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JPH0288714A - 鋼部材の製造方法 - Google Patents

鋼部材の製造方法

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JPH0288714A
JPH0288714A JP63241658A JP24165888A JPH0288714A JP H0288714 A JPH0288714 A JP H0288714A JP 63241658 A JP63241658 A JP 63241658A JP 24165888 A JP24165888 A JP 24165888A JP H0288714 A JPH0288714 A JP H0288714A
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JP
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steel
quenching
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Yukio Arimi
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Mazda Motor Corp
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    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/78Combined heat-treatments not provided for above
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    • C21D7/02Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
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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】 まず、鋼材料を浸炭焼入れする。この浸炭焼入れの方法
及び条件については一般的なものでよいが、焼入れ硬化
層の深さについては表面からHv550の位置までの深
さが0.2〜1.  :ll11mの範囲になるように
する。その理由は硬化層深さが0゜2Il1m未満では
得られる製品のピッチング強度が十分でなく、1.3m
mを超えると表面異常層の深さが大きくなり、得られる
鋼部材の疲労強度及びピッチング強度か共に悪影響を受
けるためである。
次に、浸炭焼入れを施した鋼材料に、ショット硬さHR
C50〜65及び/又はショット速度60〜150m/
sの条件下でショットピーニング処理を施す。このよう
な条件下で行う理由は次のとおりである。すなわち、シ
ョット硬さHRC50未満又はショット速度60m/s
では被投射祠である鋼材料の加工度が低いために次工程
における時効処理の効果が十分でなく、HRC65又は
120 m / sを超えると鋼材料の加工度が飽和す
る一方シヨツトの破損が大きいためである。
前工程の焼入れ処理により生成された残留オーステナイ
トはこのショットピーニング処理によりマルテンサイト
に変態し、硬くなって圧縮残留応力を生じさせる。従っ
て、本発明のように焼入れ後に、焼もどしをしないでシ
ョットピーニング処理を行うと、焼もどしによる残留オ
ーステナイトの減少が防止され、ショットピーニング処
理後に高い圧縮残留応力が得られるので、疲労クラック
及びピッチングクラックの伝播が抑制される。また、こ
のように焼もどし処理を省略するとコスト的に有利でも
ある。
次に、ショットピーニング処理を施した鋼材料に100
〜200℃の温度下で10分間以上時効処理を施す。こ
のような温度下で行う理由は、時膜処理の温度が100
℃未満では時効処理の効果が十分でなく、200℃を超
えるとショットピーニング処理により付加された圧縮残
留応力が解放されて低下してしまい、得られた鋼部材の
疲労強度の低下を招くためである。
鋼材料は前工程のショットピーニング処理によりハード
な加工を受けているので、鋼材料の表面層には鉄原子の
転位によりミクロな欠陥部ができているが、この時効処
理を施すことによって炭素や窒素等の侵入型原子が低温
