JPH044070B2

JPH044070B2 -

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Publication number: JPH044070B2
Application number: JP62085929A
Authority: JP
Priority date: 1987-04-08
Filing date: 1987-04-08
Publication date: 1992-01-27
Also published as: JPS63252676A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は、ころがり軸受、ローラ等の様なすぐ
れた転動疲労特性を必要とする部品に高マンガン
鋼系の肉盛を施した機械部品の製造方法に関する
ものである。［従来の技術］従来、歯車、ローラ、ころがり軸受などの機械
部品の転動疲労特性を向上させる方法は、その
部品の金属組識を改良して転動疲労特性を向上さ
せる方法、具体的には、Ｃ、Mn、Ni、Cr、Mo
の合金量の増加または特殊熱処理などの方法、
高周波焼入れ、浸炭、窒化または、溶射などの表
面硬化処理を施す方法、が行なわれてきた。［発明が解決しようとする問題点］の方法は、コスト的にきわめて高価であり、
また部品の形状寸法によつては、特殊熱処理の不
可念な部品もある。の方法は、コスト的に高価であることはもち
ろん、大型の部品については、不可能である。さ
らに、浸炭の場合、粒界酸化、溶射については、
母材との剥離などの問題を内包している。［問題点を解決するための手段及び作用］本発明は、従来の高転動疲労特性を有する機械
部品と同等もしくはそれ以上の転動疲労特性を有
する転動疲労特性の優れた機械部品の製造方法を
提供するものであり、化学成分が重量％で［］Ｃ：0.7〜1.5％、 Si：0.5％以下、 Mn：10〜15％、残部Feおよび不可避的不純物である高マンガン鋼系の肉盛り又は［］Ｃ：0.7〜1.5％、 Si：0.5％以下、 Mn：10〜15％、 Ni：６％以下、Cr：３％以下、Cu：1.5％下、
Mo：３％以下、Ｖ：３％以下、およびTi：２％
以下のうち１種または２種以上、残部Feおよび不可避的不純物である高マンガン鋼系の肉盛りを、少なくとも転動面に施し、形成された肉盛層
を 500〜700℃まで加熱し、ここで焼戻ししてパ
ーライト化熱処理を行ない、続いて再加熱した
後750〜950℃で熱処理し硬質な球状炭化物を分
散せしめる好ましくは 1000〜1200℃で溶体化処理を行なつた後、急
冷してオーステナイト単相を得、次に500〜700
℃まで加熱し、ここで焼成ししてパーライト化
熱処理を行ない、続いて再加熱した後、750〜
950℃で熱処理し硬質な球状炭化物を分散せし
めるものである。なお、本発明において転動面とは転動疲労を受
ける面を指称し、例えばころがり軸受の軸受面
や、ローラの周面等が挙示される。以下、本発明の構成及び作用について詳細に説
明する。従来、高マンガン鋼系の肉盛は高マンガン鋳鋼
品の補修などに利用されるのみであつた。これは
転動疲労が生じるような使用状態の場合、すなわ
ち、応力はかかつているが衝撃力の加わらないよ
うな使用状態の場合、高マンガン鋼系の肉盛表面
はHv450〜500程度にしかならず、肉盛層がすぐ
れた転動疲労特性を有するものではないと考えら
れていた。しかしながら、本発明者らが、各種肉盛層の転
動疲労特性を研究した結果、高マンガン鋼系の肉
盛層がすぐれた転動疲労特性を有することが認め
られた。本発明で製造する機械部品は、上記研究の結果
を基に転動疲労の問題となる面について、母材上
に高マンガン鋼系肉盛層を１層もしくは多層肉盛
したものである。本発明において、肉盛に用いられる高マンガン
鋼は、重量％で、Ｃ：0.7〜1.5％、Si：0.5％以
下、Mn：10〜15％、残部Feおよび不可避的不純
物からなる高ころがり疲労特性を有する高マンガ
