WO2014112230A1 - 摺動部材および摺動部材の製造方法 - Google Patents

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山口　拓郎
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日産自動車株式会社
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    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
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    • C23C8/20—Carburising
    • C23C8/22—Carburising of ferrous surfaces
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/36—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for balls; for rollers

Definitions

  • the present invention relates to a sliding member and a method for manufacturing the sliding member.
  • the bearing described in Patent Document 1 includes a DLC (Diamond Like Carbon) film on a sliding surface.
  • the DLC film is formed by dry coating such as sputtering at a temperature lower than 300 ° C.
  • the film when the film is formed by dry coating at a low temperature, the film hardness is lower than that at a high temperature and the adhesion between the substrate and the film is weak. Therefore, in order to exhibit sufficient sliding resistance even in a member where a larger load is applied and a large shearing force acts at a deeper location inside the member, such as a transfer part of a four-wheel drive vehicle, A further increase in hardness of the surface and a deep hardness distribution are required.
  • the surface of the member can be made harder by forming a film at a high temperature on a base material that is difficult to soften at a high temperature, such as mold steel, and a high internal hardness of the member can be ensured, the material such as mold steel is Since it is expensive, the cost may increase.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a sliding member having a high hardness surface and a deep hardness distribution and capable of reducing costs, and a method for manufacturing the sliding member. Objective.
  • the sliding member of the present invention for achieving the above object has a base material made of steel and a film formed on the surface of the base material.
  • the carbon content of the substrate decreases from the surface of the substrate toward the inside.
  • the film is formed of a carbide containing at least one element selected from the group consisting of Group 4A, Group 5A, and Group 6A transition metal elements in the periodic table.
  • the manufacturing method of the sliding member of the present invention for achieving the above object includes a carburizing step of carburizing a base material formed of steel having a carbon content of 0.15 wt% or more and 0.5 wt% or less.
  • the manufacturing method of the sliding member of the present invention includes at least one element selected from the group consisting of Group 4A, Group 5A and Group 6A transition metal elements in the periodic table after the carburizing step.
  • the film formed on the surface of the substrate is made of a transition metal of Group 4A, Group 5A, and Group 6A in the periodic table. Since it consists of a carbide containing at least one selected from the group, the hardness of the film is high, and thus the surface of the sliding member can be made high.
  • the base material is formed from expensive and difficult-to-work materials such as mold steel containing a large amount of alloy components necessary to form a high hardness film made of carbide. Therefore, cost can be reduced.
  • FIG. 3 is an arrow view seen from an arrow 2 in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view showing a partially enlarged cross section along line 3-3 in FIG. 1.
  • the first roller 10 and the second roller 20 as sliding members transmit power by a traction drive.
  • the first roller 10 and the second roller 20 are provided in a transfer of a four-wheel drive vehicle.
  • the first roller 10 is provided on an input shaft 30 connected to an output shaft that extracts power from the engine.
  • the input shaft 30 is connected to a rear propeller shaft that transmits power to the left and right rear wheels at the other end opposite to one end connected to the output shaft.
  • the second roller 20 is provided on an output shaft 40 connected to a front propeller shaft that transmits power to the left and right front wheels.
  • a thin oil film 50 is interposed between the first roller 10 and the second roller 20.
  • a radial pressing force is applied to the first roller 10 and the second roller 20.
  • a mechanism for applying and adjusting the pressing force a conventionally known mechanism can be applied.
  • the first roller 10 and the second roller 20 slide through the oil film 50.
  • the oil film 50 is cured.
  • the second roller 20 rotates upon receiving a shearing force (traction) acting on the hardened oil film 50. As a result, power is transmitted from the first roller 10 to the second roller 20.
  • the power from the engine is transmitted to one end of the input shaft 30 and from the other end of the input shaft 30 to the left and right rear wheels.
  • the power from the engine is transmitted from the first roller 10 to the second roller 20, and is transmitted from the output shaft 40 to the left and right front wheels.
  • the power transmitted from the first roller 10 to the second roller 20 can be adjusted, and the power transmission to the second roller 20 can be interrupted.
  • the four-wheel drive can be switched to the two-wheel drive.
  • the first roller 10 has a base material 11 formed of steel and a high hardness film 12 formed on the surface of the base material 11.
  • the film 12 is made of vanadium carbide.
  • the hardness of the film 12 is, for example, 2500 to 3500 HV in terms of Vickers hardness. In the present application, the hardness is represented by Vickers hardness.
