JP3329177B2

JP3329177B2 - 曲げ強度と衝撃特性に優れた浸炭部品

Info

Publication number: JP3329177B2
Application number: JP06399196A
Authority: JP
Inventors: 暢宏村井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-03-21
Filing date: 1996-03-21
Publication date: 2002-09-30
Anticipated expiration: 2016-03-21
Also published as: JPH09256102A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、曲げ強度と衝撃特
性に優れた浸炭部品に関し、より詳しくは、衝撃的な曲
げ応力による破損が問題となる自動車の差動装置用歯車
などの浸炭部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の差動装置に使用される歯車（傘
歯車）の母材（素材鋼）には浸炭鋼が使用されている
が、衝撃的な曲げ応力が作用して破損する場合がある。
この応力は、車両を急発進、急停車させたり、凹凸道
（悪路）を高速走行する場合などに生ずる衝撃的な負荷
に起因するものである。

【０００３】上記の衝撃負荷が作用する場合の歪速度
は、急発進や急停車の程度、悪路における高速走行の程
度に応じて、さまざまである。このため、広い歪速度範
囲の衝撃的な負荷に対して抵抗性を有する差動装置用歯
車が、換言すれば、高歪速度と低歪速度との双方の下で
曲げ強度に優れた差動装置用歯車が求められている。

【０００４】差動装置の傘歯車は、従来、ＪＩＳ規格鋼
のＳＣｒ４２０やＳＣＭ４２０などを母材として所望形
状に加工した後、これに浸炭処理を施して製造されてき
た。

【０００５】しかし、最近のエンジンの高出力化や部品
軽量化などの動きは、ますます高い曲げ強度を必要とし
ており、前記のＪＩＳ規格鋼を母材とした場合には、上
記の衝撃的な負荷に対しては充分な寿命が得られない。
そこで、上記の衝撃的な負荷に対する抵抗性を高めるた
めに、浸炭処理を前提とした鋼が特開昭６２−１８４３
号公報に提案されている。すなわち、前記公報には、Ｓ
ｉとＭｏを複合添加し（重量％で、Ｍｏ：０．５〜１．
０％で、且つ、Ｍｏ＋Ｓｉ：１〜２％）、衝撃強度を高
めた鋼が開示されている。

【０００６】しかしながら、ＳｉとＭｏとを多量に添加
すれば材料コストが嵩むばかりでなく、歯車の製造工程
である冷間鍛造時の変形抵抗を大きくしたり、切削加工
時の切削性を低下させるという弊害が生ずる。加えて、
本発明者らの研究によると、前記公報に提案された鋼を
母材とした浸炭歯車を用いても、上記のようなエンジン
の高出力化や軽量化を行った場合の衝撃的な負荷による
破損には、必ずしも対応できるものではなく、充分な効
果を有していないことが明らかになった。すなわち、前
記公報に提案された鋼を母材とした場合には、差動装置
用の傘歯車に必要な曲げ強度のうちでも、特に、低歪速
度での曲げ強度を満足できるものではなかったのであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、製造
コストを高めるばかりか、製造時の冷間鍛造性や切削性
に悪影響を及ぼすＳｉやＭｏの添加を極力抑えた鋼を母
材とし、自動車の差動装置用傘歯車などで問題となる広
い歪速度範囲の衝撃的な負荷による破損に対して優れた
抵抗性を有する浸炭部品、換言すれば、高い歪速度と低
い歪速度との双方の条件の下で、曲げ強度に優れた浸炭
部品を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するため、浸炭部品の母材となる鋼材の化学組
成及び浸炭部品の組織、並びに浸炭部品の破損の態様な
どについて研究を行った結果、下記の知見を得た。

【０００９】浸炭後の母材の硬度は曲げ強度と相関を
有する。すなわち、母材硬度の低下とともに浸炭部品の
曲げ強度は大きく低下する。なお、「母材」とは浸炭硬
化していない部分、すなわち浸炭硬化層以外の部分のこ
とで、「素材鋼」のことをいう。

【００１０】Ｂは鋼の焼入れ性を高める元素として知
られているが、浸炭層のようにＣ含有量が高い場合に
は、焼入れ性向上効果は殆ど生じない。したがって、Ｂ
添加鋼を浸炭焼入れすれば、母材の硬度だけを高めるこ
とができる。

