(57)【要約】本発明は炭素含有量に依存する歯付き部品の動的負荷容量を増加するための方法に関する。炭素含有量がまず部品の表面から心部の方向へ増加し、ある深さから連続的に減少するように、部品の表層の炭素含有量の推移を調整する。部品の区域の表層の一部を除去して、部品の表面の炭素含有量の増加とともに動的負荷容量を増加させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
肌焼鋼からなる歯付き部品の、炭素含有量に依存する動的負荷容量を増加するための方法において、炭素含有量がまず表面から心部の方向へ増加し、或る層深さから連続的に減少するように、部品の表層の炭素含有量の推移（２）を調整し、続いて部品の表面に炭素含有量の最大値があるように、部品の或る区域、特に歯面の区域の表層の一部を除去する方法。
【請求項２】
部品の表層の炭素含有量の推移（２）が浸炭によって生じることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項３】
浸炭の際に部品がガス状浸炭剤で取り囲まれ、雰囲気の炭素含有量が可変であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
浸炭の終期、例えば冷却段階に続く焼入温度保持段階での雰囲気の炭素含有量を浸炭時よりはるかに小さく調整することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
歯面の表層の除去部分が機械加工により除去されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明は肌焼鋼からなる歯付き部品の、炭素含有量に依存する動的負荷容量を高めるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
十分に強靭な心部を持つ硬い耐摩耗性の表層を肌焼で作ることによって、部品の動的負荷容量を向上することは実際に周知である。そのために表層に浸炭し、続いて部品を焼入れする。特に歯車や軸のように機械的に高い負担がかかる部品にとって、浸炭合金鋼の肌焼は極めて高い負荷容量を得る解決策である。
【０００３】
従来は肌焼の際に部品の表面で炭素含有量が最大となるように、表層の炭素含有量の推移が調整される。表面からの距離が部品の心部の方向へ増加するにつれて炭素含有量が連続的に減少するのである。
【０００４】
ＩＳＯ６３３６−５、初版１９９６−６−１５で表面の炭素含有量は肌焼鋼の状態図の共晶点の＋０．２％〜−０．１％と規定されている。それによって特に肌焼クロムニッケル鋼では約０．８％の好適な炭素含有量となる。
【０００５】
また表面及び表層の炭素含有量が歯車の歯元及び歯面の負荷容量に様々に影響することも実際に周知である。肌焼クロムニッケル鋼については、部品表面の炭素含有量０．６％で歯元負荷容量が最大であり、炭素含有量の増加とともに減少することが知られている。これに対して歯面の負荷容量は表層の炭素含有量が０．６％から０．９％へ増加するにつれて連続的に増加する。
【０００６】
このため肌焼クロムニッケル鋼の公知の連続熱処理法では、肌焼によって部品全体の表層の表層炭素含有量がおおむね均一に調整されるから、歯面に最大又は最適負荷容量を調整すれば歯元の負荷容量が減少するという欠点が生じる。また歯元の負荷容量が最大となるように歯車の表層の炭素含有量を調整すれば、歯面の負荷容量を犠牲にすることになる。
【０００７】
高い負荷がかかる歯でこうした欠点を取り除くために、表層帯の炭素含有量によって歯面の負荷容量を最大化し、その後歯元区域の硬化ブラスト処理により歯元の負荷容量を増加する措置が取られるようになった。
【０００８】
