(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼よりなり、浸炭処理を含む熱処理が施されて表面部のＣが０．９〜１．４２重量％となされるとともに、表面硬さがロックウェルＣ硬さで６３以上となされ、浸炭層に微細球状炭化物が析出させられ、球状炭化物の平均粒径が３μｍ以下でかつ球状炭化物の量が面積率で１３．５〜４０％となされているとともに、球状炭化物の７０％以上の粒径が１０μｍ以下となされており、さらに浸炭層の残留オーステナイト量が１３〜４０％となされていることを特徴とする摺動部品。
【請求項２】
浸炭層における球状炭化物の平均粒径が３μｍ以下で、かつ球状炭化物の量が面積率で２５％以下となされている請求項１の摺動部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は摺動部品に関し、さらに詳しくは、たとえばすべり軸受部品、自動車エンジン用ロッカアームのローラ支持軸、ローラカムフォロワ、自動車エンジン用カムリフタ、もしくは一方向クラッチ等として用いられるのに適した摺動部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種摺動部品として、従来、JIS ＳＵＪ２等の高硬度鋼よりなり、表面部にショットピーニングを施して表面硬さを増大させたものが用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の摺動部品には次のような問題があることが判明した。すなわち、ショットピーニングによる表面硬さの増大は、靭性の低下を招き、耐摩耗性は向上するものの耐衝撃性が低下したり、亀裂進展速度が増加したりするという問題があった。また、使用中に摺動部品が発熱して焼戻し現象が生じた場合には、残留オーステナイトがマルテンサイト変態を起こし、寸法が膨張して焼付きが発生するという問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、上記問題を解決し、靭性を損なうことなく、耐摩耗性が向上し、しかも焼付きが起こりにくくなる摺動部品を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段と発明の効果】
この発明による摺動部品は、鋼よりなり、浸炭処理を含む熱処理が施されて表面部のＣが０．９〜１．４２重量％となされるとともに、表面硬さがロックウェルＣ硬さで６３以上となされ、浸炭層に微細球状炭化物が析出させられ、球状炭化物の平均粒径が３μｍ以下でかつ球状炭化物の量が面積率で１３．５〜４０％となされているとともに、球状炭化物の７０％以上の粒径が１０μｍ以下となされており、さらに浸炭層の残留オーステナイト量が１３〜４０％となされていることを特徴とするものである。
【０００６】
上記において、通常、摺動部品は、摺動面に数十〜数百μｍ程度の研磨仕上げ処理が施されて使用される。したがって、上記においてＣが０．９〜１．４２重量％となされている表面部とは、研磨仕上げ処理が施された後の最表面から５０μｍの深さの部分までを意味するものとする。なお、浸炭層の深さは、上記研磨量に比べてかなり深く、したがって上記研磨により浸炭層の性状が影響を受けることはない。
【０００７】
上記摺動部品において、表面部のＣの量、表面硬さ、球状炭化物の平均粒径および球状炭化物中の粒径１０μｍ以下のものの量、球状炭化物の量（面積率）、ならびに浸炭層の残留オーステナイト量の限定理由は、次の通りである。
【０００８】
表面部のＣ量
表面部のＣの量が０．９重量％未満であると炭化物を均一に分散させることができず、１．４２重量％を越えると表面部の粗大炭化物量や残留オーステナイト量が多くなって強度が低下する。摺動部品の表面部にＣが集まると、ここに生成する炭化物が粗大化するので、実際には粒径が１０μｍを越えた球状炭化物が全体の４０％程度となり、場合によっては最大粒径が２０μｍとなり、その結果粒径が１０μｍを越えた球状炭化物に応力が集中し、この部分から破壊が生じるおそれがある。したがって、表面部のＣ量は０．９〜１．４２重量％の範囲内で選ぶべきである。
【０００９】
表面硬さ
