DE112009002418B4

DE112009002418B4 - Stählerner Spurstangenkopf und Verfahren zum Herstellen eines stählernen Spurstangenkopfes

Info

Publication number: DE112009002418B4
Application number: DE112009002418T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Komoto; Hitoshi Sakuma; Takashi Hirano; Hiroyuki Mizuno; Shinya Teramoto; Masahiro Toda; Hiromasa Takada; Makoto Okonogi
Original assignee: Nippon Steel Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2029-09-08
Also published as: DE112009002418T5; WO2010035095A1; DE112009002418B8; JP4624456B2; DE112009002418T8; JP2010077505A; WO2010035095A8; US8186696B2; US20110163512A1

Abstract

Stählerner Spurstangenkopf (1), aufweisend: einen Wellenbereich (2); einen ersten Befestigungsbereich (3), der sich an einen ersten Endbereich (21) des Wellenbereichs in einer Längsrichtung des Wellenbereichs anschließt; und einen zweiten Befestigungsbereich (4), der sich an einen zweiten Endbereich (22) des Wellenbereichs in der Längsrichtung des Wellenbereichs anschließt, wobei: der Wellenbereich einen minimalen Flächenbereich (25, 26) aufweist, der zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich angeordnet ist, und eine radiale Querschnittsfläche des minimalen Flächenbereichs 80% oder weniger einer radialen Querschnittsfläche des ersten Endbereichs und 80% oder weniger einer radialen Querschnittsfläche des zweiten Endbereichs beträgt; dadurch gekennzeichnet, dass ein Martensit-Anteil einer Stahlstruktur des minimalen Flächenbereichs 90% oder mehr beträgt, eine Oberflächenhärte des minimalen Flächenbereichs und eine Durchschnittshärte eines radialen Querschnitts des minimalen Flächenbereichs 600 Hv oder weniger beträgt; und eine Durchschnittshärte eines radialen Querschnitts des ersten Befestigungsbereichs und eine Durchschnittshärte eines radialen Querschnitts des...

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen stählernen Spurstangenkopf, der einen Teil eines Fahrzeuglenksystems darstellt, und ein Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes.
2. Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
Bei Spurstangen handelt es sich um Bauteile, die einen Teil eines Fahrzeuglenksystems ausbilden. Spurstangen dienen dazu, das Lenksystem (z. B. ein Lenkgetriebe eines Zahnstangen-Lenksystems) mit Bauteilen auf der Vorderradseite (z. B. den Spurstangenhebeln) zu verbinden.
Die Drehbewegung eines Lenkrads wird an das Lenksystems über eine Lenkwelle übertragen. Dann wird die Drehbewegung durch das Lenksystem in eine Linearbewegung umgewandelt, und die Linearbewegung wird über die Spurstangen und Spurstangenhebel auf die Vorderräder übertragen. Eine Spurstange umfasst typischerweise jeweils einen Spurstangenkörper und einen Spurstangenkopf. Der Spurstangenkörper wird über ein Kugelgelenk an das Lenksystem montiert. Ein Ende des Spurstangenkopfs ist am Spurstangenkörper montiert, und das andere Ende des Spurstangenkopfs ist über ein zweites Kugelgelenk am Spurstangenhebel montiert.
Ein typischer Spurstangenkopf besteht aus einem Stahlmaterial, wie z. B. Kohlenstoffstahl und einem niedrig legierten Stahl, und weist einen Wellen- bzw. Achsbereich und zwei Befestigungsbereiche auf. Die beiden Befestigungsbereiche sind an beiden Enden der Wellen- bzw. Achsbereich ausgebildet. Wie vorstehend beschrieben, wird einer der Befestigungsbereiche am Spurstangenkörper montiert, und der andere der Befestigungsbereiche ist am Spurstangenhebel montiert.
Um darüber hinaus das Lenkgefühl bzw. das Lenkempfinden zu verbessern, gilt es im Allgemeinen als guter Lösungsansatz, wenn die Steifigkeit eines jeweiligen Spurstangenkopfes verringert wird, um die Flexibilität bzw. Biegsamkeit eines jeweiligen Spurstangenkopfes zu erhöhen, um dadurch den Lenkvorgang auf die Vorderräder reibungslos übertragen zu können. Es ist jedoch zu beachten, dass die Steifigkeit einer erforderlichen mechanischen Last bzw. Kraft entspricht, mit der der Spurstangenkopf um eine vorbestimmte Länge in der axialen Richtung (Längsrichtung) elastisch verformt wird. Liegt eine kleine Last an, verformt sich ein Spurstangenkopf mit einer geringen Steifigkeit sehr deutlich.
Um die Steifigkeit eines Spurstangenkopfes (oder einer Spurstange) zu verringern, sind verschiedene Techniken vorgeschlagen worden (siehe z. B. die japanische Gebrauchsmusterschrift JP 07-37862 U ).
Die JP 07-37862 U beschreibt ein Verfahren, in dem der Wellenbereich eine reduzierte Querschnittsfläche aufweist. Weil es sich bei den Spurstangenköpfen um an einem Fahrzeug montierte Bauteile handelt, ist die Reduktion der Querschnittsfläche des Wellenbereichs eines jeden Spurstangenbereichs zum Zwecke der Raumeinsparung und Leichtbauweise wünschenswert. Wenn aber einfach nur die Querschnittsfläche des Wellenbereichs reduziert wird, wird auch die Festigkeit eines jeweiligen Spurstangekopfes reduziert. Die erforderliche Festigkeit kann möglicherweise nur unter großen Schwierigkeiten sichergestellt werden. Ein eine unzureichende Festigkeit aufweisender Spurstangenkopf könnte möglicherweise einknicken oder brechen.
Wenn hinzu kommt, dass als Material für den Spurstangenkopf ein hochfestes Material verwendet wird, ist davon auszugehen, dass eine Abnahme der Festigkeit des Spurstangenkopfes unterdrückt werden kann, auch wenn die Festigkeit des Spurstangenkopfes bei einer verminderten Querschnittsfläche des Wellen- bzw. Achsbereichs reduziert ist. Allgemein ist jedoch zum Herstellen eines Spurstangenkopfes (insbesondere zum Ausbilden der Befestigungsbereiche) eine maschinelle Bearbeitung, wie z. B. Spanen bzw. Zuschneiden erforderlich. Wenn daher das hochfeste Material als das Material für den Spurstangenkopf verwendet wird, nimmt auch die maschinelle Bearbeitbarkeit bzw. Zerspanbarkeit ab. Dies hat einen problematischen Anstieg der Herstellungskosten für den Spurstangenkopf zur Folge.
