JPH05320822A - 接触疲労強度の高い駆動伝達系部品用鋼および駆動伝達系部品の製造方法 - Google Patents
接触疲労強度の高い駆動伝達系部品用鋼および駆動伝達系部品の製造方法Info
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- JPH05320822A JPH05320822A JP13118892A JP13118892A JPH05320822A JP H05320822 A JPH05320822 A JP H05320822A JP 13118892 A JP13118892 A JP 13118892A JP 13118892 A JP13118892 A JP 13118892A JP H05320822 A JPH05320822 A JP H05320822A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、自動車、建設機械の駆動伝達系部
品等として使用される歯車を代表とする機械部品に要求
される接触疲労強度の向上とともに、転造および切削加
工性をも満足できる鋼材および部品製造方法を提供す
る。 【構成】 本発明は、金属炭化物を鋼材組織中に導入
し、表層の摩擦係数を低下させて接触疲労強度の向上を
図るという考えを基に、ＣｒおよびＶを炭化物形成元素
として選び、炭化物分散制御に重要なＳｉやＭｎおよび
その他の接触疲労強度および転造加工性あるいは切削加
工性に影響を及ぼすいくつかの元素の添加量を規定し
て、高い接触疲労強度が得られる駆動伝達系部品用鋼お
よび品質安定性および経済性の最も高い気体浸炭法で条
件を規定した接触疲労強度の高い駆動伝達系機械部品の
製造方法である。
品等として使用される歯車を代表とする機械部品に要求
される接触疲労強度の向上とともに、転造および切削加
工性をも満足できる鋼材および部品製造方法を提供す
る。 【構成】 本発明は、金属炭化物を鋼材組織中に導入
し、表層の摩擦係数を低下させて接触疲労強度の向上を
図るという考えを基に、ＣｒおよびＶを炭化物形成元素
として選び、炭化物分散制御に重要なＳｉやＭｎおよび
その他の接触疲労強度および転造加工性あるいは切削加
工性に影響を及ぼすいくつかの元素の添加量を規定し
て、高い接触疲労強度が得られる駆動伝達系部品用鋼お
よび品質安定性および経済性の最も高い気体浸炭法で条
件を規定した接触疲労強度の高い駆動伝達系機械部品の
製造方法である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車、建設機械等の
駆動伝達系部品として使用される、例えば歯車といった
機械部品の転がり・滑り接触面の耐接触疲労特性に優れ
た駆動伝達系部品用鋼およびその鋼を用いる接触疲労強
度の高い駆動伝達系部品の製造方法に関する。
駆動伝達系部品として使用される、例えば歯車といった
機械部品の転がり・滑り接触面の耐接触疲労特性に優れ
た駆動伝達系部品用鋼およびその鋼を用いる接触疲労強
度の高い駆動伝達系部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車、建設機械等における機械部品の
中でも特に高い疲労強度を要求される駆動伝達系部品、
例えば歯車は、通常、所要の形状に加工された鋼製部品
を浸炭処理して得られる。浸炭処理は、例えば「鋼の熱
処理 改訂５版」（昭和４４．１０．１（株）丸善発
行）の８５〜９７頁に記載されているように、９００℃
程度の温度で鋼部材を浸炭処理した後、焼入れし、次い
で必要に応じて焼戻し処理するプロセスをいう。この浸
炭処理によって、鋼部材の表層部が高炭素マルテンサイ
トとされ、疲労強度の向上が図られる。
中でも特に高い疲労強度を要求される駆動伝達系部品、
例えば歯車は、通常、所要の形状に加工された鋼製部品
を浸炭処理して得られる。浸炭処理は、例えば「鋼の熱
処理 改訂５版」（昭和４４．１０．１（株）丸善発
行）の８５〜９７頁に記載されているように、９００℃
程度の温度で鋼部材を浸炭処理した後、焼入れし、次い
で必要に応じて焼戻し処理するプロセスをいう。この浸
炭処理によって、鋼部材の表層部が高炭素マルテンサイ
トとされ、疲労強度の向上が図られる。
【０００３】こうして得られた鋼部材も様々な疲労破壊
現象を示す。特に、歯車のように転がり・滑り接触によ
って駆動力を伝達する部品においては、最大の曲げ応力
が作用する歯元部での曲げ疲労破壊と、歯面部で見られ
るピッティングと呼ばれる接触疲労破壊の２種類の疲労
破壊形態が現れる。前者の曲げ疲労破壊に関しては、歯
車表層の圧縮残留応力の影響が大きい。曲げ疲労強度向
上のために、例えば「鋳鍛造と熱処理」（平成３年２月
発行）の１５〜２０頁に記載されているように、ショッ
ト・ピーニング等によって機械的に圧縮残留応力を部品
表層部に存在せしめることが知られている。
現象を示す。特に、歯車のように転がり・滑り接触によ
って駆動力を伝達する部品においては、最大の曲げ応力
が作用する歯元部での曲げ疲労破壊と、歯面部で見られ
るピッティングと呼ばれる接触疲労破壊の２種類の疲労
破壊形態が現れる。前者の曲げ疲労破壊に関しては、歯
車表層の圧縮残留応力の影響が大きい。曲げ疲労強度向
上のために、例えば「鋳鍛造と熱処理」（平成３年２月
発行）の１５〜２０頁に記載されているように、ショッ
