JPH0364500A - 浸炭鋼材成形品の強化方法 - Google Patents

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、浸炭処理を施した鋼材成形品の静的曲げ強度
を改善する強化処理方法に関するものである。

（従来の技術〕 現在量産されている自動車用トランスミッションの歯車
類は肌焼網を使用し、一般にブランク加工、ホブ加ゴニ
、シェービング加工により成形し、浸炭焼入れ、軸受部
及び摺動面の研硝加工の工程を順次経て製作されている
。ところて、最近てはターボチャージャー伺エンジン、
四ハルツエンジン等の出現により自動車用エンジンが益
々高出力化し、その結果自動車の動力伝達部品である上
記歯車やシャフトに作用する負荷応力か増大化し、静的
破断強度、曲げ疲労強度等が許容強度を超えることか度
々ある。

特開昭６１−１１７０１４号公報には、シェービング加
工された歯車に、浸炭等の表面硬化処理を施し、その後
にシェービング段差を含む歯元フィレット歯底部を研削
（ｆ−Ｊ−、げしてシェービング段差を除去する高強度
歯車の製造方法か記載されているか、これは歯車の歯元
に生した段差な除き、歯元の形状を滑らかに仕上げるこ
とにより、歯元フィレット歯底部における応力の集中を
緩和し、歯車の曲げ疲労強度の向上を図ったものである
。

また、本出願人は、浸炭焼入、焼戻し処理を施した歯車
にショットピーニンタ加工を行った後、その表面を３０
〜６０隔糟除太することにより、曲げ疲労強度を向りさ
せる歯車強化方法の発明について特許呂願（特願昭６３
−１６４３５２号）している。

〔発明か解決しようとする課題〕

自動車の動力伝達部品である歯車やシャフトに作用する
負荷応力か増大化し、静的破断強度、ｔｌｈげ疲労強度
等かη容強度を超えると、山車やシャフトを大きく設計
し・直して負荷応力を下げる必要かあり、トランスミッ
ション重量の増加たけてなく、多大な労力を要すること
になる。

ショットピーニングの効果は、浸炭により発生した異常
層による強度低下を、ショットピーニングにより表層に
加−Ｌによる変形を生しさせ、硬化及び圧縮残留応力を
付加させるものであるか、表層には異常層がそのまま残
っているので、曲げ疲労強度の点てかなりの悪影響かあ
る。

本発明は、ショットピーニング処理の有無に拘らず、浸
炭等の表面硬化処理を施した合金鋼材成形品の静的曲げ
強度を改善する処理方法を提供することを目的とするも
のである。

（課題を解決するための手段及び作用）本発明は、ニッ
ケル含有量が０．５％以上の合金鋼材を使用した成形品
に浸炭処理を施した後、その表面の少なくとも２０ＪＬ
ｍ以上の厚さを電解研磨等により除去する浸炭鋼材成形
品の強化方法である。

静的曲げ試験の結果によると、従来の合金鋼にに比べ゛
（、ニッケルを０．５％以−１−含有させたものては大
幅な強度の向」―か見られる。これは、浸炭時における
表面炭素含有量か従来のものに比べて低く、表面炭素含
有量か強度に影響しているものと思われる。

また、表面に発生した硬化処理によるＷ常層を電解研磨
等により除去することて、静的曲げ強度が大幅に改善さ
れる。

（実施例） 本発明者らは、歯車強度の内、静的破断強度に着目し、
合金鋼の材料成分、熱処理工法、ショットピーニングや
電解研磨加工等の表面加工Ｕ：を色０度えて静的ｔｌｈ
げ試験を実施した。

その静的曲げ試験の結果を第１図に示し、第２図にこの
静的曲げ試験な行った試験片の形状な示す。

試験片の形状は、第２図に示すように、直径Ｄ＝　１５
ｍｍ、　Ｌ　＝　１０５ｍｍの棒体に、ｒ＝２．５ｎ＋
Ｉ１１の環状溝を形成し、環状溝の直径をｄ−ＩＯＩｌ
ｌｌｌとしたものである。環状溝を設けたのは、試験片
の形状を歯−Ｂｌｉの山元に近似させたものて、この試
験片の応力集中係数αは、ｒ／ｄ＝０．２５　　Ｄ／ｄ
＝１．５であるのて、α＝］、４８となる。

