特許 6413327 浸炭処理された部品の評価方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6413327

(24)【登録日】2018年10月12日

(45)【発行日】2018年10月31日

(54)【発明の名称】浸炭処理された部品の評価方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/223 20060101AFI20181022BHJP

   C23C 8/22 20060101ALI20181022BHJP

【ＦＩ】

   G01N23/223

   C23C8/22

【請求項の数】6

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-97449(P2014-97449)

(22)【出願日】2014年5月9日

(65)【公開番号】特開2015-215203(P2015-215203A)

(43)【公開日】2015年12月3日

【審査請求日】2017年4月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068021

【弁理士】

【氏名又は名称】絹谷 信雄

(72)【発明者】

【氏名】丸茂 敬和

【審査官】 越柴 洋哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１３９２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０４５９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−３１６１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２０２２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１５１０６９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２３／００−２３／２２７

Ｇ０１Ｎ １／００− １／３４

Ｃ２３Ｃ ８／００−１２／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面が浸炭処理された部品を評価するに際し、前記部品の表面を、蛍光Ｘ線分析にて表面の炭素濃度を測定し、その後表面を研削して再度蛍光Ｘ線分析にて、研削した表面の炭素濃度を測定し、以下これを繰り返して浸炭深さまでの炭素濃度分布を測定して部品を評価する評価方法であって、
前記部品は、クロムモリブデン鋼の鍛造にて成形され、鍛造後にガス浸炭処理された差動クロスジョイントからなり、差動クロスジョイントの評価は、表面の炭素濃度が所定濃度を基準に、浸炭深さが所定の浸炭深さに達しているかどうかで評価することを特徴とする浸炭処理された部品の評価方法。

【請求項2】

部品の表面の研削は、炭素を含まない砥石で研削する請求項１記載の浸炭処理された部品の評価方法。

【請求項3】

砥石は、アルミナ系砥石からなる請求項２記載の浸炭処理された部品の評価方法。

【請求項4】

研削後の砥石の表面をダイヤモンドドレッサーで削って、研削時に砥石表面に付着した炭素分を除去した後、次の研削を行う請求項１〜３のいずれかに記載の浸炭処理された部品の評価方法。

【請求項5】

前記所定濃度は０．８ｍａｓｓ％であり、前記所定の浸炭深さは１．３ｍｍである
請求項１〜４のいずれかに記載の浸炭処理された部品の評価方法。

【請求項6】

鍛造にて差動クロスジョイントを成形する際に、クロムモリブデン鋼でテストピースを作製し、そのテストピースを、差動クロスジョイントと共にガス浸炭処理し、そのガス浸炭処理したテストピースを蛍光Ｘ線分析して評価する請求項１〜５のいずれかに記載の浸炭処理された部品の評価方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、疲労強度向上を目的として他の金属と接触する表面に浸炭処理が施された自動車部品などの浸炭処理された部品の評価方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

自動車部品としての差動クロスジョイントは、過酷な条件で使用されるため、疲労強度と硬度が要求される。このため、疲労強度に優れた金属で鍛造成形され、その上で、表面硬度及び疲労強度向上を目的として表面に浸炭処理が施される。

【0003】

この差動クロスジョイントが用いられるディファレンシャル装置を図７により説明する。

【0004】

図７は、差動クロスジョイント１０が用いられるディファレンシャル装置２０の組み立て分解斜視図を示し、２１はディファレンシャルケース、２２、２３はサイドギヤ、２４はディファレンシャルピニオン、２５はプロペラシャフトに連結されたドライブピニオン（図示せず）で回転されるリングギヤ、２６はギヤケース、１０は差動クロスジョイントである。

【0005】

図６は、図７に丸ｄで囲んだ差動クロスジョイント１０の詳細斜視図を示したものである。差動クロスジョイント１０は、リング１１の外周にピン１２を一体に設けて構成され、これらピン１２に、図７で示したディファレンシャルピニオン２４が軸支されると共に、差動に伴って回転するディファレンシャルケース（図示せず）に支承されるようになっている。