【００１１】Ｍｎ及びＣｒ量、並びにＭｎ＋Ｃｒ量
（ＭｎとＣｒの合計量）を調整して焼入れ性を制御した
鋼に適正量のＢを添加して浸炭焼入れすれば、浸炭硬化
層の全域に亘ってマルテンサイトと残留オーステナイト
に加えてトルースタイトを生成させることができる。し
かも、トルースタイト生成量（トルースタイトの面積分
率）の制御は比較的容易である。

【００１２】なお、ここでいう「トルースタイト」と
は、通常のガス浸炭を行った場合に鋼材表面部に見られ
る「不完全焼入れ層」とは異なったものである。すなわ
ち、所謂「不完全焼入れ層」は、浸炭焼入れ時に鋼材表
面部のＣｒ、ＭｎやＳｉなどの合金元素が酸化され、そ
の周辺部で前記の合金元素（Ｃｒ、ＭｎやＳｉなど）が
欠乏し、焼入れ性が不足することが原因で生じた組織で
ある。この組織は鋼材の表面に対して層状、あるいは粒
界の酸化物に沿った形状で現出する。一方、上記の「ト
ルースタイト」は、マルテンサイトと残留オーステナイ
トの中に粒状に観察されるもので、前記の所謂「不完全
焼入れ層」とは明らかに形態が異なった組織である。こ
の両者は、５００倍程度の倍率で光学顕微鏡観察すれば
容易に識別できる。

【００１３】浸炭硬化層にトルースタイトが生成する
と、静的曲げ強度とシャルピー衝撃値（衝撃特性）が共
に向上する。しかし、トルースタイトの面積分率が大き
くなりすぎると曲げ強度は劣化してしまう。

【００１４】上記の及びから、浸炭部品における
広い歪速度範囲の衝撃的な負荷による破損の発生、換言
すれば、高い歪速度と低い歪速度との双方の条件下での
曲げによる破損発生の問題を解決するには、浸炭焼入れ
後の組織に関して、浸炭硬化層の組織はマルテンサイト
と残留オーステナイト及び静的曲げ強度と衝撃特性に優
れたトルースタイトとの混合組織となせば良い。一方、
母材の組織は、所望の曲げ強度を確保できるだけの硬度
を有しておりさえすれば、何であっても良い。

【００１５】浸炭硬化層の表面Ｃ量は、浸炭部品の耐
摩耗性、曲げ強度及び靭性（衝撃特性）に影響を及ぼ
す。すなわち、浸炭硬化層の表面Ｃ量が重量％で０．６
％を下回ると、耐摩耗性が劣化する。一方、重量％で
１．１％を超えると、浸炭硬化層の脆化が著しいため、
曲げ強度と衝撃特性は大きく低下してしまう。

【００１６】ここで「表面Ｃ量」とは「表面から０．１
ｍｍまでの領域における基地のＣ濃度（重量％）のこ
と」をいい、「表面Ｃ量が０．６％を下回る」というこ
とは、「前記領域でのＣ濃度分布が一部でも０．６％を
下回る」ことをいう。同様に、「表面Ｃ量が１．１％を
超える」ということは、「前記領域でのＣ濃度分布が一
部でも１．１％を超える」ことをいう。

【００１７】表面Ｃ量（表面Ｃ濃度分布）は、例えば波
長分散型ＥＰＭＡなどの装置を用いて検量線により測定
すれば良い。

【００１８】極表面においては特性Ｘ線の発生領域の問
題から、試料のマウントなどが影響して正確な分析を行
い難い場合があるが、このような時には最も表面に近く
てマウントなどの影響が無い点から外挿して表面Ｃ量を
読み取れば良い。

