JPH0641630A - 動力伝達部品用鋼材の軟化熱処理法 - Google Patents

動力伝達部品用鋼材の軟化熱処理法

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JPH0641630A
JPH0641630A JP19702092A JP19702092A JPH0641630A JP H0641630 A JPH0641630 A JP H0641630A JP 19702092 A JP19702092 A JP 19702092A JP 19702092 A JP19702092 A JP 19702092A JP H0641630 A JPH0641630 A JP H0641630A
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JP
Japan
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steel
normalizing
temperature
cutting
heat treatment
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JP19702092A
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English (en)
Inventor
Yoshitake Matsushima
義武 松島
Yoshiyuki Nakatani
良行 中谷
Tsuyoshi Yukioka
強 幸岡
Shiyuugorou Adachi
周悟郎 足立
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車、建設機械、産業機械等に使用される
歯車等の動力伝達部品として使用される鋼材を温間また
は熱間加工→焼ならし→切削加工→浸炭または浸炭窒化
焼入れによって製造するに際し、浸炭焼入れ後の強度や
靭性に悪影響を及ぼすことなく、切削加工時の被削性を
高めることのできる軟化熱処理法を提供すること。 【構成】 C:0.1 〜0.4 %、Si:0.15%以下、M
n:0.3 〜2 %、Cr:0.2 〜2 %の要件を満たし、更
にMo:0.3 〜1 %及び/又はNi:0.4 〜4.5 %を含
む鋼材を使用し、熱間加工後で切削加工前に実施される
焼ならし工程で840〜950 ℃に加熱保持した後降温し、6
50 〜750 ℃で20〜150 分間保持してから冷却すること
により、組織をフェライト・パーライト主体の組織とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自動車、建設機械あるい
は産業機械等の各種動力伝達部品として用いられる鋼材
の軟化熱処理法に関し、特に切削加工および浸炭もしく
は浸炭窒化処理の前に実施される焼ならし工程で、加熱
温度や冷却条件等を適正に制御することによって、靭性
や被削性を損なうことなく従来材と同等の硬さを確保で
きる様に工夫された軟化熱処理法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車等の高出力化・高性能化の
動きは益々加速する傾向にあり、これらに用いられる歯
車等の動力伝達部品にもより高強度のものが望まれてい
る。殊に歯車には、高速回転によって歯元に高い曲げ応
力と接触応力が付加されるので、優れた耐疲労性や耐摩
耗性が要求される。この様な歯車に用いられる素材とし
ては、これまでJIS G4104, G4105及び4103等に夫
々規定されているCr系肌焼鋼、Cr−Mo系肌焼鋼及
びNi−Cr−Mo系肌焼鋼等が用いられてきた。
【0003】ところがこれらのJIS規格鋼を用いた場
合には、硬質化のための浸炭もしくは浸炭窒化処理時に
MnやCr等の合金元素が選択的に酸化され、焼入れ後
の表層部に硬さの乏しい不完全焼入層を生成するという
問題があり、高強度化の達成を困難にしている。
【0004】そこで、歯車等に求められる高強度化を達
成するため、MoやNiの様に酸化物を生成し難い合金
元素を増量添加した高強度歯車用鋼が提案された。(特
開平1-306545:疲労強度にすぐれる歯車用浸炭用鋼)。
しかし、この鋼材に従来鋼と同様の焼きならし処理を施
すと、硬さが十分に低下せず切削性が低下するという問