【0006】

このディファレンシャル装置２０内の差動クロスジョイント（デフスパイダーとも称される）１０は、過酷な条件で使用されるため、ＳＣＭ４２０などのクロムモリブデン鋼を、熱間鍛造により製造されると共にピニオンギヤを支承するシャフト部分の表面には、表面硬度及び疲労強度を向上させるためにガス浸炭処理が施されている。

【0007】

クロムモリブデン鋼としてのＳＣＭ４２０は、Ｆｅを母材とし、Ｃ：０．１７〜０．２３％、Ｍｎ：０．５５〜０．９％、Ｃｒ：０．８５〜１．２５％、Ｍｏ：０．１５〜０．３５％、その他Ｓｉと不可避金属を含む成分からなる。

【0008】

このクロムモリブデン鋼を用い、これを熱間鍛造で図７に示した差動クロスジョイント１０の形状に成形すると共に表面を機械加工にて所定の寸法にし、その上でガス浸炭処理を施すことで、疲労強度と靱性を備え、表面がマルテンサイト化されて硬度が増し、ピン１２の摺動面の耐摩耗性を格段に向上できる。

【0009】

このガス浸炭処理は、差動クロスジョイントを鍛造で成形した後、表面硬度がビッカース硬度（Ｈｖ）で、設定値（例えば６００〜７００Ｈｖ）になるように行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２００８−０４５９７５号公報

【特許文献2】特開平０８−０９４６０９号公報

【特許文献3】特開２００８−２９２１７０号公報

【特許文献4】特開２００６−０９５６３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、ガス浸炭処理は、部品メーカによって、ガス浸炭の雰囲気コントロールが相違し、このため、表面硬度が同じものでも、ピンに割れが発生することが判明した。

【0012】

すなわち、表面硬度が同じでも、浸炭処理が相違すると、深さ方向のＣ濃度分布が変化し、このため、過剰浸炭が原因となって、割れが発生することが分かった。

【0013】

図８、図９は、異なる部品メーカで、それぞれガス浸炭処理した差動クロスジョイントのピンの表面深さに対する炭素濃度分布を、ＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザ）で分析した結果を示したもので、図８は割れが発生した差動クロスジョイント、図９は、割れが発生しなかった差動クロスジョイントの分析結果である。

【0014】

通常ガス浸炭では、表面の炭素濃度が０．８ｍａｓｓ％がよいとされているが、図８の差動クロスジョイントでは、ピンの表面の炭素濃度は、１．２５ｍａｓｓ％と高く、図９の差動クロスジョイントでは、ピンの表面の炭素濃度は０．７５ｍａｓｓ％で、０．８ｍａｓｓ％に達していないという分析結果が得られた。

【0015】

この図８の分析結果が示した差動クロスジョイントは、表面が過剰浸炭気味であり、残留オーステナイト（γ）が多くなり、このため置き割れが発生したものと考えられる。

【0016】

また、図９の分析結果が示した差動クロスジョイントは、炭素濃度が０．７５ｍａｓｓ％であり、割れは発生しないものの、理想とする炭素濃度０．８ｍａｓｓ％よりも低く、炭素濃度を０．８ｍａｓｓ％にさらに近づける余地がある。

【0017】

このように深さ方向の炭素濃度の測定は、差動クロスジョイントの品質を保証する上で重要であるが、ＥＰＭＡは、装置が大がかりで、操作に熟練を要し、現場の品質管理にこれを採用することは不可能である。

【0018】

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、比較的簡便な装置で、ガス浸炭等での浸炭処理後の炭素濃度を分析できる浸炭処理された部品の評価方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0019】

上記目的を達成するために本発明は、表面が浸炭処理された部品を評価するに際し、前記部品の表面を、蛍光Ｘ線分析にて表面の炭素濃度を測定し、その後表面を研削して再度蛍光Ｘ線分析にて、研削した表面の炭素濃度を測定し、以下これを繰り返して浸炭深さまでの炭素濃度分布を測定して部品を評価することを特徴とする浸炭処理された部品の評価方法である。

