JP6922415B2 - Carburized parts - Google Patents
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Description
本発明は、浸炭処理された部品である、浸炭部品に関する。 The present invention relates to a carburized part, which is a carburized part.
近年のエンジンの高出力化及び部品小型化に伴い、部品の高強度化が求められている。特に、自動車の歯車部品に用いられるトランスファーギヤ部品等は、車の極端な変速、急発進及び急停止時、及び、車が路面の段差に乗り上げた際に衝撃的な負荷を受ける。このため、これらの部品は数十〜数百回という非常に少ない繰り返し回数の衝撃(低サイクル衝撃疲労)で破壊に至る場合がある。したがって、これらの用途に用いられる部品には、低サイクルでの衝撃的な疲労破壊に対する抵抗(以下、低サイクル衝撃疲労特性)が求められる。 With the recent increase in engine output and miniaturization of parts, it is required to increase the strength of parts. In particular, transfer gear parts and the like used for gear parts of automobiles are subjected to a shocking load at the time of extreme shifting, sudden start and stop of the car, and when the car rides on a step on the road surface. For this reason, these parts may be destroyed by an impact (low cycle impact fatigue) with a very small number of repetitions of several tens to several hundreds. Therefore, the parts used for these applications are required to have resistance to impact fatigue fracture in a low cycle (hereinafter referred to as low cycle impact fatigue characteristics).
トランスファーギヤ部品の多くは、鋼材を所定の形状に機械加工した後、浸炭焼入れ処理を実施して製造される。この場合、使用される鋼材の多くは、JIS G 4053(2008)に規定された機械構造用合金鋼鋼材であり、たとえばSCr420やSCM420である。したがって、これらの機械構造用合金鋼鋼材に近い化学組成を有する鋼材を用いて浸炭部品を製造し、低サイクル衝撃疲労特性を高めることが求められている。 Most transfer gear parts are manufactured by machining a steel material into a predetermined shape and then performing a carburizing and quenching treatment. In this case, most of the steel materials used are alloy steel materials for machine structure specified in JIS G 4053 (2008), such as SCr420 and SCM420. Therefore, it is required to manufacture carburized parts using steel materials having a chemical composition similar to those of alloy steel materials for machine structural use to improve low-cycle impact fatigue characteristics.
ところで、従来の浸炭部品では一般的に、特開平10‐8199号公報(特許文献1)に開示されているとおり、表面のC濃度が0.8%程度に設定される。表面のC濃度が0.8%未満であれば、浸炭部品表層の硬さが低下し、十分な疲労強度が得られないと考えられているためである。このような疲労強度の評価には、107回の高サイクルでの疲労強度試験が利用される。そのため、10〜104回の低サイクル衝撃疲労特性については十分な検証ができていない。 By the way, in the conventional carburized parts, the C concentration on the surface is generally set to about 0.8% as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-8199 (Patent Document 1). This is because it is considered that if the C concentration on the surface is less than 0.8%, the hardness of the surface layer of the carburized parts is lowered and sufficient fatigue strength cannot be obtained. The evaluation of such fatigue strength, fatigue strength test at 10 7 times higher cycle is utilized. For this reason, not be sufficient verification for 10 to 10 4 times of low cycle impact fatigue characteristics.
浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性の向上技術が、特開2007‐332438号公報(特許文献2)、特開2011‐63886号公報(特許文献3)、及び、国際公開第2010/137607号(特許文献4)に提案されている。 Techniques for improving the low-cycle impact fatigue characteristics of carburized parts are described in JP-A-2007-332438 (Patent Document 2), JP-A-2011-63886 (Patent Document 3), and International Publication No. 2010/137607 (Patent Document 2). It is proposed in Document 4).
特許文献2に記載された浸炭焼入れ鋼材は、質量%で、C:0.1〜0.4%、Si:0.02〜1.3%、Mn:0.3〜1.8%、Al:0.001〜0.05%、及び、N:0.003〜0.020%を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、下記(1)式で定義される投影芯部硬さHp‐coreがHV390以上であることを特徴とする。
Hp‐core=Hcore/(1−t/r) ・・・(1)
ただし、Hcore;芯部硬さ、t;有効硬化層深さ、r;破損部位の半径または破損部位の肉厚の半分である。
これにより、浸炭焼入れ鋼材及び浸炭焼入れ部品において低サイクル衝撃疲労特性を安定して良くすることができる、と特許文献2に記載されている。
The carburized and hardened steel material described in
Hp-core = Hcore / (1-t / r) ・ ・ ・ (1)
However, Hcore; core hardness, t; effective hardened layer depth, r; radius of the broken part or half the wall thickness of the broken part.
It is described in
特許文献3に記載された浸炭焼入れ鋼材は、質量%で、C:0.1〜0.4%、Si:0.02〜1.3%、Mn:0.3〜1.8%、Al:0.001〜0.05%、N:0.003〜0.020%、及び、Cr:1.8%以下を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、ジョミニ試験における焼入れ端より13mmの位置での硬さが、60×C0.5−5(HRC)以上であり、下記(2)式で定義されるA及び下記(3)式で定義されるBが、A−0.00000293×B≧−14の関係を有することを特徴とする。
A=Mo+0.227Ni+190B−0.087Si−17.2P−2.74V−7.18Cs−0.00955Hs+0.0344Nγ ・・・(2)
ただし、Cs;表層の浸炭濃度(質量%)、Hs;表面硬さ(HV)、Nγ;浸炭層の
旧オーステナイト結晶粒度。
B=t×(Hcore)2 ・・・ (3)
ただし、Hcore;芯部硬さ、t;有効硬化層深さ。
これにより、浸炭焼入れ鋼材及び浸炭焼入れ部品において低サイクル衝撃疲労特性を安定して良くすることができる、と特許文献3に記載されている。
The carburized and hardened steel material described in
A = Mo + 0.227Ni + 190B-0.087Si-17.2P-2.74V-7.18Cs-0.00955Hs + 0.0344Nγ ... (2)
However, Cs; carburized concentration (mass%) of the surface layer, Hs; surface hardness (HV), Nγ; former austenite crystal grain size of the carburized layer.
B = t × (Hcore) 2 ... (3)
However, Hcore; core hardness, t; effective hardened layer depth.
It is described in
特許文献4に記載された鋼製の浸炭部品は、生地の鋼が、質量%で、C:0.15〜0.25%、Si:0.03〜0.50%、Mn:0.60%を超えて1.5%以下、Cr:0.05〜2.0%、Al:0.10%、N:0.03%以下及びO:0.0020%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有する鋼であり、表面硬化層部が下記(a)〜(c)の条件を満たすことを特徴とする。
(a)C(ave):質量%で0.35〜0.60%、
(b)表面粗さRz:15μm以下、ならびに、
(c)σr(0):−800MPa以下、σr(100):−800MPa以下および残留応力強度指数Ir:80000以上。
ただし、
C(ave):最表面から深さ0.2mmの位置までの平均炭素濃度、
σr(0):部品の最表面における圧縮残留応力、
σr(100):部品の最表面から100μmの位置における圧縮残留応力、
残留応力強度指数Ir:部品の最表面から100μm深さまでの位置での最表面からの深さをyμm、その部位における残留応力をσr(y)として〔Ir=∫|σr(y)|dy〕で表される値を指す。
これにより、従来の浸炭焼入れ‐焼戻し処理した部品と比べて「低〜中サイクル域」での疲労強度が大幅に向上した浸炭部品が得られる、と特許文献4に記載されている。
In the steel carburized parts described in Patent Document 4, the base steel is mass%, C: 0.15 to 0.25%, Si: 0.03 to 0.50%, Mn: 0.60. It contains more than% and 1.5% or less, Cr: 0.05 to 2.0%, Al: 0.10%, N: 0.03% or less and O: 0.0020% or less, and the balance is Fe. It is a steel having a chemical composition composed of and impurities, and is characterized in that the surface-hardened layer portion satisfies the following conditions (a) to (c).
(A) C (ave): 0.35 to 0.60% by mass,
(B) Surface roughness Rz: 15 μm or less, and
(C) σr (0): −800 MPa or less, σr (100): −800 MPa or less, and residual stress strength index Ir: 80,000 or more.
However,
C (ave): Average carbon concentration from the outermost surface to a depth of 0.2 mm,
σr (0): compressive residual stress on the outermost surface of the part,
σr (100): compressive residual stress at a
Residual stress strength index Ir: The depth from the outermost surface at a position from the outermost surface to a depth of 100 μm is yμm, and the residual stress at that site is σr (y) [Ir = ∫ | σr (y) | dy] Refers to the value represented by.
It is described in Patent Document 4 that this makes it possible to obtain a carburized part in which the fatigue strength in the "low to medium cycle range" is significantly improved as compared with the conventional carburized-quenched-tempered part.
ところで、これらの部品の歯面は絶えず摺動している。そのため、これらの部品は、繰り返しの摩擦により部品の表面が一部剥離して、ピッチングと呼ばれる破壊に至る場合がある。したがって、これらの部品には、上述の低サイクル衝撃疲労特性に加え、ピッチングに対する抵抗(以下、耐摩耗性)が求められる。 By the way, the tooth surfaces of these parts are constantly sliding. Therefore, the surface of these parts may be partially peeled off due to repeated friction, resulting in fracture called pitching. Therefore, in addition to the above-mentioned low-cycle impact fatigue characteristics, these parts are required to have resistance to pitching (hereinafter referred to as wear resistance).
上述のとおり、低サイクル衝撃疲労特性については十分な検証ができていない。さらに、低サイクル衝撃疲労特性及び耐摩耗性の両方を改善する技術についても十分な検証ができていない。そのため、上述の技術を用いても、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性及び耐摩耗性が十分に得られない場合がある。 As mentioned above, the low cycle impact fatigue characteristics have not been sufficiently verified. Furthermore, the technology for improving both low-cycle impact fatigue characteristics and wear resistance has not been sufficiently verified. Therefore, even if the above technique is used, the low cycle impact fatigue characteristics and wear resistance of the carburized parts may not be sufficiently obtained.
