄 공정에서는 담금질하지 않고 서냉(서서히 냉각)시키고, 계속되는 고주파 담금질에 의한 담금질을 행함으로써, 침탄 담금질이 야기시키는 변형의 발생을 방지하면서 표면경도가 높아지게 했다. 침탄 부품의 제조에 상용되어 온 JIS 분류에 의한 강의 종류 중에서 SCR420이나 SCM420을 소재로서 사용하면, 원하는 강도를 얻을 수 없다. 이와 같은 원인을 추적한 결과, 침탄에 의해 생성된 탄화물이 고주파 담금질의 공정에서는 매트릭스(matrix)에 용해되지 않고 잔존하고, 침탄품 탄화물이 기점으로 되어서 파괴가 진행하기 때문이다. 고주파 담금질은 가열 시간이 짧기 때문에, 탄화물이 용해할 여유가 없는 것이다. 이를 방지하기 위해서는 탄소농도를 낮출 필요가 있지만, 표면의 탄소농도와 강도는 비례하므로, 탄소농도를 낮추면 강도가 약해진다.
침탄의 수단으로서는 일반적인 가스 침탄이 이용되었지만, 근래 들어서는 상기 가스 침탄에 부가해서 진공 침탄이 많이 채용되고 있다. 진공 침탄법은 가스 침탄법에 비하여,
1) 침탄시의 입계산화(粒界酸化)를 피할 수 있기 때문에 높은 강도를 얻기가 쉽고,
2) 고온에서의 조업이 용이하므로 신속하게 침탄할 수 있고,
3) 러닝코스트(running cost)가 낮은 등의 이점이 있어서,
이를 고려하여 각종의 기어나 샤프트의 제조에 이용하고 있다. 그러나, 부품의 위치에 따라 탄소농도의 차이가 크고, 특히 에지 형상의 부분은 고농도로 이루어지기가 쉽다. 따라서, 잔존(남아있는) 탄화물량도 많아지는 문제가 있기 때문에, 고주파 담금질을 조합하는 것은 더욱 곤란하다. 이에 따라, 발명자는 탄화물이 생성하기 어려운 합금조성을 선택함으로써, 고주파 담금질시에 탄화물 용해가 필요없는 메카니즘을 고려하여 이를 실현하는 침탄용 강의 합금조성을 확립했다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 고려하여, 기계부품의 제조에 대하여 침탄과 고주파 담금질을 함께 이용해서 제품을 얻는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로, 본 발명은 침탄 후에는 서냉시킴으로써 조직의 마텐자이트화를 방지하고, 그 후에 고주파 담금질을 해서, 전체로서 변형이 작아지게 하면서 표면강도가 높은 기계부품을 제공한다.
본 발명에 따른 기계부품은 질량 %로서, C(탄소): 0.10 ~ 0.30%, Si(규소): 0.50 ~ 3.00%, Mn(망간): 0.30 ~ 3.00%, P(인): 0.030% 이하, S(황): 0.030% 이하, Cu(구리): 0.01 ~ 1.00%, Ni(니켈): 0.01 ~ 3.00%, Cr(크롬): 0.20 ~ 1.00%, Al(알루미늄): 0.20% 이하 및 N(질소): 0.05% 이하를 함유하고, 나머지가 Fe(철) 및 불가피한 불순물로 이루어지고,
[Si %] + [Ni %] + [Cu %] - [Cr %] > 0.50
의 조건을 만족하는 합금조성을 갖는 강을 부품 형상으로 가공하고(본 명세서 및 청구항에서, "가공"이란 "단조", "열처리가공", "기계가공" 및 "일반적인 가공" 등을 모두 포함함), 상기 강을 진공 침탄처리를 실시한 뒤에 서냉시키고, 이후 상기 강을 고주파 담금질에 의해 표면을 경화시켜서 이루어진다. 