JPH08311607A - 歯元曲げ強度に優れた低歪浸炭歯車およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】曲げ強度に優れると共に歪が小さく稼働時騒音
を低減できる自動車や産業機械用浸炭歯車とその製造方
法の提供。 【構成】素材が、所定の化学組成を有する鋼材であっ
て、浸炭硬化層の表面Ｃ濃度が素材Ｃ含有量を超え、且
つ０．５〜１．０％で、更にその硬化層のオ−ステナイ
ト結晶粒度がＪＩＳ粒度番号で９番以上であり、芯部硬
度がＨｖ２５０以上である歯元曲げ強度に優れた低歪浸
炭歯車。 浸炭によって浸炭硬化層表面のＣ濃度を素材のＣ含有
量を超え、且つ０．５〜１．０％となし、次いで少なく
とも６５０〜５５０℃の温度域を２０℃／ｓ以下の冷却
速度で冷却してから、歯車の全浸炭深さの０．５〜２．
０倍の領域を高周波加熱焼入れし、浸炭硬化層のオ−ス
テナイト結晶粒度をＪＩＳ粒度番号で９番以上で、且つ
芯部硬度をＨｖ２５０以上となす歯元曲げ強度に優れた
低歪浸炭歯車の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、歯元曲げ強度に優れ且
つ歪が小さい浸炭歯車とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車や産業機械に使用される動力伝達
用の歯車には、歯の折損に係わる歯元曲げ強度およびピ
ッチングやスポ−リングに係わる面圧強度が要求される
（繰り返し面圧の負荷により、材料表面が剥離する疲労
現象のうち、剥離が比較的小さなものをピッチング、剥
離が比較的大きなものをスポ−リングと呼ぶことが多い
ので、本明細書においてもこれに倣った）。また、最近
では環境問題から歯車運転時の騒音を抑えることも要求
されている。

【０００３】従来、一般に上記した歯車の素材鋼として
は浸炭鋼が多用されてきた。ところが最近の部品軽量化
やエンジンの高出力化の動きに対しては、従来の浸炭鋼
では前記した各種の強度に限界があって充分な対応がで
きていないのが実状である。

【０００４】更に、浸炭歯車は浸炭処理後そのままの状
態で、あるいは浸炭処理後に低温焼戻しをしただけで、
機械加工をほとんど施すことなく使用されるため、浸炭
焼入れによる熱処理歪が残り、これが運転時の騒音発生
の原因となっている。このため、従来は低騒音化に対し
て歯車を機械加工することが必須要件となっていた。

【０００５】斯様な現状に対して、例えば、特定の化学
組成を有する鋼材を浸炭焼入れしてから浸炭硬化層ある
いはその近傍にのみ高周波加熱して焼入れを施す（以
下、「高周波加熱して焼入れる処理」を単に「高周波焼
入れ」という）高疲労強度肌焼品の製造方法が特開昭６
４−３６７７９号公報に提案されている。この方法によ
れば、浸炭硬化層のオ−ステナイト結晶粒の微細化と圧
縮残留応力の導入により確かに曲げ疲労強度は改善でき
る。しかしながら、浸炭後に焼入れする方法であるため
従来と同様に大きな熱処理歪が生じ、加えて浸炭焼入れ
後に高周波焼入れも実施するので通常の場合よりも熱処
理歪が一層大きくなって、低騒音化には効果を有しない
ものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、大き
な曲げ強度を有すると共に浸炭処理時の熱処理歪を低減
した浸炭歯車とその製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決するため浸炭歯車の素材となる鋼材の化学組成並
びに浸炭歯車の組織および熱処理方法について研究を行
った結果、下記の知見を得た。

【０００８】浸炭鋼の曲げ強度は、浸炭硬化層のオ−
ステナイト粒度と浸炭焼入後の芯部硬度に大きく影響さ
れ、オ−ステナイト粒が小さいほど（粒度番号が大きい
ほど）、また、芯部硬度が高いほど曲げ強度は向上す
る。但し、芯部硬度がＨｖ５００を超えると曲げ強度の
上昇は飽和し、一部の鋼ではかえって曲げ強度が低下す
る場合もある。ここで、浸炭焼入れ後の「芯部」とは浸
炭していない部分のことをいう。

【０００９】浸炭硬化層を高周波法で再加熱焼入れす
ることで、浸炭後の冷却速度に拘らず浸炭硬化層のオ−
ステナイト粒をＪＩＳ粒度番号で９番以上の微細なもの
とすることができる。