Ferner handelt es sich bei Spurstangeköpfen um Bauteile, die relativ große Stoßkräfte aufnehmen, da die Spurstangenköpfe mit den Antriebsrädern verbunden sind. Wie vorstehend beschrieben, handelt es sich bei den Spurstangenköpfen um Bauteile, die mit dem Lenksystem zusammengebaut sind. Falls daher ein beliebiger der Spurstangenköpfe aufgrund einer im Fall eines Aufpralls einwirkenden Stoßkraft oder dergleichen kaputt gehen sollte, kommt es zu einer Beeinträchtigung der Lenkfunktion. Somit muss eine Spurstange nicht nur die vorstehend beschriebene geringe Steifigkeit und hohe Festigkeit, sondern auch eine hohe Schlagfestigkeit aufweisen. Insbesondere aufgrund dessen, dass die Zähigkeit des Stahlmaterials bei einer niedrigen Temperatur abnimmt, besteht Bedarf an einem Spurstangenkopf, der auch bei niedrigen Temperaturen eine hohe Schlagfestigkeit aufweist
Ein Spurstangenkopf sowie ein Herstellungsverfahren hierfür nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche ist zudem aus der US 2003/0168826 A1 bekannt.
Kurzfassung der Erfindung
Die Erfindung schafft einen Spurstangenkopf, der eine geringe Steifigkeit und eine hohe Festigkeit und darüber hinaus eine hohe Schlagfestigkeit aufweist, und schafft zudem ein Verfahren zum Herstellen eines Spurstangenkopfes.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Spurstangenkopf. Der Spurstangenkopf beinhaltet: einen Wellenbereich; einen ersten Befestigungsbereich, der in einer Längsrichtung des Wellenbereichs an einen ersten Endbereich des Wellenbereichs anschließt; und einen zweiten Befestigungsbereich, der in der Längsrichtung des Wellenbereichs an einen zweiten Endbereich des Wellenbereichs anschließt, wobei der Wellenbereich einen minimalen Flächenbereich aufweist, der zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich angeordnet ist, und eine radiale Querschnittsfläche des minimalen Flächenbereichs 80% oder weniger als eine radiale Querschnittsfläche des ersten Endbereichs und 80% oder weniger als eine radiale Querschnittsfläche des zweiten Endbereichs beträgt, ein Martensit-Anteil einer Stahlstruktur des minimalen Flächenbereichs 90% oder darüber beträgt, eine Oberflächenhärte des minimalen Flächenbereichs, eine Oberflächenhärte des minimalen Flächenbereichs und eine Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des minimalen Flächenbereich 600 Hv oder weniger beträgt, und eine Durchschnittshärte eines radialen Querschnitts des ersten Befestigungsbereichs und eine Durchschnittshärte eines radialen Querschnitts des zweiten Befestigungsbereichs 300 Hv oder weniger beträgt.
Der Wellenbereich des vorstehenden Spurstangenkopfes weist einen minimalen Flächenbereich auf, dessen Querschnittsfläche kleiner ist als jene der beiden Endbereiche (der erste Endbereich und der zweite Endbereich) in der Längsrichtung desselben. Darüber hinaus beträgt die radiale Querschnittsfläche des minimalen Flächenbereichs 80% oder weniger der radialen Querschnittsfläche des ersten Endbereichs und 80% oder weniger der radialen Querschnittsfläche des zweiten Endbereichs, so dass die radiale Querschnittsfläche des minimalen Flächenbereichs ausreichend klein ist. Der stählerne Spurstangenkopf weist somit eine geringe Steifigkeit auf und ist in der Lage, der geforderten Raumeinsparung und Leichtbauweise zu entsprechen.
Darüber hinaus beträgt der Martensit-Anteil der Stahlstruktur des minimalen Flächenbereichs des stählernen Spurstangenkopfes 90% oder mehr. Die Martensit-Struktur weist eine hohe Festigkeit auf. Wenn somit 90% oder mehr der Stahlstruktur des minimalen Flächenbereichs aus Martensit oder angelassenem Martensit besteht, kann dem Wellenbereich mit dem minimalen Flächenbereich, dessen Querschnittsfläche klein ist, die notwendige Festigkeit verliehen werden. Der Spurstangenkopf kann somit eine geringe Steifigkeit und eine hohe Festigkeit aufweisen. Wenn außerdem der minimale Flächenbereich eine hohe Härte aufweist, nimmt die Schlagfestigkeit des Wellenbereichs ab. In dem vorstehenden stählernen Spurstangenkopf betragen jedoch die Oberflächenhärte des minimalen Flächenbereichs und die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des minimalen Flächenbereichs 600 Hv oder weniger, so dass die für den Spurstangenkopf erforderliche Schlagfestigkeit gewährleistet werden kann. Es ist zu beachten, dass, wenn die Stahlstruktur des minimalen Flächenbereichs aus angelassenem Martensit besteht, eine vorteilhafte Verbesserung der Duktilität bzw. Streckbarkeit und Zähigkeit erreicht werden kann. Nachstehend wird das angelassene Martensit einfach als Martensit bezeichnet. Darüber hinaus ist mit der Härte gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung eine Vickers-Härte laut dem gemäß JISZ2244 definierten Härteprüfungsverfahren nach Vickers gemeint.
Wie vorstehend beschrieben, weist der stählerne Spurstangenkopf eine geringe Steifigkeit und eine hervorragende Schlagfestigkeit auf. Dementsprechend bietet der vorstehende Spurstangenkopf ein äußerst gutes Lenkgefühl bzw. Lenkempfinden und knickt nur schwer ein bzw. bricht nur schwer und ist zudem im Fall einer Kollision nur schwer zerstörbar.
Es ist zu beachten, dass der minimale Flächenbereich gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung der gesamte Bereich ist, dessen radiale Querschnittsfläche 80% oder weniger der radialen Querschnittsfläche des ersten Endbereichs beträgt bzw. misst und 80% oder weniger der Querschnittsfläche des zweiten Endbereichs im Wellenbereich beträgt bzw. misst. Außerdem handelt es sich bei der radialen Querschnittsfläche des minimalen Flächenbereichs um eine Querschnittsfläche des minimalen Flächenbereichs, die entlang einer Ebene verläuft, die senkrecht zu einer Achse des Wellenbereichs ist. Desgleichen handelt es sich bei der radialen Querschnittsfläche des ersten Endbereichs um eine Querschnittsfläche, die entlang einer Ebene verläuft, die senkrecht zur Achse des Wellenbereich ist, und zwar eine Querschnittsfläche von einem Bereich des Wellenbereichs benachbart zu einer Grenzfläche zwischen dem Wellenbereichs und dem ersten Befestigungsbereich. Bei der radialen Querschnittsfläche des zweiten Endbereichs handelt es sich um eine entlang einer Ebene senkrecht zur Achse des Wellenbereichs verlaufenden Querschnittsfläche eines Bereichs des Wellenbereichs benachbart zu einer Grenzfläche zwischen dem Wellenbereich und dem zweiten Befestigungsbereich.
