JPS62112727A - 高強度高面圧用部品の製造方法 - Google Patents

高強度高面圧用部品の製造方法

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JPS62112727A
JPS62112727A JP25112885A JP25112885A JPS62112727A JP S62112727 A JPS62112727 A JP S62112727A JP 25112885 A JP25112885 A JP 25112885A JP 25112885 A JP25112885 A JP 25112885A JP S62112727 A JPS62112727 A JP S62112727A
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JP
Japan
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less
annealing
steel
strength
surface pressure
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JP25112885A
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English (en)
Inventor
Kenji Isokawa
磯川 憲二
Katsunori Takada
高田 勝典
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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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) 本発明は歯車、スプライン軸などの高強度高面圧用部品
の製造に係り、より詳細には、が−る部品の加工及び熱
処理による製造方法に関する。 (従来の技術及び問題点) 表面に強い応力が加わるような用途に向ける機棟構造用
部品、すなわち、歯車、スプライン軸などの高強度高面
圧用部品の製造に当たっては、素材の加工後に表面硬化
処理を施すことが多い。表面硬化処理法としては、浸炭
焼入れ及び高周波焼入れが代表的である。 しかし、上記のような部品に適用した場合、熱処理歪が
小さく、歯元強度や面圧強度が高いという特性が要求さ
れるところであるが、よく知られているように、前者の
浸炭焼入れは、高度の表面硬化ができ、高Cにして面圧
強度を高めることができるが、■長時間の加熱を要し多
くのエネルギーを消費する、■全体を焼入れするので処
理に(fう変形(歪)が大きい、■多数の所要個数を一
括処理するのでインライン化が不可能である、等々の欠
点がある。 一方、後者の高周波焼入れは、短時間の処理で実施でき
て省エネルギーの観点から好ましい上に、変形が小さい
ために仕上げ加工が不要又は簡単で済み、インライン化
が可能であるという利点があるが、0表面硬化の度合は
浸炭焼入れに及ばず、面圧強度が出ない、■またT方向
に対する曲げ疲れ強さく歯元疲れ強さ)も浸炭焼入れ材
料に比べ低いという欠点がある。 このような理由から、負荷される応力が大きい上記部品
の表面硬化処理法としては、従来、浸炭処理が普通で、
高周波焼入れは殆ど行われていなt)。 (発明の目的) 本発明は、上記のような高周波焼入れの利点を活かしつ
\その欠点を解消して、特に安定した高い歯元強度及び
面圧強度を確保できる高強度高面圧用部品を容易に製造
できる方法を提供することを目的とするものである。 (発明の構成) 上記目的を達成するため5本発明者等は、高周波焼入れ
の効果を高め得る方策について研究を重ねた結果、従来
の炭素鋼よりもC,Mn、M、o、Vなどの含有量を高
めた鋼にして高周波焼入れすることにより可能であるこ
とを見い出した。しかし、これに伴い高周波焼入れ前に
行う切削加工が殆ど不可能であるという問題が生じたた
めに、この切削加工前に温間又は熱間加工によって予め
製品形状に近似する素形材を製作し、次いで特定条件に
て焼なましを実施するならば、切削加工が容易で。 かつ、硬さ及び高周波焼入れ性が確保され、これを高周
波焼入れに供して所期の諸特性を具備せしめ得ることを
知見した。 すなわち、本発明の要旨とするところは1重量割合で、
C:0.50〜0.65%、Si:0.01%以上0.
50%未満、Mn:1.O−2,0%と、Mo:0.1
0%−2,0%及びV:0.05〜0.50%のうちの
1種又は2種とを必須成分として含む鋼を用いて、温間
又は熱間加ニー焼なまし一切削一高周波焼入れの加工工
程で歯車等の高強度高面圧用部品を製造するに際し、前
記焼なましを加熱温度675〜825℃、 冷却速度1
0〜200℃/hrの条件にて行うことを特徴とする高
強度高面圧用部品の製造方法にある。 以rに本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。 本発明法が対象とする鋼は、前述の如〈従来の炭素鋼よ
りもC,Mn、Mo、Vなどを高めたものであるが、詳
細には以下に示す成分組成(重量割合)並びに各成分の
含有量の限定理由によるものである。 まず、上記鋼はC,Si、MnとMo及びVのうちの1
種又は2種とを必須成分として含有する。 Cは歯車等々の高強度高面圧用部品に要求される強度を
得るために0.50%以上必要とするが。 焼き割れを防止するために上限を0.65%とする。 Siは脱酸のため0.01%以上必要であり、一方、多
くなると塑性加工の容易さが失われていくので、0.5