題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な事
情に着目してなされたものであって、その目的は従来鋼
と同等の優れた靭性や硬度を有し、且つ切削性にも優れ
た動力伝達部材用鋼材を得ることのできる軟化熱処理法
を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る軟化熱処理法の構成は、重量%で
C:0.1 〜0.4 %,Si:0.15%以下,Mn:0.3 〜2
%,Cr:0.2 〜2 %の要件を満たし、更にMo:0.3
〜1 %および/もしくはNi:0.4 〜4.5 %を含む鋼材
を使用し、温間または熱間加工、焼ならし、切削加工、
浸炭または浸炭窒化焼入れを行なって動力出伝達部品を
製造するに際し、前記焼ならし処理工程で840 〜950 ℃
に加熱保持した後降温し、650 〜750 ℃に到達した時点
で20〜150 分間保持してから冷却し、あるいは上記焼な
らし工程では、温間または熱間加工の自熱を利用し、次
いで降温して650 〜750 ℃に到達した時点で30〜200 分
間保持してから冷却することにより、組織をフェライト
・パーライト主体の組織とするところに要旨を有するも
のである。
【0007】
【作用】本発明では、上記の様に化学成分の特定された
鋼材を使用し、これを温間または熱間加工→焼ならし→
切削加工→浸炭または浸炭窒化焼入れを行なって動力伝
達部品を製造するに際し、特に焼ならしの温度条件をう
まくコントロールすることによって組織をフェライト・
パーライト主体の組織とし、それにより最終的な浸炭も
しくは浸炭窒化焼入れ物の靭性や被削性を損なうことな
く、従来材と同等の硬さを確保できる様にしたものであ
る。先ず、本発明で使用される鋼の化学成分を定めた理
由を説明する。
【0008】Cは十分な芯部硬さを保障すると共に、浸
炭処理により有効硬化層深さを確保するのに不可欠の元
素であり、0.1 %以上含有させなければならない。しか
し0.4 %を超えると靭性や被削性が低下するばかりでな
く熱処理歪が増大して寸法精度が悪くなるので、上限を
0.4 %とした。
【0009】Siは脱酸のために添加されるが、Feよ
り酸化しやすい元素であり、多過ぎると粒界酸化層が深
くなって曲げ疲労強度が低下するので0.15%以下とし
た。Mnは溶製時の脱酸・脱硫元素として有効な元素で
あるばかりでなく、浸炭処理物の芯部硬さと有効硬化層
深さを確保するのに重要な元素であり、こうした効果を
有効に発揮させるには0.3 %以上含有させなければなら
ない。しかし2%を超えると靭性や被削性が悪くなる。
【0010】Crも浸炭の芯部硬さと有効硬化層深さを
付与するのに有用な元素であり、0.3 %以上含有させる
必要がある。しかし2%を超えて添加すると、粗大な炭
化物が粒界に析出してピッチング強度を劣化させる。
【0011】MoはFeに比べて酸素に対する親和性が
小さく酸化物を生成しにくい元素であり、また浸炭表層
部の様な高C領域で焼入性を大幅に向上させる作用があ
る。このため適量のMoを含有させることによって、M
nやCr等の粒界酸化によって生じる焼入性の低下を補
い、不完全焼入れ層の生成を抑えて表層部を強化する作
用を発揮する。しかも浸炭表層部のMs点を低めて焼入
れ後の残留オーステナイト量を増大させることによって
ショットピーニング後の疲労強度を高める、といった効
果を有しており、こうした効果を有効に発揮させるには
0.3 %以上含有させなければならない。しかしこうした
諸効果は約1.0 %で飽和するので、それ以上の添加は全
て無駄である。
【0012】NiもMoと同様酸化物を生成しにくく、
不完全焼入れ層の生成を抑制して表層部を強化する。し
かも表層部の残留オーステナイト量を増加させると共
に、浸炭層の靭性を高める作用も有しており、こうした
効果を有効に発揮させるには0.4 以上含有させる必要が
ある。しかしそれらの効果は約4.5 %で飽和するので、
それ以上の添加は無駄である。尚MoとNiは、上記の
様に焼入れ性の向上および残留オーステナイトの増大と
いう効果を有している点で同効物質であり、従ってMo
とNiは夫々単独で含有させてもよく、あるいは2種を
同時に含有させることができる。
【0013】本発明では上記成分組成の要件を満たす鋼
材を使用し、これを温間もしくは熱間加工した後、焼な
