JPH07109005B2 - Method for manufacturing heat-treated steel parts - Google Patents
Method for manufacturing heat-treated steel partsInfo
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- JPH07109005B2 JPH07109005B2 JP62186622A JP18662287A JPH07109005B2 JP H07109005 B2 JPH07109005 B2 JP H07109005B2 JP 62186622 A JP62186622 A JP 62186622A JP 18662287 A JP18662287 A JP 18662287A JP H07109005 B2 JPH07109005 B2 JP H07109005B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、熱処理鋼部品の製造方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a heat-treated steel part.
（従来技術） 動力伝達用構成部品の歯車類等においては、高い疲労強
度が要求される場合には、浸炭焼入れ処理後ショットピ
ーニングが施される。このショットピーニングにより鋼
表面に圧縮残留応力を形成して疲労クラックの発生或い
は伝播を抑制しようとしているのである。(Prior Art) For gears and the like of power transmission components, when high fatigue strength is required, shot peening is performed after carburizing and quenching. This shot peening is intended to suppress the occurrence or propagation of fatigue cracks by forming compressive residual stress on the steel surface.
上記ショットピーニングの好ましい例としては、特開昭
60−218422号公報に示すように、低炭素合金鋼SCM415、
すなわち、C:0.13〜0.18％、Si:0.15〜0.35％、Mn:0.60
〜0.85％、Ｐ≦0.03、Ｓ≦0.03、Cr:0.90〜1.20％、Mo:
0.15〜0.30％、残部Feからなる合金鋼を浸炭焼入れし、
その合金鋼に対してショット粒子投射速度35〜50m/se
c、ショット硬さHRC45〜50の条件でショットピーニング
を施す製造方法が知られている。これによれば、表面粗
さを許容される１μｍ程度以下に抑えつつ圧縮残留応力
を残留させることができ、一定の疲労強度を得ることが
できる。As a preferred example of the above shot peening, Japanese Patent Laid-Open No.
As shown in 60-218422, low carbon alloy steel SCM415,
That is, C: 0.13-0.18%, Si: 0.15-0.35%, Mn: 0.60
~ 0.85%, P ≤ 0.03, S ≤ 0.03, Cr: 0.90 to 1.20%, Mo:
Carburizing and quenching an alloy steel consisting of 0.15 to 0.30% and the balance Fe,
Shot particle projection speed of 35 to 50 m / se against the alloy steel
c, Shot hardness A manufacturing method is known in which shot peening is performed under the conditions of HRC 45 to 50. According to this, the compressive residual stress can be retained while suppressing the surface roughness to an allowable level of about 1 μm or less, and a constant fatigue strength can be obtained.
ところで、疲労強度は高ければ高いほど、強度を要求さ
れる部品にとっては好ましく、この観点から、上記製造
方法による疲労強度以上の疲労強度が得られるとすれば
望ましいことである。そのような場合には、鋼表面に形
成される圧縮残留応力をより大きくする必要があり、そ
の圧縮残留応力を大きくするにはショット硬さ及びショ
ット粒子投射速度をできるだけ大きくすることが考えら
れる。By the way, the higher the fatigue strength is, the more preferable it is for a component requiring strength. From this point of view, it is desirable that the fatigue strength equal to or higher than the fatigue strength obtained by the above manufacturing method can be obtained. In such a case, it is necessary to increase the compressive residual stress formed on the steel surface, and in order to increase the compressive residual stress, it is conceivable to increase the shot hardness and shot particle projection speed as much as possible.
（発明が解決しようとする問題点） しかし、疲労強度を向上させようとして、上記合金鋼に
対して上記製造方法の場合よりも大きいショット硬さ及
びショット粒子投射速度をもってショットピーニングを
行なっても、、鋼表面の表面粗さが許容範囲を越えて荒
れその粗さに基づく切欠き効果により疲労クラックが発
生したり、或いは鋼表面に必要なだけの圧縮残留応力す
ら形成されなかったりして、疲労強度は却って低下する
こととなっており、上記製造方法の場合よりも疲労強度
を高めることはなかなか困難な状況にある。(Problems to be solved by the invention) However, in order to improve fatigue strength, shot peening is performed on the above alloy steel with a shot hardness and shot particle projection speed higher than those in the case of the above manufacturing method, , The surface roughness of the steel surface exceeds the permissible range, fatigue cracks occur due to the notch effect based on that roughness, or even the required compressive residual stress on the steel surface is not formed, fatigue The strength is rather decreased, and it is more difficult to increase the fatigue strength than in the case of the above manufacturing method.
このような状況下において、本発明者は、上記問題点に
ついて鋭意研究した結果、表面不完全焼入れ層（粒界酸
化に伴う不完全焼入れ層：以下、表面異常層と称す）が
係っていることを発見し、次のような知見を見い出し
た。Under these circumstances, the present inventor has made earnest studies on the above-mentioned problems, and as a result, a surface incompletely hardened layer (an incompletely hardened layer due to grain boundary oxidation: hereinafter referred to as an abnormal surface layer) is involved. After discovering this, they found the following findings.
高硬質ショットを用いて高速ショット粒子投射速度
（従来のショットピーニング条件に比べて）でショット
ピーニングを行なうと、ショットピーニング前の平均表
面異常層の深さとショットピーニング後の平均表面粗さ
との関係が第１図に示す特性線として得られ（特性線f1
のショットピーニング条件：ショット硬さHRC54,ショッ
ト粒子投射速度90m/sec,ショット径0.6mm,ショット時間
120sec.,特性線f2のショットピーニング条件：ショット
硬さHRC50,ショット粒子投射速度60m/sec,ショット径0.
