JP2549039B2 - 歪の小さい高強度歯車の浸炭窒化熱処理方法 - Google Patents
歪の小さい高強度歯車の浸炭窒化熱処理方法Info
- Publication number
- JP2549039B2 JP2549039B2 JP3236604A JP23660491A JP2549039B2 JP 2549039 B2 JP2549039 B2 JP 2549039B2 JP 3236604 A JP3236604 A JP 3236604A JP 23660491 A JP23660491 A JP 23660491A JP 2549039 B2 JP2549039 B2 JP 2549039B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tooth
- less
- carbonitriding
- transformation point
- tooth surface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Gears, Cams (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、浸炭窒化熱処理方法、
特に焼入れ時の歪が少なく、騒音の少ない自動車トラン
スミッション用ギアを製造することのできる肌焼鋼の浸
炭窒化熱処理方法に関するものである。
特に焼入れ時の歪が少なく、騒音の少ない自動車トラン
スミッション用ギアを製造することのできる肌焼鋼の浸
炭窒化熱処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、自動車用歯車には、耐疲労強度
および表面の耐摩耗性を高めるために、肌焼鋼が使用さ
れている。この場合、肌焼鋼は歯車等の所定形状に機械
加工された後、表面硬化のために浸炭窒化処理を施され
る。すなわち、炭素含有量の比較的低い低合金鋼の表面
に炭素と窒素を浸透させ、次に焼入れ、焼戻しを施し
て、歯表面をマルテンサイトにすることで硬化させ、か
つ歯車の靱性を確保する意味から、歯車芯部を一部マル
テンサイトあるいはベイナイトを含んだフェライト・パ
ーライト組織にする。ただし、歯車芯部とは図１（Ｂ）
の網掛で示す歯車の中央部である。このように歯表面と
歯車芯部の組織差を利用することは、耐疲労強度および
靱性を得るための基本原理であり、また浸炭窒化焼入れ
法において、冷却速度の質量効果を利用することにより
十分達成されていることは周知の事実である。
および表面の耐摩耗性を高めるために、肌焼鋼が使用さ
れている。この場合、肌焼鋼は歯車等の所定形状に機械
加工された後、表面硬化のために浸炭窒化処理を施され
る。すなわち、炭素含有量の比較的低い低合金鋼の表面
に炭素と窒素を浸透させ、次に焼入れ、焼戻しを施し
て、歯表面をマルテンサイトにすることで硬化させ、か
つ歯車の靱性を確保する意味から、歯車芯部を一部マル
テンサイトあるいはベイナイトを含んだフェライト・パ
ーライト組織にする。ただし、歯車芯部とは図１（Ｂ）
の網掛で示す歯車の中央部である。このように歯表面と
歯車芯部の組織差を利用することは、耐疲労強度および
靱性を得るための基本原理であり、また浸炭窒化焼入れ
法において、冷却速度の質量効果を利用することにより
十分達成されていることは周知の事実である。
【０００３】しかしながら、歯車芯部は質量効果により
一部マルテンサイトあるいはベイナイトを含んだフェラ
イト・パーライト組織になるものの、歯内部（図１
（Ａ）の斜線部で示される歯の浸炭層より内側の部分）
は芯部より冷速が速いため、焼入れ組織であるマルテン
サイトと一部ベイナイトの混在組織になる。この時、マ
ルテンサイト生成による変態応力（オーステナイトから
マルテンサイト組織に変化するときに生じる体積膨張に
起因する応力）が発生するため、熱処理変形の発生が避
けられず、歯車精度を維持することができない。特に、
自動車トランスミッション用ギアは、騒音に対して最も
厳しい制限があるにも拘らず、小さくかつ肉厚が薄いた
め、歯内部の組織はマルテンサイトとベイナイト組織に
なり、このことが歯車騒音の最大の原因になっている。
一部マルテンサイトあるいはベイナイトを含んだフェラ
イト・パーライト組織になるものの、歯内部（図１
（Ａ）の斜線部で示される歯の浸炭層より内側の部分）
は芯部より冷速が速いため、焼入れ組織であるマルテン
サイトと一部ベイナイトの混在組織になる。この時、マ
ルテンサイト生成による変態応力（オーステナイトから
マルテンサイト組織に変化するときに生じる体積膨張に
起因する応力）が発生するため、熱処理変形の発生が避
けられず、歯車精度を維持することができない。特に、
自動車トランスミッション用ギアは、騒音に対して最も
厳しい制限があるにも拘らず、小さくかつ肉厚が薄いた
め、歯内部の組織はマルテンサイトとベイナイト組織に
なり、このことが歯車騒音の最大の原因になっている。