表面硬さがロックウェルＣ硬さ（以下、ＨＲＣと称する）で６３未満であると表面硬さが十分ではなく、耐摩耗性が低下して摺動部品の寿命が短くなる。したがって、表面硬さはＨＲＣ６３以上とすべきである。なお、表面硬さの上限は、靭性を考慮するとＨＲＣ６８程度であることが好ましい。
【００１０】
球状炭化物の平均粒径および球状炭化物中の粒径１０μｍ以下のものの量
球状炭化物の平均粒径が１０μｍを越えると、粒径が１０μｍを越える球状炭化物の量が全体の８０％程度となり、その結果粒径が１０μｍを越えた球状炭化物に応力が集中し、この部分から破壊が生じるおそれがある。したがって、球状炭化物の平均粒径は１０μｍ以下、好ましくは３μｍ以下とすべきである。また、球状炭化物中の粒径が１０μｍ以下のものの量が７０％未満であると粒径が１０μｍを越えた球状炭化物の量が全体の３０％以上となり、場合によっては最大粒径が２０μｍとなり、その結果粒径が１０μｍを越えた球状炭化物に応力が集中し、この部分から破壊が生じるおそれがある。したがって、球状炭化物中の粒径１０μｍ以下のものの量は球状炭化物全体の７０％以上とするべきである。
【００１１】
球状炭化物の量（面積率）
球状炭化物の量が面積率で４０％を越えると浸炭層マトリックスの強度が低下するので、球状炭化物の量は面積率で４０％以下、好ましくは２５％以下とすべきである。なお、球状炭化物の量の下限は、１３．５％とすべきである。ここで、面積率とは、３０００倍で観察した４０×３０μｍの視野５箇所の面積率を各々画像解析によって観察し、上記５箇所の面積率の平均値をいうものとする。
【００１２】
残留オーステナイト量
残留オーステナイト量が１３％未満であると靭性が低下するとともに亀裂進展速度が速くなって摺動部品の寿命が低下し、４０％を越えると必要な硬さを確保することができない。したがって、残留オーステナイト量は１３〜４０％の範囲内で選ぶべきである。
【００１３】
この発明の摺動部品において、材料となる鋼に施される浸炭処理を含む熱処理としては、たとえば浸炭処理または浸炭焼入れ処理を施す第１工程と、焼入れ処理を施して浸炭層に微細球状炭化物を析出させる第２工程と、表面部の炭素濃度が上記第１工程で得られた表面部の炭素濃度よりも高濃度になるように高濃度浸炭焼入れ処理を施す第３工程とよりなる方法がある。上記第３工程における加熱温度は、上記第２工程の加熱温度以下であることが好ましい。上記第３工程の加熱温度が上記第２工程の加熱温度よりも高くなると、第２工程において析出した炭化物の一部がマトリックス中に溶解するおそれがあるからである。このような方法をより具体的に説明すると、次の通りである。すなわち、Ｃ3 Ｈ8 を１０〜１７vol ％含む浸炭雰囲気中において９３０〜９５０℃の温度で３〜５時間加熱した後、油冷する第１工程と、８００〜８４０℃の温度で０．５〜０．８時間加熱した後、油冷する第２工程と、Ｃ3 Ｈ8 を１０〜１７vol ％含む浸炭雰囲気中において７９０〜８４０℃の温度でかつ第２工程の加熱温度以下の温度で３〜５時間加熱した後、油冷する第３工程とよりなる方法である。上記第３工程において、Ｃ3 Ｈ8 を１０〜１７vol ％含む浸炭雰囲気中において７９０〜８２０℃の温度でかつ第２工程の加熱温度以下の温度で３〜５時間加熱した後、温度を上げて８３０〜８４０℃の温度で０．５〜０．８時間加熱し、その後油冷することが好ましい。この場合、炭化物の粗大化を伴わずに、炭化物量を増加させることが可能になる。
【００１４】
この発明による摺動部品によれば、鋼よりなり、浸炭処理を含む熱処理が施されて表面部のＣが０．９〜１．４２重量％となされるとともに、表面硬さがロックウェルＣ硬さで６３以上となされ、浸炭層に微細球状炭化物が析出させられ、球状炭化物の平均粒径が３μｍ以下でかつ球状炭化物の量が面積率で１３．５〜４０％となされているとともに、球状炭化物の７０％以上の粒径が１０μｍ以下となされており、さらに浸炭層の残留オーステナイト量が１３〜４０％となされているので、心部の強度および硬さが確保されるとともに、靭性の低下が防止される。特に、表面部のＣが０．９〜１．４２重量％となされるとともに、表面硬さがロックウェルＣ硬さで６３以上となされ、浸炭層に微細球状炭化物が析出させられ、球状炭化物の平均粒径が１０μｍ以下でかつその量が面積率で１３．５〜４０％となされているとともに、球状炭化物の７０％以上の粒径が１０μｍ以下となされており、さらに残留オーステナイト量が１３〜４０％となされているので、この摺動部品の耐摩耗性が向上して寿命が延びる。しかも、靭性の低下が防止される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の具体的実施例を比較例とともに説明する。