ト・ピーニング等によって機械的に圧縮残留応力を部品
表層部に存在せしめることが知られている。
【０００４】一方、後者の接触疲労破壊現象は、疲労機
構にも不明確な点が多い。接触疲労強度を向上せしめる
べく、例えば特開昭６２−１８８７８４号公報に開示さ
れているように、ＴｉＣやＴｉＮを蒸着コーティングす
る等の幾つかの方法が提案さているけれども、工業的に
実現性のある有効な方法は未だになく、歯車等接触によ
って駆動力を伝達する部品の高強度軽量化の隘路となっ
ていた。
構にも不明確な点が多い。接触疲労強度を向上せしめる
べく、例えば特開昭６２−１８８７８４号公報に開示さ
れているように、ＴｉＣやＴｉＮを蒸着コーティングす
る等の幾つかの方法が提案さているけれども、工業的に
実現性のある有効な方法は未だになく、歯車等接触によ
って駆動力を伝達する部品の高強度軽量化の隘路となっ
ていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、自動車、建
設機械等の駆動力伝達系部品として使用される、歯車に
代表される機械部品に要求される耐接触疲労特性を飛躍
的に向上せしめ得る鋼材ならびにその鋼材を用いる駆動
力伝達系部品の製造方法を提供することを目的としてな
された。
設機械等の駆動力伝達系部品として使用される、歯車に
代表される機械部品に要求される耐接触疲労特性を飛躍
的に向上せしめ得る鋼材ならびにその鋼材を用いる駆動
力伝達系部品の製造方法を提供することを目的としてな
された。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは下記のとおりである。 （１） 重量で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：
０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ｐ≦０．
０３０％、Ｓ：０．０１〜０．０６％、Ｍｏ：０．１〜
１．０％、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｎ：０．００２
〜０．０２％、Ｏ≦０．０１％を含有し、さらにＣｒ：
１．３〜１０．０％、Ｖ：０．５〜５．０％の１種また
は２種を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる
浸炭或は浸炭窒化等の炭素拡散処理を施して使用される
接触疲労強度の高い駆動伝達系部品用鋼。
ろは下記のとおりである。 （１） 重量で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：
０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ｐ≦０．
０３０％、Ｓ：０．０１〜０．０６％、Ｍｏ：０．１〜
１．０％、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｎ：０．００２
〜０．０２％、Ｏ≦０．０１％を含有し、さらにＣｒ：
１．３〜１０．０％、Ｖ：０．５〜５．０％の１種また
は２種を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる
浸炭或は浸炭窒化等の炭素拡散処理を施して使用される
接触疲労強度の高い駆動伝達系部品用鋼。
【０００７】（２） 重量で、Ｃ：０．０５〜０．１５
％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．３〜２．０
％、Ｐ≦０．０３０％、Ｓ：０．０１〜０．０６％、Ｍ
ｏ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎ：０．００２〜０．０２％、Ｏ≦０．０１％を含有
し、さらにＣｒ：１．３〜１０．０％、Ｖ：０．５〜
５．０％の１種または２種を含み、残部Ｆｅおよび不可
避的不純物からなる鋼を機械加工した後、９００〜１０
５０℃の温度域でカーボンポテンシャル：１．５〜５．
０％に調整された浸炭或いは浸炭窒化雰囲気中、３時間
以上の浸炭或いは浸炭窒化処理を施した後、６０〜２０
０℃の温度域にある焼入れ油中に浸漬して焼入れし、次
いで１００〜２００℃の温度域で０．５時間以上の焼戻
し処理を施すことを特徴とする接触疲労強度の高い駆動
伝達系部品の製造方法。
％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．３〜２．０
％、Ｐ≦０．０３０％、Ｓ：０．０１〜０．０６％、Ｍ
ｏ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎ：０．００２〜０．０２％、Ｏ≦０．０１％を含有
し、さらにＣｒ：１．３〜１０．０％、Ｖ：０．５〜
５．０％の１種または２種を含み、残部Ｆｅおよび不可
避的不純物からなる鋼を機械加工した後、９００〜１０
５０℃の温度域でカーボンポテンシャル：１．５〜５．
０％に調整された浸炭或いは浸炭窒化雰囲気中、３時間
以上の浸炭或いは浸炭窒化処理を施した後、６０〜２０
０℃の温度域にある焼入れ油中に浸漬して焼入れし、次
いで１００〜２００℃の温度域で０．５時間以上の焼戻
し処理を施すことを特徴とする接触疲労強度の高い駆動
伝達系部品の製造方法。
