JP2006046353A - Wheel supporting hub bearing unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する車輪支持用ハブ軸受ユニットに関する。 The present invention relates to a wheel support hub bearing unit that rotatably supports a wheel of an automobile or the like with respect to a suspension device.
自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する車輪支持用ハブ軸受ユニットは、外周面に軌道面を有する内方部材と、内周面に軌道面を有する外方部材と、これら両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える。また、内方部材の外周面及び外方部材の外周面のうち少なくとも一方に、車輪又は懸架装置を取り付けるためのフランジが設けられた、内方部材,外方部材が複雑な形状を有する車輪支持用ハブ軸受ユニットも、従来から多く用いられている。 A wheel bearing hub bearing unit that rotatably supports a wheel of an automobile or the like with respect to a suspension device includes an inner member having a raceway surface on an outer peripheral surface, an outer member having a raceway surface on an inner peripheral surface, A plurality of rolling elements that are arranged to freely roll between the raceway surfaces. In addition, at least one of the outer peripheral surface of the inner member and the outer peripheral surface of the outer member is provided with a flange for attaching a wheel or a suspension device, and the inner member and the outer member have a complicated shape. Conventionally, many hub bearing units have been used.
図7は、従来から広く使用されている車輪支持用ハブ軸受ユニットの構造を示す断面図である。この車輪支持用ハブ軸受ユニット101は、ハブ102と、内輪103と、外輪104と、二列の転動体105,105と、を備えており、ハブ102の外周面の外端側部分には、図示しない車輪を支持するための車輪取り付け用フランジ106が設けられている。
なお、本明細書においては、車輪支持用ハブ軸受ユニットを自動車等の車両に取り付けた状態において、車両の幅方向外側を向いた部分を外端側部分と称し、幅方向中央側を向いた部分を内端側部分と称する。すなわち、図7においては、左側が外端側となり、右側が内端側となる。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a wheel support hub bearing unit that has been widely used conventionally. The wheel support
In this specification, in a state where the wheel support hub bearing unit is attached to a vehicle such as an automobile, the portion facing the width direction outer side of the vehicle is referred to as an outer end side portion, and the portion facing the width direction center side Is referred to as an inner end portion. That is, in FIG. 7, the left side is the outer end side, and the right side is the inner end side.
また、ハブ輪102の内端側部分には外径の小さい段部108が形成されており、該段部108に内輪103が嵌め込まれている。ハブ102の内端側部分には、円筒部110が内輪103よりも内端側に突出して形成されており、該円筒部110の外周面には雄ねじが形成されている。そして、この雄ねじに螺合されたナット111と、段部108の段差面112とで、内輪103を狭持することにより、内輪103をハブ102に一体的に固定している。なお、円筒部110の先端には係止凹部114が設けてあり、ナット111のうち係止凹部114に対応する部分を径方向内方に加締めることによって、ナット111の緩み止めが図られている。
A
ハブ102の外周面の軸方向中間部及び内輪103の外周面には、それぞれ軌道面が形成され、内輪軌道面120a,120bとされている。また、外輪104の内周面には両内輪軌道面120a,120bに対応する外輪軌道面121a,121bが形成されている。さらに、内輪軌道面120a,120bと外輪軌道面121a,121bとの間には、それぞれ複数の転動体105が転動自在に配置されている。そして、外輪104の外周面には、車輪取り付け用フランジ106から離間する側の端部に、懸架装置取り付け用フランジ117が設けられている。
A raceway surface is formed on each of the intermediate portion in the axial direction of the outer peripheral surface of the
このような車輪支持用ハブ軸受ユニット101を自動車に組み付けるには、外輪104の外周面に形成した懸架装置取り付け用フランジ117により、外輪104を懸架装置に固定し、車輪を車輪取り付け用フランジ106に固定する。その結果、車輪支持用ハブ軸受ユニット101によって車輪が懸架装置に対し回転自在に支持される。
上記のような構造の車輪支持用ハブ軸受ユニット101の場合には、円筒部110の先端に係止凹部114を形成する作業や、ナット111の一部を径方向内方に加締める作業が必要になる。そこで、近年では、部品コスト及び組立てコストの低減による車輪支持用ハブ軸受ユニットの低廉化、並びに、部品の小型化による車輪支持用ハブ軸受ユニットの小型・軽量化等を目的として、従来のナット方式の他に、図8に示すような加締め方式の車輪支持用ハブ軸受ユニットも普及してきている。
In order to assemble such a wheel support
In the case of the wheel support
図8の車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいては、ハブ102の内端側部分で内輪103よりも内端側に突出している円筒部110を径方向外方に加締め広げることで形成した加締め部118により、内輪103を段部108の段差面112に向け押し付けて、内輪103をハブ102に一体的に固定している。この場合は、加締めによって内輪103をハブ102に固定しているので、部品コスト及び組立てコストの低減による低廉化や、軽量化,省スペース化が図れるというメリットがある。なお、図8においては、図7と同一又は相当する部分には、図7と同一の符号を付してある。
In the wheel supporting hub bearing unit of FIG. 8, a caulking portion formed by caulking and expanding the
外輪104やハブ102を構成する材料としては、日本工業規格のS53CやSAE1055等の構造用炭素鋼がよく用いられている。外輪軌道面121a,121b及び内輪軌道面120a,120bには、転動体105から高面圧が繰り返し負荷されるため、十分な転がり疲労寿命と耐摩耗性とを兼ね備えるように、高周波焼入れによる硬化層が形成されている。また、外輪104の外輪軌道面121a,121b以外の部分や、ハブ102の内輪軌道面120a以外の部分は、加工性等の観点から、熱間鍛造したままの状態で使用される(以降は、このような状態の部分を「非調質部」と記す)。
近年、自動車の燃費向上及び走行性能の向上のため、車輪支持用ハブ軸受ユニットの軽量化に関する要求が高くなっており、例えば、車輪や懸架装置を取り付けるためのフランジのさらなる薄肉化も考慮されている。しかしながら、フランジを単に薄肉化した場合には、フランジに加わる応力が大きくなるため、フランジの強度が不足して疲労破壊が生じやすくなることが懸念される。 In recent years, in order to improve the fuel efficiency and driving performance of automobiles, there has been an increasing demand for weight reduction of hub bearing units for supporting wheels. For example, it is considered to further reduce the thickness of flanges for mounting wheels and suspension devices. Yes. However, when the flange is simply thinned, the stress applied to the flange increases, and there is a concern that the strength of the flange is insufficient and fatigue failure is likely to occur.
特に、車輪が取り付けられる部材に設けられたフランジの付け根部分は、回転しながら曲げ応力が負荷される。また、前記フランジには、車輪の回転に伴なって捩り応力が加わるため、これに対する十分な強度が確保できない場合には疲労破壊が生じる。
また、前記フランジには、車輪及びディスクロータを取り付けるためのスタッドやボルトを挿通するための通孔が形成されるが、薄肉化されるとフランジの強度が低下するので、フランジに車輪を取り付けるためにスタッドとナットとを緊締する際や、通孔に挿通したボルトを緊締する際に、フランジのうちのスタッドの基端部を内嵌した通孔の周囲部分が変形しやすくなることも懸念される。
In particular, a bending stress is applied to the base portion of the flange provided on the member to which the wheel is attached while rotating. In addition, since a torsional stress is applied to the flange as the wheel rotates, fatigue failure occurs if sufficient strength cannot be ensured.
