JPS63252676A - 転動疲労特性の優れた機械部品の製造方法 - 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】 ［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
した機械部品及びそ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、■その部品の金属組織
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。

［問題点を解決するための手段］ ■の方法は、コスト的にきわめて高価であり、また部品
の形状寸法によっては、特殊熱処理の不可能な部品もあ
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
械部品及びその製造方法を提供するものであり、機械部
品の少なくとも転動面に高マンガン鋼系の肉盛りを施し
たものである。

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鋼Ｆ鋼品の補
修などに利用されるのみであった。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、応力はかかって
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誌められた。

本発明の機械部品は、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
るか、または、重量％で、Ｃ：０．７〜１．５％、Ｓｌ
：０．５％以下、Ｍｎ：１０〜１５％で、これに、Ｎｉ
：６％以下、Ｃｒ：３％以下、Ｃｕ：１．５％以下、Ｍ
ｏ：３％以下、７２３％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及び不
可避不純物からなる高ころがり疲労特性を有する高マン
ガン鋼とするのが好適である。

以下に、この成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、基地組織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％０１１
０〜１５％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。したがって、Ｃは０．７
〜１．５％、Ｍｎは】０〜１５％とした。

（ｂ）　　５ｔ Ｓｔ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、Ｍ。

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、■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、結晶粒界にフィルム状の炭化物が析出
していることがわかった。このフィ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、特に厳しい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
い場合、肉盛層に以下に述べる熱処理を施し、金属組織
を改良することが望ましい。

すなわち、 ■　結晶粒を微細化させることを特徴とする特許埋、 ■　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、 である。なお、結晶粒を微細化させること及び、＆Ｊ！
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。■の結晶粒を微細化させるための熱処
理としては、具体的には次の■′及び■″の２通りが挙
げられる。

■′　第１図（ａ）に示す様に、５００〜７００℃まで
加熱し、ここで焼戻しで、パーライト化熱処理を行ない
、続いて再加熱した後１０００〜１２００℃で溶体化処
理を行なう。その再加熱中におけるパーライト中のα−
γ変態を利用して、結晶粒を微細化させる熱処理。

■″　■′のパーライト化熱処理に先立って、１０００
〜１２００℃で溶体化処理を行なう熱処理。この溶体化
処理を行なう理由は次の通りである。即ち、ＡＳ肉盛の
状態で結晶粒界にフィ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うを与え、充分な微細化
組織が得られないので、パーライト化熱処理の前に１０
００〜１２００℃で溶体化処理を行ない、フィルム状の
炭化物を消滅せしめ、偏析を軽減することが望ましいの
である。

この■″の場合の熱処理工程を第１図（ｂ）に示す。

上記■の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２図（ａ）に示す様に、５００〜７００℃まで
加熱し、ここで焼戻しで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って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ィルム状の
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に１０００〜１２００℃で溶体化
処理を行ない、フィ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（ｂ）に示す。

［実施例］ 実施例１ 本発明の方法に従って機械部品を製造し、その転動疲労
試験を行なった。

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は第１表のＮｏ、１の通りである。なお、本実施
例においては低温割れのおそれがあったのでＳＯ５３０
９と０．４９％Ｃ−１３，９％Ｍｎの溶接棒を使用した
。

このようにして製造した車輪状部材１を試験機にセット
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、５ｌｉｐ９
％、ローラの回転数８０゜ｒｐｍで疲労耐久限度を調べ
た。試験片１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。

実施例２ 実施例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℃Ｘ２Ｈｒ 昇温速度１００℃／　ｍ　ｉ　ｎ以下 泊和　、　★漬　／　　ｗ　　ｒ＋　　１その結果を第
２表に示す。

実施例３．４ 上層の組成を第１表動、２のものに代えた他は実施例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５．６ 上層の組成を第１表陽、３のものに代えた他は実施例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７．８ 上層及び下層の組成を第１表動、４のものに代えた他は
実施例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
は実施例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
は実施例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１３．１４ 上層の組成を第１表Ｎｏ、７のものに代えた他は実施例
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１５．１６ 上層の組成を第１表歯、８のものに代えた他は実施例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１７．１８ 上層の組成を第１表Ｎｏ、９のものに代えた他は実施例
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１９．２０ 上層の組成を第１表Ｎｏ、１０のものに代えた他は実施
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２１．２２ 上層の組成を第１表動、１１のものに代えた他は実施例
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２３．２４ 上層の組成を第！表歯、！２のものに代えた他は実施例
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２５ 実施例５（材質は前述の通り第１表の島、３）において
製造した機械部品について、第１図（ａ）の如く熱処理
し、その転動疲労時ｌ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℃ｘ２５Ｈｒ 昇温速度　５℃／　ｍ　ｉ　ｎ 冷却：空冷 溶体化熱処理 １１００℃Ｘ２Ｈｒ 昇温速度　５℃／　ｍ　ｉ　ｎ 冷却：水冷 実施例２６ 実施例２５において、パーライト化処理に先立りて第１
図（ｂ）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℃Ｘ２Ｈｒ 昇温速度　５℃／　ｍ　ｉ　ｎ 冷却：水冷 その結果を第３表に示す。

