JP2021046596A - 高濃度浸炭歯車部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】長寿命な建設機械用の歯車部品を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の高濃度浸炭歯車部品は、Ｃ：０．１０質量％以上０．４０質量％以下、Ｓｉ：０．０５質量％以上０．８０質量％以下、Ｍｎ：０．３５質量％以上１．２質量％以下、Ｃｒ：０．５０質量％以上２．０質量％以下、Ｍｏ：０．０５質量％以上０．６０質量％以下、Ａｌ：０．００５質量％以上０．０５質量％以下、及びＮ：０．００５質量％以上０．０２５質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼にて母材が構成され、ビッカース硬度が５１３Ｈｖ以上である表面からの深さが１．０ｍｍ以上であり、表面から２５μｍ深さまでの範囲における炭化物の面積率が１０％以上３５％以下であり、かつ表面の算術平均粗さＲｚが５．０μｍ以下である部分を含むことを特徴とする。【選択図】図１
Description
本発明は、高濃度浸炭歯車部品に関する。
建設機械の走行減速機においては、製造工程の合理化やコンポーネント小型化のニーズがある。これにより、歯車一個当たりの繰り返し負荷が増大することになるため、歯車の疲労寿命を向上できる高強度化技術が必要である。
歯車は、歯車同士が接触する歯面での面疲労寿命と、曲げ応力が加わる歯元部分での曲げ疲労寿命を向上させるため、表面硬化処理の一種であるガス浸炭処理を適用している。しかし、現行のガス浸炭処理では、さらなる長寿命化は困難である。さらに、一部の歯車では形状修整を目的とした歯研工程が実施されている。この歯研工程において摺動性能を向上させるために皮膜処理が行われるが、この皮膜処理による製造コストの増大が課題であった。
例えば、特許文献１では、過共析浸炭焼入れ焼戻し処理、すなわち、高濃度浸炭を施した後、歯面を研削し、さらにショットピーニングを施し、さらに歯面研削処理を行うに際して、ピッチ点における研削量を０．２ｍｍ以下、研削後の歯面粗さをＲａで０．５μｍ以下とし、表層における炭化物の平均粒径を１μｍ以下、炭化物の面積率を５％以上とすることで、ピッティング、スコーリング、スポーリングといった歯面損傷を防止し、優れた面疲労強度を備えた歯車を提供している。
しかしながら、特許文献１の方法では、歯車製造の全工程に長時間を要するため、処理コストが増大するという問題があった。さらに、炭化物の面積率が５％以上という広い範囲には、疲労寿命の向上に適切でない炭化物量も含まれており、期待される疲労寿命の向上を建設機械用の歯車で得ることは困難であった。
そこで本発明は、長寿命な建設機械用の歯車部品を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の高濃度浸炭歯車部品は、Ｃ：０．１０質量％以上０．４０質量％以下、Ｓｉ：０．０５質量％以上０．８０質量％以下、Ｍｎ：０．３５質量％以上１．２質量％以下、Ｃｒ：０．５０質量％以上２．０質量％以下、Ｍｏ：０．０５質量％以上０．６０質量％以下、Ａｌ：０．００５質量％以上０．０５質量％以下、及びＮ：０．００５質量％以上０．０２５質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼にて母材が構成され、ビッカース硬度が５１３Ｈｖ以上である表面からの深さが１．０ｍｍ以上であり、表面から２５μｍ深さまでの範囲における炭化物の面積率が１０％以上３５％以下であり、かつ表面の算術平均粗さＲｚが５．０μｍ以下である部分を含むことを特徴とする。
本発明によれば、長寿命な建設機械用の歯車部品を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、図面を参照して、本発明に係る建設機械用の高濃度浸炭歯車部品の実施の形態について説明する。なお、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
＜成分＞
本実施形態に係る高濃度浸炭歯車部品の母材となる鋼の成分組成について説明する。