이러한 합금조성에서는 침탄시에 탄화물 생성이 적게 되고, 또한 서냉시에 발생하는 탄화물에 대해서도 고주파 담금질시의 재가열에 따라 용이하게 용해시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기계부품의 제조방법은 강을 부품 형상으로 가공하고, 상기 강은 질량 %로서 C: 0.10 ~ 0.30%, Si: 0.50 ~ 3.00%, Mn: 0.30 ~ 3.00%, P: 0.030% 이하, S: 0.030% 이하, Cu: 0.01 ~ 1.00%, Ni: 0.01 ~ 3.00%, Cr: 0.20 ~ 1.00%, Al: 0.20% 이하, N: 0.05% 이하 및 Fe과 불가피한 불순물로 이루어진 나머지를 함유하는 합금조성을 갖고, 상기 합금조성은 [Si %] + [Ni %] + [Cu %] - [Cr %] > 0.50의 조건을 만족하고 - 여기에서 [Si %], [Ni %], [Cu %] 및 [Cr %]는 Si의 농도, Ni의 농도, Cu의 농도 및 Cr의 농도를 각각 나타냄 -; 상기 강을 진공 침탄처리를 실시한 뒤에 서냉시키고; 그리고 이후 상기 강을 고주파 담금질을 하여 상기 강의 표면을 경화시켜서 이루어진다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 기계부품은 상기의 합금조성을 갖는 재료를 사용함으로써, 침탄시에 탄화물의 생성이 적기 때문에 침탄 담금질을 행하지 않고 서냉하고, 담금질을 고주파 담금질에 의하는 경우에도 잔류 탄화물로 인한 문제를 방지할 수 있다. 고주파 담금질은 다량의 탄화물을 용해시키는 것이 가능하지 않지만, 이는 그럴 필요가 없기 때문이다. 침탄에 이어서 담금질이 없기 때문에, 마텐자이트의 생성에 따른 변형의 발생이 적고, 고주파 담금질도 역시 변형이 적은 담금질법이어서, 양자가 상호작용하여 얻을 수 있는 기계부품은 변형이 거의 없는 제품으로 된다.
고주파 담금질을 할 경우, 종래에는 잔류 탄화물을 적게 하기 위하여, 표면 탄소농도를 낮게 설정한 침탄을 행하지 않을 수 없었다. 그러나, 침탄시에 탄화물의 생성이 적고, 또한 서냉시에 생기는 탄화물에 대해서도 고주파 담금질시의 재가열에 따라 용이하게 용해시킬 수 있는 본 발명의 경우, 표면에 충분한 탄소농도를 부여할 수 있고, 제품의 표면경도를 증대시켜서 고강도로 할 수가 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 기계부품은 변형이 거의 없으면서 고강도의 제품이다.
전술한 목적, 특징들 및 장점은 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 기계부품에서 재료로 되는 침탄용 강은 전술한 필수 합금성분에 부가해서, 다음의 임의의 첨가 성분 중 하나 또는 두개를 함유할 수 있다.
(a) Mo(몰리브덴): 2.00% 이하
(b) Nb(니오브, niobium): 0.20% 이하, Ti(티타늄): 0.20% 이하, B(붕소): 0.01% 이하 중 1종류 또는 2종류 이상
본 발명에서 사용하는 침탄용 강의 조성에 대해서, 필수성분 및 임의성분을 차례대로 설명하면 다음과 같다.
C: 0.10 ~ 0.30%
상기 C 양은 기계부품으로서 필요한 강도를 얻을 수 있는 적절한 범위이다.
Mn: 0.30 ~ 3.00%
Mn은 탈산제로서 강의 용제(溶製; 용융 제조)시에 첨가되지만, 탄화물의 생성에는 그다지 영향을 주지 않기 때문에, 그 양은 상기의 넓은 범위로부터 선택할 수 있다. 여기에서, 상기 Mn은 0.6 ~ 1.5%가 더욱 바람직하다.
P: 0.030% 이하, S: 0.030%이하
이들은 불순물이며, 제품의 기계적 성질에 있어서 바람직하지 못한 성분이기 때문에, 그 양은 적은 것이 좋다. 상기의 값은 또한 허용 한도이다.
