JP2003055711A - 鋼部材の表面処理方法およびその焼入れ部品 - Google Patents
鋼部材の表面処理方法およびその焼入れ部品Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】鋼部材をオーステナイト化温度以上に急速加熱
し、続いて焼入れを施す工程の前段階において、鋼部材
にショットピーニングを施すことで、鋼部材の表面を塑
性加工または鋼部材に圧縮残留応力を付与することがで
き、このショットピーニング後に上記温度以上に急速加
熱して焼入れを行なうことで、より一層微細で、かつ安
定したオーステナイト結晶粒を確保することができ、疲
労強度の向上を図ることができる鋼部材の表面処理方法
の提供を目的とする。 【解決手段】鋼部材の表面処理方法であって、上記鋼部
材を浸炭焼入れまたは浸炭窒化焼入れする浸炭工程Ｓ１
と、上記鋼部材にショットピーニングを施すショットピ
ーニング工程Ｓ２と、上記ショットピーニングの後、上
記鋼部材をオーステナイト化温度以上に急速加熱し、続
いて焼入れを施す焼入れ工程Ｓ３とを備えたことを特徴
とする。
し、続いて焼入れを施す工程の前段階において、鋼部材
にショットピーニングを施すことで、鋼部材の表面を塑
性加工または鋼部材に圧縮残留応力を付与することがで
き、このショットピーニング後に上記温度以上に急速加
熱して焼入れを行なうことで、より一層微細で、かつ安
定したオーステナイト結晶粒を確保することができ、疲
労強度の向上を図ることができる鋼部材の表面処理方法
の提供を目的とする。 【解決手段】鋼部材の表面処理方法であって、上記鋼部
材を浸炭焼入れまたは浸炭窒化焼入れする浸炭工程Ｓ１
と、上記鋼部材にショットピーニングを施すショットピ
ーニング工程Ｓ２と、上記ショットピーニングの後、上
記鋼部材をオーステナイト化温度以上に急速加熱し、続
いて焼入れを施す焼入れ工程Ｓ３とを備えたことを特徴
とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えばデファレ
ンシャルギヤやピニオンギヤなどのギヤまたは、その他
の動力伝達部材のように耐摩耗性、耐疲労強度が要求さ
れるような鋼部材の表面処理方法およびその焼入れ部品
に関する。
ンシャルギヤやピニオンギヤなどのギヤまたは、その他
の動力伝達部材のように耐摩耗性、耐疲労強度が要求さ
れるような鋼部材の表面処理方法およびその焼入れ部品
に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に上述例の鋼部品には、ねじれ疲労
強度、引張疲労強度、曲げ疲労強度、面圧疲労強度、並
びに耐摩耗性が要求され、特にデファレンシャルギヤや
ピニオンギヤなどの動力伝達部品については、より一層
高い耐摩耗性および耐疲労性が要求される。そこで、従
来、特開平７−３１６６４０号公報に記載のような鋼部
材の表面処理方法が既に発明されている。
強度、引張疲労強度、曲げ疲労強度、面圧疲労強度、並
びに耐摩耗性が要求され、特にデファレンシャルギヤや
ピニオンギヤなどの動力伝達部品については、より一層
高い耐摩耗性および耐疲労性が要求される。そこで、従
来、特開平７−３１６６４０号公報に記載のような鋼部
材の表面処理方法が既に発明されている。
【０００３】この表面処理方法は、低炭素鋼からなる素
材をオーステナイト化温度以上に加熱して浸炭処理を施
した後に、オーステナイト化温度未満に冷却し、この冷
却された素材をオーステナイト化温度以上に急速加熱
し、続いて焼入れ処理(高周波焼入れ処理)を施すもので
ある。
材をオーステナイト化温度以上に加熱して浸炭処理を施
した後に、オーステナイト化温度未満に冷却し、この冷
却された素材をオーステナイト化温度以上に急速加熱
し、続いて焼入れ処理(高周波焼入れ処理)を施すもので
ある。
【０００４】この従来の表面処理方法によれば、浸炭処
理により素材表面の硬さを高めて、耐摩耗性の向上を図
ることができると共に、上述の焼入れ処理によりオース
テナイト結晶粒の微細化を図って、耐疲労強度を高める
ことができる。しかし、近年、上述の表面処理方法によ
る耐摩耗性および耐疲労強度に対して、さらに高い耐摩
耗性、耐疲労強度が要求されつつある。
理により素材表面の硬さを高めて、耐摩耗性の向上を図
ることができると共に、上述の焼入れ処理によりオース
テナイト結晶粒の微細化を図って、耐疲労強度を高める
ことができる。しかし、近年、上述の表面処理方法によ
る耐摩耗性および耐疲労強度に対して、さらに高い耐摩
耗性、耐疲労強度が要求されつつある。
【０００５】一方、特開平１０−２３１９０８号公報に
は鋼部材に浸炭焼入れを施し、その後、該鋼部材に高周
波焼入れ、焼もどしを施した後に、ショットピーニング
を行なう鋼部材の表面処理方法が開示されているが、高
周波焼入れの後にショットピーニング処理を施しても、
結晶粒の微細化には何等寄与しないものである。
は鋼部材に浸炭焼入れを施し、その後、該鋼部材に高周
波焼入れ、焼もどしを施した後に、ショットピーニング
を行なう鋼部材の表面処理方法が開示されているが、高