本発明の目的は、低サイクル衝撃疲労特性及び耐摩耗性に優れた浸炭部品を提供することである。 An object of the present invention is to provide a carburized component having excellent low cycle impact fatigue characteristics and wear resistance.
本実施形態による浸炭部品は、芯部の化学組成が質量%で、C:0.10〜0.30%、Si:0.50〜1.50%、Mn:0.30〜1.40%、P:0.030%未満、S:0.030%未満、Cr:0.50〜2.00%、Al:0.010〜0.100%、N:0.001〜0.030%、Mo:0〜0.80%、Ni:0〜0.50%、Cu:0〜0.50%、Ti:0〜0.10%、及び、Nb:0〜0.10%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)を満たし、表面のC濃度が0.50〜0.70%であり、表面から限界硬さがビッカース硬さで550HVとなる位置までの距離である有効硬化層深さが0.30〜0.60mmである。
X+Y+Z≦26 (1)
ただし、
X=−15.7×Si4+74.4×Si3−118.9×Si2+61.6×Si+5.8 (2)
Y=−0.3×Mn3−3×Mn2+14.2×Mn−3.4 (3)
Z=−0.2×Cr4+4.4×Cr3−16.6×Cr2+17×Cr+3.1 (4)
ここで、式(2)〜式(4)の元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
In the carbonized parts according to the present embodiment, the chemical composition of the core portion is mass%, C: 0.10 to 0.30%, Si: 0.50 to 1.50%, Mn: 0.30 to 1.40%. , P: less than 0.030%, S: less than 0.030%, Cr: 0.50 to 2.00%, Al: 0.010 to 0.100%, N: 0.001 to 0.030%, Mo: 0 to 0.80%, Ni: 0 to 0.50%, Cu: 0 to 0.50%, Ti: 0 to 0.10%, and Nb: 0 to 0.10%. The balance is composed of Fe and impurities, satisfies the formula (1), has a C concentration of 0.50 to 0.70% on the surface, and is the distance from the surface to a position where the critical hardness is 550 HV in Vickers hardness. The effective cured layer depth is 0.30 to 0.60 mm.
X + Y + Z ≦ 26 (1)
However,
X = -15.7 × Si 4 + 74.4 × Si 3 -118.9 ×
Y = -0.3 x Mn 3 -3 x Mn 2 + 14.2 x Mn-3.4 (3)
Z = -0.2 × Cr 4 + 4.4 × Cr 3 -16.6 ×
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for the element symbol of the formulas (2) to (4).
本実施形態による浸炭部品は、優れた低サイクル衝撃疲労特性及び耐摩耗性を有する。 The carburized parts according to this embodiment have excellent low cycle impact fatigue characteristics and wear resistance.
本発明者らは、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性及び耐摩耗性について調査及び検討を行った。その結果、本発明者らは次の知見を得た。本明細書において、低サイクル衝撃疲労特性とは、材料の降伏応力を超える衝撃的な負荷を10〜104回与えた場合の疲労強度をいう。 The present inventors investigated and investigated the low-cycle impact fatigue characteristics and wear resistance of carburized parts. As a result, the present inventors obtained the following findings. In this specification, the low cycle impact fatigue refers fatigue strength when given a shocking load exceeding the yield stress of the material 10 to 10 4 times.
浸炭部品を繰り返し使用すれば、浸炭部品の表面にき裂が生じる(き裂発生工程)。き裂は伸展し、最終的には浸炭部品が破壊する(破断工程)。つまり、低サイクル衝撃疲労特性はき裂発生工程に対する浸炭部品の寿命(き裂発生寿命)と破断工程に対する浸炭部品の寿命(破断寿命)とに分けられる。き裂発生寿命と破断寿命とでは、それぞれの長寿命化に求められる特性が異なる。 Repeated use of carburized parts causes cracks on the surface of the carburized parts (crack generation process). The crack grows and eventually the carburized part breaks (breaking process). That is, the low cycle impact fatigue characteristic is divided into the life of the carburized part for the crack generation process (crack generation life) and the life of the carburized part for the fracture process (fracture life). The characteristics required for longer life differ between the crack generation life and the fracture life.
き裂発生工程において、き裂は浸炭部品の表層で発生する。き裂の発生を抑制するためには、浸炭部品の表面のC濃度を低くして、浸炭部品の表層の靱性を高めることが有効である。低サイクル衝撃疲労は塑性変形を伴う疲労である。浸炭部品の表層の靱性が高ければ、き裂発生までに許容できる塑性変形量が大きい。そのため、浸炭部品表層でのき裂発生を抑制できる。具体的には、浸炭部品の表面のC濃度が0.50〜0.70%であれば、表面のC濃度が十分に低いため、き裂発生工程でのき裂の発生を抑制できる。この場合、低サイクル衝撃疲労特性が高まる。 In the crack generation process, cracks are generated on the surface layer of the carburized part. In order to suppress the occurrence of cracks, it is effective to reduce the C concentration on the surface of the carburized part to increase the toughness of the surface layer of the carburized part. Low cycle impact fatigue is fatigue accompanied by plastic deformation. If the toughness of the surface layer of the carburized part is high, the amount of plastic deformation that can be tolerated before the occurrence of cracks is large. Therefore, the occurrence of cracks on the surface layer of the carburized parts can be suppressed. Specifically, when the C concentration on the surface of the carburized part is 0.50 to 0.70%, the C concentration on the surface is sufficiently low, so that the generation of cracks in the crack generation step can be suppressed. In this case, the low cycle impact fatigue characteristic is enhanced.
き裂発生工程でのき裂の発生は、浸炭部品の有効硬化層深さ(Effective Case Depth:以下、ECD)を深くすることでも抑制できる。 The generation of cracks in the crack generation step can also be suppressed by increasing the effective hardened layer depth (Effective Case Depth: hereinafter, ECD) of the carburized parts.
き裂発生工程でのき裂の発生は、上述の方法で抑制することができる。しかしながら、低サイクル衝撃疲労特性に対しては、き裂発生工程よりも、破断工程の方が大きく影響する。 The generation of cracks in the crack generation step can be suppressed by the above-mentioned method. However, the fracture process has a greater effect on the low-cycle impact fatigue characteristics than the crack generation process.
低サイクル衝撃疲労試験において、初期き裂が発生したとき、初期き裂の深さは有効硬化層深さ(ECD)とほぼ等しい。ECDを浅くすれば、初期き裂深さが浅くなる。この場合、き裂の進展速度が抑制される。そのため、破断工程については、ECDを浅くすることが有効である。ECDが浅ければ、低サイクル衝撃疲労特性の大部分を占める破断工程が延長され、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性が高まる。 In the low cycle impact fatigue test, when an initial crack occurs, the initial crack depth is approximately equal to the effective hardened layer depth (ECD). The shallower the ECD, the shallower the initial crack depth. In this case, the crack growth rate is suppressed. Therefore, it is effective to make the ECD shallow for the breaking step. If the ECD is shallow, the fracture process, which accounts for most of the low-cycle impact fatigue characteristics, is extended, and the low-cycle impact fatigue characteristics of the carburized parts are enhanced.
したがって、低サイクル衝撃疲労特性を高めるためには、最適なECDの範囲が存在する。具体的には、浸炭部品のECDを従来よりも浅い0.30〜0.60mmとすれば、優れた低サイクル衝撃疲労特性が得られる。 Therefore, in order to enhance the low cycle impact fatigue characteristics, there is an optimum ECD range. Specifically, if the ECD of the carburized part is 0.30 to 0.60 mm, which is shallower than the conventional one, excellent low cycle impact fatigue characteristics can be obtained.
一方で、浸炭部品の耐摩耗性を高めるには、浸炭部品の表面硬さを高めることが有効である。具体的には、鋼材のSi含有量を0.50〜1.50%として、焼戻し軟化抵抗を高める。これにより、使用中の摩擦により発熱がある場合でも、浸炭部品の表面硬さの低下が抑制される。その結果、浸炭部品の耐摩耗性を高めることができる。 On the other hand, in order to increase the wear resistance of the carburized parts, it is effective to increase the surface hardness of the carburized parts. Specifically, the Si content of the steel material is set to 0.50 to 1.50% to increase the temper softening resistance. As a result, even if heat is generated due to friction during use, a decrease in surface hardness of the carburized part is suppressed. As a result, the wear resistance of the carburized parts can be improved.
Si含有量が高ければ、浸炭部品の耐摩耗性が高まる。しかしながら、Siは酸化されて粒界酸化層を形成する。そのため、Si含有量が高ければ、粒界酸化層が厚くなる。この場合、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性及び耐摩耗性が低下する。 The higher the Si content, the higher the wear resistance of the carburized parts. However, Si is oxidized to form an intergranular oxide layer. Therefore, the higher the Si content, the thicker the intergranular oxide layer. In this case, the low cycle impact fatigue characteristics and wear resistance of the carburized parts are deteriorated.
そこで、浸炭部品の芯部の化学組成を、粒界酸化層が薄くなる化学組成とする。具体的には、浸炭部品の芯部の化学組成が式(1)を満たすようにする。
X+Y+Z≦26 (1)
ただし、
X=−15.7×Si4+74.4×Si3−118.9×Si2+61.6×Si+5.8 (2)
Y=−0.3×Mn3−3×Mn2+14.2×Mn−3.4 (3)
Z=−0.2×Cr4+4.4×Cr3−16.6×Cr2+17×Cr+3.1 (4)
ここで、式(2)〜式(4)の元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
Therefore, the chemical composition of the core of the carburized part is set to the chemical composition in which the intergranular oxide layer becomes thin. Specifically, the chemical composition of the core of the carburized part satisfies the formula (1).
X + Y + Z ≦ 26 (1)
However,
X = -15.7 × Si 4 + 74.4 × Si 3 -118.9 ×
Y = -0.3 x Mn 3 -3 x Mn 2 + 14.2 x Mn-3.4 (3)
Z = -0.2 × Cr 4 + 4.4 × Cr 3 -16.6 ×
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for the element symbol of the formulas (2) to (4).