【０００４】そこで従来は、焼入れ歪に対して歯車研削
を追加することにより、精度を向上させる方法が用いら
れている。また、イオン窒化、ガス軟窒化やタフトライ
ドなどの低温で行う窒化処理等も検討されている。さら
に、特開昭５５−６４５６号公報では、等温焼きなまし
処理によりフェライト・パーライト組織にした後、軟窒
化処理により表面のみ硬化する方法が開示されており、
また一旦フェライト・パーライト組織にした後、窒化処
理により表面層のＡ1 変態点を下げてオーステナイト化
を促進させ、急冷によって表面層のみマルテンサイト組
織を得る方法（金属臨時増刊号、１９９０年，Ｖｏ１
８，Ｐ２５）が開示されている。
を追加することにより、精度を向上させる方法が用いら
れている。また、イオン窒化、ガス軟窒化やタフトライ
ドなどの低温で行う窒化処理等も検討されている。さら
に、特開昭５５−６４５６号公報では、等温焼きなまし
処理によりフェライト・パーライト組織にした後、軟窒
化処理により表面のみ硬化する方法が開示されており、
また一旦フェライト・パーライト組織にした後、窒化処
理により表面層のＡ1 変態点を下げてオーステナイト化
を促進させ、急冷によって表面層のみマルテンサイト組
織を得る方法（金属臨時増刊号、１９９０年，Ｖｏ１
８，Ｐ２５）が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、歯車機械研削
では浸炭窒化層を部分的に削り取ることから、製造工程
数が増加するほか、複雑な形状部品には適用しがたく、
また表面硬さや残留応力にムラを生ずることとなり、品
質上の問題があった。一方、イオン窒化、ガス軟窒化や
タフトライドおよび特開昭５５−６４５６号公報の方法
では、焼入れ硬化層が薄く、また内部硬度が低いため、
十分な疲労強度が得られない。また、窒化処理により表
面層のＡ1 変態点を下げてオーステナイト化を促進さ
せ、急冷によって表面層のみマルテンサイト組織を得る
方法は、浸炭窒化部に異常化合物層の形成による硬度低
下が生じ、また内部硬度が低いため十分な疲労強度が得
られない、という問題を有してした。
では浸炭窒化層を部分的に削り取ることから、製造工程
数が増加するほか、複雑な形状部品には適用しがたく、
また表面硬さや残留応力にムラを生ずることとなり、品
質上の問題があった。一方、イオン窒化、ガス軟窒化や
タフトライドおよび特開昭５５−６４５６号公報の方法
では、焼入れ硬化層が薄く、また内部硬度が低いため、
十分な疲労強度が得られない。また、窒化処理により表
面層のＡ1 変態点を下げてオーステナイト化を促進さ
せ、急冷によって表面層のみマルテンサイト組織を得る
方法は、浸炭窒化部に異常化合物層の形成による硬度低
下が生じ、また内部硬度が低いため十分な疲労強度が得
られない、という問題を有してした。
【０００６】すなわち、従来の機械加工法では経済性と
歯車自身の品質を犠牲にしたものであり、材料側からの
取組みも、歯内部のマルテンサイト防止により歪は軽減
できるものの、歯車本来の特性である高疲労強度を犠牲
にしたものであり、高強度化を維持しつつ歯内部を完全
なフェライトとパーライト組織にする有効な方法が望ま
れている。
歯車自身の品質を犠牲にしたものであり、材料側からの
取組みも、歯内部のマルテンサイト防止により歪は軽減
できるものの、歯車本来の特性である高疲労強度を犠牲
にしたものであり、高強度化を維持しつつ歯内部を完全
なフェライトとパーライト組織にする有効な方法が望ま
れている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な実情に対処して、浸炭窒化焼入れ処理による歪の発生
が少なく、かつ優れた硬化特性が得られる浸炭窒化歯車
用の素材を開発するために多くの研究を行ってきた。す
なわち、浸炭窒化処理は、表面層のみＡ1 変態点を下げ
るため、歯内部をフェライト・パーライト組織にしつつ
表面層のみオーステナイトにする極めて有効な方法であ
り、該処理における表層化合物層の生成挙動および歯内
部強度は主に鋼材組成に依存する。従って、高強度化を
維持しつつ歯内部を完全なフェライトとパーライト組織
にする有効な方法の開発を目的に、浸炭窒化条件および
鋼材組成の両面から詳細な検討を加えた結果、以下の知
見を得た。
な実情に対処して、浸炭窒化焼入れ処理による歪の発生
が少なく、かつ優れた硬化特性が得られる浸炭窒化歯車
用の素材を開発するために多くの研究を行ってきた。す
なわち、浸炭窒化処理は、表面層のみＡ1 変態点を下げ
るため、歯内部をフェライト・パーライト組織にしつつ
表面層のみオーステナイトにする極めて有効な方法であ
り、該処理における表層化合物層の生成挙動および歯内
部強度は主に鋼材組成に依存する。従って、高強度化を
維持しつつ歯内部を完全なフェライトとパーライト組織
にする有効な方法の開発を目的に、浸炭窒化条件および
鋼材組成の両面から詳細な検討を加えた結果、以下の知
見を得た。
【０００８】浸炭窒化処理において，表層化合物層、