Gemäß dem ersten Aspekt kann die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des minimalen Flächenbereichs die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des ersten Befestigungsbereichs und die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des zweiten Befestigungsbereichs um 100 Hv oder mehr übertreffen.
Bei der vorstehenden Konfiguration ist die Durchschnittshärte des minimalen Flächenbereichs hoch. Somit kann dem Wellenbereich mit dem minimalen Flächenbereich, dessen Querschnittsfläche klein ist, die notwendige Festigkeit verliehen werden, und der Spurstangenkopf kann eine geringe Steifigkeit und eine hohe Festigkeit aufweisen. Der vorstehende Spurstangenkopf knickt nur schwer ein bzw. ist nur schwer zerstörbar.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines stählernen Spurstangenkopfes. Das Verfahren zum Herstellen eine stählernen Spurstangenkopfes beinhaltet: einen Formvorgang zum Formen eines Spurstangenkopf-Halberzeugnisses bzw. Halbfabrikats, das einen angehenden Wellenbereich, einen angehenden ersten Befestigungsbereich, der sich an einen angehenden ersten Endbereich des angehenden Wellenbereichs in einer Längsrichtung des angehenden Wellenbereichs anschließt, und einen angehenden zweiten Befestigungsbereich aufweist, der sich an einen angehenden zweiten Endbereich des angehenden Wellenbereichs in einer Längsrichtung des angehenden Wellenbereichs anschließt; einen Abschreckvorgang zum Ausüben eines Hochfrequenz-Abschreckens auf den angehenden Wellenbereich des Spurstangenkopf-Halberzeugnisses und anschließenden Abkühlvorgang des angehenden Wellenbereichs; und einen maschinellen Bearbeitungsvorgang zum maschinellen Bearbeiten von zumindest dem ersten Wellenbereich oder dem zweiten Wellenbereich, wobei, in dem Formvorgang ein angehender minimaler Flächenbereich zwischen dem angehenden ersten Endbereich und dem angehenden zweiten Endbereich in dem angehenden Wellenbereich ausgebildet ist, so dass eine radiale Querschnittsfläche des angehenden minimalen Flächenbereichs 80% oder weniger einer radialen Querschnittsfläche des angehenden ersten Endbereichs und 80% oder weniger einer radialen Querschnittsfläche des angehenden zweiten Endbereichs beträgt, und in dem Abschreckvorgang nur der angehende Wellenbereich durch eine hohe Frequenz auf eine Austenitisierungstemperatur erwärmt und dann durch Wasser oder ein Kühlmittel rasch abgekühlt wird.
In dem vorstehenden Verfahren zur Herstellung eines stählernern Spurstangenkopf-Halberzeugnisses wird der angehende minimalen Flächenbereich, dessen Querschnittsfläche klein ist, in einem Spurstangenkopf (d. h. einem Spurstangenkopf, bevor dieser einem Abschreckvorgang unterzogen wird) in dem Formvorgang ausgebildet. Somit kann die Steifigkeit des abgeschreckten Spurstangenkopfes verringert werden.
Darüber hinaus wird in dem Abschreckvorgang nur der angehende Wellenbereich mittels einer hohen Frequenz erwärmt (d. h. der Abschreckvorgang wird nur auf den angehenden Wellenbereich ausgeübt). Somit kann die Stahlstruktur des Wellenbereichs (insbesondere der minimale Flächenbereich) in eine Martensit-Struktur umgewandelt werden, so dass die Festigkeit des Wellenbereichs verbessert werden kann.
Außerdem wird durch den Abschreckvorgang der angehende Wellenbereich rasch abgekühlt. Somit kann 90% oder mehr der Stahlstruktur des minimalen Flächenbereichs aus Martensit bestehen, und die Oberflächenhärte des minimalen Flächenbereichs und die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des minimalen Flächenbereichs in dem Wellenbereich betragen 600 Hv oder weniger. Dabei kann dem Wellenbereich eine hervorragende Schlagfestigkeit verliehen werden. Mit dem vorstehenden Verfahren zum Herstellen eines stählernen Spurstangenkopfes kann ein Spurstangenkopf hergestellt werden, der eine hervorragende Festigkeit und Schlagfestigkeit aufweist. Es ist zu beachten, dass der angehende Wellenbereich, der angehende erste Befestigungsbereich, der angehende zweite Befestigungsbereich, der angehende erste Befestigungsbereich, der angehende zweite Endbereich und der angehende minimale Flächenbereich in dem vorstehenden Herstellungsverfahren jeweils dem Wellenbereich, dem ersten Befestigungsbereich, dem zweiten Befestigungsbereich, dem ersten Endbereich, dem zweiten Endbereich und dem minimalen Flächenbereich in dem Spurstangenkopf gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung entsprechen.
Gemäß dem zweiten Aspekt kann das Verfahren ferner einen auf den Abschreckvorgang folgenden Anlassvorgang zum erneuten Erwärmen des angehenden Wellenbereichs und anschließenden Abkühlvorgang des angehenden Wellenbereichs beinhalten.
Das Material für den stählernen Spurstangenkopf gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann ein Stahlmaterial, wie z. B. Kohlenstoffstahl und ein niedrig legierter Stahl, sein.
Das Verfahren zum Herstellen eines Spurstangenkopfes gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beinhaltet den Formvorgang und den Abschreckvorgang. Bei dem Verfahren zum Formen des Spurstangenkopf-Zwischenerzeugnisses während des Formvorgangs kann es sich um ein bekanntes Verfahren handeln, wie z. B. Warmschmieden und Kaltschmieden.
