(57)【要約】【課題】  高面圧下においてチェーン用ピンの耐摩耗性を向上させる。【解決手段】  母材となる炭素鋼又は合金鋼の最表部に、ＶＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＷＣ、ＨｆＣおよびＺｒＣからなる群から選ばれる炭化物粒子が分散した炭化クロム層が形成されていると、マトリックス相となる炭化クロム層を介して分散炭化物粒子と母材との結合力が高くなっており、分散炭化物粒子が母材から剥離するのを防止できる。このようにして、高面圧下においてもピンの耐摩耗性を向上できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材となる炭素鋼又は合金鋼の最表部に、ＶＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＷＣ、ＨｆＣおよびＺｒＣからなる群から選ばれる炭化物粒子が分散した炭化クロム層が形成されていることを特徴とする耐摩耗性鋼製部品。
【請求項２】
分散した炭化物粒子の粒径が３μｍ以下である請求項１記載の耐摩耗性鋼製部品。
【請求項３】
形成される層での炭化物粒子面積率が４０％以上である請求項１または２に記載の耐摩耗性鋼製部品。
【請求項４】
母材となる炭素鋼又は合金鋼がＣ０．５〜１．２重量％を含む請求項１〜３のいずれかに記載の耐摩耗性鋼製部品。
【請求項５】
Ｃ０．５〜１．２重量％を含む炭素鋼又は合金鋼からなる鋼製部品を用意し、該鋼製部品をＶＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＷＣ、ＨｆＣおよびＺｒＣからなる群から選ばれる炭化物粒子、金属クロム及び焼結防止剤を主成分とする浸透剤を用いて１０００〜１１００℃でクロム浸透拡散処理を行い、上記炭化物粒子を炭化クロム層に分散させることを特徴とする耐摩耗性鋼製部品の製造方法。
【請求項６】
形成される層での炭化物粒子面積率を４０％以上とする請求項５記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チェーン用ピン等に有効な耐摩耗性鋼製部品およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サイレントチェーンやローラチェーン等の動力伝達用チェーンやプライマリドライブチェーンにおいては、チェーンの運転中にリンクがピンの回りを回転摺動することによってピンが摩耗する。そこで、従来よりピンの耐摩耗性を向上させるための種々の方法が提案されている。
【０００３】
たとえば、特開昭５６−４１３７０号公報に示すものでは、ピン素材にクロマイジング処理を施すことにより、ピン素材の表面にクロム炭化物層を形成している。
【０００４】
また、特開平１０−１６９７２３号公報に示すものでは、ピン素材の表面にクロム、チタニウム、バナジウム、ニオビウムのうちの少なくとも一つの炭化物層を形成している。
【特許文献１】特開昭５６−４１３７０号公報
【特許文献２】特開平１０−１６９７２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本件出願に係る発明者らは、ピン素材の表面にクロム炭化物（ＣｒＣ）層が形成されたピン（以下、クロマイジングピンという）と、ピン素材の表面にバナジウム炭化物（ＶＣ）層が形成されたピン（以下、ＶＣピンという）について、それぞれ耐摩耗試験を繰り返し行った結果、各ピンの耐摩耗性について以下のことが検証された。
【０００６】
クロマイジングピンの場合、高面圧が繰り返し作用する使用状態下では、クロム炭化物層の表面に剥離が起こり、剥離の進行とともにピンの摩耗も進行する。また、ＶＣピンの場合には、高面圧の作用下で、バナジウム炭化物層と母材（ピン素材）との間の境界面で剥離が起こり、すなわち、硬化層であるバナジウム炭化物層全体が一度に剥離し、その結果、摩耗が急激に進行する。これらのことから、クロム炭化物は、母材との密着性（結合性）は良いが面圧強度は低く、一方、バナジウム炭化物は、それ自体の表面からは剥離が起こりにくいため面圧強度は高いが、母材との密着性は低いということが検証された。
【０００７】
そこで、本発明は、このような検証結果に基づいて、更に、高面圧下において耐摩耗性を向上させることができる耐摩耗性鋼製部品を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明者らは、鋭意研究の結果、母材との密着性（結合性）が良いクロム炭化物層を形成する際に同時にバナジウム炭化物等の強化粒子を分散させると面圧強度を高めることができることを見出した。本発明はかかる知見に基づき、なされたもので、母材となる炭素鋼又は合金鋼の最表部に、ＶＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＷＣ、ＨｆＣおよびＺｒＣからなる群から選ばれる炭化物粒子が分散した炭化クロム層が形成されていることを特徴とする耐摩耗性鋼製部品にある。
【０００９】
本発明にかかる耐摩耗性鋼製部品においては、通常、クロム炭化物層は１０μｍ以上の厚みで形成されるが、クロム炭化物層中に分散した炭化物粒子の粒径は３μｍ以下、好ましくは１μｍ以下である。また、形成される層での炭化物粒子面積率はクロム炭化物層と反応し、４０％以上であることが好ましい。
【００１０】
本発明は粉末パック法により母材表面にクロム炭化物層を形成するため、母材となる炭素鋼又は合金鋼がＣ０．５〜１．２重量％を含む場合に適合するのが好ましい。
【００１１】
本発明においては、Ｃ０．５〜１．２重量％を含む炭素鋼又は合金鋼からなる鋼製部品を用意し、該鋼製部品をＶＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＷＣ、ＨｆＣおよびＺｒＣからなる群から選ばれる炭化物粒子、クロム含有粉末及び焼結防止剤を主成分とする浸透剤を用いて１０００〜１１００℃でクロム浸透拡散処理を行うことにより耐摩耗性鋼製部品を製造することができる。また、クロム浸透拡散処理は１１００℃以上でも実施できるが、経済的理由等により１１００℃以下が好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果を従来のＶＣ単層および分散粒子が金属酸化物の場合と比較すると、図１に示すとおりである。