【００１６】
実施例１〜４
ＳＡＥ５１２０を用いて自動車エンジン用ロッカアームのローラ支持軸の素材を４個分つくり、これらの素材のうちの１個分に図１に示す条件（熱処理条件１）で熱処理を施すとともに、残りの３個分に図２に示す条件（熱処理条件２）で熱処理を施した。ついで、各素材に１６０℃で２時間加熱して焼戻し処理を施した後、各素材の表面を研磨し、その研磨量を変えることにより、表面部の性状の異なる４個のローラ支持軸を製造した。なお、上記焼戻しは、焼入れ処理の後、素材の靭性を向上させるために一般的に行われている工程であるので、図示は省略している。
【００１７】
上記熱処理条件１は、流動層炉を用いて行ったものであり、流動化ガスとしてＮ2 ガスを流量が４．５×１０-4ｍ3 ／ｓとなるように供給するとともにＣ3 Ｈ8 ガスを流量が０．５×１０-4ｍ3 ／ｓとなるように供給しつつ（雰囲気中のＣ3 Ｈ8 濃度は１０vol ％である）、９３０℃で３時間加熱した後、８０℃に油冷して浸炭焼入れ処理を施す第１工程と、流動化ガスとしてＮ2 ガスを流量が５．０×１０-4ｍ3 ／ｓとなるように供給しつつ、８４０℃で０．５時間加熱した後、８０℃に油冷して焼入れ処理を施す第２工程と、流動化ガスとしてＮ2 ガスを流量が４．２×１０-4ｍ3 ／ｓとなるように供給するとともにＣ3 Ｈ8 ガスを流量が０．８×１０-4ｍ3 ／ｓとなるように供給しつつ（雰囲気中のＣ3 Ｈ8 濃度は１６vol ％である）、８３０℃で５時間加熱した後、８０℃に油冷して高濃度浸炭焼入れ処理を施す第３工程とよりなる。
【００１８】
上記熱処理条件２は、流動層炉を用いて行ったものであり、流動化ガスとしてＮ2 ガスを流量が４．５×１０-4ｍ3 ／ｓとなるように供給するとともにＣ3 Ｈ8 ガスを流量が０．５×１０-4ｍ3 ／ｓとなるように供給しつつ（雰囲気中のＣ3 Ｈ8 濃度は１０vol ％である）、９３０℃で３時間加熱した後、８０℃に油冷して浸炭焼入れ処理を施す第１工程と、流動化ガスとしてＮ2 ガスを流量が５．０×１０-4ｍ3 ／ｓとなるように供給しつつ、８４０℃で０．５時間加熱した後、８０℃に油冷して焼入れ処理を施す第２工程と、流動化ガスとしてＮ2 ガスを流量が４．５×１０-4ｍ3 ／ｓとなるように供給するとともにＣ3 Ｈ8 ガスを流量が０．５×１０-4ｍ3 ／ｓとなるように供給しつつ（雰囲気中のＣ3 Ｈ8 濃度は１０vol ％である）、８３０℃で５時間加熱した後、８０℃に油冷して高濃度浸炭焼入れ処理を施す第３工程とよりなる。
【００１９】
実施例５〜１０
JIS ＳＵＪ２を用いて自動車エンジン用ロッカアームのローラ支持軸の素材を６個分つくり、これらの素材のうちの２個分に熱処理条件１で熱処理を施すとともに、残りの４個分に熱処理条件２で熱処理を施した。ついで、各素材に１６０℃で２時間加熱して焼戻し処理を施した後、各素材の表面を研磨し、その研磨量を変えることにより、表面部の性状の異なる６個の自動車エンジン用ロッカアームのローラ支持軸を製造した。なお、上記焼戻しは、焼入れ処理の後、素材の靭性を向上させるために一般的に行われている工程であるので、図示は省略している。
【００２０】
比較例１〜４
JIS ＳＵＪ２を用いて自動車エンジン用ロッカアームのローラ支持軸の素材を４個分つくり、これらの素材に図３に示す条件（熱処理条件３）で熱処理を施した。ついで、各素材の表面を研磨し、その研磨量を変えることにより、表面部の性状の異なる４個の自動車エンジン用ロッカアームのローラ支持軸を製造した。
【００２１】
上記熱処理条件３は、８３０℃で０．５時間加熱した後油冷して焼入れ処理を施す第１工程と、１８０℃で２時間加熱して焼戻し処理を施す第２工程とよりなる。
【００２２】
比較例５〜８
