JPH0234766A - 浸炭焼入方法 - Google Patents
浸炭焼入方法Info
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- JPH0234766A JPH0234766A JP63185177A JP18517788A JPH0234766A JP H0234766 A JPH0234766 A JP H0234766A JP 63185177 A JP63185177 A JP 63185177A JP 18517788 A JP18517788 A JP 18517788A JP H0234766 A JPH0234766 A JP H0234766A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
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- C23C8/30—Carbo-nitriding
- C23C8/32—Carbo-nitriding of ferrous surfaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/32—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for gear wheels, worm wheels, or the like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C8/20—Carburising
- C23C8/22—Carburising of ferrous surfaces
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、耐摩耗性を有する表面硬質層と靭性を有する
小部とが要求される鋼部材、例えば自動車の変速機用歯
車等の鋼部材の浸炭焼入方法に関する。
小部とが要求される鋼部材、例えば自動車の変速機用歯
車等の鋼部材の浸炭焼入方法に関する。
（従来の技術）
従来、自動車の変速機用歯車等の鋼部材においては、上
記の要求を浸炭焼入方法により満たしてきたが、近年、
エンジンの高出力化及び変速機の軽量小型化に伴なって
、歯元の曲げ疲労破損及び歯面のピッチングや焼付き等
が問題になってきた。
記の要求を浸炭焼入方法により満たしてきたが、近年、
エンジンの高出力化及び変速機の軽量小型化に伴なって
、歯元の曲げ疲労破損及び歯面のピッチングや焼付き等
が問題になってきた。
通常の浸炭焼入方法は鋼部材の疲労強度の向上を主眼と
し、理想とする熱処理組織はマルテンサイトと変態しき
れなかった少量の残留オーステナイトとからなる混合組
織である。この混合組織からなる鋼部材の表面硬さは高
々Ｈｖ８００であって、耐ピツチング性及び耐焼付き性
の向上のためにはＨｖ８００を超える表面硬さが要求さ
れる。
し、理想とする熱処理組織はマルテンサイトと変態しき
れなかった少量の残留オーステナイトとからなる混合組
織である。この混合組織からなる鋼部材の表面硬さは高
々Ｈｖ８００であって、耐ピツチング性及び耐焼付き性
の向上のためにはＨｖ８００を超える表面硬さが要求さ
れる。
そのためには、表面層にさらに炭化物を析出させる必要
がある。
がある。
そこで、近時、特公昭６２−２４４９９号公報に例示さ
れるように、鋼部材を予備浸炭した後冷却し、その後再
加熱して浸炭焼入れをする方法が提案されている。
れるように、鋼部材を予備浸炭した後冷却し、その後再
加熱して浸炭焼入れをする方法が提案されている。
（発明が解決しようとする課題）
この方法によると、表面層に炭化物を析出させることは
できるが、表面硬さがＨｖ８００を超えるようにしよう
とすると網状の炭化物が析出しやすくなってしまう。こ
の網状炭化物が析出すると界面に応力集中が生じ、耐ピ