Also, the flange is formed with a through hole for inserting a stud or bolt for attaching the wheel and the disk rotor, but the strength of the flange is reduced when the thickness is reduced, so that the wheel is attached to the flange. When tightening the stud and nut, or tightening the bolt inserted through the through hole, there is a concern that the peripheral part of the through hole in which the base end portion of the stud of the flange is fitted is likely to be deformed. The
通孔の周囲部分が変形すると、フランジに取り付けられているディスクロータのハブの回転中心に対する直角度が悪化する。すなわち、被制動面であるディスクロータの両側面は、ハブの回転中心に対し直角をなすべきものであるが、上記変形によって回転中心に対する前記両側面の直角度が悪化する。その結果、ディスクロータの両側面が回転に伴なって軸方向に変位して、振れが発生する。このような原因で生じる振れの振幅が数十μm程度であっても、制動時にジャダーと呼ばれる振動が発生するおそれがあり、乗り心地性やハブ軸受ユニットの耐久性が低下することになる。したがって、フランジを薄肉化して軽量化を図る場合には、非調質部において十分な疲労強度,降伏強度等が必要不可欠となる。 When the peripheral portion of the through hole is deformed, the perpendicularity with respect to the rotation center of the hub of the disk rotor attached to the flange is deteriorated. That is, both side surfaces of the disk rotor, which is the surface to be braked, should be perpendicular to the center of rotation of the hub. As a result, both side surfaces of the disk rotor are displaced in the axial direction with rotation, and vibration occurs. Even if the amplitude of vibration caused by such a cause is about several tens of μm, vibration called judder may occur at the time of braking, and riding comfort and durability of the hub bearing unit are lowered. Therefore, when the flange is thinned to reduce the weight, sufficient fatigue strength, yield strength, etc. are indispensable in the non-heat treated portion.
しかしながら、前述したようにフランジを有する部材にあっては、車輪や懸架装置を取り付けるためのスタッドやボルトを挿通するための通孔を精度良く加工する必要があるので、強度向上を図るために単に硬さを増加させると、著しく加工性が低下して大幅に生産性が悪化する。
また、加締め方式の車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいては、適正な予圧を付与することに加えて、ハブに外嵌した内輪の抜け出しを防止するための加締め部を塑性加工により形成する必要がある。この加締め部の硬さが増大して塑性加工性が低下すると、適正な予圧付与が困難となったり、冷間加工性が低下したりして、加締め部の健全性が損なわれることも懸念される。
However, in the case of a member having a flange as described above, it is necessary to accurately process a through hole for inserting a stud or bolt for attaching a wheel or a suspension device. When the hardness is increased, the workability is remarkably lowered and the productivity is greatly deteriorated.
In addition, in the caulking type wheel support hub bearing unit, in addition to applying an appropriate preload, it is necessary to form a caulking portion for preventing the inner ring fitted on the hub from coming out by plastic working. is there. If the hardness of the caulking part increases and the plastic workability decreases, it becomes difficult to apply an appropriate preload, or the cold workability deteriorates, and the soundness of the caulking part may be impaired. Concerned.
以上のような観点から、車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいては、転がり疲労を受ける内輪軌道面及び外輪軌道面だけでなく、その他の非調質部においても、熱間鍛造後において十分な強度と加工性とが求められる。
一般に、鋼の強度は素材硬さと良好な相関性があり、例えば、0.7質量%以上の炭素を含有する高炭素鋼を用いて熱間鍛造後の硬さを向上させれば、強度を向上させることが可能である。ただし、その反面、加工性が著しく低下して、大幅なコストアップを余儀なくされる。また、この場合には、加締め方式のハブ軸受ユニットにおいては、加締め部の塑性加工性が低下して、加締め加工自体が困難となる。
From the above viewpoint, in the wheel bearing hub bearing unit, not only the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface that are subject to rolling fatigue, but also other non-heat treated parts have sufficient strength and processing after hot forging. Sexuality is required.
In general, the strength of steel has a good correlation with the material hardness. For example, if the hardness after hot forging is improved using a high carbon steel containing 0.7% by mass or more of carbon, the strength is increased. It is possible to improve. However, on the other hand, the workability is remarkably lowered, and the cost is inevitably increased. In this case, in the caulking type hub bearing unit, the plastic workability of the caulking portion is lowered, and the caulking process itself becomes difficult.
特許文献1には、主要な合金成分として、炭素を0.5〜0.7質量%、ケイ素を0〜0.6質量%、マンガンを0.4〜1.2質量%、バナジウムを0.05〜0.2質量%含有する転がり軸受用合金鋼、及び、ハブ軸受ユニットが開示されている。ただし、転がり軸受用合金鋼の引張強度や降伏強度については開示されているが、その加工性や転がり疲労寿命等のハブ軸受ユニットに求められる機能や諸品質に関しては考慮されていない。 In Patent Document 1, as main alloy components, 0.5 to 0.7% by mass of carbon, 0 to 0.6% by mass of silicon, 0.4 to 1.2% by mass of manganese, and 0.8% of vanadium are disclosed. An alloy steel for rolling bearings containing 0.5 to 0.2% by mass and a hub bearing unit are disclosed. However, although the tensile strength and the yield strength of the alloy steel for rolling bearings are disclosed, the functions and quality required for the hub bearing unit such as workability and rolling fatigue life are not considered.
また、特許文献2には、主要な合金成分として、炭素を0.5〜0.7質量%、ケイ素を0.5〜0.9質量%、マンガンを0.5〜1.0質量%、クロムを0.4質量%以下、バナジウムを0.01〜0.15質量%含有し、C%+1/7Si%+1/5Mn%+1/9Cr%−5/7S%+V%なる式で算出される炭素当量Ceqが0.75以上0.9以下である被削性に優れる高強度高周波焼入用鋼が開示されている。
In
ただし、非調質部の硬さ等については言及されているが、降伏強度は硬さだけに依存せずミクロ組織等にも強く依存するため、特許文献2に開示のものでは、フランジの薄肉化による軽量化に必ずしも応えることができない場合がある。また、軌道面の硬さや硬化層深さ等に関しては考慮されていない。
さらに、特許文献3には、合金元素として、炭素を0.5〜0.7質量%、ケイ素を0.6〜1.2質量%、マンガンを0.6〜1.0質量%含有し、且つ、11271C%+5796Si%+2665Mn%−6955なる式で算出されるLが5000以上で、48.0C%+5.7Si%+11.5Mn%−16.2なる式で算出されるHが23〜25である、加工性,疲労強度,及び転がり疲労寿命に優れる転動部品が開示されている。ただし、非調質部の硬さ及び硬化層の表面硬さについて言及されているのみである。
However, although the hardness of the non-heat treated part is mentioned, the yield strength does not depend only on the hardness but also strongly depends on the microstructure or the like. There are cases in which it is not always possible to meet the weight reduction due to the increase in the weight. Further, no consideration is given to the hardness of the raceway surface, the depth of the hardened layer, and the like.
Furthermore, Patent Document 3 contains 0.5 to 0.7% by mass of carbon, 0.6 to 1.2% by mass of silicon, and 0.6 to 1.0% by mass of manganese as alloy elements. And L calculated by the formula 11271C% + 5796Si% + 2665Mn% -6955 is 5000 or more, and H calculated by the formula 48.0C% + 5.7Si% + 11.5Mn% -16.2 is 23-25. A certain rolling component having excellent workability, fatigue strength, and rolling fatigue life is disclosed. However, only the hardness of the non-tempered part and the surface hardness of the hardened layer are mentioned.
このように、特許文献1〜3に記載のものは、非調質部の強度と加工性との両方を十分に満足するものではない。また、ハブ軸受ユニットは、一般の転がり軸受と同様に、内輪軌道面及び外輪軌道面において転がり疲労を受けるため、軌道面の硬化層においては十分な転がり疲労寿命が求められるが、特許文献1〜3に記載のものは、軌道面の硬化層の転がり疲労寿命に関してほとんど考慮されていない。 Thus, the thing of patent documents 1-3 does not fully satisfy both the intensity | strength and workability of a non-tempered part. Further, since the hub bearing unit is subjected to rolling fatigue on the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface in the same manner as a general rolling bearing, a sufficient rolling fatigue life is required in the hardened layer of the raceway surface. No. 3 hardly considers the rolling fatigue life of the hardened layer on the raceway surface.