6mm,ショット時間120sec.、特性線f3のショットピーニ
ング条件：ショット硬さHRC58,ショット粒子投射速度12
0m/sec,ショット径0.6mm,ショット時間120sec.）、この
場合、切欠き効果に基づいて疲労クラックが生じないシ
ョットピーニング後の表面粗さ及び耐摩耗性の観点から
必要なショットピーニング後の表面粗さが約１μｍ以下
であることから、その表面粗さを約１μｍ以下にするに
は、ショットピーニング前の表面異常層の深さを約15μ
ｍ以下にする必要があること。When shot peening is performed at high shot particle projection speed (compared to conventional shot peening conditions) using high hardness shots, the relationship between the depth of the average surface anomalous layer before shot peening and the average surface roughness after shot peening is found. Obtained as the characteristic line shown in FIG. 1 (characteristic line f 1
Shot peening conditions: Shot hardness HRC54, Shot particle projection speed 90m / sec, Shot diameter 0.6mm, Shot time
120 sec., Characteristic line f 2 shot peening conditions: shot hardness HRC50, shot particle projection speed 60 m / sec, shot diameter 0.
6 mm, shot time 120 sec., Shot peening condition of characteristic line f 3 : shot hardness HRC58, shot particle projection speed 12
0m / sec, shot diameter 0.6mm, shot time 120sec.) In this case, the surface after shot peening is required from the viewpoint of surface roughness and wear resistance after shot peening that does not cause fatigue cracks due to the notch effect. Since the roughness is about 1 μm or less, the depth of the abnormal surface layer before shot peening is about 15 μm in order to reduce the surface roughness to about 1 μm or less.
Must be less than m.
前記第１図と同じ条件でショットピーニングを行なっ
た場合、ショットピーニング前の平均表面異常層の深さ
とショットピーニング後の表面圧縮残留応力との関係が
第２図に示す特性線として得られ、この場合、ショット
ピーニング前の平均表面異常層の深さが約15μｍ以下で
あれば、ショットピーニング後に鋼表面に形成される圧
縮残留応力を特に高くすることができること。When shot peening is performed under the same conditions as in FIG. 1, the relationship between the depth of the average surface anomalous layer before shot peening and the surface compressive residual stress after shot peening is obtained as a characteristic line shown in FIG. In this case, if the average abnormal surface layer depth before shot peening is about 15 μm or less, the compressive residual stress formed on the steel surface after shot peening can be made particularly high.
表面異常層が約15μｍ以下の鋼部品に対するショット
ピーニング条件としては、ショット硬さHRC50〜58、シ
ョット粒子投射速度60〜120m/secが適切であること。Shot hardness of HRC50 to 58 and shot particle projection speed of 60 to 120 m / sec are suitable as shot peening conditions for steel parts with an abnormal surface layer of about 15 μm or less.
詳述すれば、疲労強度を向上させるためには、ショット
硬さとショット粒子投射速度とは密接で且つ重要な因子
となっており、前述のように表面異常層が約15μｍ以下
であれば、圧縮残留応力を形成する観点から、ショット
硬さ及びショット粒子投射速度は大きければ大きいほど
好ましい。しかし、両者には上記範囲に限定すべき次の
ような理由が存する。すなわち、ショット硬さが、HRC5
0よりも低いときには、ショットピーニングの加工力が
疲労強度を向上させるには不十分となり、HRC58よりも
高いときにはショットピーニング効果が飽和する上、シ
ョットが割れ易くなる。一方、ショット粒子投射速度が
60m/secより小さいときにはショットピーニングの加工
力が疲労強度を向上させるには不十分となり、120m/sec
よりも大きいときにはショットが割れ易く、経済性が損
なわれることになる。このため、ショット硬さ及びショ
ット粒子投射速度については上記範囲に設定するのが適
当なのである。More specifically, in order to improve the fatigue strength, the shot hardness and the shot particle projection speed are closely and important factors. As described above, if the abnormal surface layer is about 15 μm or less, compression From the viewpoint of forming residual stress, it is preferable that the shot hardness and shot particle projection rate are as large as possible. However, both have the following reasons to be limited to the above range. That is, the shot hardness is HRC5
When it is lower than 0, the working force of shot peening is insufficient to improve the fatigue strength, and when it is higher than HRC58, the shot peening effect is saturated and the shot is easily cracked. On the other hand, the shot particle projection speed is
When it is less than 60m / sec, the processing force of shot peening is insufficient to improve fatigue strength, and 120m / sec
If it is larger than this, the shot is easily broken, and the economical efficiency is impaired. Therefore, it is appropriate to set the shot hardness and shot particle projection speed within the above ranges.
そして、本発明者は上記知見に基づき本発明を完成し
た。The present inventor has completed the present invention based on the above findings.
すなわち、本発明の目的は、従来の製造方法によって得
られる疲労強度よりも疲労強度を一層向上させた熱処理
鋼部品の製造方法を提供することにある。That is, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a heat-treated steel part having a fatigue strength further improved as compared with the fatigue strength obtained by the conventional manufacturing method.