第１図において、試験片Ａは、材料をニッケル・クロム
・モリブデン鋼としたもので、その材料化学成分％は、
Ｓ、：０．ＩＯ，Ｎ、：２．旧、　Ｃｒ：０．２８゜Ｍ
ｏ：０．７７としたものである。

試験片Ｂは、材料を構造用合金鋼材規格の材料規格ＳＮ
ＣＭ　４２（ＩＨに属するニッケル・クロム・モリブデ
ン鋼としたもので、その材料化学成分％は、Ｓ、：０．
２７．　　Ｎｉ：］、６１．　Ｃ，：０．６０．　Ｍ、
：０．１９としたものである。

試験片Ａ及びＢには浸炭処理を施し、表面硬化層の深さ
を０．５〜１．Ｏｍｍとした。

試験片Ｃは、材料を構造用合金鋼材規格の材料規格ＳＣ
Ｍ　４２０Ｈのクロム・モリブデン鋼としたもので、そ
の材料化学成分％は、Ｓ、：０．２３．　ＮＨ：０．０
８．　Ｃ，：１．１５．　Ｍｏ：０．１５とした。なお
、このＳＣＭ　４２０Ｈのクロム・モリブデン鋼は、規
格」−はニッケルを含有しないが、上記のとおり、微縫
のニッケルを含有した材料な使用した。

試験片Ｃ１は、上記の材料て製作した試験片Ｃに低濃度
の浸炭を漁したもの、試験片Ｃ２は、試験片Ｃ＋を２３
０°Ｃで焼き戻ししたもの、試験片Ｃ３は、同しく１６
０°Ｃて焼き戻ししたもの、試験片Ｃ４は、上記の材料
て製作した試験片に高ａ度の浸炭を施したものである。

以上の試験片Ａ、Ｂ及びＣ１〜Ｃ１，につい−Ｃ、ショ
ットピーニング加工を施したものと、ショットピーニン
グ加工しないものとを用意し、丈に、試験片Ａ、Ｂ、Ｃ
，，Ｃ３については、これらの表面から４０１Ｌｍ程度
の厚さを、電解研磨で除去したものと電解研磨しないも
のとについて静的曲げ試験を実施した。

第１図において、各試験片の表面処理状態な次のように
表示しである。

Ｏショウ１〜ビーニンク無し、電解研磨無し。

・：ショットピーニング有り、電解研磨無し。

△：ショットピーニンク無し、電解研Ｎ右り。

ム：ショットピーニンクイ１つ、電Ｍ研磨有り。

第１図において、実線で示す折線■は、浸炭等の熱処理
をしたままの各試験片の強度の平均値を示し、−点鎖線
で囲んた■の範囲は、電解研磨を実施した試験片の強度
範囲を示す。

図から明らかなように、試験片Ｃ：ｌの熱処理したまま
の強度の平均値は、■に示すように破断荷重か１７１４
Ｋｇとなるか、電解研磨を実施した場合には、■に示す
ように２５６９Ｋｇとなり、強度が約５０％向上する。

他の試験片についても、はぼ同様な強度の向１；か見ら
れる。

試験片Ｃ７に電解研磨を実施した場合の平均破断荷重は
、■に示すように２６３３Ｋｇとなるか、電解研Ｗｊ？
実施した試験片Ｂては、■に示すように３５：１４Ｋｇ
となり、また、電解研磨を実施した試験片Ａては、■に
示すように３７５７Ｋｇとなり、それぞれ３４〜４３％
の強度の向上か見られる。

この電解研磨を実施した試験片Ａ及びＢの強度は、電解
研磨を実施しない熱処理したままの試験片Ｃ３の平均強
度■に比べて、約２倍に向上している。

以上の静的曲げ試験の結果から、材料規格ＳＣＭ　４２
０Ｈのクロム・モリブデン鋼からなる試験片Ｃに比べて
、ニッケルを０．５％以上含右させた試験片Ａ及びＢて
は大幅な強度の向上か見られる。

これは、試験片Ａ及びＢては浸炭層における表面炭素含
有量か試験片Ｃに比べて低く、表面炭素台＃星が強度に
影響しているものと思われる。

また、ショットピーニングの有無は、強度に余り影響し
ないが、熱処理した表面層の除去を電解研磨で実施する
と、約５０％の強度向上が得られることか判明した。こ
の表面層の除去は、研削加圧等てもｎ（能であるか、電
解研磨によると表面粗さか改善され、強度の向上の点で
好ましい。