周波焼入れの後にショットピーニング処理を施しても、
結晶粒の微細化には何等寄与しないものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、鋼部材を
オーステナイト化温度以上に急速加熱し、続いて焼入れ
を施す工程の前段階において、鋼部材にショットピーニ
ングを施すことで、鋼部材の表面を塑性加工または鋼部
材に圧縮残留応力を付与することができ、このショット
ピーニング後に上記温度以上に急速加熱して焼入れを行
なうことで、より一層微細で、かつ安定したオーステナ
イト結晶粒を確保することができ、疲労強度の向上を図
ることができる鋼部材の表面処理方法の提供を目的とす
る。
オーステナイト化温度以上に急速加熱し、続いて焼入れ
を施す工程の前段階において、鋼部材にショットピーニ
ングを施すことで、鋼部材の表面を塑性加工または鋼部
材に圧縮残留応力を付与することができ、このショット
ピーニング後に上記温度以上に急速加熱して焼入れを行
なうことで、より一層微細で、かつ安定したオーステナ
イト結晶粒を確保することができ、疲労強度の向上を図
ることができる鋼部材の表面処理方法の提供を目的とす
る。
【０００７】この発明はまた、オーステナイト結晶粒が
微細化し、疲労強度の向上を図った鋼部材(部品)を得る
ことができる焼入れ部品の提供を目的とする。
微細化し、疲労強度の向上を図った鋼部材(部品)を得る
ことができる焼入れ部品の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明による鋼部材の
表面処理方法は、上記鋼部材を浸炭焼入れまたは浸炭窒
化焼入れする浸炭工程と、上記鋼部材にショットピーニ
ングを施すショットピーニング工程と、上記ショットピ
ーニングの後、上記鋼部材をオーステナイト化温度以上
に急速加熱し、続いて焼入れを施す焼入れ工程とを備え
たものである。上記構成のショットピーニングは、エア
ノズルによるショットピーニングであってもよく、また
はインペラによるショットピーニングであってもよい。
表面処理方法は、上記鋼部材を浸炭焼入れまたは浸炭窒
化焼入れする浸炭工程と、上記鋼部材にショットピーニ
ングを施すショットピーニング工程と、上記ショットピ
ーニングの後、上記鋼部材をオーステナイト化温度以上
に急速加熱し、続いて焼入れを施す焼入れ工程とを備え
たものである。上記構成のショットピーニングは、エア
ノズルによるショットピーニングであってもよく、また
はインペラによるショットピーニングであってもよい。
【０００９】上記構成によれば、浸炭工程で鋼部材が浸
炭焼入れ、または浸炭窒化焼入れされるので、鋼部材の
表面の硬さが高まり、耐摩耗性の向上を図ることができ
る。しかも、上記焼入れ工程の前段階において、鋼部材
にショットピーニングを施すので、この鋼部材の表面を
塑性加工または鋼部材に圧縮残留応力を付与することが
でき、このショットピーニング工程の後に、鋼部材をオ
ーステナイト化温度以上に急速加熱し、続いて焼入れを
行なうので、同じ条件で焼入れを行なっても上記ショッ
トピーニング処理を施さないものと比較して、オーステ
ナイト結晶粒がより一層微細化されて、疲労強度の向上
を図ることができる。
炭焼入れ、または浸炭窒化焼入れされるので、鋼部材の
表面の硬さが高まり、耐摩耗性の向上を図ることができ
る。しかも、上記焼入れ工程の前段階において、鋼部材
にショットピーニングを施すので、この鋼部材の表面を
塑性加工または鋼部材に圧縮残留応力を付与することが
でき、このショットピーニング工程の後に、鋼部材をオ
ーステナイト化温度以上に急速加熱し、続いて焼入れを
行なうので、同じ条件で焼入れを行なっても上記ショッ
トピーニング処理を施さないものと比較して、オーステ
ナイト結晶粒がより一層微細化されて、疲労強度の向上
を図ることができる。
【００１０】この発明の一実施態様においては、上記焼
入れ工程は高周波加熱による焼入れ工程に設定されたも
のである。上記構成によれば、低温短時間加熱を行なう
ことができる。
入れ工程は高周波加熱による焼入れ工程に設定されたも
のである。上記構成によれば、低温短時間加熱を行なう
ことができる。
【００１１】この発明の一実施態様においては、上記急
速加熱の温度は８３０〜１１００℃の範囲に設定された
ものである。上記構成によれば、急速加熱の温度を上記
範囲に設定したので、確実なオーステナイト化が得ら
れ、より一層良好なオーステナイト結晶粒の微細化を図
ることができる。
速加熱の温度は８３０〜１１００℃の範囲に設定された
ものである。上記構成によれば、急速加熱の温度を上記
範囲に設定したので、確実なオーステナイト化が得ら
れ、より一層良好なオーステナイト結晶粒の微細化を図
ることができる。
【００１２】すなわち、急速加熱の温度が８３０℃未満
の場合には、オーステナイト化温度に達しない反面、１
１００℃を超過する場合には、ショットピーニングによ
る結晶粒微細化の効果が得られないので、上記温度範囲
とするものである。なお、上記温度範囲を８８０〜１１
００℃とし、浸炭層内部までオーステナイト化すること
が望ましい。
の場合には、オーステナイト化温度に達しない反面、１