Si: 0.50 ~ 3.00%, Ni: 0.01 ~ 3.00% 및 Cu: 0.01 ~ 1.00%
Si, Ni 및 Cu는 전술한 바와 같이, 탄화물의 생성을 억제하는 성분이며, 각각 상기 하한값 이상이면서 이들의 양의 합계로부터 Cr의 양을 뺀 값이 0.50을 초과하도록 첨가하지 않으면 안된다. 그러나, 대량의 첨가는 열간 가공성을 저하시키기 때문에, 각각 상기와 같이 상한을 설정했다. 여기에서, 상기 Si는 0.8 ~ 1.5%가 더욱 바람직하다.
Cr: 0.20 ~ 1.00%
Cr은 탄화물의 생성을 촉진하는 성분이기 때문에, 본 발명의 침탄용 강에 있어서는 다량으로 존재시킬 수 없다. 1.00%는 탄화물의 생성을 억제하는 성분이 다량인 경우에 가능한 Cr 양의 상한이다. 1.00%보다 많은 Cr 양은 가공성 특히 피삭성의 관점으로부터 볼 때, 첨가하지 않는 것이 좋다. 다만, 지나치게 저감시키면, 담금질성이 낮아져서 제품의 기계적 특성이 악화되기 때문에, 하한값으로서 0.20%를 설정했다.
Al: 0.20% 이하
Al은 탈산제로서 첨가되지만, 과대하게 첨가되면 강 중에 알루미나가 형성되어 강도의 저하를 초래하기 때문에 방지해야 한다. 또한, 알루미나의 형성은 가공성을 손상시키는 점에서도 바람직하지 않다. 이와 같은 점에서, 0.20%까지의 Al 첨가량을 선택하는 것이 좋다. 한편, Al은 결정립의 조대화(粗大化)를 억제하는 기능도 있어서, 그 효과를 얻기 위한 경우에는 0.005% 이상을 첨가하는 것이 좋다.
N: 0.05% 이하
N가 존재하면, 결정립의 조대화를 방지하는 작용이 있어서, 적어도 0.001%를 존재시키는 것이 바람직하다. 이 효과는 0.05%정도에서 포화하므로, 이 한계를 초과해서 존재시키는 것은 의미가 없다.
Mo: 2.00% 이하
담금질성을 향상시키고, 뜨임 연화 저항성을 향상시키기 위해 첨가할 수 있다. 다량으로 되면 강의 가공성을 악화시키므로, 2.00% 이하의 적절한 첨가량을 선택해야 한다. 여기에서, 상기 Mo은 0.5% 이하가 더욱 바람직하다.
Nb(니오브, niobium): 0.20% 이하, Ti: 0.20% 이하
이들의 성분은 침탄시에 생기는 결정립의 성장을 억제하고, 정립조직(整粒組織, 결정립(입자)을 정렬한 조직)을 유지하는 목적에 있어서 유효하다. 과대한 첨가는 가공성에 악영향을 미치므로, 각각 상기의 한계 내의 첨가량으로 한정한다.
B: 0.01% 이하
B는 담금질성을 향상시키는데 효과가 있기 때문에, 의도하는 바에 따라 첨가한다. 대량의 존재는 가공성에 있어서 유해하기 때문에, 0.01% 이하의 첨가량을 선택한다.
[Si %] + [Ni %] + [Cu %] - [Cr %] > 0.50
전술한 바와 같이, Si, Ni 및 Cu는 탄화물의 생성을 억제하는 한편 Cr은 증가시키기 때문에, 상기 Si, Ni 및 Cu의 영향과 상기 Cr의 영향을 밸런스시켜 억제 효과가 증가되도록 함으로써, 침탄한 표면층에 있어서의 탄화물의 생성이 억제되어 탄화물을 용해시키기 어려운 고주파 담금질을 채용하여도, 잔류 탄화물로 인한 강도의 저하를 막을 수 있다.