本実施形態に係る高濃度浸炭歯車部品の母材となる鋼の成分組成について説明する。
Ｃ：０．１０質量％以上０．４０質量％以下
Ｃは浸炭によって強化することができない内部の強度（内部硬さ）を確保するために必要な元素であり、０．１０質量％以上含有させる必要がある。しかし、０．４０質量％を超えて含有させると、内部の靭性が劣化し、さらには被削性が低下する。また、浸炭熱処理工程の昇温過程での逆変態完了時におけるオーステナイト平均粒径が微細化し粗大結晶粒の発生を助長するため、上限を０．４０質量％とする。
Ｃは浸炭によって強化することができない内部の強度（内部硬さ）を確保するために必要な元素であり、０．１０質量％以上含有させる必要がある。しかし、０．４０質量％を超えて含有させると、内部の靭性が劣化し、さらには被削性が低下する。また、浸炭熱処理工程の昇温過程での逆変態完了時におけるオーステナイト平均粒径が微細化し粗大結晶粒の発生を助長するため、上限を０．４０質量％とする。
Ｓｉ：０．０５質量％以上０．８０質量％以下
Ｓｉは、鋼の製造時に脱酸のために必要な元素であり、最低でも０．０５質量％以上の含有が必要である。しかしながら、Ｓｉは浸炭処理時、浸炭雰囲気中の酸素と反応して酸化物を形成する。このため被処理品の表層付近は焼入性が低下し、いわゆる浸炭異常層を形成する。したがって、Ｓｉを多量に含有させると浸炭異常層の生成による悪影響が大きくなって強度が低下するとともに、被削性が低下するので、上限を０．８０質量％とする。
Ｓｉは、鋼の製造時に脱酸のために必要な元素であり、最低でも０．０５質量％以上の含有が必要である。しかしながら、Ｓｉは浸炭処理時、浸炭雰囲気中の酸素と反応して酸化物を形成する。このため被処理品の表層付近は焼入性が低下し、いわゆる浸炭異常層を形成する。したがって、Ｓｉを多量に含有させると浸炭異常層の生成による悪影響が大きくなって強度が低下するとともに、被削性が低下するので、上限を０．８０質量％とする。
Ｍｎ：０．３５質量％以上１．２質量％以下
Ｍｎは、焼入性を高め、部品の内部まで強度を確保するのに必要な元素であり、０．３５質量％以上のＭｎを含有する必要がある。しかしながら、多量に含有させると、残留オーステナイトが増加して、硬さが低下し、内部の靭性が劣化するとともに、被削性が低下する。さらに、Ｍｎ量の増加に伴いＡ３変態温度が低下し、逆変態完了時のオーステナイト平均粒径が微細化し粗大結晶粒の発生を助長するため、上限を１．２質量％とする。
Ｍｎは、焼入性を高め、部品の内部まで強度を確保するのに必要な元素であり、０．３５質量％以上のＭｎを含有する必要がある。しかしながら、多量に含有させると、残留オーステナイトが増加して、硬さが低下し、内部の靭性が劣化するとともに、被削性が低下する。さらに、Ｍｎ量の増加に伴いＡ３変態温度が低下し、逆変態完了時のオーステナイト平均粒径が微細化し粗大結晶粒の発生を助長するため、上限を１．２質量％とする。
Ｃｒ：０．５０質量％以上２．０質量％以下
Ｃｒは、焼入性を向上させ、必要な強度を確保し、製造した鋼の性能を向上させるために必要な元素であり、０．５０質量％以上の含有が必要である。しかしながら、多量に含有させると靭性が劣化するとともに被削性が低下するため、上限を２．０質量％とする。
Ｃｒは、焼入性を向上させ、必要な強度を確保し、製造した鋼の性能を向上させるために必要な元素であり、０．５０質量％以上の含有が必要である。しかしながら、多量に含有させると靭性が劣化するとともに被削性が低下するため、上限を２．０質量％とする。
Ｍｏ：０．０５質量％以上０．６０質量％以下
Ｍｏは、焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。このため、部品の大きさ及び形状や、浸炭後の焼入れ方法に応じて、０．０５質量％以上のＭｏを含有させることが好ましい。しかしながら、これらの元素を過剰に含有させるとコストが大幅に上昇してしまうので、上限を０．６０質量％とすることが好ましい。