浸炭部品の芯部の化学組成が式(1)を満たせば、Siを多量に含有するにもかかわらず浸炭部品の粒界酸化層が薄くなる。これにより、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性及び耐摩耗性が高まる。 If the chemical composition of the core of the carburized part satisfies the formula (1), the intergranular oxide layer of the carburized part becomes thin even though it contains a large amount of Si. This enhances the low cycle impact fatigue characteristics and wear resistance of the carburized parts.
以上の知見に基づいて完成した本実施形態の浸炭部品は、芯部の化学組成が質量%で、C:0.10〜0.30%、Si:0.50〜1.50%、Mn:0.30〜1.40%、P:0.030%未満、S:0.030%未満、Cr:0.50〜2.00%、Al:0.010〜0.100%、N:0.001〜0.030%、Mo:0〜0.80%、Ni:0〜0.50%、Cu:0〜0.50%、Ti:0〜0.10%、及び、Nb:0〜0.10%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)を満たし、表面のC濃度が0.50〜0.70%であり、表面から限界硬さがビッカース硬さで550HVとなる位置までの距離である有効硬化層深さが0.30〜0.60mmである。
X+Y+Z≦26 (1)
ただし、
X=−15.7×Si4+74.4×Si3−118.9×Si2+61.6×Si+5.8 (2)
Y=−0.3×Mn3−3×Mn2+14.2×Mn−3.4 (3)
Z=−0.2×Cr4+4.4×Cr3−16.6×Cr2+17×Cr+3.1 (4)
ここで、式(2)〜式(4)の元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
The carbonized parts of the present embodiment completed based on the above findings have a core chemical composition of mass%, C: 0.10 to 0.30%, Si: 0.50 to 1.50%, Mn: 0.30 to 1.40%, P: less than 0.030%, S: less than 0.030%, Cr: 0.50 to 2.00%, Al: 0.010 to 0.100%, N: 0 .001 to 0.030%, Mo: 0 to 0.80%, Ni: 0 to 0.50%, Cu: 0 to 0.50%, Ti: 0 to 0.10%, and Nb: 0 to 0 It contains 0.10%, the balance is composed of Fe and impurities, satisfies the formula (1), the C concentration on the surface is 0.50 to 0.70%, and the limit hardness from the surface is 550 HV in Vickers hardness. The effective cured layer depth, which is the distance to the position, is 0.30 to 0.60 mm.
X + Y + Z ≦ 26 (1)
However,
X = -15.7 × Si 4 + 74.4 × Si 3 -118.9 ×
Y = -0.3 x Mn 3 -3 x Mn 2 + 14.2 x Mn-3.4 (3)
Z = -0.2 × Cr 4 + 4.4 × Cr 3 -16.6 ×
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for the element symbol of the formulas (2) to (4).
本実施形態の浸炭部品は、低サイクル衝撃疲労特性及び耐摩耗性に優れる。 The carburized parts of this embodiment are excellent in low cycle impact fatigue characteristics and wear resistance.
上記浸炭部品の芯部の化学組成は、Mo:0.01〜0.80%、Ni:0.05〜0.50%、及び、Cu:0.10〜0.50%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有してもよい。上記浸炭部品の芯部の化学組成はまた、Ti:0.05〜0.10%、及び、Nb:0.01〜0.10%からなる群から選択される1種又は2種を含有してもよい。 The chemical composition of the core of the carburized parts is selected from the group consisting of Mo: 0.01 to 0.80%, Ni: 0.05 to 0.50%, and Cu: 0.10 to 0.50%. It may contain one kind or two or more kinds. The chemical composition of the core of the carburized part also contains one or two selected from the group consisting of Ti: 0.05 to 0.10% and Nb: 0.01 to 0.10%. You may.
以下、本実施形態の浸炭部品について詳述する。各元素の含有量の「%」は「質量%」を意味する。 Hereinafter, the carburized parts of the present embodiment will be described in detail. The "%" of the content of each element means "mass%".
[浸炭部品の芯部及び表層部]
本実施形態による浸炭部品は、芯部と、表層とを含む。芯部は、浸炭部品のうち表層よりも内部の部分を意味する。より具体的には、浸炭部品の表面から2.0mmよりも深い内部部分を芯部と定義する。浸炭部品の表面から2.0mm以内の部分を表層と定義する。
[Core and surface of carburized parts]
The carburized parts according to the present embodiment include a core portion and a surface layer. The core portion means a portion of the carburized part inside the surface layer. More specifically, an internal portion deeper than 2.0 mm from the surface of the carburized part is defined as a core portion. The portion within 2.0 mm from the surface of the carburized part is defined as the surface layer.
[浸炭部品の芯部の化学組成]
浸炭部品の芯部の化学組成は、次の元素を含有する。
[Chemical composition of the core of carburized parts]
The chemical composition of the core of the carburized parts contains the following elements.
C:0.10〜0.30%
炭素(C)は、鋼の焼入れ性を高め、芯部の硬さを高める。これにより、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性が高まる。C含有量が0.10%未満であれば、この効果が得られない。一方、C含有量が0.30%を超えれば、鋼の被削性及び冷間鍛造性が低下する可能性がある。したがって、C含有量は0.10〜0.30%である。C含有量の好ましい下限は0.15%であり、さらに好ましくは0.18%である。C含有量の好ましい上限は0.25%であり、さらに好ましくは0.23%である。
C: 0.10 to 0.30%
Carbon (C) enhances the hardenability of steel and enhances the hardness of the core. This enhances the low cycle impact fatigue characteristics of carburized parts. If the C content is less than 0.10%, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the C content exceeds 0.30%, the machinability and cold forging property of the steel may decrease. Therefore, the C content is 0.10 to 0.30%. The lower limit of the C content is preferably 0.15%, more preferably 0.18%. The preferred upper limit of the C content is 0.25%, more preferably 0.23%.
Si:0.50〜1.50%
シリコン(Si)は鋼を脱酸する。Siはさらに、鋼の焼入れ性を高め、さらに、固溶強化により鋼の強度を高める。そのため、芯部の硬さが高まり、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性が高まる。Siはさらに、鋼の焼戻し軟化抵抗を高める。これにより、浸炭部品の耐摩耗性が高まる。しかしながら、Si含有量が0.50%未満であれば、上記効果は十分に得られず、浸炭部品の耐摩耗性が低下する。一方、Si含有量が1.50%を超えれば、鋼の浸炭を阻害する。この場合、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性が低下する。したがって、Si含有量は0.50〜1.50%である。Si含有量の好ましい下限は0.52%であり、さらに好ましくは0.80%である。Si含有量の好ましい上限は1.30%であり、さらに好ましくは1.20%である。
Si: 0.50 to 1.50%
Silicon (Si) deoxidizes steel. Si further enhances the hardenability of steel and further enhances the strength of steel by solid solution strengthening. Therefore, the hardness of the core portion is increased, and the low-cycle impact fatigue characteristics of the carburized parts are enhanced. Si also increases the temper softening resistance of steel. This enhances the wear resistance of the carburized parts. However, if the Si content is less than 0.50%, the above effect cannot be sufficiently obtained, and the wear resistance of the carburized parts is lowered. On the other hand, if the Si content exceeds 1.50%, carburizing of steel is inhibited. In this case, the low cycle impact fatigue characteristics of the carburized parts are reduced. Therefore, the Si content is 0.50 to 1.50%. The lower limit of the Si content is preferably 0.52%, more preferably 0.80%. The preferred upper limit of the Si content is 1.30%, more preferably 1.20%.
Mn:0.30〜1.40%
マンガン(Mn)は鋼を脱酸する。Mnはさらに、鋼の焼入れ性及び強度を高め、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性を高める。Mn含有量が0.30%未満であれば、この効果が得られない。一方、Mn含有量が1.40%を超えれば、残留オーステナイト量が過多となり、表面硬さが低下して、浸炭部品の耐摩耗性が低下する。したがって、Mn含有量は0.30〜1.40%である。Mn含有量の好ましい下限は0.50%であり、さらに好ましくは0.70%である。Mn含有量の好ましい上限は1.20%であり、さらに好ましくは1.00%である。
Mn: 0.30-1.40%
Manganese (Mn) deoxidizes steel. Mn further enhances the hardenability and strength of steel and enhances the low cycle impact fatigue properties of carburized parts. If the Mn content is less than 0.30%, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the Mn content exceeds 1.40%, the amount of retained austenite becomes excessive, the surface hardness decreases, and the wear resistance of the carburized parts decreases. Therefore, the Mn content is 0.30 to 1.40%. The preferred lower limit of the Mn content is 0.50%, more preferably 0.70%. The preferred upper limit of the Mn content is 1.20%, more preferably 1.00%.
P:0.030%未満
リン(P)は不純物である。Pは浸炭時にオーステナイト粒界に偏析して、浸炭層の粒界強度を低下する。浸炭層の粒界強度が低下すれば、低サイクル衝撃疲労特性が低下する。P含有量が0.030%未満であれば、芯部だけでなく表層のP含有量も低い。このため、表層の靱性が高まり、粒界き裂の発生が抑制される。その結果、低サイクル衝撃疲労特性が高まる。したがって、P含有量は0.030%未満である。P含有量の好ましい上限は0.015%である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。
P: Less than 0.030% Phosphorus (P) is an impurity. P segregates at the austenite grain boundaries during carburizing, and lowers the grain boundary strength of the carburized layer. If the grain boundary strength of the carburized layer decreases, the low-cycle impact fatigue characteristics decrease. When the P content is less than 0.030%, not only the core portion but also the surface layer has a low P content. Therefore, the toughness of the surface layer is increased, and the occurrence of grain boundary cracks is suppressed. As a result, the low cycle impact fatigue characteristics are enhanced. Therefore, the P content is less than 0.030%. The preferred upper limit of the P content is 0.015%. The P content is preferably as low as possible.
S:0.030%未満
硫黄(S)は不純物である。Sは結晶粒界に残存して浸炭層の粒界強度を低下する。Sはさらに、粒界に粗大なMnSを形成して低サイクル衝撃疲労特性を低下させる。したがって、S含有量は0.030%未満である。S含有量の好ましい上限は0.015%である。S含有量はなるべく低い方が好ましい。
S: Less than 0.030% Sulfur (S) is an impurity. S remains at the grain boundaries and lowers the grain boundary strength of the carburized layer. S further forms coarse MnS at the grain boundaries to reduce low cycle impact fatigue characteristics. Therefore, the S content is less than 0.030%. The preferred upper limit of the S content is 0.015%. The S content is preferably as low as possible.