【００１０】芯部硬度は浸炭後の冷却速度のほか、母
材（素材鋼）のＣ含有量に大きく影響される。たとえ浸
炭後の冷却速度を遅くしても、母材のＣ含有量を高くす
ることによって曲げ強度に必要な芯部硬度は充分確保で
きる。

【００１１】浸炭後の冷却速度を通常の油焼入れに相
当する冷却速度、つまり歯車の中心部冷却速度で２０℃
／ｓを超える冷却速度よりも小さくすれば、マルテンサ
イト変態および急冷による熱処理歪が大きく緩和され
る。従って、その後に表面部近傍のみを高周波焼入れし
ても、歯車全体の熱処理歪は通常の浸炭焼入れした場合
に比べて著しく小さくできる。

【００１２】上記〜の知見に基づき本発明は、浸炭
鋼として常用される約０．２重量％のＣを含有する鋼
（所謂肌焼鋼）よりＣ含有量の高い鋼を素材鋼として用
い、浸炭処理後に緩冷することによって曲げ強度に必要
な芯部硬度を確保し、且つ、熱処理歪も小さく抑え、次
に高周波焼入れすることで曲げ強度に必要な浸炭硬化層
のオ−ステナイト粒を微細化しようとするもので、下記
（１）と（２）の低歪浸炭歯車および（３）のその製造
方法を要旨とする。

【００１３】（１）素材が、重量％で、Ｃ：０．３０〜
０．６０％、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：２．５％以
下、Ｎｉ：２．５％以下、Ｃｒ：２．０％以下、Ｍｏ：
１．０％以下、Ａｌ：０．０１〜０．０６％、Ｂ：０．
００５０％以下、Ｎ：０．００４０〜０．０２００％を
含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなり、不純
物中のＰは０．０３％以下およびＳは０．０３％以下で
ある鋼材であって、浸炭硬化層の表面のＣ濃度が素材の
Ｃ含有量を超え、且つ重量％で０．５〜１．０％で、更
にその硬化層のオ−ステナイト結晶粒度がＪＩＳ粒度番
号で９番以上であり、芯部硬度がＨｖ２５０以上である
歯元曲げ強度に優れた低歪浸炭歯車。

【００１４】（２）素材が、上記（１）に記載の成分に
加えて更に、重量％で０．０１０〜０．０５０％のＴ
ｉ、０．０１０〜０．０５０％のＮｂおよび０．０１〜
０．３０％のＶのうちの１種以上を含有する鋼であっ
て、浸炭硬化層の表面のＣ濃度が素材のＣ含有量を超
え、且つ重量％で０．５〜１．０％で、更にその硬化層
のオ−ステナイト結晶粒度がＪＩＳ粒度番号で９番以上
であり、芯部硬度がＨｖ２５０以上である歯元曲げ強度
に優れた低歪浸炭歯車。

【００１５】（３）上記（１）と（２）のいずれかに記
載の素材鋼からなる歯車を浸炭して浸炭硬化層の表面の
Ｃ濃度を素材のＣ含有量を超え、且つ重量％で０．５〜
１．０％となし、次いで少なくとも６５０〜５５０℃の
温度域を２０℃／ｓ以下の冷却速度で冷却してから、歯
車の全浸炭深さの０．５〜２．０倍の領域を高周波加熱
法でオ−ステナイト領域へ加熱して焼入れし、浸炭硬化
層のオ−ステナイト結晶粒度をＪＩＳ粒度番号で９番以
上で、且つ芯部硬度をＨｖ２５０以上となすことを特徴
とする上記（１）と（２）に記載のいずれかの歯元曲げ
強度に優れた低歪浸炭歯車の製造方法。

【００１６】

【作用】以下、本発明についてその作用効果と共に詳し
く説明する。なお「％」は「重量％」を意味する。

【００１７】（Ａ）素材鋼の化学組成 Ｃ：Ｃは母材（素材鋼）すなわち芯部の硬度を上昇させ
ることにより、曲げ強度を向上させる作用がある。本発
明では通常の浸炭焼入れ処理とは異なって浸炭後に緩冷
するが、この処理法を前提にした場合、Ｃ含有量が０．
３％未満では所望の曲げ強度を確保できない。一方、
０．６０％を超えて含有すると曲げ強度向上の効果は飽
和するばかりか、被削性および冷間鍛造性が著しく劣化
するようになる。従って、Ｃの含有量を０．３０〜０．
６０％とした。

