(57)【要約】    【課題】ギアのような浸炭して使用する機械部品において、浸炭による表面硬化の利益と、ショットピーニングによる表面強化の利益とを、あわせて有するものを提供する。    【解決手段】重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．５０〜３．００％、Ｍｎ：０．３０〜３．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｕ：０．０１〜１．００％、Ｎｉ：０．０１〜３．００％、Ｃｒ：０．３０〜１．００％およびＭｏ：２．００％以下を含有し、さらに、Ａｌ：０．２０％以下、Ｎｂ：０．２０％以下、Ｔｉ：０．２０％以下、Ｎ：０．０５０％以下およびＢ：０．０１％以下の１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避な不純物からなり、［Ｓｉ％］＋［Ｎｉ％］＋［Ｃｕ％］−［Ｃｒ％］＞０．３０の条件を満たす合金組成の浸炭用鋼を部品形状に成形し、真空浸炭と焼入れを行なったのち、ショットピーニング処理を施す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．５０〜３．００％、Ｍｎ：０．３０〜３．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｕ：０．０１〜１．００％、Ｎｉ：０．０１〜３．００％、Ｃｒ：０．３０〜１．００％およびＭｏ：２．００％以下を含有し、さらに、Ａｌ：０．２０％以下、Ｎｂ：０．２０％以下、Ｔｉ：０．２０％以下、Ｎ：０．０５０％以下およびＢ：０．０１％以下の１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避な不純物からなり、
［Ｓｉ％］＋［Ｎｉ％］＋［Ｃｕ％］−［Ｃｒ％］＞０．３０  
の条件を満たす合金組成の浸炭用鋼を材料として使用し、これを部品形状に成形し、真空浸炭処理とそれに続く焼入れを行なったのち、ショットピーニング処理を施してなる浸炭部品。
【請求項２】
真空浸炭とそれに続く焼入れののち、ショットピーニングに先だって、もしくはショットピーニングを行なってから、またはショットピーニングの前後に焼戻し処理を施した請求項１の浸炭部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸炭部品であって、ショットピーニングによる表面強化処理を施した浸炭部品に関する。本発明の部品は、歪み時効による表面強化が好ましい部材に適用したとき、有用である。
【背景技術】
【０００２】
鋼を機械部品、たとえばギアの形状に成形し、浸炭して製品とする場合、浸炭方法としては、従来慣用されてきたガス浸炭法に代って、最近は、真空浸炭法が採用されるようになってきた。真空浸炭法には、ガス浸炭法に対して、つぎのような利点があり、
１）真空中で処理を行なうため材料の酸化が起こらないから、ガス浸炭法では生じやすい粒界酸化が避けられ、強度の向上に寄与する。
２）浸炭装置の構造上、高温浸炭を行ないやすく、そのために迅速な浸炭が可能である。
３）使用する浸炭ガスが少量で済み、ランニングコストが安い。
それを買われて、各種のギアやシャフトの製造に利用されている。
【０００３】
一方、ショットピーニングは、機械部品の表面に金属粒子その他のショットを投射して、その打撃により部品表面に加工歪みを与えることにより、表面を強化する技術として広く行なわれている。浸炭部品において、浸炭による表面硬化とショットピーニングによる表面強化とを併用すれば、きわめて強固な部品が実現するはずである。ところが、実際に併用を試みると、製品の強度は期待ほどに高まらず、むしろ、しばしば割れやすい部品ができてしまうことが経験された。
【０００４】