Cr:0.50〜2.00%
クロム(Cr)は、鋼の焼入れ性を高めて芯部硬さを高め、低サイクル衝撃疲労特性を高める。Cr含有量が0.50%未満であれば、この効果が十分に得られない。一方、Cr含有量が2.00%を超えれば、粒界酸化層が厚くなり、低サイクル衝撃疲労特性が低下する。したがって、Cr含有量は0.50〜2.00%である。Cr含有量の好ましい下限は0.60%であり、さらに好ましくは0.80%である。Cr含有量の好ましい上限は1.85%であり、さらに好ましくは1.70%である。
Cr: 0.50 to 2.00%
Chromium (Cr) enhances hardenability of steel, increases core hardness, and enhances low-cycle impact fatigue characteristics. If the Cr content is less than 0.50%, this effect cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the Cr content exceeds 2.00%, the intergranular oxide layer becomes thicker and the low-cycle impact fatigue characteristics deteriorate. Therefore, the Cr content is 0.50 to 2.00%. The lower limit of the Cr content is preferably 0.60%, more preferably 0.80%. The preferred upper limit of the Cr content is 1.85%, more preferably 1.70%.
Al:0.010〜0.100%
アルミニウム(Al)は鋼を脱酸する。Alはさらに、鋼中のNと結合してAlNを形成し、浸炭時のオーステナイト粒の粗大化を抑制する。オーステナイト粒の粗大化が抑制されれば、鋼の体積当たりの粒界面積が高いまま維持される。き裂発生工程におけるき裂は粒界を起点として発生する。そのため、鋼の体積当たりの粒界面積が高ければ、低サイクル衝撃疲労試験における負荷が分散される。したがって、き裂発生工程におけるき裂の発生が抑制され、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性が高まる。Al含有量が0.010%未満であればこの効果が得られない。一方、Al含有量が0.100%を超えれば、上記効果が飽和する。したがって、Al含有量は0.010〜0.100%である。Al含有量の好ましい下限は0.020%であり、さらに好ましくは0.025%である。Al含有量の好ましい上限は0.080%であり、さらに好ましくは0.065%である。本実施形態の浸炭部品の芯部の化学組成において、Al含有量は、鋼材中に含有する全Al量を意味する。
Al: 0.010 to 0.100%
Aluminum (Al) deoxidizes steel. Al further combines with N in the steel to form AlN, which suppresses the coarsening of austenite grains during carburizing. If the coarsening of austenite grains is suppressed, the grain boundary area per volume of steel is maintained high. Cracks in the crack generation process start from grain boundaries. Therefore, if the grain boundary area per volume of steel is high, the load in the low cycle impact fatigue test is dispersed. Therefore, the generation of cracks in the crack generation process is suppressed, and the low-cycle impact fatigue characteristics of the carburized parts are enhanced. If the Al content is less than 0.010%, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the Al content exceeds 0.100%, the above effect is saturated. Therefore, the Al content is 0.010 to 0.100%. The lower limit of the Al content is preferably 0.020%, more preferably 0.025%. The preferred upper limit of the Al content is 0.080%, more preferably 0.065%. In the chemical composition of the core of the carburized part of the present embodiment, the Al content means the total amount of Al contained in the steel material.
N:0.001〜0.030%
窒素(N)は、鋼中でTi、Al、V及びNbと結合して窒化物や炭窒化物を形成し、浸炭時のオーステナイト粒の粗大化を抑制する。これにより、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性が高まる。N含有量が0.001%未満であれば、十分な粗大化抑制効果は得られない。一方、N含有量が0.030%を超えれば、上記効果が飽和する。したがって、N含有量は0.001〜0.030%である。N含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.008%である。N含有量の好ましい上限は0.025%であり、さらに好ましくは0.020%である。
N: 0.001 to 0.030%
Nitrogen (N) combines with Ti, Al, V and Nb in steel to form nitrides and carbonitrides, and suppresses coarsening of austenite grains during carburizing. This enhances the low cycle impact fatigue characteristics of carburized parts. If the N content is less than 0.001%, a sufficient effect of suppressing coarsening cannot be obtained. On the other hand, if the N content exceeds 0.030%, the above effect is saturated. Therefore, the N content is 0.001 to 0.030%. The preferred lower limit of the N content is 0.005%, more preferably 0.008%. The preferred upper limit of the N content is 0.025%, more preferably 0.020%.
本実施形態による浸炭部品の芯部の化学組成の残部は、Fe及び不純物からなる。ここで、不純物とは、浸炭部品を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態の浸炭部品に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 The rest of the chemical composition of the core of the carburized parts according to this embodiment consists of Fe and impurities. Here, the impurities are those that are mixed in from ore, scrap, or the manufacturing environment as a raw material when the carburized parts are industrially manufactured, and are in a range that does not adversely affect the carburized parts of the present embodiment. Means what is allowed in.
[任意元素について]
本実施形態の浸炭部品の芯部はさらに、Feの一部に代えて、Mo、Ni及びCuからなる群から選択される1種又は2種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼の焼入れ性を高める。
[About arbitrary elements]
The core of the carburized component of the present embodiment may further contain one or more selected from the group consisting of Mo, Ni and Cu instead of a part of Fe. These elements are arbitrary elements, and all of them enhance the hardenability of steel.
Mo:0〜0.80%
モリブデン(Mo)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Moは、鋼の焼入れ性を高めて芯部硬さを高め、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性を高める。Moはさらに、浸炭層の靱性を高める。Moはさらに、浸炭部品の焼戻し軟化抵抗を高める。Moが少しでも含有されれば、これらの効果が得られる。しかしながら、Mo含有量が0.80%を超えれば、これらの効果は飽和し、原料コストが高くなる。したがって、Mo含有量は0〜0.80%である。上記効果を安定して得るためのMo含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.10%である。Mo含有量の好ましい上限は0.60%であり、さらに好ましくは0.40%である。
Mo: 0-0.80%
Molybdenum (Mo) is an optional element and may not be contained. When contained, Mo enhances the hardenability of steel, increases the hardness of the core, and enhances the low cycle impact fatigue characteristics of carburized parts. Mo further enhances the toughness of the carburized layer. Mo also increases the temper softening resistance of carburized parts. These effects can be obtained if even a small amount of Mo is contained. However, if the Mo content exceeds 0.80%, these effects are saturated and the raw material cost becomes high. Therefore, the Mo content is 0 to 0.80%. The preferable lower limit of the Mo content for stably obtaining the above effect is 0.01%, and more preferably 0.10%. The preferred upper limit of the Mo content is 0.60%, more preferably 0.40%.
Ni:0〜0.50%
ニッケル(Ni)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Niは、鋼の焼入れ性を高めて芯部高さを高め、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性を高める。Niはさらに、粒界酸化層を浅くする。これにより、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性を高める。Niはさらに、浸炭層の靱性を高める。Niが少しでも含有されれば、これらの効果が得られる。しかしながら、Ni含有量が0.50%を超えれば、残留オーステナイト量が増大して加工性が低下する。したがって、Ni含有量は0〜0.50%である。上記効果を安定して得るためのNi含有量の好ましい下限は0.05%であり、さらに好ましくは0.10%である。Ni含有量の好ましい上限は0.45%であり、さらに好ましくは0.40%である。
Ni: 0 to 0.50%
Nickel (Ni) is an optional element and may not be contained. When contained, Ni enhances the hardenability of steel, increases the core height, and enhances the low cycle impact fatigue characteristics of carburized parts. Ni further shallows the intergranular oxide layer. This enhances the low cycle impact fatigue characteristics of carburized parts. Ni further enhances the toughness of the carburized layer. These effects can be obtained if even a small amount of Ni is contained. However, if the Ni content exceeds 0.50%, the amount of retained austenite increases and the workability decreases. Therefore, the Ni content is 0 to 0.50%. The preferable lower limit of the Ni content for stably obtaining the above effect is 0.05%, and more preferably 0.10%. The preferred upper limit of the Ni content is 0.45%, more preferably 0.40%.
Cu:0〜0.50%
銅(Cu)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Cuは鋼の焼入れ性を高めて芯部硬さを高め、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性を高める。Cuが少しでも含有されればこの効果が得られる。一方、Cu含有量が0.50%を超えれば、熱間加工性が低下する。したがって、Cu含有量は0〜0.50%である。上記効果を安定して得るためのCu含有量の好ましい下限は0.10%であり、さらに好ましくは0.15%である。Cu含有量の好ましい上限は0.35%であり、さらに好ましくは0.25%である。
Cu: 0 to 0.50%
Copper (Cu) is an optional element and may not be contained. When contained, Cu enhances the hardenability of steel, increases the hardness of the core, and enhances the low cycle impact fatigue characteristics of carburized parts. This effect can be obtained if even a small amount of Cu is contained. On the other hand, if the Cu content exceeds 0.50%, the hot workability is lowered. Therefore, the Cu content is 0 to 0.50%. The preferable lower limit of the Cu content for stably obtaining the above effect is 0.10%, and more preferably 0.15%. The preferred upper limit of the Cu content is 0.35%, more preferably 0.25%.
本実施形態の浸炭部品の芯部はさらに、Feの一部に代えて、Ti及びNbからなる群から選択される1種又は2種を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、結晶粒の粗大化を抑制する。 The core of the carburized component of the present embodiment may further contain one or two selected from the group consisting of Ti and Nb instead of a part of Fe. These elements are arbitrary elements, and all of them suppress the coarsening of crystal grains.