【００１９】上記知見に基づく本発明の要旨は、下記
（１）〜（３）に示す曲げ強度と衝撃特性に優れた浸炭
部品にある。

【００２０】（１）母材が、重量％で、Ｃ：０．１〜
０．３％、Ｍｎ：０．５〜１．３％、Ｃｒ：０．１〜
１．１％で、且つ、Ｍｎ＋Ｃｒ：０．９〜１．９％、
Ｂ：０．００１〜０．００５％、Ａｌ：０．０１〜０．
１％、Ｍｏ：０．０１〜０．１５％、Ｎ：０．００３〜
０．０１５％、Ｓｉ：０．３％以下、Ｐ：０．０３％以
下、Ｓ：０．０３％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物の
化学組成の鋼であって、浸炭硬化層の表面Ｃ量が重量％
で０．６〜１．１％で、且つその浸炭硬化層におけるト
ルースタイトの面積分率が５〜５０％であることを特徴
とする曲げ強度と衝撃特性に優れた浸炭部品。（２）母材が、重量％で、Ｃ：０．１〜０．３％、Ｍ
ｎ：０．５〜１．３％、Ｃｒ：０．１〜１．１％で、且
つ、Ｍｎ＋Ｃｒ：０．９〜１．９％、Ｂ：０．００１〜
０．００５％、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｎｂ：０．
００１〜０．０５％及びＴｉ：０．００２〜０．０５％
のうちの１種以上、Ｎ：０．００３〜０．０１５％、Ｓ
ｉ：０．３％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３
％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物の化学組成の鋼であ
って、浸炭硬化層の表面Ｃ量が重量％で０．６〜１．１
％で、且つその浸炭硬化層におけるトルースタイトの面
積分率が５〜５０％であることを特徴とする曲げ強度と
衝撃特性に優れた浸炭部品。（３）母材が、重量％で、Ｃ：０．１〜０．３％、Ｍ
ｎ：０．５〜１．３％、Ｃｒ：０．１〜１．１％で、且
つ、Ｍｎ＋Ｃｒ：０．９〜１．９％、Ｂ：０．００１〜
０．００５％、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｍｏ：０．
０１〜０．１５％、Ｎｂ：０．００１〜０．０５％及び
Ｔｉ：０．００２〜０．０５％のうちの１種以上、Ｎ：
０．００３〜０．０１５％、Ｓｉ：０．３％以下、Ｐ：
０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、残部Ｆｅ及び不
可避不純物の化学組成の鋼であって、浸炭硬化層の表面
Ｃ量が重量％で０．６〜１．１％で、且つその浸炭硬化
層におけるトルースタイトの面積分率が５〜５０％であ
ることを特徴とする曲げ強度と衝撃特性に優れた浸炭部
品。なお、上記の「トルースタイトの面積分率」とは
「浸炭硬化層の全域に亘るトルースタイトの平均の面積
分率」のことを指す。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の各要件について詳
しく説明する。なお、成分含有量の「％」は「重量％」
を意味する。

【００２２】（Ａ）母材（素材鋼）の化学組成Ｃ：Ｃは、浸炭焼入れ後の母材（素材鋼）の硬度を上昇
させて、浸炭部品の曲げ強度を向上させる作用を有す
る。しかし、Ｃ含有量が０．１％未満では、添加効果に
乏しい。一方、０．３％を超えると、靭性の低下をもた
らし、シャルピー衝撃特性を劣化させてしまう。したが
って、Ｃの含有量を０．１〜０．３％とした。なお、Ｃ
含有量は０．１５〜０．２５％とすることが好ましい。

【００２３】Ｍｎ：Ｍｎは、浸炭焼入れ後の母材の硬度
を高めて、曲げ強度を上昇させる作用がある。しかし、
その含有量が０．５％未満では添加効果に乏しい。一
方、Ｍｎを過剰に添加するとオーステナイト粒界の脆化
を招くため、曲げ強度が却って劣化してしまう。特に、
Ｍｎ含有量が１．３％を超えると曲げ強度の低下が顕著
になる。したがって、Ｍｎの含有量を０．５〜１．３％
とした。なお、Ｍｎの含有量は０．６〜１．２％とする
ことが望ましい。

【００２４】Ｃｒ：Ｃｒも浸炭焼入れ後の母材の硬度を
高めて曲げ強度を上昇させる作用を有する。しかし、そ
の含有量が０．１％未満では上記の作用が期待できな
い。一方、Ｃｒを過剰に添加するとオーステナイト粒界
の脆化を招くため、曲げ強度が却って劣化してしまう。
特に、Ｃｒ含有量が１．１％を超えると曲げ強度の低下
が著しくなる。したがって、Ｃｒの含有量を０．１〜
１．１％とした。なお、Ｃｒの好ましい含有量は０．２
〜１．０％である。