内部酸化層および不完全焼入れ層の生成が表層の硬度低
下をもたらす。これらの生成防止にはＣｒおよびＳｉを
低減しつつ、表層が十分に硬化するように焼入れ性を高
めておくことが有効である。 硬化層深さの増大には、浸炭窒化処理により表面層か
ら深くまでオーステナイト化することが必要であり、こ
れには表層の化合物層の生成を抑制することが有効であ
る。
内部酸化層および不完全焼入れ層の生成が表層の硬度低
下をもたらす。これらの生成防止にはＣｒおよびＳｉを
低減しつつ、表層が十分に硬化するように焼入れ性を高
めておくことが有効である。 硬化層深さの増大には、浸炭窒化処理により表面層か
ら深くまでオーステナイト化することが必要であり、こ
れには表層の化合物層の生成を抑制することが有効であ
る。
【０００９】歯内部がフェライト・パーライト組織に
なることによる硬度低下は、炭窒化物の析出硬化および
微細化効果により抑制できる。さらに、化合物層の生成
抑制の観点より、特定量のＶ添加が有効である。そこ
で、こうした知見に基づいて、具体的な達成手段を明ら
かにするため、さらに研究検討を重ね、特定の化学組成
の肌焼鋼より製造された歯車に、浸炭窒化処理を施した
直後に、特定の温度範囲に所定時間保持し、その後焼入
れ、焼戻しを行うことにより、表面硬さを低下させず
に、歯内部の組織をフェライトと微細パーライト組織と
し、かくして騒音の発生源となる歯の焼入れ時の歪を大
幅に低減し、かつ静粛性を著しく向上させ得る新しい歯
車の浸炭窒化熱処理方法を完成させた。
なることによる硬度低下は、炭窒化物の析出硬化および
微細化効果により抑制できる。さらに、化合物層の生成
抑制の観点より、特定量のＶ添加が有効である。そこ
で、こうした知見に基づいて、具体的な達成手段を明ら
かにするため、さらに研究検討を重ね、特定の化学組成
の肌焼鋼より製造された歯車に、浸炭窒化処理を施した
直後に、特定の温度範囲に所定時間保持し、その後焼入
れ、焼戻しを行うことにより、表面硬さを低下させず
に、歯内部の組織をフェライトと微細パーライト組織と
し、かくして騒音の発生源となる歯の焼入れ時の歪を大
幅に低減し、かつ静粛性を著しく向上させ得る新しい歯
車の浸炭窒化熱処理方法を完成させた。
【００１０】すなわち、本発明の要旨とするところは下
記のとおりである。 （１）重量％で、Ｃ：０．１％以上０．３％未満、Ｓ
ｉ：０．１５％未満、Ｍｎ：０．３０％以上１．５０％
未満、Ｃｒ：０．３０％以上１．００％未満、Ｍｏ：
０．１０％以上１．００％未満、Ｖ：０．０５％以上
１．００％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不純物よりな
る鋼を素材とした歯車に、浸炭窒化処理を施し、その後
直ちに、あるいはいったん歯表面部（浸炭窒化部）のＡ
ｒ1 変態点以下の温度域まで冷却し、再度歯表面部（浸
炭窒化部）のＡｃ3 変態点以上に加熱した後、歯表面部
（浸炭窒化部）のＡｒ3 変態点以上で歯内部（非浸炭窒
化部）のＡｒ1 変態点以下の温度域に５分以上２時間未
満保持して、歯表面をオーステナイト状態に保ちつつ歯
内部を微細なフェライト・パーライトにし、しかる後に
焼入れ、焼戻しを行うことにより、歯内部を微細なフェ
ライト・パーライト組織とすることを特徴とする歪の小
さい高強度歯車の浸炭窒化熱処理方法。
記のとおりである。 （１）重量％で、Ｃ：０．１％以上０．３％未満、Ｓ
ｉ：０．１５％未満、Ｍｎ：０．３０％以上１．５０％
未満、Ｃｒ：０．３０％以上１．００％未満、Ｍｏ：
０．１０％以上１．００％未満、Ｖ：０．０５％以上
１．００％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不純物よりな
る鋼を素材とした歯車に、浸炭窒化処理を施し、その後
直ちに、あるいはいったん歯表面部（浸炭窒化部）のＡ
ｒ1 変態点以下の温度域まで冷却し、再度歯表面部（浸
炭窒化部）のＡｃ3 変態点以上に加熱した後、歯表面部
（浸炭窒化部）のＡｒ3 変態点以上で歯内部（非浸炭窒
化部）のＡｒ1 変態点以下の温度域に５分以上２時間未
満保持して、歯表面をオーステナイト状態に保ちつつ歯
内部を微細なフェライト・パーライトにし、しかる後に
焼入れ、焼戻しを行うことにより、歯内部を微細なフェ
ライト・パーライト組織とすることを特徴とする歪の小
さい高強度歯車の浸炭窒化熱処理方法。
【００１１】ただし、歯内部とは図１（Ａ）の斜線部で
示される歯の浸炭層より内側である。 （２）重量％で、Ｃ：０．１％以上０．３％未満、Ｓ
ｉ：０．１５％未満、Ｍｎ：０．３０％以上１．５０％
未満、Ｃｒ：０．３０％以上１．００％未満、Ｍｏ：
０．１０％以上１．００％未満、Ｖ：０．０５％以上
１．００％未満を含むとともに、Ｎｂ：０．０２％以上
０．２０％以下、Ｔｉ：０．０１％以上０．２０％以下
の１種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不純物よりなる鋼