  • the carbon content decreases from the surface of the substrate 11 toward the inside.
  • the depth until the decrease in the carbon content from the surface of the substrate 11 is saturated, the so-called total carburized layer depth, is preferably 3 mm or more, but there is no upper limit, but the carburized layer is deepened, that is, during carburizing. In consideration of the economy of increasing the amount of carbon, 4 mm or less is preferable.
  • the hardness of the surface of the base material 11 is preferably 600 HV or more, and there is no particular upper limit. However, increasing the hardness reduces workability such as lapping, and increases the labor for increasing the hardness, thereby reducing the economic efficiency. Therefore, 900 Hv or less is preferable.
  • the amount of retained austenite in the vicinity of the surface of the base material 11, for example, from the surface of the base material 11 to a depth of 0.2 mm is preferably 20% or less.
  • the hardness of the base material 11 shows a correlation with the carbon content.
  • the hardness of the base material 11 decreases from the surface of the base material 11 toward the inside.
  • the depth from the surface of the base material 11 until the hardness decreases to the reference hardness of 513 HV (effective hardened layer depth) is preferably set so that the first roller 10 and the second roller 20 are pressed against each other.
  • the length of the major axis of the contact ellipse formed on the sliding surface is 0.6 times or more.
  • the first roller 10 and the second roller 20 are formed on the sliding surfaces of the first roller 10 and the second roller 20 because they rotate while applying a large pressing force to transmit power by the traction drive.
  • the contact ellipse is generally larger than the contact ellipse generated in the bearing that supports the member without transmitting power.
  • the first roller 10 is manufactured by a carburizing process in which the base material 11 is carburized, a film forming process in which the film 12 is formed on the surface of the base material 11 after the carburizing process, and a film forming process.
  • the base material 11 having a substantially cylindrical shape or a substantially disk shape is formed by machining the steel.
  • the carbon content of the material steel is, for example, 0.15 wt% or more and 0.5 wt% or less.
  • the material steel is, for example, chrome steel.
  • the base material 11 is subjected to a quenching process and a tempering process in order to adjust the structure and hardness of the steel. After these heat treatments, the base material 11 is lapped before the carburizing step.
  • the substrate 11 is subjected to gas carburizing treatment.
  • the carburizing process may be other processes such as a vacuum carburizing process or a plasma carburizing process.
  • the carburizing treatment is preferably a high concentration carburizing treatment.
  • the base material 11 subjected to the carburizing treatment is subjected to a quenching treatment and a tempering treatment. After these heat treatments, the substrate 11 is lapped before the film formation step.
  • the base material 11 that has been subjected to carburizing treatment is immersed in a high-temperature molten salt bath for a certain period of time, whereby a film 12 is formed on the surface of the base material 11.
  • the high temperature salt bath treatment in which the substrate 11 is immersed in a high temperature molten salt bath for a certain time is, for example, a TD treatment.
  • the molten salt bath contains, for example, borax added with Fe-V metal powder.
  • the temperature of the molten salt bath is, for example, 1000 ° C. to 1300 ° C., but is not limited thereto.
  • Carbon added to the vicinity of the surface of the base material 11 by the carburizing process is consumed for forming the film 12 and diffuses toward the inside of the base material 11 at a high temperature when the film 12 is formed.
  • the depth at which the carbon added by the carburizing treatment diffuses toward the inside of the substrate 11 can be adjusted by the temperature of the molten salt bath and the time of immersion in the molten salt bath.
  • the base material 11 on which the film 12 is formed is heated to 850 ° C. at a rate of 30 ° C./min, and then held at 850 ° C. for 1 hour, and then 50 minutes in oil over 15 minutes. Cool down to ° C.
  • the hot water refining process, the sub-zero process, and the tempering process may be performed in this order.
  • the sub-zero treatment and the tempering treatment may be repeated.
  • the number of repetitions is not particularly limited.
  • the configuration and manufacturing method of the second roller 20 are substantially the same as those of the first roller 10. For this reason, the overlapping description about the structure and manufacturing method of the 2nd roller 20 is abbreviate
  • the film 12 is made of vanadium carbide, the film 12 has a high hardness, and thus the surfaces of the first roller 10 and the second roller 20 can be made to have high hardness.
  • the film 12 made of vanadium carbide is formed while diffusing and penetrating into the base material 11, the adhesion between the film 12 and the base material 11 is good.
