(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０８％以上０．３％未満、
Ｓｉ：２．０％以下、
Ｍｎ：１．３〜３．０％、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．００５〜０．０５％、
Ｃｒ：３．０％以下、
Ｍｏ：１．０％以下（０％を含む）、
Ｏ：０．００２５％以下、
Ｎ：０．００５〜０．０３％
を含有し、さらに、
Ａｌ：０．００５〜０．０５％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０５％
のうち１種または２種を含有し、残部がＦｅと不可避不純物よりなる鋼からなり、浸炭処理した後、高周波焼入処理を施した部品であって、
表層の硬さが５５ＨＲＣ以上、芯部の硬さが２０〜５０ＨＲＣであり、
芯部の金属組織が、マルテンサイト組織を有せず、且つ、ベイナイト組織の面積率が７０％以上であることを特徴とする浸炭高周波焼入部品。
【請求項２】
請求項１において、鋼の化学成分が、さらに、Ｖ：０．０１〜０．３％を含有することを特徴とする浸炭高周波焼入部品。
【請求項３】
質量％で、
Ｃ：０．２％以上０．３％未満、
Ｓｉ：０．２〜０．６％、
Ｍｎ：１．４〜２．０％、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０１〜０．０２％、
Ｃｒ：０．２〜０．６％、
Ｍｏ：０．４％以下（０％を含む）、
Ｏ：０．００２５％以下、
Ｎ：０．００５〜０．０２％
Ａｌ：０．００５〜０．０５％、
Ｖ：０．０５〜０．２５％を含有し、残部がＦｅと不可避不純物よりなる鋼からなり、浸炭処理した後、高周波焼入処理を施した部品であって、
表層の硬さが５５ＨＲＣ以上、芯部の硬さが２０〜５０ＨＲＣであり、
芯部の金属組織が、マルテンサイト組織を有せず、且つ、ベイナイト組織の面積率が７０％以上であることを特徴とする浸炭高周波焼入部品。
【請求項４】
請求項３において、鋼の化学成分が、質量％で、Ｓｉ：０．４〜０．６％、Ｃｒ：０．４〜０．６％、Ｍｏ：０．１％以下（０％を含む）であることを特徴とする浸炭高周波焼入部品。
【請求項５】
請求項３において、鋼の化学成分が、質量％で、Ｓｉ：０．４〜０．６％、Ｃｒ：０．４〜０．６％、Ｍｏ：０．３〜０．４％であることを特徴とする浸炭高周波焼入部品。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、鋼の化学成分が、更に質量％で、Ｃａ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下、Ｚｒ：０．０５％以下、Ｔｅ：０．１％以下よりなる群から選択される、少なくとも１種以上を含有することを特徴とする浸炭高周波焼入部品。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、表面の炭素量が０．５〜１．５質量％であることを特徴とする浸炭高周波焼入部品。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項において、高周波焼入層の深さが、浸炭層深さの０．３〜２．０倍であることを特徴とする浸炭高周波焼入部品。
【請求項９】
請求項８において、上記高周波焼入層の残留オーステナイト面積率が２０％以下であることを特徴とする浸炭高周波焼入部品。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項において、表面の粒界酸化深さが３μｍ以下であることを特徴とする浸炭高周波焼入部品。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項において、上記高周波焼入処理後にショットピーニング処理が施されたものであることを特徴とする浸炭高周波焼入部品。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項において、上記浸炭高周波焼入部品が、歯車であることを特徴とする浸炭高周波焼入部品。
【請求項１３】
質量％で、
Ｃ：０．０８％以上０．３％未満、
Ｓｉ：２．０％以下、
Ｍｎ：１．３〜３．０％、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．００５〜０．０５％、
