浸炭焼入加工の防炭について

Question

はじめて技術の森に質問をします．
設計で浸炭焼入をする歯車(SCM 420)を用います．サイズが小さいので軸付としています．歯車は歯面のみを浸炭させていることが多いようですが，追加工の必要がない場合は全部浸炭させたほうがいいのでしょうか．軸径を小さくできると思います．

また，浸炭焼入ではキー溝を加工する場合，キー溝部を防炭して浸炭をし，そのあとキーをきって焼入焼き戻しで強度を上げているのでしょうか．

設計初心者なのでやさしく教えていただけたらありがたいです．よろしくお願いします．

ご回答いただいたおかげで，問題解決しました．
他の熱処理方法についてはイチから教えていただく訳にもいかないので自分でまた調べてみます．
ありがとうございました．

Accepted Answer

熱処理の教本（他の回答者さんが記述のURL内容も含む）と歯車の教本を購入し、
貴殿のバイブルにした方が初心者なら尚更よいと考えます。

さて、先ず歯車に関してですが、使用材のSCM材でも“ズブ焼用”と“ハダ焼用”があります。
基本的な使用方法は、
◆ なま材（熱処理しないで使用する材料）の使用
　 一般的にはない。
　 S45C等の材料で代用されるため
　 S-C材は、熱処理できる径のMaxが決まっているため、歯車の使用には適さない
　 でも、なま材使用は、その制限がない。
◆ 調質材や焼入れ/焼戻ししての使用
　 硬度があまり上がらないので、強度アップもそこそこになります。
　 ですが、ハイスや超鋼の工具で加工できる加工性がよいものとなります。
　 調質材からや焼入れ/焼戻しの後に、歯切りや軸加工、穴加工が比較的容易に可能です。
　 ですから、加工のコストアップが少ない。
◆ 浸炭焼入れ/焼戻ししての使用
　 歯切りの仕上げが研磨となるため高価となる。
　 軸加工や穴加工の処にも浸炭すると、そこも研磨になりより高価な部品となる
以上から、
≻ 追加工の必要がない場合は全部浸炭させたほうがいいのでしょうか？
≻ 軸径を小さくできると思います。
に関しては、軸径を小さくできるコストを含むメリットがないなら、防炭すべきです。
後で、追加工の要求があった時困りますし、軸径を小さくしたらキー等のサイズも
小さくなり、長いキーが必要になったり、熱処理したキーが必要になったりして、
また、コストアップにつながるのでやめにすべきです。

≻ また、浸炭焼入ではキー溝を加工する場合、キー溝部を防炭して浸炭をし、≻ そのあとキーをきって焼入焼き戻しで強度を上げているのでしょうか？
歯車材料として使用されるSCM材は◆印の使用方法が一般的です。
ですから、調質材を使用するか、先に焼入れ/焼戻ししてからの加工となります。
（浸炭の場合は粗加工後に、焼入れ/焼戻し、仕上げ切削加工ですが。）

参考ですが、小生が持っている古い歯車の教本には、歯車材料として、
※ SCM 3 → 現在はSCM435（ズブ焼用）
※ SCM 4 → 現在はSCM440（ズブ焼用）
※ SCM21 → 現在はSCM415（ハダ焼用）　
※ SCM22 → 現在はSCM420（ハダ焼用）
※ SCM23 → 現在はSCM421（ハダ焼用）
となっています。

そして、SCM材に関してのURLのデータは、
http://sandoh.net/other/SCM/SCM435.html
と
http://www.forming.co.jp/database/pdf/cms-2.pdf
が、その参考になります。

≻ daunari ◆印の使用方法のうち、浸炭焼入れ/焼戻しでの使用の場合、防炭した部分は
≻ 浸炭はされないが、通常の焼入焼戻し状態の機械的性質は得られるということでしょうか？
ＹＥＳです。

URLを見てもらえば判りますが、炭素量が比較的低いSCM 420は、焼入れ/焼戻し
しても硬度はあまり高くなりません。
ですから、ハイスや超鋼の工具で加工できるのです。

そして、硬度を上げたい時は、浸炭して炭素量を増やしてから焼入れ/焼戻し
します。
そして、その加工は、一部の超鋼セラミック工具か、研磨でしかできないほどになります。

それと、日本刀のように、硬い物と比較的軟らかい物を合わせますと、脆さが改善されます。
ですから、衝撃的な力が加わる歯車は、表面を硬く内部を比較的軟らかく作る手法が
多く用いられています。

Answer

再出です。

投稿内容の追記を記述するのであれば、各アドバイザーさんのアドバイス内容を評定し、
速やかにこの投稿を閉じてくださいな。

貴殿自身にて、他の熱処理方法を確認して、また投稿する内容に遭遇したら、新たに
投稿をして下さい。
先ずは、自らしら調べてみるはGood！です。

http://www.khkgears.co.jp/gear_technology/gear_reference/KHK486.html
の硬度換算表は、少し役に立ちますよ。

その他のＫＨＫさんの資料も。

Answer

＞サイズが小さいので軸付
長さによるが、切削するなら材料費もさりながら軸部を細くする分の工数の無駄が大きい。
ニア・ネット・シェイプのため鍛造する方法もあるが数量次第でしょう。
ホブ切りも一本より一枚が容易い。セパレートのメリット多いです。

ギア一枚形ならプレス抜き、異形軸穴も同時。別ならブローチ盤加工という切削法も。しかしこれも数次第。焼入れ後でも削るのが最近の技術。
その他、摩擦圧接という一枚／一本の合体手段も。

直近質問　　No.39240 同条件焼き入れでの製品変化　　で紹介した参考書
　　坂本卓　著　『熱処理・現場ノウハウ99選』
には言われるような浸炭と防炭の例がある。昔だし小規模だからと思うが、現代、特に自動車関連ではその方法はほぼ通用しないでしょう。

防炭はコストが問題。防炭する別の理由として、浸炭では両面の隅が硬過ぎる傾向があり、ギアチェンジのため出入れするものでは欠けたことへの対処もあったとか。

本には、高周波焼入れと窒化についての例も挙がってます。
材料は焼入れ性が良いSCM 435 ぐらい。歯面以外も強化するなら調質済か非調質(通常の焼入焼戻でなく製鋼メーカ工程中で硬くする)を使って高周波焼入れか窒化する。
これが一般的ではないかと。

窒化についても直近質問が出ています。
　　No.39253 ガス窒化した歯車
SCM でも可。ガス窒化は約550℃の処理で浸炭のような歪は出ないので軸穴を仕上後でもいける。更に温度が低いイオン窒化というのもある。

加工法は数で制約あっても、硬化処理については数はほぼ関係しません。

Answer

歯車や軸の浸炭焼入れは表面硬化を目的にしており、価格面で防炭を施さない方が良いと思います。
キー溝部は加工後の処理がのぞましいでしょう。加工に関しては最終的には熱処理と価格、要求仕様
（硬度）により、決めることになると思います。下記を参照ください。

http://www.tobu.or.jp/yasashii/yasashii.htm
http://www.netushori.co.jp/story/16.html

浸炭焼入加工の防炭について