JP4687712B2 - 高周波焼入れ中空駆動軸 - Google Patents
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Description
Neff=N−14×Ti/47.9≧0の場合に
Beff=B−10.8×(N−14×Ti/47.9)/14 ・・・ (a)
Neff=N−14×Ti/47.9<0の場合に
Beff=B ・・・ (b)
ただし、Ti、NおよびBを含有量%とし、Neff=N−14×Ti/47.9≧0の場合に、Beff=B−10.8×(N−14×Ti/47.9)/14 ・・・ (a)
同様に、Neff=N−14×Ti/47.9<0の場合に、Beff=B ・・・ (b)
図2は、冷間加工性に及ぼすCrの影響を示す図である。
図3は、焼入れ性に及ぼすBおよびCrの影響を示す図である。
図4は、焼入れ性に及ぼすB、NおよびTiの影響を示す図である。
図5は、疲労強度および耐久比に及ぼすCrの影響を示す図である。
図6は、熱処理後のオーステナイト結晶粒度が駆動軸の捩り疲労強度に及ぼす影響を示す図である。
図7は、実施例で行った疲労試験に用いた試験片の形状を示す図である。
Cは、強度を増加し疲労強度を向上させる元素であるが、冷間加工性および靭性を低下させる元素である。C含有量が0.30%未満であると、十分な硬さが得られない。一方、C含有量が0.47%を超えると、冷間成形性が低下すると同時に、焼入後の硬さが高くなりすぎて靭性が低下し、粒界破壊を助長することによって、捩り疲労強度を低下させる。
Siは、脱酸剤として必要な元素である。しかし、その含有量が0.5%を超えると冷間加工性が確保できないので、0.5%以下とした。前記図1に示すように、Si含有量は少なくなればなるほど、冷間加工性が向上する。したがって、より過酷な冷間加工にも対応できるように、Si含有量は0.22%以下にするのが望ましく、さらに大きな加工を受ける場合には、0.14%以下にするのがより望ましい。
Mnは、熱処理時の焼入れ性を確保し、強度と靱性を改善するのに有効な元素である。その効果を発揮し全肉厚に亘り内面まで十分に硬化させるには、Mn含有量は0.3%以上が必要である。一方、Mnを2.0%超えて含有させると、冷間加工性が低下する。このため、Mn含有量は0.3〜2.0%とした。また、良好なバランスで焼入れ性および冷間加工性を確保するには、Mn含有量は1.1〜1.7%とするのが望ましく、さらに1.2〜1.4%にするのがより望ましい。
Pは、鋼中に不純物として含まれ、凝固時に最終凝固位置近傍に濃化し、かつ粒界に偏析して熱間加工性、靱性および疲労強度を低下させる。P含有量が0.018%を超えると、粒界偏析による靭性低下が顕著となり、粒界破壊を誘起して捩り疲労強度を不安定にする。駆動軸の靭性および疲労強度を高水準で維持するには、望ましいP含有量は0.009%以下である。
Sは、鋼中に不純物として含まれ、凝固時に粒界に偏析し、熱間加工性および靱性を低下させる。S含有量が0.015%を超えると、MnSが多発し冷間加工性を低下させるとともに、捩り疲労強度の低下につながる。さらに大きな加工を受ける場合には、S含有量は0.005%以下にするのが望ましい。
Crは、前記図2および図5に示すように、冷間加工性をあまり低下させずに疲労強度を高める元素であり、さらに前記図3に示すように、Bと同様に焼入れ性の向上にも有効な元素である。したがって、Cr含有量は、所定の疲労強度を確保するため、0.15%以上とする。一方、Crは1.0%を超えて含有すると、冷間加工性の低下が顕著となる。このため、Cr含有量は0.15〜1.0%とした。
さらに、良好なバランスで疲労強度、冷間加工性および焼入れ性を確保するには、Cr含有量は0.2〜0.8%にするのが望ましく、0.3〜0.6%とするのがより望ましい。
Alは、脱酸剤として作用する元素である。脱酸剤としての効果を得るためには、0.001%以上の含有が必要であるが、その含有量が0.05%を超えると、アルミナ系介在物が増加し疲労強度が低下するとともに、切削面の表面性状を低下させる。このため、Al含有量は0.001〜0.05%とした。さらに、安定した表面品質を確保するには、Al含有量は0.001〜0.03%とするのが望ましい。
Tiは、鋼中のNをTiNとして固定する作用を有している。しかし、Ti含有量が0.005%未満では、Nを固定する能力が十分に発揮されず、一方、0.05%を超えると、鋼の冷間加工性および靱性が低下する。このため、Ti含有量は0.005〜0.05%とする。
Nは、靱性を低下させる元素であり、鋼中でBと結合し易い。N含有量が0.01%を超えると、冷間加工性および靱性が著しく低下するので、その含有量は0.01%以下とした。冷間加工性および靱性を向上させる観点からは、0.007%以下が望ましい。
Bは、焼入れ性を向上させる元素である。その含有量が0.0005%未満では、焼入れ性が不足し、一方、0.005%を超えて含有すると、粒界に析出して粒界破壊を誘起し、捩り疲労強度を低下させる。