【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。本発明者
らは接触面を有する機械部品の接触疲労強度向上を実現
するために、種々の材料を用いて２つのロール形状の試
験片を作製し、これを回転させながら接触させることに
より歯車のようなころがりすべり接触状態を再現して、
材料の接触疲労特性を系統的に検討した。その結果、表
面より発生する接触疲労亀裂を生じさせるには摩擦力の
影響が大きく、従って表面のすべり摩擦係数を低下させ
得れば接触疲労強度は向上するという現象を見出した。
この摩擦係数を低下させるためには表層硬度の増加が有
効であるが、先に記したように既に従来から浸炭という
処理によって表層を高炭素マルテンサイト化しており、
さらに硬度を増加させるのは容易なことではない。また
先に挙げた特開昭６２−１８８７８４号公報のようにＴ
ｉＣやＴｉＮを蒸着コーティングする方法も摩擦係数低
下に有効と考えられるが、使用中の摩耗によりコーティ
ング層が除去されるため顕著な接触疲労強度向上は期待
しがたい。
らは接触面を有する機械部品の接触疲労強度向上を実現
するために、種々の材料を用いて２つのロール形状の試
験片を作製し、これを回転させながら接触させることに
より歯車のようなころがりすべり接触状態を再現して、
材料の接触疲労特性を系統的に検討した。その結果、表
面より発生する接触疲労亀裂を生じさせるには摩擦力の
影響が大きく、従って表面のすべり摩擦係数を低下させ
得れば接触疲労強度は向上するという現象を見出した。
この摩擦係数を低下させるためには表層硬度の増加が有
効であるが、先に記したように既に従来から浸炭という
処理によって表層を高炭素マルテンサイト化しており、
さらに硬度を増加させるのは容易なことではない。また
先に挙げた特開昭６２−１８８７８４号公報のようにＴ
ｉＣやＴｉＮを蒸着コーティングする方法も摩擦係数低
下に有効と考えられるが、使用中の摩耗によりコーティ
ング層が除去されるため顕著な接触疲労強度向上は期待
しがたい。
【０００９】一方、鋼材組織中に金属炭化物を分散析出
させれば、鉄−金属炭化物あるいは金属炭化物同士の接
触により摩擦係数は低下し、かつこの効果は使用中の摩
耗の影響を受けず安定している。しかし単純に炭化物形
成元素を鋼材に添加し、従来の浸炭処理で処理するとマ
トリックス中の炭素量は減少して表層硬度は低下し、ま
た炭化物は結晶粒界上に発生して粒界強度を弱めること
から、かえって接触疲労強度は劣化する。そこで本発明
者らはこの金属炭化物を鋼材組織中に導入し、表層の摩
擦係数を低下させ、接触疲労強度の向上を図るという全
く新規な考えを基に、その金属炭化物導入方法およびこ
れらの鋼材の加工特性などの点を詳細に検討し、工業的
に実現性の高い本発明を得るに至った。以下にその接触
疲労強度の高い駆動伝達系部品用鋼および駆動伝達系部
品の製造方法の限定の具体的な理由について述べる。
させれば、鉄−金属炭化物あるいは金属炭化物同士の接
触により摩擦係数は低下し、かつこの効果は使用中の摩
耗の影響を受けず安定している。しかし単純に炭化物形
成元素を鋼材に添加し、従来の浸炭処理で処理するとマ
トリックス中の炭素量は減少して表層硬度は低下し、ま
た炭化物は結晶粒界上に発生して粒界強度を弱めること
から、かえって接触疲労強度は劣化する。そこで本発明
者らはこの金属炭化物を鋼材組織中に導入し、表層の摩
擦係数を低下させ、接触疲労強度の向上を図るという全
く新規な考えを基に、その金属炭化物導入方法およびこ
れらの鋼材の加工特性などの点を詳細に検討し、工業的
に実現性の高い本発明を得るに至った。以下にその接触
疲労強度の高い駆動伝達系部品用鋼および駆動伝達系部
品の製造方法の限定の具体的な理由について述べる。
【００１０】まず、使用する鋼材であるが、Ｃ量を０．
０５％以上０．１５％以下とする。鋼材炭素量は、浸炭
処理特性および浸炭前の加工特性に大きな影響をもたら
す。Ｃが０．０５％未満では浸炭後の表層硬度が低く、
目的の接触疲労強度を達成しにくい。またＣが０．１５
％を超過すると本発明鋼の合金添加量は比較的多量なた
め加工性が極めて低くなり、生産性の点から問題とな
る。
０５％以上０．１５％以下とする。鋼材炭素量は、浸炭
処理特性および浸炭前の加工特性に大きな影響をもたら
す。Ｃが０．０５％未満では浸炭後の表層硬度が低く、
目的の接触疲労強度を達成しにくい。またＣが０．１５
％を超過すると本発明鋼の合金添加量は比較的多量なた
め加工性が極めて低くなり、生産性の点から問題とな
る。
【００１１】Ｓｉは本発明で重要な添加元素で浸炭後の
炭化物の分散を制御する効果をもつ。Ｓｉが０．５％未
満では炭化物が結晶粒界上に集中的に発生するため、か
えって接触疲労強度は低下する。またＳｉが３．０％を
超えてもその炭化物分散効果はほぼ同じで、加工性を劣
化させるので多量の添加は避ける。ＭｎはＳｉとは逆に
添加するほど結晶粒界上に炭化物を発生し易くさせるの
で２．０％以下とするが、０．３％未満ではＭｎＳの形
成による切削加工性の向上が望めないので０．３％以上
とする。
炭化物の分散を制御する効果をもつ。Ｓｉが０．５％未
満では炭化物が結晶粒界上に集中的に発生するため、か
えって接触疲労強度は低下する。またＳｉが３．０％を
超えてもその炭化物分散効果はほぼ同じで、加工性を劣