【００１８】Ｓｉ：Ｓｉは添加しなくても良い。添加す
れば浸炭硬化層の軟化抵抗を上昇させることにより、歯
車のピッチング寿命を向上する作用を有する。この効果
を確実に得るには、Ｓｉは０．５％以上の含有量とする
ことが好ましい。しかし、その含有量が１．５％を超え
ると被削性や冷間鍛造性などが劣化するようになるの
で、含有量の上限を１．５％とした。

【００１９】Ｍｎ：Ｍｎは含有させなくても良い。含有
させれば鋼の焼入れ性が向上する効果があり、特に本発
明にあっては、表面部近傍を高周波焼入れによりマルテ
ンサイト化して曲げ強度を向上させる作用を有する。前
記効果を確実に得るには、Ｍｎは０．３％以上の含有量
とすることが好ましい。しかし、歯車のサイズが小さく
高周波焼入れ時の表面の冷却速度が充分に大きくなる場
合には、歪を小さく抑えるために添加しない方が良い。
但し、歯車のサイズが大きい場合でも、その含有量が
２．５％を超えると母材の焼入れ性が高くなり過ぎて浸
炭後の冷却時の歪増大の原因となる。従って、Ｍｎの含
有量を２．５％以下とした。

【００２０】Ｎｉ：Ｎｉは添加しなくても良い。添加す
れば高周波焼入れされる浸炭硬化層を強靱化して曲げ強
度を向上する作用がある。前記効果を確実に得るには、
Ｎｉは０．５％以上の含有量とすることが好ましい。し
かし、２．５％を超えて添加してもその効果は飽和しコ
ストが上昇するだけであるので、Ｎｉの含有量を２．５
％以下とした。

【００２１】Ｃｒ：Ｃｒも添加しなくても良い。添加す
れば鋼の焼入れ性が向上する作用があり、特に本発明に
あっては、表面部近傍を高周波焼入れによりマルテンサ
イト化して曲げ強度を向上させる効果を有する。前記効
果を確実に得るには、Ｃｒは０．５％以上の含有量とす
ることが好ましい。しかし、歯車のサイズが小さく高周
波焼入れ時の表面の冷却速度が充分に大きくなる場合に
は、歪を小さく抑えるために添加しない方が良い。但
し、歯車のサイズが大きい場合でも、その含有量が２．
０％を超えると母材の焼入れ性が高くなり過ぎて浸炭後
の冷却時の歪増大の原因となるので、Ｃｒの含有量の上
限を２．０％とした。

【００２２】Ｍｏ：Ｍｏは含有させなくても良い。含有
させれば高周波焼入れされる浸炭硬化層を強靱化して曲
げ強度を向上する作用がある。前記効果を確実に得るに
は、Ｍｏは０．２％以上の含有量とすることが好まし
い。しかし、１．０％を超えて添加してもその効果は飽
和しコストが上昇するだけである。従って、Ｍｏの含有
量を１．０％以下とした。

【００２３】Ａｌ：Ａｌは鋼中のＮと反応してＡｌＮを
生成し、高周波加熱時のオ−ステナイト粒の粗大化を防
止する作用を有する。しかし、その含有量が０．０１％
未満では所望の効果が得られず、高周波加熱時にオ−ス
テナイト粒が粗大化して曲げ強度が充分に向上しない。
一方、０．０６％を超えて含有させるとその効果が飽和
するし、更に、冷間加工性および被削性が劣化するよう
になる。従って、Ａｌの含有量を０．０１〜０．０６％
とした。

【００２４】Ｂ：Ｂは添加しなくても良い。添加すれば
高周波焼入れされる浸炭硬化層を強靱化して曲げ強度を
向上する作用がある。前記効果を確実に得るには、Ｂは
０．０００５％以上の含有量とすることが好ましい。し
かし、０．００５０％を超えて添加してもその効果は飽
和するばかりか、多量のＢＮを形成してＮを消費しオ−
ステナイト粒の粗大化をきたすようになる場合がある。
従って、Ｂ含有量の上限を０．００５０％とした。

【００２５】Ｎ：ＮはＡｌと反応してＡｌＮを生成し、
高周波加熱時のオ−ステナイト粒の粗大化を防止する作
用がある。しかし、その含有量が０．００４０％未満で
は所望の効果が得られず、０．０２００％を超えるとそ
の効果が飽和するばかりか、冷間加工性が劣化するよう
になるので、その含有量を０．００４０〜０．０２００
％とした。