본 발명에 따른 기계부품의 제조공정과 관련해서, "부품형상으로 가공"하는 것은 압연, 단조, 기계가공 및 이들을 조합하는 것을 포함하고, 여러 수단을 채용하는 것이 가능하다. 가공한 후의 침탄방법은 진공 침탄으로 이루어진다. 진공 침탄의 감압도는 0.001 ~ 0.1bar인 것이 적절하다. 침탄 후의 서냉은 1℃/초 이하의 냉각속도로 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기계부품에 있어서는 표면의 탄소농도를 0.85% 이상의 높은 농도로 할 수 있고, 또한 이렇게 하는 것이 바람직하다. 일반적인 침탄 담금질을 행한 기계부품에 있어서는 표면 탄소농도의 증가에 따라 표면경도가 커지고, 약 0.8%에서 최고 값을 얻을 수 있으며, 그 이상의 탄소농도가 되면 오히려 표면경도는 저하되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 일반적으로 표면 탄소농도가 0.8% 전후로 되도록 침탄을 행한다. 이는 침탄 담금질에 의해 생기는 잔류 오스테나이트가 연화되기 때문이다. 그런데, 본 발명에서는 고주파 담금질을 하기 때문에, 잔류 오스테나이트의 생성이 없으며 연화가 발생하지 않기 때문에, 표면 탄소농도가 증가해서 0.8%를 초과하여도 표면경도의 저하는 나타나지 않는다. 그러므로, 표면 탄소농도를 0.85% 이상, 더 나아가 0.90% 이상의 높은 값으로 함으로써, 더욱 높은 표면경도를 실현할 수 있다. 다만, 표면 탄소농도의 증가에 따라 표면경도의 증가가 포화하는 경향을 나타내기 때문에, 과도하게 높은 탄소농도를 부여하는 것은 실질적으로 효과가 없다.
본 발명에 따른 고강도 침탄 고주파 담금질 부품의 기술은 여러 기계부품의 제조에 적용될 수 있지만, 특히 오토매틱 트랜스미션의 유성기어를 구성하는 피니언기어나 선기어에 적용하는 경우에 더욱 의미가 크다. 상기 선기어의 제조는 소정의 합금조성을 갖는 강을 압연하여 봉강(bar steel)으로 해서, 이를 절단하여 열간 단조를 행하고, 불림(normalizing) 처리를 해서 부품에 가까운 형상으로 블랭크가공한 후에 기어 컷팅(gear cutting) 가공 등의 기계가공을 행해서 침탄의 대상인 기어부품을 얻는데, 이러한 순서로 이루어지는 것이 일반적이다. 열간 단조 및 불림 처리의 공정은 열간 단조만으로 할 수도 있고, 풀림(annealing) 처리와 냉간 단조를 조합해서 할 수도 있다. 한편, 상기 피니언기어의 제조는 상기 공정에서의 열간 단조 및 불림 처리를 생략할 수가 있는데, 이 경우에는 강재를 직접 기계가공 하여 기어 형상으로 가공하는 것이 좋다. 어느 부품을 제조하더라도, 필요에 따라 침탄 전에 치면(齒面)의 쉐이빙(shaving) 가공을 행해도 좋고, 고주파 담금질 후에 치면의 연마를 행해도 좋다. 본 발명은 오토매틱 트랜스미션의 유성기어용의 피니언기어나 선기어에 적용할 수 있고, 상기 피니언기어의 경우에는 기계가공에 의해 기어 형상으로 가공하고, 상기 선기어의 경우는 단조와 기계가공에 의해 기어 형상으로 가공한다.
[실시예]
표 1은 합금조성을 나타낸 것으로, 표 1에 나타낸 합금조성의 침탄용 강을 용제(용융시켜 제조)했다. 각 재료를 아래와 같은 시험용 기어 형상으로 기계가공 하고,
모듈: 2.5 치수(齒數): 30
피치 원경: 82.753mm
치폭: 20mm 비틀림 각: 25도
아세틸렌 가스 또는 프로판 가스를 사용해서, 감압도를 0.001 ~ 0.1bar로 하여 900 ~ 1050℃로 유지하는 진공 침탄을 했다. 상기와 같은 침탄 후에 냉매로서 질소나 공기 등을 이용한 가스냉각에 의해 0.1℃/초의 냉각 속도로 500℃ 이하까지 서냉시켰다. 침탄한 기어에 대해서, 탄화물의 유무와 표면 탄소농도를 측정했다.