１００℃を超過する場合には、ショットピーニングによ
る結晶粒微細化の効果が得られないので、上記温度範囲
とするものである。なお、上記温度範囲を８８０〜１１
００℃とし、浸炭層内部までオーステナイト化すること
が望ましい。
【００１３】この発明による焼入れ部品は、鋼部材に表
面処理が施された焼入れ部品であって、上記鋼部材に浸
炭焼入れまたは浸炭窒化焼入れが施された後に、ショッ
トピーニングが施され、その後、上記鋼部材をオーステ
ナイト化温度以上に急速加熱し、続いて焼入れが施され
たものである。
面処理が施された焼入れ部品であって、上記鋼部材に浸
炭焼入れまたは浸炭窒化焼入れが施された後に、ショッ
トピーニングが施され、その後、上記鋼部材をオーステ
ナイト化温度以上に急速加熱し、続いて焼入れが施され
たものである。
【００１４】上記構成によれば、鋼部材は、まず浸炭焼
入れ、または浸炭窒化焼入れされるので、の表面の硬さ
が高まり、耐摩耗性の向上を図ることができる。しか
も、上記焼入れ処理の前段階において、鋼部材にショッ
トピーニングを施すので、この鋼部材の表面を塑性加工
または鋼部材に圧縮残留応力を付与することができ、こ
のショットピーニング処理の後に、鋼部材をオーステナ
イト化温度以上に急速加熱し、続いて焼入れを行なうの
で、同じ条件で焼入れを行なっても上記ショットピーニ
ング処理を施さないものと比較して、オーステナイト結
晶粒がより一層微細化されて、疲労強度の向上を図るこ
とができ、特に高い耐摩耗性、耐疲労強度が要求される
動力伝達部材に有効となる。
入れ、または浸炭窒化焼入れされるので、の表面の硬さ
が高まり、耐摩耗性の向上を図ることができる。しか
も、上記焼入れ処理の前段階において、鋼部材にショッ
トピーニングを施すので、この鋼部材の表面を塑性加工
または鋼部材に圧縮残留応力を付与することができ、こ
のショットピーニング処理の後に、鋼部材をオーステナ
イト化温度以上に急速加熱し、続いて焼入れを行なうの
で、同じ条件で焼入れを行なっても上記ショットピーニ
ング処理を施さないものと比較して、オーステナイト結
晶粒がより一層微細化されて、疲労強度の向上を図るこ
とができ、特に高い耐摩耗性、耐疲労強度が要求される
動力伝達部材に有効となる。
【００１５】
【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。図面は鋼部材の表面処理方法およびその焼入れ
部品を示し、まず図１に示す組成の鋼部材(ＪＩＳ Ｓ
ＣＭ４２０に相当するクロムモリブデン鋼)を準備す
る。
述する。図面は鋼部材の表面処理方法およびその焼入れ
部品を示し、まず図１に示す組成の鋼部材(ＪＩＳ Ｓ
ＣＭ４２０に相当するクロムモリブデン鋼)を準備す
る。
【００１６】すなわち、上述の鋼部材は、Ｃ(炭素)＝
０．１８wt％、Ｓｉ(ケイ素)＝０．１１wt％、Ｍｎ(マ
ンガン)＝０．７３wt％、Ｐ(リン)＝０．０１４wt％、
Ｓ(イオウ)＝０．０２１wt％、Ｃｒ(クロム)＝１．１０
wt％、Ｍｏ(モリブデン)＝０．３９wt％、Ａｌ(アルミ
ニウム)＝０．０３４wt％、Ｎｂ(ニオブ)＝０．０３５w
t％、Ｎ(窒素)＝０．０１４wt％、残部Ｆｅ(鉄)の材料
化学成分を有する。
０．１８wt％、Ｓｉ(ケイ素)＝０．１１wt％、Ｍｎ(マ
ンガン)＝０．７３wt％、Ｐ(リン)＝０．０１４wt％、
Ｓ(イオウ)＝０．０２１wt％、Ｃｒ(クロム)＝１．１０
wt％、Ｍｏ(モリブデン)＝０．３９wt％、Ａｌ(アルミ
ニウム)＝０．０３４wt％、Ｎｂ(ニオブ)＝０．０３５w
t％、Ｎ(窒素)＝０．０１４wt％、残部Ｆｅ(鉄)の材料
化学成分を有する。
【００１７】この実施例は上記組成の鋼部材(低炭素鋼)
を表面処理するものであるが、図２に示す浸炭工程Ｓ１
で、上記鋼部材を浸炭焼入れ、または浸炭窒化焼入れ
(浸炭と窒化とを同時に行なう焼入れ)する。
を表面処理するものであるが、図２に示す浸炭工程Ｓ１
で、上記鋼部材を浸炭焼入れ、または浸炭窒化焼入れ
(浸炭と窒化とを同時に行なう焼入れ)する。
【００１８】この浸炭焼入れ、または浸炭窒化焼入れ
は、図３にそのヒートパターンを示すように、浸炭温度
９５０℃、浸炭時間６０分で、カーボンポテンシャル
(表面炭素濃度)Ｃｐ＝１．２％を目標として浸炭処理し
た後に、拡散温度９５０℃、拡散時間４０分で、カーボ
ンポテンシャル(表面炭素濃度)Ｃｐ＝１．０％を目標と
して拡散処理し、次に焼入れ温度８５０℃にて鋼部材を
冷却温度１２０℃の焼入れオイルに浸漬して、焼入れを
行なう。この浸炭焼入れ、または浸炭窒化焼入れにより
鋼部材の表面の硬さが高まり、耐摩耗性の向上を図るこ
とができ、また次工程のショットピーニングに対抗して
得る表面硬さが確保できる。
は、図３にそのヒートパターンを示すように、浸炭温度
９５０℃、浸炭時間６０分で、カーボンポテンシャル
(表面炭素濃度)Ｃｐ＝１．２％を目標として浸炭処理し
た後に、拡散温度９５０℃、拡散時間４０分で、カーボ
ンポテンシャル(表面炭素濃度)Ｃｐ＝１．０％を目標と
して拡散処理し、次に焼入れ温度８５０℃にて鋼部材を
冷却温度１２０℃の焼入れオイルに浸漬して、焼入れを