Ｍｏは、焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。このため、部品の大きさ及び形状や、浸炭後の焼入れ方法に応じて、０．０５質量％以上のＭｏを含有させることが好ましい。しかしながら、これらの元素を過剰に含有させるとコストが大幅に上昇してしまうので、上限を０．６０質量％とすることが好ましい。
Ａｌ：０．００５質量％以上０．０５質量％以下
Ａｌは、Ｓｉと同様に脱酸に必要な元素であるとともに、ＡｌＮとして存在し、ピン止め効果により浸炭処理後の粗大結晶粒発生の防止に効果のある元素である。ＡｌＮは、加熱を含む熱間加工、焼なまし、焼ならし、浸炭熱処理工程において固溶もしくは凝集し、析出量と析出形態が変化する特性を有する。Ａｌ量が０．００５質量％未満であって少量過ぎる場合は、適正なピン止め効果が得られずオーステナイト結晶粒が過剰に成長し、異常粒成長の抑制効果が得られない。最低でも脱酸に必要な量を添加する必要があるため下限を０．００５質量％とする。一方、Ａｌ量が０．０５質量％より多い場合は、鋳造工程で生成した凝固偏析部において粗大なＡｌＮが析出し、これが浸炭熱処理工程の前工程においても固溶しきらない。このため、ＡｌＮ析出分散形態が不均一となり、浸炭熱処理工程の昇温過程においてオーステナイト結晶粒を適正な粒径に調整する効果が得られず、粗大結晶粒長の抑制効果が得られない。以上のことから、上限を０．０５質量％とする。
Ａｌは、Ｓｉと同様に脱酸に必要な元素であるとともに、ＡｌＮとして存在し、ピン止め効果により浸炭処理後の粗大結晶粒発生の防止に効果のある元素である。ＡｌＮは、加熱を含む熱間加工、焼なまし、焼ならし、浸炭熱処理工程において固溶もしくは凝集し、析出量と析出形態が変化する特性を有する。Ａｌ量が０．００５質量％未満であって少量過ぎる場合は、適正なピン止め効果が得られずオーステナイト結晶粒が過剰に成長し、異常粒成長の抑制効果が得られない。最低でも脱酸に必要な量を添加する必要があるため下限を０．００５質量％とする。一方、Ａｌ量が０．０５質量％より多い場合は、鋳造工程で生成した凝固偏析部において粗大なＡｌＮが析出し、これが浸炭熱処理工程の前工程においても固溶しきらない。このため、ＡｌＮ析出分散形態が不均一となり、浸炭熱処理工程の昇温過程においてオーステナイト結晶粒を適正な粒径に調整する効果が得られず、粗大結晶粒長の抑制効果が得られない。以上のことから、上限を０．０５質量％とする。
Ｎ：０．００５質量％以上０．０２５質量％以下
Ｎは、上述の通り、ＡｌやＮｂと結合し、ＡｌＮやＮｂ（Ｃ、Ｎ）となって鋼中に存在し、浸炭処理時に起きる粗大結晶粒を防止するために効果のある元素である。この効果を十分に得るためには、０．００５質量％以上のＮを含有させる必要がある。しかしながら、ＡｌＮ析出量には適量があり、多過ぎると浸炭初期粒径が細かくなり、かえって粗大結晶粒が起き易くなってしまうため、上限を０．０２５質量％とする。
Ｎは、上述の通り、ＡｌやＮｂと結合し、ＡｌＮやＮｂ（Ｃ、Ｎ）となって鋼中に存在し、浸炭処理時に起きる粗大結晶粒を防止するために効果のある元素である。この効果を十分に得るためには、０．００５質量％以上のＮを含有させる必要がある。しかしながら、ＡｌＮ析出量には適量があり、多過ぎると浸炭初期粒径が細かくなり、かえって粗大結晶粒が起き易くなってしまうため、上限を０．０２５質量％とする。
＜製造方法＞
本実施形態に係る高濃度浸炭歯車部品は、図１に示す製造工程を経て製造することができる。まず、上記した成分組成の素材鋼を、歯車部品としてその後の歯切り工程の加工代を含む必要な寸法に整形するため、適宜熱間鍛造を施した後、加工組織と加工歪の影響除去を目的とした焼ならしを施し、歯車形状に歯切りし、高濃度浸炭と焼戻しによって表面硬化を行った後に、歯面を研削することで炭化物の突起を含む表面の粗さを除去し疲労き裂の発生を抑制する。これにより、本実施形態に係る歯車部品は、建設機械用の減速機等の駆動系機器に組み込まれて使用される際にも、繰り返し高負荷に対して長寿命であり高い信頼性を実現できる。
