JPH04173918A - 浸炭肌焼鋼の製造方法 - 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 この発明は、自動車、土木建設機械、産業機械等に使用
される歯車、シャフト等の機械部品用浸炭肌焼鋼の製造
方法に係り、ショットまたは被処理物を所定の温度に加
熱してショットピーニングを施すことによって、浸炭層
表面の硬さ上昇を生じさせることなく圧縮残留応力を付
加し、疲労強度の向上、耐遅れ破壊特性の向上をはかる
浸炭肌焼鋼の製造方法に関する。

従来の技術 従来、自動車部品の歯車やシャフトとして一般に使用さ
れる浸炭肌焼鋼は、母相のＣ量を低く抑え（０，１５〜
０．３０ｖ＋ｔ％）、表層部に浸炭処理を施して母材の
靭性と表層部の耐摩耗性を向上させることにより、疲労
強度を多少なりとも向上させようとするものであった。

かかる浸炭肌焼鋼は一般に疲労強度（靭性、耐摩耗性等
）は高くない。特に、昨今のエンジンの高出力化の要請
に応えることができる程度には疲労強度が高くない。

そこで、この疲労強度をより高める方法の一つとして、
ショットピーニング法がある。

ショットピーニングは冷間加工の一種で、常温で鋼等の
粒子（ショット）をエアーノズルまたはインペラーによ
って金属材料の表面に衝突させ、表層部に圧縮残留応力
を付加させる方法である。

圧縮残留応力は、浸炭層に残留した未変態オーステナイ
ト　（通称「残留オーステナイト」）が粒子の衝突によ
ってマルテンサイト（誘起マルテンサイト）化し、体積
が膨張するため生じる現象である。このショットピーニ
ングは、特に歯車の高強度化に極めて有効な手段である
。

発明が解決しようとする課題 しかし、従来の常温でのショットピーニング法では、歯
車等の高強度化には有効であるが、表層部が加工硬化し
く硬度が上昇し過ぎる）、耐遅れ破壊特性の低下をきた
すことがある。

この発明はこのような現状よりみて、安定した耐遅れ破
壊特性を有する浸炭肌焼鋼を提供することを目的とし、
浸炭焼入後ショットまたは被処理物を所定の温度に加熱
してショットピーニングを実施することによって、圧縮
残留応力を一定かつ均一に維持したまま浸炭層表面の硬
さ上昇を抑えることができると同時に、浸炭焼入後の焼
戻し処理を省略することができる浸炭肌焼鋼の製造方法
を提案しようとするものである。

課題を解決するための手段 この発明者は、ショットピーニング法の前記問題を解決
するため種々検討した結果、次に記載する知見を得た。

■　ショットを所定の温度に加熱した状態、もしくは被
処理物を所定の温度に加熱した状態でショットピーニン
グを施すことにより、圧縮残留応力を従来レベルに維持
したまま浸炭層表面（表面から０．１ｍｍ以内）の硬さ
上昇を防止（ショットピー。

ニング無しと同レベルに維持）することができる。

■　ショットを所定の温度に加熱した状態、もしくは被
処理物を所定の温度に加熱した状態でショットピーニン
グを施すことにより、耐遅れ破壊特性の低下を防止でき
る。

■　被処理物を所定の温度に加熱した状態でショットピ
ーニングを施すことにより、ショットピーニングと浸炭
焼入後の焼戻しを兼ねることができ、焼戻し工程の省略
が可能となる。

この発明は以上の知見に基づいてなされたものであり、
その要旨は、浸炭焼入後、ショットを３００〜５００℃
に加熱した状態でショットピーニングを施す方法であり
、また、浸炭焼入後、被処理物を１００〜３００℃の温
度に加熱した状態でショットピーニングを施し、かつ焼
戻し処理を省略する方法である。

作　　　　用 この発明において、ショットピーニングの温度条件とし
て、ショットの加熱温度を３００〜５００℃に、被覆処
理物の加熱温度を　１００〜３００℃にそれぞれ限定し
たのは、次に記載する理由による。

ショットピーニングは前記した通り、通常は常温にて金
属材料の表面にショットを衝突させることによって、圧
縮残留応力を発生させて疲労特性を向上させる目的で使
用される。しかし、常温ショットピーニングの場合は、
疲労特性は向上できるも、場合によっては加工硬化によ
って表層部の硬さが上昇し過ぎ、耐遅れ破壊特性が低下
する。