ン鋼とするか、または、重量％で、Ｃ：0.7〜1.5
％、Si：0.5％以下、Mn：10〜15％で、これに、
Ni：６％以下、Cr：３％以下、Cu：1.5％以下、
Mo：３％以下、Ｖ：３％以下、およびTi：２％
以下のうちの１種または２種以上を含有し、残部
がFeおよび不可避的不純物からなる高ころがり
疲労特性を有する高マンガン鋼とする。以下に、この組分組成を上記の通りに限定した
理由を説明する。 (a) Ｃ、Mn Ｃ、Mn成分は、基地組識のオーステナイト
の安定性と、加工硬化特性に影響を与え、0.7
〜1.5％Ｃ、10〜15％Mnの組合せが最も安定し
たオーステナイトと高い加工硬化特性を有す
る。したがつて、Ｃは0.7〜1.5％、Mnは10〜
15％とした。 (b) Si Siは、溶着金属の脱酸及び溶着部の介在不純
物の含有防止に効果的であるが、0.5以上は、
効果が飽和することから上限を0.5％と定めた。 (c) Ni Niは、オーステナイトを安定にするため、
溶接施工が必要となる部品の場合に、炭化物析
出抑制のために添加されるが、６％以上添加さ
せても効果が飽和することから、上限を６％と
定めた。 (d) Cr、Mo Cr、Moは、降伏点、硬さを増大させるた
め、高い降伏点を必要とする部品の場合に添加
されるが、Crは３％以上、Moは３％以上添加
させた場合、熱処理がむずかしくなり、脆性傾
向がみとめられるため、上限をCr、Mo共に３
％と定めた。 (e) Cu Cr添加高マンガン鋼にCuを添加すると靭性
の増大に有効であるため、特に靭性を必要とす
る部品の場合に添加されるが、1.5％以上添加
させても効果が飽和することから、上限を1.5
％と定めた。 (f) Ｖ、Ti これらの成分には、強度を向上させる効果が
あるので、高強度が要求される部品の場合に添
加されるが、Ｖは３％以上、Tiは２％以上添
加すると靭性が低下するため、上限をＶは３
％、Tiは２％と定めた。さらに、研究の結果、高マンガン鋼系肉盛層の
AS肉盛の金属組織には、結晶粒界にフイルム状
の炭化物が析出していることがわかつた。このフ
イルム状の炭化物は転動疲労特性に有害であり、
母材の材質、熱応力、またはコストなどの面で問
題の生じない機械部品については、1000〜1200℃
で溶体化した後、急冷して粒界の炭化物を消滅せ
しめることが望ましい。さらに、特に厳して使用状況の機械部品につい
ては、母材の材質、熱応力またはコストなどの面
で問題の生じない範囲で、肉盛層に、硬質な球状
炭化物を分散させることを目的とする熱処理を施
して金属組織を改良する。なお、硬質な球状炭化物を分散させることは、
転動疲労特性の向上に有効である。球状炭化物を分散させるための熱処理として
は、具体的には次の及びの２例が挙げられ
る。第１図に示す様に、500〜700℃まで加熱し、
ここで焼戻してパーライト化熱処理を行ない、
続いて再加熱した後、750〜950℃で熱処理す
る。その再加熱中、パーライトのセメンタイト
が球状化し、γ単相に硬質な球状炭化物が分散
する。のパーライト化熱処理に先立つて1000〜
1200℃で溶体化処理を行なう方法。この理由は
次の通りである。AS肉盛の状態で結晶粒界に
フイルム状の炭化物が著しく多量に析出してい
る場合、または偏析が著しい場合、炭化物、偏
析がパーライトの析出の状態に影響を与え、球
状炭化物の分散状態が悪くなるため、パーライ
ト化熱処理の前1000〜1200℃で溶体化処理を行
ない、フイルム状の炭化物を消滅せしめ、偏析
を軽減することが望ましい。この場合の熱処理工程を、第２図に示す。［実施例］比較例１本発明の方法に従つて機械部品を製造し、その
転動疲労試験を行なつた。まず、直径20mmの丸棒（SC46）の周面にAS肉
盛りを行ない、次いで第３図に示す形状、寸法及
び仕上げ精度となるように機械加工して車輪状部
材（試験片）１を製造した。この肉盛りは２層盛
りであり、下層（第１層）は厚さ2.5mmで、上層
（第２層）は厚さ2.5mmであり、それらの溶接に使