ツチング性が悪くなる。
できるが、表面硬さがＨｖ８００を超えるようにしよう
とすると網状の炭化物が析出しやすくなってしまう。こ
の網状炭化物が析出すると界面に応力集中が生じ、耐ピ
ツチング性が悪くなる。
もっとも、予備浸炭後の冷却速度を大きくすると網状炭
化物の析出を避けることはできるが、この場合には再加
熱浸炭焼入れ後の熱処理変形が大きくなり過ぎるという
新たな間通が発生するので、この方法を採用することは
できない。
化物の析出を避けることはできるが、この場合には再加
熱浸炭焼入れ後の熱処理変形が大きくなり過ぎるという
新たな間通が発生するので、この方法を採用することは
できない。
（発明の目的）
上記に鑑みて本発明は、予備浸炭後の冷却速度を特に大
きくしないでも、網状炭化物の析出が避けられると共に
均一な球状炭化物が析出して、耐ピツチング性に優れた
鋼部材が得られる浸炭焼入方法を提供することを目的と
する。
きくしないでも、網状炭化物の析出が避けられると共に
均一な球状炭化物が析出して、耐ピツチング性に優れた
鋼部材が得られる浸炭焼入方法を提供することを目的と
する。
（課題を解決するための手段）
上記の目的を達成するため本発明は、予備浸炭工程と再
加熱浸炭焼入れ工程との間に特定の条件の下で炭化物球
状化処理を行うものである。
加熱浸炭焼入れ工程との間に特定の条件の下で炭化物球
状化処理を行うものである。
具体的に本発明の講じた解決手段は、浸炭焼入れ方法を
、Ｃｒを含有する鋼部材を、その表面炭素濃度が１％以
上になるように予備浸炭した後、０．５〜１．０％のカ
ーボンポテンシャルにて温度条件をＡｌ変態点の近傍で
、かつＡｌ変態点の上下に変化させることにより炭化物
球状化処理を行い、その後、前記予備浸炭の温度以下で
再加熱して浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れをする構
成としたものである。
、Ｃｒを含有する鋼部材を、その表面炭素濃度が１％以
上になるように予備浸炭した後、０．５〜１．０％のカ
ーボンポテンシャルにて温度条件をＡｌ変態点の近傍で
、かつＡｌ変態点の上下に変化させることにより炭化物
球状化処理を行い、その後、前記予備浸炭の温度以下で
再加熱して浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れをする構
成としたものである。
（作用）
上記の構成における炭化物球状化処理工程により、鋼部
材の温度がＡｌ点の近傍で、かつ上になる際に、予備浸
炭工程で析出した網状炭化物は分断されて微細な炭化物
になり、鋼部材の温度がＡｌ点の近傍でかつ下になる際
に、炭化物は前記の微細な炭化物を核にして凝集しなが
ら析出するので球状になる。
材の温度がＡｌ点の近傍で、かつ上になる際に、予備浸
炭工程で析出した網状炭化物は分断されて微細な炭化物
になり、鋼部材の温度がＡｌ点の近傍でかつ下になる際
に、炭化物は前記の微細な炭化物を核にして凝集しなが
ら析出するので球状になる。
このようにして炭化物球状化処理を行った鋼部材を予備
浸炭の温度以下で再加熱して浸炭焼入れ若しくは浸炭窒
化焼入れをするので、得られる鋼部材の表面層には均一
な球状炭化物が分布している。
浸炭の温度以下で再加熱して浸炭焼入れ若しくは浸炭窒
化焼入れをするので、得られる鋼部材の表面層には均一
な球状炭化物が分布している。
（実施例）
以下、本発明の実施例を第１図に示す熱処理サイクルに
基づいて説明する。
基づいて説明する。
まず、Ｃｒ（クロム）を含有する鋼部材をその表面炭素
濃度が１％以上になるように温度Ｔ１にて予備浸炭する
。
濃度が１％以上になるように温度Ｔ１にて予備浸炭する
。
鋼部材にＣｒ（クロム）を含有させるのは、Ｃｒ（クロ
ム）が焼入れ性を向上させる元素であると共に炭素物を
生成しやすい元素であるためである。Ｃｒ（クロム）の
含有量については０．５〜２．０％が好ましい。その理