Ｃｒ：３．０％以下、
Ｍｏ：１．０％以下（０％を含む）、
Ｏ：０．００２５％以下、
Ｎ：０．００５〜０．０３％
を含有し、さらに、
Ａｌ：０．００５〜０．０５％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０５％
のうち１種または２種を含有し、残部がＦｅと不可避不純物よりなる鋼からなる部品に対し、
真空浸炭処理後、マルテンサイト組織を生じさせない冷却速度で徐冷し、その後、高周波焼入処理を施すことによって浸炭高周波焼入部品を得ることを特徴とする浸炭高周波焼入部品の製造方法。
【請求項１４】
質量％で、
Ｃ：０．２％以上０．３％未満、
Ｓｉ：０．２〜０．６％、
Ｍｎ：１．４〜２．０％、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０１〜０．０２％、
Ｃｒ：０．２〜０．６％、
Ｍｏ：０．４％以下（０％を含む）、
Ｏ：０．００２５％以下、
Ｎ：０．００５〜０．０２％
Ａｌ：０．００５〜０．０５％、
Ｖ：０．０５〜０．２５％を含有し、残部がＦｅと不可避不純物よりなる鋼からなる部品に対し、
真空浸炭処理後、マルテンサイト組織を生じさせない冷却速度で徐冷し、その後、高周波焼入処理を施すことによって浸炭高周波焼入部品を得ることを特徴とする浸炭高周波焼入部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械構造用部品、特に自動車等の動力伝達部品用に適用できる高い疲労強度と靭性を有し、かつ、熱処理歪の小さい歯車等の部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械構造用部品、例えば自動変速機の動力伝達部品である歯車などは、その曲げ疲労強度、靭性が要求される。また、最近では環境問題から歯車運転時の騒音を抑えるために寸法精度が高いことも要求されている。従来、一般に上記した歯車の素材としてはＪＩＳ  ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０等の肌焼鋼が多用されてきた。しかし、最近益々進展している自動車の部品高強度化や騒音低減の動きに対しては、従来の肌焼鋼では上記した強度や寸法精度に限界があって十分な対応ができてないのが実情である。
浸炭歯車は浸炭処理後そのままの状態か、あるいは浸炭処理後に低温焼戻を施すのみの状態で、機械加工をほとんど施すことなく使用されるため、浸炭焼入による熱処理歪が残存し、これが運転時の騒音発生の原因となっていた。【０００３】
このような現状に対して、例えば特許文献１ではＣが０．３０％以上０．６０％の鋼材に浸炭処理を施して浸炭層を形成し、該浸炭処理後に徐冷処理を行い、その後、表層のみを高周波焼入処理を施す方法が提案されている。この方法によれば、芯部（以下、高周波焼入処理の未影響部を芯部という）が焼入処理されないことによりマルテンサイト変態および急冷による熱処理歪は大きく緩和される。しかしながらＣが高いことに起因して靭性が低下する課題があった。また、浸炭処理前の素材の切削性が悪いことも課題であった。【０００４】
【特許文献１】特開平８−３１１６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、特に自動車等の動力伝達部品用に適用できる高い疲労強度と靭性を有し、かつ熱処理歪が小さく、更には浸炭処理前の素材切削性の優れた、歯車等の部品である浸炭高周波焼入部品を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、浸炭処理後に徐冷処理を行ない、その後、表層のみを高周波焼入処理を施す従来技術の問題点に対して広範な研究を行なった結果、疲労強度と靭性及び熱処理歪等に及ぼす影響に関して、次のような知見を得た。
（１）素材のＣを０．０８％以上０．３％未満とし、その他成分を適正化することによって、素材の段階では切削性に優れたものにし、浸炭徐冷後には靭性に優れたものにする。