（問題点を解決するための手段、作用） かかる目的を達成するために本発明にあっては、 C:0.10〜0.40％、Si:0.06〜0.15％未満、Mn:0.30〜1.00
％、Cr:0.90〜1.20％、Mo:0.30％を越えて0.50％以下、
残部Feからなる合金鋼を浸炭焼入れもしくは浸炭窒化焼
入れし、 次いで前記合金鋼に対してショット硬さHRC50〜58、シ
ョット粒子投射速度60〜120m/secの条件でショットピー
ニングを施す、 ことを特徴とする熱処理鋼部品の製造方法とした構成と
してある。(Means and Actions for Solving Problems) In order to achieve the object, in the present invention, C: 0.10 to 0.40%, Si: 0.06 to less than 0.15%, Mn: 0.30 to 1.00
%, Cr: 0.90 to 1.20%, Mo: 0.30% over 0.50% or less,
Carburizing or carbonitriding quenching the alloy steel composed of the balance Fe, and then subjecting the alloy steel to shot peening under the conditions of shot hardness HRC50 to 58 and shot particle projection speed 60 to 120 m / sec. The heat-treated steel part is manufactured by the method.
上述の構成において、焼入れ性に有効で且つ粒界酸化を
生じさせないMoの量を従来よりも増大させて上記範囲に
設定する一方、粒界酸化を著しく助長し且つ焼入れ性に
関与しないSiを従来よりも減少させて上記範囲に設定し
たことから、両者の作用により、浸炭焼入れもしくは浸
炭窒化焼入れ後の合金網の表面異常層の深さは約15μｍ
以下となり、その合金鋼に対してショットピーニングを
行なえば、上記のようにショット硬さ及びショット粒子
投射速度を大きくしても、表面粗さが表面異常層によっ
て許容限界である約１μｍを越すこともなくなり、その
表面粗さに基づく切欠き効果によって疲労クラッチが発
生したり、或いは表面粗さにより耐摩耗性が低下したり
することが防がれることになる。In the above configuration, the amount of Mo that is effective for hardenability and does not cause grain boundary oxidation is set to the above range by increasing it from the conventional amount, while Si that significantly promotes grain boundary oxidation and does not contribute to hardenability is conventionally used. The depth of the abnormal surface layer of the alloy net after carburizing or carbonitriding quenching is about 15 μm due to the effects of both.
When shot peening is performed on the alloy steel, the surface roughness exceeds the allowable limit of about 1 μm due to the abnormal surface layer even if the shot hardness and shot particle projection speed are increased as described above. Therefore, it is possible to prevent the fatigue clutch from being generated due to the notch effect based on the surface roughness, or to prevent the wear resistance from being deteriorated due to the surface roughness.
また、上記のようにショット硬さ及びショット粒子投射
速度を大きくしても表面粗さを荒らすことなくショット
ピーニングを行なうことができ、ショット粒子の運動エ
ネルギは表面異常層の表面粗さの荒れによって吸収され
ることが抑えられることになり、ショット硬さ及びショ
ット粒子投射速度を増大させることによって増えた運動
エネルギにより、鋼表面にいままで以上に圧縮残留応力
を形成することができることになる。Further, as described above, shot peening can be performed without roughening the surface roughness even if the shot hardness and the shot particle projection speed are increased, and the kinetic energy of the shot particles depends on the rough surface roughness of the abnormal surface layer. The absorption will be suppressed, and the kinetic energy increased by increasing the shot hardness and shot particle projection velocity can form a compressive residual stress on the steel surface more than ever.
さらに、合金鋼の成分を上記のように一旦決めれば、通
常の浸炭焼入れもしくは浸炭窒化焼入れ処理によって合
金鋼の表面異常層の深さを約15μｍ以下にすることがで
きることになる。Furthermore, once the components of the alloy steel are determined as described above, the depth of the abnormal surface layer of the alloy steel can be reduced to about 15 μm or less by the usual carburizing or carbonitriding quenching treatment.
上記合金鋼の各成分の臨界的意義は次の通りとなる。The critical significance of each component of the above alloy steel is as follows.
C; Ｃは、鋼の強度付与に必要な基本的元素であり、浸炭焼
入れによりコア部（内部）の強度を確保するためには0.
1％以上必要である。しかし、Ｃ含有量が0.40％を越え
ると、靭性が低下して脆くなり、また、被削性も劣化す
ることになる。このため、Ｃの含有量は0.10〜0.40％の
範囲に設定される。C; C is a basic element necessary for imparting strength to steel, and in order to secure the strength of the core part (inside) by carburizing and quenching, 0.
1% or more is required. However, if the C content exceeds 0.40%, the toughness decreases and becomes brittle, and the machinability also deteriorates. Therefore, the content of C is set in the range of 0.10 to 0.40%.
Si; Siは、表面異常層の生成の原因となる粒界酸化を助長す
る傾向が著しく強い元素であり、その含有量が0.15％を
越えると、その悪影響は無視できない。しかも、Siは焼
入れ性に関与しない元素である。このため、Siの含有量
はできるだけ下げるのが好ましい。しかし、Siは、脱酸
剤として用いられたり、融点を下げて融解エネルギを少
なくするため等に用いられており、このため、製鋼上、
Siの含有量は0.06％以上必要とされる。したがって、Si
の含有量は0.06〜0.15％未満の範囲で設定される。Si; Si is an element having a very strong tendency to promote the grain boundary oxidation that causes the formation of the abnormal surface layer, and if its content exceeds 0.15%, its adverse effects cannot be ignored. Moreover, Si is an element that does not contribute to hardenability. Therefore, it is preferable to reduce the Si content as much as possible. However, Si is used as a deoxidizing agent, or is used for lowering the melting point to reduce the melting energy, and so on.