由はＣｒ（クロム）の含有量が０． ５％未満であると
、焼入れ深さが不足すると共に表面層における炭化物の
析出が不足するためであり、２．０を超えると鋼部材が
硬くなり過ぎて加工性が著しく悪化するためである。
ム）が焼入れ性を向上させる元素であると共に炭素物を
生成しやすい元素であるためである。Ｃｒ（クロム）の
含有量については０．５〜２．０％が好ましい。その理
由はＣｒ（クロム）の含有量が０． ５％未満であると
、焼入れ深さが不足すると共に表面層における炭化物の
析出が不足するためであり、２．０を超えると鋼部材が
硬くなり過ぎて加工性が著しく悪化するためである。
また、鋼部材の表面炭素濃度が１％未満では、次の冷却
工程で、鋼部材の表面硬さを向上させるために必要な量
の炭化物の析出が得られないので、予備浸炭後の表面炭
素濃度を１％以上にする必要がある。なお、表面炭素濃
度が３％を超えると、炭化物の析出量が過剰になって鋼
部材の靭性が低下るすと共に、表面炭素濃度が３％を超
えるような浸炭ガス濃度にすると、炉のスーティングが
生じて生産性が損われるので、表面炭素濃度は３％以下
が好ましい。
工程で、鋼部材の表面硬さを向上させるために必要な量
の炭化物の析出が得られないので、予備浸炭後の表面炭
素濃度を１％以上にする必要がある。なお、表面炭素濃
度が３％を超えると、炭化物の析出量が過剰になって鋼
部材の靭性が低下るすと共に、表面炭素濃度が３％を超
えるような浸炭ガス濃度にすると、炉のスーティングが
生じて生産性が損われるので、表面炭素濃度は３％以下
が好ましい。
予備浸炭をした後、この鋼部材をＡｌ変態点より下の温
度になるよう冷却して表面層に炭化物を析出させる。こ
の場合において、鋼部材の表面硬さが増大して耐ピツチ
ング性が向上するためには、均一微細な球状炭化物が分
布すると共に、網状炭化物が析出しないことが好ましい
。また、析出する炭化物の量が面積率で３％未満である
とＨｖ８００以上の表面硬さが得られず、３０％を超え
ると靭性が低下するので、炭化物の量は面積率で３〜３
０％が好ましく、５〜２０％がより好ましい。
度になるよう冷却して表面層に炭化物を析出させる。こ
の場合において、鋼部材の表面硬さが増大して耐ピツチ
ング性が向上するためには、均一微細な球状炭化物が分
布すると共に、網状炭化物が析出しないことが好ましい
。また、析出する炭化物の量が面積率で３％未満である
とＨｖ８００以上の表面硬さが得られず、３０％を超え
ると靭性が低下するので、炭化物の量は面積率で３〜３
０％が好ましく、５〜２０％がより好ましい。
従って、このような種類と量の球状炭化物が析出するよ
うな条件下で鋼部材を冷却するのが良い。
うな条件下で鋼部材を冷却するのが良い。
次に、０．５〜１．０％のカーボンポテンシャルにて、
温度条件をＡｌ変態点の近傍で、かつ上であるＴ２ｕと
Ａｌ変態点の近傍で、かつ下であるＴ２ｂとに変化させ
て炭化物球状化処理を行う。
温度条件をＡｌ変態点の近傍で、かつ上であるＴ２ｕと
Ａｌ変態点の近傍で、かつ下であるＴ２ｂとに変化させ
て炭化物球状化処理を行う。
このように鋼部材の温度を変化させると炭化物が球状化
する理由は次のとおりである。すなわち、鋼部材の温度
がＡｌ点より上になると炭化物は固溶し、Ａｌ点より下
になると炭化物が析出するが、鋼部材の温度をＡｌ点の
近傍かつ上であるＴ２ｕにすると、網状炭化物は分断さ
れて微細な炭化物として残溜する。次に鋼部材の温度を
Ａｌ点の近傍かつ下であるＴ２ｂにすると、炭化物は析
出時に残留した微細な炭化物を核にして凝集するため球
状で析出するためである。
する理由は次のとおりである。すなわち、鋼部材の温度
がＡｌ点より上になると炭化物は固溶し、Ａｌ点より下
になると炭化物が析出するが、鋼部材の温度をＡｌ点の
近傍かつ上であるＴ２ｕにすると、網状炭化物は分断さ
れて微細な炭化物として残溜する。次に鋼部材の温度を
