JP2006046478A - 高強度デファレンシャルケース - Google Patents
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Abstract
【課題】鋳造品に比べ部品の軽量・コンパクト化が可能で、鋳造・調質品に比べ調質処理が省略可能な、高強度デファレンシャルケースを提供すること。
【解決手段】Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＶを所定量含有し、炭素当量Ｃｅｑが一定範囲を満足する非調質鋼を鍛造して成る高強度デファレンシャルケースである。非調質鋼が更にＮｂ及びＴｉを所定量含有する。更にＣａ及びＯを所定量含有する。更にＰｂやＢｉを所定量含有する。フランジ部の１０５回疲労強度がＦＣＤ７００鋳造品対比１．５倍以上である。
【選択図】なし
【解決手段】Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＶを所定量含有し、炭素当量Ｃｅｑが一定範囲を満足する非調質鋼を鍛造して成る高強度デファレンシャルケースである。非調質鋼が更にＮｂ及びＴｉを所定量含有する。更にＣａ及びＯを所定量含有する。更にＰｂやＢｉを所定量含有する。フランジ部の１０５回疲労強度がＦＣＤ７００鋳造品対比１．５倍以上である。
【選択図】なし
Description
本発明は、高強度デファレンシャルケースに係り、更に詳細には、所定の非調質鋼を鍛造して得られる高強度デファレンシャルケースに関する。
従来から、図１に示すような自動車用デファレンシャルケースは、ＦＣＤ７００などの鋳鉄を鋳造して製造されていた。しかし、鋳造品の場合、該当部品の重要な必要特性である疲労強度が低いため、厚肉にせざるを得ず、そのため部品当たり重量が嵩んでいた。
一方、自動車の燃費改善を図る対策の１つとして、部品の軽量・コンパクト化を図ることがあるが、このためＦＣＤ８００などのＦＣＤ７００に比べて高強度の得られる鋳鉄を使用しても、鋳造品の場合はピンホールなどの内部欠陥及び粗い鋳造組織などの影響で、疲労強度の改善はさほど望めない。
また、デファレンシャルケースの薄肉化を図るために、ＪＩＳ ＳＣＭ４２０を鍛造・機械加工・調質によって製造する方法も提案されている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、この場合は調質処理による熱処理歪みの発生、製造費アップなどの問題が発生する。
特開２０００‐２６６１６２号公報
一方、自動車の燃費改善を図る対策の１つとして、部品の軽量・コンパクト化を図ることがあるが、このためＦＣＤ８００などのＦＣＤ７００に比べて高強度の得られる鋳鉄を使用しても、鋳造品の場合はピンホールなどの内部欠陥及び粗い鋳造組織などの影響で、疲労強度の改善はさほど望めない。
また、デファレンシャルケースの薄肉化を図るために、ＪＩＳ ＳＣＭ４２０を鍛造・機械加工・調質によって製造する方法も提案されている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、この場合は調質処理による熱処理歪みの発生、製造費アップなどの問題が発生する。
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、鋳造品に比べ部品の軽量・コンパクト化が可能で、鍛造・調質品に比べ調質処理が省略可能な、高強度デファレンシャルケースを提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、所定成分を含む非調質鋼を鍛造したことにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の高強度デファレンシャルケースは、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＶを所定量含有し、更にＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＶの含有量で構成されるＣｅｑ（炭素当量）が所定範囲にある非調質鋼を鍛造して得ることにより、ＦＣＤ７００鋳造品対比１．５倍以上のフランジ部での１０５回疲労強度が得られる。
以下、本発明の高強度デファレンシャルケースについて詳細に説明する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、「％」は特記しない限り質量百分率を示す。
本発明の高強度デファレンシャルケースは、高強度を有する所定の非調質鋼を鍛造することで得られる。
