JPH03229852A - 高強度部品の製造方法 - Google Patents

高強度部品の製造方法

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JPH03229852A
JPH03229852A JP2464890A JP2464890A JPH03229852A JP H03229852 A JPH03229852 A JP H03229852A JP 2464890 A JP2464890 A JP 2464890A JP 2464890 A JP2464890 A JP 2464890A JP H03229852 A JPH03229852 A JP H03229852A
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JP
Japan
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carburizing
shot peening
carbon
carbon potential
shot
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JP2464890A
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English (en)
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Hideo Aihara
秀雄 相原
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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  • 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】 [産業上の利用分野コ 本発明は浸炭焼入れとショットピーニングにより高強度
の機械構造用部品を製造する方法に間する。
[従来の技術] 最近、機械装置の高性能化に伴い、機械構造用部品は高
速、高負荷の苛酷な条件で使用されるようになっており
、このため、部品強度を高めることが産業界で要求され
ている0例えば、自動車エンジンにおいては、ターボチ
ャージャ付きエンジンや4バルブエンジン等の高出力エ
ンジンの出現により、トランスミッション歯車等に作用
する負荷応力が益々増大化する傾向にあり、従来の浸炭
部品では歯曲げ疲労強度が不足することがある。
そこで、提案されたのか特開昭62−70512号公報
に開示された発明であって、カーホンポテンシャル(平
衡炭素濃度)を1.00〜1.20%として浸炭焼入れ
することにより最表面層に多量の残留オーステナイトを
生成させ、その後ショットピーニング加工を施して前記
残留オーステナイトをマルテンサイトに変態させること
を特徴とする浸炭品の表面硬化方法である。この発明に
おいては、ショットピーニングによる圧縮残留応力の発
生に加えて、ショットピーニングにより残留オーステナ
イトが加工誘起変態するととによりさらに圧縮残留応力
が付加され、圧縮残留応力が著しく高くなり、浸炭部品
の疲労強度および靭性の改善を達成するものである。
また、マツダ技報(No、5.1987年、P165〜
173)によれば、浸炭した後ごく短時間のガス窒化を
行う浸炭窒化により最表層部のみを窒化し、その間に炭
素ポテンシャルおよび9素ポテンシャルを制御すること
により、残留オーステナイト量を30〜35%の範囲に
制御した後、ハードショットピーニングを施して、歯車
の高疲労強度化に成功している。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、前記の従来技術においては、ショットピ
ーニングの効果を高めるために、表面部の残留オーステ
ナイト量を最適化することに主眼が置かれ、有効なカー
ボン濃度分布まで含めた深い検討までは至っていなかっ
た。
また、機械装置の高性能化を図るために、従来法と比較
して、さらに高い疲労強度が得られる部品の製造方法の
提供が望まれていた0本発明は浸炭処理とショットピー
ニングを用いて高強度部品を製造する方法の前記のごと
き問題点に鑑みてなされたもので、従来方法よりもさら