Ti:0〜0.10%
チタン(Ti)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Tiは鋼中のC及びSと結合して微細なTiC及びTiSを形成し、浸炭時のオーステナイト粒の粗大化を抑制する。これにより、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性が高まる。Tiが少しでも含有されれば、この効果が得られる。しかしながら、Ti含有量が0.10%を超えれば、TiCが粗大化して鋼の靱性が低下する。この場合、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性が低下する。したがって、Ti含有量は0〜0.10%である。上記効果を安定して得るためのTi含有量の好ましい下限は0.05%であり、さらに好ましくは0.06%である。Ti含有量の好ましい上限は0.08%であり、さらに好ましくは0.07%である。
Ti: 0 to 0.10%
Titanium (Ti) is an optional element and may not be contained. When contained, Ti combines with C and S in the steel to form fine TiC and TiS, which suppresses the coarsening of austenite grains during carburizing. This enhances the low cycle impact fatigue characteristics of carburized parts. This effect can be obtained if even a small amount of Ti is contained. However, if the Ti content exceeds 0.10%, TiC becomes coarse and the toughness of the steel decreases. In this case, the low cycle impact fatigue characteristics of the carburized parts are reduced. Therefore, the Ti content is 0 to 0.10%. The preferable lower limit of the Ti content for stably obtaining the above effect is 0.05%, and more preferably 0.06%. The preferred upper limit of the Ti content is 0.08%, more preferably 0.07%.
Nb:0〜0.10%
ニオブ(Nb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Nbは鋼中のC及びNと結合してNb炭窒化物(Nb(CN))を形成し、浸炭時のオーステナイト粒の粗大化を抑制する。これにより、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性が高まる。Nbが少しでも含有されれば、この効果が得られる。しかしながら、Nb含有量が0.10%を超えれば、浸炭性が低下する。したがって、Nb含有量は0〜0.10%である。上記効果を安定して得るためのNb含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.02%である。Nb含有量の好ましい上限は0.07%であり、さらに好ましくは0.05%である。
Nb: 0 to 0.10%
Niobium (Nb) is an optional element and may not be contained. When contained, Nb combines with C and N in steel to form Nb carbonitrides (Nb (CN)) and suppresses coarsening of austenite grains during carburizing. This enhances the low cycle impact fatigue characteristics of carburized parts. This effect can be obtained if even a small amount of Nb is contained. However, if the Nb content exceeds 0.10%, the carburizing property is lowered. Therefore, the Nb content is 0 to 0.10%. The preferable lower limit of the Nb content for stably obtaining the above effect is 0.01%, more preferably 0.02%. The preferred upper limit of the Nb content is 0.07%, more preferably 0.05%.
[式について]
本実施形態の浸炭部品の芯部の化学組成はさらに、式(1)を満たす。
X+Y+Z≦26 (1)
ただし、
X=−15.7×Si4+74.4×Si3−118.9×Si2+61.6×Si+5.8 (2)
Y=−0.3×Mn3−3×Mn2+14.2×Mn−3.4 (3)
Z=−0.2×Cr4+4.4×Cr3−16.6×Cr2+17×Cr+3.1 (4)
ここで、式(2)〜式(4)の元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
[About the formula]
The chemical composition of the core of the carburized component of the present embodiment further satisfies the formula (1).
X + Y + Z ≦ 26 (1)
However,
X = -15.7 × Si 4 + 74.4 × Si 3 -118.9 ×
Y = -0.3 x Mn 3 -3 x Mn 2 + 14.2 x Mn-3.4 (3)
Z = -0.2 × Cr 4 + 4.4 × Cr 3 -16.6 ×
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for the element symbol of the formulas (2) to (4).
ここで、fn=X+Y+Zと定義する。fnが大きい程、浸炭部品の粒界酸化層が厚くなる。fnが26より大きい場合、粒界酸化層が厚くなり過ぎて、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性及び耐摩耗性が低下する。したがって、fn≦26である。本実施形態の浸炭部品の芯部の化学組成は、式(1)を満たす。そのため、Siを多量に含有するにもかかわらず、浸炭部品の粒界酸化層が薄くなる。これにより、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性が高まる。fnの好ましい上限は21であり、より好ましい上限は19である。 Here, fn = X + Y + Z is defined. The larger fn, the thicker the intergranular oxide layer of the carburized parts. When fn is larger than 26, the intergranular oxide layer becomes too thick, and the low-cycle impact fatigue characteristics and wear resistance of the carburized parts deteriorate. Therefore, fn ≦ 26. The chemical composition of the core of the carburized component of the present embodiment satisfies the formula (1). Therefore, the intergranular oxide layer of the carburized part becomes thin even though it contains a large amount of Si. This enhances the low cycle impact fatigue characteristics of carburized parts. The preferred upper limit of fn is 21, and the more preferred upper limit is 19.
[浸炭部品表面のC濃度]
浸炭部品表面のC濃度:0.50〜0.70%
浸炭部品表面のC濃度(以下、表面C濃度)は、質量%で0.50〜0.70%である。表面C濃度が0.70%を超えれば、浸炭層の靱性が低くなるため、低サイクル衝撃疲労試験におけるき裂発生寿命が低下する。一方、表面C濃度が0.50%未満であれば、浸炭部品の表面硬さが低すぎ、耐塑性変形能が低下する。この場合、低サイクル衝撃疲労試験における負荷一回当たりの浸炭部品の変形量が大きくなる。そのため、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性が低下する。浸炭部品の表面硬さが低ければさらに、耐摩耗性が低下する。そのため、表面C濃度は0.50〜0.70%である。表面C濃度の好ましい下限は0.54%であり、さらに好ましくは0.56%である。表面C濃度の好ましい上限は0.66%であり、さらに好ましくは0.64%である。
[C concentration on the surface of carburized parts]
C concentration on the surface of carburized parts: 0.50 to 0.70%
The C concentration on the surface of the carburized part (hereinafter referred to as the surface C concentration) is 0.50 to 0.70% in mass%. If the surface C concentration exceeds 0.70%, the toughness of the carburized layer is lowered, so that the crack generation life in the low cycle impact fatigue test is shortened. On the other hand, if the surface C concentration is less than 0.50%, the surface hardness of the carburized part is too low and the plastic deformation resistance is lowered. In this case, the amount of deformation of the carburized parts per load in the low cycle impact fatigue test becomes large. Therefore, the low-cycle impact fatigue characteristics of the carburized parts are reduced. If the surface hardness of the carburized part is low, the wear resistance is further lowered. Therefore, the surface C concentration is 0.50 to 0.70%. The preferred lower limit of the surface C concentration is 0.54%, more preferably 0.56%. The preferred upper limit of the surface C concentration is 0.66%, more preferably 0.64%.
浸炭部品表面のC濃度は次の方法で測定される。浸炭部品の表面のうち、任意の5箇所の測定位置を選定する。選定された測定位置のC濃度(質量%)を、EPMA(電子線マイクロアナライザ)により分析する。EPMAにより得られた5箇所のC濃度の平均を、浸炭部品表面のC濃度(質量%)と定義する。 The C concentration on the surface of the carburized part is measured by the following method. Select any 5 measurement positions on the surface of the carburized parts. The C concentration (mass%) at the selected measurement position is analyzed by EPMA (electron probe microanalyzer). The average of the C concentrations at the five locations obtained by EPMA is defined as the C concentration (mass%) on the surface of the carburized parts.
[有効硬化層深さ]
有効硬化層深さ:0.30〜0.60mm
低サイクル衝撃疲労試験において、初期き裂が発生したとき、初期き裂の深さは有効硬化層深さ(ECD)とほぼ等しい。ここで、本明細書でいう有効硬化層深さ(ECD)とは、JIS G 0577(2006)で定義された有効硬化層深さであって、焼入れまま、又は、200℃を超えない温度で焼戻しした硬化層の表面から限界硬さが550HVとなる位置までの距離(深さ)を意味する。
[Effective curing layer depth]
Effective cured layer depth: 0.30 to 0.60 mm
In the low cycle impact fatigue test, when an initial crack occurs, the initial crack depth is approximately equal to the effective hardened layer depth (ECD). Here, the effective cured layer depth (ECD) referred to in the present specification is the effective cured layer depth defined in JIS G 0557 (2006), and is as-quenched or at a temperature not exceeding 200 ° C. It means the distance (depth) from the surface of the tempered hardened layer to the position where the limit hardness is 550 HV.
ECDを浅くすれば、初期き裂深さが浅くなる。この場合、き裂の進展速度が抑制され、低サイクル衝撃疲労特性の大部分を占める破断工程が延長される。その結果、破断寿命が向上し、浸炭部品の低サイクル衝撃疲労特性が高まる。ECDが0.60mmを超えれば、上記効果が得られない。一方、ECDが0.30mm未満であれば、浸炭部品の耐塑性変形抵抗能が低下する。したがって、ECDは0.30〜0.60mmである。ECDの好ましい下限は0.31mmであり、さらに好ましくは0.33mmであり、さらに好ましくは0.35mmであり、さらに好ましくは0.39mmである。ECDの好ましい上限は0.57mmであり、さらに好ましくは0.55mmであり、さらに好ましくは0.50mmである。 The shallower the ECD, the shallower the initial crack depth. In this case, the crack growth rate is suppressed and the rupture process, which accounts for most of the low cycle impact fatigue characteristics, is extended. As a result, the fracture life is improved and the low cycle impact fatigue characteristics of carburized parts are enhanced. If the ECD exceeds 0.60 mm, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the ECD is less than 0.30 mm, the plastic deformation resistance of the carburized part is lowered. Therefore, the ECD is 0.30 to 0.60 mm. The preferable lower limit of ECD is 0.31 mm, more preferably 0.33 mm, still more preferably 0.35 mm, still more preferably 0.39 mm. The preferred upper limit of ECD is 0.57 mm, more preferably 0.55 mm, still more preferably 0.50 mm.
ECDは浸炭処理時間に依存する。浸炭処理時間が長ければ、ECDが深くなる。浸炭処理時間が長ければさらに、粒界酸化層が深く形成される。 ECD depends on the carburizing time. The longer the carburizing time, the deeper the ECD. The longer the carburizing treatment time, the deeper the intergranular oxide layer is formed.