【0020】

部品の表面の研削は、炭素を含まない砥石で研削するのが好ましい。

【0021】

砥石は、アルミナ系砥石からなるのが好ましい。

【0022】

研削後の砥石の表面をダイヤモンドドレッサーで削って、研削時に砥石表面に付着した炭素分を除去した後、次の研削を行うのが好ましい。

【0023】

前記部品は、クロムモリブデン鋼の鍛造にて成形され、鍛造後にガス浸炭処理された差動クロスジョイントからなり、差動クロスジョイントの評価は、表面の炭素濃度が０．８ｍａｓｓ％を基準に、浸炭深さが１．３ｍｍに達しているかどうかで評価するのが好ましい。

【0024】

鍛造にて差動クロスジョイントを成形する際に、クロムモリブデン鋼でテストピースを作製し、そのテストピースを、差動クロスジョイントと共にガス浸炭処理し、そのガス浸炭処理したテストピースを蛍光Ｘ線分析して評価するのが好ましい。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、部品表面の蛍光Ｘ線分析と測定表面の研削を繰り返すことで浸炭処理された部品の炭素濃度を測定し、その品質を評価できるという優れた効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の一実施の形態を示すフロー図である。

【図2】本発明に用いる蛍光Ｘ線分析装置の概略を示す図である。

【図3】蛍光Ｘ線分析装置におけるエネルギーとＸ線強度の関係を示す図である。

【図4】蛍光Ｘ線分析装置における炭素濃度を求めるための検量線を示す図である。

【図5】本発明において、蛍光Ｘ線分析装置で、部品としての差動クロスジョイントの表面深さに対する各種金属成分の濃度分布を分析した結果を示す図である。

【図6】本発明の部品としての差動クロスジョイントの詳細斜視図である。

【図7】差動クロスジョイントが組み込まれるディファレンシャル装置の組み立て分解斜視図である。

【図8】過剰浸炭処理がなされた差動クロスジョイントのピンの表面深さに対する炭素濃度分布を、ＥＰＭＡで分析した結果を示す図である。

【図9】表面炭素濃度が０．８ｍａｓｓ％以下で浸炭処理がなされた差動クロスジョイントのピンの表面深さに対する炭素濃度分布を、ＥＰＭＡで分析した結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

【0028】

先ず、図２により蛍光Ｘ線分析装置の概略を説明する。

【0029】

図２において、Ｘ線管３１で発生したＸ線が試料３２に照射すると、試料３２中の検出元素の原子との相互作用で、内殻の軌道原子が励起され、蛍光Ｘ線が発生する。この蛍光Ｘ線は、ソーラスリット３３を介して分光結晶３４で、測定したい特定波長の蛍光Ｘ線（主にＫα線とＫβ線）が分光され、これが検出器３５に入力され、検出器３５にて、エネルギーに対するＸ線強度のスペクトルを検出する。

【0030】

図３は、エネルギーに対するＸ線強度のスペクトルを示したもので、このＫα線のスペクトルを基に、図４で示した検量線から試料の成分（炭素）の濃度を検出する。すなわちＸ線強度のピーク値から検量線を基に試料の測定金属成分の濃度を検出できる。

【0031】

この検出の際には、炭素測定用の分光結晶、その他に、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ測定用の分光結晶を自動的に入れ替えて分析を行う。

【0032】

さて、図１に示したフローにより本発明の浸炭処理された部品の評価方法を説明する。

【0033】

先ず、測定対象とする部品は、図６で説明した差動クロスジョイント１０である。

【0034】

この差動クロスジョイント１０は、浸炭処理後の表面は炭素からなる黒皮で覆われているため、この表面の黒皮が研削により除去された後にその表面を蛍光Ｘ線分析する。測定の際には、この差動クロスジョイント１０を直接蛍光Ｘ線分析装置にセットして分析してもよいが、測定精度を上げるために、４０ｍｍφ×３０ｍｍＬのテストピースを作製し、差動クロスジョイント１０と同じ鍛造条件で作製し、差動クロスジョイント１０と同じガス浸炭条件で浸炭処理したものを用いて蛍光Ｘ線分析を行う。このテストピースの作製は、クロムモリブデン鋼を差動クロスジョイントの鍛造と同じ条件で製作してもよいが、クロムモリブデン鋼の丸棒を切断したものを用いてもよい。