【００２５】Ｍｎ＋Ｃｒ：Ｍｎ＋Ｃｒ量は浸炭硬化層の
トルースタイト生成量に大きく影響し、これを通じて浸
炭部品の特性を左右する。すなわち、この値が０．９％
未満であると浸炭硬化層の全域に亘るトルースタイトの
平均の面積分率が５０％を超えてしまうので、浸炭部品
の曲げ強度の劣化をきたす。一方、１．９％を超える
と、浸炭硬化層でのトルースタイトの生成が困難となっ
て、前記のトルースタイト面積分率が５％を下回ってし
まい、浸炭部品の静的曲げ強度とシャルピー衝撃値（衝
撃特性）の双方が劣化してしまう。したがって、Ｍｎと
Ｃｒの含有量の和であるＭｎ＋Ｃｒの量を０．９〜１．
９％とした。なお、Ｍｎ＋Ｃｒ量は１．０〜１．８％と
することが好ましい。

【００２６】Ｂ：Ｂは、本発明において重要な元素であ
る。Ｂには、浸炭後に焼入れされる浸炭層の焼入れ性は
上昇させずに、母材の焼入れ性だけを高める作用があ
る。このため、母材硬度の上昇を通じて浸炭部品の曲げ
強度を高める作用を有する。しかし、Ｂの含有量が０．
００１％未満では添加効果に乏しく、０．００５％を超
えて含有させても前記効果は飽和してコストの上昇をき
たすことに加えて、熱間加工性の劣化を招く。したがっ
て、Ｂの含有量を０．００１〜０．００５％とした。な
お、Ｂの含有量は０．００１５〜０．００３％とするこ
とが好ましい。

【００２７】Ａｌ：Ａｌは、浸炭処理時のオーステナイ
ト粒の粗大化を抑制して、浸炭焼入れ後の硬化層及び母
材部の結晶粒を微細化する作用がある。しかし、その含
有量が０．０１％未満では前記作用は発揮されず、結晶
粒の粗大化によって、浸炭部品の曲げ強度と衝撃特性が
共に低下してしまう。一方、０．１％を超えると前記作
用が飽和する。したがって、Ａｌの含有量を０．０１〜
０．１％とした。なお、Ａｌの望ましい含有量は０．０
２〜０．０５％である。

【００２８】Ｎ：Ｎは、窒化物を生成して浸炭処理時のオーステナイト結
晶粒の粗大化を抑制し、浸炭焼入れ後の硬化層及び母材
部の結晶粒を微細化する作用があり、この効果を得るた
めに０．００３％以上の含有量とする。しかし、その含
有量が０．０１５％を超えると前記作用が飽和し、更に
は前記したＢ添加の効果が失われてしまう。したがっ
て、Ｎの含有量を０．００３〜０．０１５％とした。な
お、Ｎ含有量の上限は０．０１２％とすることが好まし
い。

【００２９】本発明の浸炭部品の母材には、上記の量の
Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｎ＋Ｃｒ、Ｂ、Ａｌ及びＮに加えて
更に、Ｍｏ又は／並びにＴｉ及びＮｂのうちの１種以上
を下記の範囲で含有させる。

【００３０】Ｍｏ：Ｍｏは、鋼の焼入れ性を高める作用を有する。特に、微
量の添加によって母材部に対して浸炭層の焼入れ性を相
対的に高める作用があるので、浸炭硬化層におけるトル
ースタイト生成量を調整するのに好適な元素である。前
記したＭｏの作用は０．０１％以上の含有量で得られる
が、その効果を確実に得るには、Ｍｏは０．０５％以上
の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が
０．１５％を超えると浸炭硬化層におけるトルースタイ
トの生成が困難となり、トルースタイトを生成させて浸
炭部品の静的曲げ強度とシャルピー衝撃値（衝撃特性）
を共に高めたいとする本発明の目的が達成できない。し
たがって、Ｍｏの含有量を０．０１〜０．１５％とし
た。