用した溶接棒の材質は第１表のNo.１の通りであ
る。なお、本例においては低温割れのおそれがあ
つたのでSUS 309と0.49％Ｃ−0.16％Si−13.9％
Mnの溶接棒を使用した。表１において示される
各成分割合は、いずれも残部Feと不可避的不純
物である。このようにして製造した車輪状部材１を試験機
にセツトして転動疲労特性を測定した。試験機は
西原式金属摩耗試験機を用い、第３図に示した試
験片１を、Slip9％、ローラの回転数800rpmで疲
労耐久限度を調べた。試験片としては上記のもの
を２個１組用いた。その結果を第２表に示す。第２表中、As肉盛
とは、肉盛後、熱処理などの処理を施していない
ことを示す。比較例２比較例１において、製造された機械部品を次の
通り溶体化処理し、その後、同様にして転動疲労
特性を測定した。 1100℃×2Hr 昇温速度100℃／min以下冷却・水冷（WQ）その結果を第２表に示す。比較例３、４上層の組成を第１表No.２のものに代えた他は比
較例１、２と同様にして機械部品を製造し、その
転動疲労特性を測定した。結果を第２表に示す。比較例５、６上層の組成を第１表No.３のものに代えた他は比
較例１、２と同様にして機械部品を製造し、その
転動疲労特性を測定した。結果を第２表に示す。比較例７、８上層及び下層の組成を第１表No.４のものに代え
た他は比較例１、２と同様にして機械部品を製造
し、その転動疲労特性を測定した。結果を第２表に示す。比較例９、10 上層及び下層の組成を第１表No.５のものに代え
た他は比較例１、２と同様にして機械部品を製造
し、その転動疲労特性を測定した。結果を第２表に示す。比較例 11、12 上層及び下層の組成を第１表No.６のものに代え
た他は比較例１、２と同様にして機械部品を製造
し、その転動疲労特性を測定した。結果を第２表に示す。比較例 13、14 上層の組成を第１表No.７のものに代えた他は比
較例１、２と同様にして機械部品を製造し、その
転動疲労特性を測定した。結果を第２表に示す。比較例 15、16 上層の組成を第１表No.８のものに代えた他は比
較例１、２と同様にして機械部品を製造し、その
転動疲労特性を測定した。結果を第２表に示す。比較例 17、18 上層の組成を第１表No.９のものに代えた他は比
較例１、２と同様にして機械部品を製造し、その
転動疲労特性を測定した。結果を第２表に示す。比較例 19、20 上層の組成を第１表No.10のものに代えた他は比
較例１、２と同様にして機械部品を製造し、その
転動疲労特性を測定した。結果を第２表に示す。比較例 21、22 上層の組成を第１表No.11のものに代えた他は比
較例１、２と同様にして機械部品を製造し、その
転動疲労特性を測定した。結果を第２表に示す。比較例 23、24 上層の組成を第１表No.12のものに代えた他は比
較例１、２と同様にして機械部品を製造し、その
転動疲労特性を測定した。結果を第２表に示す。実施例１比較例５（材質は前述の通り第１表のNo.３）に
おいて製造した機械部品について、第１図の如く
熱処理し、その転動疲労特性を測定した。結果を
第３表に示す。なお、具体的な熱処理条件は次の通りである。パーライト化熱処理 600℃×25Hr 昇温速度５℃／min 冷却：空冷分散化熱処理 850℃×2Hr 昇温速度５℃／min 冷却：空冷実施例２実施例１において、パーライト化処理に先立つ
て第２図の如く溶体化処理を行ない、その転動疲
労特性を測定した。 1100℃×2Hr 昇温速度５℃／min以下冷却：水冷その結果を第３表に示す。実施例３比較例11（材質は前述の通り第１表のNo.６）に
おいて製造した機械部品について、第１図の如く
熱処理し、その転動疲労特性を測定した。結果を
第３表に示す。なお、具体的な熱処理条件は次の通りである。パーライト化熱処理 600℃×25Hr 昇温速度５℃／min以下冷却：水冷分散化熱処理 850×2Hr 昇温速度５℃／min以下冷却：水冷実施例４実施例１において、パーライト化処理に先立つ
て第２図の如く溶体化処理を行ない、その転動疲
