JPH03229851A

JPH03229851A - 高強度部品の製造方法

Info

Publication number: JPH03229851A
Application number: JP2464790A
Authority: JP
Inventors: Hideo Aihara; 秀雄相原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1990-02-02
Filing date: 1990-02-02
Publication date: 1991-10-11

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。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は浸炭焼入れとショットピーニングにより高強度
の機械構造用部品を製造する方法に関する。

［従来の技術］最近、機械装置の高性能化に伴い、機械構造用部品は高
速、高負荷の苛酷な条件で使用されるようになっており
、このため、部品強度を高めることが産業界て要求され
ている。例えば、自動車エンジンにおいては、ターボチ
ャージャ付きエンジンや４バルブエンジン等の高出力エ
ンジンの出現により、トランスミッション歯車等に作用
する負荷応力が益々増大化する傾向にあり、従来の浸炭
部品では歯曲げ疲労強度が不足することがある。

そこて、提案されたのが特開昭６２−７０５１２号公報
に開示された発明であって、カーボンポテンシャルを１
．００〜１２０％として浸炭焼入れすることにより最表
面層に多量の残留オーステナイトを生成させ、その後シ
ョットピーニング加工を施して前記残留オーステナイト
をマルテンサイトに変態させることを特徴とする浸炭品
の表面硬化方法である。この発明においては、ショット
ピーニングによる圧縮残留応力の発生に加えて、ショッ
トピーニングにより残留オーステナイトが加工誘起変態
することによりさらに圧縮残留応力が付加され、圧縮残
留応力が著しく高くなり、浸炭部品の疲労強度および靭
性の改善を達成するものである。

また、マツダ技報（Ｎｏ、５．１９８７年、Ｐ１６５〜
１７３）によれば、浸炭した後ごく短時間のガス窒化を
行う浸炭窒化により最表層部のみを窒化し、その間に炭
素ポテンシャルおよび窒素ポテンシャルを制御すること
により、残留オーステナイト量を３０〜３５％の範囲に
制御した後、ハードショットピーニングを施して、歯車
の高疲労強度化に成功している。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、前記の従来技術においては、残留゛オー
ステナイトを増加させて、ショットピーニングの効果を
高める手法として、浸炭処理、浸炭浸窒処理といったプ
ロセスの枠の中で考えられていたなめ、その中での最適
化に限界があり、新しい視点からショットピーニングの
効果を高める手法が必要であった。

また、機械装置の高性能化を図るために、従来法と比較
して、さらに高い疲労強度が得られる部品の製造方法の
提供が望まれていた。本発明は浸炭処理とショットピー
ニングを用いて高強度部品を製造する方法の前記のごと
き問題点に鑑みてなされたもので、従来方法よりもさら
に高い疲労強度が得られる高強度部品の製造方法を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明の高強度部品の製造方法は、重量比でＮｉ；１．
０％以上、Ｍｏ；０．３５％以上を含有する浸炭用鋼か
らなる部品を浸炭焼入れ焼もどし処理を施し、表面部の
残留オーステナイトを２０〜４５％にした後、ショット
ピーニング処理を施すことを要旨とする。

本発明が適用される浸炭用鋼とは、例えばはだ焼鋼に使
用される機械構造用合金鋼としてＪＩＳに規定されてい
るＣｒ鋼、Ｃｒ−Ｍｏ鋼、Ｎｉ−Ｃｒ鋼およびＮｉ−Ｃ
ｒ−Ｍｏ鋼などの他、Ｍｎ−Ｃｒ鋼およびＮｉ−Ｍｏｊ
ｌｌである。

ＮｉおよびＭｏを添加した理由とその組成限定の理由は
次の通りである。

Ｎｉ：１．０％以上Ｎｉはオーステナイトを安定化させ所望の残留オーステ
ナイｌ〜を得、さらに部品の疲労強度を向上させるため
に必要な元素である。Ｎｉ含有量が１．０％未満である
と、浸炭後の残留オーステナイトが所望量に達せず、ま
た十分な部品の耐久限が得られないので１．０％以上添
加する必要がある。

Ｍｏ：０．３５％以上Ｍｏは基地を強化して部品の疲労強度を向上させると共
に、所望量の浸炭後の残留オーステナイトを得るために
必要な元素であり、前記効果を得るためには少なくとも
０．３５％以上を添加する必要がある。