Bei dem Abschreckvorgang handelt es sich um einen Vorgang zum Abschrecken von nur dem angehenden Wellenbereich des Spurstangenkopf-Halberzeugnisses durch Anlegen einer hohen Frequenz. Durch Ausüben des Hochfrequenz-Abschreckvorgangs auf lediglich den angehenden Wellenbereich können die Befestigungsbereiche eine relativ geringe Festigkeit aufweisen. Somit ist das Verfahren dahingehend vorteilhaft, dass die Befestigungsbereiche leicht maschinell bearbeitbar sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Aufgaben, Vorteile sowie die technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung werden anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in denen identische Elemente mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Es zeigen:
1 eine Ansicht, die einen stählernen Spurstangenkopf gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung eines stählernen Spurstangenkopfes und eines Verfahrens zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Ein stählerner Spurstangenkopf gemäß der Ausführungsform der Erfindung beinhaltet einen Wellenbereich; einen ersten Befestigungsbereich, der sich an einen ersten Endbereich des Wellenbereichs in einer Längsrichtung des Wellenbereichs anschließt; und einen zweiten Befestigungsbereich, der sich an einen zweiten Endbereich des Wellenbereichs in der Längsrichtung des Wellenbereichs anschließt, wobei der Wellenbereich einen minimalen Flächenbereich aufweist, der zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich angeordnet ist, und eine radiale Querschnittsfläche des minimalen Flächenbereichs 80% oder weniger einer radialen Querschnittsfläche des ersten Endbereichs und 80% oder weniger einer radialen Querschnittsfläche des zweiten Endbereichs beträgt, ein Martensit-Anteil einer Stahlstruktur des minimalen Flächenbereichs 90% oder mehr beträgt, eine Oberflächenhärte des minimalen Flächenbereichs und eine Durchschnittshärte eines radialen Querschnitts des minimalen Flächenbereichs 600 Hv oder weniger beträgt, eine Durchschnittshärte eines radialen Querschnitts des ersten Befestigungsbereichs und eine Durchschnittshärte eines radialen Querschnitts des zweiten Befestigungsbereichs 300 Hv oder weniger beträgt, und die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des minimalen Querschnittbereichs die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des ersten Befestigungsbereichs und die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des zweiten Befestigungsbereichs um 100 Hv oder mehr übertrifft. Darüber hinaus beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen eines stählernen Spurstangenkopfes gemäß der Ausführungsform der Erfindung folgende Schritte: einen Formvorgang zum Formen eines Spurstangenkopf-Halberzeugnisses, das einen angehenden Wellenbereich, einen angehenden ersten Befestigungsbereich, der sich an einen angehenden ersten Endbereich des angehenden Wellenbereichs in einer Längsrichtung des angehenden Wellenbereichs anschließt, und einen angehenden zweiten Befestigungsbereich beinhaltet, der sich an einen angehenden zweiten Endbereich des angehenden Wellenbereichs in einer Längsrichtung des angehenden Wellenbereichs anschließt; einen Abschreckvorgang, in dem ein Hochfrequenz-Abschreckvorgang auf den angehenden Wellenbereich des Spurstangenkopf-Halberzeugnisses bzw. Halbfabrikats ausgeübt wird und dann ein Abkühlen des angehenden Wellenbereichs erfolgt; und einen maschinellen Bearbeitungsvorgang zum maschinellen Bearbeiten von zumindest entweder dem ersten Befestigungsbereich oder dem zweiten Befestigungsbereich, wobei, in dem Formvorgang, ein angehender minimaler Flächenbereich zwischen dem angehenden ersten Endbereich und dem angehenden zweiten Endbereich in dem angehenden Wellenbereich ausgebildet wird, wobei eine radiale Querschnittsfläche des angehenden minimalen Flächenbereichs 80% oder weniger einer radialen Querschnittsfläche des angehenden ersten Endbereichs und einer radialen Querschnittsfläche des angehenden zweiten Endbereichs beträgt, während des Abschreckvorgangs nur der angehende Wellenbereich mittels Hochfrequenz auf eine Austenitisierungstemperatur erwärmt und dann mit Wasser oder einem Kühlmittel rasch abgekühlt wird und dann der angehende Wellenbereich nach dem Abschreckvorgang erneut erwärmt und abgekühlt wird.
Als Material für den stählernen Spurstangenkopf gemäß der ersten Ausführungsform wird S48C verwendet.
Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet ein Spurstangenkopf 1 gemäß der ersten Ausführungsform einen Wellenbereich 2, einen ersten Befestigungsbereich 3 und einen zweiten Befestigungsbereich 4. Es ist zu beachten, dass der erste Befestigungsbereich 3 an einem Spurstangenkörper (nicht gezeigt) befestigt ist und eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einem Durchmesser von 22 mm und einer axialen Länge von 35 mm aufweist. Eine Gewindebohrung (nicht gezeigt) ist an einem Ende des ersten Befestigungsabschnitts 3 ausgebildet. Die Gewindebohrung erstreckt sich in der axialen Richtung des ersten Befestigungsbereichs 3. Der zweite Befestigungsbereich 4 ist über ein Kugelgelenk (nicht gezeigt) an einem Achsschenkelbolzen (nicht gezeigt) montiert. Der zweite Befestigungsbereich 4 ist im Wesentlichen schalenförmig ausgeführt, so dass er das Kugelgelenk drehbar lagern kann. Der äußere Umfangsdurchmesser des zweiten Befestigungsbereichs 4 beträgt 36 mm. Es ist zu beachten, dass, wie in 1 gezeigt ist, der Mittelpunkt O des zweiten Befestigungsbereichs 4 auf einer Verlängerungslinie einer Achse L des ersten Befestigungsbereichs 3 (oder an einer Position nahe der Verlängerungslinie) angeordnet ist.
Der Wellenbereich 2 koppelt den ersten Befestigungsbereich 3 mit dem zweiten Befestigungsbereich 4. Der Wellenbereich 2 weist die Form eines gebogenen Stabes auf. Der erste Befestigungsbereich 3 schließt sich an ein Ende (den ersten Endbereich 21) des Wellenbereichs 2 in der Längsrichtung an. Der zweite Befestigungsbereich 4 schließt sich an das andere Ende (den zweiten Endbereich 22) des Wellenbereichs 2 in der Längsrichtung an. Der erste Endbereich 21 und der zweite Endbereich 22 weisen jeweils die größte Querschnittsfläche in dem Wellenbereich 2 auf. An einem im Wesentlichen in der Mitte befindlichen Punkt des Wellenbereichs 2 in der Längsrichtung ist ein lokal eingegrenzter minimaler Flächenbereich 25 ausgebildet. Der lokal eingegrenzte minimale Flächenbereich 25 weist eine minimale radiale Querschnittsfläche im Wellenbereich 2 auf. Die radiale Querschnittsfläche des Wellenbereichs 2 variiert graduell vom ersten Endbereich 21 in Richtung des lokal eingegrenzten minimalen Flächenbereichs 25, und variiert graduell vom zweiten Endbereich 22 in Richtung des lokalen eingegrenzten minimalen Flächenbereichs 25.
