JPS62199765A - 高面圧構造部品用材料 - Google Patents

高面圧構造部品用材料

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JPS62199765A
JPS62199765A JP4068686A JP4068686A JPS62199765A JP S62199765 A JPS62199765 A JP S62199765A JP 4068686 A JP4068686 A JP 4068686A JP 4068686 A JP4068686 A JP 4068686A JP S62199765 A JPS62199765 A JP S62199765A
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JP
Japan
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hardness
depth
structural parts
surface pressure
tempering
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Pending
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JP4068686A
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English (en)
Inventor
Tetsuo Kato
哲男 加藤
Kunio Namiki
並木 邦夫
Kenji Isogawa
礒川 憲二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Publication date
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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) 本発明は大型歯車のように高面圧下で転動して用いられ
る機械構造部品用の材料に関する。
(従来の技術及び問題点) 高面圧下で転動して用いられる機械構造部品のうちでも
、例えば、大型歯車のように200kgf/mm”以上
の如く特に高い面圧下で使用される部品は、耐ピツチン
グ性が優れていることが要求される。
ピッチングは、歯車のように表面に辷り、すなわち、噛
み合う歯車の歯面の周速に差が存在する場合、剪断応力
のピークが表面に現出し、この剪断応力に起因する疲れ
現象によって表面にピット状の欠陥が生ずる現象であり
1面圧が高ければ高いほど、歯車の寿命向上にとって耐
ピツチング性の向上が望まれるものである。
耐ピツチング性を向上させるには、鋼素材に表面硬化処
理を施すことによって表面硬さを高めることが必須であ
る。
従来、そのための表面硬化処理としては、肌焼鋼をベー
スとしたガス浸炭処理が採用されているが、この方法で
は表面硬さが高々Hv700〜8oO程度しか得られな
いという問題があった。
そこで、飛躍的に表面硬さを高める表面処理としてTi
C,TiNなどの硬質層を化学的に蒸着する方法が試み
られている。しかし1通常の肌焼鋼に蒸着のみを行った
だけでは、表面の硬化層で表面硬さを高めることはでき
るものの、表面直下の強度が十分に得られず、疲れ強さ
の向上には寄与しない。
(発明の目的) 本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、特に200 
kic f / mm”以上の如く高い面圧下で使用さ
九ても優れた耐ピツチング性を発揮できる大型歯車等の
機械構造部品用材料を提供とすることを目的とするもの
である。
(発明の構成) 上記目的を達成するため1本発明者らは、まず飛躍的に
表面硬さを高め得る手法として、TiN、TiC,Al
202などの硬質粒子を化学的或いは物理的に鋼素材表
面に被覆することを試みたところ、蒸着によりいずれも
Hv2000〜400゜の表面硬さが得られた。
しかし1表面硬さが従来よりも大幅に高められはするも
のの、歯車等の高面圧機械構造部品の場合、表面硬さの
みならず、適正な各部硬さと硬化深さが要求され、上記
の如く表層の硬さが飛躍的に高い場合には、各部と表層
との硬さの段差が可能な限りなだらかになる適正な硬化
深さを確保する必要があることから、更にそのための手
法を種々研究した結果、上記蒸着処理だけでは不十分で
あり、鋼素材の材質と蒸着処理前の浸炭処理並びに蒸着
処理後の熱処理との組合せが必要不可欠であることが判
明した。
すなわち1本発明に係る高面圧機械構造部品用材料は、
 C: 0.15〜0.30%、Si≦1.0%、Mn
≦1.5%、Al≦0.1%及びN≦0.03%を含み
、必要に応じて、Ni≦5.0%、Cr≦5.0%及び
Mo≦1.80%のうちの1種又は2種以上或いは更に
V≦1.5%、Ti≦1.5%。
Nb≦1.5%及びZr≦1.5%のうちの1種又は2
種以上を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる
鋼を素材とし、該素材を浸炭後、TiC1TiNなどを
蒸着した硬質層を有し、焼入れ・焼もどしを施した後の
表面から0.05mm深さの硬さがHv700以上で、
かつ、Hv550が得られる有効硬化層深さが0.50
mm以上であることを特徴とするものである。
以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明における鋼素材の成分限定理由を以下に示
す。
C: Cは浸炭処理及び焼入れ・焼もどしによって所定の各部
強度を得るのに必要な元素であり、そのためには0.1
5%以上含有せしめる。しかし、多すぎると各部強度が
高くなりすぎ、疲れ強さ、耐衝撃性を共に劣化させるの
で、上限を0.30%とする。
Si: Siは脱酸剤として必要な元素であるが、多すぎると鍛
造性を阻害するので、1.0%以下で添加する。
Mn: Mnは焼入れ性を向上させるために添加するが、多すぎ
ると鍛造性を阻害するので、1.0%以下で添加する。
Al、N: Al及びNはAlNを形成し、結晶粒の粗大化を防止す
るのに有効な元素であり、そのためには各々Al≦0.