Ａｌ点の近傍かつ下であるＴ２ｂにすると、炭化物は析
出時に残留した微細な炭化物を核にして凝集するため球
状で析出するためである。
この炭化物球状化処理の場合のカーボンポテンシャルが
１．０％を超えると、生地中のＣ（炭素）が過剰になっ
て炭化物の固溶が進まず、網状炭化物が分断されないの
で、炭化物の球状化が促進されない。また、カーボンポ
テンシャルが０． ５未満であると、鋼部材の表面が脱
炭するので表面近傍の炭化物の粒径が小さくなり、十分
な表面強度が得られない。
１．０％を超えると、生地中のＣ（炭素）が過剰になっ
て炭化物の固溶が進まず、網状炭化物が分断されないの
で、炭化物の球状化が促進されない。また、カーボンポ
テンシャルが０． ５未満であると、鋼部材の表面が脱
炭するので表面近傍の炭化物の粒径が小さくなり、十分
な表面強度が得られない。
なお、この炭化物球状化処理については、鋼部材の表面
炭素濃度によりて保持時間や上下させる回数を調整する
必要があり、必要に応じて複数回Ａｌ点を上下させるこ
とが好ましい。
炭素濃度によりて保持時間や上下させる回数を調整する
必要があり、必要に応じて複数回Ａｌ点を上下させるこ
とが好ましい。
その後、このように炭化物球状化処理を行った鋼部材を
、上記の予備浸炭の温度Ｔ１以下の温度Ｔ３に再加熱し
て浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れをする。この焼入
れの温度Ｔ３を予備浸炭の温度Ｔ１以下にするのは、Ｔ
３＞ＴＩであると、せっかく析出した炭化物が再度固溶
してしまい所望の表面硬さが得られないためである。
、上記の予備浸炭の温度Ｔ１以下の温度Ｔ３に再加熱し
て浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れをする。この焼入
れの温度Ｔ３を予備浸炭の温度Ｔ１以下にするのは、Ｔ
３＞ＴＩであると、せっかく析出した炭化物が再度固溶
してしまい所望の表面硬さが得られないためである。
なお、上記実施例においては予備浸炭工程、炭化物球状
処理工程及び浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れ工程の
各工程を連続的に行ったが、これに代えて、各工程を適
宜分割してバッチ式に行ってもよい。
処理工程及び浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れ工程の
各工程を連続的に行ったが、これに代えて、各工程を適
宜分割してバッチ式に行ってもよい。
以下、本発明に係る浸炭焼入法の具体例と、従来の方法
である比較例について説明する。
である比較例について説明する。
鋼部材としては共に、材質がＳ ＣＭ４２０であって、
直径が２０ＩＩＩ１１の丸棒を準備した。
直径が２０ＩＩＩ１１の丸棒を準備した。
具体例：
まず、上記の鋼部材を１，４％のカーボンポテンシャル
において温度Ｔｌ−９３０℃の下で４時間予備浸炭した
後、Ａｌ点以下まで炉冷した。
において温度Ｔｌ−９３０℃の下で４時間予備浸炭した
後、Ａｌ点以下まで炉冷した。
次に、この鋼部材を０．８％のカーボンポテンシャルに
おいて温度Ｔ２ｕ−７４０℃の下で３０分間保持した後
、降温して同じく０．８％のカーボンポテンシャルにお
いて温度Ｔ２ｂ−６８０℃の下で３０分間保持した。
おいて温度Ｔ２ｕ−７４０℃の下で３０分間保持した後
、降温して同じく０．８％のカーボンポテンシャルにお
いて温度Ｔ２ｂ−６８０℃の下で３０分間保持した。
上記の炭化物球状化処理を２回繰返した後、この鋼部材
を再加熱し、０．８％のカーボンポテンシャルにおいて
温度Ｔ３−８７０℃の下で３０分間保持した。その後、
この鋼部材を常温まで急冷して焼入れを行った。
を再加熱し、０．８％のカーボンポテンシャルにおいて
温度Ｔ３−８７０℃の下で３０分間保持した。その後、
この鋼部材を常温まで急冷して焼入れを行った。