【００２６】不純物元素ＰおよびＳはその含有量を次の
とおり制限する。

【００２７】Ｐ：Ｐは曲げ強度を劣化させ、特にその含
有量が０．０３％を超えると曲げ強度の劣化が著しくな
る。従って、不純物元素としてのＰの含有量の上限を
０．０３％とした。

【００２８】Ｓ：Ｓも曲げ強度を劣化させ、特にその含
有量が０．０３％を超えると曲げ強度の劣化が著しくな
る。従って、不純物元素としてのＳの含有量の上限を
０．０３％とした。

【００２９】本発明の浸炭歯車の素材鋼には、上記の成
分に加えて更にＴｉ、ＮｂおよびＶの１種以上を含んで
いても良い。これらの合金元素の作用効果と望ましい含
有量は下記のとおりである。

【００３０】Ｔｉ、ＮｂおよびＶ：Ｔｉ、ＮｂおよびＶ
には高周波焼入れ時の浸炭硬化層のオ−ステナイト粒を
微細化し、曲げ強度を向上する作用がある。従って、Ｔ
ｉ、ＮｂおよびＶは必要に応じて添加しても良い。但
し、それぞれ０．０１０％未満の含有量では上記効果が
得難い。一方、ＴｉおよびＮｂは０．０５０％を超え
て、またＶの場合は０．３０％を超えて含有しても、そ
の効果が飽和する。従って、これらの合金元素を１種以
上添加する場合は、Ｔｉ：０．０１０〜０．０５０％、
Ｎｂ：０．０１０〜０．０５０％、Ｖ：０．０１０〜
０．３０％の含有量とするのが良い。

【００３１】（Ｂ）浸炭処理 浸炭処理は歯車表面のＣ濃度を上昇して高周波焼入れ後
の曲げ強度と面圧強度を確保するのに必須の処理であ
る。しかし、浸炭硬化層の表面のＣ濃度が０．５％未満
であると所望の特性が得られない。一方、面圧強度の向
上の面からは浸炭硬化層の表面のＣ濃度はできるだけ高
い方が望ましいが、１．０％を超えると曲げ強度が著し
く劣化するようになる。従って、浸炭処理による浸炭硬
化層の表面のＣ濃度は０．５〜１．０％とする必要があ
る。浸炭処理の方法は特に規定されるものではなく、通
常の方法で行えば良い。

【００３２】なお、浸炭処理を施せば浸炭硬化層の表面
のＣ濃度（Ｃ量）は素材（母材）のＣ含有量よりも当然
高くなるので、下限が０．５％、上限が１．０％の制約
に加えて素材のＣ含有量を超えるという制約を設けた。

【００３３】浸炭処理後に少なくとも６５０〜５５０℃
の温度域を２０℃／ｓ以下の冷却速度で冷却するのは、
浸炭処理後および高周波焼入れ後の製品（歯車）の変態
歪と熱処理歪を低減するためで、これによって歯車稼働
時の騒音を抑えることができる。

【００３４】変態歪を低減するには冷却によって生成す
るマルテンサイトをできるだけ少なくする必要がある
が、６５０〜５５０℃の温度域を２０℃／ｓ以下の冷却
速度で冷却すれば、組織の大部分はフェライト、パ−ラ
イトおよびベイナイトのいずれかの組織、あるいはそれ
らの混合組織となって変態歪を伴うことが比較的少な
い。更に、急冷（通常の浸炭処理後の焼入れ）による熱
処理歪も大きく緩和できる。この場合、鋼によっては一
部マルテンサイト変態することもあるが、通常の浸炭処
理後に焼入れする場合と比べて歪は著しく低減してお
り、従って、その後に表面部近傍のみを高周波焼入れし
ても、歯車全体の歪は通常の浸炭焼入れした場合に比べ
て著しく小さい。

【００３５】なお緩冷却する温度領域は６５０〜５５０
℃で充分であるが、望ましくは６７０〜５３０℃の温度
範囲である。緩冷却の開始温度が６５０℃を下回った
り、緩冷却の終了温度が５５０℃を上回ったりすると、
フェライト、パーライトあるいはベイナイトの変態開始
が著しく遅延して、前記した所望の組織を得ることが困
難となる場合がある。

