JPH0432548A - 動力伝達部品の製造方法 - 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】 聚服二亘拍 ［産業上の利用分野］ 本発明は、動力伝達部品の製造方法に係わり、浸炭用鋼
材にてギヤや軸受は等の動力伝達部品の形状に成形した
成形品に浸炭処理を実施し、さらに焼き入れ及び焼き戻
しを実施した後に、ショットピーニングを実施すること
により、耐ピツチング性や疲れ特性に優れた動力伝達部
品を製造する方法に関する。

［従来の技術］ 従来より、ギヤや軸受は等の動力伝達部品としては、ガ
ス浸炭によって表面炭素濃度を０．　８％に調整された
部品に、焼き入れ及び焼き戻しを実施することにより、
高い表面硬さと圧縮残留応力を付与し、耐ピツチング性
や疲れ特性を向上させたものが用いられてきた。

近年では部品の高強度化や小型化の要求が高く、疲れ特
性等のさらに優れた部品が必要とされる様になった。そ
こで、ガス浸炭後に焼き入れ及び焼き戻しをした部品に
、さらにショットピーニングを施すことにより、その圧
縮残留応力を上昇させ、疲れ特性の向上を図るという手
法が採用されるようになった。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、こうした耐ピツチング性や疲れ特性に対する要
求はさらに高くなる傾向にあり、上述の従来法では、こ
れに対応するのが困難となってきた。

本発明の製造方法（上　こうしたさらなる要求に対応し
得る動力伝達部品の製造を可能とすることを目的とする
ものである。

［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するため、発明者らは、特定の成分か
らなる浸炭用鋼材にて成形した部品を、プラズマ浸炭処
理を行うことによって所定の表面炭素濃度及び面積率を
有する炭化物層を形成し、これを焼き入れ及び焼き戻し
した後にショットピニングを施すことにより、表面硬さ
と残留圧縮応力が、従来品に比へ　上昇することを見出
し、下記構成を要旨とする本発明をなしたのである。

即ち、本発明の動力伝達部品の製造方法は、浸炭用鋼材
にてギヤや軸受は等の動力伝達部品の形状に成形した成
形品に浸炭処理を実施し、さらに焼き入れ及び焼き戻し
を実施した後に、ショットピーニングを実施する動力伝
達部品の製造方法において、 前記浸炭用鋼材として、Ｃｒの含有量を１．５重量％〜
１５，０重量％としたものを使用し、前記浸炭処理とし
てはプラズマ浸炭処理を採用し、該プラズマ浸炭処理に
よって前記成形品の表面炭素濃度を１．３％以上とし、
かつ表面炭化物の面積率を１５％以上とした後に、前記
焼き入札　焼き戻し及びショットピーニングを実施する
ことを特徴とする。

また、かかる動力伝達部品の製造方法であって、前記浸
炭用鋼材は、さらに他の含有成分として、１、　０重量
％以下のＮｉまたは２．０重量％以下のＶもしくは３．
０重量％以下のＷから選択された１種または２種以上の
成分をも含有したことを特徴とするものであっても構わ
ない。

［作用］ かかる構成からなる本発明の動力伝達部品の製造方法に
よれば、浸炭用鋼材として、特にＣｒの含有量を１．５
重量％〜１５．０重量％とじたものを使用し、かつプラ
ズマ浸炭処理を採用し、成形品の表面炭素濃度を１．３
％以上とし、かつ表面炭化物面積率を１５％以上とした
後に、焼き入札　焼き戻し及びショットピーニングを実
施することによって、耐ピツチング特性や疲れ特性の優
れた動力伝達部品を製造することができる。表面炭素濃
度及び表面炭化物の面積率は、鋼種とプラズマ浸炭の処
理温度や処理時間との関係により調整することができる
。

また、この浸炭用鋼材は、さらに他の含有成分として、
１．　０重量％以下のＮ１または２．　０重量％以下の
Ｖもしくは３．０重量％以下のＷから選択された１種ま
たは２種以上の成分を含有したものであってもよく、こ
の場合も同様に耐ピツチング性や疲れ特性の優れた動力
伝達部品を製造することができる。

ここで、単に浸炭用鋼材の種類を特定しただけで、従来
同様にガス浸炭を行なう場合には、表面炭素濃度が上記
条件を満足するものであっても、耐ピツチング性や疲れ
特性は、表面炭素濃度を０゜８％以下に調整した従来品
と同程度の特性値しか得られず、本発明方法よりも劣る
ものとなる。