  • the hardness distribution spreads deeper into the steel as well as the change in carbon concentration distribution. As shown in FIG. 7, the effective hardened layer depth after the film formation by the high-temperature salt bath treatment increased as compared with that before the film formation.
  • the film 12 When the film 12 is formed on the base material 11 by the high-temperature salt bath treatment, carbon contained in the base material 11 is used for forming the film 12. For this reason, in the vicinity of the surface of the base material 11 adjacent to the film 12, there is a possibility that the amount of carbon decreases and the hardness decreases. Even if the film 12 itself has a high hardness, if the hardness in the vicinity of the surface of the substrate 11 is low, the film 12 may be broken when a large load is applied. On the other hand, in the present embodiment, the hardness in the vicinity of the surface of the substrate 11 is increased by the quenching process after the film forming process, so that the film 12 can be prevented from being broken.
  • the hardness of the base material 11 is reduced from the surface of the base material 11 to the inside without rapidly decreasing once in the vicinity of the surface of the base material 11. It decreases continuously toward.
  • materials such as mold steel have high hardness because they contain a relatively large amount of carbon. Therefore, workability is bad.
  • steel having a carbon content smaller than that of mold steel or the like and having a carbon content of, for example, 0.15 wt% or more and 0.5 wt% or less is used as a material for forming the base material 11. For this reason, it is excellent in workability, and it is easy to add carbon during the carburizing process.
  • the mold steel contains a relatively large amount of carbon
  • carbides were precipitated inside the substrate as indicated by reference numeral 13 in FIG. If such a large carbide is deposited, the hardness of the substrate may be reduced.
  • the material itself forming the base material 11 has a lower carbon content than the mold steel, and carbon is added in the vicinity of the surface of the base material 11 by the carburizing process. Further, it is difficult for the carbide to be precipitated inside the base material 11, and hence the hardness of the base material 11 can be prevented from being lowered.
  • the required depth of the hardness distribution differs depending on the sliding member.
  • the hardness of the surface of the base material 11 is 600 HV or more, and the effective hardened layer depth from the surface of the base material 11 to the inside is 0 of the length of the major axis of the contact ellipse formed on the sliding surface.
  • a deep hardness distribution suitable for a sliding member can be formed.
  • a general member such as a bearing subjected to a carburizing treatment has a total carburized depth of less than 1 mm.
  • a large shear force is applied to a deep portion inside the member as in this embodiment. When it acts, the sliding resistance cannot be fully exhibited.
  • a large surface pressure of, for example, 3 GPa is applied, and the applied load itself is large.
  • the surface temperatures of the first roller 10 and the second roller 20 instantaneously reach a high temperature of 250 ° C. to 400 ° C., for example.
  • a high hardness film 12 made of vanadium carbide is formed on the surface of the base material 11, and the depth until the decrease in carbon content is saturated is 3 mm or more.
  • the carbide constituting the film is not limited to vanadium carbide.
  • the carbide constituting the film may be other things such as chromium carbide and titanium carbide.
  • the sliding member is not limited to the roller that distributes the power by the transfer of the four-wheel drive vehicle as in the above embodiment.
  • the sliding member may be, for example, a bearing or a gear used in a foreign object environment or an environment with poor lubrication.

