JP2021067279A - クランクシャフト及びその製造方法 - Google Patents
クランクシャフト及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021067279A JP2021067279A JP2019190532A JP2019190532A JP2021067279A JP 2021067279 A JP2021067279 A JP 2021067279A JP 2019190532 A JP2019190532 A JP 2019190532A JP 2019190532 A JP2019190532 A JP 2019190532A JP 2021067279 A JP2021067279 A JP 2021067279A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crankshaft
- hardness
- solid solution
- room temperature
- amount
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 18
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 59
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 56
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 8
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 claims description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 8
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 44
- 239000000463 material Substances 0.000 description 21
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 13
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 8
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 5
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 238000007730 finishing process Methods 0.000 description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000007542 hardness measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000897 Babbitt (metal) Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- OKIZCWYLBDKLSU-UHFFFAOYSA-M N,N,N-Trimethylmethanaminium chloride Chemical compound [Cl-].C[N+](C)(C)C OKIZCWYLBDKLSU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 102200081478 rs121908458 Human genes 0.000 description 1
- 102220005308 rs33960931 Human genes 0.000 description 1
- 102220259718 rs34120878 Human genes 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
【課題】耐焼付き性に優れたクランクシャフトを提供する。【解決手段】クランクシャフトは、マルテンサイトの体積率が８０％以上である焼入れ硬化層を表面に有するクランクシャフトであって、前記焼入れ硬化層は、室温において表層から少なくとも深さ２．０ｍｍまでの硬さがＨＶ７５０以上であり、室温での固溶炭素量が０．４６〜０．６５質量％である。【選択図】図２
Description
本発明は、クランクシャフト及びその製造方法に関し、より詳しくは、表面に焼入れ硬化層を有するクランクシャフト及びその製造方法に関する。
耐摩耗性や疲労強度を向上させるため、表面に高周波焼入れや軟窒化による硬化層を形成したクランクシャフトが知られている。
特許第４５８９８８５号公報には、Ｃ：０．３〜０．６％を含み、熱伝導率κが４０Ｗ／ｍＫ以上であって、かつ高周波焼入れ後の表面硬さＨｖがＨｖ＞２．７×κ＋４２０を満足するクランクシャフトが開示されている。
特許第５４９９９７４号公報には、Ｃ：０．２５〜０．６０％を含み、表面から深さ０．０５ｍｍ位置のＨＶ硬さが３８０〜６００である非調質型窒化クランクシャフトが開示されている。
特開２０１７−１１０２４７号公報には、Ｃ：０．３５〜０．６０％を含み、ピン部、ジャーナル部、及びフィレット部において、ＨＶ５５０以上のビッカース硬さが得られる表面からの深さが１．０ｍｍ以上であるクランクシャフトが開示されている。
特許第６３５４４５５号公報には、複数のピン部及び複数のジャーナル部のうち少なくとも一部の外周面が転がり軸受用の転動面となるように構成されたクランクシャフトが開示されている。このクランクシャフトは、Ｃ：０．５０〜０．９０％を含み、転動面が高周波焼入処理され、最表面から少なくとも深さ１．５ｍｍの範囲の硬さが６５０ＨＶ以上である。
クランクシャフトには、疲労強度や耐摩耗性に加えて、耐焼付き性が要求される。近年、燃費向上を目的として潤滑油の低粘度化やクランクシャフト摺動部の細軸化が進んでおり、クランクシャフトには、より優れた耐焼付き性が求められている。
本発明の目的は、耐焼付き性に優れたクランクシャフト及びその製造方法を提供することである。
本発明の一実施形態によるクランクシャフトは、マルテンサイトの体積率が８０％以上である焼入れ硬化層を表面に有するクランクシャフトであって、前記焼入れ硬化層は、室温において表層から少なくとも深さ２．０ｍｍまでの硬さがＨＶ７５０以上であり、室温での固溶炭素量が０．４６〜０．６５質量％である。