らしを行なう際の保持温度や冷却条件をうまくコントロ
ールすることによって組織をフェライト・パーライト主
体の組織にすることが極めて重要となる。しかして焼な
らし処理時の加熱温度が840 ℃未満では、組織が完全な
γ組織とならず、そのため所望の焼ならし処理効果を得
ることができない。一方、加熱温度が950 ℃を超えると
γ粒が著しく粗大化して靭性が乏しくなる。従って1次
加熱温度は840 〜950 ℃と定めた。尚このときの保持時
間は製造部品の質量によって異なるが20〜120 分位が望
ましい。
【0014】次いで650 〜750 ℃まで降温させた後、20
〜150 分間保持してから冷却する。この2次加熱温度が
650 ℃未満になるとベイナイトが生成し、一方750 ℃を
超える温度では所定の時間内にフェライト・パーライト
変態が完了せず、未変態のγ相が多くなってその後の冷
却工程でベイナイトやマルテンサイトが生じやすくな
る。また、保持時間が20分未満ではフェライト・パーラ
イト変態が完了せず、またこの変態は上記温度範囲では
150 分でほぼ完了するので、それ以上の保持は無意味で
ある。
【0015】また上記では温間もしくは熱間加工後一旦
冷却してから焼ならしする場合の温度条件について説明
したが、温間もしくは熱間加工時の自熱をそのまま利用
することによって1次加熱を省略し、650 〜750 ℃まで
冷却してから30〜200 分保持後冷却して同様のフェライ
ト・パーライト組織を得ることができる。
【0016】上記の様な条件で焼ならし処理された鋼材
はフェライト・パーライト主体の組織となり、優れた被
削性を示すと共に、その後の浸炭または浸炭窒化焼入れ
によって、芯部は優れた靭性を保ったまま表層部は著し
く硬質化し、高靭性で且つ耐摩耗性に優れた動力伝達部
材を得ることができる。
【0017】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、比
較的多量の合金元素を含む鋼材でありながら、焼ならし
後の組織をフェライト・パーライト主体の組織にするこ
とにより焼ならし後の被削性を著しく改善することがで
き、しかも浸炭もしくは浸炭窒化焼入れ後の硬さを従来
鋼と同等もしくはそれ以上に高め得ることになった。
【0018】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明の構成および作
用効果をより具体的に説明するが、本発明はもとよりこ
れらの実施例によって何ら限定されるものではない。 実施例1 表1に示す組成の鋼材を直径40mmに熱間鍛造した後、図
1に示す本発明の温度条件を満たす条件、即ち900 ℃×
30分の1次加熱を行なった後、2次加熱温度を600 〜80
0 ℃、保持時間を15〜160 分の範囲で変化させて焼なら
し処理を行ない、得られた試料の硬さ測定と組織観察を
行なった。硬さ測定結果を表2にまた代表的な組織写真
を図2に示す。
【0019】表2から明らかである様に、本発明の規定
要件を満たす条件で焼ならし処理したものの硬さは、比
較法1a〜1cで得たものや従来法で得たものに比べて
著しく低い。しかし、2次加熱温度が650 ℃未満の場合
(比較法1a)や750 ℃を超える場合(比較法1b)、
または2次加熱時間が20分未満の場合(比較法1c)で
は硬さの低下が不十分であり、満足な被削性を期待でき
ない。また焼きならし条件が適正であっても、鋼材組成
が規定要件を外れる比較法1eでは十分な被削性が得ら
れない。
【0020】また比較法1dは2次加熱時の保持時間を
150 分以上に設定したもので、組織はフェライト・パー
ライト主体で硬さも十分に下がっているが、保持時間が
長過ぎるため生産性が悪い。尚図2(A) 〜(C) は表2の
本発明法1、比較法1aおよび従来法1bで得た焼なら
し鋼材の結晶組織を示したものであり、本発明法で得た
ものは、JIS規格の「SCr420 」を焼ならし処理し
たものと同様のフェライト・パーライト組織を有してい
るのに対し、比較法で得たものはフェライト・パーライ
ト・ベイナイト3相組織となっている。
【0021】実施例2 実施例1と同一の鋼材を使用し、図3に示す如く熱間鍛
造時の自熱を利用することによって1次加熱を省き、次
いで、2次加熱温度を600 〜800 ℃、保持時間を25〜21
0 分に変化させて焼ならし処理を行ない、得られた試料