労特性を測定した。 1100℃×2Hr 昇温速度５℃／min 冷却：水冷その結果を第３表に示す。比較例 25〜27 第３図に示す形状、寸法及び表面精度となるよ
うに鋳造及び仕上げ加工を行なつて製造した機械
部品についてその転動疲労特性を測定した。結果を第３表に示す。なお、比較例25〜27の材
質は次の通りである。比較例25：SCMnCrM2 〃 26：SCSiMn2 〃 27：SF55A また、この比較例とJIS規格の対応関係を第４
表に示す。

【表】

【表】 (B) 焼入焼もどし
第２、３表によれば、本発明に従つて高マンガ
ン鋼の肉盛りを形成し、分散化熱処理を施した機
械部品は、肉盛りを形成しなかつた比較例25〜27
に比べ、更には肉盛りを形成したが分散化熱処理
を施さない実施例１〜25に比べ、著しく優れた転
動疲労特性を有することがわかる。［効果］以上の実施例からも明らかな通り、本発明によ
れば極めて転動疲労特性に優れた機械部品が提供
される。本発明は、部品表面に単に肉盛りを形成
して、所定の簡易な熱処理を施すだけで上記の転
動疲労特性に優れた機械部品が得られるものであ
り、低コストにて実施でき、広汎な分野にて実用
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ本発明の鋼に施
した熱処理の異なる実施例を示した図、第３図は
疲労試験に供した試験片の形状及び寸法説明図で
ある。１…試験片。

Claims

【特許請求の範囲】１化学成分が重量％でＣ：0.7〜1.5％、 Si：0.5％以下、 Mn：10〜15％、残部Feおよび不可避的不純物である高マンガン鋼系の肉盛りを、少なくとも転
動面に施し、形成された肉盛層を500〜700℃まで
加熱し、ここで焼戻ししてパーライト化熱処理を
行ない、続いて再加熱した後750〜950℃で熱処理
し硬質な球状炭化物を分散せしめることを特徴と
する転動疲労特性の優れた機械部品の製造方法。２化学成分が重量％でＣ：0.7〜1.5％、 Si：0.5％以下、 Mn：10〜15％、残部Feおよび不可避的不純物である高マンガン鋼系の肉盛りを、少なくとも転
動面に施し、形成された肉盛層を1000〜1200℃で
溶体化処理を行なつた後、急冷してオーステナイ
ト単相を得、次に500〜700℃まで加熱し、ここで
焼戻ししてパーライト化熱処理を行ない、続いて
再加熱した後、750〜950℃で熱処理し硬質な球状
炭化物を分散せしめることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載の転動疲労特性の優れた機械
部品の製造方法。３化学成分が重量％でＣ：0.7〜1.5％、 Si：0.5％以下、 Mn：10〜15％、 Ni：６％以下、Cr：３％以下、Cu：1.5％以
下、Mo：３％以下、Ｖ：３％以下、およびTi：
２％以下のうち１種または２種以上、残部Feおよび不可避的不純物である高マンガン鋼系の肉盛りを、少なくとも転
動面に施し、形成された肉盛層を500〜700℃まで
加熱し、ここで焼戻ししてパーライト化熱処理を
行ない、続いて再加熱した後750〜950℃で熱処理
し硬質な球状炭化物を分散せしめることを特徴と
する転動疲労特性の優れた機械部品の製造方法。４化学成分が重量％でＣ：0.7〜1.5％、 Si：0.5％以下、 Mn：10〜15％、 Ni：６％以下、Cr：３％以下、Cu：1.5％以
下、Mo：３％以下、Ｖ：３％以下、およびTi：
２％以下のうち１種または２種以上、残部Feおよび不可避的不純物である高マンガン鋼系の肉盛りを、少なくとも転
動面に施し、形成された肉盛層を1000〜1200℃で
溶体化処理を行なつた後、急冷してオーステナイ
ト単相を得、次に500〜700℃まで加熱し、ここで
焼戻ししてパーライト化熱処理を行ない、続いて
再加熱した後、750〜950℃で熱処理し硬質な球状
炭化物を分散せしめることを特徴とする特許請求
の範囲第３項に記載の転動疲労特性の優れた機械
部品の製造方法。