に高い疲労強度が得られる高強度部品の製造方法を提供
することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明の高強度部品の製造方法は、カーボンポテンシャ
ルを1.0〜1.2%に設定して浸炭処理を施し、その
後カーボンポテンシャルを0.4〜0.6%に低下させ
て830〜870℃で2〜15分保持して焼入れ焼もど
しを行い、さらにショットピーニング処理を施すことを
要旨とする。
本発明が適用される浸炭用鋼は、例えばはだ焼鋼に使用
される機械構造用合金鋼としてJISに規定されている
Cr鋼、Cr−Mo鋼、Ni−Cr鋼およびNi−Cr
−Mo鋼などの他、M n −Cr鋼およびN i −
M o鋼である。
本発明方法では、浸炭性雰囲気によるガス浸炭法が用い
られる。浸炭性雰囲気としては、例えば原料ガスに理論
量の空気を混合し、外熱レトルト中に充4填された木炭
まはたニッケル触媒により変成した吸熱型変成ガス、ま
たは液体原料を直接炉内に滴下してその分解生成ガスを
用いる滴下式分解ガスなどを用いることができる。
浸炭性雰囲気により浸炭あるいは脱炭が進行すると、や
がて鋼中の炭素量は増えもせず減りもしない平衡に達す
る。このときの炭素量を平衡炭素濃度(カーボンポテン
シャル)と称し、浸炭性雰囲気の浸炭能をこの形で表現
する。浸炭性ガスの露点とカーボンポテンシャルの間に
は一定の関係が存在するので、処理温度と所望の含炭量
が決まれば、この露点を持った浸炭性、ガスを得るため
に所定のエンリッチガスを添加してやれば良い。
本発明方法において、浸炭処理当初のカーボンポテンシ
ャルを1.0〜1.2%に設定したのは、カーボンポテ
ンシャルが1.0%未満であると、部品の表面より10
0μ−前後の位置の平衡炭素量が1.0%未満となり、
高い圧縮残留応力が得られるとされる残留オーステナイ
トの量が30%未満となるからであり、カーボンポテン
シャルが1.2%を越えると、逆に圧縮残留応力が低下
し、疲労強度が低くなるからである。
また、その後カーボンポテンシャルを0.4〜0.6%
に低下させて830〜870℃で2〜15分保持して焼
入れ焼もどしするという熱処理条件を規定した理由は次
の通りである。
カーボンポテンシャル:0.4〜0.6カーボンポテン
シヤルが0.4未満になると表面の炭素濃度が低くなり
過ぎ、表面部の硬度が低下が著しくなるため、疲労強度
が逆に低下する。
カーボンポテンシャルが0.6を越えると、表面の炭素
濃度を低下させるのに長時間(15分以上)を要し、表
面より100μ−前後の位置での炭素濃度が低下してし
まうため、ショットピーニングの効果か低下してしまう
設定温度=830〜870℃ 設定温度が830℃未満であると、均一なオーステナイ
ト相領域でなくなり、焼入れ硬化が不完全となる。設定
温度が870℃を越えるとCの拡散速度が速くなり過ぎ
、目的とする炭素濃度を得ることが困難となる。なお、
この温度に設定するタイミングは必ずしもカーボンポテ
ンシャルを0゜4〜0.6%に低下させるのと同時であ
る必要はなく、最適の炭素濃度が得られるように、それ
以前の適宜の時期を選択することができる。本発明方法
による熱処理サイクルの例を第2UJ!Jに示した。
なお、第2図においてCPはカーボンボテンシャルを表
す。
保持時間、2〜15分 保持時間か2分未満であると、最表面部の炭素濃度の低
下が十分てなく、本発明による効果が得t、れなくなる
。保持時間が15分を越えると、表面より]、 007
Jto前紙の位置での炭素濃度が低下してしまい、ショ
ットピーニングの効果が低下する。
ショットピーニングを行う装置は従来のものを用いるこ
とができる。ショットの投射装置としては、回転する翼
車の羽根によって加速する遠心式投射装置、あるいは圧
縮空気がノスルがら噴出するときの空気速度を利用する
空気式吹は投射装置のいずれをも使用することができる
。ショットは、鋳鉄ショット、鋳鋼ショット、鋼線ショ
ット等のいずれを用いても良い。ショット径、ショッI
〜硬さ、投射速度、投射時間等のショットピーニングの
条件は、部品の材質、部品の大きさ等により適宜選択さ
れる。
[作用] 本発明の高強度部品の製造方法では、カーボンポテンシ
ャルを1.0〜12%に設定して浸炭処理を施すことに
より、表面より100μ川前後の位置の炭素濃度を1.