In dem stählernen Spurstangenkopf 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist die radiale Querschnittsfläche (Dmin) des lokal eingegrenzten minimalen Flächenbereichs 25 301 mm² groß, und die radiale Querschnittsfläche des ersten Endbereichs 21 und die radiale Querschnittsfläche (D) des zweiten Endbereichs 22 sind jeweils 415 mm² groß. Die radiale Querschnittsfläche des lokal eingegrenzten Flächenbereichs 25 beträgt 72,5% der radialen Querschnittsfläche des ersten Endbereichs 21 und 72,5% der radialen Querschnittsfläche des zweiten Endbereichs 22. Der minimale Flächenbereich 26 in dem stählernen Spurstangenkopf 1 gemäß der ersten Ausführungsform besteht aus dem lokal eingegrenzten minimalen Flächenbereich 25, einem Bereich, der benachbart zu dem ersten Bereich 21 in Bezug auf den lokal eingegrenzten minimalen Flächenbereich 25 angeordnet ist und der eine radiale Querschnittsfläche von 332 mm² oder weniger aufweist, und einem Bereich, der benachbart zu dem zweiten Endbereich 22 in Bezug auf den lokal eingegrenzten Flächenbereich 25 angeordnet ist und der eine radiale Querschnittsfläche von 332 mm² oder weniger aufweist.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung eines Verfahrens zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß der ersten Ausführungsform.
Als Stahlmaterial wird ein S48C-Stahl verwendet, und durch Warmschmieden entsteht daraus ein Spurstangenkopf-Halberzeugnis bzw. Halbfabrikat. Das Spurstangenkopf-Halberzeugnis beinhaltet einen angehenden Wellenbereich, einen angehenden ersten Befestigungsbereich und einen angehenden zweiten Befestigungsbereich. Das Spurstangenkopf-Halberzeugnis weist im Wesentlichen die gleiche Form auf wie die des stählernen Spurstangenkopfes gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Der angehende Wellenbereich entspricht dem Wellenbereich in dem stählernen Spurstangenkopf gemäß der ersten Ausführungsform. Der angehende erste Befestigungsbereich entspricht dem ersten Befestigungsbereich in dem stählernen Spurstangenkopf gemäß der ersten Ausführungsform. Der angehende zweite Befestigungsbereich entspricht dem zweiten Befestigungsbereich in dem stählernen Spurstangenkopf gemäß der ersten Ausführungsform. Dabei wird ein Bereich (ein angehender minimaler Flächenbereich), dessen radiale Querschnittsfläche 80% oder weniger der radialen Querschnittsfläche des angehenden ersten Endbereichs und 80% oder weniger der radialen Querschnittsfläche des angehenden zweiten Endbereichs beträgt, in dem angehenden Wellenbereich ausgebildet.
Der Hochfrequenz-Abschreckvorgang wird auf den angehenden Wellenbereich des Spurstangenkopf-Halberzeugnisses ausgeübt, das im Formvorgang erhalten wird. Insbesondere wird eine Spule mit einer zylindrischen und geraden Form an dem angehenden Wellenbereich angebracht. Die Spule wird bestromt, so dass nur der angehende Wellenbereich auf eine Austenitisierungstemperatur (z. B. 900°C) erwärmt wird, der dann rasch gekühlt (wassergekühlt) wird.
Dann wird ein Anlassvorgang ausgeführt, bei dem das Spurstangenkopf-Halberzeugnis nach dem Abschreckvorgang eine Stunde lang auf eine Temperatur von 420°C erwärmt wird und dann wieder mit Wasser auf eine Temperatur von 25°C abgekühlt wird.
In dem Spurstangenkopf-Halberzeugnis wird der angehende erste Befestigungsbereich nach dem Anlassvorgang einem spanenden Bearbeitungsvorgang unterzogen, in dem eine Gewindebohrung gebildet wird.
Aus den vorstehenden Vorgängen ergibt sich der Spurstangenkopf gemäß der ersten Ausführungsform.
Ein stählerner Spurstangenkopf gemäß einer zweiten Ausführungsform weist eine ähnliche Konfiguration auf wie die des stählernen Spurstangenkopfes gemäß der ersten Ausführungsform.
Der stählerne Spurstangenkopf gemäß der zweiten Ausführungsform besteht aus Borstahl (0,25% C – 0,25% Si – 1,0% Mn – 0,2% Cr – 0,002% B) und weist im Wesentlichen die gleich Form auf wie der Spurstangenkopf gemäß der ersten Ausführungsform. Ein Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß der zweiten Ausführungsform ist identisch mit dem Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß der ersten Ausführungsform, außer, dass kein Anlassvorgang ausgeführt wird. Zu beachten ist, dass in dem Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß der zweiten Ausführugsform die Abschrecktemperatur ebenfalls 900°C beträgt.
Ein stählerner Spurstangenkopf gemäß einer dritten Ausführungsform ist ähnlich konfiguriert wie der stählerne Spurstangekopf gemäß der ersten Ausführungsform. Zu beachten ist zudem, dass ein Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß der dritten Ausführungsform im Wesentlichen mit dem Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß der ersten Ausführungsform identisch ist.
Der stählerne Spurstangenkopf gemäß der dritten Ausführungsform besteht aus dem gleichen Material wie der stählerne Spurstangenkopf gemäß der zweiten Ausführungsform und weist im Wesentlichen die gleiche Form auf wie der stählerne Spurstangekopf gemäß der ersten Ausführungsform. Das Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß der dritten Ausführungsform ist, mit Ausnahme einer Anlasstemperatur im Anlassvorgang, dem Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß der ersten Ausführungsform ähnlich. Die Anlasstemperatur in dem Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß der dritten Ausführungsform beträgt 350°C.
Ein stählerner Spurstangenkopf gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel besteht aus dem gleichen Material wie der stählerne Spurstangenkopf gemäß der ersten Ausführugsform und weist im Wesentlichen die gleiche Form auf wie der Spurstangekopf gemäß der ersten Ausführungsform auf.
Ein Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel ist, mit Ausnahme der Anlasstemperatur, dem Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangekopfes gemäß der ersten Ausführungsform ähnlich. Die Anlasstemperatur in dem Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel beträgt 180°C.