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Abstract

【課題】高硬度表面および深い硬度分布を有し、かつコスト抑制を図り得る摺動部材および摺動部材の製造方法を提供する。 【解決手段】摺動部材１０、２０は、鋼によって形成された基材１１と、基材の表面に形成された膜１２と、を有する。基材の炭素含有量は、基材の表面から内部に向かって低下している。膜は、周期律表における第４Ａ族、第５Ａ族および第６Ａ族の遷移金属元素からなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む炭化物によって形成されている。

Description

摺動部材および摺動部材の製造方法
　本発明は、摺動部材および摺動部材の製造方法に関する。
　部材同士が摺動する摺動面に硬質な膜を備える摺動部材がある。例えば特許文献１に記載の軸受は、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｌｉｋｅ　Ｃａｒｂｏｎ）膜を摺動面に備える。この軸受では、ＤＬＣ膜は、３００℃より低い低温でスパッタ法等のドライコーティングによって形成される。例えば特許文献２のように高温で成膜せず、低温で成膜することによって、膜が形成される基材の軟化を防止できる。
特開２００３－２２２１４３号公報 特開２００６－２４１４９６号公報
　しかし、低温のドライコーティングによって成膜すると、高温で成膜した場合に比べて膜の硬度が低く、また基材と膜との密着性が弱い。従って、四輪駆動車両のトランスファ部品のように、より大きな荷重が加わり、かつ大きなせん断力が部材内部のより深い箇所に作用する部材においても十分な耐摺動性を発揮するためには、部材表面のさらなる高硬度化、および深い硬度分布が必要である。
　一方、高温で軟化し難い例えば金型鋼等によって形成された基材に高温で成膜することによって部材表面をより高硬度にでき、かつ高い部材内部硬度を確保できるものの、金型鋼等の材料は高価であるため、コストが増加する虞がある。
　本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、高硬度表面および深い硬度分布を有し、かつコスト抑制を図り得る摺動部材および摺動部材の製造方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するための本発明の摺動部材は、鋼によって形成された基材と、基材の表面に形成された膜と、を有する。基材の炭素含有量は、基材の表面から内部に向かって低下している。膜は、周期律表における第４Ａ族、第５Ａ族および第６Ａ族の遷移金属元素からなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む炭化物によって形成されている。
　上記目的を達成するための本発明の摺動部材の製造方法は、炭素含有量が０．１５重量％以上０．５重量％以下である鋼によって形成された基材に浸炭処理を施す浸炭工程を有する。また、本発明の摺動部材の製造方法は、浸炭工程後、周期律表における第４Ａ族、第５Ａ族および第６Ａ族の遷移金属元素からなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む炭化物からなる膜を、基材の表面に形成する膜形成工程と、膜形成工程後、膜が形成された基材に焼入れ処理を施す焼入れ工程と、を有する。
　上記構成を有する摺動部材および摺動部材の製造方法にあっては、基材の表面に形成される膜が、周期律表における第４Ａ族、第５Ａ族および第６Ａ族の遷移金属からなる群より選択される少なくとも１つを含む炭化物からなるため、膜の硬度が高く、従って摺動部材の表面を高硬度にできる。
　また、上記炭化物からなる膜が形成される際、浸炭処理によって基材の表面近傍に添加された炭素が、その熱によってより深くまで基材の内部に拡散するため、基材において深い緩やかな硬度分布が得られる。
　さらに、浸炭処理によって基材に炭素を添加すれば、炭化物からなる高硬度な膜を形成するために必要な合金成分を多量に含む金型鋼等の高価かつ加工の困難な材料によって基材を形成する必要がなく、従ってコストを抑えられる。
四輪駆動車両のトランスファに備えられて動力を分配する摺動部材としての第１のローラおよび第２のローラを模式的に示す図である。 図１の矢印２から見た矢視図である。 図１の３－３線に沿う断面を部分的に拡大して示す部分拡大断面図である。 浸炭処理後の基材の表面近傍における炭化物割合の分布を示すグラフである。 図４に示す炭化物割合から計算した炭素濃度の分布を示すグラフである。 高温塩浴処理によって膜を形成した後の基材の炭素濃度の分布を示すグラフである。 高温塩浴処理によって膜を形成する前後における基材の硬度分布の変化を示す図である。 比較例として作製した試料の断面の観察像である。 実施形態に基づいて作製した試料の断面の観察像である。
