(57)【要約】【課題】浸炭処理を実施するに際して、２次焼入を伴うことなく、鋼のオーステナイト結晶粒を微細化することが可能な鋼の熱処理方法を提供する。また、生産コストが抑制され、かつ疲労強度および靭性に優れた機械部品およびその製造方法を提供する。【解決手段】鋼の熱処理方法は、鋼をＡ１点以上の温度に加熱する加熱工程と、Ａ１点以上の温度に加熱された鋼を、浸炭性のガスを含む雰囲気中においてＡ１点以上の温度に保持することにより、鋼に炭素を侵入させる浸炭工程と、炭素が侵入した鋼をＡ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に冷却することにより焼入硬化させる焼入硬化工程とを備えている。そして、加熱工程では、鋼の温度がＡ１点を通過する際における、鋼の昇温速度が２０．８℃／分以上とされる。【選択図】図７
2010024492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼をＡ１点以上の温度に加熱する工程と、
Ａ１点以上の温度に加熱された前記鋼を、浸炭性のガスを含む雰囲気中においてＡ１点以上の温度に保持することにより、前記鋼に炭素を侵入させる工程と、
炭素が侵入した前記鋼をＡ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に冷却することにより焼入硬化させる工程とを備え、
前記鋼を加熱する工程では、前記鋼の温度がＡ１点を通過する際における、前記鋼の昇温速度が２０．８℃／分以上である、鋼の熱処理方法。
【請求項２】
焼入硬化された前記鋼に対して、前記鋼を０℃以下の温度に冷却する処理であるサブゼロ処理を実施する工程をさらに備えた、請求項１に記載の鋼の熱処理方法。
【請求項３】
前記鋼をＡ１点以上の温度に加熱する工程における前記鋼の加熱は、雰囲気を介して加熱する雰囲気加熱により実施される、請求項１または２に記載の鋼の熱処理方法。
【請求項４】
前記鋼をＡ１点以上の温度に加熱する工程における前記鋼の加熱は、誘導加熱により実施される、請求項１または２に記載の鋼の熱処理方法。
【請求項５】
鋼からなり、成形加工された鋼部材を準備する工程と、
前記鋼部材に対して熱処理を実施する工程とを備え、
前記熱処理は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋼の熱処理方法を用いて実施される、機械部品の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の機械部品の製造方法により製造された、機械部品。
【請求項７】
軸受を構成する部品として用いられる、請求項６に記載の機械部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋼の熱処理方法、機械部品の製造方法および機械部品に関し、より特定的には、浸炭処理工程を含む鋼の熱処理方法、浸炭処理工程を含む機械部品の製造方法および浸炭処理されて製造される機械部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鋼に対して浸炭処理を実施して表層部の炭素濃度を内部に比べて高くすることにより、鋼の靭性を確保しつつ、表面における耐摩耗性などの耐久性を向上させる技術が知られている。この浸炭処理は、一般に、雰囲気が所定のカーボンポテンシャル（ＣＰ）値に調整された熱処理炉内において、鋼からなる被処理物を加熱することにより実施される。
【０００３】
ここで、鋼の浸炭処理は、鋼の表面に供給された炭素が鋼の内部へと拡散することにより進行する。そのため、浸炭処理は、鋼の内部における炭素の拡散係数大きい高温で実施するほど、短時間で実施することができる。しかし、浸炭を実施する際の温度（浸炭温度）が高くなると、これに伴って浸炭時における鋼のオーステナイト結晶粒が大きくなる。このオーステナイト結晶粒の大きさは、被処理物が焼入硬化され、鋼の組織がオーステナイトからマルテンサイトに変化した後においても鋼の機械的性質に影響する。そして、オーステナイト結晶粒の粗大化は、当該鋼が、たとえば機械部品として使用された場合における靭性や疲労強度を低下させる原因となる。
【０００４】
これに対し、鋼がオーステナイト組織となる温度域である浸炭温度で浸炭処理した後、これを急冷して鋼をマルテンサイト組織に変態させ、再度鋼がオーステナイト組織となる温度域であって上述の浸炭温度よりも低い温度に加熱したうえで、これを急冷してマルテンサイト組織に変態させることにより焼入硬化する熱処理方法、すなわち２次焼入を伴う浸炭処理方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。これにより、オーステナイト結晶粒を微細化しつつ、浸炭処理および焼入硬化処理を実施することができる。特に、ＪＩＳ規格Ｇ４０５３に規定された機械構造用合金鋼のうち、ニッケルクロムモリブデン鋼は、浸炭処理においてオーステナイト結晶粒が粗大化しやすいため、２次焼入を伴う浸炭処理が実施される場合が多い。
【特許文献１】特開平１１−２１７６２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記２次焼入を伴う浸炭処理方法では、たとえば９００℃を超える温度に加熱されて浸炭処理された鋼を、一旦室温付近まで冷却した後、再度８００℃を超える温度に加熱し、さらに冷却して焼入硬化する必要がある。そのため、エネルギーのロスが大きい。また、浸炭処理された鋼を冷却するためには、たとえば当該鋼を一旦浸炭のための熱処理炉から取り出した上で焼入油中に浸漬して冷却し、さらに熱処理炉に装入して加熱し、再度焼入油中に浸漬するという手順を実施する必要がある。したがって、上記２次焼入を伴う浸炭処理方法は、煩雑かつ長時間を要する熱処理となる。その結果、２次焼入を伴う浸炭処理方法は、浸炭処理をプロセス中に含む機械部品の製造方法において、生産効率を低下させ、機械部品の生産コストの上昇を招来するという問題点を有している。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、浸炭処理を実施するに際して、２次焼入を伴うことなく、鋼のオーステナイト結晶粒を微細化することが可能な鋼の熱処理方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、生産コストが抑制され、かつ疲労強度および靭性に優れた機械部品およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に従った鋼の熱処理方法は、鋼をＡ１点以上の温度に加熱する工程と、Ａ１点以上の温度に加熱された鋼を、浸炭性のガスを含む雰囲気中においてＡ１点以上の温度に保持することにより、鋼に炭素を侵入させる工程と、炭素が侵入した当該鋼をＡ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に冷却することにより焼入硬化させる工程とを備えている。そして、鋼を加熱する工程では、鋼の温度がＡ１点を通過する際における、当該鋼の昇温速度が２０．８℃／分以上である。
【０００８】
本発明者は、２次焼入を実施することなく、浸炭処理された鋼のオーステナイト結晶粒を微細化する方法について詳細な検討を行なった。その結果、浸炭処理を実施するために鋼をＡ１点以上の温度に加熱するに際して、鋼の温度がＡ１点を通過する際における昇温速度を２０．８℃／分以上とすることにより、２次焼入を実施することなく、鋼のオーステナイト結晶粒を微細化することが可能であることを見出した。
【０００９】
本発明の鋼の熱処理方法では、鋼をＡ１点以上の温度に加熱する工程において、鋼の温度がＡ１点を通過する際における、当該鋼の昇温速度が２０．８℃／分以上とされている。その結果、本発明の鋼の熱処理方法によれば、浸炭処理を実施するに際して、２次焼入を伴うことなく、鋼のオーステナイト結晶粒を微細化することができる。
【００１０】
ここで、Ａ１点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織がフェライトからオーステナイトに変態を開始する温度に相当する点をいう。また、Ｍｓ点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。また、浸炭性のガスを含む雰囲気とは、被処理物である鋼の炭素含有量よりも高いカーボンポテンシャル値（ＣＰ値）に調整された雰囲気であり、たとえばＲＸガスにエンリッチガスを添加することによりＣＰ値が調整された雰囲気とすることができる。
【００１１】
さらに、Ａ１点を通過する際における鋼の昇温速度は、たとえばＡ１点よりも３０℃低い温度からＡ１点よりも３０℃高い温度まで鋼の温度が上昇するのに要した時間を測定し、上記昇温幅である６０℃を当該時間で除することにより決定することができる。また、鋼に炭素を侵入させる工程、すなわち鋼に浸炭処理を実施する工程では、鋼に対して単に炭素を侵入させる狭義の浸炭処理が実施されてもよいし、炭素とともに窒素を侵入させる浸炭窒化処理が実施されてもよい。
【００１２】
上記鋼の熱処理方法において好ましくは、焼入硬化された鋼に対して、当該鋼を０℃以下の温度に冷却する処理であるサブゼロ処理を実施する工程をさらに備えている。
【００１３】
これにより、被処理物である鋼が上記熱処理によって残留オーステナイトを発生しやすい場合、たとえば当該鋼がニッケルクロムモリブデン鋼である場合でも、当該残留オーステナイトをマルテンサイトに変態させることができる。これにより、当該鋼が機械部品として使用される場合の高い寸法安定性および硬度が確保される。
【００１４】
上記鋼の熱処理方法においては、鋼をＡ１点以上の温度に加熱する工程における鋼の加熱は、雰囲気を介して加熱する雰囲気加熱により実施されてもよい。これにより、上記鋼を加熱する工程と、当該鋼に炭素を侵入させる工程とを、たとえば一般的な浸炭炉により連続的に行なうことが可能となる。
【００１５】
上記鋼の熱処理方法においては、鋼をＡ１点以上の温度に加熱する工程における鋼の加熱は、誘導加熱により実施される。誘導加熱は、鋼を急速に加熱することが容易な加熱方法である。そのため、鋼の加熱に誘導加熱を採用することにより、鋼の温度がＡ１点を通過する際における鋼の昇温速度を２０．８℃／分以上とすることが容易となる。
【００１６】
本発明に従った機械部品の製造方法は、鋼からなり、成形加工された鋼部材を準備する工程と、鋼部材に対して熱処理を実施する工程とを備えている。そして、当該熱処理は、上記本発明の鋼の熱処理方法を用いて実施される。
【００１７】
本発明の機械部品の製造方法によれば、浸炭処理を実施するに際して、２次焼入を伴うことなく、鋼のオーステナイト結晶粒を微細化することが可能な本発明の鋼の熱処理方法を用いて熱処理が実施されることにより、疲労強度および靭性に優れた機械部品を効率よく製造することができる。
【００１８】
本発明に従った機械部品は、上記本発明の機械部品の製造方法により製造されている。本発明の機械部品によれば、疲労強度および靭性に優れた機械部品を効率よく製造可能な本発明の機械部品の製造方法により製造されていることにより、生産コストが抑制され、かつ疲労強度および靭性に優れた機械部品を提供することができる。
【００１９】
上記機械部品は、軸受を構成する部品として用いられてもよい。生産コストが抑制され、かつ疲労強度および靭性に優れた本発明の機械部品は、軸受を構成する部品として好適である。
【発明の効果】
【００２０】
以上の説明から明らかなように、本発明の鋼の熱処理方法によれば、浸炭処理を実施するに際して、２次焼入を伴うことなく、鋼のオーステナイト結晶粒を微細化することが可能な鋼の熱処理方法を提供することができる。また、本発明の機械部品および機械部品の製造方法によれば、生産コストが抑制され、かつ疲労強度および靭性に優れた機械部品およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰り返さない。
【００２２】
図１は、本発明の一実施の形態である機械部品を備えた転がり軸受としての深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。図１を参照して、本発明の一実施の形態における転がり軸受としての深溝玉軸受について説明する。
【００２３】
図１を参照して、深溝玉軸受１は、環状の外輪１１と、外輪１１の内側に配置された環状の内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に配置され、円環状の保持器１４に保持された転動体としての複数の玉１３とを備えている。外輪１１の内周面には外輪転走面１１Ａが形成されており、内輪１２の外周面には内輪転走面１２Ａが形成されている。そして、内輪転走面１２Ａと外輪転走面１１Ａとが互いに対向するように、外輪１１と内輪１２とは配置されている。さらに、複数の玉１３は、内輪転走面１２Ａおよび外輪転走面１１Ａに接触し、かつ保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、深溝玉軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００２４】
ここで、機械部品である外輪１１、内輪１２、玉１３および保持器１４のうち、特に、外輪１１、内輪１２および玉１３には転動疲労強度などの疲労強度、耐摩耗性、靭性などが要求される。そのため、これらのうち少なくとも１つは本発明の機械部品であることにより、深溝玉軸受１の生産コストを低減しつつ、深溝玉軸受１の特性を向上させることができる。
【００２５】
図２は、本発明の一実施の形態である機械部品を備えた転がり軸受としてのスラストニードルころ軸受の構成を示す概略断面図である。図２を参照して、本発明の一実施の形態における転がり軸受としてのスラストニードルころ軸受について説明する。
【００２６】
図２を参照して、スラストニードルころ軸受２は、円盤状の形状を有し、互いに一方の主面が対向するように配置された転動部材としての一対の軌道輪２１と、転動部材としての複数のニードルころ２３と、円環状の保持器２４とを備えている。複数のニードルころ２３は、一対の軌道輪２１の互いに対向する主面に形成された軌道輪転走面２１Ａに接触し、かつ保持器２４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、スラストニードルころ軸受２の一対の軌道輪２１は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００２７】
ここで、機械部品である軌道輪２１、ニードルころ２３および保持器２４のうち、特に、軌道輪２１、ニードルころ２３には転動疲労強度などの疲労強度、耐摩耗性、靭性などが要求される。そのため、これらのうち少なくとも１つは本発明の機械部品であることにより、スラストニードルころ軸受２の生産コストを低減しつつ、スラストニードルころ軸受２の特性を向上させることができる。
【００２８】
図３は、本発明の一実施の形態である機械部品を備えた等速ジョイントの構成を示す概略部分断面図である。また、図４は、図３の線分ＩＶ−ＩＶに沿う概略断面図である。また、図５は、図３の等速ジョイントが角度をなした状態を示す概略部分断面図である。なお、図３は、図４の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略断面図に対応する。図３〜図５を参照して、本発明の一実施の形態における等速ジョイントについて説明する。
【００２９】
図３〜図５を参照して、等速ジョイント３は、軸３５に連結されたインナーレース３１と、インナーレース３１の外周側を囲むように配置され、軸３６に連結されたアウターレース３２と、インナーレース３１とアウターレース３２との間に配置されたトルク伝達用のボール３３と、ボール３３を保持するケージ３４とを備えている。ボール３３は、インナーレース３１の外周面に形成されたインナーレースボール溝３１Ａと、アウターレース３２の内周面に形成されたアウターレースボール溝３２Ａとに接触して配置され、脱落しないようにケージ３４によって保持されている。
【００３０】
インナーレース３１の外周面およびアウターレース３２の内周面のそれぞれに形成されたインナーレースボール溝３１Ａとアウターレースボール溝３２Ａとは、図３に示すように、軸３５および軸３６の中央を通る軸が一直線上にある状態において、それぞれ当該軸上のジョイント中心Ｏから当該軸上の左右に等距離離れた点Ａおよび点Ｂを曲率中心とする曲線（円弧）状に形成されている。すなわち、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａに接触して転動するボール３３の中心Ｐの軌跡が、点Ａ（インナーレース中心Ａ）および点Ｂ（アウターレース中心Ｂ）に曲率中心を有する曲線（円弧）となるように、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａのそれぞれは形成されている。これにより、等速ジョイントが角度をなした場合（軸３５および軸３６の中央を通る軸が交差するように等速ジョイントが動作した場合）においても、ボール３３は、常に軸３５および軸３６の中央を通る軸のなす角（∠ＡＯＢ）の２等分線上に位置する。
【００３１】
次に、等速ジョイント３の動作について説明する。図３および図４を参照して、等速ジョイント３においては、軸３５、３６の一方に軸まわりの回転が伝達されると、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａに嵌め込まれたボール３３を介して、軸３５、３６の他方の軸に当該回転が伝達される。ここで、図５に示すように軸３５、３６が角度θをなした場合、ボール３３は、前述のインナーレース中心Ａおよびアウターレース中心Ｂに曲率中心を有するインナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａに案内されて、中心Ｐが∠ＡＯＢの二等分線上となる位置に保持される。ここで、ジョイント中心Ｏからインナーレース中心Ａまでの距離と、アウターレース中心Ｂまでの距離とが等しくなるように、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａが形成されているため、ボール３３の中心Ｐからインナーレース中心Ａおよびアウターレース中心Ｂまでの距離はそれぞれ等しく、三角形ＯＡＰと三角形ＯＢＰとは合同である。その結果、ボール３３の中心Ｐから軸３５、３６までの距離Ｌは互いに等しくなり、軸３５、３６の一方が軸まわりに回転した場合、他方も等速で回転する。このように、等速ジョイント３は、軸３５、３６が角度をなした場合でも、等速性を確保することができる。なお、ケージ３４は、軸３５、３６が回転した場合に、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａからボール３３が飛び出すことをインナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａとともに防止すると同時に、等速ジョイント３のジョイント中心Ｏを決定する機能を果たしている。
【００３２】
ここで、機械部品であるインナーレース３１、アウターレース３２、ボール３３およびケージ３４のうち、特に、インナーレース３１、アウターレース３２およびボール３３には疲労強度、耐摩耗性、靭性などが要求される。そのため、これらのうち少なくとも１つは本発明の機械部品であることにより、等速ジョイント３の生産コストを低減しつつ、等速ジョイント３の特性を向上させることができる。
【００３３】
次に、本発明の機械部品の製造方法における一実施の形態である上記機械部品、および上記機械部品を備えた転がり軸受、等速ジョイントなどの機械要素の製造方法について説明する。図６は、本発明の一実施の形態における機械部品および当該機械部品を備えた機械要素の製造方法の概略を示す図である。
【００３４】
図６を参照して、本実施の形態における機械部品および機械要素の製造方法では、まず、工程（Ｓ１００）として、鋼材準備工程が実施される。具体的には、この工程（Ｓ１００）では、ＪＩＳ規格ＳＮＣＭ４２０、ＳＣＭ４２０、ＳＣｒ４２０など、０．４質量以下の炭素を含有する機械構造用合金鋼などの鋼からなる棒鋼、鋼線などが準備される。
【００３５】
次に、工程（Ｓ２００）として、成形工程が実施される。具体的には、工程（Ｓ２００）では、工程（Ｓ１００）において準備された鋼材に対して、切断、鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、当該鋼材が機械部品としての外輪１１、軌道輪２１、インナーレース３１などの概略形状に成形される。この工程（Ｓ１００）および（Ｓ２００）は、鋼からなり、成形加工された鋼部材を準備する鋼部材準備工程を構成する。
【００３６】
次に、工程（Ｓ３００）として、上記鋼部材に対して浸炭処理を含む熱処理を行なう熱処理工程が実施される。この熱処理工程の詳細については後述する。
【００３７】
次に、工程（Ｓ４００）として、熱処理工程が実施された鋼部材に対して、仕上げ加工などが施される仕上げ工程が実施される。具体的には、たとえば、熱処理工程が実施された鋼部材の内輪転走面１２Ａ、軌道輪転走面２１Ａ、アウターレースボール溝３２Ａなどに対する研磨加工が実施される。これにより、本実施の形態における機械部品は完成し、本実施の形態における機械部品の製造方法は完了する。
【００３８】
さらに、工程（Ｓ５００）として、完成した機械部品が組合わされて機械要素が組立てられる組立て工程が実施される。具体的には、上述の工程により製造された本実施の形態における機械部品である、たとえば外輪１１、内輪１２、玉１３と保持器１４とが組合わされて、深溝玉軸受１が組立てられる。これにより、本発明の機械部品を備えた機械要素が製造される。
【００３９】
次に、上記熱処理工程の詳細について説明する。図７は、本実施の形態における機械部品の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。図７において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図７において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。
【００４０】
図７を参照して、本実施の形態における熱処理工程においては、まず、被処理物としての鋼部材がＡ１点以上の温度に加熱される加熱工程が実施される。具体的には、鋼部材が、Ａ１点以上の温度である温度Ｔ１に加熱される。
【００４１】
ここで、加熱工程においては、鋼部材の温度がＡ１点を通過する際における鋼部材の昇温速度が２０．８℃／分以上とされる。これにより、後述する浸炭工程における鋼部材のオーステナイト結晶粒の粗大化が抑制され、２次焼入を伴うことなく、オーステナイト結晶粒を微細化することができる。このとき、鋼部材の加熱は、雰囲気加熱により実施されてもよいし、誘導加熱（高周波加熱）により実施されてもよい。また、他の加熱方法、たとえばレーザ加熱、電子ビーム加熱などにより、鋼部材の加熱が実施されてもよい。
【００４２】
次に、鋼部材が浸炭処理される浸炭工程が実施される。具体的には、温度Ｔ１に加熱された鋼部材が、ＲＸガスなどの浸炭性のガスを含む雰囲気中において温度Ｔ１に時間ｔ１の間保持されることにより、鋼部材に炭素が侵入する。
【００４３】
次に、鋼部材が焼入処理される焼入硬化工程が実施される。具体的には、浸炭処理された鋼部材がＡ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に冷却されることにより、焼入硬化される。
【００４４】
次に、焼入処理が実施された鋼部材に対し、焼戻処理を行なう第１焼戻工程が実施される。具体的には、たとえば鋼部材がＡ１変態点未満の温度である温度Ｔ２に加熱され、時間ｔ２の間保持された後、冷却されることにより焼戻処理される。これにより、鋼部材の焼入処理による残留応力を緩和し、熱処理によるひずみが抑制される等の効果が得られる。
【００４５】
次に、第１焼戻工程が実施された鋼部材に対し、サブゼロ処理を行なうサブゼロ工程が実施される。具体的には、鋼部材が、たとえば液体窒素を噴霧されて０℃以下の温度である温度Ｔ３に冷却され、時間ｔ３の間保持されることによりサブゼロ処理される。これにより、鋼部材の焼入処理により生成した残留オーステナイトがマルテンサイトに変態し、硬度が上昇するとともに、組織が安定化する等の効果が得られる。
【００４６】
次に、第１サブゼロ工程が実施された鋼部材に対し、焼戻処理を行なう第２焼戻工程が実施される。具体的には、たとえば鋼部材がＡ１変態点未満の温度である温度Ｔ４に加熱され、時間ｔ４の間保持された後、冷却されることにより焼戻処理される。これにより、鋼部材のサブゼロ処理による残留応力を緩和し、ひずみが抑制される等の効果が得られる。以上の工程により、本実施の形態における熱処理工程は完了する。
【００４７】
以上のように、本実施の形態における熱処理工程によれば、加熱工程において、鋼部材の温度がＡ１点を通過する際における鋼部材の昇温速度が２０．８℃／分以上とされるため、浸炭工程の後に２次焼入を実施することなく、鋼のオーステナイト結晶粒を微細化することができる。なお、上記熱処理工程の第１焼戻工程が完了した時点において、機械部品の用途等を考慮して、鋼部材における残留オーステナイト量が十分に低減されている場合、上述のサブゼロ工程および第２焼戻工程は省略することができる。
【００４８】
また、上記熱処理工程における温度Ｔ１〜Ｔ４、時間ｔ１〜ｔ４の具体的条件は、鋼部材を構成する鋼の成分組成、および製造される機械部品の用途等に合わせて適切に決定することができるが、たとえば温度Ｔ１は９２０℃以上９８０℃以下、Ｔ２は１５０℃以上５５０℃以下、Ｔ３は−１００℃以上−２０℃以下、Ｔ４は１５０℃以上５５０℃以下、時間ｔ１は６００分間以上１２００分間以下、時間ｔ２は１２０分間以上７２０分間以下、時間ｔ３は６０分間以上２４０分間以下、時間ｔ４は１２０分間以上７２０分間以下とすることができる。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、本発明の機械部品の一例として、深溝玉軸受、スラストニードルころ軸受、等速ジョイントを構成する機械部品について説明したが、本発明の機械部品はこれに限られず、疲労強度、耐摩耗性、靭性などが要求される機械部品、たとえばハブ、ギア、シャフト等を構成する機械部品であってもよい。
【実施例１】
【００５０】
以下、本発明の実施例１について説明する。鋼の温度がＡ１点を通過する際における鋼の昇温速度と鋼の結晶粒度との関係を調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
【００５１】
まず、ＪＩＳ規格ＳＮＣＭ４２０からなる鋼材を準備し、直径１２ｍｍ、高さ２２．２ｍｍの試験片に加工した。この試験片に対して、ＣＰ値１．２、温度９４０℃、時間１．５時間の条件下で浸炭処理を行ない、その後、脱炭防止のための脱炭防止剤を、試験片の表面を覆うように塗布した。そして、この試験片の表面から中央部に至る穴を形成し、当該穴に熱電対の先端部を埋め込んだ後、試験片を熱処理炉の加熱室内に装入した。加熱室の炉壁は石英からなっており、加熱室内は窒素ガス雰囲気とした。そして、以下のような７通りの加熱履歴（比較例Ａ、Ｂ、実施例Ａ〜Ｅ）を試験片に与えることを狙いとして、炉内の雰囲気の温度を昇温させた。加熱履歴の狙いを表１に示す。
【００５２】
【表１】
2010024492.tif 000003
【００５３】
表１を参照して、本発明の範囲外である比較例ＡおよびＢでは、Ａ１点が含まれる４６０℃から８６０℃までの温度範囲を昇温するために要する時間（表１の４６０℃→８６０℃に対応）を変化させることにより、Ａ１点通過時の昇温速度を本発明の範囲外である０．５℃／分および１．１℃／分とすることを狙った。一方、本発明の範囲内である実施例Ａでは、Ａ１点が含まれる２０℃から８６０℃までの温度範囲を昇温するために要する時間（表１の２０℃→４６０℃および４６０℃→８６０℃に対応）を３５分とすることにより、Ａ１点通過時の昇温速度を本発明の範囲内である２４℃／分とすることを狙った。さらに、本発明の範囲内である実施例Ｂでは、２０℃から９４０℃までの温度範囲を昇温するために要する時間（表１の２０℃→４６０℃、４６０℃→８６０℃および８６０℃→９４０℃に対応）を炉の能力の最短値とすることにより、Ａ１点通過時の昇温速度を炉の能力の最速とすることを狙った。また、本発明の範囲内である実施例Ｃ〜Ｅでは、２０℃から８６０℃までの温度範囲を昇温するために要する時間（表１の２０℃→４６０℃および４６０℃→８６０℃に対応）を実施例Ａと同じ３５分に固定し、Ａ１点通過時の昇温速度を本発明の範囲内である２４℃／分とすることを狙うとともに、９４０℃での保持時間を変化させることにより、保持時間が結晶粒度に及ぼす影響を調査することを狙いとした。
【００５４】
そして、上記表１の条件で熱処理される試験片の温度履歴を実測するとともに、９４０℃での保持時間が完了した試験片を熱処理炉から取り出し、試験片の表層部（浸炭層）におけるオーステナイト結晶粒度（旧オーステナイトの結晶粒度）を調査した。オーステナイト結晶粒度は、ＪＩＳ規格Ｇ０５５１に基づいて判定した。
【００５５】
【表２】
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【００５６】
次に、試験結果について説明する。表２に、実測された試験片の温度履歴およびオーステナイト結晶粒の結晶粒度の調査結果を示す。また、図８〜図１４は、それぞれ比較例Ａ、比較例Ｂ、実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例Ｃ、実施例Ｄおよび実施例Ｅの試験片の浸炭層における旧オーステナイト結晶粒を示す光学顕微鏡写真である。表２および図８〜図１４を参照して、比較例Ａ、Ｂおよび実施例Ａ、ＢにおけるＡ１点通過時の昇温速度および結晶粒度の関係から、Ａ１点通過時の昇温速度が上昇すると結晶粒度番号が大きくなる（オーステナイト結晶粒が微細化される）傾向が確認され、昇温速度が２２．４℃／分で粒度番号が９〜１０となる。一方、昇温速度を１７６℃／分まで上昇させても粒度番号は２２．４℃／分の場合と同等となっている。このことから、Ａ１点通過時の昇温速度が上昇するとオーステナイト結晶粒が微細化される一方、所定値以上に昇温速度を上昇させてもオーステナイト結晶粒はそれ以上微細化しないことが分かった。
【００５７】
ここで、昇温速度の小さい比較例ＡおよびＢでは、高温に保持される時間が実施例ＡおよびＢに比べて長いため、結晶粒が粗大化しているとも考えられる。しかし、実施例ＡおよびＣ〜Ｅの結果から、Ａ１点通過時の昇温速度がほぼ一定（２０．８〜２２．４℃／分）の場合、高温での保持時間を２０分〜９６０分にまで変化させた場合でも、粒度番号は同等となっている。このことから、結晶粒度に及ぼす保持時間の影響は小さく、Ａ１点通過時の昇温速度が支配的であるといえる。
【００５８】
そして、比較例Ａ、Ｂおよび実施例Ａ〜Ｅの結果から、Ａ１点通過時の昇温速度を大きくすると、２０．８℃／分（実施例Ｃに対応）までは、これにしたがって結晶粒の微細化が進行することが分かる。したがって、Ａ１点以上の温度に鋼を加熱する場合、結晶粒を微細化するためには、Ａ１点通過時の昇温速度を２０．８℃／分以上とすることが好ましいといえる。一方、２０．８℃／分を超えて昇温速度を上昇させても、それ以上の微細化は期待できないことがこの実験から確認される。また、必要以上の昇温速度の上昇は、熱処理設備に無用な負担となるばかりでなく、均一な熱処理の妨げとなるおそれがある。したがって、熱処理設備の負担軽減および被処理物の品質のばらつき抑制の観点から、Ａ１点通過時の昇温速度は、３０℃／分以下とすることが好ましい。
【００５９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の鋼の熱処理方法、機械部品の製造方法および機械部品は、浸炭処理工程を含む鋼の熱処理方法、浸炭処理工程を含む機械部品の製造方法および浸炭処理されて製造される機械部品に、特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。
【図２】スラストニードルころ軸受の構成を示す概略断面図である。
【図３】等速ジョイントの構成を示す概略部分断面図である。
【図４】図３の線分ＩＶ−ＩＶに沿う概略断面図である。
【図５】図３の等速ジョイントが角度をなした状態を示す概略部分断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態における機械部品および当該機械部品を備えた機械要素の製造方法の概略を示す図である。
【図７】機械部品の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。
【図８】比較例Ａの試験片の浸炭層における旧オーステナイト結晶粒を示す光学顕微鏡写真である。
【図９】比較例Ｂの試験片の浸炭層における旧オーステナイト結晶粒を示す光学顕微鏡写真である。
【図１０】実施例Ａの試験片の浸炭層における旧オーステナイト結晶粒を示す光学顕微鏡写真である。
【図１１】実施例Ｂの試験片の浸炭層における旧オーステナイト結晶粒を示す光学顕微鏡写真である。
【図１２】実施例Ｃの試験片の浸炭層における旧オーステナイト結晶粒を示す光学顕微鏡写真である。
【図１３】実施例Ｄの試験片の浸炭層における旧オーステナイト結晶粒を示す光学顕微鏡写真である。
【図１４】実施例Ｅの試験片の浸炭層における旧オーステナイト結晶粒を示す光学顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００６２】
１  深溝玉軸受、２  スラストニードルころ軸受、３  等速ジョイント、１１  外輪、１１Ａ  外輪転走面、１２  内輪、１２Ａ  内輪転走面、１３  玉、１４，２４  保持器、２１  軌道輪、２１Ａ  軌道輪転走面、２３  ニードルころ、３１  インナーレース、３１Ａ  インナーレースボール溝、３２  アウターレース、３２Ａ  アウターレースボール溝、３３  ボール、３４  ケージ、３５，３６  軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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