を素材とした歯車に、浸炭窒化処理を施し、その後直ち
に、あるいはいったん歯表面部（浸炭窒化部）のＡｒ1
変態点以下の温度域まで冷却し、再度歯表面部（浸炭窒
化部）のＡｃ3 変態点以上に加熱した後、歯表面部（浸
炭窒化部）のＡｒ3 変態点以上で歯内部（非浸炭窒化
部）のＡｒ1 変態点以下の温度域に５分以上２時間未満
保持して、歯表面をオーステナイト状態に保ちつつ歯内
部を微細なフェライト・パーライトにし、しかる後に焼
入れ、焼戻しを行うことにより、歯内部を微細なフェラ
イト・パーライトとすることを特徴とする歪の小さい高
強度歯車の浸炭窒化熱処理方法。
示される歯の浸炭層より内側である。 （２）重量％で、Ｃ：０．１％以上０．３％未満、Ｓ
ｉ：０．１５％未満、Ｍｎ：０．３０％以上１．５０％
未満、Ｃｒ：０．３０％以上１．００％未満、Ｍｏ：
０．１０％以上１．００％未満、Ｖ：０．０５％以上
１．００％未満を含むとともに、Ｎｂ：０．０２％以上
０．２０％以下、Ｔｉ：０．０１％以上０．２０％以下
の１種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不純物よりなる鋼
を素材とした歯車に、浸炭窒化処理を施し、その後直ち
に、あるいはいったん歯表面部（浸炭窒化部）のＡｒ1
変態点以下の温度域まで冷却し、再度歯表面部（浸炭窒
化部）のＡｃ3 変態点以上に加熱した後、歯表面部（浸
炭窒化部）のＡｒ3 変態点以上で歯内部（非浸炭窒化
部）のＡｒ1 変態点以下の温度域に５分以上２時間未満
保持して、歯表面をオーステナイト状態に保ちつつ歯内
部を微細なフェライト・パーライトにし、しかる後に焼
入れ、焼戻しを行うことにより、歯内部を微細なフェラ
イト・パーライトとすることを特徴とする歪の小さい高
強度歯車の浸炭窒化熱処理方法。
【００１２】ただし、歯内部とは図１（Ａ）の斜線部で
示される歯の浸炭層より内側である。以下に本発明の各
構成要件について説明する。最初に、本発明の浸炭窒化
熱処理方法が適用できる合金鋼の化学成分について述べ
る。
示される歯の浸炭層より内側である。以下に本発明の各
構成要件について説明する。最初に、本発明の浸炭窒化
熱処理方法が適用できる合金鋼の化学成分について述べ
る。
【００１３】本発明における合金鋼は、浸炭窒化処理を
行う炉中の冷却で、歯内部の組織をフェライト・パーラ
イトにでき、しかも歯車としての剛性や靱性等を維持す
るのに十分な内部硬さでなければならない。一方、この
合金鋼は浸炭窒化されるため、浸炭窒化処理により悪影
響を受けない化学成分でなければならない。Ｃは自動車
用歯車として必要な強度、特に芯部強度を確保するため
に添加する元素であるが、０．１％未満ではこのような
効果を十分に得ることができず、０．３％以上では靱性
が低下して脆くなり、浸炭用鋼として使用が困難となる
ので、その含有量を０．１％以上０．３％未満とした。
行う炉中の冷却で、歯内部の組織をフェライト・パーラ
イトにでき、しかも歯車としての剛性や靱性等を維持す
るのに十分な内部硬さでなければならない。一方、この
合金鋼は浸炭窒化されるため、浸炭窒化処理により悪影
響を受けない化学成分でなければならない。Ｃは自動車
用歯車として必要な強度、特に芯部強度を確保するため
に添加する元素であるが、０．１％未満ではこのような
効果を十分に得ることができず、０．３％以上では靱性
が低下して脆くなり、浸炭用鋼として使用が困難となる
ので、その含有量を０．１％以上０．３％未満とした。
【００１４】Ｓｉは浸炭用鋼の粒界酸化に著しく悪影響
を及ぼす元素であり、含有量は０．１５％以上では浸炭
層に顕著な粒界酸化が形成され、浸炭用鋼の材質特性が
劣化するため、その含有量を０．１５％未満とした。Ｍ
ｎは鋼に強度、靱性、焼入れ性を与えるのに必要な元素
であるが、１．５０％以上では熱間圧延後の冷却におい
てベイナイトやマルテンサイトの硬質な組織になり、そ
の後の切削等の二次加工には適さなくなるために１．５
０％未満とする。しかし、Ｍｎの添加量が０．３０％未
満では焼入れ性向上の効果が十分でなく、その含有量は
０．３０％以上とする。
を及ぼす元素であり、含有量は０．１５％以上では浸炭
層に顕著な粒界酸化が形成され、浸炭用鋼の材質特性が
劣化するため、その含有量を０．１５％未満とした。Ｍ
ｎは鋼に強度、靱性、焼入れ性を与えるのに必要な元素
であるが、１．５０％以上では熱間圧延後の冷却におい
てベイナイトやマルテンサイトの硬質な組織になり、そ
の後の切削等の二次加工には適さなくなるために１．５
０％未満とする。しかし、Ｍｎの添加量が０．３０％未
満では焼入れ性向上の効果が十分でなく、その含有量は
０．３０％以上とする。
【００１５】Ｃｒは鋼の浸炭窒化層に化合物層を形成
し、表面硬度を低下し、併せてＮの鉄中への固溶を阻害
し、また浸炭窒化層のオーステナイト化温度を上げ、オ
ーステナイト化を阻害する。１．００％以上では顕著に
化合物層を形成し、窒化処理を阻害するため１．００％