行なう。この浸炭焼入れ、または浸炭窒化焼入れにより
鋼部材の表面の硬さが高まり、耐摩耗性の向上を図るこ
とができ、また次工程のショットピーニングに対抗して
得る表面硬さが確保できる。
【００１９】なお、上述の浸炭温度は９００〜１０００
℃浸炭深さは０．４mm以上、カーボンポテンシャル(表
面炭素濃度)は０．６〜１．２％の範囲に調整すること
ができる。
℃浸炭深さは０．４mm以上、カーボンポテンシャル(表
面炭素濃度)は０．６〜１．２％の範囲に調整すること
ができる。
【００２０】次に、図２に示す工程図のショットピーニ
ング工程Ｓ２で、上記浸炭焼入れ、または浸炭窒化焼入
れ後の鋼部材に対して、ショットピーニング処理を施
す。このショットピーニング処理は、図４に説明図で示
すように鋼部材１０(但し、図示の便宜上、テストピー
スとしてのワークを示す)にエアノズルタイプのショッ
トピーニング装置におけるノズル１１を対向させ、エア
圧５ＭＰａ、投射材としてビッカース硬さがＨｖ７００
で、かつ直径が０．６〜０．８mmφの鋼球(ショット材)
を用い、上記鋼部材１０を図４の矢印方向に回転させな
がらカバレージ３００％以上になるように鋼球を投射す
る。このショットピーニング処理により鋼部材１１０の
表面がムラなく塑性加工または鋼部材１０に均一に圧縮
残留応力を付与することができる。
ング工程Ｓ２で、上記浸炭焼入れ、または浸炭窒化焼入
れ後の鋼部材に対して、ショットピーニング処理を施
す。このショットピーニング処理は、図４に説明図で示
すように鋼部材１０(但し、図示の便宜上、テストピー
スとしてのワークを示す)にエアノズルタイプのショッ
トピーニング装置におけるノズル１１を対向させ、エア
圧５ＭＰａ、投射材としてビッカース硬さがＨｖ７００
で、かつ直径が０．６〜０．８mmφの鋼球(ショット材)
を用い、上記鋼部材１０を図４の矢印方向に回転させな
がらカバレージ３００％以上になるように鋼球を投射す
る。このショットピーニング処理により鋼部材１１０の
表面がムラなく塑性加工または鋼部材１０に均一に圧縮
残留応力を付与することができる。
【００２１】ここで、鋼球の直径は０．６〜０．８m
mφ、硬さはＨｖ６００〜８００、投射速度は５０m/sec
以上、カバレージは３００％以上、アークハイトは０．
５〜１．１mmAの範囲内で任意に選定することができ
る。また図４のエアノズルタイプのショットピーニング
装置に代えて図５に示すインペラ式の投射器１２を用い
て上述と同等のショットピーニング処理条件を確保する
ように成してもよい。
mφ、硬さはＨｖ６００〜８００、投射速度は５０m/sec
以上、カバレージは３００％以上、アークハイトは０．
５〜１．１mmAの範囲内で任意に選定することができ
る。また図４のエアノズルタイプのショットピーニング
装置に代えて図５に示すインペラ式の投射器１２を用い
て上述と同等のショットピーニング処理条件を確保する
ように成してもよい。
【００２２】次に、図２に示す工程図の高周波焼入れ工
程Ｓ３で、ショットピーニング処理終了後の鋼部材１０
をオーステナイト化温度(オーステナイトの一相のみと
なる温度)以上に急速加熱し、続いて焼入れを施す。
程Ｓ３で、ショットピーニング処理終了後の鋼部材１０
をオーステナイト化温度(オーステナイトの一相のみと
なる温度)以上に急速加熱し、続いて焼入れを施す。
【００２３】ここで、上述のオーステナイト化温度は鋼
部材１０中の炭素量により異なり、図１で示す組成の鋼
部材１０は炭素量が０．１８wt％の低炭素鋼であるか
ら、図６に変態線図(鉄・炭素系平衡状態図)で示す如く
８３０℃となる。つまりＡＣ３変態点(いわゆるＧＳ線
で、Ｇは９１１℃のポイント、Ｓは共折点で炭素量０．
７６５％に相当する）オーステナイト化温度となる。
部材１０中の炭素量により異なり、図１で示す組成の鋼
部材１０は炭素量が０．１８wt％の低炭素鋼であるか
ら、図６に変態線図(鉄・炭素系平衡状態図)で示す如く
８３０℃となる。つまりＡＣ３変態点(いわゆるＧＳ線
で、Ｇは９１１℃のポイント、Ｓは共折点で炭素量０．
７６５％に相当する）オーステナイト化温度となる。
【００２４】そこで、この実施例では図７にヒートパタ
ーンを示すように、浸炭層内部までオーステナイト化さ
せるためにＡＣ３変態点の８３０℃よりさらに高温の８
３０℃まで急速加熱し、この急速加熱につづいて鋼部材
１０を冷却温度１２０℃の焼入れオイルに浸漬して、焼
入れを行なう。
ーンを示すように、浸炭層内部までオーステナイト化さ
せるためにＡＣ３変態点の８３０℃よりさらに高温の８
３０℃まで急速加熱し、この急速加熱につづいて鋼部材
１０を冷却温度１２０℃の焼入れオイルに浸漬して、焼
入れを行なう。
【００２５】しかも、上述の高周波焼入れ工程Ｓ３で
は、高周波誘導加熱装置を用いて、鋼部材１０を高周波
加熱し、これにより低温短時間加熱を達成する。なお、
上述の高周波加熱による鋼部材１０の加熱温度は８３０
〜１１００℃の範囲、望ましくは８８０〜１１００℃の
範囲に調整することができる。
は、高周波誘導加熱装置を用いて、鋼部材１０を高周波
加熱し、これにより低温短時間加熱を達成する。なお、