化させるので多量の添加は避ける。ＭｎはＳｉとは逆に
添加するほど結晶粒界上に炭化物を発生し易くさせるの
で２．０％以下とするが、０．３％未満ではＭｎＳの形
成による切削加工性の向上が望めないので０．３％以上
とする。
【００１２】Ｐは接触疲労亀裂の伝播経路となる粒界の
強度を低下させるので０．０３０％以下とする。Ｓも粒
界の強度を低下させるので０．０６％以下とするが、
０．０１％未満では切削加工性を劣化させるので０．０
１％以上とする。Ｍｏは鋼材の焼入性を上げ、炭化物析
出を促進するので０．１％以上とするが、炭化物が粗大
化する傾向があるので１．０％を上限とする。
強度を低下させるので０．０３０％以下とする。Ｓも粒
界の強度を低下させるので０．０６％以下とするが、
０．０１％未満では切削加工性を劣化させるので０．０
１％以上とする。Ｍｏは鋼材の焼入性を上げ、炭化物析
出を促進するので０．１％以上とするが、炭化物が粗大
化する傾向があるので１．０％を上限とする。
【００１３】ＡｌとＮは鋼中で窒化物を形成し、浸炭時
の結晶粒粗大化を防止することにより接触疲労強度を低
下させない効果があるので、それぞれＡｌ０．０１％以
上、Ｎ０．００２％以上を添加するが、多量の添加は加
工性を劣化させるので、Ａｌ０．１％、Ｎ０．０２％を
上限とする。Ｏは接触疲労に特に有害な酸化物系介在物
を生成させるのでその上限を０．０１％とする。
の結晶粒粗大化を防止することにより接触疲労強度を低
下させない効果があるので、それぞれＡｌ０．０１％以
上、Ｎ０．００２％以上を添加するが、多量の添加は加
工性を劣化させるので、Ａｌ０．１％、Ｎ０．０２％を
上限とする。Ｏは接触疲労に特に有害な酸化物系介在物
を生成させるのでその上限を０．０１％とする。
【００１４】ＣｒとＶは本発明で最も重要な炭化物形成
元素であり、Ｃｒ１．３％以上またはＶ０．５％以上の
添加が必須である。しかし多量の添加はマトリックス中
の炭素量を低くし、表層硬度を低下させ、ひいては接触
疲労強度を逆に劣化させるので、上限をＣｒ１０．０％
またはＶ５．０％とする。なおＣｒとＶの両元素の複合
添加は本発明に何等問題はないが、マトリックス中の炭
素量の確保の点から、望ましくは合計量で１０．０％以
下とすべきである。
元素であり、Ｃｒ１．３％以上またはＶ０．５％以上の
添加が必須である。しかし多量の添加はマトリックス中
の炭素量を低くし、表層硬度を低下させ、ひいては接触
疲労強度を逆に劣化させるので、上限をＣｒ１０．０％
またはＶ５．０％とする。なおＣｒとＶの両元素の複合
添加は本発明に何等問題はないが、マトリックス中の炭
素量の確保の点から、望ましくは合計量で１０．０％以
下とすべきである。
【００１５】上記に示した化学成分を有する本発明鋼は
機械加工した後、これに浸炭や浸炭窒化などの炭素拡散
処理を施すことにより極めて高い接触強度を有する駆動
伝達系部品を実現することを可能とする。この炭素拡散
処理法にはいくつかの方法が考えられるが、気体浸炭
（あるいは気体浸炭窒化）法が最も品質安定性が良く、
かつ経済的である。以下では本発明鋼を気体浸炭法に基
づいて処理する場合の製造方法の限定条件について述べ
る。
機械加工した後、これに浸炭や浸炭窒化などの炭素拡散
処理を施すことにより極めて高い接触強度を有する駆動
伝達系部品を実現することを可能とする。この炭素拡散
処理法にはいくつかの方法が考えられるが、気体浸炭
（あるいは気体浸炭窒化）法が最も品質安定性が良く、
かつ経済的である。以下では本発明鋼を気体浸炭法に基
づいて処理する場合の製造方法の限定条件について述べ
る。
【００１６】まず浸炭温度は９００〜１０５０℃とす
る。本発明鋼は比較的合金元素量が多いので温度が低い
と溶体化が充分に行われずその下限を９００℃とした。
一方１０５０℃を超過すると結晶粒の粗大化が起こるの
で避けるべきである。ガス雰囲気のカーボンポテンシャ
ルの調整は、例えば昭和５４年８月３０日日刊工業新聞
社発行「浸炭焼入の実際」１２〜１７頁に詳細に解説さ
れているが、すなわち雰囲気中のＣＯおよびＣＯ2 ガス
分圧の比あるいは露点（水分量）から計算で求められ
る。この計算上のカーボンポテンシャルを１．５〜５．
０％とする。１．５％未満ではＣの供給量が不足で炭化
物が充分に形成されず、５．０％を超過すると粒界上に
粗大な初析セメンタイトが析出して接触疲労強度を劣化
させる。浸炭時間はＣの拡散を充分行うために３時間以
上とする。なおカーボンポテンシャルが制御不可能な固
体浸炭法においても、浸炭温度９００〜１０５０℃、浸
炭時間３時間以上の条件を満足すれば、処理後の材料か
ら推定される相当カーボンポテンシャルは２．０〜５．
０％になるので、本発明条件を満足することが可能であ
る。
る。本発明鋼は比較的合金元素量が多いので温度が低い
と溶体化が充分に行われずその下限を９００℃とした。
一方１０５０℃を超過すると結晶粒の粗大化が起こるの
で避けるべきである。ガス雰囲気のカーボンポテンシャ
ルの調整は、例えば昭和５４年８月３０日日刊工業新聞
社発行「浸炭焼入の実際」１２〜１７頁に詳細に解説さ
れているが、すなわち雰囲気中のＣＯおよびＣＯ2 ガス
分圧の比あるいは露点（水分量）から計算で求められ
る。この計算上のカーボンポテンシャルを１．５〜５．
０％とする。１．５％未満ではＣの供給量が不足で炭化
物が充分に形成されず、５．０％を超過すると粒界上に