（２）浸炭処理後の冷却条件を適正に制御することにより、Ｃを含む合金元素を多量に添加せずに、曲げ疲労強度に優れる芯部硬度、及び熱処理歪が小さく、靭性に優れる芯部組織が得られる。【０００８】 第１の発明は、Ｃ：０．０８％以上０．３％未満、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．３〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５〜０．０５％、Ｃｒ：３．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下（０％を含む）、Ｏ：０．００２５％以下、Ｎ：０．００５〜０．０３％を含有し、さらに、Ａｌ：０．００５〜０．０５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％のうち１種または２種を含有し、残部がＦｅと不可避不純物よりなる鋼からなり、浸炭処理した後、高周波焼入処理を施した部品であって、  表層の硬さが５５ＨＲＣ以上、芯部の硬さが２０〜５０ＨＲＣであり、  芯部の金属組織が、マルテンサイト組織を有せず、且つ、ベイナイト組織の面積率が７０％以上であることを特徴とする浸炭高周波焼入部品にある。【０００９】 第２の発明は、質量％で、Ｃ：０．２％以上０．３％未満、Ｓｉ：０．２〜０．６％、Ｍｎ：１．４〜２．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１〜０．０２％、Ｃｒ：０．２〜０．６％、Ｍｏ：０．４％以下（０％を含む）、Ｏ：０．００２５％以下、Ｎ：０．００５〜０．０２％Ａｌ：０．００５〜０．０５％、Ｖ：０．０５〜０．２５％を含有し、残部がＦｅと不可避不純物よりなる鋼からなり、浸炭処理した後、高周波焼入処理を施した部品であって、  表層の硬さが５５ＨＲＣ以上、芯部の硬さが２０〜５０ＨＲＣであり、  芯部の金属組織が、マルテンサイト組織を有せず、且つ、ベイナイト組織の面積率が７０％以上であることを特徴とする浸炭高周波焼入部品にある。  第３の発明は、質量％で、Ｃ：０．０８％以上０．３％未満、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．３〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５〜０．０５％、Ｃｒ：３．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下（０％を含む）、Ｏ：０．００２５％以下、Ｎ：０．００５〜０．０３％を含有し、さらに、Ａｌ：０．００５〜０．０５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％のうち１種または２種を含有し、残部がＦｅと不可避不純物よりなる鋼からなる部品に対し、  真空浸炭処理後、マルテンサイト組織を生じさせない冷却速度で徐冷し、その後、高周波焼入処理を施すことによって浸炭高周波焼入部品を得ることを特徴とする浸炭高周波焼入部品の製造方法にある。  第４の発明は、質量％で、Ｃ：０．２％以上０．３％未満、Ｓｉ：０．２〜０．６％、Ｍｎ：１．４〜２．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１〜０．０２％、Ｃｒ：０．２〜０．６％、Ｍｏ：０．４％以下（０％を含む）、Ｏ：０．００２５％以下、Ｎ：０．００５〜０．０２％Ａｌ：０．００５〜０．０５％、Ｖ：０．０５〜０．２５％を含有し、残部がＦｅと不可避不純物よりなる鋼からなる部品に対し、  真空浸炭処理後、マルテンサイト組織を生じさせない冷却速度で徐冷し、その後、高周波焼入処理を施すことによって浸炭高周波焼入部品を得ることを特徴とする浸炭高周波焼入部品の製造方法にある。【００１０】  以上の第１〜第４の発明によれば、自動車等の動力伝達部品用に適用できる高い疲労強度と靭性を有し、かつ熱���理歪が小さく、更には浸炭処理前の素材切削性の優れた、歯車等の浸炭高周波焼入部品を提供することができ、これにより自動車の高出力化および騒音低減等に大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例にける、リングギアの平面図。
【図２】実施例における、リングギアの断面図（図１のＡ−Ａ線矢視断面図）。
【図３】実施例における、デフリングギアの平面図。