本実施形態に係る高濃度浸炭歯車部品は、図１に示す製造工程を経て製造することができる。まず、上記した成分組成の素材鋼を、歯車部品としてその後の歯切り工程の加工代を含む必要な寸法に整形するため、適宜熱間鍛造を施した後、加工組織と加工歪の影響除去を目的とした焼ならしを施し、歯車形状に歯切りし、高濃度浸炭と焼戻しによって表面硬化を行った後に、歯面を研削することで炭化物の突起を含む表面の粗さを除去し疲労き裂の発生を抑制する。これにより、本実施形態に係る歯車部品は、建設機械用の減速機等の駆動系機器に組み込まれて使用される際にも、繰り返し高負荷に対して長寿命であり高い信頼性を実現できる。
高濃度浸炭及びその後の歯面研削（歯研）工程後の、表面から２５μｍ深さまでの範囲における炭化物の面積率は、１０％以上３５％以下であることが望ましく、より望ましくは１５％以上３０％以下であり、さらに望ましくは１７．５％以上２５％以下である。この望ましい炭化物の面積率の範囲内であれば、硬質な炭化物による歯車表面の強化が十分であり疲労寿命の向上が実現可能である。なお、本明細書において、「表面から２５μｍ深さまでの範囲における炭化物の面積率」とは、歯車を回転軸と垂直な面で切断した断面において、表面から法線方向に向かって内部に２５μｍの縦一辺と、法線方向と垂直方向に２５μｍの横一辺とからなる正方形領域中に存在する炭化物の総断面積を正方形領域を分母として百分率として表したものである。
また、炭化物の面積率が上記範囲内であり、かつ、表面から２５μ深さまでの範囲における炭化物の面積が１０．０μｍ２を超える粗大な炭化物の数密度が０．００５個／μｍ２未満であり、より望ましくは０．００４個／μｍ２未満であり、さらに望ましくは０．００３個／μｍ２未満であれば、繰り返し高負荷において、炭化物と母相境界での応力集中疲労破壊によるき裂発生を抑制でき、この効果は上記の定義による粗大炭化物の数密度が低いほど大きくなる。
図２には、本実施形態に係る歯車部品の製造過程における高濃度浸炭条件の例を示している。高濃度浸炭処理は、大きく２つの工程から構成される。一つ目の工程、すなわち一次浸炭工程では、温度９８０℃〜１０５０℃の範囲内に適宜設定し、歯車部品を均熱した後、アセチレン等の炭化水素系ガスを一定時間断続的に導入することで、材料表面から内部に炭素導入し拡散させ、炭素による固溶強化と焼入れ性向上によるマルテンサイト及びベイナイト変態強化を建設機械用の歯車として必要とされる深さ１ｍｍ以上に到達させる。この深さを実現するために、処理時間は最小で２時間、最大で９時間程度とすることが好ましい。また、必要に応じて、処理中に処理温度を適宜変化させることができる。さらに、一次浸炭工程後の表面では、高濃度浸炭後に歯面研削を行った表面においても上記の炭化物の面積率と粗大炭化物数密度の条件が満たされるような炭素濃度とすることが必要であり、この炭素濃度は温度に依存するが、１．０〜１．６質量％であることが望ましい。より望ましくは１．１〜１．５５質量％、さらに望ましくは１．２〜１．５質量％である。また、一次浸炭後の冷却速度は、冷却中に上記の炭素濃度を過飽和状態で維持し、かつ次の二次浸炭工程において粗大炭化物となり得るような炭化物が形成しない冷却速度であれば特に限定されない。
二つ目の工程、すなわち二次浸炭工程では、温度８２０℃〜９００℃の範囲内に適宜設定し、歯車部品を均熱した後、アセチレン等の炭化水素系ガスを一定時間断続的に導入することで材料表面から内部に炭素導入し拡散させ、一次浸炭後の冷却と、二次浸炭工程での加熱及び均熱過程で形成した炭化物の核を中心に、疲労寿命向上に必要な炭化物を上記の面積率と粗大炭化物数密度の範囲内になるよう制御する。また、この際、一次浸炭後の過飽和炭素濃度によって得られる炭化物が、上記の炭化物の面積率及び粗大炭化物数密度の条件を実現できるのであれば、二次浸炭工程においてアセチレン等を導入しなくてもよい。上記の炭化物の面積率と粗大炭化物数密度の条件を満たすためには、二次浸炭工程の処理時間は最小で１時間、最大で１４時間程度必要である。また、組織を制御するため、必要に応じて、処理中に温度を適宜変化させてもよく、冷却加熱過程を適宜追加してもよい。
高濃度浸炭後の焼戻し工程では、温度を１５０℃から２５０℃の範囲内に適宜設定し、歯車部品を均熱する。この際、歯車部品が均熱されれば処理時間は特に限定されず、また、冷却の方法も特に限定されるものではない。
高濃度浸炭後の歯研工程では、歯研を行った表面における算術平均粗さＲｚが５．０μｍ以下であれば、研削条件は特に限定されない。
