JP6127694B2 - 歯面強度及び歯元強度に優れた高強度歯車及びその製造方法 - Google Patents
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Description
(859-230×C+45×Si-15×Mn-18×Ni-1.5×Cr)-T≧10
…(1)
また、上記目的を達成するために本発明の歯面強度及び歯元強度に優れた高強度歯車は、質量%で、C:0.05〜0.30%、Si:0.03〜1.00%、Mn:0.20〜1.50%、Ni:3.00%以下、Cr:0.20〜1.50%、Mo:0.50%以下、を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、内部がマルテンサイト組織とフェライトの混合組織とされ、該マルテンサイト組織の比率が体積率で30〜70%に設定され、浸炭層のC濃度が質量%で0.40〜0.80%に設定されることで該浸炭層がマルテンサイト組織とされており、浸炭層の表面から50μmの深さ位置までの圧縮の残留応力の最大値が700MPa以上であることを特徴とする。なお、浸炭層における「マルテンサイト組織」とは、マルテンサイト組織の比率が体積率で100%である場合の他、残留オーステナイトを一部に含みマルテンサイト組織の比率が体積率で70%以上である組織を含む意である。
Cは、内部硬さを確保するための必須元素である。焼入れ処理により内部硬さを確保するためには、少なくとも0.05%以上の添加が必要である。他方、0.30%を超えて含有させると、内部にてマルテンサイト組織とフェライトの混合組織を確保することが困難となるので、0.30%を上限とする。好ましくは0.05〜0.20%である。
Siは、焼戻し硬さを高めるために有効な元素である。この効果を得るために0.03%以上の添加が必要である。他方、1.00%を超えて含有させると、加工性及び切削性が低下するため、1.00%を上限とする。
Mnは、添加し過ぎると加工性及び切削性が低下するため、その含有を制限する必要がある。具体的には、1.50%以下の含有とする。好ましくは1.00%以下である。他方、Mnは、鋼の焼入れ性を高めるのに有効な元素であり、焼入れ処理により内部硬さを確保するためには、0.20%以上の含有が必要である。
Niは、靭性の向上に寄与する。ただし、過度の添加は加工性を劣化させるため、3.00%以下の含有とする。好ましくは0.05〜0.30%、より好ましくは0.05〜0.20%である。
Crは、マトリックス中に固溶して焼入性を高め、硬さ向上に寄与するとともに、焼戻し硬さを向上させる。これらの効果を得るために0.20%以上の添加が必要である。他方、1.50%を超えて添加すると、切削性が低下してしまうので、1.50%を上限とする。好ましくは0.50〜1.30%である。
Moも、Crと同様にマトリックス中に固溶して焼入性を高め、硬さ向上に寄与する。あるいは軟化抵抗性を高めるために有効な元素である。他方、過度の含有は、加工性及び切削性が低下してしまうので、0.50%以下の含有とする。
内部がマルテンサイト組織とフェライトの混合組織である場合、マルテンサイト組織の比率が30%の体積率を下回ると、内部組織の耐塑性変形性が低すぎることとなって、降伏等が発生する可能性が高くなる。一方、マルテンサイト組織の比率が70%の体積率を上回ると、表層と内部との膨張量に差をつけることが困難となる。マルテンサイト組織の比率は体積率で40〜60%とするのが望ましい。
本発明の高強度歯車にはガス又は真空浸炭処理が施される。ガス又は真空浸炭処理によれば、浸炭処理後の浸炭層のC濃度(表層C濃度)を所定の設定値に容易に設定することができる。この場合、表層C濃度が0.40%未満となると、浸炭層の表面硬さが不足し、所定の表面硬さを確保することが困難となる。一方、浸炭層のC濃度が0.80%を超えると、浸炭層に占める残留オーステナイトの比率が大きくなってしまい、表層と内部との膨張量の差が小さくなって、高い圧縮の残留応力を付与することが困難となる。好ましくは0.45〜0.75%である。
(859-230×C+45×Si-15×Mn-18×Ni-1.5×Cr)-T≧10
…(1)
内部をマルテンサイト組織とフェライトの混合組織とするために必要な条件であり、その2相域で焼入れを行うための温度条件を示している。なお、焼入れは浸炭処理後、続けて行っても、1度徐冷し、再加熱してもよい。
(10)浸炭層の表面から50μmの深さ位置までの圧縮の残留応力の最大値が700MPa以上
曲げ疲労による、き裂の発生を抑制する観点から、後述する試験結果を踏まえて圧縮の残留応力の最大値を700MPa以上とする。なお、後述する表3では、圧縮の残留応力を「マイナス」符号を付して示してある。
