JP2000176586A - Production of high bearing pressure drive resistant part and high bearing pressure drive resistant part - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To exhibit wear resistance and face fatigue strength sufficient under a high bearing pressure by conducting carburizing or carbonitrizing treatment to a steel stock for machine structural use, then conducting forging for a part shape at a specified temp. successively conducting quenching and annealing and imparting a specified hardness to a surface layer. SOLUTION: Carburizing or carbonitrizing treatment is done to a steel stock for machine structural use, a carbon potential is preferably made to 1.0-1.6 wt.%. Successively, the stock is forged at 850-1100 deg.C to be formed to a part shape. A working rate of the forging is set to 20-80%. Successively, the work is subjected to quenching and annealing, as required to shot peening. The surface layer after quenching/annealing preferably has a hardness of Hv 750-950, an area rate of a carbonitride of 5-30% and a grain size of >=Gc 10. By this method, a high bearing pressure drive resistant part, which improves the yield strength and is hardly subjected to plastic deformation, is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車部品
として用いられる変速機の歯車やベルト式無段変速機の
プーリ、トロイダル式無段変速機の転動体など、面疲労
強度に優れていることが要求される耐高面圧駆動部品の
製造方法と、このような製造方法によって製造された耐
高面圧駆動部品に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an excellent surface fatigue strength of a transmission gear used as an automobile part, a pulley of a belt type continuously variable transmission, and a rolling element of a toroidal type continuously variable transmission. The present invention relates to a method for manufacturing a high surface pressure-resistant drive component that requires the following, and a high surface pressure-resistant drive component manufactured by such a manufacturing method.

【０００２】[0002]

【従来の技術】上記のような自動車用変速機用歯車，ベ
ルト式無段変速機用プーリ，トロイダル式無段変速機用
転動体などに代表される耐高面圧駆動部品は、例えば、
ＪＩＳＧ ４０５２（焼入れ性を保証した構造用鋼鋼
材）に規定されるＳＣｒ４２０ＨやＳＣＭ４２０Ｈに代
表される機械構造用鋼を素材として、浸炭や浸炭窒化処
理を施すことによって必要な面疲労強度を確保するよう
にしている。2. Description of the Related Art High surface-pressure-resistant driving parts represented by gears for automobile transmissions, pulleys for belt-type continuously variable transmissions, and rolling elements for toroidal-type continuously variable transmissions include, for example, the following.
The required surface fatigue strength is ensured by subjecting a steel for machine structure typified by SCr420H or SCM420H specified in JISG 4052 (a structural steel material with guaranteed hardenability) to a carburizing or carbonitriding treatment. I have to.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
自動車用エンジンの高出力化および小型軽量化に伴い、
これら駆動部品は高面圧で使用される場合が増えてきて
いる。これらの駆動部品を高面圧下で使用する場合に
は、高い荷重に耐え得るような耐摩耗性に加えて、高い
面疲労強度が要求されるようになってきており、上記の
ように浸炭または浸炭窒化焼入れ焼戻ししたままでは、
剥離などの発生により耐用寿命の目標を満足することが
できないという問題点があり、このような問題の解決が
従来の駆動部品における課題となっていた。However, in recent years,
With higher output and smaller and lighter automotive engines,
These drive components are increasingly used at high surface pressures. When these drive components are used under high surface pressure, high surface fatigue strength is required in addition to wear resistance that can withstand high loads, and as described above, carburizing or With carbonitriding, quenching and tempering,
There is a problem that the service life target cannot be satisfied due to the occurrence of peeling or the like, and the solution of such a problem has been a problem in the conventional drive parts.

【０００４】[0004]

【発明の目的】本発明は、従来の駆動部品における上記
課題に鑑みてなされたものであって、局所面圧が例えば
３ＧＰａを超えるような高面圧下においても十分な耐摩
耗性と面疲労強度を発揮する耐高面圧駆動部品と、この
ような耐高面圧駆動部品の製造方法を提供することを目
的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in conventional driving parts, and has a sufficient abrasion resistance and surface fatigue strength even under a high surface pressure such as a local surface pressure exceeding 3 GPa. It is an object of the present invention to provide a high surface-pressure-resistant driving component exhibiting the above-mentioned and a method for manufacturing such a high surface-pressure-resistant driving component.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
る耐高面圧駆動部品の製造方法は、機械構造用鋼からな
る素材に浸炭もしくは浸炭窒化処理を施したのち、８５
０〜１１００℃の温度で部品形状に鍛造加工し、次いで
焼入れ，焼戻しを行う構成とし、本発明の請求項２に係
わる耐高面圧駆動部品の製造方法は、機械構造用鋼から
なる素材に浸炭もしくは浸炭窒化処理を施したのち、８
５０〜１１００℃の温度で部品形状に鍛造加工し、次い
で焼入れ，焼戻しを行い、さらにショットピーニングを
施す構成としたことを特徴としており、耐高面圧駆動部
品の製造方法におけるこのような構成を前述した従来の
課題を解決するための手段としている。According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a high surface pressure resistant drive component, comprising subjecting a material made of steel for machine structural use to a carburizing or carbonitriding process.
Forging into a component shape at a temperature of 0 to 1100 ° C., followed by quenching and tempering, the method for manufacturing a high surface pressure resistant driving component according to claim 2 of the present invention is a method for manufacturing a material made of steel for machine structural use. After carburizing or carbonitriding, 8
Forging into a part shape at a temperature of 50 to 1100 ° C., followed by quenching and tempering, and further performing shot peening. This is a means for solving the above-mentioned conventional problem.