上述の高周波加熱による鋼部材１０の加熱温度は８３０
〜１１００℃の範囲、望ましくは８８０〜１１００℃の
範囲に調整することができる。
【００２６】次に、図２に示す工程図の焼戻し工程Ｓ４
で、高周波焼入れ処理終了後の鋼部材１０を焼戻し処理
する。この焼戻し処理は図８にヒートパターンを示すよ
うに、焼戻し温度１８０℃で、１２０分間鋼部材１０を
加熱した後に、空冷して該鋼部材１０のじん性向上を図
るものである。
で、高周波焼入れ処理終了後の鋼部材１０を焼戻し処理
する。この焼戻し処理は図８にヒートパターンを示すよ
うに、焼戻し温度１８０℃で、１２０分間鋼部材１０を
加熱した後に、空冷して該鋼部材１０のじん性向上を図
るものである。
【００２７】具体的には図４、図５で示したテストピー
スとしてのワークに代えて、図２に示す各工程Ｓ１，Ｓ
２，Ｓ３，Ｓ４により図９に示すような焼入れ部品とし
てのデフピニオン１３(動力伝達部材)が表面処理され
る。
スとしてのワークに代えて、図２に示す各工程Ｓ１，Ｓ
２，Ｓ３，Ｓ４により図９に示すような焼入れ部品とし
てのデフピニオン１３(動力伝達部材)が表面処理され
る。
【００２８】次に本実施例の表面処理方法による鋼部材
１０，１３と、比較例の鋼部材とのオーステナイト結晶
粒度の関係を比較するために、図２の工程Ｓ１〜Ｓ４に
より表面処理した本実施例の鋼部材１０，１３と、図２
の工程中、ショットピーニング工程Ｓ２を省略した比較
例の鋼部材とを設けて、高周波加熱温度に対するオース
テナイト結晶粒度を実測した結果を図１０に示す。
１０，１３と、比較例の鋼部材とのオーステナイト結晶
粒度の関係を比較するために、図２の工程Ｓ１〜Ｓ４に
より表面処理した本実施例の鋼部材１０，１３と、図２
の工程中、ショットピーニング工程Ｓ２を省略した比較
例の鋼部材とを設けて、高周波加熱温度に対するオース
テナイト結晶粒度を実測した結果を図１０に示す。
【００２９】ここに、ＧＣＮＯは粒度ナンバのことで、
粒度ナンバが大きい程、結晶粒度が小さいことを示して
いる。また高周波加熱温度を低くする程、オーステナイ
ト結晶粒度が小さくなる。
粒度ナンバが大きい程、結晶粒度が小さいことを示して
いる。また高周波加熱温度を低くする程、オーステナイ
ト結晶粒度が小さくなる。
【００３０】しかも高周波焼入れの前段階でショットピ
ーニング処理を施した本実施例のもの(図１０に○印で
示す)は、ショットピーニング処理を施さない比較例の
もの(図１０において四角印にハッチングを施して示す)
に対して、特に低温側でオーステナイト結晶粒度が微細
になっており、絶対温度１１７３Ｋ(９００℃)以下の温
度領域ではオーステナイト結晶粒度ＧＣＮＯ１４以上が
可能となった。
ーニング処理を施した本実施例のもの(図１０に○印で
示す)は、ショットピーニング処理を施さない比較例の
もの(図１０において四角印にハッチングを施して示す)
に対して、特に低温側でオーステナイト結晶粒度が微細
になっており、絶対温度１１７３Ｋ(９００℃)以下の温
度領域ではオーステナイト結晶粒度ＧＣＮＯ１４以上が
可能となった。
【００３１】次に本実施例の表面処理方法による鋼部材
と、比較例の鋼部材との曲げ応力を比較するために、ま
ず図１１に示すようなテストピース１４(回転曲げ疲労
試験片)を形成した。このテストピース１４は直径１５m
mφで長さが８０mmの丸棒状の中央部に凹部１４ａ(いわ
ゆるノッチ)が形成されたものである。
と、比較例の鋼部材との曲げ応力を比較するために、ま
ず図１１に示すようなテストピース１４(回転曲げ疲労
試験片)を形成した。このテストピース１４は直径１５m
mφで長さが８０mmの丸棒状の中央部に凹部１４ａ(いわ
ゆるノッチ)が形成されたものである。
【００３２】そして、上述のテストピース１４に対して
図２の工程Ｓ１〜Ｓ４により表面処理した本実施例のも
のと、図２の工程中、ショットピーニング工程Ｓ２を省
略した比較例のものと、浸炭処理のみを施した比較例の
ものとを設け、図１１に示すテストピース１４の両端を
治具でチャックし、凹部１４ａの上方から荷重を付加し
て、回転曲げ疲労試験を実施した結果を図１２に示す。
図２の工程Ｓ１〜Ｓ４により表面処理した本実施例のも
のと、図２の工程中、ショットピーニング工程Ｓ２を省
略した比較例のものと、浸炭処理のみを施した比較例の
ものとを設け、図１１に示すテストピース１４の両端を
治具でチャックし、凹部１４ａの上方から荷重を付加し
て、回転曲げ疲労試験を実施した結果を図１２に示す。
【００３３】図１２は横軸にテストピース１４が凹部１
４ａから破損するリサイクル数をとり、縦軸に曲げ応力
をとったもので、横軸は寿命比に相当し、縦軸は強度比
に相当する。
４ａから破損するリサイクル数をとり、縦軸に曲げ応力
をとったもので、横軸は寿命比に相当し、縦軸は強度比
に相当する。
【００３４】浸炭処理のみを施した比較例のものを黒丸
印で示し、浸炭処理の後にショットピーニングを行なう
ことなく高周波焼入れ処理した比較例のものを丸印にハ
ッチングを施して示し、本実施例のものを白丸印で示し
ている。
印で示し、浸炭処理の後にショットピーニングを行なう