Ein stählerner Spurstangekopf gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel besteht aus dem gleichen Material wie der stählerne Spurstangenkopf gemäß der ersten Ausführungsform und weist eine sich von dem stählernen Spurstangenkopf gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidende Form auf. Insbesondere beinhaltet der stählerne Spurstangenkopf gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel einen ersten Befestigungsbereich und einen zweiten Befestigungsbereich, die ähnlich wie jene des stählernen Spurstangenkopfs gemäß der ersten Ausführungsform geformt sind; die Form eines Wellenbereichs des stählernen Spurstangenkopfes gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel ist jedoch von dem des stählernen Spurstangenkopfes gemäß der ersten Ausführungsform verschieden. Insbesondere beträgt die radiale Querschnittsfläche (Dmin) eines lokal eingegrenzten Flächenbereichs in dem stählernen Spurstangenkopf gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel 402 mm², und die radiale Querschnittsfläche (D1) des ersten Endbereichs und die radiale Querschnittsfläche (D2) des zweiten Endbereichs betragen 415 mm². Die radiale Querschnittfläche des lokal eingegrenzten minimalen Flächenbereichs beträgt 96,9% der radialen Querschnittsfläche des ersten Endbereichs und 96,6% der radialen Querschnittsfläche des zweiten Endbereichs. Somit weist der stählerne Spurstangenkopf gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel keinen minimalen Flächenbereich auf (d. h. einen Bereich, dessen radiale Querschnittsfläche 80% oder weniger der radialen Querschnittsfläche des ersten Endbereichs und 80% oder weniger der radialen Querschnittsfläche des zweiten Endbereichs beträgt, oder einen Bereich, dessen radiale Querschnittsfläche 332 mm² oder weniger beträgt).
Ein Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel weist Ähnlichkeit auf zu dem Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die Form eines Spurstangenkopf-Halberzeugnisses eine Variation der Form des Spurstangenkopf-Halberzeugnisses in den Spurstangenkopf gemäß der ersten Ausführungsform ist.
Ein stählerner Spurstangenkopf gemäß einem dritten Vergleichsbeispiel besteht aus dem gleichen Material wie der stählerne Spurstangenkopf gemäß der ersten Ausführungsform und weist im Wesentlichen die gleiche Form wie der stählerne Spurstangenkopf gemäß der ersten Ausführungsform auf.
Ein Abschreckvorgang in einem Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß dem dritten Vergleichsbeispiel wird dermaßen ausgeführt, dass ein angehender Wellenbereich eines Spurstangenkopf-Halberzeugnisses mit einer ähnlichen Form wie der der ersten Ausführungsform durch Hochfrequenz auf eine Temperatur von 900°C erwärmt wird und dann mit Öl gekühlt wird. Das Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß dem dritten Vergleichsbeispiel ist ähnlich dem Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangekopfes gemäß der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die Abkühlung im Abschreckvorgang nicht mit Wasser sondern mit Öl erfolgt.
Ein stählerner Spurstangenkopf gemäß einem vierten Vergleichsbeispiel besteht aus dem gleichen Material wie der stählerne Spurstangenkopf gemäß der ersten Ausführungsform und weist im Wesentlichen eine ähnliche Form auf wie der stählerne Spurstangenkopf gemäß der ersten Ausführungsform.
Ein Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß dem vierten Vergleichsbeispiel ist mit Ausnahme eines Abschreckverfahrens und Abschreckbereichs ähnlich dem Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß der ersten Ausführungsform. Genauer gesagt wird in dem Abschreckvorgang in dem Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß dem vierten Vergleichsbeispiel das gesamte Spurstangenkopf-Halberzeugnis in einem Ofen auf eine Temperatur von 900°C erwärmt.
Ein stählerner Spurstangenkopf gemäß einem fünften Vergleichsbeispiel besteht aus dem gleichen Material wie der stählerne Spurstangenkopf gemäß der ersten Ausführungsform und weist eine zum stählernen Spurstangenkopf gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel ähnliche Form auf.
Ein Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfs gemäß dem fünften Vergleichsbeispiel beinhaltet anstelle eines Abschreckvorgangs und eines Anlassvorgangs einen Normalisierungsvorgang. Der Normalisierungs- bzw. Normalglühvorgang in dem Verfahren zum Herstellen des stählernen Spurstangenkopfes gemäß dem fünften Vergleichsbeispiel ist ein Vorgang, in dem ein Spurstangenkopf-Halberzeugnis auf einen Umwandlungspunkt oder eine darüber liegende Temperatur (800°C oder mehr) erwärmt wird und dann mit Luft abgekühlt wird.
Der Martensit-Prozentsatz der Stahlstruktur des minimalen Flächenbereichs (der nachstehend als Martensit-Anteil bezeichnet wird), die Härte, Steifigkeit, Niedertemperatur-Schlagfestigkeit, Knickbelastung und Zerspanbarkeit werden für die jeweiligen stählernen Spurstangenköpfe gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform und die stählernen Spurstangenköpfe gemäß der ersten bis fünften Vergleichsbeispiele ausgewertet. Die Ergebnisse der Auswertungstests sind in Tabelle 1 gezeigt. Einzelheiten über die jeweiligen Prüfungen sind der nachstehenden Beschreibung zu entnehmen.
Der radiale Querschnitt (Oberflächenschicht) des lokal eingegrenzten Flächenbereichs eines jeweiligen stählernen Spurstangenkopfes wird unter einem optischen Mikroskop beobachtet, und der Prozentsatz der Martensit-Struktur wird gemessen, wenn die gesamte Stahlstruktur in dem radialen Querschnitt des lokal eingegrenzten minimalen Flächenbereichs 100 Prozent pro Fläche beträgt. Der Martensit-Anteil des lokal eingegrenzten minimalen Flächenbereichs wird als der Martensit-Anteil des minimalen Flächenbereichs betrachtet.
Von jedem stählernen Spurstangenkopf wird die Oberflächenhärte des lokal eingegrenzten minimalen Flächenbereichs und die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des lokal eingegrenzten minimalen Flächenbereichs, die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des ersten Befestigungsbereichs und die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des zweiten Befestigungsbereichs gemäß dem laut JISZ2244 definierten Härteprüfungsverfahren nach Vickers gemessen. Die Oberflächenhärte des lokal eingegrenzten minimalen Flächenbereichs gilt als die Oberflächenhärte des minimalen Flächenbereichs. Die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des lokal eingegrenzten Flächenbereichs gilt als die Durchschnittshärte des minimale Flächenbereichs. Der Durchschnittswert der Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des ersten Befestigungsbereichs und die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des zweiten Befestigungsbereichs gelten als die Durchschnittshärte der radialen Querschnitte des ersten Befestigungsbereichs und des zweiten Befestigungsbereichs.
Jeder Spurstangenkopf wird auf eine Druckprüfmaschine gelegt, während er mit der Spurstange zusammengebaut wird. Dann wird auf jeden stählernen Spurstangenkopf eine axiale Last ausgeübt, und es wird die Last gemessen, bei der der jeweilige stählernen Spurstangenkopf einknickt.
Bei der Messung der Knicklast gemäß dem vorstehenden Verfahren werden eine axiale Last, die auf jeden stählernen Spurstangenkopf ausgeübt wird, und eine axiale Verschiebung eines jeden stählernen Spurstangenkopf gemessen. Dann wird die Beziehung zwischen der gemessenen Last und der gemessenen Verschiebung in Form eines Graphen aufgetragen und die Neigung des Graphen als die Steifigkeit eines jeweiligen stählernen Spurstangenkopfes berechnet.