【図４】実施例における、デフリングギアの断面図（図３のＡ−Ａ線矢視断面図）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  以下に、上記第１〜第４の発明における合金元素の限定理由について説明する。Ｃ：０．０８％以上０．３％未満、  Ｃは鋼の強度、特に芯部の強度を確保するために添加する元素である。そこで、本発明ではＣ量の下限を０．０８％として内部の強度を確保する。しかし、その含有量が０．３％以上となると硬さが増加することに起因して靭性が低下するため、並びに素材の切削性が悪化するため上限を０．３％未満とした。最も好ましいＣ添加量は０．２〜０．３％である。【００１３】Ｓｉ：２．０％以下、  Ｓｉは、添加すれば焼入層の焼戻軟化抵抗を向上させることにより、例えば歯車のピッチング寿命が向上する効果がある。その効果を得るには０．２％以上とすることが好ましい。しかし、２．０％を超えると浸炭性が劣化するため、２．０％を上限とした。好ましいＳｉ添加量は０．２〜０．６％、最も好ましくは０．４〜０．６％である。【００１４】Ｍｎ：１．３〜３．０％、  Ｍｎは焼入性を向上させるのに有効な元素であり、また焼戻軟化抵抗を向上させるのにも有効な元素である。その効果を得るには０．２％以上の添加が必要である。また、１．３％以上添加すれば、後述する浸炭処理後の冷却速度により芯部組織のベイナイト面積率を７０％以上とすることができ、１．３％未満添加の場合よりも靭性が向上して好ましい。しかし、３．０％を超えると、芯部組織にマルテンサイト組織が生じて歪が大きくなるため３．０％を上限とした。最も好ましいＭｎ添加量は１．４〜２．０％である。【００１５】
Ｐ：０．０３％以下、
Ｐは粒界に偏析して靭性を低下させるため極力低減する必要があり、０．０３％以下に制限する必要がある。【００１６】Ｓ：０．０１〜０．０２％、  Ｓは被削性の観点から０．００５％以上は必要である。しかしながら０．０５％を超えると鍛造性を阻害する。最も好ましいＳ添加量は０．０１〜０．０２％である。【００１８】Ｃｒ：３．０％以下、  Ｃｒは、添加すれば焼入層の焼戻軟化抵抗を向上させることにより、歯車のピッチング寿命が向上する効果がある。その効果を得るには０．５％以上とすることが好ましい。但し、３．０％を超えると浸炭時に部品表面にＣｒ系炭化物が生成し靭性が劣化するため、３．０％を上限とした。好ましいＣｒ添加量は０．２〜０．６％、最も好ましくは０．４〜０．６％である。【００１９】
Ｍｏ：１．０％以下（０％を含む）、
Ｍｏは添加しなくてもよい。添加すれば焼入層を強靭化して曲げ疲労強度を向上する効果がある。その効果を得るには０．０１％以上とすることが好ましい。但し１．０％を超えて添加してもその効果は飽和して経済性を損ねるため１．０％を上限とした。好ましいＭｏ添加量の上限は０．４％であり、さらに好ましくは、０．１％以下、または０．３〜０．４％である。【００２０】
Ｏ：０．００２５％以下、
Ｏはアルミナやチタニア等の酸化物系介在物として鋼中に存在するが、Ｏが多いとこれらの酸化物が大型化してしまい、これを起点として動力伝達部品の破損に至るため０．００２５％以下に制限する必要がある。少ないほど好ましく、特に接触疲労特性が必要な部品に適用する場合は０．００２０％以下が望ましく、更に、高寿命を指向する場合は０．００１５％以下が望ましい。【００２１】
Ｎ：０．００５〜０．０３％、
Ｎは各種窒化物を形成して浸炭処理時及び高周波焼入処理時のオーステナイト組織の粗大化を防止する効果があり０．００５％以上は必要である。しかし、０．０３％を超えると鍛造性を著しく阻害するため０．０３％を上限とした。最も好ましいＮ添加量は０．００５〜０．０２％である。【００２２】
Ａｌ：０．００５〜０．０５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％のうち１種または２種、
Ａｌ、Ｔｉは窒化物として鋼中に析出分散することにより、浸炭処理時及び高周波焼入処理時のオーステナイト組織の粗大化を防止する効果があり、Ａｌ、Ｔｉのうち１種または２種で夫々０．００５％以上は必要である。しかし、０．０５％を超えると析出物が粗大化して鋼を脆化させるため上限を０．０５％とした。最も好ましいものはＡｌを０．００５〜０．０５％添加することである。【００２３】Ｖ：０．０１〜０．３％、  Ｖは添加しなくてもよいが、添加することによって浸炭処理後の徐冷時にはベイナイト変態温度を低下させてベイナイトを微細組織として靭性を高め、また、一部は徐冷時に炭窒化物として析出して鋼を強化する。