しかし、ショットを　３００〜５００℃の温度に加熱し
てショットピーニングを実施すると、浸炭層表面の硬さ
上昇を防止でき、耐遅れ破壊特性の低下を防止できるの
である。

ここで、硬さ上昇防止効果を十分に得るためには、ショ
ットの加熱温度を少なくとも　３ｏｏ℃以上にする必要
があり、他方５００℃を超えると浸炭層の硬さが焼戻し
作用によって低下し耐摩耗性を劣化させる。したがって
、ショットの加熱温度を３００〜５００℃と限定したの
である。

ちなみに、第１図は通常（常温）ショットピーニング後
の硬さ分布曲線を例示したもので、ショットピーニング
により表層部の硬さがビッカース硬さで２０〜１００程
度上昇することがわかる。

これに対し、第２図はショット温度３００〜５００℃で
ショットピーニングを実施した場合の表層部の硬さ分布
曲線を例示したもので、ショットピーニングによる硬さ
上昇は認められない。

また、ショットは常温のままで、被処理物の方を１００
〜３００℃加熱してショットピーニングを施すことによ
り、ショットピーニングと浸炭焼入後の焼戻しを兼ねる
ことができ、焼戻しの省略が可能となる。

ここで、硬さ上昇防止効果を十分に得るためには、被処
理物の加熱温度を最低１００℃以上とする必要があり、
他方、被処理物の温度が３００℃を超えると浸炭層の硬
さが焼戻し作用によって逆に低下し耐摩耗性を劣化させ
る。

また、疲労強度については、ショットピーニングの温度
の影響はほとんどないが、遅れ破壊については被処理物
の温度は大きな影響を与える。すなわち、被処理物の温
度が常温〜１００℃未満の場合はショットピーニング後
の硬度上昇により耐遅れ破壊特性が低下するため、所望
の耐遅れ破壊特性を得るためには少なくとも被処理物の
温度を１００℃以上にする必要がある。

この発明は、ショットを　３００〜５００℃の温度に加
熱した状態、または被処理物を　１００〜３００℃の温
度に加熱した状態でショットピーニングを行うことによ
って、浸炭層表層部の硬さ上昇を防止でき、耐遅れ破壊
特性を低下させることなく疲労強度を向上させることが
可能である。また、焼戻し工程を省略できるので、工程
域による省エネルギーがはかることができる。

実　　　施　　　例 実施例１ 浸炭肌焼鋼として一般に使用されている５Ｃｒ４２０、
ＳＣＭ４２０を供試材として用い、１８０ｍｍ中ビレッ
トを３０ｍｍφに鍛伸後、９２５℃に１時間加熱後空冷
して焼準し、第３図に示す小野式回転曲げ疲労試験片（
１＋　：　２５ｍｍ、　ｔ＋　：　６ｍｍφ、　ｔｚ°
１５ｍｍ≠）と、第４図に示す耐遅れ破壊試験片（ｔ＋
　：　４ｍｍ≠、七ｚ　：　６ｍｍ≠）を作成した。

これらの試験片について、第５図に示す浸炭条件にて浸
炭処理（有効硬化層深さ０．７ｍｍ）を施し、さらにシ
ョット温度２００〜６００℃でショットピーニング（ア
ークハイト　１．ＯＡ常温）を実施し、小野式回転曲げ
疲労試験、耐遅れ破壊試験および浸炭層表面のビッカー
ス硬さ試験を実施した結果を、それぞれ第１表、第２表
および第３表に示す。

なお、耐遅れ破壊試験は下記条件で行った。

第１表より、疲労強度については、ショットを加熱して
ショットピーニングを施すことによって向上することが
わかる。しかしながら、遅れ破壊については、第２表の
結果より、ショット加熱温度を　２００℃および２５０
’Ｃでショットピーニング処理したものは、破断時間が
著しく低下しているのに対し、本発明の温度範囲でショ
ットピーニング処理を施したものは、遅れ破壊特性が大
幅に向上することがわかる。