서냉 후의 기어를 아래와 같은 조건으로 고주파 담금질을 하여, 치면(齒面)에 담금질을 실시했다.
가열: 760 ~ 900℃로 10초 이내
유지: 760 ~ 900℃로 1분 이내
담금질: 200 ~ 2000℃/초의 수냉각(水冷却)
이러한 기어에 부하를 걸어 회전시키고, 107회의 회전에서 이뿌리(tooth root)가 파손에 도달하는 이뿌리 응력을 평가해서, 이뿌리 피로강도의 척도로 했다. 별도의 샘플 기어의 이뿌리에 숏피닝(shot peening)을 해서 이뿌리를 강화하고, 상기와 같이 부하를 걸어 회전시키고, 마찬가지로 107회의 회전에서 이뿌리가 파손에 도달하는 치면응력을 평가해서, 치면 피로강도의 척도로 했다. 시험의 결과를 침탄 후의 탄화물의 유무 및 표면 탄소농도와 함께 표 2에 나타낸다.
Figure pat00001
No. 침탄 가스 표면 탄소농도
질량(%)		 탄화물의
유무		 이뿌리 피로강도
(GPa)		 치면 피로강도
(GPa)
실시예 1 아세틸렌 0.88 무 1218 3.41
실시예 2 아세틸렌 0.86 무 1208 3.16
실시예 3 아세틸렌 0.82 무 1111 3.02
실시예 4 아세틸렌 0.87 무 1157 3.36
실시예 5 아세틸렌 0.87 무 1163 3.16
실시예 6 아세틸렌 0.88 무 1133 3.26
실시예 7 아세틸렌 0.76 무 1060 2.80
실시예 8 아세틸렌 0.84 무 1192 3.09
실시예 9 아세틸렌 0.77 무 1148 2.83
실시예 10 아세틸렌 0.82 무 1159 3.15
실시예 11 아세틸렌 0.85 무 1197 3.24
실시예 12 아세틸렌 0.79 무 1142 2.94
실시예 13 아세틸렌 0.69 무 1081 2.58
실시예 14 프로판 0.94 무 1224 3.54
실시예 15 아세틸렌 0.91 무 1225 3.43
실시예 16 아세틸렌 1.45 무 1541 5.30
실시예 17 아세틸렌 0.93 무 1217 3.48
실시예 18 아세틸렌 1.41 무 1551 5.11
실시예 19 아세틸렌 1.35 무 1431 5.01
비교예 1 아세틸렌 0.67 유 872 2.19
비교예 2 아세틸렌 0.78 유 81 2.14
비교예 3 아세틸렌 0.72 유 848 2.18
비교예 4 아세틸렌 0.84 유 820 2.17
비교예 5 아세틸렌 0.83 유 868 2.04
비교예 6 아세틸렌 0.76 유 864 2.08
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (5)

  1. 강을 부품 형상으로 가공하고,
    상기 강은 질량 %로서 C: 0.10 ~ 0.30%, Si: 0.50 ~ 3.00%, Mn: 0.30 ~ 3.00%, P: 0.030% 이하, S: 0.030% 이하, Cu: 0.01 ~ 1.00%, Ni: 0.01 ~ 3.00%, Cr: 0.20 ~ 1.00%, Al: 0.20% 이하, N: 0.05% 이하 및 Fe과 불가피한 불순물로 이루어진 나머지를 함유하는 합금조성을 갖고, 상기 합금조성은 [Si %] + [Ni %] + [Cu %] - [Cr %] > 0.50의 조건을 만족하고(여기에서 [Si %], [Ni %], [Cu %] 및 [Cr %]는 Si의 농도, Ni의 농도, Cu의 농도 및 Cr의 농도를 각각 나타냄),
    상기 강을 진공 침탄처리를 실시한 뒤에 조직의 마텐자이트화를 피하여 서냉시키고,
    이후 상기 강을 고주파 담금질을 하여 상기 강의 표면을 경화시키며,
    상기 고주파 담금질시의 가열 유지온도가 760 ~ 900℃이고,
    상기 진공 침탄처리에 의해 표면 탄소농도가 0.85 ~ 1.50%가 되는
    기계부품의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강의 합금조성은 질량 %로서 Mo: 2.00% 이하를 더 함유하는
    기계부품의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 강의 합금조성은 질량 %로서 Nb: 0.20% 이하, Ti: 0.20% 이하 및 B: 0.01% 이하로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종류를 더 함유하는
    기계부품의 제조방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 침탄 후의 서냉은 1℃/초 이하의 냉각 속도로 실시되는
    기계부품의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 침탄 후의 서냉은 1℃/초 이하의 냉각 속도로 실시되는
    기계부품의 제조방법.