具体的には、上記非調質鋼は、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）及びバナジウム（Ｖ）を所定量含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物から成る。このとき、Ｖ量を高めに添加する一方で、Ｃ量を低めとし、Ｐ量を積極添加し、炭素当量Ｃｅｑが以下の式（１）及び式（２）
Ｃｅｑ＝Ｃ＋０．０７Ｓｉ＋０．１６Ｍｎ＋０．６１Ｐ＋０．１９Ｃｕ＋０．１７Ｎｉ＋０．２Ｃｒ＋Ｖ …（１）
０．９０≦Ｃｅｑ≦１．１０ …（２）
を満足するようにする。これより、高強度化が図られた鋼が得られる。
本発明では、かかる非調質鋼を鍛造して成形することにより、鋳造のような欠陥や粗い組織が無く、鋼の強度に見合う時間強度を有するデファレンシャルケースが得られる。
以下に上記非調質鋼に含有する各成分の限定理由を示す。
具体的には、上記非調質鋼は、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）及びバナジウム（Ｖ）を所定量含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物から成る。このとき、Ｖ量を高めに添加する一方で、Ｃ量を低めとし、Ｐ量を積極添加し、炭素当量Ｃｅｑが以下の式（１）及び式（２）
Ｃｅｑ＝Ｃ＋０．０７Ｓｉ＋０．１６Ｍｎ＋０．６１Ｐ＋０．１９Ｃｕ＋０．１７Ｎｉ＋０．２Ｃｒ＋Ｖ …（１）
０．９０≦Ｃｅｑ≦１．１０ …（２）
を満足するようにする。これより、高強度化が図られた鋼が得られる。
本発明では、かかる非調質鋼を鍛造して成形することにより、鋳造のような欠陥や粗い組織が無く、鋼の強度に見合う時間強度を有するデファレンシャルケースが得られる。
以下に上記非調質鋼に含有する各成分の限定理由を示す。
・Ｃ：０．２０〜０．３０％
Ｃは、強度を確保するために必要な元素である。但し、Ｃ量が多くなると耐力比の増加が飽和するため、上限を０．３０％とする。
Ｃは、強度を確保するために必要な元素である。但し、Ｃ量が多くなると耐力比の増加が飽和するため、上限を０．３０％とする。
・Ｓｉ：０．５０〜１．７０％
Ｓｉは、鋼溶製時に脱酸作用を発揮するとともに、フェライト中に固溶してフェライトを強化して耐力や疲労強度を向上させる。このような効果を顕著に得るためには、０．５０％以上含有させることが必要である。但し、多量に添加すると鍛造時の金型寿命を劣化させるので１．７０％以下とする。
Ｓｉは、鋼溶製時に脱酸作用を発揮するとともに、フェライト中に固溶してフェライトを強化して耐力や疲労強度を向上させる。このような効果を顕著に得るためには、０．５０％以上含有させることが必要である。但し、多量に添加すると鍛造時の金型寿命を劣化させるので１．７０％以下とする。
・Ｍｎ：０．６０〜１．２０％
・Ｃｒ：０．１０〜０．５０％
・Ｍｏ：０〜０．１０％
Ｍｎ、Ｃｒ及びＭｏは、強度を向上させる元素であるが、多量に添加するとベイナイトが多量に生成し、被削性を劣化させるため、それぞれの範囲は上記範囲とする。
・Ｃｒ：０．１０〜０．５０％
・Ｍｏ：０〜０．１０％
Ｍｎ、Ｃｒ及びＭｏは、強度を向上させる元素であるが、多量に添加するとベイナイトが多量に生成し、被削性を劣化させるため、それぞれの範囲は上記範囲とする。
・Ｐ：０．０５〜０．１３％
Ｐは、耐力向上に有効な元素であり、その効果を発揮するには、０．０５％以上が必要であるが多量に添加すると熱間加工性が劣化するので上記を０．１３％とする。
Ｐは、耐力向上に有効な元素であり、その効果を発揮するには、０．０５％以上が必要であるが多量に添加すると熱間加工性が劣化するので上記を０．１３％とする。
・Ｓ：０．０３〜０．１０％
Ｓは、一般にＭｎＳを生成し、被削性を改善するために添加されるが、低すぎるとデファレンシャルケースのような重切削の場合には、顕著な効果が認められない。また、その含有量が多すぎると熱間加工性が劣化するため、上記を０．１０％とする。
Ｓは、一般にＭｎＳを生成し、被削性を改善するために添加されるが、低すぎるとデファレンシャルケースのような重切削の場合には、顕著な効果が認められない。また、その含有量が多すぎると熱間加工性が劣化するため、上記を０．１０％とする。
・Ｃｕ：０〜０．５０％
・Ｎｉ：０〜０．５０％
Ｃｕ及びＮｉは、Ｍｎ、Ｃｒの場合と同様に強度を向上させる元素であるが、多量に添加すると経済的に不利であるため、その上限を０．５０％とする。
・Ｎｉ：０〜０．５０％
Ｃｕ及びＮｉは、Ｍｎ、Ｃｒの場合と同様に強度を向上させる元素であるが、多量に添加すると経済的に不利であるため、その上限を０．５０％とする。
・Ｖ：０．２０〜０．４０％
Ｖは、ＣやＮと微細な炭窒化物を生成し、鍛造後の強度を高める元素であり、特に耐力、疲労強度の向上には有効である。このような効果をデファレンシャルケースで得るためには、０．２０％以上の添加が必要であるが、多量に添加してもその効果が飽和し、更に被削性が劣化するので、上限を０．４０％とする。