Si content of 0.06% or more is required. Therefore, Si
Content is set in the range of 0.06 to less than 0.15%.
Mn; Mnは、表面異常層の生成の原因となる粒界酸化を助長す
る元素であり、Mnの含有量は少ないほど望ましい。しか
し、Siを0.15％未満、Moを0.30％以上添加することを条
件とすれば、Mn1.00％以下でも悪影響はない。また、Mn
含有量が0.30％未満ではコア部の焼入れ性が不十分とな
る。このため、Mnの含有量は0.30〜1.00％の範囲で設定
される。Mn; Mn is an element that promotes grain boundary oxidation that causes generation of an abnormal surface layer, and the smaller the content of Mn, the more desirable. However, if Si is added less than 0.15% and Mo is added 0.30% or more, even if Mn is 1.00% or less, there is no adverse effect. Also, Mn
If the content is less than 0.30%, the hardenability of the core will be insufficient. Therefore, the Mn content is set in the range of 0.30 to 1.00%.
Cr; Crも、表面異常層生成の原因となる粒界酸化を助長する
元素であり、その含有量は少ないほど望ましい。しか
し、Si0.15％未満及びMo0.30％以上添加することを条件
とすれば、Cr1.20％以下でも悪影響はない。また、Cr含
有量が0.90％未満ではコア部の焼入れ性の低下及び浸炭
性の低下を招く。このため、Cr含有量は0.90〜1.20％の
範囲で設定される。Cr; Cr is also an element that promotes grain boundary oxidation that causes formation of an abnormal surface layer, and the smaller the content, the more desirable. However, under the condition that Si is added less than 0.15% and Mo is added 0.30% or more, Cr 1.20% or less has no adverse effect. Further, if the Cr content is less than 0.90%, the hardenability of the core part and the carburizing property are deteriorated. Therefore, the Cr content is set in the range of 0.90 to 1.20%.
Mo; Moは、粒界酸化を生じさせず、焼入れ性を高める元素で
あり、表面異常層の低減に寄与する元素である。Mo含有
量が0.50％を越えるとその効果は飽和する傾向にあり、
その含有量が0.30％未満ではその効果が低く、コア部の
焼入れ性が不十分となる。このため、Mo含有量は0.30〜
0.50％の範囲で設定される。また、Moは、上記範囲にお
いて表面異常層を低減させる効果以外に、金属組織その
ものを強靭化する効果もある。Mo; Mo is an element that does not cause grain boundary oxidation and enhances hardenability, and is an element that contributes to the reduction of the abnormal surface layer. When the Mo content exceeds 0.50%, the effect tends to be saturated,
If the content is less than 0.30%, the effect is low and the hardenability of the core becomes insufficient. Therefore, the Mo content is 0.30-
It is set in the range of 0.50%. Further, Mo has the effect of strengthening the metal structure itself in addition to the effect of reducing the abnormal surface layer in the above range.
（実施例） 以下、本発明の実施例を説明する。(Example) Hereinafter, the Example of this invention is described.
第３図は熱処理鋼部品の製造プロセスを示すものであ
る。この製造プロセスにおいては、材料の切断、鍛造、
焼準、機械加工、熱処理、焼戻し、ショットピーニング
の各工程が順に行なわれるようになっており、場合によ
っては、鍛造、焼準、焼戻しの各工程は省略されること
になっている。本発明に係る製造方法においては、上記
製造工程のうち、熱処理工程とショットピーニング工程
が深く関わっており、これらの工程について詳細に説明
し、他の工程については、既知であるのでその説明は省
略する。FIG. 3 shows the manufacturing process of heat-treated steel parts. In this manufacturing process, material cutting, forging,
The steps of normalization, machining, heat treatment, tempering, and shot peening are sequentially performed, and in some cases, the steps of forging, normalizing, and tempering are omitted. In the manufacturing method according to the present invention, among the above manufacturing steps, the heat treatment step and the shot peening step are deeply related, and these steps will be described in detail, and the other steps are known, and therefore description thereof is omitted. To do.
先ず、熱処理工程においては、合金鋼が浸炭焼入れもし
くは浸炭窒化焼入れされる。First, in the heat treatment step, the alloy steel is carburized or carbonitrided and quenched.
上記合金鋼は、その成分がC:0.30〜0.40％、Si:0.06〜
0.15％未満、Mn:0.30〜1.00％、Cr:0.90〜1.20％、Mo:
0.30％を越えて0.5％以下、残部Feとなっている。この
成分は、浸炭焼入れ後における合金鋼の表面異常層の深
さを約15μｍ以下とする観点から決められており、各成
分の臨界的意義は前述した通りである。The above alloy steel has C: 0.30 to 0.40%, Si: 0.06 to
Less than 0.15%, Mn: 0.30 to 1.00%, Cr: 0.90 to 1.20%, Mo:
The balance is more than 0.30% and 0.5% or less, and the balance is Fe. This component is determined from the viewpoint that the depth of the abnormal surface layer of the alloy steel after carburizing and quenching is about 15 μm or less, and the critical significance of each component is as described above.
上記浸炭焼入れもしくは浸炭窒化焼入れは、一般的な条
件のものが適用できる。For the above-mentioned carburizing and quenching or carbonitriding and quenching, general conditions can be applied.