すなわち、Neff=N−14×Ti/47.9≧0の場合に
Beff=B−10.8×(N−14×Ti/47.9)/14 ・・・ (a)
同様に、Neff=N−14×Ti/47.9<0の場合に
Beff=B ・・・ (b)
また、Beffの値は大きくなればなるほど、焼入れ性が向上するので、Beffが0.0005以上を満足するのが望ましく、さらにBeffが0.001以上を満足するがより望ましい。
Caは、鋼を鋳込む際に作業性を改善するためやむを得ず添加する場合があるが、0.004%を超えて含有すると、介在物が増加し冷間加工性および切削面の表面性状を著しく低下させる。したがって、Ca含有量は、0.004%以下にする。Ca含有量は、0.0004%以下にするのが望ましい。
Oは、靭性および疲労強度を低下させる不純物である。O含有量が0.0050%を超えると、靭性および疲労強度が著しく低下するので、0.0050%以下とした。
Cu、NiおよびMoは、添加させなくてもよいが、いずれも焼入れ性を向上させて鋼の強度を高め、疲労強度の向上に有効な元素である。これらの効果を得たい場合には、いずれかを1種または2種以上を含有させることができる。Cu、NiおよびMoのいずれの元素も、含有量が0.05%未満であると、強度を高め、疲労強度を改善する効果が低い。しかし、その含有量が1%を超えると、冷間加工性が著しく低下する。このため、添加させる場合には、Ni、MoおよびCuの含有量は、いずれも0.05〜1%とした。
VおよびNbは、添加させなくてもよいが、いずれも炭化物を形成し、結晶粒粗大化の防止により靱性を向上させるのに有効な元素である。したがって、鋼の靱性を向上させる場合に、いずれか1種または2種を含有させることができる。その効果は、VおよびNbのいずれの元素も、含有量が0.005%以上で得られる。しかし、いずれも0.1%を超える含有になると、粗大な析出物が生成し、かえって靱性を低下させる。このため、添加させる場合には、VおよびNbの含有量は、いずれも0.005〜0.1%とした。
本発明の中空駆動軸は、上記化学組成の鋼管を素材とし、管端の絞り加工や転造加工、さらに切削加工により所定の形状に成形加工し、その後に高周波焼入れを行うことにより、オーステナイト結晶粒度番号(JIS G0551)で9以上とする。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.30〜0.47%、Si:0.5%以下、Mn:0.3〜2.0%、P:0.018%以下、S:0.015%以下、Cr:0.15〜1.0%、Al:0.001〜0.05%、Ti:0.005〜0.05%、Ca:0.004%以下、N:0.01%以下、B:0.0005〜0.005%およびO(酸素):0.0050%以下を含み、残部がFeおよび不純物であり、
下記(a)または(b)式で規定するBeffが0.0001以上である鋼管を素材とし、
高周波焼入れ後のオーステナイト結晶粒度番号(JIS G0551)が9以上であることからなる高周波焼入れ中空駆動軸。
ただし、Ti、NおよびBを含有量%とし、Neff=N−14×Ti/47.9≧0の場合に
Beff=B−10.8×(N−14×Ti/47.9)/14 ・・・ (a)
同様に、Neff=N−14×Ti/47.9<0の場合に
Beff=B ・・・ (b) - さらに、質量%で、V:0.1%以下およびNb:0.1%以下のうちから1種または2種を含有することを特徴とする請求項1に記載の高周波焼入れ中空駆動軸。
- 質量%で、C:0.30〜0.47%、Si:0.5%以下、Mn:0.3〜2.0%、P:0.018%以下、S:0.015%以下、Cr:0.15〜1.0%、Al:0.001〜0.05%、Ti:0.005〜0.05%、Ca:0.004%以下、N:0.01%以下、B:0.0005〜0.005%およびO(酸素):0.0050%以下を含み、さらに、Cu:1%以下、Ni:1%以下およびMo:1%以下のうちから1種または2種以上を含有し、残部がFeおよび不純物であり、
下記(a)または(b)式で規定するBeffが0.0001以上である鋼管を素材とし、
高周波焼入れ後のオーステナイト結晶粒度番号(JIS G0551)が9以上であることからなる高周波焼入れ中空駆動軸。
ただし、Ti、NおよびBを含有量%とし、Neff=N−14×Ti/47.9≧0の場合に
Beff=B−10.8×(N−14×Ti/47.9)/14 ・・・ (a)
同様に、Neff=N−14×Ti/47.9<0の場合に
Beff=B ・・・ (b) - さらに、質量%で、V:0.1%以下およびNb:0.1%以下のうちから1種または2種を含有することを特徴とする請求項3に記載の高周波焼入れ中空駆動軸。
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