Ｖは、ＣやＮと微細な炭窒化物を生成し、鍛造後の強度を高める元素であり、特に耐力、疲労強度の向上には有効である。このような効果をデファレンシャルケースで得るためには、０．２０％以上の添加が必要であるが、多量に添加してもその効果が飽和し、更に被削性が劣化するので、上限を０．４０％とする。
・Ｃｅｑ＝Ｃ＋０．０７Ｓｉ＋０．１６Ｍｎ＋０．６１Ｐ＋０．１９Ｃｕ＋０．１７Ｎｉ＋０．２Ｃｒ＋Ｖ …（１）
・０．９０≦Ｃｅｑ≦１．１０ …（２）
上記Ｃｅｑの範囲は、デファレンシャルケースとして適切な強度を得るために必要な炭素当量（Ｃｅｑ）を規定するものである。Ｃｅｑが０．９０未満であると十分な強度が得られず、１．１０を超えると硬さが３７ＨＲＣを超え、被削性が低下するため、デファレンシャルケースの加工に多大な費用を要する。
・０．９０≦Ｃｅｑ≦１．１０ …（２）
上記Ｃｅｑの範囲は、デファレンシャルケースとして適切な強度を得るために必要な炭素当量（Ｃｅｑ）を規定するものである。Ｃｅｑが０．９０未満であると十分な強度が得られず、１．１０を超えると硬さが３７ＨＲＣを超え、被削性が低下するため、デファレンシャルケースの加工に多大な費用を要する。
また、上記非調質鋼には他の含有成分として、結晶粒微細化作用のあるニオブ（Ｎｂ）及びチタン（Ｔｉ）を添加できる。このときは、鍛造温度が高温の場合に、成形品の組織が粗くなり所望の時間強度が得られないのを抑制できる。
Ｎｂ及びＴｉは、炭窒化物を生成し鍛造後の結晶粒を微細化させて強度を向上させ得るが、多量に添加してもその効果が飽和するので、それぞれＮｂ：０〜０．０４０％、Ｔｉ：０〜０．０３０％とすることがよい。
Ｎｂ及びＴｉは、炭窒化物を生成し鍛造後の結晶粒を微細化させて強度を向上させ得るが、多量に添加してもその効果が飽和するので、それぞれＮｂ：０〜０．０４０％、Ｔｉ：０〜０．０３０％とすることがよい。
更に、上記非調質鋼には他の含有成分として、カルシウム（Ｃａ）、酸素（Ｏ）などの介在物形態制御元素を添加できる。このときは被削性の劣化を抑制できる。
Ｃａ及びＯは、ＭｎＳ介在物の形態を制御し、工具摩耗を抑制し、被削性改善効果も発揮させるためには、Ｃａ：０．０００１以上、Ｏ：０．００１０以上とすることが好適であるが、多量に添加すると熱間加工性が劣化するので、それぞれの上限を０．０１％とすることがよい。
Ｃａ及びＯは、ＭｎＳ介在物の形態を制御し、工具摩耗を抑制し、被削性改善効果も発揮させるためには、Ｃａ：０．０００１以上、Ｏ：０．００１０以上とすることが好適であるが、多量に添加すると熱間加工性が劣化するので、それぞれの上限を０．０１％とすることがよい。
更にまた、上記非調質鋼には他の含有成分として、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）のいずれか一方又は双方を添加できる。但し、ＰｂやＢｉは、切り屑破砕性を向上させ、工具の長寿命化に効果があるが、多量に添加すると熱間加工性が劣化するため、それぞれの上限を０．３％とすることがよい。
また、本発明の高強度デファレンシャルケースは、上述した非調質鋼を鍛造して得られるため、フランジ部の１０５回疲労強度がＦＣＤ７００の１．５倍以上となり得る。これは、現行の鋳造デファレンシャルケース材の一つであるＦＣＤ７００を鍛造品で置き換える場合、デファレンシャルケースの最重要要求特性である１０５回疲労強度が、１．５倍以上得られなければ経済効果が小さいためである。
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
表１に示す成分の鋼を溶解し、鍛造し（φ８０）、外削（φ７５）して、鍛造素材を製造した。
その後、この素材を用いてデファレンシャルケースに鍛造し、そのフランジ部硬さ（ロックウェルＣスケール）を測定するとともに、デファレンシャルケース単体でフランジ部での片振り繰返し曲げ疲労試験を実施した。本片振り繰返し曲げ疲労試験は、図２に示すように、デフケースの両ボス部を固定した状態でフランジ部の中央部に１０Ｈｚ（ヘルツ）にて荷重を負荷する試験である。
その後、この素材を用いてデファレンシャルケースに鍛造し、そのフランジ部硬さ（ロックウェルＣスケール）を測定するとともに、デファレンシャルケース単体でフランジ部での片振り繰返し曲げ疲労試験を実施した。本片振り繰返し曲げ疲労試験は、図２に示すように、デフケースの両ボス部を固定した状態でフランジ部の中央部に１０Ｈｚ（ヘルツ）にて荷重を負荷する試験である。
表１の実施例１〜１１より、本発明の好適実施形態であるデファレンシャルケースは、高強度となるため、フランジ部での十分な強度が得られ、加工性も良好となることがわかる。