例えば浸炭焼入れについては、浸炭温度が900〜950℃、
浸炭時間が0.5〜5.0時間とされる。この例は、好ましい
浸炭焼入れ硬化深さ（Hv＞550）0.2〜1.3mmに相応して
導かれている。この硬化深さの範囲は、0.2mm未満では
部品の耐面圧強度が不十分であり、1.3mmを越えると合
金元素の内部酸化が著しいことから、上記範囲に設定さ
れている。For example, for carburizing and quenching, the carburizing temperature is 900 ~ 950 ℃,
The carburizing time is 0.5 to 5.0 hours. This example is derived corresponding to the preferred carburizing and quench hardening depth (Hv> 550) 0.2-1.3 mm. If the depth of hardening is less than 0.2 mm, the surface pressure resistance of the component is insufficient, and if it exceeds 1.3 mm, the internal oxidation of the alloying element is remarkable, so that the above range is set.
この通常の浸炭焼入れもしくは浸炭窒化焼入れにより、
上記合金鋼に形成される表面異常層の深さは約15μｍ以
下に抑えられることになり、何等、特別の処理・処理を
施さなくても表面異常層の深さを約15μｍ以下とするこ
とができる。特に、浸炭窒化焼入れを上記合金鋼に施す
と、窒素で焼入れ性が向上するため、浸炭焼入れを施す
場合よりもより一層、表面異常層の深さを浅くできるこ
とになる。By this normal carburizing and quenching or carbonitriding and quenching,
The depth of the abnormal surface layer formed on the above alloy steel can be suppressed to about 15 μm or less, and it is possible to set the depth of the abnormal surface layer to about 15 μm or less without any special treatment. it can. In particular, when carbonitriding and quenching is applied to the above alloy steel, the hardenability is improved by nitrogen, so that the depth of the abnormal surface layer can be made even shallower than when carburizing and quenching is performed.
このように表面異常層の深さを約15μｍ以下に抑えるこ
とに、上記合金鋼のSiとMo成分が大きく係わっているこ
とは前述した通りであるが、これは、第４図、第５図に
示す特性線により確認することができる。すなわち、第
４図はSi含有量の表面異常層の深さへの影響を示してい
る。これによれば、Si含有量が少なければ少ないほど表
面異常層の深さが浅くなることが理解できる。この場
合、Si以外の各成分は表１に示すように実質的に同一と
みなされる範囲内の鋼種とされ、浸炭は930℃で２時間
行われ、焼入れは浸炭後850℃より行なわれ、焼戻しは1
80℃で1.5時間行なわれた。As described above, the fact that the Si and Mo components of the above alloy steel are greatly related to the suppression of the depth of the abnormal surface layer to about 15 μm or less is as described above. It can be confirmed by the characteristic line shown in. That is, FIG. 4 shows the influence of the Si content on the depth of the abnormal surface layer. From this, it can be understood that the lower the Si content, the shallower the depth of the abnormal surface layer. In this case, each component other than Si is considered to be a steel type within the range considered to be substantially the same as shown in Table 1, carburizing is performed at 930 ° C for 2 hours, quenching is performed at 850 ° C after carburizing, and tempering is performed. Is 1
It was performed at 80 ° C for 1.5 hours.
第５図はMo含有量の表面異常層の深さへの影響を示して
いる。これによれば、Mo含有量が多ければ多いほど表面
異常層の深さが浅くなることが理解できる。この場合、
Mo以外の各成分は表２に示すように実質的に同一とみな
される範囲内の鋼種とされ、前記Siの場合と同様、浸炭
は930℃で２時間行なわれ、焼入れは浸炭後850℃より行
なわれ、焼戻しは180℃で1.5時間行なわれた。 FIG. 5 shows the effect of Mo content on the depth of the abnormal surface layer. From this, it can be understood that the higher the Mo content, the shallower the depth of the abnormal surface layer. in this case,
As shown in Table 2, each component other than Mo is considered to be a steel type within the range considered to be substantially the same, carburizing is performed at 930 ° C for 2 hours, and quenching is performed at 850 ° C after carburizing, as in the case of Si. The tempering was carried out at 180 ° C. for 1.5 hours.
第６図は上記方法によって表面異常層の深さを約６μｍ
とした場合を示す400倍の顕微鏡写真図、第７図は上記
方法によって表面異常層の深さを約10μｍとした場合を
示す400倍の顕微鏡写真図である。この第６図、第７図
において、下側が合金鋼の内部組織であり、該合金鋼の
上方部に形成されている薄層が表面異常層である。これ
に対し、第８図は、通常の合金鋼（例えばSCM415）に対
して通常の浸炭焼入れを行なうことによって表面異常層
の深さを約18μｍとした場合を示す400倍の顕微鏡写真
図、第９図は、第８図の場合と同様の方法により表面異
常層の深さを約25μｍとした場合を示す400倍の顕微鏡
写真図である。この第８図、第９図において、下側が合
金鋼の内部組織であり、該合金鋼の上方部に形成されて
いる層が表面異常層である。 FIG. 6 shows that the depth of the abnormal surface layer is about 6 μm by the above method.
FIG. 7 is a 400 × photomicrograph showing the case where the depth of the abnormal surface layer was about 10 μm by the above method. In FIGS. 6 and 7, the lower side is the internal structure of the alloy steel, and the thin layer formed in the upper part of the alloy steel is the abnormal surface layer. On the other hand, FIG. 8 is a 400 × micrograph showing a case where the depth of the abnormal surface layer is about 18 μm by performing ordinary carburizing and quenching on ordinary alloy steel (for example, SCM415). FIG. 9 is a 400 times micrograph showing a case where the depth of the abnormal surface layer is set to about 25 μm by the same method as in FIG. In FIGS. 8 and 9, the lower side is the internal structure of the alloy steel, and the layer formed in the upper portion of the alloy steel is the abnormal surface layer.