【００３１】Ｎｂ、Ｔｉ：ＮｂとＴｉのうちの１種以上、つまり、ＮｂとＴｉのい
ずれか一方、又は双方を添加、含有させることで、浸炭
処理時のオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制すること
ができ、浸炭焼入れ後の硬化層及び母材部の結晶粒を微
細化できる。前記した作用はＮｂの場合にはその含有量
が０．００１％以上で、又、Ｔｉの場合にはその含有量
が０．００２％以上で得られるが、前記の効果を確実に
得るには、Ｎｂは０．００５％以上の含有量とすること
が好ましく、Ｔｉも０．００５％以上の含有量とするこ
とが好ましい。しかし、ＮｂとＴｉをそれぞれ０．０５
％を超えて含有させても前記作用が飽和し、コストが嵩
むばかりである。したがって、ＮｂとＴｉのうちの１種
以上を添加する場合のＮｂとＴｉの含有量をそれぞれ
０．００１〜０．０５％、０．００２〜０．０５％とし
た。

【００３２】Ｓｉ：Ｓｉは、ガス浸炭した場合に浸炭部
品の表面のオーステナイト粒界に粒界酸化層を生成させ
る。このため、浸炭部品の曲げ強度と衝撃特性が低下し
てしまう。特にその含有量が０．３％を超えると、粒界
酸化層が表面下の深い位置まで生成するようになり、浸
炭部品の曲げ強度と衝撃特性の低下が著しくなる。した
がって、Ｓｉの含有量の上限を０．３％とした。なお、
Ｓｉ含有量は０．１５％以下とすることが望ましい。

【００３３】Ｐ：Ｐは浸炭硬化層の強度と靭性（衝撃特
性）を劣化させ、特にその含有量が０．０３％を超える
と、浸炭部品の曲げ強度と靭性の劣化が著しくなる。し
たがって、Ｐの含有量の上限を０．０３％とした。な
お、Ｐの含有量は０．０２５％以下とすることが好まし
い。

【００３４】Ｓ：Ｓも浸炭硬化層の強度と靭性を劣化さ
せる。特にその含有量が０．０３％を超えると、浸炭部
品の曲げ強度と靭性の劣化が著しくなる。したがって、
Ｓの含有量の上限を０．０３％とした。なお、Ｓの含有
量は０．０２５％以下とすることが好ましい。

【００３５】（Ｂ）浸炭硬化層の表面Ｃ量浸炭硬化層の表面Ｃ量は、浸炭部品の耐摩耗性、曲げ強
度及び衝撃特性に大きな影響を及ぼす。浸炭硬化層の表
面Ｃ量が０．６％未満であると、浸炭部品の表面硬度が
低くなってしまい、充分な耐摩耗性を付与させることが
できない。一方、１．１％を超えると浸炭硬化層が脆化
して、浸炭部品の曲げ強度と衝撃特性が共に低下してし
まう。したがって、浸炭後の表面Ｃ量を０．６〜１．１
％とした。なお、浸炭後の表面Ｃ量は０．７〜１．０％
とすることが好ましい。

【００３６】（Ｃ）浸炭硬化層の組織浸炭硬化層に生成したトルースタイトは、浸炭部品の曲
げ強度と衝撃値を向上させる作用がある。このため、広
い歪速度範囲の衝撃的な負荷による破損に対して優れた
抵抗性を有する浸炭部品を得るためには、浸炭部品の浸
炭硬化層の組織を制御することが重要である。したがっ
て、本発明においては、浸炭焼入れ後の浸炭硬化層の組
織を規定する。

【００３７】一般に、浸炭焼入れした部品の浸炭硬化層
における主組織はマルテンサイトと残留オーステナイト
から構成される。しかし、Ｍｎ、Ｃｒ及びＭｎ＋Ｃｒ量
を厳密に制御した上で適正量のＢを添加した、本発明の
対象鋼を母材（素材鋼）とした部品の場合には、浸炭焼
入れで、前記の浸炭硬化層にマルテンサイトと残留オー
ステナイトに加えてトルースタイトが生成する。