なお、ＮｉおよびＭｏの上限は特に限定しながったのは
、成分量よりもＮｉ、Ｍｏ量で決定される浸炭後の残留
オーステナイト量の方がより重要がっ本質であると考え
られるがらである。だなし、浸炭用鋼としての特性（焼
入れ性、浸炭性、加工性等）を考慮した場合、Ｎｉは３
％程度、Ｍｏは０．８％程度が上限である。

浸炭処理は固体浸炭法、液体浸炭法またはガス浸炭法め
いずれをも用いることができる。ガス浸炭法では例えば
吸熱形変成ガスによる浸炭処理が行なわれるが、浸炭温
度、浸炭時間、カーボンポテンシャルの制御、および焼
入れ温度等の浸炭焼入れ焼もどしの条件は、従来から公
知の手法に従い、所望の特性が得られるように適宜選択
される。

本発明において、浸炭処理後の残留オーステナイト量を
２０〜４・５％としたのは、残留オーステナイト量が２
０％未満であると、従来例よりも高い疲労強度が得られ
ないからであり、逆に４５％を越えると疲労強度が却っ
て従来例よりも低下するからである。

ショットピーニングを行う装置は従来のものを用いるこ
とができる。ショットの投射装置としては、回転する翼
車の羽根によって加速する遠心式投射装置、あるいは圧
縮空気がノズルから噴出するときの空気速度を利用する
空気式吹付投射装置のいずれをも使用することができる
。ショットは、鋳鉄ショット、鋳鋼ショット、鋼線ショ
ット等のいずれを用いても良い、ショット径、ショット
硬さ、投射速度、投射時間等のショットビーニングの条
件は、部品の材質、部品の大きさ等により適宜選択され
る。

［作用］本発明の高強度部品の製造方法では、重量比でＮｉ；１
．０％以上、Ｍｏｎｏ　、３５％以上を含有する浸炭用
鋼からなる部品を浸炭焼入れ焼もどし処理を施すことに
より、表面部の残留オーステナイトを２０〜４５２５に
することができる。続いて、浸炭焼入れ焼もどし後の表
面部の残留オーステナイトが２０〜４０％である部品に
ジョントピーニングを施すと、ショットピーニングによ
る圧縮残留応力の発生に加えて、ショットピーニングに
より残留オーステナイトが加工誘起変態するためさらに
圧縮残留応力が付加され、その上部品は重量比でＮｉ；
１．０％以上、Ｍｏ；０．３５％以上添加することによ
り基地を強化したので、従来法では得られなかった高い
疲労強度の部品を製造することができる。

［実施例］本発明の実施例を従来例と比較しつつ説明し、本発明の
効果を明らかにする。

第１表に示す化学成分の鋼を溶製し、鍛造、歯切り加工
を行って、モジュール２．５５の平歯車（圧力角２２，
５°、基準ピッチ円径７９．５ｍｍ、基礎円径７３．０
３３ｍ５．歯数３１）を製作した。なお、第１表におい
て、Ｃ〜Ｅ鋼およびＧ〜に鋼は本発明例であって重量比
でＮｉ；１．０％以上、Ｍｏ；０　。

３５％以上を含有する浸炭用鋼であり、Ａ鋼はＭＯを含
有しない比較例、Ｂ鋼およびＦ鋼はＮｉを本発明の組成
範囲より少なく含有する比較例である。

また、Ｌ〜Ｐ鋼は従来例であって、自動車用駆動系浸炭
部品に多く用いられている５Ｃｒ４２０鋼に相当する成
分である。

（以　　下　　余　　白　　）Ａ〜Ｌ鋼より製作した歯車を第２図に示す熱処理サイク
ルにより、浸炭焼入れ焼もどしを施した。

なお、第２図においてｃ、ｐ、は浸炭ガスのカーボンボ
テンシャルを表し、浸炭時間Ｅ、および拡散時間［２は
、鋼種によって第２表に示す時間に従って行った。

（以　　下　　余　　白　　）第つ表また、Ｍ鋼およびＮ鋼の歯車については従来例１として
、浸炭処理時のカーボンポテンシャルを１０および１．
２として、第２図に示す熱処理サイクルに従って浸炭焼
入れ焼もどしを施した。Ｏ鋼およびＰ鋼の歯車について
は従来例２として、第２図に示すカーボンポテンシャル
および熱処理サイクルで浸炭した後の焼入れ温度（８５
０℃）にて、アンモニアガスを全流量の０．５％および
１−０　％添加して浸炭浸窒焼入れ焼もどしを行った。

