JPS6223930A - 高強度平歯車の製造方法 - Google Patents

高強度平歯車の製造方法

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JPS6223930A
JPS6223930A JP16338385A JP16338385A JPS6223930A JP S6223930 A JPS6223930 A JP S6223930A JP 16338385 A JP16338385 A JP 16338385A JP 16338385 A JP16338385 A JP 16338385A JP S6223930 A JPS6223930 A JP S6223930A
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upsetting
warm
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Wataru Takahashi
渉 高橋
Takashi Fukuda
隆 福田
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Sumitomo Metal Industries 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 この発明は、高精度な平歯車の製造方法に係り、特に低
N−Nb岨粗粒化用鋼を用い、温間鍛造により精密型鍛
造を行ない、細粒化処理により歯元曲げ強度を向上させ
た高精度・高強度平歯車の製造方法に関する。
従来技術とその問題点 自動車用篩として使用される歯車精度がJI84級!U
ヒの高精度な平歯車は、一般に、圧延材→熱間鍛造→焼
ならしく焼なまし)→機械加工→歯切り加工→シェービ
ング→浸炭焼入れ・焼戻しの製造工程にて製造されてい
る。従来の製造方法は上記のごとく熱間鍛造後に損拭加
丁、歯切り加工の工程が不可欠であった。この機械加工
、歯切り加工の工程では、熱間鍛造後に素材にスケール
が発生し、熱間鍛造で精密な寸法に仕上げることができ
ないため、熱間鍛造で平歯車粗材である円板まで作製し
ておき、熱間鍛造後に機械加工と歯切り加工によって精
密寸法に仕上げていた。
しかるに、上記の機械加工および歯切り加工の工程は、
平歯車の製造コストを引き上げる要因であり、歩留りが
悪く量産には不利であり、また歯切り時にメタルフロー
が切断されることになり、歯元曲げ強度が低下する等、
種々の問題があった。
発  明  の  目  的 この発明は従来の前記問題を解決するためになされた本
ので、従来法で不可欠の歯切り加工を省略し、歯元曲げ
強度のすぐれた高精度・高強度の平歯車を歩留りよく高
効率で製造可能な平歯車製造方法を提案することを目的
とするものである。
発  明  の  構  成 この発明に係る高強度平歯車の製造方法は、低N−Nb
1tttt粗粒化鋼を用い、スケール発生がなく高精度
である冷間鍛造と低荷重で高変形能が得られる熱間鍛造
の利点を具備した温間鍛造を利用することにより歯切り
加工工程を省略し、また、鋼材の浸度温度まで加熱保持
したのち、使用耐粗粒化鋼のAr、変態点以下に冷却し
、再び焼入れ温度まで加熱して焼入れを行なう細粒死没
次処理により歯元γ粒度をASTM A 10以上とす
ることにより歯元曲げ強度を向上させる方法である。
すなわち、この発明はC0,07〜0.25%、 sl
o、35%以下、  Mn 0.3〜1.5%、Nb 
0.02〜0.1%、11oe A# 0.01〜0.
