歯車材料の熱処理の関連特性

焼入性

意味: 焼き入れ後にマルテンサイトを得る鋼の能力を指します。 鋼種が異なると、焼き入れを受ける能力も異なります。

焼入れ性が異なる鋼では、焼入れ後に得られる硬化層の深さが異なるため、断面に沿った金属組織や機械的性質も異なります。 硬化層の深さとは、硬化した表面マルテンサイトから50％マルテンサイト層までの深さを指します。 硬化したワークピースは通常、表面に引張力が残留しているため、変形や亀裂が発生しやすく、ワークの疲労性能にも悪影響を及ぼします。

設計時に考慮すべき重要なポイント：

1. 部品のサイズが大きくなるほど、内部熱容量が大きくなり、焼き入れ中の部品の冷却速度が遅くなります。 したがって、硬化層が薄いほど性能は悪くなります。 この現象は鋼のサイズ効果と呼ばれます。 したがって、小型部品の性能データに基づいた大型部品の強度計算には使用できませんが、鋼の焼入れ性を考慮する必要があります。

2. 大きな断面や複雑な構造の歯車は、適切かつ適切な焼入れ性を確保し、断面全体に渡って良好な包括的な機械的特性を確保し、変形を軽減して割れを防止するために、多元合金鋼で作られています。

3. 炭素鋼歯車の場合、炭素鋼の焼入性が低いため、大きなサイズを設計する場合、焼きならしと焼入れ焼き戻しの効果は同様ですが、焼きならしを行うことでコストを削減でき、焼き入れおよび焼き戻しが不要になります。

4. 鋼の焼入性には限界があるため、弾性率が高く高品質な歯車は、歯車の開き後に焼き入れおよび焼き戻しを行う必要があります。

焼入性

意味: 通常の焼入れ条件下では、臨界冷却速度を超えて形成されたマルテンサイト組織が最高の硬度に達する可能性があることを意味します。

設計時に考慮すべき重要なポイント: 焼入性は焼き入れ性とは異なり、主に鋼中の炭素含有量に依存します。 鋼中の炭素含有量が高くなるほど、焼き入れ後の硬度は高くなりますが、これは合金元素とはほとんど関係がありません。 したがって、焼入れ硬度が高い鋼が必ずしも焼入性が高いとは限らず、逆に硬度が低い鋼でも焼入性が高い場合があります。

過熱感度

意味: 通常の焼入れ条件下では、臨界冷却速度を超えて形成されたマルテンサイト組織が最高の硬度に達する可能性があることを意味します。

設計時に考慮すべき重要なポイント: 焼入性は焼き入れ性とは異なり、主に鋼中の炭素含有量に依存します。 鋼中の炭素含有量が高くなるほど、焼き入れ後の硬度は高くなりますが、これは合金元素とはほとんど関係がありません。 したがって、焼入れ硬度が高い鋼が必ずしも焼入性が高いとは限らず、逆に硬度が低い鋼でも焼入性が高い場合があります。

焼き戻し安定性

意味: 通常の焼入れ条件下では、臨界冷却速度を超えて形成されたマルテンサイト組織が最高の硬度に達する可能性があることを意味します。

設計時に考慮すべき重要なポイント: 焼入性は焼き入れ性とは異なり、主に鋼中の炭素含有量に依存します。 鋼中の炭素含有量が高くなるほど、焼き入れ後の硬度は高くなりますが、これは合金元素とはほとんど関係がありません。 したがって、焼入れ硬度が高い鋼が必ずしも焼入性が高いとは限らず、逆に硬度が低い鋼でも焼入性が高い場合があります。

変形・亀裂傾向

意味：鋼が加熱・冷却する過程で熱応力や構造応力が発生し、その複合作用が鋼のσsやσbを超えて変形や割れを引き起こすことを指します。

設計時の主な考慮点：加熱または冷却が速すぎる、加熱と冷却が不均一であると、ワークピースの変形や亀裂が発生しやすくなります。