なお、浸炭窒化焼入れを行う場合には、上記の浸炭ガス
雰囲気中に適度の濃度、例えば数％のＮＨ３（アンモニ
ア）ガスを添加して行う。
雰囲気中に適度の濃度、例えば数％のＮＨ３（アンモニ
ア）ガスを添加して行う。
比較例；
まず、上記具体例と同様に１．４％のカーボンポテンシ
ャルにおいて温度Ｔｌ−９３０℃の下で４時間予備浸炭
した後、常温まで炉冷した。
ャルにおいて温度Ｔｌ−９３０℃の下で４時間予備浸炭
した後、常温まで炉冷した。
次に、この鋼部材を再加熱し、０．８％のカーボンポテ
ンシャルにおいて温度Ｔ３−８７０℃の下で３０分間保
持した後、常温まで急冷して焼入れを行った。
ンシャルにおいて温度Ｔ３−８７０℃の下で３０分間保
持した後、常温まで急冷して焼入れを行った。
以上のような具体例及び比較例によって得られた鋼部材
の組織の拡大（４６０倍）顕微鏡写真を第２図（１）及
び（２）に示す。第２図（１）から明らかなように、具
体例の組織においては略均−で微細な球状の炭化物が分
布しているのに対して、第２図（２）に示されるように
比較例の組織においては網状の炭化物が析出している。
の組織の拡大（４６０倍）顕微鏡写真を第２図（１）及
び（２）に示す。第２図（１）から明らかなように、具
体例の組織においては略均−で微細な球状の炭化物が分
布しているのに対して、第２図（２）に示されるように
比較例の組織においては網状の炭化物が析出している。
また、具体例及び比較例のテスト結果は第１−表に示す
通りであって、鋼部材の表面硬さは共にＨ■８００を超
えている。炭化物の面積率については比較例のものが網
状炭化物が析出しているために２５μｍ深さで特に大き
いのに対して、具体例のものは２５μｍ深さ及び１００
μｍ深さにおいて１３％であるから硬さと共に靭性も得
られる。
通りであって、鋼部材の表面硬さは共にＨ■８００を超
えている。炭化物の面積率については比較例のものが網
状炭化物が析出しているために２５μｍ深さで特に大き
いのに対して、具体例のものは２５μｍ深さ及び１００
μｍ深さにおいて１３％であるから硬さと共に靭性も得
られる。
（発明の効果）
以上説明したように本発明に係る浸炭焼入方法によると
、予備浸炭工程と浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れ工
程の間において炭化物の球状化処理を行うので、得られ
る鋼部材の表面層には均一な球状炭化物が分布している
。従ってこの鋼部材は表面硬さがＨｖ８００以上であっ
て耐ピツチング性に優れている。
、予備浸炭工程と浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れ工
程の間において炭化物の球状化処理を行うので、得られ
る鋼部材の表面層には均一な球状炭化物が分布している
。従ってこの鋼部材は表面硬さがＨｖ８００以上であっ
て耐ピツチング性に優れている。
第１図は本発明に係る浸炭焼入方法の熱サイクルの説明
図、第２図（１）及び（２）は鋼部材の組織を示す顕微
鏡写真であって、（１）は具体例のもの、（２）は比較
例のものである。 ほか２名 第２ 図
図、第２図（１）及び（２）は鋼部材の組織を示す顕微
鏡写真であって、（１）は具体例のもの、（２）は比較
例のものである。 ほか２名 第２ 図
Claims (1)
- （１）Ｃｒを含有する鋼部材を、その表面炭素濃度が１
％以上になるように予備浸炭した後、０．５〜１．０％
のカーボンポテンシャルにて温度条件をＡｌ変態点の近
傍で、かつＡｌ変態点の上下に変化させることにより炭
化物球状化処理を行い、その後、前記予備浸炭の温度以
下で再加熱して浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れをす
ることを特徴とする浸炭焼入方法。
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