ことなく高周波焼入れ処理した比較例のものを丸印にハ
ッチングを施して示し、本実施例のものを白丸印で示し
ている。
【００３５】図１２から明らかなように、高周波焼入れ
の前段階でショットピーニング処理を施した本実施例の
ものは、何れの比較例のものと比較しても曲げ疲労強度
が大幅に向上している。
の前段階でショットピーニング処理を施した本実施例の
ものは、何れの比較例のものと比較しても曲げ疲労強度
が大幅に向上している。
【００３６】図１３はビッカース硬さを比較するため
に、図２の工程Ｓ１〜Ｓ４により表面処理した本実施例
のものと、図２の工程中、ショットピーニング工程Ｓ２
を省略した比較例のものと、浸炭処理のみを施した比較
例の鋼部材を設けて、それぞれのビッカース硬さを実測
した結果を示す。
に、図２の工程Ｓ１〜Ｓ４により表面処理した本実施例
のものと、図２の工程中、ショットピーニング工程Ｓ２
を省略した比較例のものと、浸炭処理のみを施した比較
例の鋼部材を設けて、それぞれのビッカース硬さを実測
した結果を示す。
【００３７】この図１３において浸炭処理のみを施した
比較例のものは黒丸印で示し、浸炭処理の後にショット
ピーニングを行なうことなく高周波焼入れ処理した比較
例のものを丸印にハッチングを施して示し、本実施例の
ものを白丸印で示している。
比較例のものは黒丸印で示し、浸炭処理の後にショット
ピーニングを行なうことなく高周波焼入れ処理した比較
例のものを丸印にハッチングを施して示し、本実施例の
ものを白丸印で示している。
【００３８】ビッカース硬さにおいては、浸炭処理の後
に高周波焼入れ処理とを施した比較例のものと、本実施
例のものとでは大差は認められなかった。一方、浸炭処
理のみを施した比較例の鋼部材のオーステナイト結晶粒
度はＧＣＮＯ＝９、浸炭処理に高周波焼入れを行なった
比較例の鋼部材の鋼部材のオーステナイト結晶粒度はＧ
ＣＮＯ＝１１、高周波焼入れ処理の前段階でショットピ
ーニング処理を施した本実施例の鋼部材のオーステナイ
ト結晶粒度はＧＣＮＯ＝１４で、オーステナイト結晶粒
が微細化し、疲労度が向上する。
に高周波焼入れ処理とを施した比較例のものと、本実施
例のものとでは大差は認められなかった。一方、浸炭処
理のみを施した比較例の鋼部材のオーステナイト結晶粒
度はＧＣＮＯ＝９、浸炭処理に高周波焼入れを行なった
比較例の鋼部材の鋼部材のオーステナイト結晶粒度はＧ
ＣＮＯ＝１１、高周波焼入れ処理の前段階でショットピ
ーニング処理を施した本実施例の鋼部材のオーステナイ
ト結晶粒度はＧＣＮＯ＝１４で、オーステナイト結晶粒
が微細化し、疲労度が向上する。
【００３９】このように上記実施例の鋼部材の表面処理
方法は、上記鋼部材を浸炭焼入れまたは浸炭窒化焼入れ
する浸炭工程Ｓ１と、上記鋼部材にショットピーニング
を施すショットピーニング工程Ｓ２と、上記ショットピ
ーニングの後、上記鋼部材をオーステナイト化温度以上
に急速加熱し、続いて焼入れを施す焼入れ工程Ｓ３とを
備えたものである。
方法は、上記鋼部材を浸炭焼入れまたは浸炭窒化焼入れ
する浸炭工程Ｓ１と、上記鋼部材にショットピーニング
を施すショットピーニング工程Ｓ２と、上記ショットピ
ーニングの後、上記鋼部材をオーステナイト化温度以上
に急速加熱し、続いて焼入れを施す焼入れ工程Ｓ３とを
備えたものである。
【００４０】この構成によれば、浸炭工程Ｓ１で鋼部材
が浸炭焼入れ、または浸炭窒化焼入れされるので、鋼部
材の表面の硬さが高まり、耐摩耗性の向上を図ることが
できる。しかも、上記焼入れ工程Ｓ３の前段階におい
て、鋼部材にショットピーニングを施すので、この鋼部
材の表面を塑性加工または鋼部材に圧縮残留応力を付与
することができ、このショットピーニング工程Ｓ２の後
に、鋼部材をオーステナイト化温度以上に急速加熱し、
続いて焼入れを行なうので、同じ条件で焼入れを行なっ
ても上記ショットピーニング処理を施さないものと比較
して、オーステナイト結晶粒がより一層微細化されて、
疲労強度の向上を図ることができる。
が浸炭焼入れ、または浸炭窒化焼入れされるので、鋼部
材の表面の硬さが高まり、耐摩耗性の向上を図ることが
できる。しかも、上記焼入れ工程Ｓ３の前段階におい
て、鋼部材にショットピーニングを施すので、この鋼部
材の表面を塑性加工または鋼部材に圧縮残留応力を付与
することができ、このショットピーニング工程Ｓ２の後
に、鋼部材をオーステナイト化温度以上に急速加熱し、
続いて焼入れを行なうので、同じ条件で焼入れを行なっ
ても上記ショットピーニング処理を施さないものと比較
して、オーステナイト結晶粒がより一層微細化されて、
疲労強度の向上を図ることができる。
【００４１】また、上記焼入れ工程Ｓ３は高周波加熱に
よる焼入れ工程に設定されたものである。この構成によ
れば、低温短時間加熱を行なうことができる。
よる焼入れ工程に設定されたものである。この構成によ
れば、低温短時間加熱を行なうことができる。
【００４２】さらに、上記急速加熱の温度は８３０〜１
１００℃の範囲に設定されたものである。この構成によ
れば、急速加熱の温度を上記範囲に設定したので、確実
なオーステナイト化が得られ、より一層良好なオーステ