【００３６】６５０〜５５０℃、望ましくは６７０〜５
３０℃の温度域における冷却速度の下限は特に規定しな
いが、生産効率を高める意味から２℃／ｓ以上の冷却速
度とすることが好ましい。

【００３７】（Ｃ）高周波焼入れ 本発明でいう「歯車の全浸炭深さ」とは、「浸炭処理に
より形成されたＣ濃度分布が母材Ｃ濃度（Ｃ量）に収束
する深さ」である。この深さを超えた部分が前記した
「芯部」になる。

【００３８】また、「全浸炭深さの０．５〜２．０倍の
領域を高周波加熱法でオ−ステナイト領域へ加熱して焼
入れる」ということは、上記で定義した深さの０．５〜
２．０倍の深さを高周波加熱法によってオ−ステナイト
化し、その後、焼入れにより変態させることをいう。

【００３９】高周波焼入れは、これによって歯車の表面
近傍だけを微細なマルテンサイト組織にして曲げ強度を
向上させるのに必要不可欠な処理である。焼入れ深さを
大きくすれば曲げ強度が向上するが、このためには少な
くとも全浸炭深さの０．５倍の深さまで焼入れする必要
がある。一方、焼入れ領域が全浸炭深さの２．０倍を超
えると、かえって曲げ強度は低下することとなる。従っ
て、高周波加熱法でオ−ステナイト領域へ加熱して焼入
れる範囲は、歯車の全浸炭深さの０．５〜２．０倍の領
域とする必要がある。

【００４０】（Ｄ）浸炭硬化層のオ−ステナイト結晶粒
度 浸炭処理後の緩冷却に続く高周波加熱法による焼入れで
浸炭硬化層のオ−ステナイト結晶粒を微細化すれば曲げ
強度が向上する。ＪＩＳ粒度番号で９番以上の細粒の場
合に大きな曲げ強度が得られるので、浸炭硬化層のオ−
ステナイト結晶粒度をＪＩＳ粒度番号で９番以上とし
た。この粒度番号はできるだけ大きくすること、換言す
れば、結晶粒をできるだけ小さくすることが望ましく、
オ−ステナイト結晶粒度番号の上限は特に規定されるも
のではない。

【００４１】なお、歯車に作用する応力は歯元での曲げ
応力であることから、最大応力は常に歯元の表面部、す
なわち浸炭硬化層に作用する。このためオ−ステナイト
結晶粒度の限定は浸炭硬化層のみとし、歯車の芯部につ
いては特に規定しない。しかしながら、歯車の強度・靱
性の向上を図る意味からは芯部のオ−ステナイト粒もで
きるだけ小さい方が好ましい。

【００４２】（Ｅ）芯部硬度 芯部硬度を高めると曲げ強度も向上する。特に、芯部硬
度がＨｖ２５０以上の場合に曲げ強度の向上が大きいた
め本発明においては芯部硬度の下限をＨｖ２５０とし
た。なお、その上限は特に規定しないがＨｖ５００を超
えると曲げ強度の上昇は飽和し、一部の鋼ではかえって
曲げ強度が低下する場合もあることから、Ｈｖ５００を
芯部硬度の上限とすることが望ましい（後述する実施例
２における表６のＥ鋼参照）。

【００４３】（Ｆ）焼戻し 低温で焼戻しを行うと表面硬度の大きな低下を伴わずに
靱性を改善できるので本発明の浸炭歯車は高周波焼入れ
の後必要に応じて焼戻しを実施したものであっても良
い。焼戻しする場合は、表面硬度を確保するためにその
温度を１５０〜２００℃とすれば良い。

【００４４】

【実施例】

（実施例１）表１に示す化学組成の本発明対象鋼（以
下、本発明鋼という）Ａを通常の方法によって真空溶製
した。次いで、通常の方法によって鋼片となした後、１
２００℃に加熱してから、１２００〜９００℃の温度で
２０ｍｍ直径の丸棒に熱間鍛造し、８７０℃で焼準し
た。

