自転車のギアの熱処理について

質問

はじめまして。初めて投稿させていただきます。自転車のギアの熱処理について教えてください。歯部の指定硬度がHRA66以上となっています。焼きいれ方法が浸炭焼入れとなっています。板厚2t、外径φ140mm材質はSPHCの酸洗い品です。
これで焼きいれをしたところ、全体がかなり反ってしまいました。このギアで浸炭焼入れは一般的なのでしょうか？ギアで、一般的に硬度を上げる場合、どのような方法なのでしょうか？わかる方いたましたら、よろしくお願いいたします。

ｷﾞｱというかｽﾌﾟﾛｹｯﾄです。よろしくお願いいたします。

回答No.8

noname#230359

浸炭させる為にはこのスプロケットの材料では、必ず反ります。

熱処理炉はヨーロッパの方が進んでいて、
日本ではオイルクエンチですが
ヨーロッパはソルトクエンチです。
ソルトクエンチの方が浸炭の後歪にくいのですが、
日本の炉はなかなか無いです。

それから、材料の選定でもヨーロッパと日本では違うみたいです。
ヨーロッパでは歪みにくい材料で焼き入れしてから加工
日本は加工してから焼き入れ（歪みやすい鉄の中にアルミが含まれる）

とのことで歪が前提にあるので、プレステンパーをして歪を取ります。
一般的に500度に暖められた上下の板に、ギアーを入れます。

お礼

回答ありがとうございます。現在、違うメーカーでソリの件を相談し、浸炭処理をしてもらっている最中です。その後、プレステンパーを行う予定です。
材質は、そのままでいいのか。それとも表面処理に変更すれば、問題ないのか色々やってみないとわからないわけですね。勉強不足ですので、色々と勉強したいと思います。

回答No.7

noname#230359

回答(６)のアフターユー氏に先に書かれちゃいましたが、
自転車で「ギア」が使われているのは、内装変速機の内部パーツだけです。
チェーンの掛かる「スプロケット」の間違いと思います。

何か図面を見ながらの質問だと思いますが、
> ﾒｰｶｰさんはどのようにやっているのでしょうかね。
この記述からすると、自転車部品のメーカーでもないようですし、
スプロケットを自作したい方なのでしょうか？
もし、大学の研究室レベルなら、市販品の購入を先に検討するべきです。

さて、自転車ではなくオートバイのスプロケットでの製法です。
企業秘密なので、退職後も詳しくは口外出来ないのですが、
ほんのちょっとだけ記述します。

回答(４)の、ka_kaneda 氏の書いておられる通り、
> 浸炭でプレステンパーが普通です。
これが正解。

量産メーカーでは、沢山のスプロケットを重ねて締め付けておき、
浸炭処理を行います。
一種のプレスクェンチだと思って下さい。

尚、高周波焼入の言葉が散見されますが、
高炭素鋼でないと硬度は出ないので、ＳＰＨＣでは駄目でしょう。

シマノの部品か、昔のスギノの部品で、
交換用のチェーンリングを購入するのが最も近道です。
ネットオークションで、￥１００くらいから有ります。（歯数に依るが。）
薄歯（＝３／３２）ならロード用を、
厚歯（＝１／８）ならトラック用を探して下さい。

> ﾌﾟﾚｽﾃﾝﾊﾟｰが普通ということですか。
> ということは全体的に焼入れを行うということですよね？
> 歯部のみの焼入れではないと。
どうやって斜め読みすると、そんな解釈になるのですか？
不必要な箇所は防炭して上下を挟むに決まっています。
わざわざ、歯部以外を浸炭する必要はありません。
歯部以外は柔軟なままにしたいのではないのですか？

> 突起部を逃がすための治具などを作れば
当然挟むためのものは、突起部を逃がしている筈です。
治具と言うよりは型みたいなものです。

> SPHC-Pだと、焼入れ硬度は得にくいということでしょうか？
焼き入れってお分かりですよね？
炭素含有量の低い鋼種を急冷しても、マルテンサイトの生成量は
たかが知れているって話です。充分な硬度は出ません。
高周波焼き入れは、一般に高炭素鋼材料で行うものです。
逆に、低炭素鋼材料は、浸炭で行うのです。
基本的なところで考え違いをしています。

作ることばかり考えているようですが、購入は検討したのですか？
人からのアドバイスは、ちゃんと読むべきです。

お礼

回答ありがとうございます。ﾌﾟﾚｽﾃﾝﾊﾟｰが普通ということですか。ということは全体的に焼入れを行うということですよね？歯部のみの焼入れではないと。平面部に突起がありまして、ﾌﾟﾚｽﾃﾝﾊﾟｰをする場合は、突起部を逃がすための治具などを作ればﾌﾟﾚｽﾃﾝﾊﾟｰできるということでしょうか？SPHC-Pだと、焼入れ硬度は得にくいということでしょうか？お手数掛けますが、教えてください。よろしくお願いいたします。

回答No.6

noname#230359

自転車にギヤ使用箇所がありました？
それは、スプロケットでしょうか？チェーンを引っ掛ける？
さて、それなら、
? 焼き入れ箇所は、チェーンが掛かる箇所のみ。サイクルショップで
　 確認すると、色が変わっているので焼き入れ箇所は判ります。それなら
　 、浸炭箇所も限定します。すると、スプロケットの歯先のみ焼き入れ
　 なので、反りが軽減できませんか？
? 浸炭なので、表面のみが硬度アップ、中身はSPHCなので焼きが入らない
　 事で靭性がでます。因って、高周波焼き入れで、焼き歪みを軽減し、
　 反りの少ない焼き入れはできませんか？
等々は、検討済みですか？