粗大な初析セメンタイトが析出して接触疲労強度を劣化
させる。浸炭時間はＣの拡散を充分行うために３時間以
上とする。なおカーボンポテンシャルが制御不可能な固
体浸炭法においても、浸炭温度９００〜１０５０℃、浸
炭時間３時間以上の条件を満足すれば、処理後の材料か
ら推定される相当カーボンポテンシャルは２．０〜５．
０％になるので、本発明条件を満足することが可能であ
る。
【００１７】このようにして浸炭処理した材料を６０〜
２００℃に調整された焼入れ油中に焼入れる。本発明鋼
の浸炭材は高温の焼入れ油中に焼入れると、残留オース
テナイトが多量に残り、かえって接触疲労強度を劣化さ
れる危険があるので、その上限を２００℃とするが、低
温過ぎると焼き割れや大きな焼入歪を発生するので、下
限を６０℃とする。上記の浸炭焼入条件は炭素拡散状態
が気体浸炭法とほぼ同じである気体浸炭窒化法でも全く
同一である。
２００℃に調整された焼入れ油中に焼入れる。本発明鋼
の浸炭材は高温の焼入れ油中に焼入れると、残留オース
テナイトが多量に残り、かえって接触疲労強度を劣化さ
れる危険があるので、その上限を２００℃とするが、低
温過ぎると焼き割れや大きな焼入歪を発生するので、下
限を６０℃とする。上記の浸炭焼入条件は炭素拡散状態
が気体浸炭法とほぼ同じである気体浸炭窒化法でも全く
同一である。
【００１８】このようにして浸炭焼入れした材料を次に
１００〜２００℃で０．５時間以上の低温焼戻しを施
す。これは接触疲労亀裂の発生を促す水素の除去を目的
として行うものであって、１００℃未満あるいは０．５
時間未満ではその効果が充分でない。しかし２００℃を
超過すると表層硬度の低下が著しいのでこれを避ける。
以上の処理をした材料を駆動伝達系部品として使用する
ことに何等問題はなく、高い接触疲労強度が得られる
が、さらに最表層を研削除去することはより効果的であ
る。すなわち、研削除去量が１０μｍ未満では表層除去
の効果は顕著ではなく、５０μｍを超すと表層の圧縮残
留応力域の大部分が除去されるので、かえって接触疲労
強度は劣化する。この際、表層の除去方法は、電解研磨
や機械的に研削する方法或いは液体ホーニングなど任意
の方法によることができる。
１００〜２００℃で０．５時間以上の低温焼戻しを施
す。これは接触疲労亀裂の発生を促す水素の除去を目的
として行うものであって、１００℃未満あるいは０．５
時間未満ではその効果が充分でない。しかし２００℃を
超過すると表層硬度の低下が著しいのでこれを避ける。
以上の処理をした材料を駆動伝達系部品として使用する
ことに何等問題はなく、高い接触疲労強度が得られる
が、さらに最表層を研削除去することはより効果的であ
る。すなわち、研削除去量が１０μｍ未満では表層除去
の効果は顕著ではなく、５０μｍを超すと表層の圧縮残
留応力域の大部分が除去されるので、かえって接触疲労
強度は劣化する。この際、表層の除去方法は、電解研磨
や機械的に研削する方法或いは液体ホーニングなど任意
の方法によることができる。
【００１９】以下に、本発明の効果を実施例により、さ
らに具体的に示す。
らに具体的に示す。
【００２０】
【実施例】以下の実施例においては、３００ｋｇ真空溶
解炉において溶製した鋼材を用いて実験を行った。接触
疲労試験は、図１にその構成概略図を示すが、直径２６
ｍｍ、幅２８ｍｍの円筒部を有するローラー状試験片を
用い、これに同一材料で作製した直径１３０ｍｍ、幅１
８ｍｍの大ローラーを接触させ、試験片の回転速度１０
００ｒｐｍ、すべり率４０％で両ローラーを回転させる
方法で行った。この際、試験片表層にピッティング疲労
が発生せず、健全な状態のままで１０7 回まで回転が可
能な最大面圧をその材料の接触疲労強度とした。加工性
は外周切削試験および冷間転造加工試験の２種類の試験
を行い、切削加工性および転造加工性の両面から評価し
た。外周切削試験には直径８０ｍｍの熱延棒鋼材を用
い、これを多軸自動旋盤により切削加工した。加工条件
は、工具：ＳＫＨ５７、切削速度７８〜８３ｍｍ／ｒｅ
ｖ、工具送り速度０．０２ｍｍ／ｒｅｖ、切削油：不水
溶製油１２０ｌ／ｍｉｎで行った。その際、３０００サ
イクル後の工具の前逃げ面溝状摩耗の長さが３００μｍ
以内のものを合格という基準で切削加工性を評価した。
冷間転造加工試験は直径２８ｍｍの熱延棒鋼材を用い、
図２にその構成概略図を示すＳＫＤ１１製の転造工具
で、押付け荷重５００ｔ、水平方向移動速度１０ｍｍ／
ｓｅｃの加工条件で転造加工を行った。その際、２００
０個の試験片を加工した後、工具に割れや欠落の認めら
れないものを合格という基準で転造加工性を評価した。
解炉において溶製した鋼材を用いて実験を行った。接触
疲労試験は、図１にその構成概略図を示すが、直径２６
ｍｍ、幅２８ｍｍの円筒部を有するローラー状試験片を
用い、これに同一材料で作製した直径１３０ｍｍ、幅１
８ｍｍの大ローラーを接触させ、試験片の回転速度１０
００ｒｐｍ、すべり率４０％で両ローラーを回転させる
方法で行った。この際、試験片表層にピッティング疲労
が発生せず、健全な状態のままで１０7 回まで回転が可
能な最大面圧をその材料の接触疲労強度とした。加工性
は外周切削試験および冷間転造加工試験の２種類の試験
を行い、切削加工性および転造加工性の両面から評価し
た。外周切削試験には直径８０ｍｍの熱延棒鋼材を用
い、これを多軸自動旋盤により切削加工した。加工条件