【０００６】本発明に係わる耐高面圧駆動部品の製造方
法の実施態様として請求項３に係わる製造方法において
は、浸炭もしくは浸炭窒化処理時のカーボンポテンシャ
ルが１．０〜１．６ｗｔ％である構成とし、同じく実施
態様として請求項４に係わる耐高面圧駆動部品の製造方
法においては、鍛造加工における加工率が２０〜８０％
である構成とし、請求項５に係わる耐高面圧駆動部品の
製造方法においては、焼入れ，焼戻し後における表層部
の硬度がＨｖ７５０〜９５０である構成とし、請求項６
に係わる耐高面圧駆動部品の製造方法においては、焼入
れ，焼戻し後における表層部の炭窒化物の面積率が５〜
３０％である構成とし、請求項７に係わる製造方法にお
いては、焼入れ，焼戻し後における表層部の結晶粒度が
Ｇc １０以上である構成としたことを特徴としている。According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a high surface pressure resistant drive component, wherein a carbon potential at the time of carburizing or carbonitriding is 1.0 to 1.6 wt%. In the method for manufacturing a high surface pressure resistant drive part according to claim 4 as a mode for carrying out the invention, the working ratio in forging is 20 to 80%.
In the method for manufacturing a high surface pressure resistant drive component according to claim 5, the hardness of the surface layer after quenching and tempering is Hv750 to 950.
In the method for manufacturing a high surface pressure resistant drive component according to the above, the area ratio of the carbonitride in the surface layer after quenching and tempering is 5 to 5.
The manufacturing method according to claim 7 is characterized in that the grain size of the surface layer after quenching and tempering is Gc 10 or more.

【０００７】本発明の請求項８に係わる耐高面圧駆動部
品は、請求項１ないし請求項７のいずれかの方法により
製造されたものであり、実施態様として請求項９に係わ
る耐高面圧駆動部品は、請求項１ないし請求項７のいず
れかの方法により製造された変速機用歯車であり、同じ
く実施態様として請求項１０に係わる耐高面圧駆動部品
は、請求項１ないし請求項７のいずれかの方法により製
造されたベルト式無段変速機用プーリであり、請求項１
１に係わる耐高面圧駆動部品は、請求項１ないし請求項
７のいずれかの方法により製造されたトロイダル式無段
変速機用転動体であることを特徴とし、耐高面圧駆動部
品におけるこのような構成を前述した従来の課題を解決
するための手段としている。A high surface pressure resistant driving component according to claim 8 of the present invention is manufactured by the method according to any one of claims 1 to 7, and the high surface pressure resistant driving component according to claim 9 as an embodiment. The pressure-driven component is a transmission gear manufactured by the method of any one of claims 1 to 7, and the high-surface-pressure-resistant component according to claim 10 as an embodiment is also a claim 1. 8. A pulley for a belt-type continuously variable transmission manufactured by the method according to claim 7.
The high surface pressure resistant driving component according to claim 1 is a rolling element for a toroidal type continuously variable transmission manufactured by the method according to any one of claims 1 to 7, Such a configuration is used as means for solving the above-mentioned conventional problems.

【０００８】[0008]

【発明の実施の形態】本発明に係わる耐高面圧駆動部品
の製造方法は、機械構造用鋼からなる素材に浸炭もしく
は浸炭窒化処理を施したのち、８５０〜１１００℃の温
度で部品形状に鍛造加工し、次いで焼入れ，焼戻しを行
うものであり、これによって材料の降伏強度が向上し、
ヘルツ接触による荷重を受けても塑性変形しにくくなる
ことから、耐摩耗性および面疲労強度が飛躍的に向上す
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The method of manufacturing a high surface pressure resistant drive component according to the present invention is a method of carburizing or carbonitriding a material made of steel for machine structural use and then forming the component at a temperature of 850 to 1100 ° C. Forging, then quenching and tempering are performed, thereby improving the yield strength of the material,
Since plastic deformation is less likely to occur even under a load due to Hertz contact, wear resistance and surface fatigue strength are dramatically improved.

【０００９】自動車用の変速機用歯車や、ベルト式無段
変速機用プーリなどにおいては、接触表面に滑りを伴う
ことから、摩耗やピーリング、ピッティングなどによる
表面起点型の剥離が発生しやすく、接触表面にほとんど
滑りを伴わないトロイダル式無段変速機用転動体などに
おいては、ヘルツ接触による最大せん断応力深さ位置付
近を起点とした内部起点型の剥離を起こしやすいとされ
ている。[0009] In a transmission gear for an automobile or a pulley for a belt-type continuously variable transmission, since the contact surface is slippery, a surface-originated type peeling due to abrasion, peeling, pitting or the like is likely to occur. On the other hand, in a rolling element for a toroidal-type continuously variable transmission having almost no slip on the contact surface, it is said that an internal origin type peeling starting near the maximum shear stress depth position due to Hertz contact is likely to occur.

【００１０】一般に、摩耗に関しては、できるだけ残留
応力を除いた場合や、また応力を加えた場合において
も、硬さの大きなものほど摩耗量が少なくなることが知
られている（鉄鋼便覧、日本金属学会・日本鉄鋼協会
偏、丸善、Ｐ４４５など）。In general, it is known that, as far as wear is concerned, even when residual stress is removed as much as possible or when stress is applied, the greater the hardness, the smaller the amount of wear. Academic Society, Iron and Steel Institute of Japan, Maruzen, P445, etc.).

【００１１】一方、ピッティング寿命に関しては、図４
に示すように、３００℃×３時間焼戻し後の硬さを高め
ることによって、歯車のピッティング寿命が向上し、面
疲労強度を高めることができる。On the other hand, regarding the pitting life, FIG.
As shown in (1), by increasing the hardness after tempering at 300 ° C. for 3 hours, the pitting life of the gear can be improved, and the surface fatigue strength can be increased.