さらに、ハブ軸受ユニットの場合は、鍛造時の加熱条件や冷却条件によっても硬さ,組織,強度が多様に変化するので、製品の品質を向上させるためには、鍛造で製作されたハブ軸受ユニットの硬さやミクロ組織なども考慮する必要がある。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、生産性に優れることに加えて軽量で長寿命な車輪支持用ハブ軸受ユニットを提供することを課題とする。
Furthermore, in the case of a hub bearing unit, the hardness, structure, and strength vary depending on the heating and cooling conditions during forging. Therefore, to improve product quality, the hub bearing unit is manufactured by forging. It is also necessary to consider the hardness and microstructure of the steel.
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and to provide a wheel support hub bearing unit that is lightweight and has a long life in addition to excellent productivity.
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項1の車輪支持用ハブ軸受ユニットは、外周面に軌道面を有する内方部材と、前記内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記内方部材の軌道面と前記外方部材の軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、を備えるとともに、前記内方部材のうち前記軌道面を含む部分、及び、前記外方部材のうち前記軌道面を含む部分の少なくとも一方に、高周波焼入れによる硬化層が形成された車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいて、前記内方部材及び前記外方部材のうち前記硬化層が形成された部材は、下記の4つの条件を満足する合金鋼で構成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the hub support unit for wheel support according to claim 1 of the present invention includes an inner member having a raceway surface on an outer peripheral surface and a raceway surface facing the raceway surface of the inner member. An outer member disposed on the outer side, and a plurality of rolling elements arranged to be freely rollable between the raceway surface of the inner member and the raceway surface of the outer member, and the inner side In the wheel supporting hub bearing unit, a hardened layer formed by induction hardening is formed on at least one of a part including the raceway surface of the member and a part including the raceway surface of the outer member. And the member in which the said hardened layer was formed among the said outer members is comprised by the alloy steel which satisfies the following four conditions, It is characterized by the above-mentioned.
(条件1)炭素の含有量C%が0.45質量%以上0.65質量%以下、ケイ素の含有量Si%が0.5質量%以上1質量%以下、マンガンの含有量Mn%が0.2質量%以上0.6質量%以下、クロムの含有量Cr%が0.4質量%以上1質量%以下、バナジウムの含有量V%が0質量%又は0質量%超過0.2質量%以下である。
(条件2)クロムの含有量Cr%とマンガンの含有量Mn%との比Cr%/Mn%が0.8以上3以下である。
(Condition 1) Carbon content C% is 0.45 mass% or more and 0.65 mass% or less, silicon content Si% is 0.5 mass% or more and 1 mass% or less, and manganese content Mn% is 0. .2 mass% to 0.6 mass%, chromium content Cr% is 0.4 mass% to 1 mass%, vanadium content V% is 0 mass% or 0 mass% excess 0.2 mass% It is as follows.
(Condition 2) The ratio Cr% / Mn% of chromium content Cr% and manganese content Mn% is 0.8 or more and 3 or less.
(条件3)炭素の含有量C%,ケイ素の含有量Si%,マンガンの含有量Mn%,クロムの含有量Cr%,及びバナジウムの含有量V%が、下記の数式(I)を満足する。
0.75≦C%+Si%/10+Mn%/5+5×Cr%/22+1.65×V%≦0.95 ・・・(I)
(条件4)炭素の含有量C%,ケイ素の含有量Si%,マンガンの含有量Mn%,及びクロムの含有量Cr%が、下記の数式(II)を満足する。
(0.2×C%+0.14)×(0.64×Si%+1)×(4.1×Mn%+1)×(2.33×Cr%+1)≧1.5 ・・・(II)
(Condition 3) Carbon content C%, silicon content Si%, manganese content Mn%, chromium content Cr%, and vanadium content V% satisfy the following formula (I): .
0.75 ≦ C% + Si% / 10 + Mn% / 5 + 5 × Cr% / 22 + 1.65 × V% ≦ 0.95 (I)
(Condition 4) The carbon content C%, the silicon content Si%, the manganese content Mn%, and the chromium content Cr% satisfy the following formula (II).
(0.2 × C% + 0.14) × (0.64 × Si% + 1) × (4.1 × Mn% + 1) × (2.33 × Cr% + 1) ≧ 1.5 (II )
また、本発明に係る請求項2の車輪支持用ハブ軸受ユニットは、請求項1に記載の車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいて、前記硬化層は、表面硬さがビッカース硬さHvで650以上780以下であり、ビッカース硬さHvが500以上である有効硬化層深さが1.5mm以上4mm以下であるとともに、前記硬化層が形成されていない部分である非調質部のビッカース硬さHvは230以上300以下であることを特徴とする。
Further, the wheel supporting hub bearing unit according to
さらに、本発明に係る請求項3の車輪支持用ハブ軸受ユニットは、請求項2に記載の車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいて、前記非調質部は、フェライトの含有量が面積率で8%以上20%以下であり、日本工業規格JIS G0551に規定の方法で測定された旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で6以上であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項4の車輪支持用ハブ軸受ユニットは、請求項1〜3のいずれか一項に記載の車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいて、前記硬化層は、日本工業規格JIS G0551に規定の方法で測定された旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で8以上であることを特徴とする。
Further, the wheel supporting hub bearing unit according to claim 3 of the present invention is the wheel supporting hub bearing unit according to
Furthermore, the hub support unit for wheel support of
さらに、本発明に係る請求項5の車輪支持用ハブ軸受ユニットの製造方法は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の車輪支持用ハブ軸受ユニットを製造する方法であって、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方は、熱間鍛造により所定の形状に加工される際の、鍛造打ち終わり時の温度から600℃に冷却するまでの冷却速度が0.5℃/s以上5℃/s以下であることを特徴とする。
Furthermore, the manufacturing method of the wheel support hub bearing unit of
以下に、本発明の車輪支持用ハブ軸受ユニットについて、前述の各数値(合金鋼中の合金元素の含有量等)の臨界的意義を中心に詳細に説明する。
〔炭素の含有量について〕
炭素(C)は、熱間鍛造後の非調質部の硬さと、焼入れ,焼戻し後の硬化層の硬さとを確保するために、なくてはならない元素である。転がり疲労寿命の観点から0.45質量%以上必要であるが、多すぎると熱間鍛造後の硬さが高くなりすぎるとともに、チップブレーカーとなる初析フェライトが少なくなって、切削性,穴あけ性が低下するおそれがある。また、加締め方式のハブ軸受ユニットにおいては、加締め部の塑性加工性が低下するおそれがある。よって、合金鋼中のC含有量は、0.45質量%以上0.65質量%以下とする必要がある。
Below, the hub bearing unit for wheel support of the present invention will be described in detail focusing on the critical significance of each of the aforementioned numerical values (content of alloying elements in alloy steel, etc.).
[Carbon content]
Carbon (C) is an element that is indispensable for ensuring the hardness of the non-heat treated portion after hot forging and the hardness of the hardened layer after quenching and tempering. 0.45% by mass or more is necessary from the viewpoint of rolling fatigue life, but if it is too much, the hardness after hot forging becomes too high, and the proeutectoid ferrite that becomes a chip breaker is reduced, so that the machinability and punchability are reduced. May decrease. Further, in the caulking type hub bearing unit, the plastic workability of the caulking portion may be deteriorated. Therefore, the C content in the alloy steel needs to be 0.45 mass% or more and 0.65 mass% or less.
〔ケイ素の含有量について〕
ケイ素(Si)は、製鋼時に脱酸剤として作用するとともに、熱間鍛造後の硬さと焼入性を向上させる作用を有している。特に、焼入れ,焼戻し後においては、マルテンサイト組織を強化し、転がり疲労寿命を向上させるだけでなく、非調質部においては、フェライトに固溶し、フェライト組織の強度を向上させ、降伏強度や疲労強度を高める作用を有している。
ただし、Siが多すぎると、熱間鍛造後の硬さが高くなりすぎて、切削性,穴あけ性が低下するおそれがある。また、加締め方式のハブ軸受ユニットにおいては、加締め部の塑性加工性が低下するおそれがある。よって、合金鋼中のSi含有量は、0.5質量%以上1質量%以下とする必要がある。
[About silicon content]
Silicon (Si) acts as a deoxidizer during steelmaking and has the effect of improving the hardness and hardenability after hot forging. In particular, after quenching and tempering, not only strengthens the martensite structure and improves the rolling fatigue life, but in the non-tempered part, it dissolves in the ferrite and improves the strength of the ferrite structure, yield strength and Has the effect of increasing fatigue strength.