さらに、第３表の結果より、遅れ破壊特性が著しく低下
したショットピーニング材（ショット温度２００℃、２
５０℃）は、硬さが著しく上昇しているのに対し、ショ
ット温度３００’Ｃでは硬さも若干低下し、遅れ破壊特
性も特に問題はない。しかながら、ショット温度が５０
０℃を超えると炭化物の析出によりビッカース硬度は大
きく低下するため、目標の硬さを確保するためには、シ
ョットの温度を３００〜５００℃とする必要がある。

以下余白 実施例２ 実施例１と同様、浸炭肌焼鋼として一般に使用されてい
る５Ｃｒ４２０、ＳＣＭ４２０を供試材として用い、１
８０ｍｍ　ｒｐルビレット３０ｍｍφに鍛伸後、９２５
℃に１時間加熱後空冷して焼準し、第３図に示すｌＪＸ
野弐回転曲げ疲労試験片（１＋　：　２５ｍｍ、　ｔ＋
６ｍｍφ、　Ｌｔ　：　１５ｍｍ＄　）と、第４図に示
す耐遅れ破壊試験片（ｊ＋　：　４ｍｍφ、ｊｚ　：　
６ｍｍｇ＋　）を作成した。

これらの試験片について、第５図に示す浸炭条件にて浸
炭処理（有効硬化層深さ０．７ｍｍ）を施し、さらに試
験片を５０〜４００℃の温度に加熱してショットピーニ
ング（アークハイト　１．ＯＡ常温）を実施し、小野式
回転曲げ疲労試験、耐遅れ破壊試験および浸炭層表面の
ビッカース硬さ試験を実施した結果を、浸炭焼入れ−焼
き戻し一常温ショットビーニング工程からなる従来法と
比較して第４表、第５表および第６表に示す。

なお、耐遅れ破壊試験は実施例１と同じ条件で実施した
。

第４表より明らかなごとく、浸炭後、焼戻し工程を省略
し、ショットピーニングを実施しても、従来法（浸炭焼
入−焼戻し一常温シヨツトピーニング）と同程度の疲労
特性が得られている。

しかし、第５表の遅れ破壊試験結果をみると、従来の常
温および比較例の５０℃ショットピーニングは、破断時
間が著しく低下している。

一方、第６表に示すショットピーニングの表層のビッカ
ース硬さ測定結果をみると、遅れ破壊特性が著しく低下
した常温および５０℃のショットピーニングにおいては
、硬さが著しく上昇している。

また、被処理材の温度がさらに高くなり　３５０℃、４
００℃になると、ビッカース硬度は大きく低下し、耐摩
耗性に問題がある。

これに対し、本発明の温度範囲（１００〜３００℃）の
場合は、ビッカース硬度は若干低下するものの、耐摩耗
性に影響を与えるほどではない。

すなわち、浸炭後焼戻し工程を省略しても、従来法と同
程度の疲労特性、耐遅れ破壊特性および硬度が得られる
ことがわかる。

発明の詳細 な説明したごとく、この発明の請求項１．２記載の方法
によれば、ショットピーニング後ノ圧縮残留応力を従来
レベルに維持したまま浸炭層表面の硬さ上昇と耐遅れ破
壊特性の低下を防止でき、高品質の肌焼鋼を製造するこ
とができる。

また、請求項２記載の方法によれば、ショットピーニン
グと浸炭焼入れ後の焼戻しを兼ねることができるので、
疲労特性の優れた高品質の肌焼鋼を安価に製造すること
ができるという優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の常温のショットによるショットピーニン
グ後の硬さ分布曲線を示す図、第２図はこの発明の温度
３００〜５００℃のショットをによるショットピーニン
グ後の硬さ分布曲線を示す図、第３図はこの発明の実施
例における回転曲げ疲労試験片を示す図、第４図は同じ
く耐遅れ破壊試験片を示す図、第５図は同上実施例にお
ける浸炭処理ヒートパターンを示す図である。 第１図 表面からの距離（ＩＩＢ） 第２図 表面からの距離（ＩＩＩ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 浸炭肌焼鋼の製造方法において、浸炭焼入後、ショット
   を３００〜５００℃の温度に加熱した状態でショットピ
   ーニングを施すことを特徴とする浸炭肌焼鋼の製造方法
   。 浸炭肌焼鋼の製造方法において、浸炭焼入後、被処理物
   を１００〜３００℃の温度に加熱した状態でショットピ
   ーニングを施し、かつ焼戻し処理を省略することを特徴
   とする浸炭肌焼鋼の製造方法。