未満とする。しかし、Ｃｒの添加量が０．３０％未満で
は焼入れ性向上の効果が十分でなく、その含有量は０．
３０％以上とする。
し、表面硬度を低下し、併せてＮの鉄中への固溶を阻害
し、また浸炭窒化層のオーステナイト化温度を上げ、オ
ーステナイト化を阻害する。１．００％以上では顕著に
化合物層を形成し、窒化処理を阻害するため１．００％
未満とする。しかし、Ｃｒの添加量が０．３０％未満で
は焼入れ性向上の効果が十分でなく、その含有量は０．
３０％以上とする。
【００１６】Ｍｏは粒界酸化層を形成することなしに鋼
の耐摩耗性、焼入れ性、機械的特性を向上し、特に歯内
部の硬度上昇に有用な元素であり、０．１０％未満では
その効果が十分でなく、１．００％以上では靱性を劣化
させるため、０．１０％以上１．００％未満とする。Ｖ
は炭窒化物の析出硬化により、歯内部のフェライト・パ
ーライトの硬度上昇をもたらす元素であるが、０．０５
％未満ではその効果が十分でなく、１．００％以上を含
有しても効果は飽和するため、０．０５％以上１．００
％未満とする。
の耐摩耗性、焼入れ性、機械的特性を向上し、特に歯内
部の硬度上昇に有用な元素であり、０．１０％未満では
その効果が十分でなく、１．００％以上では靱性を劣化
させるため、０．１０％以上１．００％未満とする。Ｖ
は炭窒化物の析出硬化により、歯内部のフェライト・パ
ーライトの硬度上昇をもたらす元素であるが、０．０５
％未満ではその効果が十分でなく、１．００％以上を含
有しても効果は飽和するため、０．０５％以上１．００
％未満とする。
【００１７】ＴｉおよびＮｂは炭窒化物を生成し、浸炭
結晶粒の微細化に効果のある元素であり、その効果を得
るには１種以上の元素をＮｂで０．０２％以上およびＴ
ｉで０．０１％以上の含有が必要である。しかし、Ｎｂ
で０．２０％を超えて、Ｔｉで０．２０％を超えて含有
しても効果は飽和するため、上限をＮｂで０．２０％、
Ｔｉで０．２０％とする。
結晶粒の微細化に効果のある元素であり、その効果を得
るには１種以上の元素をＮｂで０．０２％以上およびＴ
ｉで０．０１％以上の含有が必要である。しかし、Ｎｂ
で０．２０％を超えて、Ｔｉで０．２０％を超えて含有
しても効果は飽和するため、上限をＮｂで０．２０％、
Ｔｉで０．２０％とする。
【００１８】上記成分のほか、以下に示す元素を添加す
ることにより、よりいっそう特性の向上が可能である。
ＣａはＭｎＳの延伸抑制のために必要な元素であり、歯
車の疲労における異方性を軽減する。ＭｎＳの延伸抑制
効果を与えるために、Ｃａを０．００１０％以上含有さ
せる。しかし、０．０１０％を超えて含有させても、そ
の効果は飽和して経済性を損うため上限を０．０１０％
とする。
ることにより、よりいっそう特性の向上が可能である。
ＣａはＭｎＳの延伸抑制のために必要な元素であり、歯
車の疲労における異方性を軽減する。ＭｎＳの延伸抑制
効果を与えるために、Ｃａを０．００１０％以上含有さ
せる。しかし、０．０１０％を超えて含有させても、そ
の効果は飽和して経済性を損うため上限を０．０１０％
とする。
【００１９】次に、浸炭窒化法としては、ガス浸炭窒化
法または液体浸炭窒化法が好ましく、また浸炭窒化深さ
は表層硬さおよび残留応力の観点から０．５mm以上であ
ることが好ましい。表面炭素量が共析以上、Ａcm以下の
カーボンポテンシャルにて８５０〜９８０℃の温度で浸
炭窒化処理することにより、非浸炭窒化部に比べ浸炭窒
化部のＡｒ 3 変態点が約５０℃下がる（浸炭窒化温度：
９３０℃、カーボンポテンシャル：０．９％、Ｎポテン
シャル：２％、ＪＩＳ ＳＣＭ４２０での、本発明者ら
の実験例）。
法または液体浸炭窒化法が好ましく、また浸炭窒化深さ
は表層硬さおよび残留応力の観点から０．５mm以上であ
ることが好ましい。表面炭素量が共析以上、Ａcm以下の
カーボンポテンシャルにて８５０〜９８０℃の温度で浸
炭窒化処理することにより、非浸炭窒化部に比べ浸炭窒
化部のＡｒ 3 変態点が約５０℃下がる（浸炭窒化温度：
９３０℃、カーボンポテンシャル：０．９％、Ｎポテン
シャル：２％、ＪＩＳ ＳＣＭ４２０での、本発明者ら
の実験例）。
【００２０】浸炭窒化後炉冷等により６６０〜７００℃
（歯表面部のＡｒ3変態点以上で歯内部のＡｒ1 変態点
以下）に冷却した後、一定時間保持することにより、非
浸炭窒化部の歯内部をフェライトと微細パーライトに変
態させつつ、歯表面の浸炭窒化部をオーステナイト状態
に維持する。保持時間は温度の均一性および熱処理コス
トより、５分以上２時間未満が好ましい（これ以上保持
時間を長くしても品質上での利点はなく、また不経済で
ある）。
（歯表面部のＡｒ3変態点以上で歯内部のＡｒ1 変態点
以下）に冷却した後、一定時間保持することにより、非
浸炭窒化部の歯内部をフェライトと微細パーライトに変
態させつつ、歯表面の浸炭窒化部をオーステナイト状態
に維持する。保持時間は温度の均一性および熱処理コス
トより、５分以上２時間未満が好ましい（これ以上保持