熱拡散作用によってミクロな欠陥部に侵入して固着され
る。その結果、鋼材料の表面層は強化され、得られた鋼
部材においてピッチングクラックの発生が抑止される。
なお、前記実施例における浸炭焼入れに代えて浸炭窒化
焼入れをしてもよい。このようにすると、浸炭焼入れの
場合と比較して浸炭窒化焼入れにより添加された窒素の
時効効果が大きいので、得られる鋼部材のピッチング強
度が一層向上する。
また、前記実施例に代えて、浸炭焼入れ及びショットピ
ーニング処理の後に、リン酸塩皮膜処理、二硫化モリブ
デン皮膜処理又は浸硫皮膜処理等の表面皮膜処理を施し
、鋼材料の表面に潤滑皮膜を形成してもよい。このよう
に表面皮膜処理を行うと、この処理と同時に時効処理も
行えるので上記同様にピッチング強度が向上し、さらに
皮膜自体の表面なじみ作用、つまり、接触面のなじみに
よる面圧緩和作用によってピッチング強度が一層向上す
る。
以下、本発明に係る鋼部材の製造方法の具体例及び比較
例について説明する。
鋼材料としてはSCM420Hの材質のものを準備した
具体例1: まず、第1図の熱処理パターン図に示すように鋼材料を
930℃の温度下で3時間保持した後、降温して840
℃の温度下で30分間保持し、その後急冷して浸炭焼入
れを行った。次に、ショット硬さHRC55〜58、シ
ョット速度90〜100m/sでショットピーニング処
理を施した後、160℃の温度下で1.5時間保持し、
その後、空冷して時効処理を行った。
具体例2: まず、第2図(イ)及び(ロ)の熱処理バタン図に示す
ように、鋼材料を930℃の温度下で3時間保持した後
、降温して840℃の温度下で30分間保持して浸炭処
理をし、−旦冷却した後、今度は870℃の温度下で2
0分間保持し、さらにアンモニアガス1%を添加した混
合ガス雰囲気中の820℃の温度下で20分間保持し、
その後急冷して浸炭窒化焼入れを行った。次に、上記具
体例1と同様のショットピーニング処理をした後、19
0℃の温度下で1.5時間保持し、その後空冷して時効
処理を行った。
具体例3゜ 鋼材料を具体例1と同様に浸炭焼入れ及びショットピー
ニング処理をした後、約100℃のリン酸マンガン溶液
に1時間浸漬してリン酸マンガン皮膜処理を施し、膜厚
5〜10μmの皮膜を形成した。
具体例4: 鋼材料を具体例1と同様に浸炭焼入れ及びショットピー
ニング処理をした後、180〜190°Cの温度下で二
硫化モリブデンを1時間焼付けて二硫化モリブデン皮膜
処理を施し、膜厚10〜20μmの皮膜を形成した。
具体例5: 鋼材料を具体例1と同様に浸炭焼入れ及びショットピー
ニング処理をした後、190℃の含イオウ溶融塩液に3
0分間浸漬して浸硫皮膜処理を施し、膜厚5〜10μm
の皮膜を形成した。
比較例1 第3図(イ)及び(ロ)の熱処理パターン図に示すよう
に、鋼材料を930℃の温度下で3時間保持した後、降
温して840℃の温度下で30分間保持し、その後急冷
して浸炭焼入れを行った。
次に、200℃の温度下で1.5時間保持した後空冷し
て焼もどしを行った。その後、具体例1と同様のショッ
トピーニング処理を施したが時効処理は施さなかった。
比較例2゜ 鋼材料を比較例1と同様に、浸炭焼入れ、焼もどし及び
ショットピーニング処理を施した後、160℃の温度下
で1,5時間保持した後空冷して時効処理を行った。
以下、本発明に係る鋼部材の製造方法を評価するために
具体例と比較例の試験結果について説明する。
第4図は焼入れ後の焼もどし温度と残留オーステナイト
量との関係を示し、浸炭焼入れによって約42%生成さ
れた残留オーステナイトはその後の焼もどし処理により
減少したことを示している。
この図から明らかなように、焼もどしの温度が100℃
以下では殆ど残留オーステナイトは減少しないが、通常
行われる150℃〜200℃の温度ではかなり減少し、
比較例1及び2のように200℃で処理すると約24%
に減少する。
第5図はショットピーニング処理前の残留オーステナイ
ト量と処理後における圧縮残留応力ピーク値との関係を
示し、この場合のショットピーニング処理は具体例及び
比較例と同様の比較的高いピーニング強度条件で実施し
たものである。具体例のように焼きもどしを行わない場
合の圧縮残留応力ピーク値が約137 kgf / m
+n2であるのに対し、比較例のように焼もどしを施し
た場合の圧縮残留応力ピーク値は約104 kgf/ 
mm2と低下している。
第6図は圧縮残留ピーク値と、具体例1、比較例1及び
2の方法による歯車の疲労強度との関係を示したもので