However, if there is too much Si, the hardness after hot forging becomes too high, and the machinability and drillability may be reduced. Further, in the caulking type hub bearing unit, the plastic workability of the caulking portion may be deteriorated. Therefore, Si content in alloy steel needs to be 0.5 mass% or more and 1 mass% or less.
〔マンガンの含有量について〕
マンガン(Mn)は、Siと同様に脱酸剤として作用するとともに、熱間鍛造後の硬さと焼入性とを向上させる作用を有しているので、0.2質量%以上添加する必要があり、0.3質量%以上添加することがより好ましい。
ただし、Mnが多すぎると、熱間鍛造後の硬さが高くなりすぎて、切削性,穴あけ性が低下するおそれがある。また、加締め方式のハブ軸受ユニットにおいては、加締め部の塑性加工性が低下するおそれがある。よって、合金鋼中のMn含有量は、0.6質量%以下とする必要があり、0.55質量%以下とすることがより好ましい。
[About manganese content]
Manganese (Mn) acts as a deoxidizer as well as Si, and has the effect of improving the hardness and hardenability after hot forging, so it is necessary to add 0.2% by mass or more. Yes, it is more preferable to add 0.3% by mass or more.
However, if there is too much Mn, the hardness after hot forging becomes too high, and the machinability and drillability may be reduced. Further, in the caulking type hub bearing unit, the plastic workability of the caulking portion may be deteriorated. Therefore, the Mn content in the alloy steel needs to be 0.6% by mass or less, and more preferably 0.55% by mass or less.
〔クロムの含有量について〕
クロム(Cr)は、SiやMnと同様に熱間鍛造後の硬さと焼入れ性を向上させるとともに、焼入れ後のマルテンサイト組織を強化し、転がり疲労寿命を向上させる作用を有している。また、熱間鍛造後においては、組織を微細化し、非調質部の強度と延性とのバランスを著しく改善する作用を有しているとともに、特に加締め方式のハブ軸受ユニットにおいては、加締め加工に伴なう加締め部の塑性加工性を向上させる作用を有している。また、旧オーステナイト結晶粒を微細化することにより、フェライトを分断化し、強度と加工性とのバランスを著しく改善する作用を有している。さらに、高周波焼入れ後においても、結晶粒の成長を抑制する作用を有し、転がり疲労寿命,疲労強度を共に向上させる作用を有しているため、0.4質量%以上添加する必要があり、0.45質量%以上添加することがより好ましい。
ただし、Crが多すぎると、熱間鍛造後の硬さが高くなりすぎて、切削性,穴あけ性が低下するおそれがある。また、加締め方式のハブ軸受ユニットにおいては、加締め部の塑性加工性が低下するおそれがある。よって、合金鋼中のCr含有量は、1質量%以下とする必要がある。
[Chromium content]
Chromium (Cr) has the effect of improving the hardness and hardenability after hot forging as well as Si and Mn, strengthening the martensite structure after quenching, and improving the rolling fatigue life. In addition, after hot forging, it has the effect of refining the structure and remarkably improving the balance between the strength and ductility of the non-heat treated part. It has the effect | action which improves the plastic workability of the caulking part accompanying a process. Further, by refining the prior austenite crystal grains, the ferrite is divided, and the balance between strength and workability is remarkably improved. Furthermore, even after induction hardening, it has the effect of suppressing the growth of crystal grains, and has the effect of improving both rolling fatigue life and fatigue strength, so it is necessary to add 0.4 mass% or more, It is more preferable to add 0.45% by mass or more.
However, if there is too much Cr, the hardness after hot forging becomes too high, and the machinability and drillability may be reduced. Further, in the caulking type hub bearing unit, the plastic workability of the caulking portion may be deteriorated. Therefore, the Cr content in the alloy steel needs to be 1% by mass or less.
〔バナジウムの含有量について〕
バナジウム(V)は、合金鋼中で安定な炭化物又は炭窒化物を形成し、熱間鍛造時及び高周波焼入れ時に旧オーステナイト結晶粒が成長することを極少量で効果的に抑制する作用を有している。また、旧オーステナイト結晶粒を微細化することにより、フェライトを分断化し、強度と加工性とのバランスを著しく改善する作用を有している。
このようなことから、Vは必要に応じて添加してもよいが、その効果を十分に得るためには、0.03質量%以上添加することが好ましい。ただし、Vが多すぎると、熱間鍛造後の硬さが高くなりすぎて、切削性,穴あけ性が低下するおそれがある。また、加締め方式のハブ軸受ユニットにおいては、加締め部の塑性加工性が低下するおそれがある。よって、合金鋼中のV含有量は、0.2質量%以下とすることが好ましい。
[Vanadium content]
Vanadium (V) forms a stable carbide or carbonitride in the alloy steel and has an effect of effectively suppressing the growth of old austenite crystal grains during hot forging and induction hardening. ing. Further, by refining the prior austenite crystal grains, the ferrite is divided, and the balance between strength and workability is remarkably improved.
For this reason, V may be added as necessary, but in order to sufficiently obtain the effect, it is preferable to add 0.03% by mass or more. However, if there is too much V, the hardness after hot forging becomes too high, and the machinability and drillability may be reduced. Further, in the caulking type hub bearing unit, the plastic workability of the caulking portion may be deteriorated. Therefore, the V content in the alloy steel is preferably 0.2% by mass or less.
〔合金鋼の残部について〕
前述の合金成分以外の残部は実質的に鉄(Fe)であるが、前記以外の合金成分を含有していてもよい。また、不可避の不純物として、イオウ(S),リン(P),アルミニウム(Al),チタン(Ti),酸素(O)等を含有していても差し支えない。
合金鋼の清浄度は、特にクリーン潤滑条件下での車輪支持用ハブ軸受ユニットの転がり疲労寿命に大きく影響するため、不純物の含有量は低いことが好ましい。ただし、不純物量の極端な低減は材料コストを著しく引き上げる場合があるので、コストアップを招くような厳しい不純物量の規制は行なわず、軸受材料として使用できる程度の清浄度(JIS G 4805に規定のもの)を満足する品質(ベアリング クオリティー)レベルであれば差し支えない。
[About the balance of alloy steel]
The balance other than the alloy components described above is substantially iron (Fe), but may contain alloy components other than those described above. Inevitable impurities may include sulfur (S), phosphorus (P), aluminum (Al), titanium (Ti), oxygen (O) and the like.
Since the cleanliness of the alloy steel greatly affects the rolling fatigue life of the wheel bearing hub bearing unit particularly under clean lubrication conditions, the impurity content is preferably low. However, the extreme reduction of the amount of impurities may significantly increase the material cost. Therefore, the cleanliness of the grade that can be used as a bearing material (regulated by JIS G 4805) is not required, and the amount of impurities is not strictly regulated. If the quality (bearing quality) level that satisfies the requirements), there is no problem.
〔クロムの含有量Cr%とマンガンの含有量Mn%との比Cr%/Mn%について〕
比Cr%/Mn%が0.8以上であれば、旧オーステナイト結晶粒,初析フェライトがともに微細化して、組織が緻密化される。その結果、非調質部の降伏強度及び疲労強度だけでなく、衝撃強度や切削性,塑性加工性等の加工性も大幅に改善される。ただし、比Cr%/Mn%が大きすぎると、初析フェライト量が増大して強度面での改善効果が得られなくなる場合があるので、3以下とする必要がある。
[Ratio Cr% / Mn% of Cr content Cr% and Manganese content Mn%]
If the ratio Cr% / Mn% is 0.8 or more, both the prior austenite crystal grains and proeutectoid ferrite are refined and the structure is densified. As a result, not only the yield strength and fatigue strength of the non-tempered portion, but also the workability such as impact strength, machinability, and plastic workability are greatly improved. However, if the ratio Cr% / Mn% is too large, the amount of pro-eutectoid ferrite may increase and the effect of improving the strength may not be obtained.