また、プラズマ浸炭を行なったとしても、上記表面炭素
濃度等の条件を満足しない場合は、やはり耐ピツチング
性や疲れ特性が本発明方法のものよりも劣るものとなる
。

さらに、Ｃｒ含有量が本発明の範囲よりも少ない場合に
は、表面炭素濃度等の条件を満足する様な浸炭処理を行
うことができないか、あるいはできたとしても極めて長
時間の処理が必要となる。

一方、Ｃｒ含有量が上記範囲よりも多いものでは、材料
コストがアップすると共に炭化物の形成量も飽和し、そ
もそも鋼材としての加工性その他の性質にも影響が生じ
、好ましくない。

なお、浸炭用鋼材は、Ｃｒ以外の含有成分の量として、
Ｃを０．　１〜０．４％、ＳｌをＯ〜１゜０％、Ｍｎを
Ｏ〜１．０％、Ｍｏを０〜２．０％としたものとするこ
とが望ましい。これら及びＣｒの含有量に上限・下限を
定める理由をまとめると第１表の通りである。

第１表 ［実施例］ 次に、本発明を一層明らかにするために、本発明を適用
した好適な実施例について説明する。

発明者らは、浸炭用鋼材にて製作した小野式回転曲げ試
験片及びローラピッチング試験片に、第１図に示す処理
パターンでプラズマ浸炭、焼き入れ及び焼き戻しを施し
た プラズマ浸炭においては、試験片をプラズマ浸炭炉内に
セットし、温度Ｔ　［’　Ｃ］に昇温した後に、Ａｒガ
ス及びＨ２ガスを炉内に導入してプラズマ放電を行なっ
て３０分間のスパッタクリーニングを実施し、その後Ｃ
３Ｈ５ガスに切り換えてｔ［時間］に渡り浸炭を実施し
た。その後炉冷にて２０分かけて温度８３０’Ｃまで降
温し、その温度で３０分間保持した後に油冷し、再び昇
温して温度１６０°Ｃとして２時間保持した後に空冷し
た。

こうして浸炭・焼き入れ・焼き戻しを施した後に、下記
条件にてショットピーニングを実施した。

ショットピーニング条件： アークハイト　　１．　　ＯｍｍＡ ｍｍ上−ジ　　　１００％ 投射速度　　　　８０ｍ／ｓ ショット球　　　ψ０．８唱　ＨＲＣ５０以上の手順に
より、浸炭・焼き入れ・焼き戻し及びショットピーニン
グの完了した試験片を小野式回転曲げ試験機及びローラ
ピッチング試験機にかけて疲れ特性及びローラピッチン
グ特性を計測した。各試験の条件は、以下の通りである
。

小野式回転曲げ試験条件： 試験片　　　切欠き係数１．８のノツチを形成した疲労
試験片 試験温度　　室温 計測項目　　１０７回疲労限度 ローラピッチング試験条件： 回転数　　　１５０Ｏｒｐｍ 面圧　　　　３５０　ｋｇｆ／ｍｍ２ すべり率　　−４０％ 計測項目　　破壊率５０％寿命（Ｂ５０寿命）試験に用
いた鋼材を第２表に示す。

第２表 これら鋼材Ｂ〜Ｋを用いて、浸炭温度Ｔ及び浸炭時間ｔ
を種々に代えて、上述のパターンにてプラズマ浸炭処理
を行なった また、鋼材Ａ及びＨについてはプラズマ浸炭に代えてガ
ス浸炭を行なつ旭　ガス浸炭による処理パターンを第２
図に示す。図示の様に、ガス浸炭の温度は９１０’Ｃと
し、まず３．５時間の浸炭を行なった後に２時間の拡散
を行ない、その後、プラズマ浸炭の場合と同様に焼き入
れ・焼き戻しを実施した 各浸炭の条件及び各種計測を行なった結果を、第３表に
示す。

なお、表中の浸炭方法の欄に「Ｐ」とあるのはプラズマ
浸炭を意味し、　ｒＧＪ　とあるのはガス浸炭を意味す
る。また、資料Ｎα１２，１３についてＴ及びｔの欄が
「−」　としであるのは、上述の様に、ガス浸炭は、第
１図とは異なる処理パターンによるからである。さらに
、８５０寿命の欄に「１０〜」と記したものは、１０７
回で計測を打ち切ったものである。

第３表 第２表、第３表から明らかな様に、Ｃｒ含有量が１．５
〜１５．０％の鋼材を用いてプラズマ浸炭を実施し、そ
の浸炭条件により表面炭素濃度が１．３％以上で面積率
が１５％とされたものはいずれも、１０７回疲れ限度が
９０ｋｇｆ／ｍｍ２であり、Ｂ５０寿命が７．２Ｘ１０
”回収玉と極めて優れた疲れ特性及び耐ピツチング性を
示した（試験Ｎｏ、　１〜］］）。なお、ここにいう表
面炭素濃度とは、試験片の表面から０．１ｍｍ以内の範
囲における炭素濃度であり、面積率とは、試験片の表面
から０゜１ｍｍ位置での炭化物の面積割合である。

