密度の異なるNi-Moプレアロイ合金焼結浸炭焼入れ歯車の面圧疲労強度と空孔を考慮したFEMによる接触応力解析

摘要

本研究ではこれまで，自動車トランスミッションの動力伝燒結鋼歯車（P／M歯車）の開発を実験的·解析的に進めてきた．前報では素材密度や転造による表面層緻密化の最適な状態を見出すため，Ni-Moプレアロイ合金鋼粉（鋼種名46F4H）から製作した密度7.30Mg/m~3～7.54Mg／m~3のP／M歯車を用いた歯元曲げ疲労試験と，実際の空孔分布を再現した有限要素法（FEM）モデルによる歯元曲げ応力解析を行った。その結果·密度7.40Mg/m~3以上のP/M歯車に適切な表面転造および浸炭焼入れによる表面硬化処理を施せば，現在用いられている溶製鋼浸炭焼入れ歯車に匹敵する曲げ疲労強度（1GPa以上）が得られることが分かった．FEM解析では，最弱断面近傍の最大主応力分布を比較することにより，実際の歯元曲げ疲労強度と素材密度や表面層緻密化深さの関係が定性的に説明でき，表面から特定深さの領域を完全に緻密化すれば，素材密度に関係なく同等の歯元曲げ強度が得られる可能性を見出した．