　以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる。
　図１および図２において概説すると、摺動部材としての第１のローラ１０および第２のローラ２０は、トラクションドライブによって動力を伝達するものである。第１のローラ１０および第２のローラ２０は、四輪駆動車両のトランスファに備えられる。
　第１のローラ１０は、エンジンからの動力を取り出すアウトプットシャフトに接続する入力軸３０に備えられる。入力軸３０は、アウトプットシャフトに接続する一端とは反対側の他端で、左右後輪に動力を伝達するリヤプロペラシャフトに接続する。第２のローラ２０は、左右前輪に動力を伝達するフロントプロペラシャフトに接続する出力軸４０に備えられる。
　第１のローラ１０と第２のローラ２０との間に薄い油膜５０が介在する。第１のローラ１０および第２のローラ２０に径方向の押し付け力が付与される。押し付け力を付与するとともに調節する機構は従来公知のものを適用できる。
　第１のローラ１０と第２のローラ２０とは油膜５０を介して摺動する。第１のローラ１０が押し付け力を付与されつつ回転すると、油膜５０が硬化する。硬化した油膜５０に作用するせん断力（トラクション）を受けて第２のローラ２０が回転する。その結果、動力は第１のローラ１０から第２のローラ２０へ伝達される。
　エンジンからの動力は、入力軸３０の一端に伝わり、そして入力軸３０の他端から左右後輪へ伝わる。また、エンジンからの動力は、第１のローラ１０から第２のローラ２０に伝わり、そして出力軸４０から左右前輪へ伝わる。
　押し付け力を調節することによって、第１のローラ１０から第２のローラ２０へ伝達される動力を調節でき、また第２のローラ２０への動力伝達を遮断できる。第２のローラ２０への動力伝達を遮断することによって、四輪駆動から二輪駆動に切り替えられる。
　図３に示すように、第１のローラ１０は、鋼によって形成された基材１１と、基材１１の表面に形成された高硬度な膜１２と、を有する。膜１２は、バナジウム炭化物からなる。膜１２の硬度は、ビッカース硬さによって表すと、例えば２５００～３５００ＨＶである。本願では硬度をビッカース硬さによって表す。
　基材１１の表面から内部に向かって炭素含有量は低下する。基材１１の表面からの炭素含有量の低下が飽和するまでの深さ、いわゆる全浸炭層深さは、好ましくは３ｍｍ以上であれば上限は無いが、浸炭層を深くする、すなわち浸炭時の炭素量を増加させることの経済性を考慮すると４ｍｍ以下が好ましい。
　基材１１の表面の硬度は、好ましくは６００ＨＶ以上で特に上限は無いが、硬度を増加させることでラッピングなどの加工性が低下し、かつ硬度増加のための手間が増えて経済性が低下するため９００Ｈｖ以下が好ましい。基材１１の表面近傍、例えば基材１１の表面から深さ０．２ｍｍまでの間の残留オーステナイト量は、好ましくは２０％以下である。
　基材１１の硬度は、炭素の含有量と相関性を示す。基材１１の硬度は、基材１１の表面から内部に向かって低下する。硬度が低下して基準硬さである５１３ＨＶになるまでの基材１１の表面からの深さ（有効硬化層深さ）は、好ましくは、第１のローラ１０および第２のローラ２０が互いに押圧することによって摺動面に形成される接触楕円の長軸の長さの０．６倍以上である。第１のローラ１０および第２のローラ２０は、トラクションドライブによって動力を伝達するために大きな押し付け力を付与されながら回転するため、第１のローラ１０および第２のローラ２０の摺動面に形成される接触楕円は、動力を伝達せず部材を支持する軸受に生じる接触楕円に比べ一般的に大きい。
　第１のローラ１０の製造方法について述べる。
　概説すると、第１のローラ１０の製造方法は、基材１１に浸炭処理を施す浸炭工程と、浸炭工程後、膜１２を基材１１の表面に形成する膜形成工程と、膜形成工程後、膜１２が形成された基材１１に焼入れ処理を施す焼入れ工程と、を有する。
　浸炭工程前、鋼が機械加工されることによって、略円筒形状または略円盤形状を有する基材１１が形作られる。素材となる鋼の炭素含有量は、例えば０．１５重量％以上０．５重量％以下である。素材となる鋼は例えばクロム鋼である。
　機械加工後かつ浸炭工程前、鋼の組織および硬さを調整するため、基材１１に焼入れ処理および焼戻し処理が施される。これらの熱処理の後、浸炭工程前に基材１１にラッピング加工が施される。