ナイト結晶粒の微細化を図ることができる。
１００℃の範囲に設定されたものである。この構成によ
れば、急速加熱の温度を上記範囲に設定したので、確実
なオーステナイト化が得られ、より一層良好なオーステ
ナイト結晶粒の微細化を図ることができる。
【００４３】すなわち、急速加熱の温度が８３０℃未満
の場合には、オーステナイト化温度に達しない一方、１
１００℃を超過する場合には、ショットピーニングによ
る結晶粒微細化の効果が得られないので、上記温度範囲
とするものである。なお、上記温度範囲を８８０〜１１
００℃とし、浸炭層内部までオーステナイト化すること
がより一層望ましい。
の場合には、オーステナイト化温度に達しない一方、１
１００℃を超過する場合には、ショットピーニングによ
る結晶粒微細化の効果が得られないので、上記温度範囲
とするものである。なお、上記温度範囲を８８０〜１１
００℃とし、浸炭層内部までオーステナイト化すること
がより一層望ましい。
【００４４】また、上記実施例による焼入れ部品(デフ
ピニオン１３参照)は、鋼部材に表面処理が施された焼
入れ部品であって、上記鋼部材に浸炭焼入れまたは浸炭
窒化焼入れが施された後に、ショットピーニングが施さ
れ、その後、上記鋼部材をオーステナイト化温度以上に
急速加熱し、続いて焼入れが施されたものである。
ピニオン１３参照)は、鋼部材に表面処理が施された焼
入れ部品であって、上記鋼部材に浸炭焼入れまたは浸炭
窒化焼入れが施された後に、ショットピーニングが施さ
れ、その後、上記鋼部材をオーステナイト化温度以上に
急速加熱し、続いて焼入れが施されたものである。
【００４５】この構成によれば、鋼部材は、まず浸炭焼
入れ、または浸炭窒化焼入れされるので、の表面の硬さ
が高まり、耐摩耗性の向上を図ることができる。しか
も、上記焼入れ処理の前段階において、鋼部材にショッ
トピーニングを施すので、この鋼部材の表面を塑性加工
または鋼部材に圧縮残留応力を付与することができ、こ
のショットピーニング処理の後に、鋼部材をオーステナ
イト化温度以上に急速加熱し、続いて焼入れを行なうの
で、同じ条件で焼入れを行なっても上記ショットピーニ
ング処理を施さないものと比較して、オーステナイト結
晶粒がより一層微細化されて、疲労強度の向上を図るこ
とができ、特に高い耐摩耗性、耐疲労強度が要求される
動力伝達部材(デフピニオン１３参照)に有効となる。
入れ、または浸炭窒化焼入れされるので、の表面の硬さ
が高まり、耐摩耗性の向上を図ることができる。しか
も、上記焼入れ処理の前段階において、鋼部材にショッ
トピーニングを施すので、この鋼部材の表面を塑性加工
または鋼部材に圧縮残留応力を付与することができ、こ
のショットピーニング処理の後に、鋼部材をオーステナ
イト化温度以上に急速加熱し、続いて焼入れを行なうの
で、同じ条件で焼入れを行なっても上記ショットピーニ
ング処理を施さないものと比較して、オーステナイト結
晶粒がより一層微細化されて、疲労強度の向上を図るこ
とができ、特に高い耐摩耗性、耐疲労強度が要求される
動力伝達部材(デフピニオン１３参照)に有効となる。
【００４６】図１４は鋼部材の表面処理方法の他の実施
例を示し、図２で示した各工程Ｓ１〜Ｓ４の次に鋼部材
に対して再度、ショットピーニング工程Ｓ５を設けたも
のである。
例を示し、図２で示した各工程Ｓ１〜Ｓ４の次に鋼部材
に対して再度、ショットピーニング工程Ｓ５を設けたも
のである。
【００４７】このショットピーニング処理の処理条件は
前述のショットピーニング工程Ｓ２における処理条件よ
りも緩和させることが望ましく、焼戻し工程Ｓ４後の上
述のショットピーニング処理により、鋼部材の圧縮残留
応力を高めるものである。このように構成しても、その
他の構成、作用、効果については先の実施例とほぼ同様
であるから、図１４において前図と同一の部分には同一
符号を付して、その詳しい説明を省略する。
前述のショットピーニング工程Ｓ２における処理条件よ
りも緩和させることが望ましく、焼戻し工程Ｓ４後の上
述のショットピーニング処理により、鋼部材の圧縮残留
応力を高めるものである。このように構成しても、その
他の構成、作用、効果については先の実施例とほぼ同様
であるから、図１４において前図と同一の部分には同一
符号を付して、その詳しい説明を省略する。
【００４８】この発明の構成と、上述の実施例との対応
において、この発明の焼入れ部品は、実施例の動力伝達
部材としてのデフピニオン１３に対応するも、この発明
は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではな
い。
において、この発明の焼入れ部品は、実施例の動力伝達
部材としてのデフピニオン１３に対応するも、この発明
は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではな
い。
【００４９】
【発明の効果】この発明の鋼部材の表面処理方法によれ
ば、鋼部材をオーステナイト化温度以上に急速加熱し、
続いて焼入れを施す工程の前段階において、鋼部材にシ
ョットピーニングを施すことで、鋼部材の表面を塑性加