これに対し、従来のものと同じくガス浸炭で表面炭素濃
度を０．８％に調整したものでは、１０７回疲れ限度が
８１　ｋｇｆ／ｍｍ２でＢ５０寿命が４．２×１０６回
であった（試験Ｎα］２）。

また、ガス浸炭ではあるが、試験Ｎα８と同じく鋼材Ｈ
を用いて、表面炭素濃度が１．４％で面積率が１５％と
調整したものでは、１０７回疲れ限度が７０　ｋｇｆ／
ｍｍ２でＢ５０寿命が５．ｌＸ１０６回であった（試験
Ｎα１３）。

さらに、試験Ｎα３と同じく鋼材Ｃを用いてプラズマ浸
炭を行ったが、表面炭素濃度が１．２％で面積率が］］
％に調整したものでは、１０７回疲れ限度が８４ｋｇｆ
／ｍｍ２でＢ５０寿命が６．２×１０６回であった（試
験Ｎα］４）。

この様に、試験Ｎｏ、　１〜］］は、試験Ｎｏ、１２〜
１３に比較して、１０７回疲れ限度の数値において約１
割の特性向上が見ら１Ｂ５０寿命においては約２倍以上
の寿命が確認された。

この差を考察するに、かかる特性値の向上には、下記の
要件■、■を具備することが必要と考えられる。

要件■： プラズマ浸炭処理であること。

要件■： 表面炭素濃度が１．３％以上で面積率が１５％以上に調
整されていること。

また、Ｃｒ含有量が１．５％より少ない鋼材では、プラ
ズマ浸炭を行なっても表面炭素濃度を１゜３％以上とす
ることが困難である。

従って、 要件■： 浸炭用鋼材のＣｒ含有量が１．５％以上であること。

が必要と考えられる。

また、Ｃｒ含有量が１５．０％以上のものは、高価であ
ることと、炭化物の形成は飽和状態となることから、 要件■： 浸炭用鋼材のＣｒ含有量が１５．０％以下であること。

も要件とすることができる。

以上説明した様に、要件■〜■をすべて具備する試験Ｎ
α］〜１１のものは、他のものに比較して優れた対ピッ
チング特性及び疲れ特性を示し、かかる製造方法を採用
すれば、良好な性質の動力伝達部品をコストアップする
ことなく製造することができる。

以上本発明の詳細な説明したが、本発明はこれらに限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲の種々
なる態様で実施することができることはいうまでもない
。

例え（瓜　プラズマ浸炭の処理パターンは実施例のもの
に限定されるものではなく、表面炭素濃度が１．３％以
上で面積率１５％以上の炭化物を形成することができれ
ばよいのである。

また、Ｃｒ以外の含有成分については、その混合割合を
適宜選択すればよく、その場合に、上述した第１表を参
考にすれば好適である。しかし、この表に示されない範
囲であっても構わないのである。

発明の効果 本発明の動力伝達部品の製造方法によれば、近年高まっ
てきた高強度で小型の動力伝達部品を製造するという要
求に十分に応え得る製品を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例におけるプラズマ浸炭処理の手順を示す
説明図、第２図は比較例として採用したガス浸炭処理の
手順を示す説明図である。 Ｔ・・・処理温度 ｔ・・・処理時間

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　浸炭用鋼材にてギヤや軸受け等の動力伝達部品の形
   状に成形した成形品に浸炭処理を実施し、さらに焼き入
   れ及び焼き戻しを実施した後に、シヨットピーニングを
   実施する動力伝達部品の製造方法において、 前記浸炭用鋼材として、Ｃｒの含有量を１．５重量％〜
   １５．０重量％としたものを使用し、前記浸炭処理とし
   てはプラズマ浸炭処理を採用し、該プラズマ浸炭処理に
   よつて前記成形品の表面炭素濃度を１．３％以上とし、
   かつ表面炭化物の面積率を１５％以上とした後に、前記
   焼き入札焼き戻し及びシヨットピーニングを実施するこ
   とを特徴とする動力伝達部品の製造方法。 ２　請求項１記載の動力伝達部品の製造方法であつて、
   前記浸炭用鋼材は、さらに他の含有成分として、１．０
   重量％以下のＮｉまたは２．０重量％以下のＶもしくは
   ３．０重量％以下のＷから選択された１種または２種以
   上の成分をも含有したことを特徴とする動力伝達部品の
   製造方法。