Eine nach JIS/2242 definierte Rundkerbprobe (mit einer Kerbtiefe von 2 mm) wird anhand des minimalen Flächenbereichs eines jeweiligen stählernen Spurstangenkopfs erstellt, und jedes Prüfstück wird bei einer Temperatur von –40°C einem Charpy-Kerbschlagbiegeversuch ausgesetzt.

Für jeden stählernen Spurstangenkopf werden mehrere Einzelstücke hergestellt, und dann die Zerspanbarkeit eines jeden stählernen Spurstangenkopfs auf Basis der Lebensdauer eines Werkzeugs ausgewertet, das zum Zerspanen bzw. Schneiden des ersten Befestigungsbereichs im Bearbeitungsvorgang verwendet wird. Dabei wird eine vorteilhafte Bearbeitbarkeit bzw. Zerspannbarkeit festgestellt (Bewertung: 0), wenn während der Herstellung von 300 stählernen Spurstangenköpfen kein Werkzeug kaputt geht. Eine schlechte Bearbeitbarkeit wird festgestellt (Bewertung: x), wenn das Werkzeug kaputt geht, bevor 300 stählerne Spurstangenköpfe hergestellt werden konnten. Tabelle 1

	Ausführungsformen			Vergleichsbeispiele
	Erste	Zweite	Dritte	Erste	Zweite	Dritte	Vierte	Fünfte
Stahltyp	S48C	Borstahl	Borstahl	S48C	S48C	S48C	S48C	S48C
Form Spurstangenkopf Dmin/D × 100 (%)	72,5	72,5	72,5	72,5	96,9	72,5	72,5	96,9
Martensit-Anteil (%) am minimalen Flächenbereich	100	95	100	94	90	74	91	0
Oberflächenhärte (HV) des Wellenbereichs	480	510	400	670	490	420	490	210
Durchschnittshärte (HV) des Wellenbereichs	430	500	400	650	450	390	450	210
Härte (HV) des ersten Befestigungsbereichs und des zweiten Befestigungsbereichs	220	220	220	220	220	220	450	210
Abschreckverfahren	Hochfrequenz	Hochfrequenz	Hochfrequenz	Hochfrequenz	Hochfrequenz	Hochfrequenz	Erwärmung in Hochofen	Normalglühen
Abschreckbereich	Wellenbereich	Wellenbereich	Wellenbereich	Wellenbereich	Wellenbereich	Wellenbereich	Gesamt	-
Anlasstemperatur (°C)	420	-	350	180	420	420	420	-
Steifigkeit (kN/mm)	38	37	39	38	61	36	39	63
Niedertemperatur-Stoßfestigkeit (J/cm²)	80	105	120	15	80	80	80	65
Knicklast (kN)	55	56	54	56	71	46	55	54
Zerspanbarkeit	O	O	O	O	O	O	x	O

Wie in 1 gezeigt ist, weist jeder der stählernen Spurstangenköpfe gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform den minimalen Flächenbereich auf (der aus einem Bereich des Wellenbereichs zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich besteht und dessen radiale Querschnittsfläche 80% oder weniger der radialen Querschnittsfläche des ersten Endbereichs und 80% oder weniger der radialen Querschnittsfläche des zweiten Endbereichs aufweist). Darüber hinaus beträgt der Martensit-Anteil des minimalen Flächenbereichs (des lokal eingegrenzten Flächenbereichs) in jedem der stählernen Spurstangenköpfe gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform 90% oder mehr. Ferner betragen die Oberflächehärte des minimalen Flächenbereichs und die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des minimalen Flächenbereichs 600 Hv oder weniger, und die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des ersten Befestigungsbereichs und die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des zweiten Befestigungsbereichs betragen 300 Hv oder mehr.
Die Steifigkeit eines jeweiligen stählernen Spurstangenkopfs gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform beträgt 37 bis 39 kN/mm und ist ausreichend niedrig. Demgegenüber beträgt die Steifigkeit eines jeweiligen stählernen Spurstangenkopfs gemäß dem zweiten bis fünften Vergleichsbeispiel, die keinen minimalen Flächenbereich aufweisen, 61 bis 63 kN/mm, und ist somit bemerkenswert hoch. Aus den vorstehenden Ergebnissen kann geschlossen werden, dass durch den minimalen Flächenbereich für den Wellenbereich die Steifigkeit des stählernen Spurstangenkopf um ein Deutliches reduziert wird. Zu beachten ist, dass ein stählernen Spurstangenkopf mit geringer Steifigkeit sich leicht verbiegt, so dass das mit dem eine geringe Steifigkeit aufweisenden stählernen Spurstangenkopf versehene Fahrzeug ein hervorragendes Lenkgefühl vermittelt.
Darüber hinaus beträgt der Martensit-Anteil des minimalen Flächenbereichs in den jeweiligen stählernen Spurstangenköpfen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform 90% oder mehr, so dass die Festigkeit des minimalen Flächenbereichs hoch ist (Härte 430 bis 510 Hv). Demgegenüber ist der Martensit-Anteil des minimalen Flächenbereichs in den jeweiligen stählernen Spurstangenköpfen gemäß dem dritten und fünften Vergleichsbeispiel niedrig (0 bis 74%), und die Festigkeit des minimalen Flächenbereichs ist sehr gering (Härte 210 bis 420 Hv). Den vorstehend angeführten Ergebnissen kann entnommen werden, dass, wenn der Martensit-Anteil des minimalen Flächenbereichs 90% oder mehr beträgt, die Festigkeit des minimalen Flächenbereichs erhöht werden kann, und, durch Dehnung, die Festigkeit des Wellenbereichs auch dann erhöht werden kann, wenn der Wellenbereich eine geringe Steifigkeit aufweist. Es ist zu beachten, dass die hohe Festigkeit eines jeweiligen der stählernen Spurstangenköpfe gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform durch die hohe Knicklast (54 bis 56 kN) eines jeweiligen der stählernen Spurstangenköpfe der ersten bis dritten Ausführungsform bestätigt wird.
Demgegenüber übertrifft in dem stählernen Spurstangenkopf gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel die Oberflächenhärte des minimalen Flächenbereichs und die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des minimalen Flächenbereichs 600 Hv, da die Anlasstemperatur extrem niedrig ist. Dabei weist der stählerne Spurstangenkopf gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel eine schlechte Stoßfestigkeit auf.