1%、N:i;0.03%の範囲で足りる。
Ni、Cr、Mo: Ni、Cr及びMoはいずれも焼入れ性を向上させるの
に効果がある元素であり、必要に応じて適量を添加する
ことができる。添加するときは、Ni≦5.0%、Cr
≦5.0%、Mo≦1.80%の範囲でそれらのうちの
1種又は2種以上を添加する。各元素ともそれより多量
に添加しても上記効果が飽和する。なお、Ni及びMo
は焼入れ性の向上と共に浸炭層の靭性をも向上させる効
果がある。
V、  Ti、  Nb、 Zr: V、Ti、Nb及びZrはいずれも炭化物或いは炭窒化
物を形成して結晶粒の微細化に寄与し、耐衝撃性を向上
させる元素であり、必要に応じてそれらの1種又は2種
以上を適量添加することができる。添加するときは各元
素とも0.5%を上限とし、0.5%を超えて添加して
も上記効果が飽和する。
本発明では、上記成分組成を有する鋼を素材とし、これ
にTiN、TiC,Al、○、などの10μm前後の硬
質粒子を化学的蒸着法(CVD)によって被覆する必要
がある。これにより、鋼索材の表層は表面硬さがHv2
000〜4000程度もの極めて硬い硬質層とすること
ができる。勿論。
化学的蒸着法(CVD)に代えて物理的蒸着法(PVD
)を採用してもよく、いずれの蒸着法もその処理条件は
特に制限されない。
但し、上記蒸着法によって鋼素材の表層は極めて硬くな
るものの、各部との硬さの違いが極めて大きい状態とな
り、高面圧構造部品に要求される耐ピツチング性は向上
しないため、本発明では、上記蒸着法を施す前に浸炭処
理を施し、かつ、蒸着後に焼入れ・焼もどしを実施する
ようにしたものである。これにより、蒸着層(硬質層)
の下部の硬さ分布がなだらかに変化する好ましい状態に
なり1表層の硬質層直下に十分な圧縮残留応力が残る応
力分布にすることができ、耐ピツチング性が向上する。
すなわち、第1図に示すように1本発明においては、上
記硬さ分布を得るために、まず浸炭処理を行って同図(
a)の如きC分布を確保しておき、次いで蒸着法で鋼素
材の表層に硬質層を形成する。
この段階では、硬さ分布は同図(b)に示す如く表層の
硬質層の硬さと各部の硬さとに大きな違いがある分布で
あるが1次に実施する焼入れ・焼もどしにより、浸炭処
理で得たC分布に基づいて同図(c)に示す如く両者の
硬さがなだらかにつらなる硬さ分布を得ることが可能に
なる。すなねち1表面から0.05mm深さの硬さがH
v700以上で、かつ、I(v550が得られる有効硬
化層深さが0.50mm以上の硬さ分布が得られ、耐ピ
ツチング性を飛躍的に向上させることができるのである
その際、浸炭並びに焼入れ・焼もどしの各処理条件とも
特に制限はされず、焼入れ方法は通常の焼入れ手段でも
或いは高周波焼入れやレーザー又はプラズマ焼入れなど
いわゆる高密度エネルギー焼入れでもよい。
なお、C含有量を高めておき、浸炭処理を行わずに焼入
れ・焼もどしによっても成る程度漸減する硬さ分布は得
られるものの、各部強度が高すぎることになるので、本
発明では、C量を最低限必要とされる各部強度を確保す
るに十分な程度に抑え、浸炭処理にて必要な深さにのみ
C量を多くするように図ったものである。したがって、
浸炭処理は焼入れ前の蒸着後に行うことも考えられるが
蒸着法で表層に硬質層を形成する前に実施した方が浸炭
作用が効果的である。
(実施例) 第1表に示す化学成分の鋼素材を溶製し、φ30mmに
鋳造後、焼ならしを施してローラーピッチング試験片を
加工した。これに第2表に示す条件で浸炭処理を、次い
で化学的蒸着処理を施して同表に示す硬質層を形成し、
その後、800〜850℃から焼入れだ後、180℃で
焼もどしを行い。
ローラーピッチング試験を実施した。
また、同様の手順でシャルピー衝撃試験片(ノツチ形状
: 10mmR,2mm深さ)を準備し、上記の複合処
理を実施した後、衝撃試験に供した。
なお、ローラーピッチング試験としては、第2図に示す
形状、寸法(mm)の試験片を第3図に示す如く小ロー
ラー1とし、これに対して回転している大ローラ−2に
接触させ、面圧300 kgf/ms+2(同図中、太
矢印)、すべり率が一40%(すなわち、大ローラーに
対しての周速の比)の試験条件で小ローラー(試験片)
1を回転させ、B、。寿命(回)を調べた。
以上の各試験の結果を第3表に示す。なお、硬化表層の
硬さ及び各部の硬さ、並びに表面から0.05mm深さ
の硬さと有効硬化層深さくJISに準拠してHv550
が得られる深さ)を調べ、その結果を第2表に併記した
【以下余白1 第2表及び第3表かられかるように、従来のように単に
浸炭処理のみを施した比較例Nα6.12はいずれも耐