〔数式(I)について〕
C,Si,Mn,Cr,Vは、いずれも熱間鍛造後において合金鋼の硬さを高める元素であり、非調質部の強さや疲労強度を向上させる作用を有する。ただし、非調質部が必要以上に硬いと、熱間鍛造後の切削性,穴あけ性,塑性加工性が低下して、著しいコストアップを来たすという不都合がある。熱間鍛造後の合金鋼の硬さは、厳密に言えば熱間鍛造後の冷却速度にも依存するが、合金鋼の硬さを好適なものとするためには、合金成分の含有量が数式(I)を満足する必要がある。
[Formula (I)]
C, Si, Mn, Cr and V are all elements that increase the hardness of the alloy steel after hot forging, and have the effect of improving the strength and fatigue strength of the non-tempered part. However, if the non-tempered part is harder than necessary, there is a disadvantage in that the cutting property after hot forging, the drilling property, and the plastic workability are lowered, resulting in a significant cost increase. Strictly speaking, the hardness of the alloy steel after hot forging depends on the cooling rate after hot forging, but in order to make the hardness of the alloy steel suitable, the content of the alloy component is It is necessary to satisfy Formula (I).
〔数式(II)について〕
軌道面を含む部分に形成される硬化層においては、転がり疲労寿命の観点から、十分な表面硬さと硬化層深さとが要求されるが、合金鋼に十分な焼入れ性がないと、硬化層に不完全焼入れ組織が生成して、転がり疲労寿命を低下させる場合がある。合金成分の含有量が数式(II)を満足すれば、十分な表面硬さと有効硬化層深さを有する硬化層が得られ、不完全焼入れ組織のない健全な硬化層が形成される。
[About Formula (II)]
In the hardened layer formed on the part including the raceway surface, sufficient surface hardness and hardened layer depth are required from the viewpoint of rolling fatigue life, but if the alloy steel does not have sufficient hardenability, An incompletely hardened structure may be generated and the rolling fatigue life may be reduced. If the content of the alloy component satisfies the formula (II), a hardened layer having sufficient surface hardness and effective hardened layer depth is obtained, and a sound hardened layer having no incompletely quenched structure is formed.
〔非調質部の硬さについて〕
「数式(I)について」の項で前述したように、非調質部が必要以上に硬いと、熱間鍛造後の切削性,穴あけ性,塑性加工性が低下して、著しいコストアップを来たすという不都合がある。よって、鍛造後の非調質部のビッカース硬さHvは230以上300以下とすることが好ましい。
[Hardness of non-heat treated part]
As mentioned above in the section of “Formula (I)”, if the non-heat treated part is harder than necessary, the machinability, drilling ability and plastic workability after hot forging are lowered, resulting in a significant increase in cost. There is an inconvenience. Therefore, the Vickers hardness Hv of the non-heat treated part after forging is preferably 230 or more and 300 or less.
〔硬化層の表面硬さ及び有効硬化層深さについて〕
硬化層の諸品質は、非調質部の諸品質と同様に、高周波焼入れの条件等によって異なるが、十分な転がり疲労寿命を確保するためには、硬化層の表面硬さは、ビッカース硬さHvで650以上780以下とすることが好ましく、硬化層の有効硬化層深さ(ビッカース硬さHvが500以上である部分の範囲)は1.5mm以上とすることが好ましい。
ただし、必要以上の有効硬化層深さを得ようとすると、合金鋼に高い焼入れ性が要求されることにより加工性が犠牲となったり、加熱条件等によっては硬化層の結晶粒の粗大化を招いて転がり疲労寿命が不十分となる場合があるため、有効硬化層深さは4mm以下とすることが好ましい。
[Surface hardness of hardened layer and effective hardened layer depth]
The quality of the hardened layer varies depending on the conditions of induction hardening, as is the case with the quality of the non-tempered part, but in order to ensure a sufficient rolling fatigue life, the surface hardness of the hardened layer is Vickers hardness. It is preferable to set it as 650 or more and 780 or less in Hv, and it is preferable that the effective hardened layer depth (the range of the part where Vickers hardness Hv is 500 or more) of a hardened layer shall be 1.5 mm or more.
However, if an attempt is made to obtain an effective hardened layer depth that is greater than necessary, high hardenability is required for the alloy steel, and workability may be sacrificed, or depending on the heating conditions, etc., the grain size of the hardened layer may become coarse. Since the rolling fatigue life may be insufficient due to the invitation, the effective hardened layer depth is preferably 4 mm or less.
〔硬化層の旧オーステナイト結晶粒度について〕
「硬化層の表面硬さ及び有効硬化層深さについて」の項で前述したように、硬化層の旧オーステナイト結晶粒が粗大であると、転がり疲労寿命が不十分となる場合があるため、日本工業規格JIS G0551に規定の方法で測定された旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で8以上であることが好ましい。
[The former austenite grain size of the hardened layer]
As described above in the section “Surface hardness and effective hardened layer depth of hardened layer”, rolling fatigue life may be insufficient if the old austenite crystal grains of hardened layer are coarse. It is preferable that the prior austenite grain size measured by the method prescribed in the industrial standard JIS G0551 is 8 or more in terms of grain size number.
〔非調質部のフェライトの含有量及び旧オーステナイト結晶粒度について〕
「クロムの含有量Cr%とマンガンの含有量Mn%との比Cr%/Mn%について」の項で前述したように、非調質部のフェライトの含有量が多いと強度面で問題が生じるおそれがあるため、面積率で8%以上20%以下であることが好ましい。また、非調質部の旧オーステナイト結晶粒が微細であると組織が緻密化され、非調質部の降伏強度及び疲労強度だけでなく、衝撃強度や切削性,塑性加工性等の加工性も大幅に改善される。よって、日本工業規格JIS G0551に規定の方法で測定された旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で6以上であることが好ましい。
[Regarding ferrite content and prior austenite grain size in non-tempered part]
As described above in the section “Ratio Cr% / Mn% of Cr content Cr% and manganese content Mn%”, there is a problem in strength when the ferrite content in the non-tempered part is large. Since there exists a possibility, it is preferable that it is 8% or more and 20% or less by area ratio. In addition, if the prior austenite crystal grains in the non-tempered part are fine, the structure is densified, and not only the yield strength and fatigue strength of the non-tempered part, but also the workability such as impact strength, machinability, plastic workability, etc. Greatly improved. Therefore, it is preferable that the prior austenite crystal grain size measured by the method prescribed in Japanese Industrial Standard JIS G0551 is 6 or more in terms of grain size number.
〔車輪支持用ハブ軸受ユニットの製造方法について〕
上記のような品質を得るための最適な鍛造条件は、加工性の観点から、下記のようなものが好ましい。すなわち、950℃以上1200℃以下の温度で熱間鍛造加工を行ない、鍛造打ち終わり時の温度から600℃に冷却するまでの冷却速度を0.5℃/s以上5℃/s以下とする条件である。冷却速度が0.5℃/秒よりも遅いと、前述した非調質部の硬さが不十分となり、5℃/秒よりも速いと、必要以上に硬さが上昇して加工性が低下したり、割れに至る場合がある。
[Method of manufacturing wheel bearing hub bearing unit]
The optimum forging conditions for obtaining the above quality are preferably as follows from the viewpoint of workability. That is, a condition in which hot forging is performed at a temperature of 950 ° C. or more and 1200 ° C. or less, and a cooling rate from the temperature at the end of forging to cooling to 600 ° C. is 0.5 ° C./s or more and 5 ° C./s or less. It is. If the cooling rate is slower than 0.5 ° C / second, the hardness of the non-heat treated part described above is insufficient, and if it is faster than 5 ° C / second, the hardness increases more than necessary and the workability decreases. Or cracks.
