JP5683348B2 - 浸炭部材、浸炭部材用鋼および浸炭部材の製造方法 - Google Patents
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化学成分が、質量%で、C:0.10〜0.30%、Si:0.50〜2.00%、Mn:0.30〜1.50%、P:0.035%以下、S:0.035%以下、Cr:1.35〜3.00%、Al:0.020〜0.060%、N:0.0080〜0.0250%、および、Mo:0.01〜0.80%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物よりなり、
上記摺動面は、浸炭異常層がなく、表面炭素濃度が0.7〜0.9質量%の範囲内にあり、最表面からの深さ50μmまでにおける組織のトルースタイト面積率が1%以下であることを特徴とする浸炭部材にある。
化学成分が、質量%で、C:0.10〜0.30%、Si:0.50〜2.00%、Mn:0.30〜1.50%、P:0.035%以下、S:0.035%以下、Cr:1.35〜3.00%、Al:0.020〜0.060%、N:0.0080〜0.0250%、および、Mo:0.01〜0.80%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物よりなることを特徴とする浸炭部材用鋼にある。
上記鋼部材は、化学成分が、質量%で、C:0.10〜0.30%、Si:0.50〜2.00%、Mn:0.30〜1.50%、P:0.035%以下、S:0.035%以下、Cr:1.35〜3.00%、Al:0.020〜0.060%、N:0.0080〜0.0250%、および、Mo:0.01〜0.80%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物よりなり、
上記浸炭期におけるカーボンポテンシャルは1.3%以上とされることを特徴とする浸炭部材の製造方法にある。
Cは、強度を確保するための基本元素であり、CVTシーブ等の浸炭部材において十分な内部硬さを確保するために、0.10%以上添加する。添加量が多くなりすぎると被削性、冷間鍛造性が低下するため、C含有量の上限を0.30%とする。
Siは、熱による軟化抵抗性を高めるのに有効な元素であり、その特性を確保するために0.50%以上添加する。Si含有量が多くなりすぎると靱性や加工性が劣化してくるため、Si含有量の上限を2.00%とする。Si含有量の上限は、好ましくは、1.50%であるとよい。
Mnは、強度向上に有効な元素であり、CVTシーブ等の浸炭部材において十分な内部硬さを確保するために、0.30%以上添加する。Mnの添加量が多くなりすぎると被削性の低下や、残留オーステナイトの増加による硬さ低下が懸念されるため、Mn含有量の上限を1.50%とする。
Pは、結晶粒界に偏析して疲労強度を低下させるため、P含有量の上限を0.035%とする。Pは製造上の不純物として不可避に含有される元素であるが、精錬により極力低減することが好ましい。
Sは、被削性向上に有効であるが、特に積極添加する必要がない任意元素である。S含有量が多くなりすぎると疲労破壊起点となって強度低下を招く。そのため、S含有量の上限を0.035%とする。
Crは、強度向上に有効な元素であり、CVTシーブ等の浸炭部材において十分な内部硬さを確保するのに役立つ。また、上述の浸炭処理時の浸炭期におけるカーボンポテンシャルを1.3%以上とし、浸炭表層において十分な浸炭濃度を確保することにより、浸炭部材におけるトルースタイトの発生が抑制され、耐摩耗性の向上に有効である。そのため、Crを1.35%以上添加する。Crの添加量が多くなりすぎると硬さが高くなって加工性が低下するため、Cr含有量の上限を3.00%とする。Cr含有量の上限は、好ましくは、2.00%であるとよい。
Alは、脱酸処理に必要なだけでなく、浸炭処理後の結晶粒の粗大化防止効果を得るために有効な元素であり、この効果を得るために0.020%以上添加する。Alの含有量が多くなりすぎるとその効果が飽和するとともに酸化物系介在物の増加によって疲労強度が低下するため、Al含有量の上限を0.060%とする。
Nは、製造上不可避に含有される元素であるが、Alと同様に、結晶粒の粗大化防止に有効であるため、この効果を得るために0.0080%以上含有するように調整して製造する。N含有量が多くなりすぎるとその効果が飽和するとともに窒化物が増加して疲労強度低下の原因となるため、N含有量の上限を0.0250%とする。