これらの効果を発揮させるためには、Ｖ、Ｎｂのうち１種または２種で夫々０．０１％以上の添加が必要である。しかし、０．３％を超えて添加してもその効果は飽和して経済性を損ねるため上限を０．３％とした。好ましくはＶを０．０１〜０．３％、最も好ましくは０．０５〜０．２５％添加することである。【００２４】  次に、上記第１〜第４の発明においては、鋼の化学成分が、更に質量％で、Ｃａ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下、Ｚｒ：０．０５％以下、Ｔｅ：０．１％以下よりなる群から選択される、少なくとも１種以上を含有することが好ましい。  これらの元素は、例えば、歯車の曲げ疲労破壊や軸部品のスプラインの底の疲労破壊に対して、ＭｎＳの延伸を抑制し、一層曲げ疲労強度を向上させる元素である。すなわち、ＭｎＳの延伸抑制効果を与えるために、Ｃａ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下、Ｚｒ：０．０５％以下及びＴｅ：０．１％以下よりなる群から選択される、少なくとも１種以上を含有させる。しかし、各元素で上記量を超えて含有させてもその効果は飽和して経済性を損なうため上記量を上限とする。【００２５】
次に、部品の硬さと組織の限定理由について説明する。
本発明の浸炭高周波焼入部品は、いずれも、浸炭処理し、その後、高周波焼入処理を施した部品である。そして、この浸炭処理と高周波焼入れ処理を行うことによって、表層の硬さが５５ＨＲＣ以上、芯部の硬さが２０〜５０ＨＲＣとしてある。表層（以下、表面から５０μｍ深さを表層という）の硬さは、曲げ疲労強度およびピッチング強度の観点から５５ＨＲＣ以上は必要である。また、芯部の硬さは、曲げ疲労強度に影響を及ぼし、高いほど曲げ疲労強度が向上するため２０ＨＲＣ以上は必要である。しかし芯部の硬さが５０ＨＲＣを超えると曲げ疲労強度の向上は飽和し、かえって曲げ疲労強度が低下する場合がある。そこで本発明では芯部の硬さを２０〜５０ＨＲＣとした。芯部の硬さを２０〜５０ＨＲＣにするためには、適正な焼入性の鋼材を用いる必要があり、具体的にはＪＩＳ  Ｇ０５６１鋼の焼入性試験方法（一端焼入方法）における、焼入端からの距離が２５ｍｍにおける硬さが２０〜５０ＨＲＣの範囲内の鋼材を用い、該鋼材からなる部品を浸炭処理後に４〜１０℃／秒の冷却速度で冷却するとよい。【００２６】
また、本発明の浸炭高周波焼入部品は、芯部の金属組織がマルテンサイト組織を有しない。芯部の金属組織は浸炭処理時にはオーステナイト組織であり、その後の徐冷によって変態してフェライト、パーライト、ベイナイトまたはマルテンサイト組織となる。マルテンサイト組織はフェライト、パーライト、ベイナイト組織よりも変態膨張が大きく、そのため熱処理歪が大きくなるため発生させない必要がある。マルテンサイト組織を生じさせないようにするには本発明の鋼成分にするとともに、浸炭処理後の冷却速度を１０℃／秒以下とするとよい。【００２７】
また、特に、芯部の金属組織に占めるベイナイト組織の面積率が７０％以上であることが望ましい。すなわち、芯部の金属組織に占めるベイナイト組織の面積率が７０％以上あると靭性の面で好ましい。それを実現するには、Ｍｎ含有量を１．３〜３．０％とし、浸炭処理後に４〜１０℃／秒の冷却速度で冷却するとよい。ここで冷却速度が１０℃／秒を超えるとマルテンサイト組織が生じて歪が大きくなり好ましくない。その後、高周波焼入処理を行なうことにより表層のみを硬化させることが肝心である。部品内部まで高周波焼入すると歪が大きくなり好ましくない。【００２８】
また、表面の炭素量が０．５〜１．５質量％であることが好ましい。表層の硬さは炭素量に影響されるため、浸炭条件の適正化により表層の炭素量を調整する必要がある。表面の炭素量が０．５質量％未満の場合には、その後の高周波焼入を施しても表層の硬さが不足するという問題がある。一方、１．５質量％を超えると炭化物の析出量が多くなって基地の焼入性が顕著に低下し、表層の硬さが不足するという問題がある。そこで本発明では表面の炭素量が０．５〜１．５質量％とした。浸炭処理の方法は特に規定されるものではなく、通常の方法で行なえばよい。【００２９】