まず、上記表1に示す合金組成(残部はFe及び不可避不純物)の鋼種A〜Cを真空溶解炉を用いて溶製し、インゴットに鋳造した。なお、鋼種A〜Cは、いずれもC:0.05〜0.30%、Si:0.03〜1.00%、Mn:0.20〜1.50%、Ni:3.00%以下、Cr:0.20〜1.50%、Mo:0.50%以下、の含有条件を満たしている。次に、このインゴットを圧延してバー材にし、焼準処理を施した後、曲げ疲労強度を評価するための試験片(図示省略)と、面疲労強度を評価するための試験片20とをそれぞれ複数作成した。曲げ疲労強度を評価するための試験片は、周知の小野式回転曲げ試験片、例えば段付き円柱形状の試験片の中間部(例えば外径φ8mm)にR1.0のノッチを形成したものである。また、試験片20は、試験内容に応じて図1に示されるようなローラー部21と軸部22が一体の段付き円柱形状(例えば、ローラー部21の外径φ26×軸部22の軸長130mm)に形成した。
上記各試験片に対し、表2に示される条件で熱処理を施した。具体的には、950℃で均熱保持後、浸炭処理(カーボンポテンシャルCP=0.9)を180分間行い、続いてそのままの温度で拡散処理を180分間行った。このとき、拡散処理でのカーボンポテンシャルCPを変えることで(カーボンポテンシャルCP=0.5,0.7,0.9)、浸炭層のC濃度分布を変化させた。その後、種々の焼入れ前温度で60分間保持して油焼入れ処理を行い、必要に応じて焼戻し処理を行った(例えば140〜160℃で120分間)。
浸炭層のC濃度分布をEPMAによるライン分析で測定した。
上記各試験片の圧縮残留応力測定方法は、一般的な「JIS B2711」に規定されているX線回折を利用したX線応力測定法を用いた。
小野式回転曲げ疲労試験機を用いて、常温で回転曲げ疲労試験(高強度用)を行った。この疲労試験では、疲労限度の応力、もしくは破断繰返し数が10^6回に達したときの応力をもって疲労強度とした。
面疲労強度の評価方法の一つとして、図1に示されるようなローラーピッチング試験(以下、RP試験ともいう)により、ピッチングが発生するまでの剥離寿命を評価することとした。ローラーピッチング試験では、負荷用ローラー30と試験片20を油潤滑下にて一定面圧で接触させ、すべりを与えながら回転させた。試験条件は面圧2.5GPa、すべり率60%、回転数1500rpmとした。潤滑油は市販のCVTFを用い、油温323K、流量3L/minで試験を行った。負荷用ローラー30は、軸受鋼SUJ2を焼入れ・焼戻し後に表面研削したもの(例えば、直径130mm、曲率半径150mmのクラウニング加工を施したもの)を用いた。
Claims (2)
- 質量%で、
C:0.05〜0.30%、
Si:0.03〜1.00%、
Mn:0.20〜1.50%、
Ni:3.00%以下、
Cr:0.20〜1.50%、
Mo:0.50%以下、
を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、
焼入れ処理により内部をマルテンサイト組織とフェライトの混合組織としつつ、該マルテンサイト組織の比率を体積率で30〜70%に設定し、かつ浸炭処理後の浸炭層のC濃度を質量%で0.40〜0.80%に設定することで該浸炭層をマルテンサイト組織とするとともに、
C,Si,Mn,Ni,Crをそれぞれ質量%で表したとき、前記焼入れ処理時の焼入れ温度Tが下記式(1)を満たすことを特徴とする歯面強度及び歯元強度に優れた高強度歯車の製造方法。
(859-230×C+45×Si-15×Mn-18×Ni-1.5×Cr)-T≧10
…(1) - 質量%で、
C:0.05〜0.30%、
Si:0.03〜1.00%、
Mn:0.20〜1.50%、
Ni:3.00%以下、
Cr:0.20〜1.50%、
Mo:0.50%以下、
を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、
内部がマルテンサイト組織とフェライトの混合組織とされ、該マルテンサイト組織の比率が体積率で30〜70%に設定され、浸炭層のC濃度が質量%で0.40〜0.80%に設定されることで該浸炭層がマルテンサイト組織とされており、
前記浸炭層の表面から50μmの深さ位置までの圧縮の残留応力の最大値が700MPa以上であることを特徴とする歯面強度及び歯元強度に優れた高強度歯車。
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JP2013095678A JP6127694B2 (ja) | 2013-04-30 | 2013-04-30 | 歯面強度及び歯元強度に優れた高強度歯車及びその製造方法 |
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