は、工具：ＳＫＨ５７、切削速度７８〜８３ｍｍ／ｒｅ
ｖ、工具送り速度０．０２ｍｍ／ｒｅｖ、切削油：不水
溶製油１２０ｌ／ｍｉｎで行った。その際、３０００サ
イクル後の工具の前逃げ面溝状摩耗の長さが３００μｍ
以内のものを合格という基準で切削加工性を評価した。
冷間転造加工試験は直径２８ｍｍの熱延棒鋼材を用い、
図２にその構成概略図を示すＳＫＤ１１製の転造工具
で、押付け荷重５００ｔ、水平方向移動速度１０ｍｍ／
ｓｅｃの加工条件で転造加工を行った。その際、２００
０個の試験片を加工した後、工具に割れや欠落の認めら
れないものを合格という基準で転造加工性を評価した。
【００２１】なお、以下に挙げる各表において、太枠で
囲んだ条件が本発明を満足する実施例であり、それ以外
は比較例である。 鋼材成分の影響 表１に示すＡ〜Ｚまでの化学成分を有する鋼材を用い、
上記に示す所定の径の棒鋼に熱延した材料を用いて外周
切削試験および冷間転造加工試験を行った。さらに所定
の形状に機械加工した後、温度９３０℃、計算から求め
られるカーボンポテンシャル２．５％、時間５時間の浸
炭条件で浸炭し、温度１００℃の焼入れ油に焼入れし、
温度１３０℃で１時間焼戻しし、表層を１５μｍ研削し
た試験片を用いて接触疲労試験を行い、接触疲労強度を
求めた。結果を表２に示す。
囲んだ条件が本発明を満足する実施例であり、それ以外
は比較例である。 鋼材成分の影響 表１に示すＡ〜Ｚまでの化学成分を有する鋼材を用い、
上記に示す所定の径の棒鋼に熱延した材料を用いて外周
切削試験および冷間転造加工試験を行った。さらに所定
の形状に機械加工した後、温度９３０℃、計算から求め
られるカーボンポテンシャル２．５％、時間５時間の浸
炭条件で浸炭し、温度１００℃の焼入れ油に焼入れし、
温度１３０℃で１時間焼戻しし、表層を１５μｍ研削し
た試験片を用いて接触疲労試験を行い、接触疲労強度を
求めた。結果を表２に示す。
【００２２】鋼材Ｆは、従来歯車に使われている代表的
な鋼種であるＳＣＭ４２０相当鋼であるが、この鋼材で
は接触疲労強度は高々２８０ｋｇｆ／ｍｍ2 程度であ
る。これに対し本発明鋼であるＡ〜Ｅの５鋼材はいずれ
も３２０ｋｇｆ／ｍｍ2 を超える極めて高い接触疲労強
度を有している。鋼材Ｇは浸炭前の炭素量が低すぎるた
めに、鋼材ＩはＳｉ量が低すぎるために、鋼材ＬはＭｎ
量が高すぎるために、鋼材ＭはＰ量が高すぎるために、
鋼材ＯはＳ量が高すぎるために、鋼材ＰはＭｏ量が低す
ぎるために、鋼材Ｑは逆にＭｏ量が高すぎるために、鋼
材ＲはＡｌ量が低すぎるために、鋼材ＴはＮ量が低すぎ
るために、鋼材ＶはＯ量が高すぎるために、鋼材ＷはＣ
ｒ量が低すぎるために、鋼材Ｘは逆にＣｒ量が高すぎる
ために、鋼材ＹはＶ量が低すぎるために、鋼材Ｚは逆に
Ｖ量が高すぎるために、いずれも先に記した理由から接
触疲労強度は３００ｋｇｆ／ｍｍ2 を達成し得ない。
な鋼種であるＳＣＭ４２０相当鋼であるが、この鋼材で
は接触疲労強度は高々２８０ｋｇｆ／ｍｍ2 程度であ
る。これに対し本発明鋼であるＡ〜Ｅの５鋼材はいずれ
も３２０ｋｇｆ／ｍｍ2 を超える極めて高い接触疲労強
度を有している。鋼材Ｇは浸炭前の炭素量が低すぎるた
めに、鋼材ＩはＳｉ量が低すぎるために、鋼材ＬはＭｎ
量が高すぎるために、鋼材ＭはＰ量が高すぎるために、
鋼材ＯはＳ量が高すぎるために、鋼材ＰはＭｏ量が低す
ぎるために、鋼材Ｑは逆にＭｏ量が高すぎるために、鋼
材ＲはＡｌ量が低すぎるために、鋼材ＴはＮ量が低すぎ
るために、鋼材ＶはＯ量が高すぎるために、鋼材ＷはＣ
ｒ量が低すぎるために、鋼材Ｘは逆にＣｒ量が高すぎる
ために、鋼材ＹはＶ量が低すぎるために、鋼材Ｚは逆に
Ｖ量が高すぎるために、いずれも先に記した理由から接
触疲労強度は３００ｋｇｆ／ｍｍ2 を達成し得ない。
【００２３】一方、鋼材Ｈ、Ｊ、Ｋ、Ｎ、Ｓ、Ｕはそれ
ぞれ接触疲労強度は３００ｋｇｆ／ｍｍ2 以上を達成し
ているが、鋼材Ｈは浸炭前のＣ量が高すぎるために、鋼
材ＪはＳｉ量が高すぎるために、鋼材ＮはＳ量が低すぎ
るために、鋼材ＳはＡｌ量が高すぎるために、鋼材Ｕは
Ｎ量が高すぎるために、いずれも加工性の劣化をきたし
ている。
ぞれ接触疲労強度は３００ｋｇｆ／ｍｍ2 以上を達成し
ているが、鋼材Ｈは浸炭前のＣ量が高すぎるために、鋼
材ＪはＳｉ量が高すぎるために、鋼材ＮはＳ量が低すぎ
るために、鋼材ＳはＡｌ量が高すぎるために、鋼材Ｕは
Ｎ量が高すぎるために、いずれも加工性の劣化をきたし
ている。
【００２４】浸炭条件の影響 本発明鋼である表１の鋼材Ａを用いて次に浸炭条件の検
討を行った。所定の形状に機械加工した後、表３に示す
浸炭焼入れおよび焼戻し条件で処理した試験片を用いて
接触疲労試験を行い、接触疲労強度を求めた。結果を表
４に示す。条件ａおよびｂはいずれも本発明の処理条件
を満足し、接触疲労強度は３２０ｋｇｆ／ｍｍ2 を超え
る極めて高い値を有している。一方、条件ｃは浸炭温度
が低すぎるために、条件ｄは逆に浸炭温度が高すぎるた
めに、条件ｅはカーボンポテンシャルが低すぎるため
に、条件ｆは逆にカーボンポテンシャルが高すぎるため
に、条件ｇは浸炭時間が短すぎるために、条件ｉは焼入
れ油温度が高すぎるために、条件ｊは焼戻し温度が低す
ぎるために、条件ｋは逆に焼戻し温度が高すぎるため
に、条件ｌは焼戻し時間が短すぎるために、いずれも高
々２７０ｋｇｆ／ｍｍ2 程度の接触疲労強度しか得られ
