JP2005097720A - 優れた曲げ疲労強度とピッチング疲労寿命とを有するギア部品及びシャフト部品を従来の合金鋼から製造する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 少なくとも浸炭工程と後続の浸炭窒化工程とを含む改良された浸炭窒化処理によって、従来鋼を使用したギア部品及び/又はシャフト部品を処理する工程と、その後、ハードショットピーニング処理によって前記ギア部品及び/又はシャフト部品を処理する工程とを含むことを特徴とする。ギア部品及び/又はシャフト部品の表面硬化を行うための従来のアルミニウムキルド合金鋼は、炭素0.10〜0.30重量%と、ケイ素0.15〜0.35重量%と、クロム0.8〜1.5重量%と、マンガン0.6〜1.5重量%と、アルミニウム0.017〜0.040重量%と、残部の鉄及び不純物とからなり、真空脱気法及び同様の方法によって製造される。
【選択図】 図1
Description
(1)米国特許第6,447,619号明細書は、アルミニウム0.3〜3.0重量%とバナジウム0.2〜2.0重量%とを含有する特殊鋼を使用している。その開示内容は、ピッチング寿命の増大を主張しているが、部品のギア及び/又はシャフトにとって極めて重要である曲げ疲労強度について検討していない。更に、加工に使用される特殊鋼は、製造コストを増大させる特殊鋼の製造プロセスを必要とする。
(2)米国特許第5,595,613号明細書は、クロム1.5〜5.0重量%を含有する特殊鋼のみを用いて、優れた耐ピッチング性及び耐磨耗性を生じさせることを主張している。その処理は、曲げ疲労強度について検討していない。更に、加工に使用される特殊鋼は、製造コストを増大させる特殊鋼の製造プロセスを必要とする。
(3)米国特許第5,019,182号明細書は、焼戻し処理について検討していない熱処理方法を主張している。焼入れ後に焼戻し処理が行われない場合、焼入れ応力によって、寸法不安定性及び亀裂感受性が生じる恐れがある。更に、その主張において、曲げ疲労強度は検討されていない。
炭素0.10〜0.30重量%と、ケイ素0.15〜0.35重量%と、クロム0.8〜1.5重量%と、マンガン0.6〜1.5重量%と、アルミニウム0.017〜0.040重量%と、残部の鉄及び不可避的不純物とを含有する鋼材であって、真空脱気法及び同様の方法で製造されたもの。
炭素0.10〜0.30重量%と、ケイ素0.15〜0.35重量%と、クロム0.3〜1.5重量%と、ニッケル0.30〜2.0重量%と、モリブデン0.08〜0.50重量%と、マンガン0.6〜1.5重量%と、アルミニウム0.017〜0.040重量%と、残部の鉄及び不可避的不純物とを含有する鋼材であって、真空脱気法及び同様の方法で製造されたもの。
「従来鋼」タイプ1:
いずれの鋼にも本来的に存在する炭素は、0.10〜0.30重量%の範囲に制限されている。0.10重量%未満である場合、本加工処理の後、十分なコア強度が得られない。0.3重量%を超えると、コアの脆弱化及び靭性の低下が生じる。また、炭素含有量が一層高くなれば、熱処理加工に対する反応は乏しくなる。
いずれの鋼にも本来的に存在する炭素は、0.1〜0.3重量%の範囲に制限されている。0.10重量%未満である場合、本加工処理の後、十分なコア強度が得られない。0.3重量%を超えると、コアの脆弱化及び靭性の低下が生じる。また、炭素含有量が一層高くなれば、熱処理加工に対する反応は乏しくなる。
ギア部品及び/又はシャフト部品は、ハイウェイ車輌トランスミッション、オフハイウェイ車輌トランスミッション、及び類似の工業用トランスミッションのための従来の機械加工操作に従って製造する。前記の部品は機械加工の後、標準的な密閉された焼入れ炉の中に装填する。この焼入れ炉には、カーボンポテンシャル、温度及び時間を自動計測しフィードバックする機構に必要な設備や、アンモニア導入用の設備が適当な場所に設置されている。上記の必要な能力を有する標準的な密閉された焼入れ炉以外の炉もまた、本発明の対象に含まれる。
ギア部品及び/又はシャフト部品をハードショットピーニングにより更に処理することによって、曲げ疲労強度が30%以上増大し、同時に、ピッチング疲労寿命が3倍以上増大するという利点が得られる。これらの結果は、寿命時間を求めるための苛酷で厳しい促進トランスミッション耐久性試験において、95℃以下の油温で従来のモノグレードGL−4ギアオイルを用いて行った従来の「浸炭(carburizing)」部品と比較して確認された。GL−4又は性能の一層高い部類のマルチグレードオイルによる同様の結果は、本発明に含まれる。
部品表面の粗さ及び仕上げは、組み合わされる部品と係合している間の潤滑条件に影響を与える。ギアは、対象となる表面品質規準内にある必要があり、そのパラメータは、以下に制限される。
0.5〜0.8mmの範囲のショット寸法。
610〜800Hvのショット硬度。
60〜150m/秒のショット速度。
200〜500%の部分的カバレージ。
0.6〜0.9mmのアルメンA(almen A)高さ。
Claims (5)
- 鋼材で造られ、且つ、優れた曲げ疲労強度と優れたピッチング疲労の両方を有するギア部品及び/又はシャフト部品を製造する方法であって、
少なくとも浸炭工程と後続の浸炭窒化工程とを含む改良された浸炭窒化処理によって前記ギア部品及び/又はシャフト部品を処理する工程と、
その後、ハードショットピーニング処理によって前記ギア部品及び/又はシャフト部品を処理する工程と
を含む方法。 - 前記鋼材が、炭素0.10〜0.30重量%と、ケイ素0.15〜0.35重量%と、クロム0.8〜1.5重量%と、マンガン0.6〜1.5重量%と、アルミニウム0.017〜0.040重量%と、残部の鉄及び不純物とを含有する鋼材であって、真空脱気法及び同様の方法で製造されたものである請求項1に記載の方法。
- 前記鋼材が、炭素0.10〜0.30重量%と、ケイ素0.15〜0.35重量%と、クロム0.3〜1.5重量%と、ニッケル0.30〜2.0重量%と、モリブデン0.08〜0.50重量%と、マンガン0.6〜1.5重量%と、アルミニウム0.017〜0.040重量%と、残部の鉄及び不純物とを含有する鋼材であって、真空脱気法及び同様の方法で製造されたものである請求項1に記載の方法。
- 前記改良された浸炭窒化処理が、
900〜1050℃で浸炭する工程と、
840〜870℃に冷却して、アンモニア15〜20%で浸炭窒化する工程と、
120〜150℃の媒体の中で焼入れする工程と、
160〜180℃で焼戻しする工程と
を順に含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。 - 前記ハードショットピーニング処理が、
0.5〜0.8mmの範囲のショット寸法と、
610〜800Hvのショット硬度と、
60〜150m/秒のショット速度と、
200〜500%の部分的カバレージと、
0.6〜0.9mmのアルメンA高さ
の処理条件を有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
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