一方、比較例１〜７のデファレンシャルケースは、本発明の範囲より外れるため、Ｃｅｑが０．９０未満ではデファレンシャルとして強度不足となり、また、１．１０超では硬さが高くなるため加工が困難となることがわかる。
一方、比較例１〜７のデファレンシャルケースは、本発明の範囲より外れるため、Ｃｅｑが０．９０未満ではデファレンシャルとして強度不足となり、また、１．１０超では硬さが高くなるため加工が困難となることがわかる。
Claims (5)
- 非調質鋼を鍛造して製造された高強度デファレンシャルケースであって、
該非調質鋼は、
Ｃ ：０．２０〜０．３０％
Ｓｉ：０．５０〜１．７０％
Ｍｎ：０．６０〜１．２０％
Ｐ ：０．０５〜０．１３％
Ｓ ：０．０３〜０．１０％
Ｃｕ：０ 〜０．５０％
Ｎｉ：０ 〜０．５０％
Ｃｒ：０．１０〜０．５０％
Ｍｏ：０ 〜０．１０％
Ｖ ：０．２０〜０．４０％
を含有成分とし、炭素当量Ｃｅｑが以下の式（１）及び（２）
Ｃｅｑ＝Ｃ＋０．０７Ｓｉ＋０．１６Ｍｎ＋０．６１Ｐ＋０．１９Ｃｕ＋０．１７Ｎｉ＋０．２Ｃｒ＋Ｖ …（１）
０．９０≦Ｃｅｑ≦１．１０ …（２）
を満足し、残部Ｆｅ及び不可避不純物から成ることを特徴とする高強度デファレンシャルケース。 - 上記非調質鋼が更にＮｂ及びＴｉを含有し、
Ｎｂ：０〜０．０４０％
Ｔｉ：０〜０．０３０％
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の高強度デファレンシャルケース。 - 上記非調質鋼が更にＣａ及びＯを含有し、
Ｃａ：０．０００１〜０．０１００％
Ｏ ：０．００１０〜０．０１００％
を満たすことを特徴とする高強度デファレンシャルケース。 - 上記非調質鋼が更にＰｂ及び／又はＢｉを含有し、
Ｐｂ：０．３％以下
Ｂｉ：０．３％以下
を満たすことを特徴とする高強度デファレンシャルケース。 - ＦＣＤ７００鋳造品対比１．５倍以上のフランジ部での１０５回疲労強度が得られることを特徴とする高強度デファレンシャルケース。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004227606A JP2006046478A (ja) | 2004-08-04 | 2004-08-04 | 高強度デファレンシャルケース |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2004227606A JP2006046478A (ja) | 2004-08-04 | 2004-08-04 | 高強度デファレンシャルケース |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006046478A true JP2006046478A (ja) | 2006-02-16 |
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ID=36025287
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| JP2004227606A Pending JP2006046478A (ja) | 2004-08-04 | 2004-08-04 | 高強度デファレンシャルケース |
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| JP (1) | JP2006046478A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108506455A (zh) * | 2017-02-27 | 2018-09-07 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 复合物轴壳及其制造方法 |
-
2004
- 2004-08-04 JP JP2004227606A patent/JP2006046478A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN108506455A (zh) * | 2017-02-27 | 2018-09-07 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 复合物轴壳及其制造方法 |
| CN108506455B (zh) * | 2017-02-27 | 2021-06-25 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 复合物轴壳及其制造方法 |
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