【００４５】こうして得られた焼準後の丸棒から図１に
示す曲げ試験片を切り出して、この試験片に通常の方法
でガス浸炭処理（浸炭温度：９３０℃、Ｃポテンシャ
ル：０．５〜０．９％）を施した。この後、試験片を直
ちに５００℃の還元雰囲気炉に挿入し、６５０〜５５０
℃における冷却速度を２℃／ｓとし、５５０℃になった
ところで炉から取り出し油冷した。次いで、高周波焼入
れ（高周波加熱の条件は、加熱温度：９５０℃、周波
数：２００ｋＨｚ、出力：２５〜５０ｋＷ）を行なうこ
とにより、焼入れの硬化層深さを全浸炭深さの０．６倍
から１．８倍に調整した。一部のものについては高周波
焼入れ後に１７０℃での焼戻しも行なった。

【００４６】また、比較例としてＣポテンシャルが０．
４％および１．１％でガス浸炭処理して表面Ｃ濃度（Ｃ
量）が高めのものと低めのものも作製した。更に、ガス
浸炭後に油冷して冷却速度を大きくしたもの、および焼
入れの硬化層深さを全浸炭深さの０．４倍と２．２倍に
調整したものも作製した。

【００４７】上記の処理を施した試験片を用いて、スパ
ン４０ｍｍ、切り欠き底の歪速度０．０２／ｓで常温３
点曲げ試験を実施し、更に、試験片の中心部硬度すなわ
ち芯部硬度の測定、浸炭硬化層のオ−ステナイト粒度測
定およびＥＰＭＡによる表面Ｃ濃度測定を行った。な
お、３点曲げ試験の結果は浸炭硬化層にクラックが導入
される荷重で評価し、これを３点曲げ強度とした。

【００４８】一方、２０ｍｍ直径の焼準後の丸棒から１
０ｍｍ直径で１００ｍｍ長さの試験片を切り出し、３点
曲げ試験片に対して行ったのと全く同じ熱処理を行った
後、ダイヤルゲージで試験片の曲がりを測定した。

【００４９】試験結果を表２に示す。表２から、本発明
の規定を満足するものでは高い曲げ強度が得られると共
に歪も小さいことが明らかである。浸炭硬化層の表面の
Ｃ濃度は、高すぎる場合（１．１５％）も低すぎる場合
（０．４４％）も曲げ強度は低い。従って、浸炭処理時
の表面Ｃ濃度の制御が重要であることが分かる。

【００５０】浸炭処理後、従来法のように直ちに油冷す
ると歪が大きくなることから、浸炭処理後の冷却速度の
制御が重要であることも明らかである。また、高周波焼
入れの硬化層深さが浅い場合（全浸炭深さの０．４
倍）、深すぎる場合（全浸炭深さの２．２倍）の両方と
も曲げ強度は低いことから、高周波焼入れ時の硬化層深
さ制御も重要であることが分かる。

【００５１】（実施例２）表３、４に示す化学組成の鋼
を通常の方法によって真空溶製した。表３、４におい
て、鋼Ｂ〜Ｒは本発明鋼、鋼Ｓ〜Ｗは成分のいずれかが
本発明で規定する含有量の範囲から外れた比較鋼であ
る。

【００５２】次いで、これらの本発明鋼および比較鋼を
通常の方法によって鋼片となした後、１２００℃に加熱
してから、１２００〜９００℃の温度で２０ｍｍ直径の
丸棒に熱間鍛造し、８７０℃で焼準した。

【００５３】こうして得られた鋼Ｂ〜Ｗの焼準後の丸棒
および前記の実施例１に記載した鋼Ａの焼準後の丸棒か
ら、図１に示す曲げ試験片を切り出して、この試験片に
通常の方法でガス浸炭処理（浸炭温度：９３０℃、Ｃポ
テンシャル：０．７％）を施した。この後、実施例１の
場合と同様に、試験片を直ちに５２５または５００℃の
還元雰囲気炉に挿入し、６５０〜５５０℃における冷却
速度を１．５または２℃／ｓとし、５５０℃になったと
ころで炉から取り出し大気中で放冷した。次いで、高周
波焼入れ（高周波加熱の条件は、加熱温度：９５０℃、
周波数：２００ｋＨｚ、出力：２５〜５０ｋＷ）を行な
うことにより、焼入れの硬化層深さを全浸炭深さの１．
０倍から１．９倍に調整した。この後、更に一部のもの
については１７０℃で焼戻しを行い、実施例１と同じ常
温３点曲げ試験を実施し、試験片の中心部すなわち芯部
の硬度測定、浸炭硬化層のオ−ステナイト粒度測定およ
びＥＰＭＡによる表面Ｃ濃度測定も行った。また、実施
例１と同様の方法で丸棒試験片（直径：１０ｍｍ、長
さ：１００ｍｍ）の曲がりを測定した。なお、ガス浸炭
処理後に油冷を行ってから高周波焼入れしたものと、ガ
ス浸炭処理後に油冷しただけで高周波焼入れを行わなか
ったものについても同じ試験を行った。