の硬さ測定と組織観察を行なった。硬さ測定結果を表3
に、また代表的な組織写真を図4に示す。
【0022】表3から明らかである様に、本発明法では
硬さが著しく低くなっており、従来法とほぼ同等の硬さ
が得られている。しかし、加熱温度が650 ℃未満の場合
(比較法2a)や750 ℃を超得る場合(比較法2b)、
加熱時間が30分未満の場合(比較法2c)のように本発
明の規定範囲外では従来法に比べて硬さが高くなり、被
削性が低下することは明らかである。また、焼きならし
条件が適正であっても、鋼材組成が規定要件を外れる比
較法2eでは、やはり硬さが十分に低下せず満足な被削
性が得られない。更に図4の組織からも明らかである様
に本発明による方法[図4(A) ]では、従来法であるJ
IS規格のSCr420 を焼ならし処理したもの[図4
(C) ]と同様のフェライト・パーライト組織が得られて
いるのに対し、本発明の規定要件を外れる比較法2aで
得たもの[図4(B) ]ではベイナイトが生成している。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【表3】
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で採用した焼ならし条件を示すヒート
パターンである。
【図2】実施例1で得た鋼材、即ち(A) 本発明鋼、(B)
比較鋼、(C) 従来鋼の各金属組織を示す図である。
【図3】実施例2で採用した焼ならし条件を示すヒート
パターンである。
【図4】実施例2で得た鋼材、即ち(A) 本発明鋼、(B)
比較鋼、(C) 従来鋼の各金属組織を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 周悟郎 兵庫県神戸市灘区灘浜東町2番地 株式会 社神戸製鋼所神戸製鉄所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%でC:0.1 〜0.4 %,Si:0.15
    %以下,Mn:0.3〜2 %,Cr:0.2 〜2 %の要件を
    満たし、更にMo:0.3 〜1 %および/もしくはNi:
    0.4 〜4.5 %を含む鋼材を使用し、温間または熱間加
    工、焼ならし、切削加工、浸炭または浸炭窒化焼入れを
    行なって動力伝達部品を製造するに際し、前記焼ならし
    処理工程で840 〜950 ℃に加熱保持した後降温し、650
    〜750 ℃に到達した時点で20〜150 分間保持してから冷
    却することにより、組織をフェライト・パーライト主体
    の組織とすることを特徴とする動力伝達部品用鋼材の軟
    化熱処理法。
  2. 【請求項2】 重量%でC:0.1 〜0.4 %,Si:0.15
    %以下,Mn:0.3〜2 %,Cr:0.2 〜2 %の要件を
    満たし、更にMo:0.3 〜1 %および/またはNi:0.
    4 〜4.5 %を含む鋼材を使用し、温間または熱間加工、
    焼ならし、切削加工、浸炭または浸炭窒化焼入れを行な
    って動力伝達部品を製造するに際し、前記焼ならし処理
    工程では、温間または熱間加工の自熱を利用し、次いで
    降温して650 〜750 ℃に到達した時点で30〜200 分間保
    持してから冷却することにより組織をフェライト・パー
    ライト主体の組織とすることを特徴とする動力伝達部品
    用鋼材の軟化熱処理法。
JP19702092A 1992-07-23 1992-07-23 動力伝達部品用鋼材の軟化熱処理法 Withdrawn JPH0641630A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2784692A1 (fr) * 1998-10-20 2000-04-21 Aubert & Duval Sa Acier de construction cementable, procede pour son obtention et pieces formees avec cet acier
CN111334722A (zh) * 2018-12-18 2020-06-26 南京工程学院 一种组织均匀及晶粒细化的渗碳齿轮及其制造方法

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