時間を長くしても品質上での利点はなく、また不経済で
ある）。
【００２１】浸炭窒化部の結晶粒を細粒化する、より好
ましい条件としては、浸炭窒化後、歯表面部のＡｒ1 変
態点以下まで徐冷し、次に歯表面部のＡｃ3 変態点以上
に再加熱する。この時、浸炭窒化部のオーステナイト粒
の細粒化が図られる。次に歯表面部のＡｒ3 変態点以上
で歯内部のＡｒ1 変態点以下にした後、一定時間保持す
ることにより、非浸炭窒化部の歯内部は、微細なフェラ
イト・パーライトままで歯表面の浸炭窒化部のみ細粒の
オーステナイトに変態する。保持時間は温度の均一性お
よび熱処理コストより、５分以上２時間未満が好まし
い。
ましい条件としては、浸炭窒化後、歯表面部のＡｒ1 変
態点以下まで徐冷し、次に歯表面部のＡｃ3 変態点以上
に再加熱する。この時、浸炭窒化部のオーステナイト粒
の細粒化が図られる。次に歯表面部のＡｒ3 変態点以上
で歯内部のＡｒ1 変態点以下にした後、一定時間保持す
ることにより、非浸炭窒化部の歯内部は、微細なフェラ
イト・パーライトままで歯表面の浸炭窒化部のみ細粒の
オーステナイトに変態する。保持時間は温度の均一性お
よび熱処理コストより、５分以上２時間未満が好まし
い。
【００２２】以上のように、表面をオーステナイト化
し、歯内部をフェライトと微細パーライトにし、しかる
後に油あるいは塩浴中で焼入れすることにより、歯表面
の浸炭窒化部は全てマルテンサイトにでき、既に変態を
終了している歯内部は焼きの入っていないフェライトと
微細パーライトに維持できる。その後、浸炭窒化部の内
部応力の除去および強さ、ねばさを増すために、１５０
〜２００℃の焼戻し処理を行う。
し、歯内部をフェライトと微細パーライトにし、しかる
後に油あるいは塩浴中で焼入れすることにより、歯表面
の浸炭窒化部は全てマルテンサイトにでき、既に変態を
終了している歯内部は焼きの入っていないフェライトと
微細パーライトに維持できる。その後、浸炭窒化部の内
部応力の除去および強さ、ねばさを増すために、１５０
〜２００℃の焼戻し処理を行う。
【００２３】以下に実施例を挙げてさらに説明する。
【００２４】
【実施例】表１に示す化学成分の鋼を溶製し、１６２mm
角ビレットに分塊圧延した後、熱間圧延にて５０mmφ棒
鋼に仕上げた。次に、得られた棒鋼を熱間鍛造および焼
ならしし、その後機械加工により、外径８７mm、モジュ
ール３、歯数２７、歯幅２０mmの歯車を製作し、これら
を試料として浸炭窒化処理を施した。まず、試料をカー
ボンポテンシャル：０．９％、Ｎポテンシャル：２％、
温度：９３０℃で浸炭窒化した後、No. １は歯表面部お
よび歯内部のＡｒ3 変態点超の８４０℃、No. ２は歯内
部のＡｒ1 変態点超で表面部のＡｒ3 変態点以上の７５
０℃、No. ３は歯表面部のＡｒ3 変態点未満の６３０℃
まで炉冷し、３０分保持後、それぞれを１３０℃の油浴
中で冷却した。No. ４〜No. １１は表１に示す歯表面部
（浸炭窒化部）のＡｒ3 変態点以上で歯内部（非浸炭窒
化部）のＡｒ1 変態点以下の温度に、No. １２〜No.１
６は歯表面部のＡｒ1 変態点以下の６００℃まで徐冷
し、次に歯表面部のＡｃ3 変態点以上の８５０℃に再加
熱し、その後歯内部（非浸炭窒化部）のＡｒ1 変態点以
下で歯表面部（浸炭窒化部）のＡｒ3 変態点以上の温度
に、各々３０分保持して、その後１３０℃の油浴中で冷
却した。次いで、全ての試料とも１８０℃、１時間の焼
戻しを行った。また歪量はＪＩＳ Ｂ１７０２により歯
形誤差を測定し、併せて表１および表２に示した。
角ビレットに分塊圧延した後、熱間圧延にて５０mmφ棒
鋼に仕上げた。次に、得られた棒鋼を熱間鍛造および焼
ならしし、その後機械加工により、外径８７mm、モジュ
ール３、歯数２７、歯幅２０mmの歯車を製作し、これら
を試料として浸炭窒化処理を施した。まず、試料をカー
ボンポテンシャル：０．９％、Ｎポテンシャル：２％、
温度：９３０℃で浸炭窒化した後、No. １は歯表面部お
よび歯内部のＡｒ3 変態点超の８４０℃、No. ２は歯内
部のＡｒ1 変態点超で表面部のＡｒ3 変態点以上の７５
０℃、No. ３は歯表面部のＡｒ3 変態点未満の６３０℃
まで炉冷し、３０分保持後、それぞれを１３０℃の油浴
中で冷却した。No. ４〜No. １１は表１に示す歯表面部
（浸炭窒化部）のＡｒ3 変態点以上で歯内部（非浸炭窒
化部）のＡｒ1 変態点以下の温度に、No. １２〜No.１
６は歯表面部のＡｒ1 変態点以下の６００℃まで徐冷
し、次に歯表面部のＡｃ3 変態点以上の８５０℃に再加
熱し、その後歯内部（非浸炭窒化部）のＡｒ1 変態点以
下で歯表面部（浸炭窒化部）のＡｒ3 変態点以上の温度
に、各々３０分保持して、その後１３０℃の油浴中で冷
却した。次いで、全ての試料とも１８０℃、１時間の焼
戻しを行った。また歪量はＪＩＳ Ｂ１７０２により歯
形誤差を測定し、併せて表１および表２に示した。
【００２５】歯内部のＡｒ3 変態点超で焼入れしたNo.