ところがその場合には、肌焼きの後に歯元の硬化ブラスト処理を行うことにより製造費の大幅な増加が生じることが欠点となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明の課題は、事後の硬化ブラスト処理が不要であり、部品の安価な製造又は動的負荷容量の増加を可能にする、肌焼鋼からなる歯付き部品の、炭素含有量に依存する動的負荷容量の増加方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は本発明により請求項１の特徴に基づく方法によって解決される。
【００１１】
炭素含有量がまず表面から心部の方向へ増加し、ある層深さから連続的に減少するように部品の表層の炭素含有量の推移を初めに調整し、続いて部品の表面の炭素含有量の増加とともに動的負荷容量が増加するように部品の或る区域、特に歯面の区域の表層の一部を除去する、肌焼鋼からなる歯付き部品例えば歯車の炭素含有量に依存する動的負荷容量の本発明に基づく増加方法は、部品の表面に最適化された表層炭素含有量が存在し、それが当該の部品区域の負荷容量の最大値を保証するという利点をもたらす。
【００１２】
炭素含有量を本発明に基づき調整し、続いて部品の特定の区域を硬化加工することによって、製造費の増加を招く負荷容量の増加のための仕上加工法を廃止できることが有利である。
【００１３】
さらに本発明に基づく方法で処理した部品は強度が増すので、同じ強度に対して少ない材料使用量で済むから、重量の減少も可能である。
【００１４】
本発明の主題のその他の利点と有利な実施態様は以下の説明、特許請求の範囲及び図面で明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図面の単一の図で一例として本発明方法に基づき製造された部品の表層の炭素含有量の推移２と、実際に知られている肌焼法で生じた別の部品の炭素含有量の別の推移１とを対比する。
【００１６】
歯車の表層の炭素含有量の２つの曲線１、２はその表面から心部にわたって示されている。その場合炭素含有量（％）と歯車表面における縁からの距離（ミリメートル）との関係が記載されている。
【００１７】
曲線１は在来の肌焼法で作られた歯車の表層の炭素含有量Ｃを再現する。この曲線１は歯車の直接の表面区域に炭素含有量Ｃの最大を示し、縁からの距離が増すにつれて炭素含有量Ｃが連続的に、少なくともほぼ直線的に減少する。
【００１８】
歯車の表層帯の炭素含有量Ｃの曲線２は、表層脱炭を含む改良肌焼法によって生じたものであり、炭素含有量が歯車の表面から心部の方向にまず増加し、ある層深さから、この場合は例えば約０．１５ｍｍの縁からの距離において０．７％の炭素量の最大値があるように構成されている。炭素含有量はこの最大から歯車の心部の方向に連続的に減少する。いわゆる表層脱炭は肌焼工程の最終段階で、例えば焼入温度に保持する時に、浸炭剤雰囲気の炭素含有量を急激に低下することによって起こり又は生じさせられる。
【００１９】
次に本発明に基づき改良された肌焼法を詳しく例示する。
【００２０】
肌焼可能な鋼例えば１８ＣｒＮｉＭｏ８８からなる歯車は全肌焼工程のあいだ熱処理炉の中でガス状浸炭剤に取り囲まれている。浸炭剤の炭素含有量は肌焼工程の個々の段階で変更される。
【００２１】
肌焼工程はそれ自体公知の諸段階、即ち部品の加熱段階、浸炭段階、冷却段階及び焼入温度保持段階からなり、これらの順次続く段階はそれぞれ所定の期間にわたり所定の温度で、種々の雰囲気炭素含有量で行われる。
【００２２】
例えばまず加熱段階の炭素含有量はそれに続く浸炭段階より小さいのが通例である。加熱段階の炭素含有量は例えば０．４％である。
【００２３】
それに続く浸炭段階は周知のように４つの部分又は段階に区分することが好ましい。その場合初めの３段階の炭素含有量は段階的に０．４％から０．６％に、そして最後に１．１％の値に引き上げられ、１．１％の炭素含有量が調整される期間は０．６％の炭素含有量が調整される期間の１５倍である。浸炭段階の最後の短い期間にこの値が再び１．０％の値に減少される。上記の実施例では加熱段階と浸炭段階の温度は約９３０℃である。
【００２４】
浸炭段階に続く冷却段階では炭素含有量は浸炭段階の最後の部分又は最期の期間の炭素含有量に相当する。