ていない。なお、条件ｍは表層の研削量が多すぎて接触
疲労強度が劣化した例である。また条件ｈは焼入れ油の
温度が低すぎるため焼入れ後の試験片に焼割れが発生
し、接触疲労試験を行えなかった。
討を行った。所定の形状に機械加工した後、表３に示す
浸炭焼入れおよび焼戻し条件で処理した試験片を用いて
接触疲労試験を行い、接触疲労強度を求めた。結果を表
４に示す。条件ａおよびｂはいずれも本発明の処理条件
を満足し、接触疲労強度は３２０ｋｇｆ／ｍｍ2 を超え
る極めて高い値を有している。一方、条件ｃは浸炭温度
が低すぎるために、条件ｄは逆に浸炭温度が高すぎるた
めに、条件ｅはカーボンポテンシャルが低すぎるため
に、条件ｆは逆にカーボンポテンシャルが高すぎるため
に、条件ｇは浸炭時間が短すぎるために、条件ｉは焼入
れ油温度が高すぎるために、条件ｊは焼戻し温度が低す
ぎるために、条件ｋは逆に焼戻し温度が高すぎるため
に、条件ｌは焼戻し時間が短すぎるために、いずれも高
々２７０ｋｇｆ／ｍｍ2 程度の接触疲労強度しか得られ
ていない。なお、条件ｍは表層の研削量が多すぎて接触
疲労強度が劣化した例である。また条件ｈは焼入れ油の
温度が低すぎるため焼入れ後の試験片に焼割れが発生
し、接触疲労試験を行えなかった。
【００２５】以上の結果から、本発明鋼を本発明法に準
じて浸炭（或いは浸炭窒化）を行うことにより、従来鋼
を従来法で浸炭した場合に比べて、極めて優れた接触疲
労強度を示すとともに、加工性も遜色ないことがわか
る。
じて浸炭（或いは浸炭窒化）を行うことにより、従来鋼
を従来法で浸炭した場合に比べて、極めて優れた接触疲
労強度を示すとともに、加工性も遜色ないことがわか
る。
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【００２６】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明は、金属炭化物
を鋼材組織中に導入し、表層の摩擦係数を低下させて接
触疲労強度の向上を図るという全く新規な考えを基に、
その金属炭化物導入方法および鋼材の加工特性などの点
を詳細に検討し、ＣｒおよびＶを炭化物形成元素として
選び、炭化物分散制御に重要なＳｉやＭｎおよびその他
の接触疲労強度に影響を及ぼすいくつかの元素の添加量
を規定して、これに炭素拡散処理を行えば、極めて高い
接触疲労強度が得られる駆動伝達系部品用鋼および品質
安定性および経済性の最も高い気体浸炭法で条件を規定
した接触疲労強度の高い駆動伝達系機械部品の製造方法
を提供する、産業上極めて有効な方法である。
を鋼材組織中に導入し、表層の摩擦係数を低下させて接
触疲労強度の向上を図るという全く新規な考えを基に、
その金属炭化物導入方法および鋼材の加工特性などの点
を詳細に検討し、ＣｒおよびＶを炭化物形成元素として
選び、炭化物分散制御に重要なＳｉやＭｎおよびその他
の接触疲労強度に影響を及ぼすいくつかの元素の添加量
を規定して、これに炭素拡散処理を行えば、極めて高い
接触疲労強度が得られる駆動伝達系部品用鋼および品質
安定性および経済性の最も高い気体浸炭法で条件を規定
した接触疲労強度の高い駆動伝達系機械部品の製造方法
を提供する、産業上極めて有効な方法である。
【図１】接触疲労試験構成概略図である。
【図２】冷間転造試験構成概略図である。
１ 駆動試験片（テストピース） ２ 従動試験片（負荷ローラ） ３ 駆動歯車 ４ 従動歯車 ５ 軸受 ６ カップリング ７ ベルト １１ 試験片 １２ 転造工具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 8/32 7516−4Ｋ
Claims (2)
- 【請求項１】 重量で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓ
ｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ｐ≦
０．０３０％、Ｓ：０．０１〜０．０６％、Ｍｏ：０．
１〜１．０％、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｎ：０．０
０２〜０．０２％、Ｏ≦０．０１％を含有し、さらにＣ
ｒ：１．３〜１０．０％、Ｖ：０．５〜５．０％の１種
または２種を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から
なる浸炭或は浸炭窒化等の炭素拡散処理を施して使用さ
れる接触疲労強度の高い駆動伝達系部品用鋼。 - 【請求項２】 重量で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓ
ｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ｐ≦
０．０３０％、Ｓ：０．０１〜０．０６％、Ｍｏ：０．
１〜１．０％、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｎ：０．０
０２〜０．０２％、Ｏ≦０．０１％を含有し、さらにＣ
ｒ：１．３〜１０．０％、Ｖ：０．５〜５．０％の１種
または２種を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から