【００５４】試験結果を表５、６に示す。本発明鋼にお
いては浸炭硬化層のオ−ステナイト結晶粒度がＪＩＳ粒
度番号で９番以上に微細化されており、曲げ強度が高
い。これに対して、鋼Ｓと鋼ＴではＣ含有量が各々低め
（０．２５％）と高め（０．６３％）に外れるため、芯
部硬度が低めと高めになって、曲げ強度が低下してい
る。鋼ＵはＰとＳの含有量が高く、浸炭硬化層が脆化す
るため曲げ強度が低い。鋼ＶではＡｌとＮの含有量が低
く、浸炭硬化層のオ−ステナイト粒が粗大化して曲げ強
度が低下する。

【００５５】ガス浸炭処理後に油焼入れを行った場合に
は歪が大きくなる。この油焼入れの後で更に高周波焼入
れした場合には、歪が一層大きくなる。また、従来のガ
ス浸炭処理（浸炭処理後に油冷するだけで、その後で高
周波焼入れを行わない処理）では本発明に比べて歪が大
きく、高周波加熱法による再加熱焼入れに基づいた浸炭
硬化層の微細化効果も生じないので、曲げ強度が低い。

【００５６】

【表１】

【００５７】

【表２】

【００５８】

【表３】

【００５９】

【表４】

【００６０】

【表５】

【００６１】

【表６】

【００６２】

【発明の効果】本発明の浸炭歯車は曲げ強度が高いこと
から、自動車や産業機械に使用される動力伝達用の歯車
として利用することができ、更に、歪が小さいため、熱
処理したままで機械加工を行うことなく、歯車運転時の
低騒音化を達成することができる。この浸炭歯車は、前
述の本発明方法によって比較的容易に製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】３点曲げ試験片の形状を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】素材が、重量％で、Ｃ：０．３０〜０．６
   ０％、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：２．５％以下、Ｎ
   ｉ：２．５％以下、Ｃｒ：２．０％以下、Ｍｏ：１．０
   ％以下、Ａｌ：０．０１〜０．０６％、Ｂ：０．００５
   ０％以下、Ｎ：０．００４０〜０．０２００％を含有
   し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなり、不純物中
   のＰは０．０３％以下およびＳは０．０３％以下である
   鋼材であって、浸炭硬化層の表面のＣ濃度が素材のＣ含
   有量を超え、且つ重量％で０．５〜１．０％で、更にそ
   の硬化層のオ−ステナイト結晶粒度がＪＩＳ粒度番号で
   ９番以上であり、芯部硬度がＨｖ２５０以上である歯元
   曲げ強度に優れた低歪浸炭歯車。
2. 【請求項２】素材が、請求項１に記載の成分に加えて更
   に、重量％で０．０１０〜０．０５０％のＴｉ、０．０
   １０〜０．０５０％のＮｂおよび０．０１〜０．３０％
   のＶのうちの１種以上を含有する鋼であって、浸炭硬化
   層の表面のＣ濃度が素材のＣ含有量を超え、且つ重量％
   で０．５〜１．０％で、更にその硬化層のオ−ステナイ
   ト結晶粒度がＪＩＳ粒度番号で９番以上であり、芯部硬
   度がＨｖ２５０以上である歯元曲げ強度に優れた低歪浸
   炭歯車。
3. 【請求項３】請求項１と２のいずれかに記載の素材鋼か
   らなる歯車を浸炭して浸炭硬化層の表面のＣ濃度を素材
   のＣ含有量を超え、且つ重量％で０．５〜１．０％とな
   し、次いで少なくとも６５０〜５５０℃の温度域を２０
   ℃／ｓ以下の冷却速度で冷却してから、歯車の全浸炭深
   さの０．５〜２．０倍の領域を高周波加熱法でオ−ステ
   ナイト領域へ加熱して焼入れし、浸炭硬化層のオ−ステ
   ナイト結晶粒度をＪＩＳ粒度番号で９番以上で、且つ芯
   部硬度をＨｖ２５０以上となすことを特徴とする請求項
   １と２に記載のいずれかの歯元曲げ強度に優れた低歪浸
   炭歯車の製造方法。