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Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5018586B2 (ja) * 2007-04-09 2012-09-05 大同特殊鋼株式会社 高強度浸炭高周波焼入れ部品
JP5305820B2 (ja) * 2008-10-08 2013-10-02 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 浸炭部品の製造方法及び鋼部品
US9212416B2 (en) 2009-08-07 2015-12-15 Swagelok Company Low temperature carburization under soft vacuum
JP5599211B2 (ja) * 2010-03-29 2014-10-01 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 軸受部品の製造方法及び軸受部品
US8733199B2 (en) 2010-04-01 2014-05-27 Aisin Aw Co., Ltd. Gears and its process of manufacture
US9506137B2 (en) 2010-12-08 2016-11-29 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Gas-carburized steel part excellent in surface fatigue strength, steel product for gas carburizing, and manufacturing method of gas-carburized steel part
FR2973043B1 (fr) * 2011-03-22 2014-08-22 Hispano Suiza Sa Procede de traitement d'une piece telle qu'un pignon
JP5505364B2 (ja) * 2011-04-22 2014-05-28 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 複合鋼部品及びその製造方法
AU2013210034A1 (en) 2012-01-20 2014-09-11 Swagelok Company Concurrent flow of activating gas in low temperature carburization
CN102560282A (zh) * 2012-01-30 2012-07-11 杜树芳 一种渗氮齿轮钢及其热处理方法
FR2999610B1 (fr) * 2012-12-13 2015-04-17 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de renforcement de pieces mecaniques soumises a la fatigue de contact
JP6174140B2 (ja) * 2013-06-20 2017-08-02 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 ギヤおよびその製造方法
JP6263874B2 (ja) * 2013-06-28 2018-01-24 愛知製鋼株式会社 高Ｓｉ浸炭用鋼の浸炭方法
CN103343213A (zh) * 2013-07-15 2013-10-09 南京金鑫传动设备有限公司 一种薄壁齿圈的热处理方法
JP6201534B2 (ja) * 2013-08-30 2017-09-27 大同特殊鋼株式会社 浸炭部品用鋼
CN105899697B (zh) 2013-12-27 2017-09-05 新日铁住金株式会社 渗碳钢部件的制造方法和渗碳钢部件
JP6263390B2 (ja) * 2014-01-17 2018-01-17 Ｊｆｅスチール株式会社 耐疲労性に優れた歯車用鋼および歯車
JP6414385B2 (ja) * 2014-02-27 2018-10-31 新日鐵住金株式会社 浸炭部品
JP6287656B2 (ja) * 2014-07-14 2018-03-07 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 プラネタリキャリアの製造方法及びプラネタリキャリア
WO2016189919A1 (ja) * 2015-05-26 2016-12-01 株式会社Ihi 熱処理装置
CN105714194B (zh) * 2016-02-29 2017-06-20 宝鸡石油机械有限责任公司 ZG20CrNiMnMo铸钢及其铸钢件制备方法
CN106555132B (zh) * 2016-12-02 2017-11-24 机械科学研究总院青岛分院 一种高碳铬轴承钢热处理工艺