本発明の車輪支持用ハブ軸受ユニットは、生産性に優れることに加えて軽量で長寿命である。 The wheel support hub bearing unit of the present invention is lightweight and has a long life in addition to excellent productivity.
本発明に係る車輪支持用ハブ軸受ユニットの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明に係る車輪支持用ハブ軸受ユニットの一実施形態の構造を示す断面図である。
図1の車輪支持用ハブ軸受ユニット1は、ハブ2と、内輪3と、外輪4と、二列の転動体5,5と、を備えており、ハブ2の外周面の外端側部分には、図示しない車輪を支持するための車輪取り付け用フランジ6が設けられている。
An embodiment of a hub bearing unit for supporting a wheel according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an embodiment of a wheel supporting hub bearing unit according to the present invention.
The wheel support hub bearing unit 1 shown in FIG. 1 includes a
また、ハブ輪2の内端側部分には外径の小さい段部8が形成されており、該段部8に内輪3が嵌め込まれている。ハブ2の内端側部分には、円筒部10が内輪3よりも内端側に突出して形成されており、該円筒部10の外周面には雄ねじが形成されている。そして、この雄ねじに螺合されたナット11と、段部8の段差面12とで、内輪3を狭持することにより、内輪3をハブ2に一体的に固定している。
A
なお、円筒部10の先端には係止凹部14が設けてあり、ナット11のうち係止凹部14に対応する部分を径方向内方に加締めることによって、ナット11の緩み止めが図られている。また、内輪3とハブ2とが一体的に固定されたものが、本発明の構成要件である内方部材に相当し、外輪4が本発明の構成要件である外方部材に相当する。
A locking
ハブ2の外周面の軸方向中間部及び内輪3の外周面には、それぞれ軌道面が形成され、内輪軌道面20a,20bとされている。また、外輪4の内周面には両内輪軌道面20a,20bに対応する外輪軌道面21a,21bが形成されている。さらに、内輪軌道面20a,20bと外輪軌道面21a,21bとの間には、それぞれ複数の転動体5が転動自在に配置されている。そして、外輪4の外周面には、車輪取り付け用フランジ6から離間する側の端部に、懸架装置取り付け用フランジ17が設けられている。
このような車輪支持用ハブ軸受ユニット1を自動車に組み付けるには、外輪4の外周面に形成した懸架装置取り付け用フランジ17により、外輪4を懸架装置に固定し、車輪を車輪取り付け用フランジ6に固定する。その結果、車輪支持用ハブ軸受ユニット1によって車輪が懸架装置に対し回転自在に支持される。
A raceway surface is formed on each of the axially intermediate portion of the outer peripheral surface of the
In order to assemble such a wheel support hub bearing unit 1 in an automobile, the
この車輪支持用転がり軸受ユニット1においては、ハブ2,内輪3,及び外輪4は、下記の4つの条件を満足する合金鋼で構成されている。
(条件1)炭素の含有量C%が0.45質量%以上0.65質量%以下、ケイ素の含有量Si%が0.5質量%以上1質量%以下、マンガンの含有量Mn%が0.2質量%以上0.6質量%以下、クロムの含有量Cr%が0.4質量%以上1質量%以下、バナジウムの含有量V%が0質量%又は0質量%超過0.2質量%以下である。
(条件2)クロムの含有量Cr%とマンガンの含有量Mn%との比Cr%/Mn%が0.8以上3以下である。
In this wheel support rolling bearing unit 1, the
(Condition 1) Carbon content C% is 0.45 mass% or more and 0.65 mass% or less, silicon content Si% is 0.5 mass% or more and 1 mass% or less, and manganese content Mn% is 0. .2 mass% to 0.6 mass%, chromium content Cr% is 0.4 mass% to 1 mass%, vanadium content V% is 0 mass% or 0 mass% excess 0.2 mass% It is as follows.
(Condition 2) The ratio Cr% / Mn% of chromium content Cr% and manganese content Mn% is 0.8 or more and 3 or less.
(条件3)炭素の含有量C%,ケイ素の含有量Si%,マンガンの含有量Mn%,クロムの含有量Cr%,及びバナジウムの含有量V%が、下記の数式(I)を満足する。
0.75≦C%+Si%/10+Mn%/5+5×Cr%/22+1.65×V%≦0.95 ・・・(I)
(条件4)炭素の含有量C%,ケイ素の含有量Si%,マンガンの含有量Mn%,及びクロムの含有量Cr%が、下記の数式(II)を満足する。
(0.2×C%+0.14)×(0.64×Si%+1)×(4.1×Mn%+1)×(2.33×Cr%+1)≧1.5 ・・・(II)
(Condition 3) Carbon content C%, silicon content Si%, manganese content Mn%, chromium content Cr%, and vanadium content V% satisfy the following formula (I): .
0.75 ≦ C% + Si% / 10 + Mn% / 5 + 5 × Cr% / 22 + 1.65 × V% ≦ 0.95 (I)
(Condition 4) The carbon content C%, the silicon content Si%, the manganese content Mn%, and the chromium content Cr% satisfy the following formula (II).
(0.2 × C% + 0.14) × (0.64 × Si% + 1) × (4.1 × Mn% + 1) × (2.33 × Cr% + 1) ≧ 1.5 (II )
そして、ハブ2の内輪軌道面20a,内輪3の内輪軌道面20b,及び外輪4の外輪軌道面21a,21bには、転動体5から高面圧が繰り返し負荷されるため、十分な転がり疲労寿命と耐摩耗性とを兼ね備えるように、高周波焼入れによる硬化層(図示せず)が形成されている。また、外輪4の内周面のうち外輪軌道面21a,21b以外の部分や、ハブ2の外周面のうち内輪軌道面20a以外の部分は、硬化層が形成されておらず、加工性等の観点から熱間鍛造したままの状態である非調質部とされている。ただし、外輪軌道面21a,21bの周辺部分や内輪軌道面20aの周辺部分にまで、硬化層を形成してもよい。
Since a high surface pressure is repeatedly applied from the rolling
この硬化層は、表面硬さがビッカース硬さHvで650以上780以下であり、ビッカース硬さHvが500以上である有効硬化層深さが1.5mm以上4mm以下である。そして、硬化層は、日本工業規格JIS G0551に規定の方法で測定された旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で8以上である。
また、非調質部のビッカース硬さHvは230以上300以下である。そして、フェライトの含有量が面積率で8%以上20%以下であり、日本工業規格JIS G0551に規定の方法で測定された旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で6以上である。
This hardened layer has a surface hardness of 650 to 780 in terms of Vickers hardness Hv, and an effective hardened layer depth of 1.5 to 4 mm in which the Vickers hardness Hv is 500 or more. The hardened layer has an old austenite grain size measured by the method defined in Japanese Industrial Standards JIS G0551 and a grain size number of 8 or more.
Moreover, the Vickers hardness Hv of the non-tempered part is 230 or more and 300 or less. The ferrite content is 8% or more and 20% or less in terms of area ratio, and the prior austenite grain size measured by the method defined in Japanese Industrial Standard JIS G0551 is 6 or more in grain size number.
さらに、非調質部の降伏強度は500MPa以上、107 サイクル疲労強度は400MPa以上であり、日本工業規格のS53CやSAE1055等の構造用炭素鋼よりも優れた加工性と高い耐久性を有している。
このような構成から、ハブ2,内輪3,及び外輪4は、優れた加工性,強度,転がり疲労寿命を兼ね備えている。強度が優れているため、両フランジ6,17の薄肉化が可能である。よって、車輪支持用ハブ軸受ユニット1は、生産性に優れることに加えて軽量で長寿命である。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては車輪支持用ハブ軸受ユニットの例として、前述のようなナット方式のものを例示したが、図8に示すような加締め方式の車輪支持用ハブ軸受ユニットでも差し支えない。
Furthermore, the yield strength of the non-tempered part is 500 MPa or more, the 10 7 cycle fatigue strength is 400 MPa or more, and it has better workability and higher durability than structural carbon steel such as S53C and SAE1055 of Japanese Industrial Standards. ing.