【００１２】また、転がり疲労に関しては、例えば後述
する実施例におけるスラスト型転動疲労試験条件でのヘ
ルツ接触によるせん断応力分布と、材料の降伏強度をビ
ッカース硬度の１／６として両者を比較すると、図５に
示すように材料の降伏強度がせん断応力を下回る領域が
存在し、この領域を起点として内部起点型の剥離が発生
するものと考えられる。したがって、材料の降伏強度、
すなわち硬度を高めることによって内部起点型の剥離寿
命を向上させることができることになる。Regarding rolling fatigue, for example, a comparison between the shear stress distribution due to Hertz contact under thrust-type rolling fatigue test conditions in the examples described later and the yield strength of the material being 1/6 of Vickers hardness is shown below. As shown in FIG. 5, there is a region where the yield strength of the material is lower than the shear stress, and it is considered that an internal origin type peeling occurs starting from this region. Therefore, the yield strength of the material,
That is, by increasing the hardness, the peel life of the internal origin type can be improved.

【００１３】さらに、鍛造加工は、金属材料に外力を加
えることによって塑性変形を与え、目的の形状に成形す
ると同時に機械的性質を改善することを目的に行われ
る。本発明に係わる耐高面圧駆動部品の製造方法におい
ては、浸炭または浸炭窒化処理ののち、８５０〜１１０
０℃の温度で目的とする形状に鍛造加工を行って塑性変
形を与えることで、鍛造加工後に浸炭または浸炭窒化焼
入れ焼戻しを行った組織に比較して、転位の多いマルテ
ンサイト組織となり、しかも結晶粒度が細かく、微細な
析出物が分散した組織となるため、荷重を受けたのちも
転位が動きにくくなることから、硬度すなわち材料の降
伏強度が高まることによって、摩耗やピーリング，ピッ
ティングなどの表面起点型剥離や、内部起点型の剥離寿
命を高めることができることになる。Further, forging is performed for the purpose of imparting plastic deformation by applying an external force to a metal material, forming the metal material into a desired shape, and simultaneously improving mechanical properties. In the method for manufacturing a high surface pressure resistant drive component according to the present invention, after carburizing or carbonitriding, 850 to 110
By performing forging at a temperature of 0 ° C. on a target shape and performing plastic deformation, it becomes a martensite structure having more dislocations compared to a structure subjected to carburizing or carbonitriding quenching and tempering after forging, and furthermore, has a crystal structure. Since the grain size is small and fine precipitates are dispersed, the dislocations are difficult to move even after receiving a load. Therefore, the hardness, that is, the yield strength of the material increases, and the surface such as abrasion, peeling, pitting, etc. The starting type peeling and the internal starting type peeling life can be increased.

【００１４】また、請求項２に記載しているように、焼
入れ，焼戻しののち、さらにショットピーニングを施す
こともでき、これによって材料の降伏強度がさらに向上
し、同時に圧縮残留応力が付加されることから、剥離寿
命をさらに高めることができるようになる。Further, as described in claim 2, after quenching and tempering, shot peening can be further performed, whereby the yield strength of the material is further improved, and at the same time, compressive residual stress is added. Accordingly, the peeling life can be further increased.

【００１５】本発明に係わる耐高面圧駆動部品の製造方
法においては、機械構造用鋼として、例えばＪＩＳ Ｇ
４０５１（機械構造用炭素鋼鋼材）、Ｇ ４０５２
（焼入性を保証した構造用鋼鋼材）、Ｇ ４１０２（ニ
ッケルクロム鋼鋼材）、Ｇ ４１０３（ニッケルクロム
モリブデン鋼鋼材）、Ｇ ４１０４（クロム鋼鋼材）、
Ｇ ４１０５（クロムモリブデン鋼鋼材）、Ｇ ４１０
６（機械構造用マンガン鋼鋼材及びマンガンクロム鋼鋼
材）などに規定された鋼材を用いることができる。In the method of manufacturing a high surface pressure resistant drive part according to the present invention, the steel for machine structural use is, for example, JIS G
4051 (carbon steel material for machine structure), G 4052
(Structural steel with guaranteed hardenability), G 4102 (nickel-chromium steel), G 4103 (nickel-chromium molybdenum steel), G 4104 (chromium steel),
G 4105 (chromium molybdenum steel), G 410
6 (manganese steel and manganese chromium steel for machine structure) and the like can be used.

【００１６】鍛造温度を上記した８５０℃〜１１００℃
の範囲に限定したのは、鍛造温度が８５０℃よりも低く
なると、変形抵抗が大きくなって所望の形状に成形する
ことが難しくなると共に、鍛造加工後の焼入れに際して
十分に焼きが入りにくくなり、１１００℃を超えた場合
には、オーバーヒートによる割れが発生しやすくなると
共に、酸化スケールによる表面の肌荒れが激しくなっ
て、寸法精度が劣化することによる。The forging temperature is 850 ° C. to 1100 ° C.
The reason is that when the forging temperature is lower than 850 ° C., the deformation resistance increases and it becomes difficult to form a desired shape, and it becomes difficult to harden sufficiently during quenching after forging. If the temperature exceeds 1100 ° C., cracks due to overheating are likely to occur, and the surface roughness of the surface due to the oxide scale becomes severe, resulting in deterioration of dimensional accuracy.