割れやすい部品ができる理由を追求した発明者は、それが、過剰な浸炭に起因する炭化物の生成にあることを知った。そこで、浸炭部品に対してショットピーニングによる表面強化の利益を与えるには、部品中における炭化物の生成を抑制すべきであると考え、炭化物の生成が少ない浸炭用鋼の合金組成を追求した。その結果、浸炭用鋼を構成する合金成分の中で、Ｓｉ、ＮｉおよびＣｕは炭化物の生成を抑制し、一方、Ｃｒは炭化物を生成する成分であり、これらの成分をバランスさせることにより、鋼中の炭化物の生成が効果的に抑制され、ショットピーニングによる衝撃が部品の割れを誘起する可能性が低くなるという事実を知った。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上記した発明者の知見を活用し、浸炭による表面硬化の利益とショットピーニングによる表面強化の利益とが、あわせて得られた機械構造用の浸炭部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の浸炭部品は、真空浸炭およびショットピーニングにより得た浸炭部品であって、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．５０〜３．００％、Ｍｎ：０．３０〜３．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｕ：０．０１〜１．００％、Ｎｉ：０．０１〜３．００％、Ｃｒ：０．３０〜１．００％およびＭｏ：２．００％以下を含有し、さらに、Ａｌ：０．２０％以下、Ｎｂ：０．２０％以下、Ｔｉ：０．２０％以下、Ｎ：０．０５０％以下およびＢ：０．０１％以下の１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避な不純物からなり、
［Ｓｉ％］＋［Ｎｉ％］＋［Ｃｕ％］−［Ｃｒ％］＞０．３０  
の条件を満たす合金組成の浸炭用鋼を材料として使用し、これを部品形状に成形し、真空浸炭処理とそれに続く焼入れを行なったのち、ショットピーニング処理を施してなる浸炭部品である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の浸炭部品は、上記の合金組成を選択したことにより、浸炭時の炭化物の生成が抑制されるから、浸炭部品に対してショットピーニングを行なっても、その衝撃によって炭化物を起点とする割れが進行することがなく、表面強化の効果を得ることができる。したがって、本発明の浸炭部品においては、浸炭による表面の硬化と、ショットピーニングによる表面の強化とが、あわせて実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
真空浸炭とそれに続く焼入れののち、ショットピーニングに先だって、もしくはショットピーニングを行なってから、またはショットピーニングの前後に、焼戻し処理を施すことが好ましい。図１は、本発明の浸炭部品の製造工程についての概念的な図であって、Ａは焼入れに続いて焼戻しを施してからショットピーニングを行なう場合、Ｂは焼入れに続いてショットピーニングを行なってから焼戻しを施す場合、Ｃはショットピーニングの前後に焼戻しを施す場合を、それぞれ示す。
【０００９】
本発明の浸炭部品の製造は、真空浸炭によって実施するかぎり、アセチレン、エチレン、プロパンなど、種々の炭化水素ガスを浸炭ガスとして使用することができる。浸炭パターンも、任意である。当業者は、後記する実施例を参考にして、適切な真空浸炭の条件を、容易に決定することができるであろう。
【００１０】
本発明で材料として使用する浸炭用鋼の合金組成について説明すれば、Ｃ量（０．１０〜０．３０％）は、機械部品として必要な強度を得る上で適切な範囲である。Ｍｎは、脱酸剤として鋼の溶製時に添加されるが、炭化物の生成にはあまり影響を与えないから、その量は広い範囲（０．３０〜３．００％）から選ぶことができる。ＰおよびＳは不純物であって、製品の機械的性質にとって好ましくない成分であるから、その量は低い方がよい。前記の値（ともに０．０３％）は、許容限度である。
【００１１】
Ｓｉ（０．５０〜３．００％）、Ｎｉ（０．０１〜３．００％）、およびＣｕ（０．０１〜１．００％）は、前述のように、炭化物の生成を抑制する成分であって、それぞれ上記の下限値以上であって、かつ、それらの量の合計からＣｒの量を差し引いた値が０．３０、好ましくは０．５０を上回るように添加しなければならない。しかし、大量の添加は、熱間加工性を低下させるから、それぞれに上記の上限を設けた。
【００１２】
Ｃｒ：０．３０〜１．００％