あり、この場合における歯車の疲労試験条件は次のとお
りである。すなわち、試験機型式は動力循環式、回転速
度は3000 r、p、m。
であって、潤滑油については種類か80W90、油温が
70±3℃であり、かき上げと滴下の併用により供給し
た。比較例1及び2のものは具体例1のものよりも歯車
の疲労強度が約10%低下しており、このことから、焼
入れ後の焼もどし工程の有無に帰因する圧縮残留応力ピ
ーク値の差が製品としての歯車における疲労強度の差と
して現われることが分る。
第7図及び第8図はワイブル分析をした2円筒によるピ
ッチング試験結果を示し、第7図は具体例1と比較例1
及び2の試験結果であり、第8図は具体例2〜5と比較
例1の試験結果である。これらの場合の試験条件につい
ては、公称面圧が365kgf 7m、2 、すべり率
が30%であって油温が50±3℃である。
第7図から明らかなように具体例1のものは比較例1の
ものに比べてピッチング寿命か2倍以上向上している。
なお、比較例2のものが時効処理を施しているにも拘ら
ず具体例1のものに比べてピッチング寿命向上の効果が
十分でない理由は、時効処理による表面強化作用は行わ
れているが、焼入れ後に焼もどしを行ったので圧縮残留
応力か低いレベルにあり、ピッチングクラックの伝播抑
止作用が低下しているためであると考えられる。
第8図から明らかなように具体例2〜5のものは比較例
1のものに比べてピッチング寿命が向上している。具体
例2のものが具体例1のもの(第7図参照)以上にピッ
チング寿命が向上しているが、このことから浸炭窒化に
より添加された窒素の時効効果か大きいことが理解でき
る。また、具体例3〜5のもののピッチング寿命が向上
している理由は、皮膜処理工程における時効作用及び皮
膜自体の表面なじみ作用にあると考えられる。
(発明の効果) 以上説明したように請求項(1)の発明によると、焼も
どしを行わないので残留オーステナイトが減少せず、そ
のため次工程のショットピーニング処理によって効果的
に疲労強度の向上が図れる。また、ショットピーニング
処理後に時効処理を行うので、ショットピーニング処理
による疲労強度向上のほかに、時効処理による表面層の
強化に基づくピッチング強度の向上も図れる。
さらに、請求項(2)の発明によると、時効作用のほか
に潤滑皮膜自体の表面なじみ作用によりピッチング強度
が一層向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は熱処理パターン図であって、第1図は
具体例1のもの、第2図は具体例2のもの、第3図は比
較例1及び2のものをそれぞれ示し、第4図は焼入後の
焼もどし温度と残留オーステナイト量との関係を示す図
、第5図はショットピーニング処理前の残留オーステナ
イト量と処理後の圧縮残留応力ピーク値との関係を示す
図、第6図は圧縮残留応力ピーク値と歯車の疲労強度と
の関係を示す図、第7図及び第8図は具体例及び比較例
のものの2円筒によるピッチング試験の結果を示す図で
ある。 特 許 出 願 人 マツダ株式会社 代   理   人 弁理士 前 1) 弘ほか2名 第1 図 (イ) 第20 第3図 mより1−Kl)−ト\−り鵬−ミニ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)鋼材料を浸窒焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れした
    後、ショットピーニング処理を施し、しかる後、時効処
    理を施すことを特徴とする鋼部材の製造方法。
  2. (2)前記時効処理は、鋼材料の表面に潤滑皮膜を形成
    する処理であることを特徴とする請求項(1)記載の鋼
    部材の製造方法。
JP63241658A 1988-09-27 1988-09-27 鋼部材の製造方法 Expired - Fee Related JPH0756043B2 (ja)

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US07/412,774 US5019182A (en) 1988-09-27 1989-09-26 Method of forming hard steels by case hardening, shot-peening and aging without tempering

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