また、高周波焼入層の深さが、浸炭層深さの０．３〜２．０倍であることが好ましい。高周波焼入層の深さを大きくすれば曲げ疲労強度が向上するが、このためには少なくとも浸炭処理時における全硬化深さの０．３倍の深さまで焼入する必要がある。一方、焼入深さが全硬化深さの２．０倍を超えると、かえって曲げ疲労強度は低下する。そこで本発明では高周波焼入層の深さは、浸炭層深さの０．３〜２．０倍とした。高周波での加熱方法は通常の方法でよい。【００３０】
また、上記高周波焼入層の残留オーステナイト面積率が２０％以下であることが好ましい。高周波焼入に用いる冷媒は水または水系の焼入剤が望ましく、これにより一般的な浸炭処理に対して冷却速度が大きくなり、残留オーステナイト面積率が２０％以下に低減することができる。この低い残留オーステナイトにより、例えその後にショットピーニング処理を施しても、加工誘起変態によるマルテンサイトヘの変化を抑制でき、歪を小さくすることができる。【００３１】
また、表面の粒界酸化深さが３μｍ以下であることが好ましい。粒界酸化層は一般浸炭焼入層より強度が低く、粒界酸化層が３μｍを超えて深くまで生じた場合には、部品の強度不足を引き起こすおそれがある。粒界酸化層を３μｍ以下に抑制するには、望ましくは浸炭処理を１〜３０ｈＰａに減圧した減圧雰囲気下において行なうとよい。浸炭処理は、通常のガス浸炭処理を施すと、ガス中に含まれている酸化性ガス（ＣＯ2、Ｈ2Ｏ）により、部品表面に粒界酸化層が生じ、これに付随して不完全焼入組組織（トルースタイト）が生成する。このため表面硬さが低下し、疲労強度が低下するため真空浸炭処理が望ましい。この真空浸炭にて１〜３０ｈＰａに減圧した減圧雰囲気下において行なうことにより粒界酸化を十分に防止することができる。ここで上記減圧雰囲気の減圧の値が１ｈＰａ未満の場合は、酸化抑制に対しては過剰であるし、減圧のための装置も高減圧仕様となり、経済性を損ねる問題がある。一方、３０ｈＰａを超える場合には、酸化抑制効果の低下、浸炭炉内における煤の発生等の問題がある。また、浸炭処理は不活性ガスを主成分とする雰囲気下において行なうことも好ましい。この場合にも、上記酸化防止雰囲気を容易に形成することができる。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等がある。また、通常のガス浸炭処理でもＳｉを０．０５％未満とすることによって粒界酸化層を抑制することができる。【００３２】
また、上記高周波焼入処理後にショットピーニング処理が施されたものであることが好ましい。高周波焼入処理後にショットピーニング処理を行うことにより、特に、浸炭高周波焼入部品の曲げ疲労強度を、高周波焼入処理のままの状態に比べ、さらに向上させることができる。【００３３】
また、上記浸炭高周波焼入部品は、歯車とすることができる。すなわち、上記浸炭高周波焼入部品は、自動車の駆動系部品として必要な強度特性を備えるものとなるので、例えば自動変速機における歯車に適用しても非常に好適である。
【実施例】
【００３４】
以下に本発明を実施例によって具体的に説明する。なお、これらの実施例は本発明を説明するためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
表１に示す化学成分を有する熱間圧延素材を熱間鍛造後に焼鈍処理を施した後、機械加工により平行部φ９ｍｍで半径１．１４ｍｍの半円弧の切欠を有する小野式回転曲げ疲労試験片を製作した。同様にＵノッチ衝撃試験片（ＪＩＳ  Ｚ  ２２０２の図２ａ）、ギア歪測定用のリングギア（ピッチ円直径φ１５７ｍｍ、モジュール２．４５、歯数５１、内径φ８６ｍｍ）を製作した。【００３５】
次に各試験片およびリングギアを３種類の製造方法（製法１〜３）に振り分けて処理した。
［製法１］：２０ｈＰａの減圧雰囲気中で９５０℃×３０ｍｉｎ浸炭処理→表２の冷却速度で徐冷→１００ｋＨｚで９５０℃加熱の高周波焼入処理→１５０℃×９０ｍｉｎ焼戻である。但し表面のＣ濃度を表３のように振り分けるため浸炭時における浸炭期と拡散期の比率は個々に調整し、同様に高周波焼入層深さを表２のように振り分けるため加熱時間は個々に調整した。【００３６】
［製法２］：［製法１］に加えて、１５０℃×９０ｍｉｎ焼戻の後に、アークハイト１．０ｍｍＡのショットピーニング処理を行った。【００３７】
［製法３］：［製法１］の減圧雰囲気中で９５０℃×３０ｍｉｎ浸炭処理に代えて、カーボンポテンシャル０．６で９５０℃×３０ｍｉｎガス浸炭処理を行った。【００３８】