なる鋼を機械加工した後、９００〜１０５０℃の温度域
でカーボンポテンシャル：１．５〜５．０％に調整され
た浸炭或いは浸炭窒化雰囲気中、３時間以上の浸炭或い
は浸炭窒化処理を施した後、６０〜２００℃の温度域に
ある焼入れ油中に浸漬して焼入れし、次いで１００〜２
００℃の温度域で０．５時間以上の焼戻し処理を施すこ
とを特徴とする接触疲労強度の高い駆動伝達系部品の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13118892A JPH05320822A (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | 接触疲労強度の高い駆動伝達系部品用鋼および駆動伝達系部品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13118892A JPH05320822A (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | 接触疲労強度の高い駆動伝達系部品用鋼および駆動伝達系部品の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05320822A true JPH05320822A (ja) | 1993-12-07 |
Family
ID=15052079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13118892A Withdrawn JPH05320822A (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | 接触疲労強度の高い駆動伝達系部品用鋼および駆動伝達系部品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05320822A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998027242A1 (fr) * | 1996-12-17 | 1998-06-25 | Komatsu Ltd. | Pieces en acier a grande resistance de charge et leurs procedes de production |
| JP2012092423A (ja) * | 2010-09-30 | 2012-05-17 | Dowa Thermotech Kk | ガス浸炭方法 |
| US20140197003A1 (en) * | 2013-01-15 | 2014-07-17 | Cnk Co., Ltd. | Sliding member, clutch plate, and production methods thereof |
-
1992
- 1992-05-22 JP JP13118892A patent/JPH05320822A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998027242A1 (fr) * | 1996-12-17 | 1998-06-25 | Komatsu Ltd. | Pieces en acier a grande resistance de charge et leurs procedes de production |
| EP0950723A4 (en) * | 1996-12-17 | 2001-05-09 | Komatsu Mfg Co Ltd | STEEL PARTS WITH HIGH BALLAST RESISTANCE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
| US6413328B2 (en) | 1996-12-17 | 2002-07-02 | Komatsu Ltd | High surface pressure resistant steel parts and methods of producing same |
| US6447619B1 (en) | 1996-12-17 | 2002-09-10 | Komatsu Ltd. | High surface pressure resistant steel parts and methods of producing same |
| EP1273672A1 (en) * | 1996-12-17 | 2003-01-08 | Komatsu Ltd. | High surface pressure resistant steel parts and methods of producing same |
| JP2012092423A (ja) * | 2010-09-30 | 2012-05-17 | Dowa Thermotech Kk | ガス浸炭方法 |
| US20140197003A1 (en) * | 2013-01-15 | 2014-07-17 | Cnk Co., Ltd. | Sliding member, clutch plate, and production methods thereof |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990803 |