With such a configuration, the
In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment. For example, in the present embodiment, as an example of the wheel support hub bearing unit, the nut type as described above is illustrated, but a caulking type wheel support hub bearing unit as shown in FIG. 8 may be used.
〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。ハブ,内輪,及び外輪が表1に示す合金鋼で構成されたことを除いては前述の車輪支持用ハブ軸受ユニット1と同様の構成を有する種々の車輪支持用ハブ軸受ユニット(呼び番号:49BWKH)を用意して、各種性能の評価を行った。なお、表1に記載の式値(I)とは、前述の数式(I)から算出される値(C%+Si%/10+Mn%/5+5×Cr%/22+1.65×V%)を意味し、式値(II)とは、前述の数式(II)から算出される値((0.2×C%+0.14)×(0.64×Si%+1)×(4.1×Mn%+1)×(2.33×Cr%+1))を意味する。
〔Example〕
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. Various wheel support hub bearing units (reference number: 49BWKH) having the same structure as the wheel support hub bearing unit 1 described above except that the hub, inner ring, and outer ring are made of the alloy steel shown in Table 1. ) Was prepared and various performances were evaluated. The formula value (I) shown in Table 1 means a value (C% + Si% / 10 + Mn% / 5 + 5 × Cr% / 22 + 1.65 × V%) calculated from the formula (I) described above. The formula value (II) is a value ((0.2 × C% + 0.14) × (0.64 × Si% + 1) × (4.1 × Mn%) calculated from the above formula (II). +1) × (2.33 × Cr% + 1)).
まず、ハブのフランジ部分から試験片を採取して、非調質部に関する各種物性及び各種性能の評価を行った。なお、ハブ,内輪,及び外輪は、棒鋼から切り出した素材を高周波誘導加熱により950〜1200℃とし、据え込み加工を主体とした熱間鍛造を施し、さらに炉冷,空冷,ファン強制空冷等によって冷却することにより製造した。そして、冷却速度を種々変更することにより、非調質部の硬さを変化させた。鍛造打ち終わり時から600℃に冷却されるまで赤外線放射温度計により部材の温度を測定して、その測定値と冷却時間から冷却速度を算出した(表2,3を参照)。 First, a test piece was collected from the flange portion of the hub, and various physical properties and various performances related to the non-heat treated portion were evaluated. For the hub, inner ring, and outer ring, the material cut out from the steel bar is heated to 950 to 1200 ° C. by high frequency induction heating, hot forging mainly including upsetting is performed, and furnace cooling, air cooling, fan forced air cooling, etc. Manufactured by cooling. And the hardness of the non-tempered part was changed by changing various cooling rates. The temperature of the member was measured with an infrared radiation thermometer from the end of forging until it was cooled to 600 ° C., and the cooling rate was calculated from the measured value and the cooling time (see Tables 2 and 3).
〔非調質部の硬さ,フェライトの含有量,及び旧オーステナイト結晶粒度の測定方法について〕
非調質部の硬さは、ハブのフランジの平滑部を切り出し、樹脂に包理して、切断面をエメリー紙で仕上げ研磨した後、ビッカース硬度計を用いて測定した。また、硬さを測定した面と同一面をピクラール腐食液でエッチングした後、ミクロ組織観察及び画像処理を行うことによって、初析フェライトの含有量(面積率)及び旧オーステナイト結晶粒度を測定した。
[Measurement of hardness of non-tempered part, ferrite content, and prior austenite grain size]
The hardness of the non-heat treated part was measured using a Vickers hardness meter after cutting out the smooth part of the flange of the hub, embedding it in resin, and finishing and polishing the cut surface with emery paper. Further, after etching the same surface as the surface where the hardness was measured with a picral corrosion solution, the content (area ratio) of pro-eutectoid ferrite and the prior austenite grain size were measured by performing microstructure observation and image processing.
〔非調質部の降伏強度,疲労強度,及びシャルピー衝撃値の測定方法について〕
非調質部の降伏強度は、ハブのフランジから切り出して作製したJIS 14A号試験片(直径8.5mm)を用いて測定した。また、非調質部の疲労強度は、小野式回転曲げ疲労試験機を用いて測定した。試験条件は、回転速度3700min-1、回転数107 サイクルである。用いた試験片は、JIS Z2271に規定された1−8号試験片であり、ハブのフランジから切り出して作製した。さらに、非調質部のシャルピー衝撃値は、ハブのフランジから切り出して作製したUノッチ付き試験片を用いて測定した。なお、ノッチの深さは2mmである。
[Measurement method of yield strength, fatigue strength, and Charpy impact value of non-tempered part]
The yield strength of the non-heat treated part was measured using a JIS No. 14A test piece (diameter 8.5 mm) cut out from the flange of the hub. Further, the fatigue strength of the non-heat treated part was measured using an Ono type rotating bending fatigue tester. The test conditions are a rotation speed of 3700 min −1 and a rotation speed of 10 7 cycles. The test piece used was a No. 1-8 test piece defined in JIS Z2271, which was cut out from the flange of the hub. Further, the Charpy impact value of the non-tempered portion was measured using a U-notched test piece cut out from the hub flange. The notch depth is 2 mm.
〔非調質部の旋削性の評価方法について〕
JIS B 4011に規定されたバイト試験法に従って、下記条件で研削を行った。そして、バイトの逃げ面の摩耗量が0.2mmに達するまでの時間を工具寿命とし、この工具寿命の長さで旋削性を評価した。
工具の種類 :JIS B 4053に規定されたP10
切り込み速度:150m/s
送り量 :0.2mm/rev
切り込み :0.5mm
[Regarding the method for evaluating the turning performance of non-heat treated parts]
Grinding was performed under the following conditions in accordance with the bite test method defined in JIS B 4011. The time until the wear amount on the flank face of the cutting tool reached 0.2 mm was defined as the tool life, and the turning performance was evaluated by the length of the tool life.
Tool type: P10 defined in JIS B 4053
Cutting speed: 150 m / s
Feed amount: 0.2 mm / rev
Cutting depth: 0.5mm
〔非調質部の穴あけ性の評価方法について〕
下記条件で穴あけを実施し、穴あけ不能になるまでに形成した穴数によって穴あけ性を評価した。
工具の種類:SKH51
切削速度 :30m/min
送り量 :0.2mm/rev
穿孔深度 :15mm
[About the evaluation method of drilling property of non-heat treated parts]
Drilling was carried out under the following conditions, and the drillability was evaluated by the number of holes formed before the drilling became impossible.
Tool type: SKH51
Cutting speed: 30 m / min
Feed amount: 0.2 mm / rev
Drilling depth: 15mm
〔非調質部の冷間加工性の評価方法について〕
ハブのフランジから切り出して作製した円板状の試験片(直径は10mm)に、据え込み率20〜80%の冷間圧縮(鍛造)を施し、円周上に割れが発生する限界据え込み率により冷間加工性を評価した。
非調質部に関する各種物性及び各種性能の評価結果を表2,3に示す。表2,3から分かるように、各実施例は、好適な合金成分により旧オーステナイト結晶粒や初析フェライトが微細化されているため、加工性(旋削性,穴あけ性,冷間加工性)と強度(降伏強度,疲労強度,シャルピー衝撃値)とのバランスが優れていた。
[Evaluation method for cold workability of non-heat treated parts]
A disk-shaped test piece (diameter: 10 mm) cut out from the flange of the hub is subjected to cold compression (forging) with an upsetting rate of 20 to 80%, and the limit upsetting rate at which cracks occur on the circumference Was used to evaluate the cold workability.
Tables 2 and 3 show the evaluation results of various physical properties and various performances related to the non-heat treated part. As can be seen from Tables 2 and 3, in each example, since the prior austenite grains and proeutectoid ferrite are refined by suitable alloy components, workability (turnability, drillability, cold workability) and The balance with strength (yield strength, fatigue strength, Charpy impact value) was excellent.