【００２５】
歯車が焼入温度に保持される保持段階もやはり幾つかの部分又は段階に区分され、最初の部分のガス状浸炭剤雰囲気の炭素含有量は０．４％の値に調整される。保持段階の第２の部分では浸炭剤の炭素含有量が０．３％に引き下げられる。保持段階の第２の部分は保持段階の第１の部分より長い期間にわたり、例えば第１の部分のおよそ２倍のあいだ持続する。冷却段階及び保持段階の温度は約８６０℃に相当する。
【００２６】
ここで付言すれば、数値で挙げた肌焼工程の個々のプロセスパラメータと個々の段階の持続時間は使用される炉のタイプに依存し、それに応じて変動する。異なるタイプの炉を使用してもこの傾向は変わらない。
【００２７】
保持段階の後に歯車を油で直接焼入れし、続いて約１７０℃で９０分間焼もどす。
【００２８】
肌焼の後に歯付き部品、例えば歯車の歯面の区域を硬化加工する。その場合表層帯の材料除去は表層脱炭区域にほぼ相当する。この場合加工法として研削法を指定することが好ましい。研削法はこれまで実際に歯面の表面品質の改善のために行われている。歯元区域は通常再加工しない。即ち先行技術で公知の費用のかかる硬化ブラスト処理を回避することができ、従って在来の製造法と比較して硬化ブラスト処理のための追加費用が発生しない。
【００２９】
上記の肌焼法によって歯車の全表層領域で炭素含有量の推移２が得られる。即ち歯面区域でも歯元区域でも表面の炭素含有量は約０．５％ないし０．６％である。歯車の表面の炭素含有量０．６％で歯元負荷容量は最大値に達する。鋼、特にＣｒＮｉ鋼ではそれ以上の炭素含有量は歯元負荷容量の減少をもたらす。こうして表層脱炭を含む肌焼法によって歯元負荷容量の最大値が得られる。
【００３０】
歯面負荷容量は０．６％〜０．９％の範囲の炭素含有量で最大値を示し、０．６％の炭素含有量から表層帯の炭素分の増加とともに歯面負荷容量が連続的に増加する。即ち材料除去の前に歯面の表面区域の炭素含有量０．６％で歯面負荷容量が最大より低い値を示すのである。材料削除によって表層が削除され、歯面の表層区域が歯元の表面近傍区域より高い炭素含有量を有する歯車表面を形成する。こうして在来の肌焼の歯面負荷容量が再び得られる。最大歯元負荷容量は歯面の研削に影響されない。
【００３１】
こうして本発明に基づき改良され、表層脱炭を含む直接焼入れである肌焼法及びそれに続く歯面の硬化加工によれば、表層炭素含有量が最適化され、歯面及び歯元の最大の負荷容量をもたらす。
【００３２】
肌焼の最終段階で表層脱炭を行う、本発明に基づき改良された上記の肌焼法によれば、在来の肌焼法より明らかに高い動強度が得られる。表層脱炭によって疲れ強さが向上するだけでなく、歯車の耐久限界の推移もより高い振動回数側へ移行する。
【００３３】
表層脱炭を含む改良直接肌焼法によれば、公知の連続熱処理法で焼入れされる歯車と比較して、動曲げ荷重のもとでの振動疲れ限度及び衝撃荷重での動強度も改善される。
【００３４】
本発明に基づく方法は歯付き部品、特に歯車の歯元負荷容量を高めるのに適しているが、本発明はこの用途に限定されるものではない。上記の焼入法と後続の硬化加工は商用車のステアリングの軸及び高い動荷重を受け、十分に強靭な心部の上に硬い耐摩耗性の表層を持たねばならない任意の他の部品にも適している。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明方法に基づき製造された部品と公知の肌焼法で製造された部品の表層の炭素含有量の推移を対比した線図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  在来の肌焼法による表層の炭素含有量の推移
２  表層脱炭を含む本発明の改良肌焼法による表層の炭素含有量の推移
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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