【００１７】浸炭または浸炭窒化処理温度が十分に高
く、上記温度範囲での鍛造が可能であれば、浸炭または
浸炭窒化処理の後、そのまま鍛造加工に移行することが
できる。浸炭または浸炭窒化処理温度が上記鍛造温度に
対して比較的低い場合には、鍛造温度に再加熱すること
が必要になるが、工程や設備の都合によっては、その前
に適当な手段によって一旦冷却するようにしても何ら支
障はない。If the carburizing or carbonitriding temperature is sufficiently high and forging in the above temperature range is possible, it is possible to proceed directly to forging after the carburizing or carbonitriding. If the carburizing or carbonitriding temperature is relatively lower than the above forging temperature, it is necessary to reheat to the forging temperature. There is no problem in doing so.

【００１８】浸炭または浸炭窒化処理時のカーボンポテ
ンシャルについては、請求項３に記載しているように、
１．０〜１．６ｗｔ％の範囲とすることが望ましい。こ
れは、カーボンポテンシャルが１．０ｗｔ％未満の場合
には、浸炭または浸炭窒化温度でマルテンサイト中の固
溶炭素濃度が過飽和とならないため、焼入れ，焼戻し後
における表層部硬度Ｈｖ７５０を満足しないことがあ
り、１．６ｗｔ％を超えたときには、処理時に表面にス
ーティングが発生してしまうために品質がばらつくと同
時に、焼入れ，焼戻し後における表層部硬度Ｈｖ７５０
を満足しない場合があることによる。The carbon potential at the time of carburizing or carbonitriding is as described in claim 3.
It is desirable to be in the range of 1.0 to 1.6 wt%. This is because when the carbon potential is less than 1.0 wt%, the concentration of solid solution carbon in martensite does not become supersaturated at the carburizing or carbonitriding temperature, so that the surface layer hardness Hv750 after quenching and tempering is not satisfied. When the content exceeds 1.6 wt%, sooting occurs on the surface during processing, so that the quality varies, and at the same time, the surface layer hardness Hv750 after quenching and tempering.
May not be satisfied.

【００１９】鍛造加工に際しては、請求項４に記載して
いるように、鍛造の加工率を２０〜８０％の範囲とする
ことが望ましい。すなわち、加工率が２０％に満たない
場合は、材料の降伏強度を十分に向上させることが困難
となり、逆に８０％を超えると、マルテンサイト内にマ
イクロクラックが発生しやすくなって、これを起点とし
た亀裂が発生しやすくなる傾向が認められることによ
る。At the time of forging, as described in claim 4, it is desirable that the forging rate is in the range of 20 to 80%. That is, when the working ratio is less than 20%, it is difficult to sufficiently improve the yield strength of the material. Conversely, when the working ratio exceeds 80%, microcracks tend to occur in martensite. This is due to the fact that a tendency to generate a crack as a starting point is recognized.

【００２０】また、本発明に係わる耐高面圧駆動部品の
製造方法においては、駆動部品の耐摩耗性および剥離寿
命の向上効果をさらに確実なものとする観点から、請求
項５ないし請求項７に記載しているように、焼入れ，焼
戻し後の部品表層部における硬さ、炭窒化物の面積率、
および結晶粒度をそれぞれＨｖ７５０〜９５０、５〜３
０％、およびＧｃ１０以上の範囲とすることが望まし
い。Further, in the method for manufacturing a high surface pressure resistant drive component according to the present invention, from the viewpoint of further improving the wear resistance and the peeling life of the drive component, the claims 5 to 7 may be used. As described in, the hardness in the surface layer of the part after quenching and tempering, the area ratio of carbonitride,
And Hv 750-950, 5-3
It is desirable to set the range to 0% and Gc10 or more.

【００２１】すなわち、表層部の硬さがＨｖ７５０を下
回ると、表層部のせん断応力分布に比較して材料の降伏
強度の低下代が大きくなって剥離の発生を防止すること
が難しくなり、Ｈｖ９５０を超えると、マルテンサイト
内にマイクロクラックが発生しやすくなって、これを起
点とした亀裂が発生しやすくなる傾向がある。また、表
層部における炭窒化物の面積率が５％に満たない場合に
は、マルテンサイト中の固溶炭素濃度が高くなってマイ
クロクラックが発生しやすいラスマルテンサイト組織を
呈するため、これを起点とした亀裂が発生しやすくなる
一方、炭窒化物面積率が３０％を超えた場合には、個々
の析出物が分散することなく部分的に絡み合った状態で
存在するようになることから、鍛造加工時にこれら析出
物とマルテンサイトとの界面を起点とする亀裂が発生し
やすくなる傾向がある。さらに、表層部における結晶粒
度がＧｃ１０を下回ると、表面および内部を起点とする
亀裂の伝播が早くなる。なお、硬さ、炭窒化物の面積率
および結晶粒度を上記最適値にコントロールすべき範囲
としては、部品の表面から、少なくともヘルツ接触によ
る最大せん断応力深さ位置までの範囲とすることが必要
である。すなわち、硬さ、炭窒化物の面積率あるいは結
晶粒度が上記したＨｖ７５０〜９５０、５〜３０％、あ
るいはＧｃ１０以上に保持されている位置が部品のごく
表面部のみに限られ、最大せん断応力深さ位置にまで達
していない場合には、最大せん断応力深さ位置における
せん断応力が降伏強度を上回り、当該位置の近傍を起点
とする内部型の剥離が生じやすくなって、剥離寿命を向
上させることが難しくなる。That is, when the hardness of the surface layer portion is lower than Hv750, the yield of the yield strength of the material becomes larger as compared with the shear stress distribution of the surface layer portion, and it becomes difficult to prevent the occurrence of peeling. If it exceeds, microcracks tend to occur in the martensite, and cracks starting from this tend to occur. Further, when the area ratio of carbonitride in the surface layer portion is less than 5%, the concentration of solute carbon in martensite is increased to exhibit a lath martensite structure in which microcracks are likely to occur. When the area ratio of carbonitride exceeds 30%, individual precipitates are present in a partially entangled state without being dispersed. During processing, cracks tending to occur easily at the interface between these precipitates and martensite. Further, when the crystal grain size in the surface layer portion is smaller than Gc10, the propagation of cracks originating from the surface and the inside becomes faster. The range in which the hardness, the area ratio of the carbonitride and the crystal grain size should be controlled to the above-mentioned optimum values is required to be in the range from the surface of the component to at least the maximum shear stress depth position due to Hertz contact. is there. That is, the position where the hardness, the area ratio of the carbonitride or the crystal grain size is maintained at Hv 750 to 950, 5 to 30%, or Gc 10 or more is limited to only the very surface portion of the component, and the maximum shear stress depth is increased. If it does not reach the position, the shear stress at the maximum shear stress depth position exceeds the yield strength, the internal mold peeling from the vicinity of the position as a starting point is likely to occur, and the peel life is improved. Becomes difficult.