ピツチング性が劣っており、また化学的蒸着処理を更に
施しただけの比較例Nα7.13は、靭性がよくても、
硬さ分布が好ましくないため、耐ピツチング性は却って
劣化している。
これに対し1本発明(1)、(2)は耐ピツチング性が
著しく向上しており、特に本発明(2)は、材料の強度
化を図ったにも拘らず、細粒化によって靭性の問題を克
服したので、衝撃値も向上している。
(発明の効果) 以上詳述したように、本発明によれば1表面硬さを飛躇
的に高めることができ、しかも、適正な心部強度を具備
しつつ好ましい硬さ分布及び応力分布が得られるので、
耐ピツチング性を著しく向上することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る高面圧構造部品用材料の製造過程
における硬化層の硬さ分布の推移等を説明する図で、(
a)は浸炭後のC量分布、(b)は蒸着処理後の硬さ分
布、(c)は焼入れ・焼もどし後の硬さ分布を示し、 第2図及び第3図は各々ローラーピッチング試験片の形
状、寸法(mm)と試験要領を示す図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%で(以下、同じ)、C:0.15〜0.3
    0%、Si≦1.0%、Mn≦1.5%、Al≦0.1
    %及びN≦0.03%を含み、残部がFe及び不可避的
    不純物からなる鋼を素材とし、該素材を浸炭後、TiC
    、TiNなどを蒸着した硬質層を有し、焼入れ・焼もど
    しを施した後の表面から0.05mm深さの硬さがHv
    700以上で、かつ、Hv550が得られる有効硬化層
    深さが0.50mm以上であることを特徴とする高面圧
    構造部品用材料。
  2. (2)C:0.15〜0.30%、Si≦1.0%、M
    n≦1.5%、Al≦0.1%及びN≦0.03%を含
    み、更にNi≦5.0%、Cr≦5.0%及びMo≦0
    .80%のうちの1種又は2種以上を含み、残部がFe
    及び不可避的不純物からなる鋼を素材とし、該素材を浸
    炭後、TiC、TiNなどを蒸着した硬質層を有し、焼
    入れ・焼もどしを施した後の表面から0.05mm深さ
    の硬さがHv700以上で、かつ、Hv550が得られ
    る有効硬化層深さが0.50mm以上であることを特徴
    とする高面圧構造部品用材料。
  3. (3)C:0.15〜0.30%、Si≦1.0%、M
    n≦1.50%、Al≦0.1%及びN≦0.03%を
    含み、更にNi≦5.0%、Cr≦5.0%及びMo≦
    0.80%のうちの1種又は2種以上と、V≦0.5%
    、Ti≦0.5%、Nb≦0.5%及びZr≦0.5%
    のうちの1種又は2種以上を含み、残部がFe及び不可
    避的不純物からなる鋼を素材とし、該素材を浸炭後、T
    iC、TiNなどを蒸着した硬質層を有し、焼入れ・焼
    もどしを施した後の表面から0.05mm深さの硬さが
    Hv700以上で、かつ、Hv550が得られる有効硬
    化層深さが0.50mm以上であることを特徴とする高
    面圧構造部品用材料。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03115542A (ja) * 1989-09-27 1991-05-16 Aichi Steel Works Ltd 高強度肌焼鋼
JP2002286115A (ja) * 2001-03-23 2002-10-03 Nissan Motor Co Ltd 高強度歯車及びその製造方法
JP2006312767A (ja) * 2005-05-09 2006-11-16 Ayabo:Kk 鉄鋼製部材の耐摩耗、耐酸化、表面処理方法
JP2021006659A (ja) * 2019-06-27 2021-01-21 Jfeスチール株式会社 鋼部品およびその製造方法
CN113388783A (zh) * 2021-06-24 2021-09-14 马鞍山钢铁股份有限公司 Nb、V、Ti微合金化齿轮钢及其制备方法、热处理方法、渗碳处理方法和渗碳齿轮钢

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CN113388783B (zh) * 2021-06-24 2022-04-29 马鞍山钢铁股份有限公司 Nb、V、Ti微合金化齿轮钢及其制备方法、热处理方法、渗碳处理方法和渗碳齿轮钢

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