１は歯内部がマルテンサイトとなり、歯形歪量も多く、
また歯内部のＡｒ1 変態点超で表面部のＡｒ3 変態点以
上で焼入れしたNo. ２では歯内部は一部マルテンサイト
を含んだフェライト・パーライト組織になるため、歯形
歪量の低減も十分ではない。また、歯表面部のＡｒ3 未
満で焼入れしたNo. ３は、表面部もベイナイトとパーラ
イト組織となり、歯車として必要な表面硬さを得ること
ができない。
１は歯内部がマルテンサイトとなり、歯形歪量も多く、
また歯内部のＡｒ1 変態点超で表面部のＡｒ3 変態点以
上で焼入れしたNo. ２では歯内部は一部マルテンサイト
を含んだフェライト・パーライト組織になるため、歯形
歪量の低減も十分ではない。また、歯表面部のＡｒ3 未
満で焼入れしたNo. ３は、表面部もベイナイトとパーラ
イト組織となり、歯車として必要な表面硬さを得ること
ができない。
【００２６】さらに、歯表面部のＡｒ3 変態点以上で、
かつ歯内部のＡｒ1 変態点以下の温度で焼入れしている
ものの、本発明範囲よりＭｎが高いNo. ４は、歯形歪量
は少ないにもかかわらず、歯内部硬度が高すぎ、靱性が
低く、実用には適さない。さらに、本発明範囲よりＶが
少なすぎるNo. ５は、歯形歪量は少ないものの、歯内部
硬度が不十分で、実用には適さない。
かつ歯内部のＡｒ1 変態点以下の温度で焼入れしている
ものの、本発明範囲よりＭｎが高いNo. ４は、歯形歪量
は少ないにもかかわらず、歯内部硬度が高すぎ、靱性が
低く、実用には適さない。さらに、本発明範囲よりＶが
少なすぎるNo. ５は、歯形歪量は少ないものの、歯内部
硬度が不十分で、実用には適さない。
【００２７】これに対して本発明の範囲内にあるNo. ６
〜１６では何れも歯内部はフェライト・パーライト組織
になり、歯内部の硬度も十分であり、歯形歪量も著しく
低減でき、また内部酸化層と不完全焼入れ層の抑制によ
り、疲労強度も高いことが明らかである。
〜１６では何れも歯内部はフェライト・パーライト組織
になり、歯内部の硬度も十分であり、歯形歪量も著しく
低減でき、また内部酸化層と不完全焼入れ層の抑制によ
り、疲労強度も高いことが明らかである。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明は浸炭
窒化焼入れにより製造される自動車用歯車の歯内部をフ
ェライト・パーライト組織にすることにより熱処理歪の
低減を図り、同時に表層の組織制御により疲労強度の向
上を図った、騒音の少ない高強度の自動車トランスミッ
ション用ギアを提供するものであり、工業上の効果は極
めて顕著なものがある。
窒化焼入れにより製造される自動車用歯車の歯内部をフ
ェライト・パーライト組織にすることにより熱処理歪の
低減を図り、同時に表層の組織制御により疲労強度の向
上を図った、騒音の少ない高強度の自動車トランスミッ
ション用ギアを提供するものであり、工業上の効果は極
めて顕著なものがある。
【図１】（Ａ）は歯車の歯内部および（Ｂ）は歯車芯部
の説明図である。
の説明図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．１％以上０．３％未
満、Ｓｉ：０．１５％未満、Ｍｎ：０．３０％以上１．
５０％未満、Ｃｒ：０．３０％以上１．００％未満、Ｍ
ｏ：０．１０％以上１．００％未満、Ｖ：０．０５％以
上１．００％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不純物より
なる鋼を素材とした歯車に、浸炭窒化処理を施し、その
後直ちに、あるいはいったん歯表面部（浸炭窒化部）の
Ａｒ1変態点以下の温度域まで冷却し、再度歯表面部
（浸炭窒化部）のＡｃ3変態点以上に加熱した後、歯表
面部（浸炭窒化部）のＡｒ3 変態点以上で歯内部（非浸
炭窒化部）のＡｒ1 変態点以下の温度域に５分以上２時
間未満保持して、歯表面をオーステナイト状態に保ちつ
つ歯内部を微細なフェライト・パーライトにし、しかる
後に焼入れ、焼戻しを行うことにより、歯内部を微細な
フェライト・パーライト組織とすることを特徴とする歪
の小さい高強度歯車の浸炭窒化熱処理方法。ただし、歯
内部とは図１（Ａ）の斜線部で示される歯の浸炭層より
内側である。 - 【請求項２】 重量％で、Ｃ：０．１％以上０．３％未
満、Ｓｉ：０．１５％未満、Ｍｎ：０．３０％以上１．
５０％未満、Ｃｒ：０．３０％以上１．００％未満、Ｍ
ｏ：０．１０％以上１．００％未満、Ｖ：０．０５％以
上１．００％未満を含むとともに、Ｎｂ：０．０２％以
上０．２０％以下、Ｔｉ：０．０１％以上０．２０％以
下の１種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不純物よりなる
鋼を素材とした歯車に、浸炭窒化処理を施し、その後直
ちに、あるいはいったん歯表面部（浸炭窒化部）のＡｒ
1 変態点以下の温度域まで冷却し、再度歯表面部（浸炭
窒化部）のＡｃ3 変態点以上に加熱した後、歯表面部
（浸炭窒化部）のＡｒ3 変態点以上で歯内部（非浸炭窒
化部）のＡｒ1 変態点以下の温度域に５分以上２時間未
満保持して、歯表面をオーステナイト状態に保ちつつ歯
内部を微細なフェライト・パーライトにし、しかる後に
焼入れ、焼戻しを行うことにより、歯内部を微細なフェ
ライト・パーライトとすることを特徴とする歪の小さい
高強度歯車の浸炭窒化熱処理方法。ただし、歯内部とは
図１（Ａ）の斜線部で示される歯の浸炭層より内側であ
る。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3236604A JP2549039B2 (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | 歪の小さい高強度歯車の浸炭窒化熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3236604A JP2549039B2 (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | 歪の小さい高強度歯車の浸炭窒化熱処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0570925A JPH0570925A (ja) | 1993-03-23 |
| JP2549039B2 true JP2549039B2 (ja) | 1996-10-30 |