そして、上記製法により処理した各試験片及びリングギアについて試験および測定を行なった。
素材の切削性は１個のリングギアの歯切りの際に通常のホブ刃を交換することなしに切削できたものを合格として評価した。小野式回転曲げ疲労試験片は１０の６乗回を疲労限度とした疲労強度を測定した。Ｕノッチ衝撃試験片では常温での衝撃値を測定した。リングギアの歪は浸炭後にＪＩＳ  Ｂ  １７５２のオーバーピン法にて全ての歯厚を測定して、最大寸法と最小寸法の差が５０μｍ以下を合格として評価した。試験および測定結果を表３に示す。【００３９】  表３に示すように、参考例及び本発明例の試験Ｎｏ．１〜１５の試験片及びリングギアは素材の切削性は良好で、ギア歪は合格し、高い１２Ｊ／ｃｍ2以上の優れた衝撃値と６５０ＭＰａ以上の曲げ疲労強度を有していることが明らかになった。  また、Ｍｎを１．３〜３．０％含有し、芯部のベイナイト率が７０％以上の本発明例の試験Ｎｏ．１２〜１５は、衝撃値が一段と高いものになった。  さらに、参考例の試験Ｎｏ．６は、［製法３］のガス浸炭処理を行ったが、Ｓｉ含有量を０．０３％としたために、粒界酸化深さが３μｍとなった。【００４０】
これに対し、比較例の試験Ｎｏ．１６はリングギア歪が不良であった。これは浸炭後の冷却速度が１０℃／秒を上回ったことに起因して深部の組織にマルテンサイト組織が生じたためである。
比較例の試験Ｎｏ．１７は疲労強度が４８０ＭＰａと低かった。これは浸炭後の冷却速度が４℃／秒を下回ったことに起因して芯部の硬さが２０ＨＲＣを下回ったためである。
比較例の試験Ｎｏ．１８は曲げ疲労強度が４５０ＭＰａと低かった。これは高周波焼入層の深さが浸炭層深さの２．０倍を超えたためである。
比較例の試験Ｎｏ．１９は曲げ疲労強度が４６０ＭＰａと低かった。これは表面の炭素濃度が１．５％を上回ったことに起因して表層の硬さが５５ＨＲＣを下回ったためである。【００４１】
比較例の試験Ｎｏ．２０は曲げ疲労強度が５００ＭＰａと低かった。これは、Ｓｉ含有量を０．２６％とし、［製法３］のガス浸炭処理を行ったために、粒界酸化深さが３μｍを超えたためである。
比較例の試験Ｎｏ．２１は素材の切削性が不良であり、１個のリングギアを製作するに際して途中でホブ刃の交換が必要となった。衝撃値も６Ｊ／ｃｍ2と低かった。これは鋼材のＣが０．３％を超えたことに起因して芯部の硬さが５０ＨＲＣを超えたためである。【００４２】
比較例の試験Ｎｏ．２２はリングギア歪が不良であった。これはＭｎが３％を上回ったことに起因して深部の組織にマルテンサイト組織が生じたためである。
比較例の試験Ｎｏ．２３は曲げ疲労強度が４６０ＭＰａと低かった。試験後の小野式回転曲げ疲労試験片には酸化物系介在物を起点としたフィッシュアイ破面が観察されたため、Ｏが０．００２５％を超えたことに起因して酸化物介在物が大型化したことが原因と考えられた。【００４３】
【表１】
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【００４４】
【表２】
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【００４５】
【表３】
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【００４６】
次に、本発明の浸炭高周波焼入部品を適用可能な具体的な部品の例を示す。上述した試験にも用いたリングギアとしては、例えば図１、図２に示す形態のリングギア８がある。リングギア８は、自動車の自動変速機に用いられる部品であり、筒状の本体部８０の内周面に歯面８１を備えたものであり、歯面の硬度が高く、また真円度が非常に重要な部品である。【００４７】
また、例えば図３、図４に示すごとく、リング状本体部７０の外周側に歯面７１を有するリング状のデフリングギア７にも本発明を適用できる。このデフリングギア７も、自動車の自動変速機に用いられる部品であり、歯面の硬度が高く、また真円度が非常に重要な部品である。
なお、本発明は、ここに例示した歯車に限らず様々な形態の歯車に適用でき、さらには、歯車に限らず自動車の動力伝達部品等の様々な鋼部品に適用できることは言うまでもない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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