ECDは次の方法で測定できる。10個の浸炭部品を用意し、1個の浸炭部品に対して2箇所から観察面を含むサンプルを採取する。観察面は、浸炭部品の表面と垂直な断面であって浸炭部品の表面近傍部分を含む。サンプルの観察面を表面研磨した後、表面から深さ方向に0.1mmピッチで、JIS Z 2244(2009)に準拠したビッカース硬さ試験を実施する。試験力は0.98Nとする。得られた各位置での硬さを連続的に結んで、硬化層を含む表層付近の硬さプロファイルを作成する。作成された硬さプロファイルに基づいて、浸炭部品の表面から、限界硬さが550HVとなる位置までの距離を求める。各測定で得られた結果の平均を、ECDと定義する。 ECD can be measured by the following method. Ten carburized parts are prepared, and a sample including an observation surface is collected from two places for one carburized part. The observation surface has a cross section perpendicular to the surface of the carburized part and includes a portion near the surface of the carburized part. After surface polishing the observation surface of the sample, a Vickers hardness test conforming to JIS Z 2244 (2009) is performed at a pitch of 0.1 mm in the depth direction from the surface. The test force is 0.98N. The obtained hardness at each position is continuously connected to create a hardness profile near the surface layer including the hardened layer. Based on the created hardness profile, the distance from the surface of the carburized part to the position where the critical hardness is 550 HV is determined. The average of the results obtained in each measurement is defined as ECD.
[粒界酸化層の厚さ]
上述の式を満たす化学組成、表面C濃度及びECDを有する浸炭部品では、粒界酸化層の厚さが15μm以下になる。粒界酸化層の厚さが15μm以下であるため、き裂の発生が抑制される。その結果、低サイクル衝撃疲労特性が高まる。
[Thickness of intergranular oxide layer]
For carburized parts having a chemical composition, surface C concentration and ECD that satisfy the above formula, the thickness of the intergranular oxide layer is 15 μm or less. Since the thickness of the intergranular oxide layer is 15 μm or less, the occurrence of cracks is suppressed. As a result, the low cycle impact fatigue characteristics are enhanced.
粒界酸化層の厚さは、次の方法で測定できる。浸炭部品の表面と垂直な断面であって、浸炭部品の表面近傍部分を含む観察面を有するサンプルを採取する。サンプルの観察面を研磨した後、1000倍の光学顕微鏡でサンプル(浸炭部品)の表面近傍の写真画像を作製する。写真画像を用いて、粒界酸化層深さ(μm)を求める。具体的には、写真画像において、母材と粒界酸化層とではコントラストが異なる。したがって、粒界酸化層は容易に特定できる。画像処理により、写真画像の10箇所での粒界酸化層深さを求め、その平均を粒界酸化層深さ(μm)と定義する。 The thickness of the intergranular oxide layer can be measured by the following method. A sample is taken that has a cross section perpendicular to the surface of the carburized part and has an observation surface including a portion near the surface of the carburized part. After polishing the observation surface of the sample, a photographic image near the surface of the sample (carburized part) is prepared with a 1000x optical microscope. The depth of the intergranular oxide layer (μm) is determined using a photographic image. Specifically, in the photographic image, the contrast between the base material and the intergranular oxide layer is different. Therefore, the intergranular oxide layer can be easily identified. The depth of the intergranular oxide layer at 10 points of the photographic image is obtained by image processing, and the average thereof is defined as the intergranular oxide layer depth (μm).
[製造工程]
本実施形態による浸炭部品の製造方法の一例を説明する。
[Manufacturing process]
An example of a method for manufacturing a carburized part according to the present embodiment will be described.
上述の化学組成を満たす鋼材を製造する。たとえば、上記化学組成の溶鋼を製造し、溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片(スラブ又はブルーム)を製造する。溶鋼を用いて造塊法によりインゴット(鋼塊)を製造してもよい。鋳片又はインゴットを熱間加工して、ビレット(鋼片)を製造する。ビレットを熱間加工して、棒鋼又は線材を製造する。熱間加工は、熱間圧延でもよいし、熱間鍛造でもよい。製造された棒鋼又は線材を冷間鍛造又は機械加工して、所定の形状の中間品を製造する。機械加工はたとえば、切削や穿孔である。中間品の形状は、周知の方法により形成される。 A steel material satisfying the above chemical composition is produced. For example, molten steel having the above chemical composition is produced, and slabs (slabs or blooms) are produced using the molten steel by a continuous casting method. An ingot (steel ingot) may be produced by an ingot method using molten steel. A billet (steel piece) is manufactured by hot-working a slab or an ingot. The billet is hot-worked to produce steel bars or wires. The hot working may be hot rolling or hot forging. The manufactured steel bars or wires are cold forged or machined to produce intermediate products of a predetermined shape. Machining is, for example, cutting or drilling. The shape of the intermediate product is formed by a well-known method.
製造された中間品に対して、浸炭焼入れ処理を実施する。さらに、浸炭焼入れ処理後、中間品に対して焼戻しを実施して、浸炭部品を製造する。焼入れ後の中間品に対してさらに機械加工(切削加工等)を実施して、浸炭部品を製造してもよい。 Carburize and quench the manufactured intermediate products. Further, after the carburizing and quenching treatment, the intermediate product is tempered to manufacture carburized parts. Carburized parts may be manufactured by further machining (cutting, etc.) on the intermediate product after quenching.
浸炭焼入れ処理及び焼戻し処理を実施することにより、浸炭部品表面のC濃度を0.50〜0.70%に調整でき、ECDを0.30〜0.60mmに調整できる。浸炭焼入れ処理の条件の一例は次のとおりである。 By carrying out the carburizing and quenching treatment and the tempering treatment, the C concentration on the surface of the carburized parts can be adjusted to 0.50 to 0.70%, and the ECD can be adjusted to 0.30 to 0.60 mm. An example of the conditions for carburizing and quenching is as follows.
[浸炭焼入れ処理]
本実施形態の浸炭部品で実施される浸炭処理は、ガス浸炭処理でもよいし、真空浸炭処理でもよい。浸炭処理の諸条件を適宜調整することにより、浸炭部品表面のC濃度を0.50〜0.70%に調整できる。以下、一例として、ガス浸炭処理を説明する。
[Carburizing and quenching]
The carburizing treatment performed on the carburized parts of the present embodiment may be a gas carburizing treatment or a vacuum carburizing treatment. By appropriately adjusting the conditions of the carburizing treatment, the C concentration on the surface of the carburized part can be adjusted to 0.50 to 0.70%. Hereinafter, the gas carburizing treatment will be described as an example.
図1は、ガス浸炭焼入れ処理のヒートパターン例を示す図である。図1の縦軸は処理温度(℃)であり、横軸は時間である。図1を参照して、ガス浸炭処理は、加熱工程S0と、浸炭工程S1と、拡散工程S2と、均熱工程S3とを含む。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a heat pattern of a gas carburizing and quenching treatment. The vertical axis of FIG. 1 is the processing temperature (° C.), and the horizontal axis is time. With reference to FIG. 1, the gas carburizing treatment includes a heating step S0, a carburizing step S1, a diffusion step S2, and a heat soaking step S3.
加熱工程S0では、炉内に装入された中間品を浸炭温度まで加熱する。浸炭工程S1では、所定のカーボンポテンシャルCp1の雰囲気中において、浸炭温度Tcで中間品を所定時間t1保持して、浸炭処理を実施する。拡散工程S2では、浸炭工程でのカーボンポテンシャルCp1よりも低く、かつ、浸炭部品表面のC濃度以上のカーボンポテンシャルCp2の雰囲気中において、浸炭温度Tcで所定時間t2保持する。均熱工程S3は、中間品全体を所定の焼入れ温度に均熱化することを目的とした工程である。均熱工程S3では、浸炭温度Tcよりも低い温度Tsで所定時間t3均熱する。ただし、均熱工程S3は省略してもよい。 In the heating step S0, the intermediate product charged in the furnace is heated to the carburizing temperature. In the carburizing step S1, the carburizing treatment is carried out by holding the intermediate product at t1 for a predetermined time at the carburizing temperature Tc in the atmosphere of the predetermined carbon potential Cp1. In the diffusion step S2, t2 is held at the carburizing temperature Tc for a predetermined time in an atmosphere of carbon potential Cp2 lower than the carbon potential Cp1 in the carburizing step and having a carbon potential Cp2 equal to or higher than the C concentration on the surface of the carburized component. The heat equalizing step S3 is a step for the purpose of soaking the entire intermediate product to a predetermined quenching temperature. In the heat equalizing step S3, heat is equalized to t3 for a predetermined time at a temperature Ts lower than the carburizing temperature Tc. However, the heat equalizing step S3 may be omitted.
拡散工程S2又は均熱工程S3後、中間品を急冷して焼入れを実施し、浸炭部品を製造する。焼入れは水焼入れでもよいし、油焼入れでもよい。 After the diffusion step S2 or the soaking step S3, the intermediate product is rapidly cooled and hardened to manufacture carburized parts. Quenching may be water quenching or oil quenching.
各工程の好ましい条件は次のとおりである。
浸炭温度Tc:Ac3点〜1100℃
浸炭工程S1での保持時間t1:1.0〜3.5時間
拡散工程S2での保持時間t2:0.5〜2.4時間
浸炭工程S1でのカーボンポテンシャルCp1:0.80〜1.00
拡散工程S2でのカーボンポテンシャルCp2:0.60〜0.85
The preferred conditions for each step are as follows.
Carburizing temperature Tc: Ac 3 points to 1100 ° C
Holding time in carburizing step S1 t1: 1.0 to 3.5 hours Holding time in diffusion step S2 t2: 0.5 to 2.4 hours Carbon potential in carburizing step S1 Cp1: 0.80 to 1.00
Carbon potential Cp2 in diffusion step S2: 0.60 to 0.85
ただし、上記条件のいずれかが上記範囲から外れていても、その他の条件を調整することにより、浸炭部品表面のC濃度を0.50〜0.70%として、ECDを0.30〜0.60mmとすることができる場合がある。 However, even if any of the above conditions is out of the above range, by adjusting the other conditions, the C concentration on the surface of the carburized part is set to 0.50 to 0.70%, and the ECD is set to 0.30 to 0. It may be 60 mm.