0%未満とする。 Mnは脱酸のため及び焼入れ性を増して強度を確保する
ために1.0%以上を必要とするが、多くなると被剛性
を聞書するので2.0%を上限とする。 Mo及び■は強度及び靭性を向上させる成分でアリ、M
o:0.10〜2.0%及びV:0.05〜0.50%
のうちの1種又は2種を含有せしめる。 なお、Moは2.0%を超えて添加すると延性を損うこ
とになり、■は特に結晶微細化作用により面圧強度の向
上に役立つが、0.50%を超えて添加してもそれらの
効果が飽和する。 以上の必須成分を有する鋼に対し、以下に示す任意成分
を必要に応じて添加することができる。 Ni、Cr及びBは高周波焼入れ後の強度及び靭性を向
上させるうえで有効な元素であるので、添加する場合に
は、Ni:5.0%以下、(:r: 2 、0%以下及
びB:0.010%以下のうちの1種又は2種以上を添
加する。なお、各成分とも上限値を超えて多量に添加す
ると延性を損う。 Al1、N、Ti及びNbはいずれも結晶粒を微細化す
る作用を有するので、添加する場合には。 A11I:0.1%以下、N:0.03%以下、Ti:
0゜5%以下及びNb:0.5%以下のうちの1種又は
21i111以上を添加する。しかし、各成分とも上限
値を超えて多量に添加しても効果は飽和するので、上限
値内で添加する。なお、これらの成分のうちのTi及び
Nbは上記範囲内の添加で耐面圧疲労性の向上にも役立
つ効果もある。 Ca、Ta及びpbは、鋼中のMnS介在物を球状化さ
せ被剛性を向上させる成分であるので、Ca:0.01
%以下、Te:0.5%以下及びPb:0.5%以下の
うちの1種又は2種以上を必要に応じて添加する。しか
し、多量に添加すると熱間加工性及び延性を害するので
、上記上限値以内とする。 なお、これらの成分は上記添加範囲内でT方向の曲げ疲
労性を改善し、靭性を向上させる効果もある。 P及びSは焼割れ防止を目的とする場合にP:0.02
%以下及び/又はS : 0 、0.1%以下を添加す
る。なお、Sを0.01%以下と低下させることによっ
て鋼中のMnS介在物の量が低減する。 これは、高周波焼入れ材のT方向の曲げ応力による疲労
破壊の起点がAfl、O,介在物ではなく。 MnS介在物であることが判明したため、従来は被削性
をよくするためMnS介在物の存在をむしろ歓迎してい
たのに反し、高周波焼入れ材のT方向の曲げ疲れ強さの
向上の効果を奏するものである。 ○は圧延加工等の加工方向の疲れ強さや面圧強度を高く
シ、また耐ピツチング性を確保する場合。 0.0020%以下で含有させることができる。 以上示した成分組成の鋼について、本発明では、温間又
は熱間加工、好ましくは鋳造によって素形材を予め製作
する。この素形材は、高い硬度を有するが、製品の形状
にはダ同じ形状に加工されるので、その後に行う切削加
工にてとり代を多くする必要がなく、したがって、切削
加工のために特に素形材の硬さを必要以上に低くする必
要がない。 素形材を切削加工する前、すなわち温間又は熱間加工後
に焼なましを施す。この焼なまし処理は、前述の如く切
削加工に先立って硬さを低くすると共に1組織を調整し
、高周波焼入れ性を確保しつつ、高周波焼入れ後に所望
の硬さく例、HRC45)の硬化層深さを充分、かつ、
安定して得るために行うものである。 そのためには、焼なましの加熱温度を675〜825℃
、冷却速度を10〜b しくは10〜b る。上記加熱温度は硬さを確保するために675℃以上
とする。またV炭窒化物の凝集を図ると同時に、2相加
熱においてはフェライト中にMoを固溶させ、オーステ
ナイトの焼入れ性を低下させ。 その後比較的速く冷却してもベイナイト変態が起きない
ようにして、硬さを必要程度に低くするために、加熱温
度の上限は825℃とする。冷却速度が250℃/hr
を超えるとベイナイト変態が生じてしまい、一方、10
℃/hr未満では焼入性改善成分が球状炭化物となって
しまってマトリックスに溶は込まず、かつ、球状炭化物
が粗大化して高周波焼入性が低下し、硬化層深さのバラ
ツキが大きくなるので、10〜b 却速度にする。 焼なまし処理後は素形材に切削加工を実施して所定の部
品形状にし、これに高周波焼入れを行う。 高周波焼入れの諸条件は特に制限されない。 (実施例) 第1表に示す成分組成(wt%)のW!を電気炉で溶製
し、鋼塊を圧延して径45mmの丸棒を得た。 次いでこれを熱間鍛造によりm=2.25、歯数=19
、歯幅=20mmの鍛造歯車を素形材とし。 焼なまし処理を行った。焼なましは加熱温度及び冷却速
度を種々変化させて行い、硬さくHRC)及び組織を調
べた。その結果の一例を第1図及び第2図に示す。 第1図は種々の加熱温度で1時間保持した後、冷却速度
100℃/hrで冷却したときの加熱温度と硬さの関係
を示している。同図より、加熱温度を適当に決定すれば
、所望レベルの低い硬さを確保できることがわかる。 一方、第2図は焼なましの加熱温度を825℃(Xlh
r)とし、冷却速度を種々・変化させたときの硬さと組
織の関係を示したもので、冷却速度を200℃/hr以
下にするとベイナイト組織が存在せず、硬さを低下させ
ることができる。 更に、焼なましの冷却速度と高周波焼入れ後の硬化層深
さく但し、歯元でHRC45が11すられる深さ)との
関係を調べるために、加熱温度750’C(X l h
r)で冷却速度を変化させて焼なましを行った後、切削
加工を加え、高周波焼入れを実施した後、焼もどしく1
50℃)を行い、硬さを側室して硬化層深さを求めた。 その結果を第3図に示す。 同図より、冷却速度が10℃/hr未滴になると製品(
歯車)の硬化層深さが小さくなり、高周波焼入性が悪く
なると共に、鋼の材質によってバラツキが大きくなるが