ショットピーニング工程においては、好ましい態様とし
て、ショット硬さHRC50〜58、ショット粒子投射速度60
〜120m/sec、ショット径0.1〜1.0mm、ショットピーニン
グ時間10〜300秒の条件でショットピーニングが行なわ
れる。In the shot peening step, as a preferred embodiment, shot hardness HRC50 to 58, shot particle projection speed 60
Shot peening is performed under the conditions of ~ 120m / sec, shot diameter 0.1 ~ 1.0mm, shot peening time 10 ~ 300 seconds.
ショット硬さ及びショット粒子投射速度については、前
述した通りであるが、ショット径については、ショット
径が0.1mmよりも小さいときには圧縮残留応力の分布層
が薄くなり、ショット径が1.0mmよりも大きいときには
圧縮残留応力の分布層の厚みは充分となるが、表面層の
圧縮残留応力値が低くなる。このため、上記のように、
ショット径は0.1〜1.0mmの範囲内で設定される。The shot hardness and shot particle projection speed are as described above, but with respect to the shot diameter, the distribution layer of the compressive residual stress becomes thin when the shot diameter is smaller than 0.1 mm, and the shot diameter is larger than 1.0 mm. At times, the thickness of the distribution layer of compressive residual stress becomes sufficient, but the compressive residual stress value of the surface layer becomes low. Therefore, as mentioned above,
The shot diameter is set within the range of 0.1 to 1.0 mm.
ショットピーニング時間については、10秒未満ではショ
ットピーニングの効果が不十分であり、300秒を越すと
ショットピーニングの効果が飽和し、経済性を損なうこ
とになる。このため、ショットピーニング時間は、上記
のように10〜300秒の範囲内で設定される。Regarding the shot peening time, if the time is less than 10 seconds, the effect of the shot peening is insufficient, and if it exceeds 300 seconds, the effect of the shot peening is saturated and the economical efficiency is impaired. Therefore, the shot peening time is set within the range of 10 to 300 seconds as described above.
これにより、鋼部品の表面粗さを荒すことなく該鋼部品
の表面に充分な圧縮残留応力を形成することができるこ
とになり、耐摩耗性を維持しつつ疲労強度を向上させる
ことができることになる。As a result, sufficient compressive residual stress can be formed on the surface of the steel part without roughening the surface roughness of the steel part, and fatigue strength can be improved while maintaining wear resistance. .
上記製造方法に基づく効果は表３に示す実験例により裏
付けることができる。表３には、各実験例の特有の実験
条件（合金鋼の化学成分等）とその結果と記載されてい
るが、共通の実験条件は下記のようになっている。The effects based on the above manufacturing method can be supported by the experimental examples shown in Table 3. Table 3 describes the experimental conditions (chemical composition of alloy steel, etc.) peculiar to each experimental example and the results thereof. The common experimental conditions are as follows.
共通の実験条件： 実験部品：自動車用トランスミッション歯車（モジュー
ル2.50） 浸炭焼入れ： 930℃で２時間、浸炭を行なった後、850℃より焼入れを
行ない、その後、180℃で1.5時間焼戻しを行なった。Common experimental conditions: Experimental parts: Automotive transmission gears (module 2.50) Carburizing and quenching: Carburizing and quenching at 930 ° C for 2 hours, then at 850 ° C, and then at 180 ° C for 1.5 hours.
ショットピーニング条件： ショット径 0.6mm ショット時間 150秒 （１）実験例１ この実験例１は、本発明の設定範囲において、Siが下限
に近く、Moが上限にあるときには、その合金鋼を浸炭焼
入れすれば、ショットピーニング前の表面異常層の深さ
が極めて浅い、６μｍとなることを示している。Shot peening condition: Shot diameter 0.6mm Shot time 150 seconds (1) Experimental Example 1 In Experimental Example 1, when Si is near the lower limit and Mo is at the upper limit in the setting range of the present invention, if the alloy steel is carburized and quenched, the depth of the abnormal surface layer before shot peening is increased. Is extremely shallow, which is 6 μm.
また、この実験例１は、このような合金鋼に対してショ
ットピーニングを本発明の設定範囲内で行なえば、表面
異常層の深さが約15μｍ以下であるため、表面粗さが許
容範囲内の1.0μｍ以下、圧縮残留応力が疲労強度の向
上に必要とされる50kgf/mm2となり（表３中、「−」符
号は合金鋼中に圧縮残留応力が残留していることを意味
する）、疲労強度の向上を図ることができることも示し
ている。In addition, in this Experimental Example 1, when shot peening was performed on such an alloy steel within the set range of the present invention, the depth of the abnormal surface layer was about 15 μm or less, so that the surface roughness was within the allowable range. 1.0 μm or less, the compressive residual stress is 50 kgf / mm 2 required for improving fatigue strength (in Table 3, “−” sign means that the compressive residual stress remains in the alloy steel). It also shows that fatigue strength can be improved.