上述のとおり、図1のヒートパターンにおいて、均熱工程S3が省略されてもよい。さらに、図2に示す真空浸炭焼入れ処理を実施してもよい。図2では、加熱工程S0後であって、浸炭工程S1前に、均熱工程S4を実施する。この場合、均熱工程S4では、浸炭温度Tcで所定時間t4均熱する。さらに、図2の真空浸炭焼入れ処理では、炉内圧力を0.1kPa以下にする。 As described above, in the heat pattern of FIG. 1, the heat equalizing step S3 may be omitted. Further, the vacuum carburizing and quenching treatment shown in FIG. 2 may be carried out. In FIG. 2, the soaking step S4 is performed after the heating step S0 and before the carburizing step S1. In this case, in the heat equalizing step S4, the heat is equalized to t4 for a predetermined time at the carburizing temperature Tc. Further, in the vacuum carburizing and quenching treatment of FIG. 2, the pressure in the furnace is set to 0.1 kPa or less.
浸炭焼入れ処理された中間品に対して、周知の焼戻し処理を実施する。焼戻し温度はたとえば200℃未満である。 A well-known tempering process is carried out on the intermediate product that has been carburized and quenched. The tempering temperature is, for example, less than 200 ° C.
以上の工程により、本実施形態の浸炭部品を製造できる。 By the above steps, the carburized parts of the present embodiment can be manufactured.
種々の化学組成、製造条件で複数の浸炭部品を製造して、低サイクル衝撃疲労特性、粒界酸化層の厚さ、及び、耐摩耗性について調査した。 A plurality of carburized parts were manufactured under various chemical compositions and manufacturing conditions, and the low cycle impact fatigue characteristics, the thickness of the intergranular oxide layer, and the wear resistance were investigated.
[浸炭部品用鋼材の製造]
表1に示す化学組成を有する溶鋼を製造した。表1中、「fn」とは、X、Y及びZの合計値である(fn=X+Y+Z)。ただし、X=−15.7×Si4+74.4×Si3−118.9×Si2+61.6×Si+5.8 (2)、Y=−0.3×Mn3−3×Mn2+14.2×Mn−3.4 (3)、Z=−0.2×Cr4+4.4×Cr3−16.6×Cr2+17×Cr+3.1 (4)であり、式(2)〜式(4)の元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
[Manufacturing of steel materials for carburized parts]
A molten steel having the chemical composition shown in Table 1 was produced. In Table 1, "fn" is the total value of X, Y and Z (fn = X + Y + Z). However, X = -15.7 × Si 4 + 74.4 × Si 3 -118.9 ×
各鋼番号の鋼を180kg真空溶解炉によって溶製後、造塊してインゴットを製造した。 The steel of each steel number was melted in a 180 kg vacuum melting furnace and then ingot to produce an ingot.
インゴットを1250℃で8時間均熱した。その後、インゴットを熱間鍛造して、直径50mmの棒鋼を製造した。 The ingot was heated at 1250 ° C. for 8 hours. Then, the ingot was hot forged to produce a steel bar having a diameter of 50 mm.
各棒鋼に対して次の工程を実施して浸炭部品を製造した。 The following steps were carried out on each steel bar to manufacture carburized parts.
[試験片の作製]
初めに、各棒鋼に対して、焼準処理を実施した。焼準処理での処理温度は925℃であり、保持時間は1時間であった。保持時間経過後の棒鋼を大気中で放冷した。焼準処理後の棒鋼から、2種類の試験片を作製した。
[Preparation of test piece]
First, each steel bar was subjected to normalizing treatment. The processing temperature in the normalizing treatment was 925 ° C., and the holding time was 1 hour. After the holding time had elapsed, the steel bars were allowed to cool in the air. Two types of test pieces were prepared from the steel bars after the normalizing treatment.
[落錘試験片]
焼準処理後の直径50mmの棒鋼に対して機械加工を実施して、図3に示す形状を有する落錘試験片を作製した。図3は、落錘試験片を水平方向から見た側面図である。図3の落錘試験片の形状は、実歯車の歯元R部を模擬した。図3中の数値は寸法を示し、単位はmmである。「R=2」は、R部の曲率半径が2mmであることを示す。落錘試験片の幅は20mmであった。
[Drop test piece]
Machining was performed on a steel bar having a diameter of 50 mm after the normalizing treatment to prepare a drop weight test piece having the shape shown in FIG. FIG. 3 is a side view of the drop weight test piece as viewed from the horizontal direction. The shape of the drop weight test piece in FIG. 3 simulated the tooth root R portion of the actual gear. The numerical values in FIG. 3 indicate the dimensions, and the unit is mm. “R = 2” indicates that the radius of curvature of the R portion is 2 mm. The width of the drop weight test piece was 20 mm.
[ローラーピッチング試験片]
焼準処理後の直径50mmの棒鋼に対して機械加工を実施して、図4に示す形状を有するローラーピッチング試験片を作製した。図4中の数値は寸法を示し、単位はmmである。ローラーピッチング試験片は円柱状であり、中央に直径26mmの平行部を有していた。ローラーピッチング試験片の平行部以外の直径は22mmであった。ローラーピッチング試験片は、後述するローラーピッチング試験における小ローラーであった。
[Roller pitching test piece]
Machining was performed on a steel bar having a diameter of 50 mm after the normalizing treatment to prepare a roller pitching test piece having the shape shown in FIG. The numerical values in FIG. 4 indicate the dimensions, and the unit is mm. The roller pitching test piece was columnar and had a parallel portion having a diameter of 26 mm in the center. The diameter of the roller pitching test piece other than the parallel portion was 22 mm. The roller pitching test piece was a small roller in the roller pitching test described later.
[浸炭焼入れ処理]
表2に示す試験番号の落錘試験片及びローラーピッチング試験片に対して、図1及び図2に示すヒートパターン、及び、表3に示す条件で浸炭処理を実施した。均熱工程S3でのカーボンポテンシャルは、カーボンポテンシャルCp2と同じであった。さらに、真空浸炭であるパターン11における炉内圧力は0.05kPaであった。
[Carburizing and quenching]
The drop weight test piece and the roller pitching test piece having the test numbers shown in Table 2 were carburized under the heat patterns shown in FIGS. 1 and 2 and the conditions shown in Table 3. The carbon potential in the soaking step S3 was the same as the carbon potential Cp2. Further, the pressure inside the furnace in the pattern 11 which is vacuum carburizing was 0.05 kPa.
[焼戻し処理]
浸炭焼入れ後の落錘試験片及びローラーピッチング試験片に対して、焼戻しを実施した。焼戻し温度は180℃であり、保持時間は120分であった。
[Tempering]
Tempering was performed on the falling weight test piece and the roller pitching test piece after carburizing and quenching. The tempering temperature was 180 ° C. and the holding time was 120 minutes.
以上の製造工程により、試験番号1〜46の浸炭部品(落錘試験片及びローラーピッチング試験片)を作製した。
By the above manufacturing process, carburized parts (drop weight test piece and roller pitching test piece) of
[評価試験]
[低サイクル衝撃疲労試験]
各試験番号の落錘試験片に対して、落錘型衝撃疲労試験機を用いて低サイクル衝撃疲労試験を行った。具体的には、所定の範囲の高さ(20〜80mm)から61kgの重錘を自由落下させて落錘試験片の厚さ10mm側の端部より10mm位置に衝突させ、衝撃的な応力負荷を与えた。図3中、矢印は重錘の衝突方向を示す。この衝突を繰り返し、100回目の応力負荷で落錘試験片が破断に至る応力(100回破断強度という)を求めた。100回破断強度が3000MPa以上であった試験片を評価Aとし、2800MPa〜3000MPa未満であった試験片を評価B、2600〜2800MPa未満であった試験片を評価C、2400〜2600MPa未満であった試験片を評価D、2400MPa未満であった試験片を評価×とした。評価A〜Dの場合、低サイクル衝撃疲労特性に優れると判断した。評価×の場合、低サイクル衝撃疲労特性が低いと判断した。結果を表2に示す。
[Evaluation test]
[Low cycle impact fatigue test]
A low-cycle impact fatigue test was performed on the drop weight test pieces of each test number using a drop weight type impact fatigue tester. Specifically, a weight of 61 kg is freely dropped from a height within a predetermined range (20 to 80 mm) and collided with a drop weight test piece at a
[ローラーピッチング試験]
図5は、ローラーピッチング試験の模式図である。各試験番号のローラーピッチング試験片に対して、ローラーピッチング試験を実施した。具体的には、コマツエンジニアリング社製ローラーピッチング疲労強度試験機を用いて、以下の条件で試験を実施した。すべり率:−40%、潤滑剤:オートマチック用オイル、潤滑剤温度:90℃、潤滑剤の流量:2L/分、回転数:1500rpm及び面圧:2000MPa。図5に示すとおり、小ローラー2に大ローラー1を上記面圧で押し当てながら小ローラー2を回転させた。小ローラー2は上記試験片の作製で作製したローラーピッチング試験片であった。大ローラー1はJIS G 4053(2016)のSCM420の規格を満たす鋼を用いて、共析浸炭後に低温焼戻しして表面研磨したものを使用した。大ローラー1の半径は130mmであった。回転数1×106回における各試験片の摩耗深さDwを測定した。摩耗深さDwの測定には、触針式の表面粗さ計を用いた。測定長さは24mmとして、各試験片の軸方向に触針を走査して断面曲線を得た。各試験片において、円周方向に180°毎に2箇所測定を実施し、断面曲線を得た。得られた断面曲線から、各試験片において、大ローラー1が接触していない部分における断面曲線要素の平均高さ、及び、大ローラー1が接触して摩耗した部分における断面曲線要素の平均高さをそれぞれ算出した。そして、大ローラー1が接触していない部分と大ローラー1が接触していた部分との高さの差を算出した。得られた高さの差の上記測定箇所における平均値を、各試験番号の摩耗深さDw(μm)とした。摩耗深さDwが20μm未満であった試験片を評価Aとし、20〜40μm未満であった試験片を評価B、40〜60μm未満であった試験片を評価C、60〜80μm未満であった試験片を評価D、80μm以上であった試験片を評価×とした。評価A〜Dの場合、耐摩耗性に優れると判断した。評価×の場合、耐摩耗性が低いと判断した。結果を表2に示す。
[Roller pitching test]
FIG. 5 is a schematic view of a roller pitching test. A roller pitching test was performed on the roller pitching test pieces of each test number. Specifically, the test was carried out under the following conditions using a roller pitching fatigue strength tester manufactured by Komatsu Engineering Co., Ltd. Sliding rate: -40%, Lubricant: Automatic oil, Lubricant temperature: 90 ° C., Lubricant flow rate: 2 L / min, Rotation speed: 1500 rpm and Surface pressure: 2000 MPa. As shown in FIG. 5, the
[表面C濃度測定]
試験前の落錘試験片に対して、上述の方法により表面C濃度を測定した。結果を表2に示す。
[Surface C concentration measurement]
The surface C concentration of the dropped weight test piece before the test was measured by the above method. The results are shown in Table 2.