以上のように熱処理した第１表に示す化学成分からなる
歯車について、歯底部で５０μｍを電解研摩で除去し、
Ｘ線法にて浸炭処理または浸炭浸窒処理後の残留オース
テナイト量を測定し、結果を第１表に併せて示した。

第１表に示したように、Ｍｏを含有しなかった比較例Ａ
鋼、Ｎｉが本発明の組成範囲より少なかった比較例Ｐ鋼
およびＦ鋼では、残留オーステナイトがいずれも２０２
６以下であって、所期の残留オーステナイト量が得られ
ていない。これに対して、本発明例であるＣ〜Ｅ鋼およ
びＧ〜に鋼では、残留オーステナイト量が２０〜４５％
の範囲にあることが確認された。

続いて、上記熱処理に完了した歯車に、次の条件でショ
ットピーニングを施した。

ショツト粒　　平均粒径０８１１平均硬度Ｈｖ７５０設備　　　　　エアブラスト形ショットピーニング機エア圧　　　　７　、０　ｋｇ／　ｃｍ２投射時間　　
　４分投射量　　　　８　、０　ｋｇ７’ｎ＋ｉｎその時のア
ークハイト値をアルメンストリップＡ片で測定したとこ
ろ０．５２ｍｍであった。

ショットピーニングを施して完成品となった歯車につい
て、いわゆるパルセータ方式で歯車単品の疲労試験を行
い、その結果を第２図の縦軸に歯元すみ内部実応力で表
示した耐久限を、横軸に浸炭のままでの残留オーステナ
イト量を取って示した。なお、図において歯元すみ内部
実応力は金山の式を用いて計算した値を用いた。

第２図に示した結果から、従来知られていた通り、カー
ボンボテンシャルを１．０〜１．２％に制御して浸炭処
理を行い、残留オーステナイトを３０％前後とした後、
ショットピーニングを施した歯車（従来例１であって図
中・で示した１３．１４）、残留オーステナイトを浸炭
浸窒処理で特定範囲（３０〜３５％）に制御した後にシ
ョットピーニングを施した歯車（従来例２てあって図中
◆で示した１５）は、羊に浸炭焼入れ（カーボンポテン
シャル０．８）を行った後にショットピーニングを施し
た歯車（従来例であって図中★て示した１２）と比較し
て、高い疲労強度（耐久限）か得られている。しかし、
その程度は高々５％の強度向上（耐久限の向上率）であ
る。

前記のごとき従来例の疲労強度の向上に対し、本発明例
の歯車は（図中Ｏて示しな３．４．７．８．９）は最高
で２０％程度の疲労強度の向上が得られており、本発明
方法によれば従来例では得られなかった高強度の歯車を
！！８！造することが出来ることが確認された。

［発明の効果］本発明の高強度部品の製造方法は、以上説明したように
、重量比でＮｉ；１．０％以上−Ｍｏ；０．３５％以上
を含有する浸炭用鋼からなる部品を浸炭焼入れ焼もどし
処理を施し、表面部の残留オーステナイトを２０〜４５
？６にした後、ショットピーニング処理を施すことを特
徴とするものであって、表面部の残留オーステナイトを
高疲労強度が得られる最適範囲に規制することにより、
浸炭焼入れ焼もどし後のショットピーニングによる圧縮
残留応力の発生に加えて、ショットピーニングにより残
留オーステナイトが加工誘起変態するためさらに圧縮残
留応力が付加され、その上部品はＮｉおよびＭｏを添加
することにより基地が強化されているので、従来法では
得られなかった高い疲労強度の部品を製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明例、比較例および従来例の歯車の耐久限
と浸炭焼入れ焼もどし後の残留オーステナイトとの関係
を示す線図、第２図は本発明例の浸炭焼入れ焼もどしの
熱処理サイクルを示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比でＮｉ；１．０％以上、Ｍｏ；０．３５％
以上を含有する浸炭用鋼からなる部品を浸炭焼入れ焼も
どし処理を施し、表面部の残留オーステナイト量を２０
〜４５％にした後、ショットピーニング処理を施すこと
を特徴とする高強度部品の製造方法。