0前後とすることができる。
そのため、浸炭焼入れ焼もとし後の残留オーステナイト
を30%以上にすることができ、ショットピーニングに
より高い圧縮残留応力が得られる残留オーステナイト量
を確保することができる。
また、その後カーボンボテンシャルを0.4〜06%に
低下させて830〜870°Cで2〜15分保持して焼
入れ焼もとしするという熱処理により、表面より約70
μ拍の最表面部は低炭素濃度となって、残留オーステナ
イトの生成を抑制すると同時に、靭性の高いマルテンサ
イト組織が得られる。
続いて、表面部より]00μm0前後の位置の残留オー
ステナイトが309.iIJ上である部品にショットピ
ーニングを施すと、ショットピーニングによる圧縮残留
応力の発生に加えて、ショットピーニングにより残留オ
ーステナイトが加工誘起変態するため、さらに圧縮残留
応力が付加される。その上最表面部は低炭素濃度で、靭
性の高いマルテンサイト組織であるので、?に未決ては
得られなかった高い疲労強度の部品を製造することがて
きる。
[実施例] 本発明の実施例を従来例と比較しつ−)説明し、本発明
の効果を明らかにする。
現在、自動車用駆動系部品に多く用いられている5Cr
420tI4を溶製し、鍛造、歯切り加工を行って、モ
ふニール2.55の平歯車(圧力角225°、基準ピッ
チ円径795丁+11o、基礎円径73033mm、歯
数31)を製作した。
製作した歯車を第3図に示す熱処理サイクルにより、オ
ールケース型浸炭焼入炉とマツフル炉を用いて、浸炭焼
入れ焼もどしを施した。
また、従来例1として、製作した歯車を浸炭処理時のカ
ーボンポテンシャルを10として、第4図に示す熱処理
サイクルに従って浸炭焼入れ焼もどしを施した。さらに
、従来例2として、第4図に示すカーボンポテンシャル
および熱処理サイクルで浸炭した後の焼入れ温度(85
0℃)にて、アンモニアガ子を全流量の0.5%を15
分間添加して浸炭浸窒焼入れ焼もとじを行った。
続いて、以上のように熱処理した本発明例、従来例1お
よび従来例2の歯車について、次の条件でショットピー
ニングを施した。
ショツト粒  平均粒径0.8mm 平均硬度Hv750 設備     エアブラスト形 ショットピーニング機 エア圧    7 、0 kg/ cm2投射時間  
 4分 投射量    80kg/min その時のアークハイト値をアルメンストリップA片で測
定したところ0.52mmであった。
ショットピーニングを施して完成品となった歯車につい
て、いわゆるパルセータ方式で歯車単品の疲労試験を行
い、その結果を第1図の縦軸に余圧の式より計算した歯
元すみ内実応力を、横軸に繰り遅し数を取って示した。
第1図に示した結果から、カーボンポテンシャルを1.
0〜1.2%に制御して浸炭処理を行い、残留オーステ
ナイトを30%前後とした後、ショットピーニングを施
した歯車(従来例1)、および残留オーステナイトを浸
炭浸窒処理で特定範囲(30〜35%)に制御した後に
ショットピーニングを施した歯車(従来例2)に比較し
て、本発明例の歯車は10%程度の高い耐久限がが得ら
れており、本発明方法によれば従来例では得られなかっ
た高強度の歯車を製造することが出来ることが確認され
た。
[発明の効果] 本発明の高強度部品の製造方法は、以上説明したように
、カーボンポテンシャルを1.0〜1.2%に設定して
浸炭処理を施し、その後カーボンポテンシャルを0.4
〜0.6%に低下させて830〜870℃で2〜15分
保持して焼入れ焼もどしを行い、さらにショットピーニ
ング処理を施すことを特徴とするものであって、最表面
部を低炭素濃度として残留オーステナイトの生成を抑制
し靭性の高いマルテンサイト組織を得ると共に1表面部
から100μI前後の位置の残留オーステナイトを高疲
労強度が得られる最適範囲に規制することにより、浸炭
焼入れ焼もどし後のショットピーニングによる圧縮残留
応力の発生に加えて、ショットピーニングにより残留オ
ーステナイトが加工誘起変態するためさらに圧縮残留応
力が付加され、その上最表面部は低炭素濃度で、靭性の
高いマルテンサイト組織であるので、従来法では得られ
なかった高い疲労強度の部品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明例および従来例の歯車の疲れ試験におけ
る応力と繰り返し数の関係を示す線図、第2図は本発明
例の浸炭焼入れ焼もどしの熱処理サイクルを示す図、第
3図は実施例の熱処理サイクルを示す図、第4図は従来
例の熱処理サイクルを示す図である。 特 許 出 願 人 トヨタ自動車株式会社 代 理 人

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)カーボンポテンシャルを1.0〜1.2%に設定
    して浸炭処理を施し、その後カーボンポテンシャルを0
    .4〜0.6%に低下させて830〜870℃で2〜1
    5分保持して焼入れ焼もどしを行い、さらにショットピ
    ーニング処理を施すことを特徴とする高強度部品の製造
    方法。
JP2464890A 1990-02-02 1990-02-02 高強度部品の製造方法 Pending JPH03229852A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018112451A (ja) * 2017-01-11 2018-07-19 日立金属株式会社 磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法
JP2020160088A (ja) * 2020-07-03 2020-10-01 日立金属株式会社 磁歪式トルクセンサ用シャフト及びその製造方法

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