即ち、従来の場合、荷重のかかった摺動作用により摩耗粒子は大きくなり、また、噛み込み粒子がアグレッシブ粒子として被覆を摩耗させ易いが、本発明の場合、分散粒子とベース被覆層となるクロム炭化物層との密着性に優れるため、摺動中に分散粒子の脱落や破壊を起こす虞がない。特開２００３−１３９１９９号では分散粒子として金属酸化物を分散点在させる場合を提案しているが、これに比して本発明の場合、分散粒子とマトリックス相との密着性により、摺動中に分散粒子の脱落や破壊を起こす虞がないのは明らかである。さらに、マトリックス相と分散相の耐摩耗性の差によりミクロオイルピットを形成し、保油性を向上させる。この結果、この保油性と分散相の耐摩耗性により、耐摩耗性が向上する。特に、ＶＣ粒子を分散粒子とすると、マトリックス相ＣｒＣ層との密着性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施態様を添付図面に基づいて説明する。
チェーン用ピン（１．２〜０．５％Ｃ）を用い、表１に示すバナジウム炭化物粒子、クロム含有粉末（例えば、金属クロム）、焼結防止剤（例えば、アルミナ）および促進剤（例えば、塩化アンモニウム等のハロゲン化物）組成からなる浸透剤を充填した図２に示す回転炉に投入し、アルゴンガス流入条件下にて、表１に示す処理条件でクロムの拡散被覆処理を施した。結果を表２に示す。
【００１４】
表１
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【００１５】
表２
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図３は処理温度が９７０℃および１０５０℃で処理を実施した上記チェーン用ピンの表面ミクロ組織を示す顕微鏡写真である。
【００１６】
これらの図に示すように、チェーン用ピンの母材となる鋼の最表部には、バナジウム炭化物粒子を含むクロム炭化物（ＣｒＣ )層が形成されている。バナジウム炭化物粒子とＣｒＣのマトリックス相からなる層とは密着性に優れる。
【００１７】
従来例と本実施態様によるピンの摩耗試験結果を比較したものを図４に示す。
以上の結果を整理すると、処理温度９７０℃の場合、密着性に問題があるが、処理温度が１０００℃以上になると、反応を伴い、ＶＣ粒子を巻き込むため密着性は良好である。そして、形成される層でのＶＣ面積率が高いほど耐摩耗性に優れているので、４０％以上の面積率であるのが好ましい。
【００１８】
なお、本発明の処理法によれば、ＣｒＣ炭化物は１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上形成されるのが好ましい。
【００１９】
ここで用いた摩耗試験方法は、図５に示すとおりであって、試験片としてのピンＰを治具Ｊに固定した状態で、所定の回転数で回転するディスクＤを所定の加圧力ＦでピンＰに押圧することにより、硬化層の剥離の有無を調べた。
【００２０】
すなわち、本実施態様においては（ｉ）ＣｒＣマトリックス相は面圧強度の高いＶＣバナジウム炭化物および母材との密着性が良好である。これにより、分散粒子による破壊せき止め効果により発生する摩耗粒子が小さくなる。
（ii）さらに、マトリックス相の摩耗粉が発生するが、分散粒子はマトリックス相よりも耐摩耗性に優れるため、アブレシブ摩耗は起こりにくい。
（iii）また、接触面内に存在する硬質粒子が面圧を負担するため、マトリックス相粒子の面圧負担が小さく、摩耗が進行しにくい。これにより、摩耗がマイルドに進行し、オイルピットを形成する結果、ピンの耐摩耗性が向上する。
【００２１】
次に、本実施態様によるチェーン用ピンは、以下のようにして製造される。まず、チェーン用ピンの母材となる鋼である、たとえば軸受鋼や機械構造用炭素鋼に対して、１０００〜１１００℃の温度下で、クロム浸透処理および炭化バナジウム粒子拡散処理を行うことにより、鋼の最表面に、クロム炭化物層が形成され、その上に（ＶＣ：削除）バナジウム炭化物粒子が分散したクロム炭化物の混合層を形成させる。ＶＣ粒子はＣｒＣ層で反応し、（表面での面積率が向上し：削除）４０％以上の面積率を有するものとなる。
【００２２】
〔他の実施態様〕
前記実施態様では、ピンの母材となる鋼の最表部に、バナジウム炭化物およびクロム炭化物の混合層を形成した例を示したが、本発明の適用はこれには限定されない。バナジウム炭化物のかわりに、チタニウム炭化物、ニオビウム炭化物、タングステン炭化物、ハフニウム炭化物またはジルコニウム炭化物のうちのいずれか一つまたは二つ以上の炭化物を用い、分散させたクロム炭化物層を得ることができる。バナジウム炭化物の場合と同様の処理及び、摩耗試験を行い、同様の結果を得た。これらの結果を、表３，表４，図６に示す。
表３
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【００２３】
表４
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【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来品ＩおよびＩＩと本発明品の作用効果の差異を説明する図面である。
【図２】本発明方法の粉末パック法の概要を示す斜視図である。
【図３】本発明品Ｉ及びＩＩの処理によるチェーン用ピンの表面ミクロ組織を示す顕微鏡写真である。
【図４】従来品と本発明品Ｉ及びＩＩのピン単体摺動試験結果を示すグラフである。
【図５】ピンの摩耗試験方法の説明図である。
【図６】従来品と本発明品及び他の炭化物処理のピン単体摺動試験結果を示すグラフである。
【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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