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに詳細に説明する。
歯車部品としての寿命評価は、歯面と歯元での各種疲労を模擬した要素試験により評価した。歯面における面疲労寿命評価にはローラーピッチング試験、歯元における曲げ疲労寿命評価には回転曲げ疲労試験を実施した。各種疲労試験片は、表１に示す成分の組成を溶解し、熱間圧延した棒材について、焼ならしを行い、試験片形状に加工し、高濃度浸炭、焼戻し、さらに適宜深さになるよう研削を行うことによって作製した。
ローラーピッチング試験片の形状は、図３に示すとおりである。本発明の高濃度浸炭歯車部品に対応する試験片は図３（ａ）のローラーであり、相手材のガス浸炭材は図３（ｂ）のローラーである。試験条件は、油温７０℃の減速機潤滑油を用い、すべり率４２．９％、ヘルツ面圧４．０ＧＰａとした。疲労寿命の判定は、ピッチング損傷が発生した繰り返し数とした。
回転曲げ疲労試験片の形状は、図３（ｃ）に示すとおりである。疲労限応力を取得するため、重りを適宜変化させて評価した。有限疲労寿命は破断した繰り返し数とし、１０７回で破断しない応力を疲労限応力とした。
表面から２５μｍ深さまでの範囲における炭化物の面積率、及び粗大炭化物（表面から２５μｍ深さまでの範囲における炭化物の面積が１０．０μｍ２を超える炭化物）の数密度は、まず、高濃度浸炭歯車部品に対応する試験片の表面に対し、８０℃に加熱したピクリン酸ソーダ中で２０分エッチングを行って炭化物のみを黒く現出させ、画像解析ソフトを使用することにより算出した。硬さの評価は、試験片を切断し、そのの切断面において、表面から深さ方向に沿ってビッカース硬度計により硬度を測定することによって行った。ビッカース硬さが５１３Ｈｖ以上となる深さを有効硬化深さとした。
＜実施例１＞
鋼種をＡとし、図４（ａ）の高濃度浸炭処理条件で処理し、一次浸炭処理後の表面炭素濃度を浸炭ガスであるアセチレンの導入時間を調整することで１．５質量％に制御し、その後、二次浸炭処理を実施した。続いて、５０μｍ研削を実施した後、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
鋼種をＡとし、図４（ａ）の高濃度浸炭処理条件で処理し、一次浸炭処理後の表面炭素濃度を浸炭ガスであるアセチレンの導入時間を調整することで１．５質量％に制御し、その後、二次浸炭処理を実施した。続いて、５０μｍ研削を実施した後、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
＜実施例２＞
鋼種をＢに変更し、それ以外は実施例１と同じ条件で試験片を作製し、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
鋼種をＢに変更し、それ以外は実施例１と同じ条件で試験片を作製し、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
＜実施例３＞
鋼種をＣに変更し、それ以外は実施例１と同じ条件で試験片を作製し、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
鋼種をＣに変更し、それ以外は実施例１と同じ条件で試験片を作製し、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
＜実施例４＞
鋼種をＢとし、図４（ｂ）の高濃度浸炭処理条件で処理し、一次浸炭処理後の表面炭素濃度を浸炭ガスであるアセチレンの導入時間を調整することで１．１質量％に制御し、その後、二次浸炭処理を実施した。続いて、５０μｍ研削を実施した後、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
鋼種をＢとし、図４（ｂ）の高濃度浸炭処理条件で処理し、一次浸炭処理後の表面炭素濃度を浸炭ガスであるアセチレンの導入時間を調整することで１．１質量％に制御し、その後、二次浸炭処理を実施した。続いて、５０μｍ研削を実施した後、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