[有効硬化層深さ(ECD)測定]
試験前の落錘試験片のR部の任意の2箇所において、上述の方法によりビッカース硬さ試験を実施して有効硬化層深さECD(mm)を求めた。結果を表2に示す。
[Measurement of effective cured layer depth (ECD)]
The Vickers hardness test was carried out by the above-mentioned method at any two points of the R portion of the drop weight test piece before the test to determine the effective hardened layer depth ECD (mm). The results are shown in Table 2.
[粒界酸化層の厚さ測定]
試験前の落錘試験片のR部表面を含み、R部表面と垂直な断面(以下、観察面という)を有するサンプルを採取した。得られたサンプルに対して、上述の方法で粒界酸化層の厚さを測定した。結果を表2に示す。
[Measurement of grain boundary oxide layer thickness]
A sample including the surface of the R portion of the drop weight test piece before the test and having a cross section perpendicular to the surface of the R portion (hereinafter referred to as an observation surface) was collected. The thickness of the intergranular oxide layer was measured with respect to the obtained sample by the above-mentioned method. The results are shown in Table 2.
[試験結果]
試験結果を表2に示す。表2を参照して、試験番号1〜31の浸炭部品は、化学組成が適切であり、かつ、表面C濃度及びECDが適切であった。そのため、これらの試験番号の浸炭部品は低サイクル衝撃疲労特性及び耐摩耗性に優れていた。
[Test results]
The test results are shown in Table 2. With reference to Table 2, the carburized parts of Test Nos. 1-31 had an appropriate chemical composition and an appropriate surface C concentration and ECD. Therefore, the carburized parts of these test numbers were excellent in low cycle impact fatigue characteristics and wear resistance.
一方、試験番号32の浸炭部品はC含有量が低すぎた。そのため、低サイクル衝撃疲労特性が低かった。 On the other hand, the carburized part of test number 32 had too low C content. Therefore, the low cycle impact fatigue characteristics were low.
試験番号33の浸炭部品はSi含有量が高すぎた。そのため、低サイクル衝撃疲労特性が低かった。 The carburized part of test number 33 had too high a Si content. Therefore, the low cycle impact fatigue characteristics were low.
試験番号34の浸炭部品はSi含有量が低すぎた。そのため、耐摩耗性が低かった。 The carburized part of test number 34 had too low a Si content. Therefore, the wear resistance was low.
試験番号35の浸炭部品はMn含有量が高すぎた。そのため、耐摩耗性が低かった。 The carburized part of test number 35 had too high a Mn content. Therefore, the wear resistance was low.
試験番号36の浸炭部品はMn含有量が低すぎた。そのため、低サイクル衝撃疲労特性が低かった。 The carburized part of test number 36 had too low a Mn content. Therefore, the low cycle impact fatigue characteristics were low.
試験番号37の浸炭部品はP含有量が高すぎた。そのため、低サイクル衝撃疲労特性が低かった。 The carburized part of test number 37 had too high a P content. Therefore, the low cycle impact fatigue characteristics were low.
試験番号38の浸炭部品はS含有量が高すぎた。そのため、低サイクル衝撃疲労特性が低かった。 The carburized part of test number 38 had too high an S content. Therefore, the low cycle impact fatigue characteristics were low.
試験番号39の浸炭部品はAl含有量が低すぎた。そのため、低サイクル衝撃疲労特性が低かった。 The carburized part of test number 39 had too low Al content. Therefore, the low cycle impact fatigue characteristics were low.
試験番号40の浸炭部品はCr含有量が高すぎた。そのため、低サイクル衝撃疲労特性が低かった。 The carburized part of test number 40 had too high a Cr content. Therefore, the low cycle impact fatigue characteristics were low.
試験番号41の浸炭部品はCr含有量が低すぎた。そのため、低サイクル衝撃疲労特性が低かった。 The carburized part of test number 41 had too low a Cr content. Therefore, the low cycle impact fatigue characteristics were low.
試験番号42の浸炭部品は、拡散工程S2におけるカーボンポテンシャルCp2が高すぎたため表面C濃度が高すぎた。そのため、低サイクル衝撃疲労特性が低かった。 The surface C concentration of the carburized part of test number 42 was too high because the carbon potential Cp2 in the diffusion step S2 was too high. Therefore, the low cycle impact fatigue characteristics were low.
試験番号43の浸炭部品は、拡散工程S2におけるカーボンポテンシャルCp2が低すぎたため表面C濃度が低すぎた。そのため、低サイクル衝撃疲労特性及び耐摩耗性が低かった。 The surface C concentration of the carburized part of test number 43 was too low because the carbon potential Cp2 in the diffusion step S2 was too low. Therefore, the low cycle impact fatigue characteristics and wear resistance were low.
試験番号44の浸炭部品は、拡散工程S2における保持時間t2が長すぎたためECDが深すぎた。そのため、低サイクル衝撃疲労特性が低かった。 The carburized part of test number 44 had an ECD too deep because the holding time t2 in the diffusion step S2 was too long. Therefore, the low cycle impact fatigue characteristics were low.
試験番号45の浸炭部品は、浸炭工程S1における保持時間t1が短すぎたためECDが浅すぎた。そのため、低サイクル衝撃疲労特性が低かった。 The carburized part of test number 45 had an ECD too shallow because the holding time t1 in the carburizing step S1 was too short. Therefore, the low cycle impact fatigue characteristics were low.
試験番号46の浸炭部品の芯部の化学組成は、fn=28であり、式(1)〜式(4)を満たさなかった。そのため、低サイクル衝撃疲労特性及び耐摩耗性が低かった。 The chemical composition of the core of the carburized part of Test No. 46 was fn = 28, and did not satisfy the formulas (1) to (4). Therefore, the low cycle impact fatigue characteristics and wear resistance were low.
以上、本発明の実施形態を説明した。しかしながら、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変更して実施することができる。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the embodiments described above are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the above-described embodiment can be appropriately modified and implemented within a range that does not deviate from the gist thereof.
本実施形態の浸炭部品は、広く部品用途に使用可能であり、特に、自動車、建設機械、産業機械等の動力伝達部品又はシャフト部品等の用途に適する。 The carburized parts of the present embodiment can be widely used for parts, and are particularly suitable for power transmission parts for automobiles, construction machines, industrial machines, and shaft parts.
1 大ローラー
2 小ローラー
1
Claims (3)
C:0.10〜0.30%、
Si:0.50〜1.50%、
Mn:0.30〜1.40%、
P:0.030%未満、
S:0.030%未満、
Cr:0.50〜2.00%、
Al:0.010〜0.100%、
N:0.001〜0.030%、
Mo:0〜0.80%、
Ni:0〜0.50%、
Cu:0〜0.50%、
Ti:0〜0.10%、及び、
Nb:0〜0.10%を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)を満たし、
表面のC濃度が0.50〜0.70%であり、
表面から限界硬さがビッカース硬さで550HVとなる位置までの距離である有効硬化層深さが0.30〜0.60mmである、浸炭部品。
X+Y+Z≦16又は18≦X+Y+Z≦26 (1)
ただし、
X=−15.7×Si4+74.4×Si3−118.9×Si2+61.6×Si+5.8 (2)
Y=−0.3×Mn3−3×Mn2+14.2×Mn−3.4 (3)
Z=−0.2×Cr4+4.4×Cr3−16.6×Cr2+17×Cr+3.1 (4)
ここで、式(2)〜式(4)の元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。 The chemical composition of the core is mass%,
C: 0.10 to 0.30%,
Si: 0.50-1.50%,
Mn: 0.30-1.40%,
P: Less than 0.030%,
S: Less than 0.030%,
Cr: 0.50 to 2.00%,
Al: 0.010 to 0.100%,
N: 0.001 to 0.030%,
Mo: 0-0.80%,
Ni: 0 to 0.50%,
Cu: 0-0.50%,
Ti: 0 to 0.10% and
Nb: contains 0 to 0.10%, the balance is composed of Fe and impurities, and satisfies the formula (1).
The C concentration on the surface is 0.50 to 0.70%,
A carburized part having an effective hardened layer depth of 0.30 to 0.60 mm, which is the distance from the surface to a position where the critical hardness is 550 HV in Vickers hardness.
X + Y + Z ≤16 or 18≤X + Y + Z ≤26 (1 )
However,
X = -15.7 × Si 4 + 74.4 × Si 3 -118.9 × Si 2 + 61.6 × Si + 5.8 (2)
Y = -0.3 x Mn 3 -3 x Mn 2 + 14.2 x Mn-3.4 (3)
Z = -0.2 × Cr 4 + 4.4 × Cr 3 -16.6 × Cr 2 + 17 × Cr + 3.1 (4)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for the element symbol of the formulas (2) to (4).
前記芯部の化学組成は、
Mo:0.01〜0.80%、及び、
Ni:0.05〜0.50%、及び、
Cu:0.10〜0.50%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有することを特徴とする、浸炭部品。 The carburized part according to claim 1.
The chemical composition of the core is
Mo: 0.01 to 0.80%, and
Ni: 0.05 to 0.50%, and
Cu: A carburized component containing one or more selected from the group consisting of 0.10 to 0.50%.
Ti:0.05〜0.10%、及び、
Nb:0.01〜0.10%からなる群から選択される1種又は2種を含有することを特徴とする、浸炭部品。
The carburized part according to claim 1 or 2.
Ti: 0.05 to 0.10%, and
Nb: A carburized component comprising one or two selected from the group consisting of 0.01 to 0.10%.
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