JP7154073B2 (ja) * 2018-09-12 2022-10-17 大同特殊鋼株式会社 耐高面圧部品およびその製造方法
CN109609893B (zh) * 2019-01-22 2020-12-29 北京机电研究所有限公司 一种真空渗碳后细化组织的方法
CN110284071A (zh) * 2019-08-02 2019-09-27 宜兴市佳信数控科技有限公司 一种回转窑用超大齿轮及其制备方法
WO2021192131A1 (ja) * 2020-03-26 2021-09-30 オーエスジー株式会社 転造ダイス及びその製造方法
CN113462951B (zh) * 2021-06-29 2022-06-14 钢铁研究总院 一种超高强度、高韧性合金钢的制备方法
CN113478178B (zh) * 2021-07-05 2024-02-20 新程汽车工业有限公司 新型热成型门槛板
CN113699455A (zh) * 2021-08-31 2021-11-26 晋江市精特传动科技有限公司 一种耐用高强度的齿条及制作工艺

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6360257A (ja) * 1986-08-29 1988-03-16 Kobe Steel Ltd 耐ピツチング性に優れた浸炭用鋼
JP2579640B2 (ja) 1987-07-30 1997-02-05 新日本製鐵株式会社 高疲労強度肌焼品の製造方法
JPH05255733A (ja) 1992-03-10 1993-10-05 Sumitomo Metal Ind Ltd 耐遅れ破壊性浸炭肌焼鋼材の製造方法
EP0679725B1 (en) * 1994-03-29 2001-09-12 Mazda Motor Corporation Carburized hardening process and carburized hardened power transmission members
JP4079139B2 (ja) * 1994-03-29 2008-04-23 マツダ株式会社 浸炭焼入れ方法
JPH0860236A (ja) 1994-08-17 1996-03-05 Kobe Steel Ltd 高精度部品の製造方法
JPH08311607A (ja) * 1995-05-16 1996-11-26 Sumitomo Metal Ind Ltd 歯元曲げ強度に優れた低歪浸炭歯車およびその製造方法
JP3094856B2 (ja) 1995-08-11 2000-10-03 株式会社神戸製鋼所 高強度高靭性肌焼き用鋼
JP3436459B2 (ja) 1996-06-27 2003-08-11 アイシン精機株式会社 鋼の熱処理方法
JPH10147814A (ja) 1996-11-20 1998-06-02 Kobe Steel Ltd 熱処理歪みの少ない肌焼鋼製品の製法
JP3253293B2 (ja) * 1999-10-27 2002-02-04 三菱製鋼室蘭特殊鋼株式会社 浸炭および浸炭窒化用鋼
JP4514759B2 (ja) 1999-12-28 2010-07-28 株式会社リコー 電子写真感光体
JP4164995B2 (ja) * 2000-07-19 2008-10-15 いすゞ自動車株式会社 機械構造用合金鋼の表面改質方法及び表面改質材
US7416614B2 (en) * 2002-06-11 2008-08-26 Koyo Thermo Systems Co., Ltd. Method of gas carburizing
JP2004027266A (ja) * 2002-06-24 2004-01-29 Daido Steel Co Ltd 焼入用鋼
JP4102266B2 (ja) * 2003-07-31 2008-06-18 株式会社神戸製鋼所 表面硬化部品の製造方法及び表面硬化部品
US8430974B2 (en) * 2005-04-28 2013-04-30 Aisin Aw Co., Ltd. Carburized and induction-hardened component
JP4254816B2 (ja) * 2005-08-24 2009-04-15 大同特殊鋼株式会社 浸炭部品
EP1757711B1 (en) 2005-08-24 2013-03-27 Daido Steel Co.,Ltd. Carburized machine parts
CN100393903C (zh) 2005-08-26 2008-06-11 首钢总公司 一种强韧性低合金结构钢的生产方法
EP1889929B1 (en) * 2005-09-26 2013-01-02 Aisin Aw Co., Ltd. Method for the manufacture of carburized steel members .
JP5018586B2 (ja) * 2007-04-09 2012-09-05 大同特殊鋼株式会社 高強度浸炭高周波焼入れ部品

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