＜実施例５＞
鋼種をＢとし、図４（ｃ）の高濃度浸炭処理条件で処理し、一次浸炭処理後の表面炭素濃度を浸炭ガスであるアセチレンの導入時間を調整することで１．５質量％に制御し、その後、二次浸炭処理を、浸炭ガスであるアセチレンを導入しない方法により実施した。続いて、５０μｍ研削を実施した後、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
鋼種をＢとし、図４（ｃ）の高濃度浸炭処理条件で処理し、一次浸炭処理後の表面炭素濃度を浸炭ガスであるアセチレンの導入時間を調整することで１．５質量％に制御し、その後、二次浸炭処理を、浸炭ガスであるアセチレンを導入しない方法により実施した。続いて、５０μｍ研削を実施した後、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
＜実施例６＞
図４（ｄ）の高濃度浸炭処理条件で処理した以外は、実施例５と同じ条件で試験片を作製し、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
図４（ｄ）の高濃度浸炭処理条件で処理した以外は、実施例５と同じ条件で試験片を作製し、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
＜実施例７＞
研削深さを１００μｍとした以外は、実施例２と同じ条件で試験片を作製し、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
研削深さを１００μｍとした以外は、実施例２と同じ条件で試験片を作製し、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
＜実施例８＞
研削深さを２００μｍとした以外は、実施例２と同じ条件で試験片を作製し、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
研削深さを２００μｍとした以外は、実施例２と同じ条件で試験片を作製し、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
＜比較例１＞
鋼種をＢとし、図４（ａ）の高濃度浸炭処理条件で処理し、一次浸炭処理後の表面炭素濃度を浸炭ガスであるアセチレンの導入時間を調整することで１．１質量％に制御し、その後、二次浸炭処理を実施した。続いて、研削深さ５０μｍで研削を行い、表面から２５μｍ深さまでの範囲における炭化物の面積率を７．５％になるよう制御した試験片を作製した。この試験片について、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
鋼種をＢとし、図４（ａ）の高濃度浸炭処理条件で処理し、一次浸炭処理後の表面炭素濃度を浸炭ガスであるアセチレンの導入時間を調整することで１．１質量％に制御し、その後、二次浸炭処理を実施した。続いて、研削深さ５０μｍで研削を行い、表面から２５μｍ深さまでの範囲における炭化物の面積率を７．５％になるよう制御した試験片を作製した。この試験片について、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
＜比較例２＞
鋼種をＢとし、図４（ａ）の高濃度浸炭処理条件で処理し、一次浸炭処理後の表面炭素濃度を浸炭ガスであるアセチレンの導入時間を調整することで１．５質量％に制御し、その後、二次浸炭処理においては、浸炭ガスであるアセチレンの導入時間を実施例２よりも過剰にした。続いて、研削深さ５０μｍで研削を行い、試験片を作製した。この試験片について、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
鋼種をＢとし、図４（ａ）の高濃度浸炭処理条件で処理し、一次浸炭処理後の表面炭素濃度を浸炭ガスであるアセチレンの導入時間を調整することで１．５質量％に制御し、その後、二次浸炭処理においては、浸炭ガスであるアセチレンの導入時間を実施例２よりも過剰にした。続いて、研削深さ５０μｍで研削を行い、試験片を作製した。この試験片について、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