05%、N  0.001〜0.0080%を含有I−
1さらにNi0.4〜3%、Cr 0.4〜1.5%、
M20.15〜0.5%のうちの1種以上を含み、残部
Feおよび不可避的不純物よりなる耐粗粒化性にすぐれ
た温間鍛造用肌焼鋼からなる丸棒鋼材を所要長さに切断
後スケールを除去し、全据込み率で20%以上の予備据
込み加工を施した鍛造用素材を100〜200℃の温度
範囲に加熱して水溶性潤滑剤溶液に浸し、該素材表面に
潤滑被膜を形成し、高周波加熱により650〜900℃
に加熱し、精密型鍛造により平歯車となし、得られた平
歯車にサイジングあるいはシェービングを施し、前記平
歯車を浸炭処理したのち、Ar、変態点以下まで冷却し
、再び加熱して焼入れ焼戻しを行ない歯元r結晶粒度を
ASTM & 10以上とすることを特徴とするもので
ある。
この発明の対象鋼である温間鍛造用肌焼鋼は従来の肌焼
鋼に比べ、鋼中のN含有量を抑制することによりNbN
の生成を少なくして、NbCを生成させ、同時にAIN
によりさらにNbNの生成を抑えて、NbCの粗粒化防
止効果を最大限に発揮する特徴を有するものであり、そ
の成分を限定したのは次に示す理由による。
Cは、この発明の対象鋼が肌焼鋼であり、成形加工後浸
炭あるいは浸炭窒化等の表面処理が施されるものであり
、その芯部の強度および耐衝撃性を確保するためには0
.07%以上必要である。しかし、あまり多くすると耐
衝撃性が悪化するため上限は0.25%とした。
Siは、脱酸剤として必要であるが、0゜35%を超え
ると加工性が悪化するため0.35%以下とした。
Mnは、焼入れ性向上のために含有させるが、このため
には0.3%以上必要である。しか(7多過ぎると加工
性が劣化するため上限は1.5%とした。
Ni)は、結晶粒の粗大化防止のために含有させるが、
この効果を得るためには0.02%以上必要である。ま
た、多いほどこの効果は大きいが、ある程度以上になる
と飽和するため、経済性をも考慮して上限は0.1%と
した。
5olAlは、後述のNと共に結晶粒の粗大化防止効果
を有するが、0.01%未満であるとその効果は得られ
ず、0.05%を超えると逆に結晶粒が粗大化し易くな
るため0.01〜0.05%とした。
Nは、従来の通常肌焼鋼にo、 o o s〜0,01
5%含有されており、鋼中でA/Nになって粒界に析出
し結晶粒の粗大化を防止するが、温間鍛造により成形加
工する場合はo、o o s〜0.015%の含有量で
はNbNとなり易く、粗粒化防止能が劣化する。また、
A7?で十分AeNとして固定化するためにもN量はo
、oos%以下にする必要がある。なお下限は製鋼上の
理由によりo、ooi%とした。
Nl + cr、 Moは、焼入れ性の付与に有効で、
これらのうちの1種以上を含有させるものであり、N1
は強靭性をも考慮して0.4〜3%、Crは0.4〜1
.5%、 MQは高温焼戻し脆性をも考慮して0.15
〜0.5%とした。
この発明では、上記温間鍛造用肌焼鋼からなる丸棒鋼材
を所要長さに切断後スケールを除去するが、丸棒鋼材の
切断は鍛造用素材の変形や端面のだれを防止するため、
鋸または拘束シャー切断が望ましく、またスケール除去
にはショツトブラストあるいは酸洗を適用し、必要に応
じて鍛造用素材のかど部が型鍛造時に折込み疵となるの
を防止する面取を施すのもよい。
また、この発明の鍛造用素材として、全据込み率で20
%以上の予備据込み加工を施したものを用いるのは、鍛
造後の製品歯部において十分に折れ曲ったメタルフロー
を有する鍛造歯車とするためであり、歯元曲げ強度の向
上に有効である。この全据込み率は歯車に鍛造した際の
製品高さと丸棒切断材との比率であり、20%未満では
上記強度向上効果が小さいため、20%以上の予備据込
み加工が必要である。この予備据込み加工は、温間精密
型鍛造工程の歯面鍛造前に行なっても同様の効果が得ら
れる。
上記鍛造用素材を水溶性潤滑剤溶液に浸漬し、素材表面
に潤滑剤被膜を形成させる際の素材温度は、100℃未