　浸炭工程では、基材１１にガス浸炭処理が施される。浸炭処理は、例えば真空浸炭処理またはプラズマ浸炭処理等の他のものでもよい。浸炭処理は好ましくは高濃度浸炭処理である。浸炭処理された基材１１に焼入れ処理および焼戻し処理が施される。これらの熱処理の後、膜形成工程前に基材１１にラッピング加工が施される。
　膜形成工程では、浸炭処理が施された基材１１が高温の溶融塩浴剤中に一定時間浸漬されることによって、基材１１の表面に膜１２が形成される。基材１１を高温の溶融塩浴剤中に一定時間浸漬する高温塩浴処理は、例えばＴＤ処理である。溶融塩浴剤は、例えばＦｅ－Ｖの金属粉末を添加したほう砂を含む。溶融塩浴剤の温度は、例えば１０００℃～１３００℃であるが、これに限定されない。
　浸炭処理によって基材１１の表面近傍に添加された炭素は、膜１２の形成に費やされるとともに、膜１２が形成される際の高温下において基材１１の内部に向かって拡散する。浸炭処理によって添加された炭素が基材１１の内部に向かって拡散する深さは、溶融塩浴剤の温度、および溶融塩浴剤中に浸漬する時間によって調節できる。
　焼入れ工程では、膜１２が形成された基材１１は、例えば、３０℃／分の割合で８５０℃まで加熱された後、８５０℃で１時間保持され、その後、油中で１５分かけて５０℃まで冷却される。
　焼入れ工程後、湯戻し処理、サブゼロ処理、および焼戻し処理を、この順序で行ってもよい。サブゼロ処理と焼戻し処理とを繰り返してもよい。この繰り返しの回数は特に限定されない。これらの熱処理によって基材１１の表面近傍の残留オーステナイト量が減る。残留オーステナイト量は、例えばＸ線回折を利用して知ることができる。
　第２のローラ２０の構成および製造方法は第１のローラ１０と略同様である。このため、第２のローラ２０の構成および製造方法についての重複する説明を省略する。
　本実施形態の作用効果を述べる。
　本実施形態では膜１２がバナジウム炭化物からなるため、膜１２の硬度が高く、従って、第１のローラ１０および第２のローラ２０の表面を高硬度にできる。
　またバナジウム炭化物からなる膜１２は基材１１に拡散浸透しつつ形成されるため、膜１２と基材１１との密着性が良好である。
　また、膜１２が形成される際、浸炭処理によって基材１１の表面近傍に添加された炭素が基材１１の内部に拡散し、その結果として基材１１において深い緩やかな硬度分布が得られる。
　本発明者らが実際に鋼材の表面にバナジウム炭化物からなる膜を形成して作製した試料について解析したところ、高温塩浴処理によって膜が形成される前、浸炭処理された鋼材は、図４および図５に示すように鋼材の表面近傍に炭素を高濃度に含むことが確認された。一方、高温塩浴処理によって膜が形成された後では、図６に示すように、炭素濃度分布は鋼材内部に向かって緩やかに低下して鋼材内部のより深くまで広がっていた。
　硬度分布は、炭素濃度分布の変化と同様に鋼材の内部のより深くまで広がった。図７に示すように、高温塩浴処理による成膜後の有効硬化層深さは、成膜前に比べて増大した。
　以上のことから、浸炭処理によって基材１１の表面近傍に添加された炭素が、膜１２が形成される際の高温下で基材１１の内部に向かって拡散し、その結果、深い硬度分布を得られることが分かる。
　膜１２が高温塩浴処理によって基材１１に形成される際、基材１１に含まれる炭素が膜１２の形成に利用される。このため、膜１２に隣接する基材１１の表面近傍では炭素量が低下して硬度が低下する虞がある。膜１２自体が高硬度であっても基材１１の表面近傍の硬度が低ければ、大きな荷重が加わったときに膜１２が破断する虞がある。これに対し、本実施形態では、膜形成工程後の焼入れ工程によって、基材１１の表面近傍の硬度が高められ、そのため膜１２の破断を防止できる。膜形成工程後の焼入れ工程によって基材１１の表面近傍の硬度が高められる結果、基材１１の硬度は、基材１１の表面近傍で一旦急激に低下することなく、基材１１の表面から内部に向かって連続的に低下する。
　浸炭処理によって基材１１に炭素を添加するため、炭化物からなる膜１２を形成するために金型鋼等の炭素を比較的多く含む高価な材料によって基材１１を形成する必要がない。従ってコストを抑えられる。金型鋼等を用いるよりも浸炭処理によって炭素を添加した方がコストを抑えられる。
　また、金型鋼等の材料は炭素を比較的多く含むため高硬度である。従って加工性が悪い。しかし本実施形態では、基材１１を形成する素材として、金型鋼等に比べて炭素含有量の少ない、炭素含有量が例えば０．１５重量％以上０．５重量％以下である鋼を用いており、このため加工性に優れ、また浸炭処理の際に炭素を添加し易い。