（２）実験例２ この実験例２は、本発明の設定範囲において、Si、Moが
中間にあるときには、その合金鋼を浸炭焼入れすれば、
ショットピーニング前の表面異常層の深さが許容範囲内
の10μｍとなることを示している。(2) Experimental Example 2 In Experimental Example 2, in the setting range of the present invention, when Si and Mo are in the middle, if the alloy steel is carburized and quenched,
It shows that the depth of the abnormal surface layer before shot peening is within the allowable range of 10 μm.
また、この実験例２は、実験例１と同様、ショットピー
ニングにより疲労強度を向上させることができることも
示している。Further, this Experimental Example 2 also shows that the fatigue strength can be improved by shot peening similarly to the Experimental Example 1.
（３）実験例３ この実験例３は、本発明の範囲内においてSiが上限、Mo
が下限近くにあるときには、その合金鋼を浸炭焼入れす
れば、ショットピーニング前の表面異常層の深さが許容
限界近傍の14μｍとなることを示している。(3) Experimental Example 3 In Experimental Example 3, Si is the upper limit and Mo is within the scope of the present invention.
Indicates that if the alloy steel is carburized and quenched, the depth of the abnormal surface layer before shot peening becomes 14 μm, which is close to the allowable limit.
また、この実験例３は、前記実験例１、２と同様、ショ
ットピーニングにより疲労強度を向上させることができ
ることをも示している。Further, this Experimental Example 3 also shows that the fatigue strength can be improved by shot peening as in the case of Experimental Examples 1 and 2.
（４）実験例４、５、６ これら実験例４、５、は、本発明の設定範囲に対して、
Siが多過ぎ、Moが少な過ぎるときには、その合金鋼を浸
炭焼入れしても、ショットピーニング前の表面異常層の
深さが許容限界の15μｍを越えることを示している。(4) Experimental Examples 4, 5 and 6 These Experimental Examples 4 and 5 are as follows for the setting range of the present invention.
When the amount of Si is too large and the amount of Mo is too small, even if the alloy steel is carburized and quenched, the depth of the abnormal surface layer before shot peening exceeds the allowable limit of 15 μm.
また、実験例４、５は、上記のように表面異常層の深さ
が許容限界を越えているときには、ショット硬さ及びシ
ョット粒子投射速度が本発明の設定範囲内にあっても、
ショットピーニング後の表面粗さが、許容限界の1.0μ
ｍ以下を越し、圧縮残留応力も疲労強度の向上に必要と
される50kgf/mm2以上とはならず、疲労強度の向上は望
めないことを示している。このようにショットピーニン
グ後の表面粗さが許容範囲を越えたのは、他の表面層に
比べて柔らかい表面異常層が比較的厚いためにショット
硬さ及びショット粒子投射速度の増大に伴って荒れ易く
なるからであり、また、ショットピーニング後の圧縮残
留応力が必要以上ないのは、ショット粒子の運動エネル
ギが表面異常層の荒れとして費やされるためであると考
えられる。Further, in Experimental Examples 4 and 5, when the depth of the abnormal surface layer exceeds the allowable limit as described above, even if the shot hardness and the shot particle projection speed are within the set range of the present invention,
Surface roughness after shot peening is 1.0μ, which is the allowable limit.
It shows that the compression residual stress does not exceed 50 kgf / mm 2 which is required for improving the fatigue strength, and that the improvement in fatigue strength cannot be expected. Thus, the surface roughness after shot peening exceeds the allowable range because the soft abnormal surface layer is relatively thick compared to other surface layers, and thus the surface roughness increases with increasing shot hardness and shot particle projection speed. The reason why the compressive residual stress after the shot peening is not necessary more than that is considered is that the kinetic energy of the shot particles is consumed as roughness of the abnormal surface layer.
実験例６については、表面異常層の深さが許容限界を越
え、しかも、ショットピーニング条件（ショット硬さ、
投射速度）が本発明の設定範囲外にあるときには、疲労
強度の向上が望めないことを示している。In Experimental Example 6, the depth of the abnormal surface layer exceeded the allowable limit, and the shot peening conditions (shot hardness, shot hardness,
When the projection speed is out of the setting range of the present invention, it is not possible to expect improvement in fatigue strength.
（５）実験例７ 実験例７は、Si、Moが共に本発明の設定範囲内にあると
きは、その合金鋼を浸炭焼入れすれば、ショットピーニ
ング前の表面異常層の深さは、許容範囲内となるが、そ
の合金鋼に対して、本発明の設定範囲外の条件でショッ
トピーニングを行なった場合には、疲労強度の向上が望
めないことを示している。(5) Experimental Example 7 In Experimental Example 7, when both Si and Mo are within the set range of the present invention, if the alloy steel is carburized and quenched, the depth of the abnormal surface layer before shot peening is within an allowable range. However, when shot peening is performed on the alloy steel under conditions outside the set range of the present invention, it is not possible to expect improvement in fatigue strength.
なお、上記実施例では浸炭焼入れについて述べている
が、本発明は浸炭窒化焼入れにも適用でき、この場合は
表面異常層はより少なくでき好ましい結果となる。Although the above example describes carburizing and quenching, the present invention can also be applied to carbonitriding and quenching. In this case, the abnormal surface layer can be reduced, which is a preferable result.
（発明の効果） 本発明は以上述べたように、表面粗さに基づく切欠き効
果による疲労クラックの発生及び表面粗さによる耐摩耗
性の低下を防ぐことができると共にショット粒子の運動
エネルギの増大によって熱処理鋼部品の表面にいままで
以上に圧縮残留力を形成することができることから、耐
摩耗性を維持しつつ熱処理鋼部品の疲労強度を飛躍的に
向上させることができる。(Effects of the Invention) As described above, the present invention can prevent the occurrence of fatigue cracks due to the notch effect based on surface roughness and the deterioration of wear resistance due to surface roughness, and increase the kinetic energy of shot particles. Since a compressive residual force can be formed on the surface of the heat-treated steel part more than ever before, the fatigue strength of the heat-treated steel part can be dramatically improved while maintaining the wear resistance.