Family
ID=17003105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3236604A Expired - Fee Related JP2549039B2 (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | 歪の小さい高強度歯車の浸炭窒化熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2549039B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5746842A (en) * | 1995-09-29 | 1998-05-05 | Toa Steel Co., Ltd. | Steel gear |
| JP3909902B2 (ja) * | 1996-12-17 | 2007-04-25 | 株式会社小松製作所 | 高耐面圧用鋼部品およびその製造方法 |
| JP4100751B2 (ja) * | 1998-01-30 | 2008-06-11 | 株式会社小松製作所 | 転動部材とその製造方法 |
| KR20140143460A (ko) * | 2010-03-30 | 2014-12-16 | 아이신에이더블류 가부시키가이샤 | 기어 및 그 제조 방법 |
| US9598760B2 (en) | 2011-02-23 | 2017-03-21 | Dowa Thermotech Co., Ltd. | Nitrided steel member and manufacturing method thereof |
| KR101617985B1 (ko) | 2012-01-26 | 2016-05-03 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | 열처리 변형이 작은 표면 경화 강재 |
| JP5656908B2 (ja) | 2012-04-18 | 2015-01-21 | Ｄｏｗａサーモテック株式会社 | 窒化鋼部材およびその製造方法 |
| JP6647792B2 (ja) | 2015-03-31 | 2020-02-14 | Ｄｏｗａサーモテック株式会社 | 鋼部材の窒化処理方法 |
-
1991
- 1991-09-17 JP JP3236604A patent/JP2549039B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0570925A (ja) | 1993-03-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2548986B1 (en) | Steel for nitrocarburization and production method of a nitrocarburized steel part | |
| JP5099276B1 (ja) | 面疲労強度に優れたガス浸炭鋼部品、ガス浸炭用鋼材およびガス浸炭鋼部品の製造方法 | |
| JPH05148535A (ja) | 熱処理歪が少なく曲げ疲労強度の優れた表面硬化部品の製造方法 | |
| WO2006118243A1 (ja) | 浸炭高周波焼入部品 | |
| EP2444511A1 (en) | Steel for nitriding and nitrided steel components | |
| JP4354277B2 (ja) | 浸炭焼入部材の製造方法 | |
| JP4737601B2 (ja) | 高温窒化処理用鋼 | |
| JP2549039B2 (ja) | 歪の小さい高強度歯車の浸炭窒化熱処理方法 | |
| JPH11124653A (ja) | 窒化処理用鋼およびその窒化処理方法 | |
| JP3184411B2 (ja) | 低歪み型浸炭焼入れ歯車用鋼 | |
| JP2549038B2 (ja) | 歪の小さい高強度歯車の浸炭熱処理方法およびその歯車 | |
| JP4488228B2 (ja) | 高周波焼入れ用鋼材 | |
| JP7263796B2 (ja) | 自動車変速機用リングギアおよびその製造方法 | |
| JP4536327B2 (ja) | 短時間での浸炭性に優れたＮｂ含有肌焼鋼 | |
| JP2002121645A (ja) | 歯元曲げ疲労特性および面圧疲労特性に優れた歯車用鋼ならびに歯車 | |
| JPH0967644A (ja) | 歯切り性に優れた浸炭歯車用鋼 | |
| JP4821582B2 (ja) | 真空浸炭歯車用鋼 | |
| JP2769136B2 (ja) | 低歪み型浸炭焼入れ歯車用鋼材 | |
| JP2001032037A (ja) | 耐ピッチング性に優れた低歪み型歯車用鋼材およびその鋼材による歯車の製造方法 | |
| JP6477614B2 (ja) | 軟窒化用鋼および部品ならびにこれらの製造方法 | |
| JPH0227408B2 (ja) | ||
| JP3109146B2 (ja) | 低歪高強度部材の製造方法 | |
| JPH07136863A (ja) | オーステンパダクタイル鋳鉄製歯車の製造方法 | |
| JP2019049032A (ja) | 浸窒処理用鋼材 | |
| JP7196707B2 (ja) | 窒化用鍛造部材及びその製造方法、並びに表面硬化鍛造部材及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960430 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080808 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090808 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090808 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100808 Year of fee payment: 14 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |