(57)【要約】【課題】  高負荷環境で使用される鋼部材の耐摩耗性、耐剥離性を高めること。【解決手段】  窒化処理を施し、鋼部材の最表面にＮとＦｅの化合物層を形成するとともに該化合物層の下側に窒素拡散層１２を形成する。所定の処理温度の脱窒ガス雰囲気中で、脱窒処理を施す。この脱窒処理により、化合物層に脱窒反応（窒化処理で生成したε−Ｆｅ２−３Ｎまたはγ’−Ｆｅ４Ｎよりなる化合物層からＮを奪う反応）が生成される。このため、窒化処理によって生成された化合物層からＮが奪われるので、鋼部材の最表面は、硬さが高く、しかも、耐摩耗性、耐剥離性の高い脱窒層１１で構成されることになる。【選択図】      図２
2006299324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼部材の表面処理方法において、
当該鋼部材の最表面にＮとＦｅの化合物層を形成するとともに、該化合物層の下側に窒素拡散層を形成する窒化処理と、
所定の処理温度の脱窒ガス雰囲気中で、前記化合物層の脱窒反応を生成することにより脱窒層を形成する脱窒処理と
を鋼部材に施すことを特徴とする鋼部材の表面処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の鋼部材の表面処理方法において、
前記脱窒ガスは、５０容量％から１００容量％までの範囲で、水素と酸素とを択一的に含み、前記脱窒ガスの処理温度は、５００℃から６５０℃までの範囲であることを特徴とする鋼部材の表面処理方法。
【請求項３】
請求項１記載の鋼部材の表面処理方法において、
前記脱窒ガスは、５０容量％から１００容量％までの範囲で、酸素を含む空気と水素とを択一的に含み、前記脱窒ガスの処理温度は、５００℃から６５０℃までの範囲であることを特徴とする鋼部材の表面処理方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載の鋼部材の表面処理方法において、
前記窒化処理と前記脱窒処理とは、同一の炉内にて連続的に実行されることを特徴とする鋼部材の表面処理方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の鋼部材の表面処理方法において、
前記脱窒処理の後、ショットピーニングがさらに施されることを特徴とする鋼部材の表面処理方法。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項に記載の鋼部材の表面処理方法によって処理されたものであることを特徴とする鋼部材。
【請求項７】
請求項１から５の何れか１項に記載の鋼部材の表面処理方法によって処理されたものであることを特徴とする動力伝達用の歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋼部材の表面処理方法並びに鋼部材および歯車に関し、特に、歯車等の動力伝達用転動部品、カムローラ、その他鋼部材に適用される鋼部材の表面処理方法並びに鋼部材および歯車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼部材（特に、歯車等の転動部品）においては、軟窒化／窒化処理（ガス軟窒化、イオン（プラズマ）軟窒化、ガス窒化、イオン（プラズマ）窒化を含む：以下、この明細書では「窒化処理」と総称する。）や浸炭処理が多用されている。このうち、窒化処理は、浸炭処理に比べ、処理温度が低く、焼き入れ処理がないため、熱処理変形が小さい等の特徴を有するので、高寸法精度を要求される用途に用いられている。窒化処理について、ガス軟窒化処理を例に説明すると、ガス軟窒化処理を鋼部材に施した場合、当該鋼部材の最表面に５〜３０μｍ程度の化合物層と呼ばれる窒化鉄層（Ｆｅ２−３Ｎ、Ｆｅ４Ｎ）と、その直下に窒素拡散層と呼ばれる窒素の拡散により硬さの高くなる層が形成される。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されている技術では、重量％でＣ；０．１８〜０．２３、Ｓｉ；０．１５〜０．３５、Ｍｎ；０．６０〜０．８５、Ｐ；０．０３以下、Ｓ；０．０３以下、Ｃｒ；０．９０〜１．２０、Ｍｏ；０．１５〜０．３０を含み、残余はＦｅ及び不純物からなる鋼に、ガス軟窒化処理を施すことにより、歯車の歯面に、厚さ２〜１２μｍのＮとＦｅの化合物を有する化合物層と、その下層に隣接して、前記鋼自体の硬度よりＨｖ５０以上の硬さを有する厚さ２００μｍ以上の窒素拡散層を形成している。
【０００４】
このような窒化処理の施された鋼部材は、上述した窒素拡散層（化合物層直下の表面から深さ方向に形成される硬さの高い層）の硬さにより、繰り返し応力に対する疲労強度が確保される。
【特許文献１】特開平１１−７２１５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、高負荷での使用環境では、鋼部材に次のような問題が生じる。
【０００６】
化合物層は窒素拡散層よりさらに硬さが高く、軽負荷の摺動部などでは耐摩耗性が向上するが、反面、脆いという性質を持つ。このため、例えば歯車のように転がり滑り運動をするような部品では、化合物層が剥離したり、摩耗したりするという問題が生じる。この化合物層の剥離や摩耗は、負荷が高くなるほどその程度は著しい。剥離や摩耗が生じると、本来高寸法精度であることが目的であるにも拘わらず、使用中に寸法精度の悪化を招いてしまう。例えば、歯車では、剥離や摩耗により本来の歯形形状が悪化（初期状態から噛み合い精度が悪化）してしまい、ギアノイズが大きくなり、ひいてはこの歯車を適用した車は、振動や騒音を招来することになる。このため、従来の窒化処理は、極軽負荷の鋼部材にしか使用できず、従来、浸炭部品が用いられているような高負荷の鋼部材には適用することができなかった。
【０００７】
また、一般的に疲労強度を高めるための手段として表面に圧縮残留応力を付加するためショットピーニングが用いられる。しかし、窒化処理の施された鋼部材では、最表面に脆い化合物層が存在するため、ショットピーニングが施されると、この化合物層にクラックや欠けが生じたり、化合物層が剥離したりする恐れがあった。そのため、窒素拡散層には有効なショットピーニングについても、従来の窒化処理が施された鋼部材には適用できないという問題があった。
【０００８】
本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、高負荷環境で使用される鋼部材の耐摩耗性、耐剥離性を高めることのできる鋼部材の表面処理方法並びに鋼部材および歯車を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、鋼部材の表面処理方法において、当該鋼部材の最表面にＮとＦｅの化合物層を形成するとともに、該化合物層の下側に窒素拡散層を形成する窒化処理と、所定の処理温度の脱窒ガス雰囲気中で、前記化合物層の脱窒反応を生成することにより脱窒層を形成する脱窒処理とを鋼部材に施すことを特徴とする鋼部材の表面処理方法である。この態様では、窒化処理によって、製造過程にある鋼部材の最表面に化合物層が形成され、その下側には、窒素拡散層が形成される。この鋼部材に脱窒処理を施すことにより、化合物層に脱窒反応（窒化処理で生成したε−Ｆｅ２−３Ｎまたはγ’−Ｆｅ４Ｎよりなる化合物層からＮを奪う反応）が生成される。これにより、化合物層からＮが奪われるので、鋼部材の最表面は、硬さが高く、しかも、耐摩耗性、耐剥離性の高い脱窒層で構成されることになる。
【００１０】
好ましい態様において、前記脱窒ガスは、５０容量％から１００容量％までの範囲で、水素と酸素とを択一的に含み、前記脱窒ガスの処理温度は、５００℃から６５０℃までの範囲である。この態様では、脱窒ガスの処理温度を５００℃から６５０℃までの範囲とすることで、処理時間が長くなることなく、脱窒処理による表面部の強度低下を防止することができる。
【００１１】
好ましい態様において、前記脱窒ガスは、５０容量％から１００容量％までの範囲で、酸素を含む空気と水素とを択一的に含み、前記脱窒ガスの処理温度は、５００℃から６５０℃までの範囲である。
【００１２】
好ましい態様において、前記窒化処理と前記脱窒処理とは、同一の炉内にて連続的に実行される。この態様では、窒化処理の後、直ちに脱窒処理に移行することができるので、効率的な処理を施すことが可能になる。
【００１３】
好ましい態様において、前記脱窒処理の後、ショットピーニングがさらに施される。この態様では、脱窒処理によって鋼部材の最表面に露出している脱窒層にショットピーニングが施されることになるので、剥離を来すことなく当該鋼部材表面部の脱窒層および窒素拡散層に圧縮残留応力が付加され、鋼部材の疲労強度を高めることが可能になる。
【００１４】
本発明の別の態様は、上述した鋼部材の表面処理方法によって処理されたものであることを特徴とする鋼部材である。
【００１５】
また、さらに具体的には、上述した鋼部材の表面処理方法によって処理されたものであることを特徴とする動力伝達用の歯車である。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように本発明によれば、脱窒処理によって生成された脱窒層で鋼部材の最表面が構成されるので、高負荷環境で使用される鋼部材の耐摩耗性、耐剥離性を高めることができるという顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について、説明する。
【００１８】
図１は本発明の鋼部材の表面処理方法によって製造された歯車１の正面図であり、図２は同歯車表面の金属組織を示す模式図である。
【００１９】
図１および図２を参照して、歯車１は、本実施形態における鋼部材の一例であり、外周に歯１ａを有するはすば歯車である。この歯車１は、比較的負荷の高いトランスミッションで動力を伝達するためのものであり、その最表面には、脱窒層１１が形成され、脱窒層１１の下側（図２の右側）には、窒素拡散層１２が形成されている。
【００２０】
次に、この歯車１の加工方法について説明する。
【００２１】
まず、合金鋼、例えばＪＩＳ−ＳＣＭ４２０からなる材料を熱間鍛造、素材焼準、焼鈍、ブランク機械加工、歯切り／シェービングの順で加工し、図１で示す形状に仕上げた後、ガス軟窒化処理および脱窒処理を施すことにより、図２で示す金属組織を有する歯車１を製造することが可能になる。
【００２２】
図３は本実施形態に係る処理温度と処理時間の関係を示すグラフである。
【００２３】
図３を参照して、ガス軟窒化処理としては、図略の炉に、歯切り／シェービングまでが施された鋼部材を載置し、所定の処理温度を有する窒化処理ガス雰囲気中におくことにより行われる。
【００２４】
窒化処理ガスとしては、ＲＸガスまたはＮ2ガス中にＮＨ３ガスを１０容量％から９０容量％の範囲で添加したものが好適である。
【００２５】
窒化処理ガスの処理温度としては、５００℃から６５０℃までの範囲（図３の例では５８０℃）が好適である。
【００２６】
また、窒化処理の処理時間としては、２時間が好適である。
【００２７】
この窒化処理は、周知の方法と同様であり、歯車１に要求される強度特性を持たせるために必要な窒素拡散層深さが得られる条件で行われる。このガス軟窒化処理により、鋼部材の最表面には、化合物層が生成される。図の例では、トランスミッション用の歯車１であるから、窒素拡散層の深さは、１００μｍから３００μｍまでの範囲となるように、処理条件が設定される。
【００２８】
化合物層は、窒化鉄Ｆｅ２−３Ｎ（ε相）やＦｅ４Ｎ（γ’−相）からなる。化合物層から内部の深さ方向へは、Ｎが拡散し、窒化物形成元素であるＣｒやＶと結びつき、窒化物（ＣｒＮやＶＮ）が析出する。化合物層より内部深さ方向で硬さが高くなるのは、この窒化物が基地に析出するためと考えられており、この硬さの高くなる層が、窒素拡散層と呼ばれている。
【００２９】
ついで、窒化処理を行った炉の中で、引き続き、脱窒処理が施される。窒化処理を施した鋼部材の最表面には、窒化鉄ε−Ｆｅ２−３Ｎや、γ’−Ｆｅ４Ｎを成分とする化合物層が生成されている。この化合物層を除去するために、本実施形態では、ＲＸガスまたはＮ2ガス中にＨ2ガス（或いは、Ｈ2ガスに代えて、空気）を５０容量％から１００容量％までの範囲で添加した雰囲気を５００℃から６５０℃までの範囲（図３の例では同じく５８０℃）に制御して、約２時間脱窒処理を施すこととしている。
【００３０】
この脱窒処理は、鋼部材に要求される耐久性等に応じて、次のような条件範囲で行うことが望ましい。
【００３１】
まず、処理温度としては、５００℃から６５０℃までの範囲が望ましい。特に、５４０℃から６００℃までの範囲が好適である。５００℃未満では、いわゆる脱窒反応（窒化処理で生成したε−Ｆｅ２−３Ｎまたはγ’−Ｆｅ４Ｎよりなる化合物層からＮを奪う反応）が遅くなり、長時間処理が必要となるため経済的ではないからである。他方、６５０℃を越えると、表面の窒素拡散層硬さの低下が著しくなり、また、素材の鋼の種類によっては、オーステナイト組織が生成されるため強度的な低下を招くからである。
【００３２】
次に、脱窒ガスの成分としてＨ2ガスを使用する場合、Ｈ2ガス濃度を５０容量％から１００容量％の範囲に設定することが望ましい。Ｈ2ガス濃度が高いほど、上記脱窒反応は促進され、５０容量％未満では、脱窒反応が遅くなるため経済的ではないからである。Ｈ2ガスによる脱窒反応は次のように進行すると考えられる。
【００３３】
２ε−Ｆｅ３Ｎ＋３Ｈ2→６α−Ｆｅ＋２ＮＨ３または
２ε−Ｆｅ２Ｎ＋３Ｈ2→４α−Ｆｅ＋２ＮＨ３
２γ’−Ｆｅ４Ｎ＋３Ｈ2→８α−Ｆｅ＋２ＮＨ３
次に、脱窒ガスの成分として空気を使用する場合、空気の濃度を５０容量％から１００容量％の範囲に設定することが望ましい（空気中のＯ2濃度が１／５として、Ｏ2濃度：１０容量％から２０容量％までの範囲）。
【００３４】
空気濃度が高いほど、脱窒反応は促進され、５０容量％未満では、脱窒反応が遅くなるため経済的ではないからである。空気（Ｏ2ガス）による脱窒反応は次のように進行すると考えられる。
【００３５】
３ε−Ｆｅ３Ｎ＋３Ｏ2→９α−Ｆｅ＋３ＮＯ2または
２ε−Ｆｅ２Ｎ＋２Ｏ2→４α−Ｆｅ＋２ＮＯ2
４γ’−Ｆｅ４Ｎ＋４Ｏ2→１６α−Ｆｅ＋４ＮＯ2
空気を添加する場合には、火災の危険性を回避するために雰囲気は、ＲＸガスではなく、Ｎ2ガスを使用することが望ましい。また、脱窒反応をさらに促進させる目的で空気の代わりにＯ2ガスを添加してもよい。但し、Ｏ2ガスの濃度が２０容量％を越えると、鉄の酸化反応が進み、表面に鉄酸化物が増加する。その場合には、鋼部材の表面が脆化するため望ましくない。
【００３６】
次に、脱窒処理の処理時間としては、窒化処理で生成された化合物層の厚さに応じて調整することが好ましい。上述したように窒化処理は、製造される鋼部材（本実施形態では歯車１）に要請される強度特性に応じて、必要な窒素拡散層深さが得られる条件で行われることから、窒化処理によって生成される化合物層についても、設定された窒化処理の処理条件に基づいて変化する。このため、脱窒処理の処理時間は、設定された窒化処理の処理条件に応じて、化合物層がほぼ完全に除去されるために必要充分な長さに設定される。尤も、化合物層がほぼ完全に除去される条件は、当該脱窒処理における処理温度やＨ2ガス濃度、Ｏ2ガス濃度にも左右されるので、これらの要因をも考慮して設定される。脱窒反応は、処理温度が高いほど、また、Ｈ2ガス濃度、Ｏ2ガス濃度が高いほど促進させるので、必要とされる処理時間は短くなる。
【００３７】
さらに、本実施形態においては、定法により、脱窒処理後の鋼部材にショットピーニングが施される。
【００３８】
この処理によって、図１で示す歯車１が完成される。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態では、鋼部材の表面処理方法において、当該鋼部材の最表面にＮとＦｅの化合物層を形成するとともに、該化合物層の下側に窒素拡散層を形成する窒化処理と、所定の処理温度の脱窒ガス雰囲気中で、前記化合物層の脱窒反応を生成することにより脱窒層を形成する脱窒処理とを鋼部材に施すことを特徴とする鋼部材の表面処理方法である。このため本実施形態では、窒化処理によって、製造過程にある鋼部材の最表面に化合物層が形成され、その下側には、窒素拡散層が形成される。この鋼部材に脱窒処理を施すことにより、化合物層に脱窒反応が生成され、化合物層が除去されるので、鋼部材の最表面は、硬さが高く、しかも、耐摩耗性、耐剥離性の高い脱窒層１１で構成されることになる。
【００４０】
本実施形態では、前記窒化処理と前記脱窒処理とは、同一の炉内にて連続的に実行される。このため本実施形態では、窒化処理の後、直ちに脱窒処理に移行することができるので、効率的な処理を施すことが可能になる。
【００４１】
本実施形態では、前記脱窒処理の後、ショットピーニングがさらに施される。このため本実施形態では、脱窒処理によって鋼部材の最表面に露出している脱窒層にショットピーニングが施されることになるので、剥離を来すことなく当該鋼部材表面部の脱窒層および窒素拡散層に圧縮残留応力が付加され、鋼部材の疲労強度を高めることが可能になる。
【００４２】
なお、上述した実施形態とは別に、窒化処理を施した鋼部材を一旦冷却した後、再度加熱して脱窒処理を施すようにしてもよい。
【実施例】
【００４３】
以下に、図１の歯車１の具体的な実施例について説明する。
【００４４】
まず、歯車１の素材としては、表１に示すものを使用した。
【００４５】
【表１】
2006299324.tif 000003
【００４６】
この表１の素材を熱間鍛造、素材焼準、焼鈍、ブランク機械加工、歯切り／シェービングの順で加工し、図１で示す形状に仕上げた。歯車１の諸元は、表２の通りとした。
【００４７】
【表２】
2006299324.tif 000004
【００４８】
次に、歯切り／シェービングが終了した鋼素材に窒化処理を施した。窒化処理の条件としては、窒素拡散層の深さが２００μｍとなるように、ＲＸガスとＮＨ３ガスとが５０容量％：５０容量％の雰囲気を５８０℃に昇温し、処理時間を２時間とした。この処理時間は、図３に示すように、処理温度が５８０℃に達してからカウントを開始した。
【００４９】
図４はガス軟窒化処理を施した鋼素材の金属組織の顕微鏡写真である。
【００５０】
図４を参照して、上述した条件でガス軟窒化処理を施した鋼素材の最表面（図の左側）には、白色で観察される１２μｍの化合物層が生成された。
【００５１】
次に、同一条件で窒化処理を行い、処理時間が２時間経過後に炉内への脱窒ガスを変更し、脱窒処理を引き続き行った。
【００５２】
表３は、脱窒ガスとして、Ｈ2ガスを採用した場合の実施例１〜５と調査例１〜４の処理条件と処理後の化合物層の厚さを示すものである。
【００５３】
【表３】
2006299324.tif 000005
【００５４】
脱窒処理を施した結果、図５〜図８に示す金属組織が鋼部材の表面に生成された。各図において、図の左側が鋼部材の最表面である。
【００５５】
図５は、実施例１によって得られた金属組織の顕微鏡写真である。同図から明らかなように、処理温度が５８０℃の脱窒ガス（Ｈ2ガス濃度＝１００容量％）で処理時間を１時間とした場合、鋼部材の最表面に生成されていた化合物層は、黒色の脱窒層のみとなり、顕微鏡で確認する限り、化合物層は、認められなかった。実施例４、５に示すように、脱窒ガスのＨ2ガス濃度を減らした場合であっても、処理時間をそれに対応して長く設定することで同様の結果を得ることができた。
【００５６】
但し、調査例１〜４から明らかなように、処理時間が不十分な場合には、図６から図８に示すように、最表面に白色の化合物層が観察された。
【００５７】
次に、表４は、脱窒ガスとして、空気を採用した場合の実施例６、７と調査例５、６である。
【００５８】
【表４】
2006299324.tif 000006
【００５９】
この結果、図９、図１０に示す金属組織が鋼素材の表面に生成された。
【００６０】
図９は、実施例６によって得られた金属組織の顕微鏡写真である。同図から明らかなように、処理温度が５８０℃の脱窒ガス（空気濃度＝１００容量％）で処理時間を２時間とした場合においても、鋼部材の最表面に生成されていた化合物層は、黒色の脱窒層のみとなり、顕微鏡で確認する限り、化合物層は、認められなかった。実施例７に示すように、脱窒ガスの空気濃度を減らした場合であっても、処理時間が２時間の場合には同様の結果を得ることができた。
【００６１】
但し、調査例５、６から明らかなように、処理時間が不十分な場合には、図１０に示すように、最表面に白色の化合物層が観察された。
【００６２】
図１１は化合物層厚さと脱窒処理の処理条件との関係を示すグラフである。
【００６３】
図１１並びに各実施例１〜７、調査例１〜６から明らかなように、化合物層厚さは、脱窒ガス（処理中の雰囲気）の成分としてＨ2ガス、空気を採用した場合の何れであってもゼロにすることが可能であり、その効果は、Ｈ2ガスまたは空気の濃度が高いほど促進される。
【００６４】
次に、実施例１、３、６並びに調査例１について行ったＸ線回析試験結果について説明する。
【００６５】
図１２は、実施例１のＸ線回析結果を示すグラフ、図１３は、実施例３、６のＸ線回析結果を示すグラフ、図１４は調査例１について、駆動側歯面と非駆動側歯面におけるＸ線回析結果を示すグラフである。
【００６６】
図１２〜図１４を参照して、各実施例１、３、６並びに調査例１によって得られた鋼部材の表面をＸ線解析し、窒化鉄からなる化合物層が残存しているかどうかを調査した。
【００６７】
図１２を参照して、実施例１の場合、窒化鉄は検出されず、鉄が主成分の層であることが確認された。
【００６８】
また、図１３を参照して、実施例３においても、窒化鉄は殆ど検出されず、鉄が主成分の良好な層であることが確認された。
【００６９】
図１４を参照して、調査例１の場合には、僅かながら、窒化鉄が残存していることが確認され、脱窒反応が不十分であったことが確認された。
【００７０】
次に、表５を参照して、ガス軟窒化処理の後に脱窒処理を施した歯車（実施例２）と、脱窒処理を施していないガス軟窒化処理のみの歯車（比較例１、２）とを比較した耐久テストの結果を示す。
【００７１】
【表５】
2006299324.tif 000007
【００７２】
表５に示すように、ガス軟窒化処理としては、何れもＲＸガス中にＮＨ３ガスを５０容量％添加した雰囲気中で、処理温度を５８０℃とし、処理時間を２時間として行った。
【００７３】
耐久テスト条件としては、エンジントルクを２１３Ｎ・ｍとし、エンジン回転数を３０００ｒｐｍとして、比較例１の駆動時間を１００時間、比較例２、実施例２の駆動時間を１８０時間とした。
【００７４】
図１５は表５の試験を行った試験材料の状態を示す斜視図であり、（Ａ）が比較例１、（Ｂ）が比較例２、（Ｃ）が実施例２の結果をそれぞれ示している。
【００７５】
図１５（Ａ）を参照して、比較例１では、歯１ａの表面の一部で、化合物層が剥離し、白色状の傷２が生じる現象が見られた。化合物層の剥離は、テスト後の歯車の断面組織観察および歯形測定からも確認された。
【００７６】
また、図１５（Ｂ）を参照して、比較例２では、歯１ａの歯面３の外観が白色に変色していた。テスト後の歯車の断面組織観察から、表面の化合物層が歯面３全体にわたって剥離していることが確認された。また歯形測定から、歯元部に大きなへこみがあり、摩耗が進展していることが確認された。
【００７７】
これに対して実施例２の場合は、図１５（Ｃ）に示すように、外観からも損傷は全く見られず、断面組織観察や歯形測定からも、脱窒層の剥離や摩耗は皆無であった。
【００７８】
次に、ショットピーニングを施した実施例の試験結果について説明する。
【００７９】
実施例２の歯車と、脱窒処理を施していないガス軟窒化処理のみの歯車とに対し、それぞれ表６の条件でショットピーニングを施して、厚さの変化を調べた結果、表７並びに図１６で示す結果を得た。図１６はショットピーニング処理による表面層厚さの変化を示すグラフである。
【００８０】
【表６】
2006299324.tif 000008
【００８１】
【表７】
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【００８２】
表７および図１６を参照して、比較例の場合、ショットピーニングの強さを高くするほど、化合物層の厚さが減少してくるのに対し、実施例の場合には、ショットピーニングの強さを高くしても、表面の脱窒層の厚さは、殆ど変化しなかった。この結果から、窒化処理のみの場合では、ショットピーニングにより化合物層にクラックや欠け、剥離が発生しており、非常に最表面が脆い性質を持つことがわかる。これに対して、実施例の場合には、剥離はもちろん、クラックや欠けも全く見られず、非常に靱性の高い特性を持つことがわかる。
【００８３】
図１７は、窒化処理後に脱窒処理を施した実施例２の歯車について、ショットピーニング（表６におけるＨＳＰ処理条件）前後の硬さ分布を示すグラフであり、図１８は、窒化処理後に脱窒処理を施した実施例２の歯車について、ショットピーニング前後の圧縮残留応力の分布を示すグラフである。
【００８４】
図１７および図１８を参照して、ショットピーニングにより、歯車の表面部の硬さは向上し、圧縮残留応力も表面部で大幅に増大していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の鋼部材の表面処理方法によって製造された歯車１の正面図である。
【図２】同歯車表面の金属組織を示す模式図である。
【図３】本実施形態に係る処理温度と処理時間の関係を示すグラフである。
【図４】ガス軟窒化処理を施した鋼素材の金属組織の顕微鏡写真である。
【図５】実施例１によって得られた金属組織の顕微鏡写真である。
【図６】調査例１によって得られた金属組織の顕微鏡写真である。
【図７】調査例２によって得られた金属組織の顕微鏡写真である。
【図８】調査例３によって得られた金属組織の顕微鏡写真である。
【図９】実施例６によって得られた金属組織の顕微鏡写真である。
【図１０】調査例５によって得られた金属組織の顕微鏡写真である。
【図１１】化合物層厚さと脱窒処理の処理条件との関係を示すグラフである。
【図１２】実施例１のＸ線回析結果を示すグラフである。
【図１３】実施例３、６のＸ線回析結果を示すグラフである。
【図１４】調査例１について、駆動側歯面と非駆動側歯面におけるＸ線回析結果を示すグラフである。
【図１５】表５の試験を行った試験材料の状態を示す斜視図であり、（Ａ）が比較例１、（Ｂ）が比較例２、（Ｃ）が実施例２の結果をそれぞれ示している。
【図１６】ショットピーニング処理による表面層厚さの変化を示すグラフである。
【図１７】窒化処理後に脱窒処理を施した実施例２の歯車について、ショットピーニング前後の硬さ分布を示すグラフである。
【図１８】窒化処理後に脱窒処理を施した実施例２の歯車について、ショットピーニング前後の圧縮残留応力の分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８６】
１  歯車
１１  脱窒層
１２  窒素拡散層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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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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