　また、金型鋼は炭素を比較的多く含むため、金型鋼に高温塩浴処理を施すと、基材の内部で図８の符号１３で示すように炭化物が析出された。このような大きな炭化物が析出されると基材の硬度低下を招く虞がある。一方、本実施形態では、基材１１を形成する素材自体は金型鋼に比べて炭素含有量が少なく、また浸炭処理によって炭素は基材１１の表面近傍に添加されるため、図９に示すように基材１１の内部で炭化物が析出され難く、従って基材１１の硬度低下を防止できる。
　第１のローラ１０および第２のローラ２０では、他の摺動部材である例えば軸受に比べて大きな荷重が加わり、その結果、部材内部のより深い箇所に大きなせん断力が作用するため、より深い硬度分布が必要である。このように摺動部材に応じて必要とされる硬度分布の深さは異なる。これに対し、基材１１の表面の硬度を６００ＨＶ以上とするとともに、基材１１の表面から内部への有効硬化層深さを摺動面に形成される接触楕円の長軸の長さの０．６倍以上とすることによって、個別の摺動部材に適した深さを有する硬度分布とすることができる。
　基材１１の表面からの炭素含有量の低下が飽和するまでの深さが３ｍｍ以上であれば、第１のローラ１０および第２のローラ２０のような、摺動する部材間で動力を伝達する摺動部材に適した深い硬度分布を形成できる。従来、浸炭処理が施された軸受等の一般的な部材では全浸炭深さは１ｍｍ未満であるが、このような浅い硬度分布では本実施形態のように部材内部の深い箇所に大きなせん断力が作用する場合に耐摺動性を十分に発揮できない。
　第１のローラ１０および第２のローラ２０の摺動面では、例えば３ＧＰａもの大きな面圧がかかるとともに、加わる荷重自体も大きい。また、例えば四輪駆動車両が砂地を走行する際にすべりが生じると、第１のローラ１０および第２のローラ２０の表面温度は、瞬間的に例えば２５０℃～４００℃もの高温に達する。しかしこのような状況であっても、基材１１の表面にバナジウム炭化物からなる高硬度な膜１２が形成され、かつ、炭素含有量の低下が飽和するまでの深さが３ｍｍ以上であるような深い硬度分布を基材１１が備えることによって、第１のローラ１０および第２のローラ２０は焼き付きを防止できる。
　基材１１の表面近傍の残留オーステナイト量を２０％以下にすることによって、基材１１の表面近傍の硬度低下をより効果的に防止できる。
　本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変できる。
　例えば、膜を構成する炭化物はバナジウム炭化物に限定されない。膜を構成する炭化物は、例えばクロム炭化物およびチタン炭化物等の他のものであってもよい。
　また、摺動部材は上記実施形態のような四輪駆動車両のトランスファで動力を分配するローラに限定されない。摺動部材は、例えば異物環境や潤滑の悪い環境で用いる軸受や歯車であってもよい。
　本出願は、２０１３年１月１５日に出願された日本特許出願番号２０１３－００４６９５号に基づいており、それらの開示内容は、参照され、全体として組み入れられている。
１０　　第１のローラ（摺動部材）、
１１　　基材、
１２　　膜、
２０　　第２のローラ（摺動部材）、
３０　　入力軸、
４０　　出力軸、
５０　　油膜。

Claims (5)

  1. 　炭素含有量が表面から内部に向かって低下した、鋼によって形成された基材と、
    　周期律表における第４Ａ族、第５Ａ族および第６Ａ族の遷移金属元素からなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む炭化物からなる、前記基材の表面に形成された膜と、を有する、摺動部材。
  2. 　前記基材の表面の硬度は、６００ＨＶ以上であり、かつ前記基材の表面から内部への有効硬化層深さは、前記摺動部材に対し相対的に摺動する相手材が前記摺動部材を押圧することによって前記摺動部材の摺動面に形成される接触楕円の長軸の長さの０．６倍以上である、請求項１に記載の摺動部材。
  3. 　前記基材の表面からの前記炭素含有量の低下が飽和するまでの深さは、３ｍｍ以上である、請求項１または請求項２に記載の摺動部材。
  4. 　前記基材の表面近傍の残留オーステナイト量は２０％以下である、請求項１～請求項３のうちのいずれか１つに記載の摺動部材。
  5. 　炭素含有量が０．１５重量％以上０．５重量％以下である鋼によって形成された基材に浸炭処理を施す浸炭工程と、
    　前記浸炭工程後、周期律表における第４Ａ族、第５Ａ族および第６Ａ族の遷移金属元素からなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む炭化物からなる膜を、前記基材の表面に形成する膜形成工程と、
    　前記膜形成工程後、前記膜が形成された基材に焼入れ処理を施す焼入れ工程と、を有する、摺動部材の製造方法。
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