【００３８】浸炭硬化層におけるトルースタイトの面積
分率が５％未満の場合には、前記の浸炭部品の曲げ強度
と衝撃値を向上させる作用が期待できない。一方、トル
ースタイトの面積分率が５０％を超えると、曲げ強度が
低下してしまう。したがって、浸炭硬化層におけるトル
ースタイトの面積分率を５〜５０％とした。なお、浸炭
硬化層におけるトルースタイトの面積分率の好ましい範
囲は１０〜４０％である。

【００３９】浸炭後の母材部組織に関しては、特にこれ
を制限する必要はない。すなわち、母材は所望の曲げ強
度を確保できるだけの硬度を有しておりさえすれば、そ
の組織は何であっても良い。

【００４０】本発明の対象鋼を母材とした部品の場合に
は、通常の浸炭焼入れを施すだけで、上記の浸炭硬化層
における組織を得ることができる。

【００４１】しかし、前記したトルースタイトの面積分
率は、浸炭焼入れ時の冷却速度の大きな部分では小さ
く、冷却速度が遅くなる部分では逆に大きくなる。した
がって、通常の浸炭焼入れを施す場合には、浸炭焼入れ
時の質量効果を考えて、対象とする部品のサイズは外径
（例えば対象部品が「歯車」の場合、歯先円の直径に相
当）で、約２５ｍｍから約２００ｍｍまでとすることが
好ましい。一方、対象とする部品のサイズに関係なく、
容易に所望の組織とするためには、浸炭焼入れ時の冷却
速度を調整すれば良い。これには、冷却媒体（焼入れ
剤）として水、油、塩（ソルト）などを適宜選び、適当
な温度で用いれば良い。

【００４２】本発明に係わる浸炭部品は、上記した化学
組成を有する母材（素材鋼）を、例えば通常の方法で溶
製した後、熱間で圧延又は鍛造し、更に必要に応じて熱
処理を行い、次いで切削や圧造などで所望の部品形状と
した後、浸炭焼入れを行い、必要に応じて低温での焼戻
しや研削、研磨をして製造される。

【００４３】

【実施例】表１、２に示す化学組成の鋼を通常の方法に
よって１５０ｋｇ真空溶製した。表１における鋼 A〜 M
は本発明対象鋼（以下、本発明鋼という）、表２におけ
る鋼 N〜 Wは成分のいずれかが本発明で規定する範囲か
ら外れた比較鋼である。比較鋼のうち鋼 U及び Vはそれ
ぞれＪＩＳ規格のＳＣｒ４２０及びＳＣＭ４２０に相当
するものである。又、鋼 Wは衝撃特性に優れた浸炭用鋼
として知られている高Ｓｉ−高Ｍｏ鋼である。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】次いで、これらの鋼を通常の方法によって
鋼片となした後、１２００℃に加熱してから、１２００
〜１０００℃の温度で熱間鍛造して直径２０ｍｍの丸棒
とし、更に、９２５℃で焼準した。

【００４７】こうして得られた焼準後の丸棒から、図１
に示す曲げ試験片とＪＩＳ３号シャルピ−衝撃試験片を
切り出した。

【００４８】（実施例１）本発明鋼である鋼 Aを母材と
する前記した２種類の試験片に対して、浸炭条件を表３
のａ〜ｄと変えて、図２に示すヒートパターンで浸炭焼
入れを施し、その後１８０℃で２時間の焼戻しを行っ
た。なお、浸炭条件ａ〜ｄのすべてにおいて、浸炭後の
試験片は２２０℃の塩浴中に焼入れした。

【００４９】

【表３】

【００５０】この後、上記の処理を施した試験片を用い
て、常温（室温）でのシャルピー衝撃試験と、常温３点
曲げ試験（スパン４５ｍｍ、切り欠き底の歪速度０．０
２／秒）を実施した。なお、３点曲げ試験は試験片が破
損するまでの最大荷重で評価し、これを３点曲げ強度と
した。更に、ＥＰＭＡによる浸炭硬化層の表面Ｃ量測定
を行った。又、表面からの硬度分布を測定して浸炭硬化
層を特定し、光学顕微鏡を用いて浸炭硬化層の組織観察
を行った。