浸炭焼入れは、部分焼入れが可能でなくて、浸炭する部分を指定できます。
しない所は、マスキング処理をして、浸炭しません。
すると、焼き入れによる反りは、浸炭部以外は軽減できます。
また、高周波焼き入れは、焼き入れ箇所（高温箇所）をある程度指定でき、
急冷却するので前述のメリットがより一層でます。

また、歪み取りも容易になると思います。

お礼

回答ありがとうございます。浸炭焼入れは部分焼入れが可能ということでしょうか？それで、あればやってみる価値がありそうです。
表面硬度のみのアップで問題ありません。焼入れ屋さんをあたってみます。
よろしくお願いいたします。

回答No.5

noname#230359

自転車実用便覧を参考にしてみては。

回答No.4

noname#230359

最初に、HRAすなわちロックウェルでは測定できません。SPHCに浸炭の場合はHv（マイクロビッカース）で測定することになります。ロックウェルでは測定子が硬化層を突き抜けてしまい、硬度が低く出てしまいます。
さて、質問の回答ですが、これは間違いなくソリが出ます。浸炭は焼入れ方法の中でもかなり高温の処理なので・・・。ソリの原因はいろいろあって排除できません（鋼材製造時の圧延応力やプレスせん断応力など）。
したがって熱処理方法で対応するしかありません。まず1）浸炭熱処理前に応力除去焼鈍する。2）浸炭焼入れ後の焼き戻しをプレステンパーで行う。
の２通りしかありません。熱処理方法の変更が可能ならば、ガス軟窒化などが有効でしょう。

材質SCMでも生材だとHv150くらいでしょう。
やはりチェーンスプロケットですか。それなら耐磨耗が必要なので浸炭でなければいけませんガス軟窒化は表面に硬度の高い化合物層を形成しますが薄膜なので、磨耗に弱いです。当社でもスプロケットはやっていますが浸炭でプレステンパーが普通です。ちなみにHv300の材料はないですね。
SK85でも180くらいです。

お礼

回答ありがとうございます。ロックウェルでは測定できないのですか。HV300位にあたると思いますが、材質をSCMに変更すれば、生材(焼入れ無し)でもHV300位はなるのでしょうか？熱処理方法を変更し、HV300以上出るならば、対応したいと思います。ガス軟窒化とは、表面処理のことでしょうか？これならｿﾘは発生しないということでしょうか？

回答No.3

noname#230359

機能から硬度の意味を考えると、摩耗と強度の両方を求めていると想像します。
まず、材料を肌焼き鋼に変える。
例えば、SAE1015などにする。
圧縮状態で強制した状態で、高温で焼き戻す。
などが、考えられます。

お礼

回答ありがとうございます。SAE1015への変更は可能だと思います。硬度さえ出ていれば問題はありません。検討してみます。ありがとうございます。

回答No.2

noname#230359

多分、形状に加工するのはプレスかレーザーでしょうか？

切削加工でも 焼ならしなど何の前処理も無く加工すれば反りますね。
（それでも反るけど）

薄物を熱処理する時は それなりの設備も必要になります。
丸鋸などのメーカーさんは殆ど自社で焼入れします。

材質が SPHC と言う事はコスト面も厳しいのでしょうね。

材料を吟味するか、加工法を考えるか、熱処理にお金を掛けるか？

自転車なので安全面も考慮して選定が必要です。

6mmの歪みは・・・・・・　今まで経験が無いので？？？

材質での対応
　ＳＣＭ４４０調質材でも希望硬度はギリギリ
　やはり何等かの処理が必要か？

熱処理方法の変更
　４５Ｃ・５５Ｃ・ＳＣＭ４３５・４４０・ＳＵＪ の様な材質なら
　歯部のみの高周波焼入れでＯＫ
　問題は素材の形状がどうか？
　丸材をスライスしていたのではコストが合わない。
　この辺は材料屋さんとの相談でしょうか。
　窒化でも良いが個人的にはお勧めしない。

材質は違うが 丸鋸の熱処理では 回答（4）さんの答えのように
プレステンパーを使っていました。
多分これがベターと思う。

余談だが
　JIS Ｄ9418 では 歯数16までは HRA70以上　歯数16以上は HRA65 以上
　と記載が有りました。

お礼

回答ありがとうございます。形状は切削加工です。材料の変更は問題ありません。形にならないと意味がないので、、SPHC-P　+　浸炭焼入れがよくないのでしょうか？他の材料　+　他の焼入れ方法なら、ｿﾘはそれのど、出ないのでしょうか？ｿﾘが6mmも出てしまったので。

回答No.1

noname#230359

t2の板なんか、無防備に焼き入れしたら反ります
その辺はノウハウなので教えてくれないと思います

案としては厚めの板で焼き入れをする
研磨してt2を出す
ワイヤーが、一般的では

上手に薄ものに焼き入れできるところでインターネット上に公開されている情報では、
加熱時の温度分布を均一化する
徐冷時の温度分布を均一化するということらしいです

お礼

回答ありがとうございます。　焼入れしたら反ってしまいますか。ﾒｰｶｰさんはどのようにやっているのでしょうかね。それとも、こんな薄い材料は元々焼きいれをしないとか。表面処理で、硬度を上げているだけとか。。段々熱を掛けてやってみるなどしか方法はないのですね。