また、合金鋼の成分を上記のように一旦決めれば、通常
の浸炭焼入れもしくは浸炭窒化焼入れ処理によって合金
鋼の表面異常層の深さを約15μｍ以下にすることができ
ることから、表面異常層の深さを約15μｍ以下にするた
めに、特別な処置・処理を施す必要はなく、表面異常層
の深さを約15μｍ以下にする処理が複雑化することを避
けることができる。Further, once the components of the alloy steel are determined as described above, the depth of the abnormal surface layer of the alloy steel can be reduced to about 15 μm or less by the usual carburizing or carbonitriding quenching treatment. In order to reduce the depth to about 15 μm or less, it is not necessary to perform any special treatment or treatment, and it is possible to avoid the complexity of the treatment for setting the depth of the abnormal surface layer to about 15 μm or less.
第１図はショットピーニング前の平均表面異常層の深さ
とショットピーニング後の平均表面粗さとの関係を示す
特性図、 第２図はショットピーニング前の平均表面異常層の深さ
とショットピーニング後の表面圧縮残留応力との関係を
示す特性図、 第３図は熱処理鋼部品の製造プロセスを示す図、 第４図はショットピーニング前の表面異常層の深さとSi
含有量とを関係を示す特性図、 第５図はショットピーニング前の表面異常層の深さとMo
含有量との関係を示す特性図、 第６図は、表面異常層の深さが約６μｍの場合における
金属組織を示す400倍の顕微鏡写真図、 第７図は、表面異常層の深さが約10μｍの場合における
金属組織を示す400倍の顕微鏡写真図、 第８図は、表面異常層の深さが約18μｍの場合における
金属組織を示す400倍の顕微鏡写真図、 第９図は、表面異常層の深さが約25μｍの場合における
金属組織を示す400倍の顕微鏡写真図である。FIG. 1 is a characteristic diagram showing the relationship between the depth of the average abnormal surface layer before shot peening and the average surface roughness after shot peening, and FIG. 2 is the depth of the average abnormal surface layer before shot peening and the surface after shot peening. Fig. 3 is a characteristic diagram showing the relationship with compressive residual stress, Fig. 3 is a diagram showing the manufacturing process of heat-treated steel parts, and Fig. 4 is the depth of the abnormal surface layer before shot peening and Si.
Fig. 5 is a characteristic diagram showing the relation between the content and the content of Mo.
Fig. 6 is a characteristic diagram showing the relationship with the content, Fig. 6 is a 400 times micrograph showing the metal structure in the case where the depth of the abnormal surface layer is about 6 µm, and Fig. 7 shows the depth of the abnormal surface layer. 400 times micrograph showing metal structure in the case of about 10 μm, FIG. 8 shows 400 times micrograph showing metal structure in the case where the depth of the abnormal surface layer is about 18 μm, and FIG. 9 shows surface. FIG. 4 is a 400 × micrograph showing a metal structure in the case where the depth of the abnormal layer is about 25 μm.
Claims (1)
n:0.30〜1.00％、Cr:0.90〜1.20％、Mo:0.30％を越えて
0.50％以下、残部Feからなる合金鋼を浸炭焼入れもしく
は浸炭窒化焼入れし、 次いで前記合金鋼に対してショット硬さHRC50〜58、シ
ョット粒子投射速度60〜120m/secの条件でショットピー
ニングを施す、 ことを特徴とする熱処理鋼部品の鋳造方法。1. C: 0.10 to 0.40%, Si: 0.06 to less than 0.15%, M
n: 0.30 to 1.00%, Cr: 0.90 to 1.20%, Mo: 0.30% over
0.50% or less, carburizing quenching or carbonitriding quenching alloy steel consisting of the balance Fe, then shot peening under the conditions of shot hardness HRC50-58, shot particle projection speed 60-120 m / sec to the alloy steel, A method for casting a heat-treated steel part, comprising:
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| JP62186622A JPH07109005B2 (en) | 1987-07-28 | 1987-07-28 | Method for manufacturing heat-treated steel parts |
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| JP8346693A Division JP2839481B2 (en) | 1996-12-09 | 1987-07-28 | Heat-treated steel part and method of manufacturing the same |
Publications (2)
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| JPS6431927A JPS6431927A (en) | 1989-02-02 |
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| JPH0756043B2 (en) * | 1988-09-27 | 1995-06-14 | マツダ株式会社 | Steel member manufacturing method |
| JP2635479B2 (en) * | 1992-04-15 | 1997-07-30 | 新日本製鐵株式会社 | PC steel bar with excellent delayed fracture resistance |
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| JP6114616B2 (en) * | 2013-04-08 | 2017-04-12 | 本田技研工業株式会社 | Carburized parts, manufacturing method thereof, and steel for carburized parts |
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| JPS6233754A (en) * | 1985-08-05 | 1987-02-13 | Tokyo Netsushiyori Kogyo Kk | Gas carburizing heat treatment |
-
1987
- 1987-07-28 JP JP62186622A patent/JPH07109005B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPS6431927A (en) | 1989-02-02 |
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