実施例２７ 実施例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２図（ａ）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℃Ｘ２５Ｈｒ 昇温速度　５℃／　ｍ　ｉ　ｎ 冷却：空冷 分散化熱処理 ８５０℃ｘ２Ｈｒ 肩、温速度　５℃／　ｍ　ｉ　ｎ 冷却：空冷 実施例２８ 実施例２７において、パーライト化処理に先立って第２
図（ｂ）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℃Ｘ２Ｈｒ 昇温速度　５℃／　ｍ　ｉ　ｎ 冷却：水冷 その結果を第３表に示す。

実施例２９ 実施例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２図（ａ）
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℃Ｘ２５Ｈｒ 昇温速度　５℃／　ｍ　＊　ｎ 冷却：空冷 溶体化熱処理 １１００℃Ｘ２Ｈｒ 昇温速度　５℃／　ｍ　ｉ　ｎ 冷却：水冷 実施例３０ 実施例２９において、パーライト化処理に先立って第２
図（ｂ）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。

ｔｔｏｏ℃Ｘ２Ｈｒ 昇温速度　５℃／　ｍ　ｔ　ｎ 冷却：水冷 その結果を第３表に示す。

実施例３１ 実施例１１　（材質は前述の通り第１表の動。

６）において製造した機械部品について、第２図（ａ）
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℃Ｘ２５Ｈｒ 昇温速度　５℃／　ｍ　ｉ　ｎ 冷却：空冷 分散化熱処理 ８５０℃Ｘ２Ｈｒ 昇温速度　５℃／　ｍ　ｉ　ｎ 冷却・水冷 実施例３２ 実ｔｆ５例３ｔにおいて、パーライト化処理に先立って
第２図（ｂ）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℃　Ｘ２Ｈｒ 昇温速度　５℃／　ｍ　ｆ　ｎ 冷却：水冷 その結果を第３表に示す。

比較例１．２．３ 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っ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１．２．３の材質は
次の通りである。

比較例１：　　ＳＣＭｎＣｒＭ２ ｔｌ　　２　：　　Ｓ　ＣＳ　ｉ　Ｍ　ｎ　２／／　　
　　３：　　　　５Ｆ５５Ａ また、この比較例とＪＩＳ規格の対応関係を第第　１　
表（その１） （注）　溶接条件　予熱温度　なし バス間温度　１５０℃以下 溶接電流　１６０Ａ 第　２　表（その１） 第　２　表（その２） 第　　３　　表 ※　ｌ〜３：比較例 第２．３表によれば、本発明に従って高マンガン鋼の肉
盛を施した機械部品は、肉盛りを施さなかった比較例１
〜３に比べ著しくすぐれた転動疲労特性を有することが
わかる。

また、第２．３表によれば、同様に高マンガン鋼の肉盛
を施した機械部品片が、すぐれた転動疲労特性を有する
のみでなく、熱処理により金属組織を改良（粒界炭化物
の除去、組織の微細化又はパーライト化）することによ
って転動疲労特性がさらに向上することがわかる。

［効果コ 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施すか、又は所望により簡
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。 ！・・・試験片。 特許出願人　　　宇部興産株式会社 代理人　　　弁理士　　　重　野　　剛第２図

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも転動面に高マンガン鋼系の肉盛層を設
   けたことを特徴とする転動疲労特性の優れた機械部品。
2. （２）前記肉盛層の化学成分が重量％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 であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の機
   械部品。
3. （３）前記肉盛層の化学成分が重量％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 であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の機
   械部品。
4. （４）少なくとも転動面に高マンガン鋼系の肉盛りを施
   す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。
5. （５）前記肉盛層の化学成分が重量％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 であることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の機
   械部品の製造方法。
6. （６）前記肉盛層の化学成分が重量％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 であることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の機
   械部品の製造方法。
7. （７）形成された肉盛層を、１０００〜１２００℃で溶
   体化処理を行なった後急冷し、肉盛層の結晶粒界におけ
   るフィルム状炭化物を消滅せしめることを特徴とする特
   許請求の範囲第５項又は第６項に記載の転動疲労特性の
   優れた機械部品の製造方法。
8. （８）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、１０００〜１２００℃で溶体化処理
   を行なった後急冷し、肉盛層の結晶粒を微細化すること
   を特徴とする特許請求の範囲第５項又は第６項に記載の
   転動疲労特性の優れた機械部品の製造方法。
9. （９）形成された肉盛層を１０００〜１２００℃で溶体
   化処理を行なった後、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、１
   ０００〜１２００℃で溶体化処理を行なって肉盛層の結
   晶粒を微細化することを特徴とする特許請求の範囲第５
   項又は第６項に記載の転動疲労特性の優れた機械部品の
   製造方法。
10. （１０）形成された肉盛層を１０００〜１２００℃で溶
    体化処理を行なった後、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転動疲労特性の優れた機械部品
    の製造方法。
11. （１１）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。