JIS ＳＵＪ２を用いて自動車エンジン用ロッカアームのローラ支持軸の素材を４個分つくり、これらの素材に図４に示す条件（熱処理条件４）で熱処理を施した。ついで、各素材に１６０℃で２時間加熱して焼戻し処理を施した後、各素材の表面を研磨し、その研磨量を変えることにより、表面部の性状の異なる４個の自動車エンジン用ロッカアームのローラ支持軸を製造した。なお、上記焼戻しは、焼入れ処理の後、素材の靭性を向上させるために一般的に行われている工程であるので、図示は省略している。
【００２３】
上記熱処理条件４は、流動層炉を用いて行ったものであり、流動化ガスとしてＮ2 ガスを流量が３．５×１０-4ｍ3 ／ｓとなるように供給するとともにＣ3 Ｈ8 ガスを流量が１．５×１０-4ｍ3 ／ｓとなるように供給しつつ（雰囲気中のＣ3 Ｈ8 濃度は３０vol ％である）、９３０℃で３時間加熱した後、８０℃に油冷して浸炭焼入れ処理を施す第１工程と、流動化ガスとしてＮ2 ガスを流量が５．０×１０-4ｍ3 ／ｓとなるように供給しつつ、８３０℃で０．５時間加熱した後、８０℃に油冷して焼入れ処理を施す第２工程と、流動化ガスとしてＮ2 ガスを流量が５．０×１０-4ｍ3 ／ｓとなるように供給しつつ、８３０℃で０．５時間加熱した後、８０℃に油冷して焼入れ処理を施す第３工程と、流動化ガスとしてＮ2 ガスを流量が４．２×１０-4ｍ3 ／ｓとなるように供給するとともにＣ3 Ｈ8 ガスを流量が０．８×１０-4ｍ3 ／ｓとなるように供給しつつ（雰囲気中のＣ3 Ｈ8 濃度は１６vol ％である）、９３０℃で５時間加熱した後、８０℃に油冷して高濃度浸炭焼入れ処理を施す第４工程と、流動化ガスとしてＮ2 ガスを流量が５．０×１０-4ｍ3 ／ｓとなるように供給しつつ、８３０℃で０．５時間加熱した後、８０℃に油冷して焼入れ処理を施す第５工程とよりなる。
【００２４】
上記実施例１〜１０および比較例１〜８のローラ支持軸の表面部の表面硬さ、表面部のＣ量、浸炭層の炭化物面積率、同じく炭化物の平均粒径、同じく粒径１０μｍ以下の球状炭化物量、および同じく残留オーステナイト量（γＲ）を表１および表２に示す。
【００２５】
【表１】
0003787674.tif 000002
【００２６】
【表２】
0003787674.tif 000003
【００２７】
評価試験
上記実施例１〜１０および比較例１〜８のローラ支持軸を用いて、次のようにして摩耗試験を行った。すなわち、まずJIS ＳＵＪ２を用いて自動車エンジン用ロッカアームのローラの素材を１８個分つくり、これらの素材に図３に示す条件（熱処理条件３）で熱処理を施した後、各素材の表面を研磨し、その研磨量を変えることにより、表面部の性状の異なる１８個の自動車エンジン用ロッカアームのローラを製造した。ついで、実施例１〜１０および比較例１〜８のローラ支持軸に上記ローラを取付けてなるロッカアームを自動車用ガソリンエンジンに組み付けた。そして、潤滑油としてモータオイル（１０Ｗ−３０）を使用し、油温を６０℃に設定してエンジンをかけ、２００時間経過した後のローラ支持軸の摩耗深さを測定するとともに、ピーリング発生の有無を観察した。その結果も表１および表２に示す。また、表面硬さと摩耗深さとの関係を図５に示す。
【００２８】
表１および表２、ならびに図５から明らかなように、本発明品は、耐摩耗性が優れていることが分かる。しかも、表１および表２から明らかなように、本発明品は、ピーリングが発生しておらず、損傷抑制効果が、従来品に比べて著しく向上し、長寿命化を達成できることが分かる。
【００２９】
上記実施例においては、材料となる鋼として、ＳＡＥ５１２０およびJIS ＳＵＪ２だけが挙げられているが、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の熱処理条件１を示す線図である。
【図２】実施例の熱処理条件２を示す線図である。
【図３】比較例の熱処理条件３を示す線図である。
【図４】比較例の熱処理条件４を示す線図である。
【図５】実施例および比較例における表面硬さと摩耗深さとの関係を示すグラフである。
【図１】
0003787674.tif 000004
【図２】
0003787674.tif 000005
【図３】
0003787674.tif 000006
【図４】
0003787674.tif 000007
【図５】
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