【００５１】表４に試験結果を示す。この表４は、３点
曲げ強度とシャルピー衝撃値（衝撃特性）に及ぼす浸炭
硬化層の表面Ｃ量の影響を示すものである。なお、表４
の浸炭硬化層の組織に関し、トルースタイト以外の部分
（面積分率）はマルテンサイトと残留オーステナイトで
あることを意味する。

【００５２】表４から、浸炭硬化層の表面Ｃ量が本発明
で規定する値より高い浸炭条件ｄの比較例の場合には、
本発明例の浸炭条件ａ〜ｃに比べて曲げ強度とシャルピ
ー衝撃値が共に低いことが明らかである。すなわち、浸
炭条件ｄでは、表面Ｃ量が１．１５％と高すぎるために
浸炭硬化層、特に表面部の浸炭硬化層が脆化し、浸炭硬
化層にトルースタイトが生成しているにも拘らず、曲げ
強度と衝撃値が共に低い。

【００５３】

【表４】

【００５４】（実施例２）本発明鋼である鋼 A〜 Mと、
比較鋼である鋼 N〜 Wを母材とする前記の２種類の試験
片に対して、表３のａの浸炭条件で、図２に示すヒート
パターンの浸炭焼入れを施し、その後１８０℃で２時間
の焼戻しを行った。なお、本実施例においても浸炭後の
試験片はすべて２２０℃の塩浴中に焼入れした。

【００５５】この後、上記の浸炭焼入れ・焼戻しした試
験片を供試材として、実施例１の場合と同じ条件で、シ
ャルピー衝撃試験と、３点曲げ試験を行った。又、実施
例１の場合と同様に、ＥＰＭＡによる浸炭硬化層の表面
Ｃ量測定、硬度分布測定による浸炭硬化層の特定及び光
学顕微鏡を用いた浸炭硬化層の組織観察を行った。

【００５６】表５に試験結果を示す。本発明鋼を母材と
する試験片では、表３のａの浸炭条件による浸炭焼入れ
によって、本発明で規定する範囲の浸炭硬化層における
表面Ｃ量と組織が共に得られている。そして、いずれの
鋼を母材とした場合も２０００ｋｇｆを超える３点曲げ
強度と、１２．５ｋｇｆ・ｍ／ｃｍ² 以上のシャルピー
衝撃値が得られている。このように本発明鋼を母材とし
た場合には、ＪＩＳ規格鋼（鋼 U、 V）や高Ｓｉ−高Ｍ
ｏの従来鋼（鋼 W）を母材とした場合より曲げ強度と衝
撃値がいずれも高く、曲げ強度と衝撃特性に優れている
ことが明らかである。

【００５７】一方、鋼 N〜 Tの比較鋼を母材とした場合
には、３点曲げ強度とシャルピー衝撃値のいずれか一
方、あるいは双方の値が低い。

【００５８】鋼 Nは、Ｍｎ＋Ｃｒの量が本発明で規定す
る値よりも高い。このため、鋼 Nを母材とする場合に
は、浸炭硬化層にトルースタイトが生成せず、曲げ強度
とシャルピー衝撃値が共に低い。

【００５９】鋼 Oは、Ｍｎ＋Ｃｒの量が本発明で規定す
る値よりも低い。このため、鋼 Oを母材とする場合に
は、浸炭硬化層にトルースタイトが過剰に生成して、曲
げ強度が低い。

【００６０】鋼 Pは、Ｃｒの含有量が本発明で規定する
値よりも高い。このため、浸炭硬化層のトルースタイト
の面積分率は本発明で規定する範囲内にあるが、曲げ強
度が低い。

【００６１】鋼 Qは、Ｍｎの含有量が本発明で規定する
値よりも高い。このため、浸炭硬化層のトルースタイト
の面積分率は本発明で規定する範囲内にあるが、曲げ強
度が低い。

【００６２】鋼 Rは、Ｍｎ及びＣｒの含有量が本発明で
規定する値よりも低く、且つ、Ｍｎ＋Ｃｒの量が本発明
で規定する値よりもずいぶんと低い。このため、鋼 Rを
母材とする場合には、浸炭硬化層にトルースタイトが多
量に生成し曲げ強度が低い。