【００２２】本発明に係わる耐高面圧駆動部品は、請求
項８に記載されているように、請求項１ないし請求項７
に記載されたいずれかの方法によって製造されたもので
あり、具体的には、請求項９ないし請求項１１に記載し
ているように、変速機用歯車、ベルト式無段変速機用プ
ーリ、あるいはトロイダル式無段変速機用転動体とする
ことができる。According to the present invention, there is provided a high surface pressure resistant driving component according to the present invention.
, And specifically, as described in claims 9 to 11, a transmission gear, a belt-type continuously variable transmission pulley, Alternatively, a rolling element for a toroidal type continuously variable transmission can be used.

【００２３】[0023]

【発明の効果】本発明の請求項１に係わる耐高面圧駆動
部品の製造方法においては、炭素鋼や合金鋼などの機械
構造用鋼からなる素材に、浸炭もしくは浸炭窒化処理を
施したのち、所定の温度で鍛造加工して焼入れ，焼戻し
を行うようにしているので、鍛造加工後に浸炭あるいは
浸炭窒化処理して焼入れ，焼戻しした組織と比較して、
結晶粒度が細かく、転位の多いマルテンサイト組織とな
ることから、素材の降伏強度がより向上し、ヘルツ接触
による荷重を受けても塑性変形しにくくなり、耐摩耗
性、およびピッティング，ピーリング，転動疲労強度等
の面疲労強度に優れた高面圧駆動部品を得ることができ
る。また本発明の請求項２に係わる耐高面圧駆動部品の
製造方法は、焼入れ，焼戻しの後、さらにショットピー
ニングを施すようにしているので、素材の降伏強度がさ
らに向上すると共に、圧縮残留応力が生じることから、
高面圧駆動部品の剥離寿命をさらに向上させることがで
きるという極めて優れた効果がもたらされる。According to the first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a high surface pressure resistant driving component, wherein a material made of steel for machine structural use such as carbon steel or alloy steel is subjected to carburizing or carbonitriding. Since it is forged and quenched and tempered at a predetermined temperature, it is compared with a structure quenched and tempered by carburizing or carbonitriding after forging.
Since the crystal grain size is small and the martensite structure has many dislocations, the yield strength of the material is further improved, and it is difficult for the material to be plastically deformed even when subjected to a load due to Hertz contact. A high surface pressure driven component having excellent surface fatigue strength such as dynamic fatigue strength can be obtained. In the method of manufacturing a high surface pressure resistant drive component according to the second aspect of the present invention, shot peening is further performed after quenching and tempering, so that the yield strength of the material is further improved and the compressive residual stress is further improved. Is generated,
An extremely excellent effect that the peeling life of the high surface pressure driven component can be further improved is brought about.

【００２４】本発明に係わる耐高面圧駆動部品の製造方
法の実施態様として請求項３に係わる製造方法において
は、浸炭または浸炭窒化処理時のカーボンポテンシャル
を１．０〜１．６ｗｔ％としているので、焼入れ，焼戻
し後の表層部硬度を確保することができ、同じく実施態
様として請求項４に係わる耐高面圧駆動部品の製造方法
においては、鍛造加工時の加工率を２０〜８０％として
いるので、亀裂などを発生させることなく、材料の降伏
強度を十分に高めることができ、請求項５に係わる耐高
面圧駆動部品の製造方法においては、焼入れ，焼戻し後
における表層部の硬度がＨｖ７５０〜９５０となるよう
にしているので、亀裂の起点となるマイクロクラックの
発生を防止しながら降伏強度を増すことができ、請求項
６に係わる耐高面圧駆動部品の製造方法においては、焼
入れ，焼戻し後における表層部の炭窒化物の面積率が５
〜３０％となるようにしているので、固溶炭素の増加に
よるマイクロクラックの発生および析出物の凝集に基づ
く鍛造時の亀裂発生を防止することができ、さらに請求
項７に係わる製造方法においては、焼入れ，焼戻し後に
おける表層部の結晶粒度がＧc １０以上となるようにし
ているので、高面圧駆動部品作動時の亀裂の伝播を抑え
ることができるという効果がもたらされる。According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a high surface pressure resistant driving component, wherein a carbon potential during carburizing or carbonitriding is set to 1.0 to 1.6 wt%. Therefore, the surface layer hardness after quenching and tempering can be secured, and in the method for manufacturing a high surface pressure resistant driving component according to the fourth embodiment, the working ratio at the time of forging is set to 20 to 80%. Therefore, the yield strength of the material can be sufficiently increased without generating cracks and the like, and in the method for manufacturing a high surface pressure resistant drive component according to claim 5, the hardness of the surface layer after quenching and tempering is reduced. Since Hv 750 to 950 is set, the yield strength can be increased while preventing the generation of microcracks which are the starting points of cracks. In the production method of the drive components, quenching, the area ratio of carbonitride surface layer portion after tempering 5
Since it is set to be about 30%, it is possible to prevent the generation of microcracks due to the increase of the solute carbon and the generation of cracks during forging based on the aggregation of precipitates. Since the crystal grain size of the surface layer after quenching and tempering is set to Gc 10 or more, the effect of suppressing the propagation of cracks during the operation of the high surface pressure driving component can be obtained.