Ｃｒは炭化物の生成を促進する成分であるから、本発明の浸炭用鋼においては、多量に存在させることができない。１．００％は、炭化物の生成を抑制する成分が多量である場合に可能な、Ｃｒ量の上限である。１．００％より高いＣｒ量は、加工性とくに被削性の観点からも、添加することができない。ただし、あまり低減しすぎると焼入れ性が低くなって、製品の機械的特性が不満足になるので、下限値として０．３０％を設けた。
【００１３】
Ａｌ：０．２０％以下
脱酸剤として添加されるが、過大な添加は、鋼中にアルミナが形成され、強度の低下を招くから、避けなければならい。またアルミナの形成は、加工性を損なう点でも好ましくない。このようなわけで、０．２０％までのＡｌ添加量を選ぶのがよい。一方、Ａｌは結晶粒の粗大化を抑制するはたらきもあり、その効果を得たい場合は、０．００５％以上を添加するとよい。
【００１４】
Ｎ：０．０５０％以下
Ｎが存在すると結晶粒の粗大化を防止する作用があるので、少なくとも０．００１％を存在させることが好ましい。この効果は０．０５０％程度で飽和するので、この限界を超えて存在させる意味はない。
【００１５】
Ｍｏ：２．００％以下
焼入れ性を向上させ、焼戻し軟化抵抗性を高めるために添加することができる。多量になると鋼の加工性を悪くするので、２．００％以下の適切な添加量をえらぶべきである。
【００１６】
Ｎｂ：０．２０％以下、Ｔｉ：０．２０％以下
これらの成分は、浸炭時に生じる結晶粒の成長を抑制し、整粒組織を保つという目的にとって有効である。過大な添加は加工性に悪影響を及ぼすので、それぞれ上記の限界内の添加量に止める。
【００１７】
Ｂ：０．０１％以下
Ｂは、焼入れ性の向上に効果があるので、所望により添加する。大量の存在は加工性にとって有害であるから、０．０１％以下の添加量をえらぶ。
【００１８】
［Ｓｉ％］＋［Ｎｉ％］＋［Ｃｕ％］−［Ｃｒ％］＞０．３０（好ましくは０．５０）
上述のように、Ｓｉ、ＮｉおよびＣｕは炭化物の生成を抑制し、一方、Ｃｒは増加させるから、前三者の影響と後者の影響とをバランスさせて、抑制効果が高くなるようにすることによって、浸炭した表面層における炭化物の生成が抑制され、黒鉛を生成させるために再び浸炭条件下においたときに、炭素濃度が過大になることが防げる。上記の式は、後記の実施データから導き出された関係である。
【実施例】
【００１９】
表１に示す合金組成の肌焼き鋼を溶製した。比較例は、［Ｓｉ％］＋［Ｎｉ％］＋［Ｃｕ％］−［Ｃｒ％］の値が、本発明の要件「０．３０より大」を満たしていない合金組成のものである。各材料を使用して、下記の試験用ギアの形状に機械加工した。
モジュール：２．５  歯数：３０  
ピッチ円径：８２．７５３mm  
歯幅：２０mm  ネジレ角：２５度
【００２０】
図１のＡ〜Ｃのいずれかの工程に従って、真空浸炭とそれに続く焼き入れ、およびショットピーニングを行なった。それらの条件は、表２に示すとおりである。焼き戻しは、ショットピーニングの前（実施例１〜２０および比較例３および４）、ショットピーニングの後（実施例２４〜２６）、またはショットピーニングの前および後（実施例２１〜２３および比較例１および２）に行なった。得られた浸炭部品である試験用ギアに負荷を掛けて回転させ、歯元疲労強度を測定した。その結果を、表２にあわせて示した。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
【表２】
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【００２３】
本発明に従う実施例１〜２６のギアは、ショットピーニングの効果により、高い歯元疲労強度を示している。これに対し、本発明の範囲外の合金組成をもつ浸炭用鋼を材料とした比較例１〜４のギアは、歯元疲労強度が劣っている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の浸炭部品を製造する工程を示す概念的な図であって、Ａは焼入れに続いて焼戻しを施してからショットピーニングを行なう場合、Ｂは焼入れに続いてショットピーニングを行ない最後に焼戻しを施す場合、Ｃはショットピーニングの前後に焼入れを行なう場合を、それぞれ示す。
【図１】
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