【００６３】鋼 SはＭｎ、Ｃｒ及びＭｎ＋Ｃｒの量が本
発明で規定する値より高い。この鋼S を母材とする場合
には、浸炭硬化層にトルースタイトが生成しないこと
と、Ｍｎ及びＣｒが過剰であることとが重なって曲げ強
度と衝撃値はいずれも低い。

【００６４】鋼 Tは、Ｂの含有量が本発明で規定する値
より低い。このため、鋼 Tを母材とする試験片で母材の
硬度が極めて低く、曲げ強度が低い。ちなみに、鋼 Tの
母材硬度はＨｖ２８０であった。一方、Ｂ、ＮとＴｉを
除いた他の成分元素の含有量が鋼 Tとほぼ同じである本
発明鋼 Hの場合、母材硬度はＨｖ３５０であった。

【００６５】

【表５】

【００６６】

【発明の効果】本発明の浸炭部品は、廉価な鋼を母材と
し、曲げ強度と衝撃特性に優れることから、広い歪速度
範囲の衝撃的な負荷による破損が問題となる自動車の差
動装置用歯車などの浸炭部品として利用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いた３点曲げ試験片の形状を示す図
である。

【図２】実施例で施した浸炭焼入れのヒートパターンを
示す図である。

フロントページの続き (56)参考文献特開平９−241821（ＪＰ，Ａ) 特開平９−67644（ＪＰ，Ａ) 特開平８−311607（ＪＰ，Ａ) 特開平８−302447（ＪＰ，Ａ) 特開平８−3629（ＪＰ，Ａ) 特開平５−263183（ＪＰ，Ａ) 特開平１−191764（ＪＰ，Ａ) 特公昭47−44855（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】母材が、重量％で、Ｃ：０．１〜０．３
％、Ｍｎ：０．５〜１．３％、Ｃｒ：０．１〜１．１％
で、且つ、Ｍｎ＋Ｃｒ：０．９〜１．９％、Ｂ：０．０
０１〜０．００５％、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｍ
ｏ：０．０１〜０．１５％、Ｎ：０．００３〜０．０１
５％、Ｓｉ：０．３％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：
０．０３％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物の化学組成
の鋼であって、浸炭硬化層の表面Ｃ量が重量％で０．６
〜１．１％で、且つその浸炭硬化層におけるトルースタ
イトの面積分率が５〜５０％であることを特徴とする曲
げ強度と衝撃特性に優れた浸炭部品。
【請求項２】母材が、重量％で、Ｃ：０．１〜０．３
％、Ｍｎ：０．５〜１．３％、Ｃｒ：０．１〜１．１％
で、且つ、Ｍｎ＋Ｃｒ：０．９〜１．９％、Ｂ：０．０
０１〜０．００５％、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｎ
ｂ：０．００１〜０．０５％及びＴｉ：０．００２〜
０．０５％のうちの１種以上、Ｎ：０．００３〜０．０
１５％、Ｓｉ：０．３％以下、Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０３％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物の化学
組成の鋼であって、浸炭硬化層の表面Ｃ量が重量％で
０．６〜１．１％で、且つその浸炭硬化層におけるトル
ースタイトの面積分率が５〜５０％であることを特徴と
する曲げ強度と衝撃特性に優れた浸炭部品。
【請求項３】母材が、重量％で、Ｃ：０．１〜０．３
％、Ｍｎ：０．５〜１．３％、Ｃｒ：０．１〜１．１％
で、且つ、Ｍｎ＋Ｃｒ：０．９〜１．９％、Ｂ：０．０
０１〜０．００５％、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｍ
ｏ：０．０１〜０．１５％、Ｎｂ：０．００１〜０．０
５％及びＴｉ：０．００２〜０．０５％のうちの１種以
上、Ｎ：０．００３〜０．０１５％、Ｓｉ：０．３％以
下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、残部Ｆ
ｅ及び不可避不純物の化学組成の鋼であって、浸炭硬化
層の表面Ｃ量が重量％で０．６〜１．１％で、且つその
浸炭硬化層におけるトルースタイトの面積分率が５〜５
０％であることを特徴とする曲げ強度と衝撃特性に優れ
た浸炭部品。