Moは、強度、靱性を向上させるのに有効な元素ではあるが、高価であるため、上限を0.80%に抑える。Mo含有量の下限は、0.01%とする。
素材鋼として、表1に示す化学成分を有する各種の鋼を作製した。
各素材鋼は、30kg溶解炉にて溶解し、その鋼塊を1200℃で鍛伸した。次いで、得られた各鍛伸品に対して900℃で1時間保持した後、炉冷するという条件の焼なまし処理を行った。次いで、得られた各焼きなまし品を切削加工し、外径26.4mmの円柱状の各浸炭前試験片を作製した。
各浸炭前試験片に対して浸炭処理、焼入れ、焼もどし、仕上げ加工を行った。具体的には、先ず、各浸炭前試験片を加熱昇温し、950℃の温度で6時間保持するガス浸炭処理を行った。この際、上記浸炭処理は、浸炭期のCPを後述する表2の通りとし、浸炭期の時間は3時間とした。また、拡散期のCPを後述する表2の通りとし、拡散期の時間は3時間とした。
各浸炭後試験片の表面炭素濃度をEPMAにより測定した。
各浸炭後試験片の表面(仕上げ加工後の表面)から深さ50μmまでの断面を観察し、画像解析ソフトを用いて、トルースタイトの面積率を測定した。
摩耗試験は、図2に示すように、浸炭後試験片5と外径φ130mmの相手方ローラ6とを用い、2ローラ接触試験により行った。この試験は、浸炭後試験片5と相手方ローラ6との周速度を異なる速度とし、滑り接触・負荷を与え、摺動面を摩耗させる試験である。試験条件は、浸炭後試験片5の回転する2000rpm、接触面圧1250MPa、滑り率−5%、潤滑油はCVTフルードという条件とした。本試験の評価は、摺動面の摩耗量によって行い、摩耗量が10μm以下の場合を耐摩耗性に優れると判断した。
以下、表2に浸炭処理条件とともに各種試験結果を示す。
2 CVTシーブ
21 摺動面
201 入力プーリー
202 出力プーリー
3 ベルト
31 エレメント
32 スチールバンド
Claims (5)
- 摺動面を有する浸炭部材であって、
化学成分が、質量%で、C:0.10〜0.30%、Si:0.50〜2.00%、Mn:0.30〜1.50%、P:0.035%以下、S:0.035%以下、Cr:1.35〜3.00%、Al:0.020〜0.060%、N:0.0080〜0.0250%、および、Mo:0.01〜0.80%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物よりなり、
上記摺動面は、浸炭異常層がなく、表面炭素濃度が0.7〜0.9質量%の範囲内にあり、最表面からの深さ50μmまでにおける組織のトルースタイト面積率が1%以下であることを特徴とする浸炭部材。 - 請求項1に記載の浸炭部材は、CVTシーブであることを特徴とする浸炭部材。
- 摺動面を有し、該摺動面は、浸炭異常層がなく、表面炭素濃度が0.7〜0.9質量%の範囲内にあり、最表面からの深さ50μmまでにおける組織のトルースタイト面積率が1%以下である浸炭部材を製造するために用いられる浸炭部材用鋼であって、
化学成分が、質量%で、C:0.10〜0.30%、Si:0.50〜2.00%、Mn:0.30〜1.50%、P:0.035%以下、S:0.035%以下、Cr:1.35〜3.00%、Al:0.020〜0.060%、N:0.0080〜0.0250%、および、Mo:0.01〜0.80%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物よりなることを特徴とする浸炭部材用鋼。 - 鋼部材に炭素を侵入させる浸炭期と上記鋼部材に侵入した炭素を拡散させる拡散期とを備えた浸炭処理工程と、該浸炭処理工程を経た鋼部材を焼入れする焼入工程とを有する浸炭部材の製造方法であって、
上記鋼部材は、化学成分が、質量%で、C:0.10〜0.30%、Si:0.50〜2.00%、Mn:0.30〜1.50%、P:0.035%以下、S:0.035%以下、Cr:1.35〜3.00%、Al:0.020〜0.060%、N:0.0080〜0.0250%、および、Mo:0.01〜0.80%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物よりなり、
上記浸炭期におけるカーボンポテンシャルは1.3%以上とされることを特徴とする浸炭部材の製造方法。 - 請求項4に記載の浸炭部材の製造方法において、
上記鋼部材は摺動面を有しており、最終工程後の上記摺動面は、表面炭素濃度が0.7〜0.9質量%の範囲内にあり、最表面からの深さ50μmまでにおける組織のトルースタイト面積率が1%以下であることを特徴とする浸炭部材の製造方法。
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