次に、車輪支持用転がり軸受ユニットについて回転試験を行い、その寿命を評価した。その際には、外輪の外周面に設けられた懸架装置取り付け用フランジを固定し、ハブの外周面に設けられた車輪取り付け用フランジに荷重を負荷して、下記の条件で回転試験を行った。そして、ハブ及び外輪の振動を測定することによりフレーキングの発生を検知し、内輪軌道面又は外輪軌道面にフレーキングが生じるまでの総回転数により寿命を評価した。結果を表4,5に示す。なお、表4,5に示した寿命の数値は、比較例3Aの寿命を1とした場合の相対値で示してある。
ラジアル荷重 :7000N
アキシアル荷重:5000N
回転速度 :300min-1
なお、実施例3については、高周波焼入れの条件を変更することにより表面硬さ等の異なる硬化層を有するもの(実施例3A,3B,3C)を用意して、それぞれ回転試験に供した。比較例3,4についても同様である。
Next, a rotation test was performed on the wheel-supporting rolling bearing unit to evaluate its life. At that time, the suspension device mounting flange provided on the outer peripheral surface of the outer ring was fixed, a load was applied to the wheel mounting flange provided on the outer peripheral surface of the hub, and a rotation test was performed under the following conditions. . Then, the occurrence of flaking was detected by measuring the vibration of the hub and the outer ring, and the life was evaluated based on the total number of revolutions until flaking occurred on the inner ring raceway surface or the outer ring raceway surface. The results are shown in Tables 4 and 5. In addition, the numerical value of the lifetime shown to Table 4, 5 is shown by the relative value when the lifetime of the comparative example 3A is set to 1.
Radial load: 7000N
Axial load: 5000N
Rotational speed: 300 min -1
In addition, about Example 3, what has a hardened layer from which surface hardness etc. differed by changing the conditions of induction hardening (Example 3A, 3B, 3C) was prepared, and it used for the rotation test, respectively. The same applies to Comparative Examples 3 and 4.
表4,5から分かるように、実施例の車輪支持用転がり軸受ユニットは、比較例の車輪支持用転がり軸受ユニットと比べて寿命が優れていた。
次に、非調質部のビッカース硬さHvと降伏強度との相関を図2に、非調質部のビッカース硬さHvとフェライトの含有量との相関を図3に、非調質部のビッカース硬さHvと旋削性(工具寿命)との相関を図4に、非調質部のビッカース硬さHvと穴あけ性(穴あけ不能になるまでに形成した穴数)との相関を図5に、それぞれ示す。
As can be seen from Tables 4 and 5, the wheel-supporting rolling bearing unit of the example had a longer life than the wheel-supporting rolling bearing unit of the comparative example.
Next, the correlation between the Vickers hardness Hv and the yield strength of the non-tempered portion is shown in FIG. 2, the correlation between the Vickers hardness Hv of the non-tempered portion and the ferrite content is shown in FIG. Fig. 4 shows the correlation between Vickers hardness Hv and turning performance (tool life), and Fig. 5 shows the correlation between Vickers hardness Hv of non-heat-treated parts and drillability (number of holes formed before drilling becomes impossible). , Respectively.
各グラフから分かるように、同一の硬さにおいては、降伏強度,フェライトの含有量ともに、実施例が比較例よりも優れていた。そして、加工性(旋削性,穴あけ性)を著しく低下させることなく、降伏強度500MPa、107 サイクル疲労強度400MPaを十分に達成することができるため、車輪支持用ハブ軸受ユニットの軽量化に有利である。
また、軌道面に形成された硬化層の旧オーステナイト結晶粒度と寿命との相関を、図6に示す。合金成分に加えて表面硬さ及び硬化層深さを最適化し、さらに旧オーステナイト結晶粒の粗大化を抑制したため、実施例の車輪支持用転がり軸受ユニットは比較例の車輪支持用転がり軸受ユニットよりも大幅に長寿命であった。
As can be seen from each graph, in the same hardness, both the yield strength and the ferrite content were superior to the comparative example. And since yield strength 500MPa and 10 7 cycle fatigue strength 400MPa can be sufficiently achieved without significantly reducing workability (turnability, drillability), it is advantageous for weight reduction of the wheel bearing hub bearing unit. is there.
FIG. 6 shows the correlation between the prior austenite grain size and the lifetime of the hardened layer formed on the raceway surface. In addition to the alloy components, the surface hardness and hardened layer depth were optimized, and further, the coarsening of the prior austenite crystal grains was suppressed, so the wheel support rolling bearing unit of the example was more than the wheel support rolling bearing unit of the comparative example. The service life was significantly longer.
1 車輪支持用ハブ軸受ユニット
2 ハブ
3 内輪
4 外輪
5 転動体
6 車輪取り付け用フランジ
17 懸架装置取り付け用フランジ
20a 内輪軌道面
20b 内輪軌道面
21a 外輪軌道面
21b 外輪軌道面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wheel support
Claims (5)
前記内方部材及び前記外方部材のうち前記硬化層が形成された部材は、下記の4つの条件を満足する合金鋼で構成されていることを特徴とする車輪支持用ハブ軸受ユニット。
(条件1)炭素の含有量C%が0.45質量%以上0.65質量%以下、ケイ素の含有量Si%が0.5質量%以上1質量%以下、マンガンの含有量Mn%が0.2質量%以上0.6質量%以下、クロムの含有量Cr%が0.4質量%以上1質量%以下、バナジウムの含有量V%が0質量%又は0質量%超過0.2質量%以下である。
(条件2)クロムの含有量Cr%とマンガンの含有量Mn%との比Cr%/Mn%が0.8以上3以下である。
(条件3)炭素の含有量C%,ケイ素の含有量Si%,マンガンの含有量Mn%,クロムの含有量Cr%,及びバナジウムの含有量V%が、下記の数式(I)を満足する。
0.75≦C%+Si%/10+Mn%/5+5×Cr%/22+1.65×V%≦0.95 ・・・(I)
(条件4)炭素の含有量C%,ケイ素の含有量Si%,マンガンの含有量Mn%,及びクロムの含有量Cr%が、下記の数式(II)を満足する。
(0.2×C%+0.14)×(0.64×Si%+1)×(4.1×Mn%+1)×(2.33×Cr%+1)≧1.5 ・・・(II) An inner member having a raceway surface on an outer peripheral surface, an outer member having a raceway surface facing the raceway surface of the inner member, and disposed on the outer side of the inner member; and a raceway surface of the inner member And a plurality of rolling elements arranged to be freely rollable between the raceway surface of the outer member, a flange provided on at least one of the inner member and the outer member, to which a wheel or a suspension device is attached, And a wheel bearing hub bearing in which a hardened layer formed by induction hardening is formed on at least one of the inner member including the raceway surface and the outer member including the raceway surface. In the unit
Of the inner member and the outer member, the member on which the hardened layer is formed is made of an alloy steel that satisfies the following four conditions.
(Condition 1) Carbon content C% is 0.45 mass% or more and 0.65 mass% or less, silicon content Si% is 0.5 mass% or more and 1 mass% or less, and manganese content Mn% is 0. .2 mass% to 0.6 mass%, chromium content Cr% is 0.4 mass% to 1 mass%, vanadium content V% is 0 mass% or 0 mass% excess 0.2 mass% It is as follows.
(Condition 2) The ratio Cr% / Mn% of chromium content Cr% and manganese content Mn% is 0.8 or more and 3 or less.
(Condition 3) Carbon content C%, silicon content Si%, manganese content Mn%, chromium content Cr%, and vanadium content V% satisfy the following formula (I): .
0.75 ≦ C% + Si% / 10 + Mn% / 5 + 5 × Cr% / 22 + 1.65 × V% ≦ 0.95 (I)
(Condition 4) The carbon content C%, the silicon content Si%, the manganese content Mn%, and the chromium content Cr% satisfy the following formula (II).
(0.2 × C% + 0.14) × (0.64 × Si% + 1) × (4.1 × Mn% + 1) × (2.33 × Cr% + 1) ≧ 1.5 (II )
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