Darüber hinaus ist in dem stählernen Spurstangenkopf gemäß dem fünften Vergleichsbeispiel der Martensit-Anteil des minimalen Flächenbereichs gering, und die Festigkeit des Wellenbereichs ist sehr gering, da anstelle des Hochfrequenz-Abschreckvorgangs der Normalisierungsvorgang bzw. das Normalglühen ausgeführt wird.
Bei dem stählernen Spurstangenkopf gemäß der ersten Ausführungsform in der nur der Wellenbereich einem Hochfrequenz-Abschreckvorgang unterzogen wird, ist im Vergleich zu dem stählernen Spurstangenkopf gemäß dem vierten Vergleichsbeispiel, in dem das gesamte Spurstangenkopf-Halberzeugnis in einem Hochofen erwärmt wird, die Festigkeit des ersten Befestigungsbereichs und des zweiten Befestigungsbereichs gering (Durchschnittshärte 300 Hv oder weniger) und die Zerspanbarkeit hoch. Den vorstehend angeführten Ergebnissen kann entnommen werden, dass die Festigkeit des ersten Befestigungsbereichs und des zweiten Befestigungsbereichs in dem stählernen Spurstangenkopf durch ausschließliches Erwärmen des Wellenbereichs mittels Hochfrequenz verringert werden kann, und die Bearbeitbarkeit des ersten Befestigungsbereichs und des zweiten Befestigungsbereichs verbessert werden kann.
Außerdem ist in dem stählernen Spurstangenkopf gemäß dem dritten Vergleichsbeispiel der Martensit-Anteil des minimalen Flächenbereichs gering, und die Festigkeit des Wellenbereichs schlecht. Dies ist darin gegründet, dass im Abschreckvorgang eine Öllkühlung vorgenommen wird, um die Kühlgeschwindigkeit beim Abschrecken zu verzögern.
In jedem der stählernen Spurstangenköpfe gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform ist die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des minimalen Flächenbereichs um 100 Hv oder mehr höher als die Durchschnittshärte der radialen Querschnitte des ersten Endbereichs und des zweiten Endbereichs. Somit kann in jedem der stählernen Spurstangenköpfe gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform eine hohe Festigkeit an dem minimalen Flächenbereich (d. h. dem Wellenbereich) sichergestellt und eine hohe Zerspanbarkeit an dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich gewährleistet werden.

Claims

Stählerner Spurstangenkopf (1), aufweisend: einen Wellenbereich (2); einen ersten Befestigungsbereich (3), der sich an einen ersten Endbereich (21) des Wellenbereichs in einer Längsrichtung des Wellenbereichs anschließt; und einen zweiten Befestigungsbereich (4), der sich an einen zweiten Endbereich (22) des Wellenbereichs in der Längsrichtung des Wellenbereichs anschließt, wobei: der Wellenbereich einen minimalen Flächenbereich (25, 26) aufweist, der zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich angeordnet ist, und eine radiale Querschnittsfläche des minimalen Flächenbereichs 80% oder weniger einer radialen Querschnittsfläche des ersten Endbereichs und 80% oder weniger einer radialen Querschnittsfläche des zweiten Endbereichs beträgt; dadurch gekennzeichnet, dass ein Martensit-Anteil einer Stahlstruktur des minimalen Flächenbereichs 90% oder mehr beträgt, eine Oberflächenhärte des minimalen Flächenbereichs und eine Durchschnittshärte eines radialen Querschnitts des minimalen Flächenbereichs 600 Hv oder weniger beträgt; und eine Durchschnittshärte eines radialen Querschnitts des ersten Befestigungsbereichs und eine Durchschnittshärte eines radialen Querschnitts des zweiten Befestigungsbereichs 300 Hv oder weniger beträgt.
Stählerner Spurstangenkopf nach Anspruch 1, wobei die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des minimalen Flächenbereichs um 100 Hv oder mehr höher ist als die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des ersten Befestigungsbereichs und die Durchschnittshärte des radialen Querschnitts des zweiten Befestigungsbereichs.
Stählerner Spurstangenkopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine radiale Querschnittsfläche des Wellenbereichs von dem ersten Endbereich graduell in Richtung des minimalen Flächenbereichs variiert, und graduell von dem zweiten Endbereich in Richtung des minimalen Flächenbereichs variiert.
Stählerner Spurstangenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der stählerner Spurstangenkopf aus S48C-Stahl oder Borstahl gefertigt ist.
Verfahren zum Herstellen eines stählernen Spurstangenkopfs (1), aufweisend: einen Formvorgang zum Formen eines Spurstangenkopf-Halberzeugnisses, das einen angehenden Wellenbereich (2), einen angehenden ersten Befestigungsbereich (3), der sich an einen angehenden ersten Endbereich (21) des angehenden Wellenbereichs in einer Längsrichtung des angehenden Wellenbereichs anschließt, und einen angehenden zweiten Befestigungsbereich (4), der sich an einen angehenden zweiten Endbereich (21) des angehenden Wellenbereichs in einer Längsrichtung des angehenden Wellenbereichs anschließt, aufweist; wobei in dem Formvorgang ein angehender minimaler Flächenbereich (25, 26) zwischen dem angehenden ersten Endbereich und dem angehenden zweiten Endbereich in dem angehenden Wellenbereich ausgebildet wird, so dass eine radiale Querschnittsfläche des angehenden minimalen Flächenbereichs 80% oder weniger der radialen Querschnittsfläche des angehenden ersten Endbereichs und 80% oder weniger einer radialen Querschnittsfläche des angehenden zweiten Endbereichs beträgt, das Verfahren ist gekennzeichnet durch: einen Abschreckvorgang zum Ausüben eines Hochfrequenz-Abschreckvorgangs auf den angehenden Wellenbereich des Spurstangenkopf-Halberzeugnisses und anschließenden Abkühlen des angehenden Wellenbereichs; und einen Zerspanvorgang zum Zerspanen von zumindest entweder dem ersten Befestigungsbereich oder dem zweiten Befestigungsbereich, wobei: in dem Abschreckvorgang, nur der angehende Wellenbereich mittels Hochfrequenz auf eine Austenitisierungstemperatur erwärmt und dann mit Wasser oder einem Kühlmittel rasch abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner einen Anlassvorgang, nach dem Abschreckvorgang, beinhaltet, wobei der angehende Wellenbereich erneut erwärmt und der angehende Wellenbereich dann abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei, in dem Anlassvorgang, der angehende Wellenbereich auf 350°C oder mehr erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Spurstangenkopf-Halberzeugnis aus Borstahl gefertigt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Spurstangenkopf-Halberzeugnis aus S48C-Stahl gefertigt ist.