次に、他の試験について説明する。

第３図に浸炭歯車にショットピーニング加工な施した歯
車の表面からの深さと残留応力の分布との関係を示１．
−ｃある。

歯元表面の残留応力は、−３０Ｋｇ／ｎ＋ｍ２程度であ
るか、残留応力の最大値は、表面からほぼ５０ｐ＋ａ以
丁の所に現れ、−１００Ｋｇ／ｌｌｌ１１２程度になる
。浸炭歯車の曲げ疲労強度が不足する原因は、浸炭層の
表面に５〜２０ｇｍの異常層と呼ばれる不完全焼入層が
発生し、この表層の強度か低いことによるものど考えら
れる。

表面から４０ｐｎ程度の厚さを、電解研磨で除去すると
、歯車の歯元表面にショットピーニング加工による残留
応力の大きな面か現れる。

次の表に浸炭歯車の歯元応力についての曲げ疲労試験の
試験結果を示す。（単位Ｋｇ／ｍｍ２）この表から明ら
かなように 浸炭のままよりシ ットピーニンタ加工を施すことにより、歯元の１１１１
げ疲労強度は大となるか、表面から１０イーのＪダさを
除去したたけでは、歯元の曲げ疲労強度は殆ど改善され
ない。これは、浸炭により発生した表面異常層かそのま
ま残存しているためと考えられる。

表面から２０ル功以上の厚さを除去することにより、曲
げ疲労強度は大幅に改善され、ショットピニング加工し
た歯車て４０ｐｍ除去した場合には、３９％も増加する
。第３図から明らかなように、表面から４０〜５０ｐｍ
の厚さを除去することにより、最大残留応力を有する面
か表面に現われるか、浸炭による異常層の厚さのバラツ
キを考慮すると、２０〜６０ｐＬｍの厚さを除去するの
が適切となる。

歯車の曲げ疲労強度の向ヒは、歯元における表面圧縮残
留応力の増大か大きく寄与し、また、電解研磨による表
面粗さの改善も影響しているものと考えられる。

以−Ｉ；の各試験の結果を総合すると、従来の合金　０ 鋼材にニッケルを０．５％以上含有させた材料を用いた
歯車、シャフト等の成形品に熱処理を施し、その表面を
２０〜６０ル僅の厚さ除去すると静的曲げ強度が大巾に
向りし、また、繰返し荷重に対する曲げ疲労強度も改善
される。

本発明は、歯車、シャフトに限らず、表面硬化処理を施
す他の成形品に適用でき、また、表面硬化処理は、高周
波焼入れ、電子ビーム焼入れ、レーザー焼入れ等も採用
できる。

〔発明の効果〕

本発明は、従来の合金鋼材にニッケルを所定社以上含有
させた材料を用いることで、浸炭時における表面炭素含
有量を低下させ、また、表面硬化処理による表面異常層
を除去することで大巾じ静的曲げ強度を向上させ、引い
ては曲げ疲労強度も改善する効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図は静的曲げ試験の結果を示す図、第２図はこの静
的曲げ試験を行った試験片の形状を示す平面図、第３図
は浸炭歯車にショットピーニング加、Ｊ二を施した歯車
の表面からの深さと残留応力の分布との関係を示す図で
ある。 Ａ、Ｂ、Ｃ：材料組成の異なる試験片 Ｃ５〜Ｃ４：表面処理の異なる試験片Ｃ○：ショッ１〜
ピーニング無し、電解研磨無し・ニジヨツトピーニング
有り、電解研磨無し△ニジヨツトピーニング無し、電解
研磨有りム、ショットピーニング有り、電解研磨有り■
：８処理したままの試験片Ｃａｌの強度平均値■・熱処
理したままの各試験片の強度平均値■・電解研磨を実施
した試験片の強度範囲■〜■：電解研磨を実施した各試
験片の強度の平均値

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ニッケル含有量が０．５％以上の合金鋼材を使用した成
   形品に浸炭処理を施した後、その表面の少なくとも２０
   μｍ以上の厚さを電解研磨等により除去することを特徴
   とする浸炭鋼材成形品の強化方法。