、10℃/hr以上の冷却速度の場合には、硬化層深さ
が大きく、安定して得られることがわかる。 なお、上記の如く素形材に焼なまし一切削加工−高周波
焼入れを施したものについて、焼割れ性を調べた。その
結果を第1表に併記する。なお、焼割れ性の試験は、第
2表に示す諸元の歯車を成形し、第3表に示す条件で高
周波焼入れを行った。
【以下余白】
第1表より明らかなように、高周波焼入れ時に水溶性焼
入剤を噴射させたものは、いずれの鋼も焼割れを生じて
いないが、更に、p、sを特定範囲以下としたものは、
水噴射した場合においても焼割れを生じていない。 (発明の効果) 以上詳述したように、本発明によれば、歯車、スプライ
ン軸等々の高強度面圧用部品の製造において高周波焼入
れにより表面硬化処理を施すに当たり、特定成分組成を
有する鋼につき温間又は熱間加工後の素形材に焼なまし
処理を施した後に切削し、高周波焼入れを実施するので
、歯元強度。 面圧強度など高強度高面圧用部品に要する特性を充分確
保しつつ、容易に機械加工を行うことが可能となる。し
たがって、処理時間の短縮、インライン化等々の高周波
焼入れの利点を活かして高能率で安価に製品を製造する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)は焼なまし処理における加熱温度
と硬さの関係を示す図、 第2図は同様に焼なまし処理における冷却速度と硬さ及
び組織の関係を示す図、 第3図は焼なまし処理における冷却速度と高周波焼入れ
処理後の硬化層深さとの関係を示す図である。 特許出願人   大同特殊鋼株式会社 代理人弁理士  中  村   尚 カ0 ら51屓(ス1hマ) 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量割合で、C:0.50〜0.65%、Si:0
    .01以上0.50%未満、Mn:1.0〜2.0%と
    、Mo:0.10〜2.0%及びV:0.05〜0.5
    0%のうちの1種又は2種とを必須成分として含む鋼を
    用いて、温間又は熱間加工−焼なまし−切削−高周波焼
    入れの加工工程で歯車等の高強度高面圧用部品を製造す
    るに際し、前記焼なましを加熱温度675〜825℃、
    冷却速度10〜200℃/hrの条件にて行うことを特
    徴とする高強度高面圧用部品の製造方法。 2 前記鋼は、Ni:5.0%以下、Cr:2.0%以
    下及びB:0.010%以下のうちの1種又は2種以上
    を含有するものである特許請求の範囲第1項記載の製造
    方法。 3 前記鋼は、Al:0.1%以下、N:0.03%以
    下、Ti:0.5%以下及びNb:0.5%以下のうち
    の1種又は2種以上を含有するものである特許請求の範
    囲第1項又は第2項記載の製造方法。 4 前記鋼は、Ca:0.01%以下、Te:0.5%
    以下及びPb:0.5%以下のうちの1種又は2種以上
    を含有するものである特許請求の範囲第1項〜第3項の
    いずれかに記載の製造方法。 5 前記鋼は、S:0.01%以下及びP:0.02%
    以下のうちの1種又は2種を含有するものである特許請
    求の範囲第1項〜第4項のいずれかに記載の製造方法。 6 前記鋼はO:0.0020%以下を含有するもので
    ある特許請求の範囲第1項〜第5項のいずれかに記載の
    製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02179841A (ja) * 1988-12-29 1990-07-12 Aichi Steel Works Ltd 高周波焼入用非調質鋼およびその製造方法
US6270596B1 (en) * 1998-04-17 2001-08-07 Sanyo Special Steel., Ltd. Process for producing high strength shaft
US9039962B2 (en) 2010-03-30 2015-05-26 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Steel for induction hardening, roughly shaped material for induction hardening, producing method thereof, and induction hardening steel part

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US9039962B2 (en) 2010-03-30 2015-05-26 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Steel for induction hardening, roughly shaped material for induction hardening, producing method thereof, and induction hardening steel part
US9890446B2 (en) 2010-03-30 2018-02-13 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Steel for induction hardening roughly shaped material for induction hardening

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