【００２５】本発明の請求項８に係わる耐高面圧駆動部
品は、請求項１ないし請求項７のいずれかの方法により
製造されたものであるから、耐摩耗性および面疲労強度
に優れたものとすることができ、実施態様として請求項
９ないし請求項１１に係わる耐高面圧駆動部品は、それ
ぞれ変速機用歯車、ベルト式無段変速機用プーリおよび
トロイダル式無段変速機用転動体であるから、これら部
品の耐摩耗性および面疲労強度を飛躍的に向上させるこ
とができるという極めて優れた効果をもたらすものであ
る。The high surface pressure resistant drive component according to claim 8 of the present invention is manufactured by the method according to any one of claims 1 to 7, and therefore has excellent wear resistance and surface fatigue strength. The high surface pressure resistant driving parts according to claim 9 to claim 11 are a transmission gear, a belt type continuously variable transmission pulley and a toroidal type continuously variable transmission. Since it is a moving body, it has an extremely excellent effect that the wear resistance and surface fatigue strength of these components can be dramatically improved.

【００２６】[0026]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体
的に説明する。EXAMPLES The present invention will be described below more specifically based on examples.

【００２７】実施例１〜１０ 素材鋼として、表１に示す組成の機械構造用鋼（クロム
モリブデン鋼：ＪＩＳＧ ４１０５ ＳＣＭ４２０該
当）を使用し、図３（ａ）および表２に示す形状および
寸法の円筒形にそれぞれ機械加工した。 Examples 1 to 10 Steels for machine structural use (chromium molybdenum steel: corresponding to JIS G 4105 SCM420) having the composition shown in Table 1 were used as the material steels, and had the shapes and dimensions shown in FIG. Each was machined into a cylindrical shape.

【００２８】[0028]

【表１】 [Table 1]

【００２９】[0029]

【表２】 [Table 2]

【００３０】次に、図１（ａ）ないし（ｄ）に示すそれ
ぞれの条件により、浸炭、あるいは浸炭窒化処理（カー
ボンポテンシャルＣｐ＝１．１〜１．６ｗｔ％）を行っ
た。次いで、一旦６０℃の油中に焼入れたのち、あるい
は焼入れることなく、８５０℃〜１０５０℃の温度範囲
で鍛造加工を施した後、６０℃の油中に焼入れ、さらに
１６０℃×２時間の焼戻しを行うことによって、図３
（ｂ）に示すような円板状（Ｄ＝６０ｍｍ，Ｌ＝５．５
ｍｍ）に成形した。Next, carburizing or carbonitriding (carbon potential Cp = 1.1 to 1.6 wt%) was performed under the respective conditions shown in FIGS. 1 (a) to 1 (d). Next, after quenching once in oil at 60 ° C. or without quenching, forging is performed in a temperature range of 850 ° C. to 1050 ° C., then quenched in oil at 60 ° C., and further 160 ° C. × 2 hours. By performing tempering, FIG.
Disc shape as shown in (b) (D = 60 mm, L = 5.5
mm).

【００３１】そして、表面をＲａ＝０．１μｍ程度に研
削加工して仕上げ、径６０ｍｍ，厚さ５．０ｍｍのスラ
スト型転動疲労試験片を得た。Then, the surface was ground and finished to Ra = about 0.1 μm to obtain a thrust-type rolling fatigue test piece having a diameter of 60 mm and a thickness of 5.0 mm.

【００３２】このようにして得たスラスト型転動疲労試
験片の断面について、ビッカース硬度計により硬度分布
を測定した。さらに、この転動疲労試験条件における最
大せん断応力深さ位置である表面から０．１ｍｍの旧オ
ーステナイト結晶粒度をＪＩＳ Ｇ ０５５１に基づい
て測定すると共に、画像解析装置によって、表面から
０．１ｍｍ位置近傍部における析出物の面積率を測定し
た。With respect to the cross section of the thrust-type rolling fatigue test piece thus obtained, the hardness distribution was measured by a Vickers hardness meter. Further, the old austenitic crystal grain size of 0.1 mm from the surface, which is the maximum shear stress depth position under the rolling fatigue test conditions, was measured based on JIS G 0551, and the image analysis device was used to measure the vicinity of the 0.1 mm position from the surface. The area ratio of the precipitate in the part was measured.

【００３３】そして、各転動疲労試験片について、スラ
スト型転動疲労試験機を使用して、表３に示した条件の
もとに、剥離が発生するまでのｎ＝３における累積破損
確率Ｌ５０％寿命を求め、試験終了後に試験片の最大摩
耗深さを測定した。これらの結果を表４に示す。Then, for each rolling fatigue test piece, using a thrust rolling fatigue tester, under the conditions shown in Table 3, the cumulative failure probability L50 at n = 3 until peeling occurred. % Life was determined, and the maximum wear depth of the test piece was measured after the test was completed. Table 4 shows the results.

