高周波焼入れの硬度について(鋳鉄・鋳鋼）

Question

歯車の歯先の硬度を高める為に、高周波焼入れがよく使われますが、
どの程度までの硬度が得られるのでしょうか。
具体的には、ねずみ鋳鉄（FC250）、鋳鋼（SC480）、高張力炭素鋼(SCC5）の
高周波焼入れによる最大硬度（HRC)が知りたく・・・。

他の方の質問で、S43Cであれば、HRC53程度まで上げられる、というお答えがありましたが、
上記のような鋼材については、
JIS B 6912にて、高周波焼入れが可能であるとは記載されていますが、
どの程度までかはわかりませんでした。
尚、現在設計中の歯車の計算では、
HRC40～50程度の硬度を必要としています。

材料に関しては知識不足で申し訳ないのですが、
御存知の方がおられましたら、御教授お願い致します。

Accepted Answer

鋳鉄の熱処理は、ＪＩＳのうえでは熱処理が可能とありますが、自動車部品としてみた場合は、その割合は低いと考えます。（他は分からないのですいません）今回の硬度ＵＰがどのような目的であるのかが明確でないため、なんとも言えませんが、高周波焼入れはあくまでも、焼入れ部分の硬度を上げるためであって、全体の強度を向上させたいのであれば、浸炭焼入れ等が適切と考えます。熱処理硬度は基本的に、Ｃ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｉなどが硬度にきく成分となります。基本的にはＣ％で決まってしまうため、硬度的には貴方の望むレベルは確保できると考えます。
　ただし、硬度ＵＰを行ないたい目的によって熱処理方法、材質の選定を行なったほうがベターと思います。やはり、通常の炭素鋼や合金鋼のほうが、熱処理性が安定しますので、私個人としては材質の再選定を行い、目的に適した熱処理の選定を行なうことをお勧めします。
　ちなみに、高周波焼入れの設備には出力がいろいろありますので、この点は注意したほうが良いかと思います。

鋳鋼だから安定しないということではありません。鋳鋼への熱処理があまり行なわれていないことは事実ですので、何らかの弊害があることは考えられます。歯車の歯部分に高周波を行う場合、歯丈によってはコイルからの距離に差が出ますので、全体を同じように熱処理するのは難しくなります。あまり歯丈が高い場合は高周波の出力が大きくなるため、製品全体の変形という問題も発生します。このため、歯車製品の熱処理に高周波が使用されないという点であると考えることも出来ます。やはり、熱処理は成分の影響が大きくなりますので、鋳鋼の成分が管理された状態であれば熱処理は安定方向になると考えます。

Answer

歯車の熱処理は浸炭が一般的で、高周波焼入れはしないと思います。

Answer

DMです
ＦＣＤ４５の焼入れについての経験を述べます
ＨＲＣ５０の硬度は出ますが安定しませんでした
二つの意味で不安定だあったという事です
ひとつは、硬度のムラが発生しますソフトゾーンが発生して困りました
もうひとつは、入庫するロットごとに焼入れ条件を設定しなければならない事です皆さんが述べておられるように物理的強度が材料規格のメインですので化学的成分が一定しません（各成分の重量比の幅が緩やか、かつ不明）
それから、焼入れ判定硬度と焼きいれ深度の設定を”硬く深く”が要求されると歩留まりが悪くなります
加熱温度の調整幅はかなり狭くなります（部分的に溶融する）
当時の規格は表面硬度ＨＲＣ５０以上　判定硬度ＨＲＣ４５　焼入れ深度５ｍｍ
結果：品質が安定しなかった為焼入れが安定する材質に設計変更となる
溶接と同様に困難な技術だと思います
個人的には鋳物の溶接と焼入れは避けたい分野です、参考になれば

Answer

鋼の焼入れでどの程度まで硬度が上げられるかは大まかにいうと組織中に固溶している炭素量で決まります．
炭素量が多いほど焼入れ後の硬度は高くなりますが，共析炭素量（約0.8％）以上に多くなっても「固溶量」は増えないのでそこが限界です．

鋳鉄なら炭素量ははるかに多いのできちんと芯まで焼き入れられればこのﾚﾍﾞﾙの硬度（HRC60後半くらい）は出せるはずです．
但しHRC60台という硬度はかなりｶﾁｶﾁで逆に靭性が低く，かなり割れやすいと思われます．実際に歯車として使われる硬度としてはご指摘の通りHRC40-50ﾚﾍﾞﾙで充分と思われます．この位の硬度ならS40C位で充分対応可能と思います．

あと，高周波で焼入れされるとのことなので後は焼入れする部品の肉厚を気にされたほうがいいでしょう．分厚すぎて焼きが入らない懸念があるのならば熱処理性のよい合金鋼（SCM440）とかを使われるのがよいのではないでしょうか．

Answer

私も材料の知識に乏しいので回答する内容がずれているかもしれませんが、ご参考になれば。

１．ねずみ鋳鉄
一般的には焼き入れをすることはないかと思います。
焼き入れ操作では非情に硬くなりますが、黒鉛が片状に析出していることが起因するためか、クラックが入ったりで割れやすくなります。
２．ダクタイル鋳鉄（球状黒鉛鋳鉄）
ＦＣＤ６００以上（一般的には７００以上？）は焼き入れが可能です。
但しパーライト率が５０％以上ないと安定した焼き入れは出来ないと聞いてます。
下記ＵＲＬに少しずつの情報があります。
http://techon.nikkeibp.co.jp/article/WORD_LEAF/20050808/107440/
http://www.kimuragrp.co.jp/technology/Pamphlet-JAPANESE.pdf#search=%22%E9%8B%B3%E9%89%84%E3%80%80%E7%84%BC%E3%81%8D%E5%85%A5%E3%82%8C%22
http://www.sanjo.co.jp/tieup/kato/index.html

硬度はＨＲＣ４０～５０が必要とのことですが、Ｓ４５ＣでＨＲＣ４６～５５までは高周波で可能ですから、Ｓ４３Ｃでも硬度だけを考えるのなら問題ないかと思いますが、実際に必要な機械的性質（耐摩耗製や耐衝撃性）を考慮しながら最終的に材質決定の判断をすることになるかと思います。

高周波焼入れの硬度について(鋳鉄・鋳鋼）