満では表面の潤滑剤被膜の乾燥速度が悪く好ましくなく
、また200℃を超えると潤滑剤が泡状に素材表面に付
着して均一かつ十分な被膜が形成されないため、100
〜200℃の加熱温度とした。また、この潤滑剤被膜は
高周波加熱時のスケール発生防止並びに、精密型鍛造時
の潤滑剤として機能するもので、一般にコロイダルグラ
ファイトが使用されるが、この発明においても水溶性カ
ーボン潤滑剤が好ましい。
精密型鍛造時の加熱は、スケールの生成を抑止しかつ経
済的に加熱処理するために例えば、200℃/ m l
 n以上の加熱速度で急速加熱する必要があり、高周波
加熱が好ましい、また、高周波加熱時の加熱温度は、6
50℃未満では変形能が低く、鋳造荷重が高くなり、ま
た製品に加工硬化め影響が残るため好ましくなく、逆に
900℃を超えるとスケールが生成し製品の歯形精度が
低下するため、650〜900℃の加熱温度とした。
精密型鍛造は、上記温度に加熱し、た鍛造用素材を例え
ばクランクプレス等の鍛造機械に装着された金型に装入
して温間で行なう。成形後の製品は金型より取出して空
冷するが、素材が焼入れ性の高い材料の場合は、後工程
での切削を容易にするため徐冷する。また、浸炭時の粗
粒化防止にも徐冷が有効である。
精密型鍛造により得られた平歯車に苅しサイジングある
いはシェービングを施すのは、平歯車の歯形精度をより
向上させるためであり、要求される歯車精度やコスト等
の諸条件に応じて適宜選定すればよい。
この発明における平歯車のglk細化浸炭処理は、通常
の浸炭温度まで加熱し、所要時間これを保持したのち、
Ar1変態点以下まで冷却し、再度所要焼入れ温度まで
加熱して焼入れ焼戻しを行なう方法を用いるが、その際
の加熱温度、保持時間、冷却速度等は材質に応じて適宜
選定すればよい。
なお、この発明において、歯元r結晶粒度をASTMA
IO以上としたのは、最終製品の歯元γ粒径は小さいほ
ど歯元曲げ強度が大きく、ASTM410以上では特に
大きな強度を示すが、通常の肌焼鋼では微細化浸炭処理
を施してもASTM A10以上は得られず、低N−N
1)耐粗粒化用鋼を用いた場合のみASTMAIO以上
となることが判明したことKよる。
第1図はこの発明に係る高強度平歯車の製造工程を示す
ブロック図である。
すなわち、低N−Nb耐粗粒化鋼からQる丸棒鋼材を鋸
またはシャー切断にて所要長さに切断後、ショツトブラ
ストあるいは酸洗にてスケールを除去し、必要に応じて
面取を施した後、全据込み率で20%以上の予備据込み
加工を施して鍛造用素材とする。次に、この鍛造用素材
を100〜200℃の温度に加熱して水溶性カーボン潤
滑剤等の潤滑溶液に浸漬し、素材表面に潤滑剤被膜を形
成する。
続いて、高周波加熱により前記素材を650〜900℃
に急速加熱した後、クランクプレス等の鍛造機械にて温
間精密型鍛造を行ない、得られた平歯車を空冷または徐
冷した後、押出鍛造等のサイジングあるいは切削仕上げ
を行なうシェービングを施して平歯車の歯形精度を向上
させる。なお、前記予備据込み加工は温間精密型鍛造工
程の歯面鍛造前に行なってもよい。
最終工程の細粒化浸炭処理では、第2図にその浸炭処理
方法を示すごとく、まず通常の浸炭温度T1まで加熱し
、当該温度に所要時間保持したのち、Ar、変態点以下
まで冷却し、再度所要焼入れ温度T2まで加熱し、所要
時間保持したのち冷却して浸炭焼入れを行なう。続いて
、再び所要の焼戻し温度T3まで加熱し焼戻しを行ない
、歯元γ結晶粒度をASTM A 10以上とする。第
3図は歯元γ結晶粒度の測定位置を示す図で、図中の点
用部分で測定する。
実   施   例 第1表に示す供試鋼を用い、第2表および第4図に示す
仕様の平歯車を第2表に示す諸条件で温間鍛造した。
すなわち、圧延【7たままの供試丸棒鋼材を第2表に示
す寸法に鋸切断【7、その後ショツトブラストにてスケ
ールを除去し、全据込み率53%の予備据込みを施し、
140℃に加熱して、水溶性潤滑剤(商品名:デルタフ
オージ1441日本アチソン社製)の2倍希釈液中に浸