【００３４】比較例１〜３ 素材として、表１と同じ機械構造用鋼を使用し、図３
（ａ）および表２に示す形状および寸法の円筒形にそれ
ぞれ機械加工した。そして、図２（ｅ）ないし（ｇ）に
示すそれぞれの条件により、熱処理および鍛造加工（比
較例１では鍛造加工しない）の後、６０℃の油中に焼入
れ、上記実施例と同様の焼戻しを行うことによって、同
様の円板状（Ｄ＝６０ｍｍ，Ｌ＝５．５ｍｍ）に成形し
た。As Comparative Examples 1 to 3 , the same steel for machine structural use as shown in Table 1 was used.
Each was machined into a cylindrical shape having the shape and dimensions shown in (a) and Table 2. Then, under the conditions shown in FIGS. 2E to 2G, after heat treatment and forging (no forging in Comparative Example 1), quenching was performed in oil at 60 ° C., and tempering was performed in the same manner as in the above example. By carrying out, the same disk shape (D = 60 mm, L = 5.5 mm) was formed.

【００３５】さらに、同様の仕上げ研削加工を施し、上
記実施例と同じく径６０ｍｍ，厚さ５．０ｍｍのスラス
ト型転動疲労試験片を得た。Further, the same finish grinding was performed to obtain a thrust type rolling fatigue test piece having a diameter of 60 mm and a thickness of 5.0 mm as in the above embodiment.

【００３６】このようにして得たスラスト型転動疲労試
験片について、硬度分布、旧オーステナイト結晶粒度お
よび析出物の面積率を同様の方法によって測定すると共
に、亀裂などの発生していない健全な試験片について
は、スラスト型転動疲労試験機により、同様の転動疲労
試験を実施し、試験終了後に試験片の最大摩耗深さを測
定した。これらの結果を表４に併せて示す。With respect to the thrust type rolling fatigue test piece thus obtained, the hardness distribution, the prior austenite grain size and the area ratio of the precipitate were measured by the same method, and a sound test free from cracks and the like was performed. The same rolling contact test was carried out on the specimen using a thrust rolling contact fatigue tester, and the maximum wear depth of the test specimen was measured after the test. The results are shown in Table 4.

【００３７】[0037]

【表３】 [Table 3]

【００３８】[0038]

【表４】 [Table 4]

【００３９】これらの結果、実施例１ないし実施例７に
おいては、亀裂や割れを生ずることなく鍛造成形が可能
で、当該転動疲労試験条件による最大せん断応力深さ位
置である表面下０．１ｍｍ付近を含めた表層部の硬度が
向上し、適度な量の炭窒化物が析出すると共に、結晶粒
が微細化しているので、長寿命となり、摩耗量も少ない
ことが確認された。また、さらにショットピーニングを
施した実施例８においては、硬度がさらに向上し、高い
圧縮残留応力が付加されることから、寿命がさらに向上
している。一方、鍛造成形時の加工率がやや低い実施例
９においては、最大せん断応力深さ位置付近の硬さがわ
ずかに不足し、寿命がやや短くなる傾向が認められ、浸
炭窒化処理時のカーボンポテンシャルがやや高い実施例
１０においては、炭化物の生成量が若干多くなる傾向が
認められ、さらに多くなった場合には、鍛造時に割れが
発生する危険性が予測される結果となった。As a result, in Examples 1 to 7, forging was possible without generating cracks and cracks, and 0.1 mm below the surface, which was the maximum shear stress depth position under the rolling fatigue test conditions. It was confirmed that the hardness of the surface layer including the vicinity was improved, an appropriate amount of carbonitride was precipitated, and the crystal grains were refined, resulting in a long life and little wear. Further, in Example 8 in which shot peening was further performed, the hardness was further improved, and a high compressive residual stress was added, so that the life was further improved. On the other hand, in Example 9 where the working ratio at the time of forging was slightly lower, the hardness near the maximum shear stress depth position was slightly insufficient, and the life tended to be slightly shorter. In Example 10 where the content was somewhat high, the tendency was observed that the amount of carbides generated was slightly increased, and if it was further increased, the risk of cracking during forging was predicted.

【００４０】これに対し、浸炭窒化処理後、鍛造を施す
ことなく、そのまま焼入れ，焼戻しした比較例１におい
ては、最大せん断応力深さ位置を含めた表層部の硬さが
低く、当該部分の結晶粒度も粗いため、早期に剥離が発
生する。また、浸炭窒化処理後の鍛造温度が高い比較例
２においては、オーバーヒートを起こしてしまい、組織
が粗くなると共に、鍛造時に割れの発生が認められ、鍛
造温度が低い比較例３においては、焼入れ処理において
十分な焼きが入らず、表層部の硬度が低くなって早期に
剥離が発生してしまうことが確認された。On the other hand, in Comparative Example 1, which was quenched and tempered without forging after the carbonitriding treatment, the hardness of the surface layer including the maximum shear stress depth position was low, and Since the particle size is coarse, peeling occurs early. Further, in Comparative Example 2 in which the forging temperature after the carbonitriding was high, overheating occurred, the structure became coarse, cracks were generated during forging, and in Comparative Example 3 in which the forging temperature was low, the quenching treatment was performed. It was confirmed that sufficient baking did not occur in Example 1, and that the hardness of the surface layer portion was low, and peeling occurred early.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】（ａ）ないし（ｄ）は本発明に係わる耐高面圧
駆動部品の製造方法の実施例に用いた熱処理条件を示す
説明図である。FIGS. 1A to 1D are explanatory views showing heat treatment conditions used in an embodiment of a method for manufacturing a high surface pressure resistant drive component according to the present invention.