【0035】

図１において、分析を開始（ステップＳ１）の際に、部品（テストピース）を蛍光Ｘ線分析装置にセットする。この場合テストピースであれば、その表面を軽く、黒皮がなくなるまで研削しておく。その後、セットされた部品（テストピース）の浸炭処理された表面の蛍光Ｘ線分析を行う（ステップＳ２）。次に、部品を蛍光Ｘ線分析装置から取り出し、測定表面を炭素を含まない砥石（アルミナ系砥石）で０．２ｍｍ程度研削し（ステップＳ３）、その部品を再度蛍光Ｘ線分析装置にセットして、部品の研削表面の蛍光Ｘ線分析を行う（ステップＳ５）、またこれと前後して、研削後の砥石には、Ｃが含有した研削粉が付着しているため、砥石の表面をダイヤモンド砥石などで表面を切削クリーニングしておく（ステップＳ４）。

【0036】

その後、ステップＳ６にて、研削深さが浸炭深さ（１．３ｍｍ）以上の所定深さ（１．５ｍｍ程度）に達しているかどうかを測定し、達していないとき（Ｎｏ）、ステップＳ３〜Ｓ５を繰り返し、測定面を約０．２ｍｍ程度ずつ繰り返し研削して各研削深さ毎（約７〜１０回）、その研削面の蛍光Ｘ線分析を行う。

【0037】

このようにして、ステップＳ６で、浸炭深さを含む所定深さまでの分析を終えた後（Ｙｅｓ）、分析を終了する（ステップＳ７）。

【0038】

このフローにおいて、測定面を研削する砥石は、炭化ケイ素系砥粒のように炭素を含む砥石を用いると、砥粒粉が研削表面に付着し、この砥粒中に含まれるＣが分析結果に反映されて正確なＣ濃度の分析が行えない。そこで研削には、褐色アルミナ系、白色アルミナ系、単結晶アルミナ系、或いはジルコニアアルミナ系のアルミナ系砥石を用いる。またアルミナ系砥石で研削した際、部品の研削粉が砥石表面に付着し、その後の研削の際に、この研削粉に含まれる炭素が分析結果に反映されるため、研削後の砥石の表面は、ダイヤモンドグラインダで研削してクリーニングを行うことで、分析する表面への炭素のコンタミネーションを防止して、正確な炭素濃度の分析が行える。

【0039】

また、上記のフローは、炭素濃度測定のための分析で説明したが、図２で説明した分光結晶を、蛍光Ｘ線分析装置で自動的に変えることで、その他の金属成分（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ）も深さとの関係で同時に分析してこれら濃度を測定することもできる。

【0040】

図５は、浸炭処理したクロムモリブデン鋼の表面深さに対する各種成分（Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ）の濃度分布（表面から深さ１．５ｍｍまで）を測定した結果を示したものである。

【0041】

この、図５においては、炭素濃度分布は変化するものの、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏの濃度分布は、原材料であるクロムモリブデン鋼の成分と一致しており、また表面深さ１．３ｍｍ以上では、炭素濃度もクロムモリブデン鋼のＣ成分と一致し、浸炭深さが１．３ｍｍまでなされたことが分かる。

【0042】

また、表面の炭素濃度を見ると、適正な炭素濃度０．８ｍａｓｓ％に対して０．９ｍａｓｓ％以上であり、浸炭処理がやや過剰であることが分かる。

【0043】

そこで、この結果を踏まえて、ガス浸炭処理では、雰囲気条件、焼き入れ温度や処理時間等を調整することで表面の炭素濃度を目標の０．８ｍａｓｓ％により近い濃度に調整することができる。

【0044】

このように、部品の表面の炭素濃度を０．８ｍａｓｓ％に近い濃度とし、また浸炭深さを１．３ｍｍに浸炭処理することで、作製された部品を評価できると共にその品質を確実に保証することが可能となる。

【符号の説明】

【0045】

１０ 差動クロスジョイント（部品）
３０ 蛍光Ｘ線分析装置
３２ 試料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】