漬し潤滑剤被膜を形成した後、高周波加熱し第2表に示
す条件でクランクプレスによる温間鍛造を行なった。
温間鍛造後、型より取出して空冷し7、シェービングを
施した後細粒化浸炭処理を施【7た。焼入れ焼戻し後の
歯元硬度は、曲げ強度に大きな影響を与えるため、全供
試鋼において歯元硬度がHV 350±20になるよう
に焼入れ焼戻し条件を調節した。
得られた各歯車の歯元曲げ強度と材料の結晶粒度を測定
した結果を第3表に示す。なお、歯元曲げ強度試験はプ
レス機で歯を曲げる試験を行ない、結晶粒度はASTM
のダレインサイズ番号(GS & )で示している。
また、比較のため、第1表に示す比較鋼を用い、上記と
同様の工程により同仕様の平歯車を製造し、得られた平
歯車の結晶粒度と歯元曲げ強度を第3表に併せて示した
第3表の結果より明らかなごとく、低N−N1)耐粗粒
化鋼を用い、20%以上の予備据込みを施し、温間鍛造
し、細粒化浸炭処理を行なって得られたものは、通常鋼
を用いて同様の工程で製造した平歯車より高強度を示し
、従来の熱間鍛造、歯切り加工した平歯車(歯元曲げ強
度は5000kf程度)より強度の大幅向上が確認され
た。
また、歯形精度を調べるため、第1表に示すB鋼を用い
、7000個の平歯車を製造し、歯形精度を測定したと
ころ、第4表に示す結果を得た。
第4表の結果より、この発明に係る製造方法は、I!s
総合総合4濱精平歯車を歯切り加工なしで高能率で量産
できることが確認された。
(以下余白) 第   2   表 (以下余白) 第    3   表 結晶粒度: JIS−G 0551による粒度ム第  
 4   表 発  明  の  効  果 以上説明したごとく、この発明方法によれば、従来不可
欠であった歯切り工程を省略できるので、製造コストの
引き下げが可能となり、また予備据込みによるメタルフ
ローの強化および成品横断面でのメタル70−が切断さ
れないこと、さらに歯元結晶粒径の微細化により歯元曲
げ強度の大幅向上がはかられ、高精度・高強度の平歯車
を高能率で安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係る高強度平歯車の製造工程を示す
ブロック図、第2図は同上における細粒化浸炭処理方法
を示す図、第3図は平歯車の歯元結晶粒度測定位置を示
す概略図、第4図はこの発明の実施例における平歯車を
示す縦断側面図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 C 0.07〜0.25%、Si 0.35%以下
    、Mn 0.3〜1.5%、Nb 0.02〜0.1%
    、solAl 0.01〜0.05%、N 0.001
    〜0.0080%を含有し、さらにNi 0.4〜3%
    、Cr 0.4〜1.5%、Mo 0.15〜0.5%
    のうちの1種以上を含み、残部Feおよび不可避的不純
    物よりなる耐粗粒化性にすぐれた温間鍛造用肌焼鋼から
    なる丸棒鋼材を所要長さに切断後スケールを除去し、全
    据込み率で20%以上の予備据込み加工を施した鍛造用
    素材を100〜200℃の温度範囲に加熱して水溶性潤
    滑剤溶液に浸し、該素材表面に潤滑被膜を形成し、高周
    波加熱により650〜900℃に加熱し、精密型鍛造に
    より平歯車となし、得られた平歯車にサイジングあるい
    はシェービングを施し、前記平歯車を浸炭処理したのち
    、Ar_1変態点以下まで冷却し、再び加熱して焼入れ
    焼戻しを行ない歯元γ結晶粒度をASTM No.10
    以上とすることを特徴とする高強度平歯車の製造方法。 2 予備据込み加工は、温間精密型鍛造工程の歯面鍛造
    前に行なうことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の高強度平歯車の製造方法。
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