工または鋼部材に圧縮残留応力を付与することができ、
このショットピーニング後に上記温度以上に急速加熱し
て焼入れを行なうことで、より一層微細で、かつ安定し
たオーステナイト結晶粒を確保することができ、疲労強
度の向上を図ることができる効果がある。また、この発
明の焼入れ部品によれば、オーステナイト結晶粒が微細
化し、疲労強度の向上を図った鋼部材(焼入れ部品)を得
ることができる効果があり、特に、動力伝達部材として
用いる際に有効である。
ば、鋼部材をオーステナイト化温度以上に急速加熱し、
続いて焼入れを施す工程の前段階において、鋼部材にシ
ョットピーニングを施すことで、鋼部材の表面を塑性加
工または鋼部材に圧縮残留応力を付与することができ、
このショットピーニング後に上記温度以上に急速加熱し
て焼入れを行なうことで、より一層微細で、かつ安定し
たオーステナイト結晶粒を確保することができ、疲労強
度の向上を図ることができる効果がある。また、この発
明の焼入れ部品によれば、オーステナイト結晶粒が微細
化し、疲労強度の向上を図った鋼部材(焼入れ部品)を得
ることができる効果があり、特に、動力伝達部材として
用いる際に有効である。
【図１】 鋼部材の材料化学成分の一例を示す説明図。
【図２】 本発明の鋼部材の表面処理方法を示す工程
図。
図。
【図３】 浸炭焼入れのヒートパターンを示す説明図。
【図４】 エアノズル式ショットピーニング装置による
ショットピーニング処理の説明図。
ショットピーニング処理の説明図。
【図５】 インペラ式ショットピーニング装置によるシ
ョットピーニング処理の説明図。
ョットピーニング処理の説明図。
【図６】 鉄−炭素系平衡状態図。
【図７】 高周波焼入れのヒートパターンを示す説明
図。
図。
【図８】 焼戻しのヒートパターンを示す説明図。
【図９】 本発明の焼入れ部品の一例を示す断面図。
【図１０】 高周波加熱温度とオーステナイト結晶粒度
との関係を示す説明図。
との関係を示す説明図。
【図１１】 回転曲げ疲労試験片を示す側面図。
【図１２】 曲げ疲労試験の結果を示す特性図。
【図１３】 ビッカース硬さの実測結果を示す説明図。
【図１４】 本発明の鋼部材の表面処理方法の他の実施
例を示す工程図。
例を示す工程図。
１０…鋼部材
１３…デフピニオン(焼入れ部品)
Ｓ１…浸炭工程
Ｓ２…ショットピーニング工程
Ｓ３…焼入れ工程
Claims (4)
- 【請求項１】鋼部材の表面処理方法であって、上記鋼部
材を浸炭焼入れまたは浸炭窒化焼入れする浸炭工程と、
上記鋼部材にショットピーニングを施すショットピーニ
ング工程と、上記ショットピーニングの後、上記鋼部材
をオーステナイト化温度以上に急速加熱し、続いて焼入
れを施す焼入れ工程とを備えた鋼部材の表面処理方法。 - 【請求項２】上記焼入れ工程は高周波加熱による焼入れ
工程に設定された請求項１記載の鋼部材の表面処理方
法。 - 【請求項３】上記急速加熱の温度は８３０〜１１００℃
の範囲に設定された請求項１または２記載の鋼部材の表
面処理方法。 - 【請求項４】鋼部材に表面処理が施された焼入れ部品で
あって、上記鋼部材に浸炭焼入れまたは浸炭窒化焼入れ
が施された後に、ショットピーニングが施され、その
後、上記鋼部材をオーステナイト化温度以上に急速加熱
し、続いて焼入れが施された焼入れ部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001246924A JP2003055711A (ja) | 2001-08-16 | 2001-08-16 | 鋼部材の表面処理方法およびその焼入れ部品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001246924A JP2003055711A (ja) | 2001-08-16 | 2001-08-16 | 鋼部材の表面処理方法およびその焼入れ部品 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003055711A true JP2003055711A (ja) | 2003-02-26 |
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ID=19076362
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001246924A Pending JP2003055711A (ja) | 2001-08-16 | 2001-08-16 | 鋼部材の表面処理方法およびその焼入れ部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003055711A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2001
- 2001-08-16 JP JP2001246924A patent/JP2003055711A/ja active Pending
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