【図２】（ｅ）ないし（ｇ）は耐高面圧駆動部品の製造
方法の比較例に用いた熱処理条件を示す説明図である。FIGS. 2E to 2G are explanatory views showing heat treatment conditions used in a comparative example of a method for manufacturing a high surface pressure resistant drive component.

【図３】（ａ）および（ｂ）は鍛造前後の部品形状を示
すそれぞれ斜視図である。FIGS. 3 (a) and 3 (b) are perspective views respectively showing a part shape before and after forging.

【図４】焼戻し後の硬さと歯車のピッティング寿命の関
係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between hardness after tempering and pitting life of a gear.

【図５】材料の降伏強度（ビッカース硬度の１／６）と
ヘルツ接触による最大せん断応力深さとの位置関係を示
すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the positional relationship between the yield strength (1/6 of Vickers hardness) of a material and the maximum shear stress depth due to Hertz contact.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２１Ｄ 7/06 Ｃ２１Ｄ 7/06 Ａ 9/32 9/32 Ａ Ｆ１６Ｈ 55/17 Ｆ１６Ｈ 55/17 Ｚ 55/36 55/36 (72)発明者 伏 見 慎 二 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 尾 谷 敬 造 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3J030 BB07 BC06 CA10 3J031 BC02 BC08 BC10 CA02 4E087 CB01 CB12 DB01 DB11 DB14 HA01 HA11 HA17 HA82 4K042 AA18 BA04 DA01 DA02 DA06──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C21D 7/06 C21D 7/06 A 9/32 9/32 A F16H 55/17 F16H 55/17 Z 55 / 36 55/36 (72) Inventor Shinji Fushimi 2 in Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Nissan Motor Co., Ltd. (72) Inventor Keizo Otani 2 in Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd. F term (reference) 3J030 BB07 BC06 CA10 3J031 BC02 BC08 BC10 CA02 4E087 CB01 CB12 DB01 DB11 DB14 HA01 HA11 HA17 HA82 4K042 AA18 BA04 DA01 DA02 DA06

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 機械構造用鋼からなる素材に浸炭もしく
は浸炭窒化処理を施したのち、８５０〜１１００℃の温
度で部品形状に鍛造加工し、次いで焼入れ，焼戻しを行
うことを特徴とする耐高面圧駆動部品の製造方法。1. A high-resistant material characterized by subjecting a material made of steel for machine structural use to carburizing or carbonitriding, forging into a component shape at a temperature of 850 to 1100 ° C., and then performing quenching and tempering. Manufacturing method of surface pressure drive parts. 【請求項２】 機械構造用鋼からなる素材に浸炭もしく
は浸炭窒化処理を施したのち、８５０〜１１００℃の温
度で部品形状に鍛造加工し、次いで焼入れ，焼戻しを行
い、さらにショットピーニングを施すことを特徴とする
耐高面圧駆動部品の製造方法。2. Carburizing or carbonitriding a material made of steel for machine structural use, forging into a part shape at a temperature of 850 to 1100 ° C., then quenching and tempering, and further performing shot peening. A method for manufacturing a high surface pressure resistant drive part, characterized by the following. 【請求項３】 浸炭もしくは浸炭窒化処理時のカーボン
ポテンシャルが１．０〜１．６ｗｔ％であることを特徴
とする請求項１または請求項２記載の耐高面圧駆動部品
の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein the carbon potential at the time of carburizing or carbonitriding is 1.0 to 1.6 wt%. 【請求項４】 鍛造加工における加工率が２０〜８０％
であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいず
れかに記載の耐高面圧駆動部品の製造方法。4. The working ratio in forging is 20 to 80%.
The method for manufacturing a high surface pressure resistant drive component according to any one of claims 1 to 3, wherein: 【請求項５】 焼入れ，焼戻し後における表層部の硬度
がＨｖ７５０〜９５０であることを特徴とする請求項１
ないし請求項４のいずれかに記載の耐高面圧駆動部品の
製造方法。5. The hardness of the surface layer after quenching and tempering is Hv750 to 950.
A method for manufacturing a high surface pressure resistant drive component according to claim 4. 【請求項６】 焼入れ，焼戻し後における表層部の炭窒
化物の面積率が５〜３０％であることを特徴とする請求
項１ないし請求項５のいずれかに記載の耐高面圧駆動部
品の製造方法。6. The high surface pressure resistant drive component according to claim 1, wherein the area ratio of carbonitride in the surface layer after quenching and tempering is 5 to 30%. Manufacturing method. 【請求項７】 焼入れ，焼戻し後における表層部の結晶
粒度がＧc １０以上であることを特徴とする請求項１な
いし請求項６のいずれかに記載の耐高面圧駆動部品の製
造方法。7. The method for manufacturing a high surface pressure driving component according to claim 1, wherein the crystal grain size of the surface layer after quenching and tempering is Gc 10 or more. 【請求項８】 請求項１ないし請求項７のいずれかの方
法により製造されたことを特徴とする耐高面圧駆動部
品。8. A high-surface-pressure-resistant driving part manufactured by the method according to claim 1. 【請求項９】 変速機用歯車であることを特徴とする請
求項８記載の耐高面圧駆動部品。9. The high surface pressure resistant driving part according to claim 8, wherein the driving part is a transmission gear. 【請求項１０】 ベルト式無段変速機用プーリであるこ
とを特徴とする請求項８記載の耐高面圧駆動部品。10. The high surface pressure resistant driving part according to claim 8, wherein the driving part is a pulley for a belt-type continuously variable transmission. 【請求項１１】 トロイダル式無段変速機用転動体であ
ることを特徴とする請求項８記載の耐高面圧駆動部品。11. The high surface pressure resistant driving component according to claim 8, which is a rolling element for a toroidal type continuously variable transmission.