＜比較例３＞
鋼種をＢとし、図４（ａ）の高濃度浸炭処理条件で処理し、一次浸炭処理後の表面炭素濃度を浸炭ガスであるアセチレンの導入時間を調整することで１．７質量％に制御し、その後、二次浸炭処理を実施した。続いて、研削深さ５０μｍの研削を行い、試験片を作製した。この試験片について、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
鋼種をＢとし、図４（ａ）の高濃度浸炭処理条件で処理し、一次浸炭処理後の表面炭素濃度を浸炭ガスであるアセチレンの導入時間を調整することで１．７質量％に制御し、その後、二次浸炭処理を実施した。続いて、研削深さ５０μｍの研削を行い、試験片を作製した。この試験片について、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
＜比較例４＞
鋼種をＢとし、図４（ａ）の高濃度浸炭処理条件で処理し、一次浸炭処理後の表面炭素濃度を浸炭ガスであるアセチレンの導入時間を調整することで１．５質量％に制御し、その後、二次浸炭処理を実施した。続いて、研削深さ５０μｍの研削を実施し、その際に表面の算術平均粗さＲｚが５．０μｍより大きくなるように制御し、試験片を作製した。この試験片について、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
鋼種をＢとし、図４（ａ）の高濃度浸炭処理条件で処理し、一次浸炭処理後の表面炭素濃度を浸炭ガスであるアセチレンの導入時間を調整することで１．５質量％に制御し、その後、二次浸炭処理を実施した。続いて、研削深さ５０μｍの研削を実施し、その際に表面の算術平均粗さＲｚが５．０μｍより大きくなるように制御し、試験片を作製した。この試験片について、回転曲げ疲労試験及び面疲労試験を実施した。
実施例１〜８及び比較例１〜４についての試験結果を表２に示す。
表２から明らかなように、実施例１〜８による試験片の疲労寿命は、従来のガス浸炭品の疲労寿命に対する比として一倍以上であることが確認された。また、面疲労寿命については、炭化物の面積率を適切に制御することによって従来比５倍以上の寿命を実現することも確認された。これにより、長寿命の建設機械用の歯車部品を提供できることが明らかとなった。
一方、各比較例では、曲げ疲労と面疲労寿命の両方が従来のガス浸炭品に対する比率として一倍以上であるものが確認できず、歯車部品として成立しないことが確認された。
Claims (4)
- Ｃ：０．１０質量％以上０．４０質量％以下、Ｓｉ：０．０５質量％以上０．８０質量％以下、Ｍｎ：０．３５質量％以上１．２質量％以下、Ｃｒ：０．５０質量％以上２．０質量％以下、Ｍｏ：０．０５質量％以上０．６０質量％以下、Ａｌ：０．００５質量％以上０．０５質量％以下、及びＮ：０．００５質量％以上０．０２５質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼にて母材が構成され、ビッカース硬度が５１３Ｈｖ以上である表面からの深さが１．０ｍｍ以上であり、表面から２５μｍ深さまでの範囲における炭化物の面積率が１０％以上３５％以下であり、かつ表面の算術平均粗さＲｚが５．０μｍ以下である部分を含む高濃度浸炭歯車部品。
- 表面から２５μｍ深さまでの範囲における炭化物の面積率が、１５％以上３０％以下である請求項１に記載の高濃度浸炭歯車部品。
- 表面から２５μｍ深さまでの範囲における炭化物の面積が１０．０μｍ２を超える炭化物の数密度が、０．００５個／μｍ２未満である請求項１に記載の高濃度浸炭歯車部品。
- 部分が、歯車歯面である請求項１に記載の高濃度浸炭歯車部品。
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| JP2001181785A (ja) * | 1999-12-20 | 2001-07-03 | Ntn Corp | 動力伝達部品および駆動装置ならびに動力伝達部品の製造方法 |
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