本発明の一実施形態によるクランクシャフトの製造方法は、上記のクランクシャフトの製造方法であって、クランクシャフトの中間品を準備する工程と、前記中間品を高周波焼入れする工程とを備え、前記高周波焼入れ後、焼戻しを実施しない。
本発明によれば、耐焼付き性に優れたクランクシャフトが得られる。
耐焼付き性を向上させるためには、摺動部品のうち軟質材の表面硬さを向上させる必要があると言われている。クランクシャフトにおいても、軟質材である軸受メタルの表面硬さを向上させて耐焼付き性を向上させた例はある。一方、硬質材であるクランクシャフトの表面硬さと耐焼付き性との関係は、これまで系統的に調べられていなかった。
図１は、本発明者らの調査によって得られた、クランクシャフトを模擬した試験軸の表面硬さと焼付面圧との関係を示す図である。一般的には、表面硬さを高くすることで耐摩耗性が向上し、これによって耐焼付き性も向上すると考えられている。しかし本発明者らの調査によれば、図１に示すとおり、表面硬さが高くなると焼付面圧が高くなる傾向は見られるものの、相関係数がそれほど大きいとはいえず、表面硬さだけでは耐焼付き性を十分に説明できないことが分かった。
さらに検討を進めた結果、耐焼付き性は、固溶炭素量と強い相関があることが分かった。図２は、固溶炭素量と焼付面圧との関係を示す図である。図２から、固溶炭素量によって、耐焼付き性をよく説明できることが分かる。
また、焼付きが発生する際のクランクシャフトの表面温度は２００℃から３００℃になっていることから、耐焼付き性には、この温度域での特性がより大きく影響していると考えられる。図３及び図４は、それぞれ２００℃及び３００℃で１時間加熱後の固溶炭素量と焼付面圧との関係を示す図である。図３及び図４から、２００℃及び３００℃で１時間加熱後の固溶炭素量によって、耐焼付き性をさらによく説明できることが分かる。
本発明は、以上の知見に基づいて完成された。以下、本発明の一実施形態によるクランクシャフトについて詳述する。
［クランクシャフト］
本実施形態によるクランクシャフトは、表面に焼入れ硬化層を有している。焼入れ硬化層は、クランクシャフトの全体に形成されていてもよいし、クランクシャフトの一部（例えば、ピン及び／又はジャーナル）だけに形成されていてもよい。
本実施形態によるクランクシャフトは、表面に焼入れ硬化層を有している。焼入れ硬化層は、クランクシャフトの全体に形成されていてもよいし、クランクシャフトの一部（例えば、ピン及び／又はジャーナル）だけに形成されていてもよい。
本実施形態において焼入れ硬化層とは、マルテンサイトの体積率が８０％以上である層を意味するものとする。本実施形態によるクランクシャフトの焼入れ硬化層の厚さは、好ましくは２．０ｍｍ以上であり、さらに好ましくは４．０ｍｍ以上である。
本実施形態によるクランクシャフトは、表層だけでなく、芯部まで焼入れされたものであってもよい。もっとも、生産性の観点から、芯部は非焼入れ組織（具体的には、フェライト、パーライト、又はフェライト・パーライト）であることが好ましい。
本実施形態によるクランクシャフトの焼入れ硬化層は、室温において表層から少なくとも深さ２．０ｍｍまでの硬さがＨＶ７５０以上であり、室温での固溶炭素量（以下「室温固溶炭素量」という。）が０．４６〜０．６５質量％である。
室温において表層から少なくとも深さ２．０ｍｍまでの硬さがＨＶ７５０以上であり、かつ、室温固溶炭素量が０．４６質量％以上であれば、優れた耐焼付き性が得られる。耐焼付き性は、焼入れ硬化層の固溶炭素量と強い相関があり、硬化層の固溶炭素量が高いほど耐焼付き性が向上する。室温固溶炭素量の下限は、好ましくは０．４７質量％である。
一方、室温固溶炭素量が０．６５質量％を超えると、被削性が低下して機械加工が困難になる、平滑な表面形状に仕上加工することが困難になる、残留オーステナイトが生成しやすくなる、焼割れが発生しやすくなるといった問題が起こる。特に焼割れに関しては、摺動面にき裂が発生すると、き裂の開口部そのものや開口部周辺に発生するバリによって、焼付き面圧が著しく低下する。そのため、室温固溶炭素量の上限は０．６５質量％である。室温固溶炭素量の上限は、好ましくは０．６０質量％であり、より好ましくは０．５５質量％であり、さらに好ましくは０．５２質量％である。
室温における表面硬さの上限は特に設けないが、好ましくはＨＶ８５０であり、より好ましくはＨＶ８００であり、さらに好ましくはＨＶ７８０である。なお、表面硬さは、表面から深さ１００μｍの地点の硬さとする。
本実施形態によるクランクシャフトの焼入れ硬化層は、好ましくは、２００℃で１時間加熱後の固溶炭素量（以下「２００℃固溶炭素量」という。）が０．４２質量％以上であり、３００℃で１時間加熱後の固溶炭素量（以下「３００℃固溶炭素量」という。）が０．３４質量％以上である。
本実施形態によるクランクシャフトの焼入れ硬化層は、好ましくは、２００℃で１時間加熱後において表層から少なくとも深さ２．０ｍｍまでの硬さがＨＶ４７０以上であり、３００℃で１時間加熱後において表層から少なくとも深さ２．０ｍｍまでの硬さがＨＶ４００以上である。
室温における焼入れ硬化層の硬さは、次のように測定する。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、クランクシャフトから表面ＳＦを含む試験片ＳＭＰを切り出す。測定面ＭＦは、クランクシャフトの軸方向と平行な面とする。測定面ＭＦとその裏面を平行に研磨する。深さ方向の複数の地点を試験力３００ｇｆで圧下して、それぞれの深さ地点でのビッカース硬さを測定する。それぞれの深さ地点のビッカース硬さは、クランクシャフトの軸方向と平行に５箇所測定し、その平均値とする。
２００℃及び３００℃で１時間加熱後の焼入れ硬化層の硬さは、室温における硬さの測定に用いた試験片と同様に作製した試験片をそれぞれ２００℃及び３００℃に１時間保持後、室温まで空冷した後、室温における硬さの測定と同様に測定する。
焼入れ硬化層の室温固溶炭素量は、次のように測定する。まず、電解抽出残渣測定によって、焼入れ硬化層中の非固溶状態の炭素の割合（質量％）を求める。図６は、電解抽出残渣の分析のフロー図である。
焼入れ硬化層が形成された箇所から、電解抽出残渣測定用の試料を採取する。例えば、測定対象の鋼材が直径４７．９ｍｍの円柱形状の場合、採取する試料は、この一部を切り出した高さ１２．０ｍｍ×直径４７．９ｍｍの円柱形状とすることができる。この試料の断面をマスクして、表層部だけを溶解する。具体的には、１０質量％アセチルアセトン−１質量％テトラメチルアンモニウムクロライド／メタノール溶液（ＡＡ溶液）を電解液として用いた定電流電解法によって、電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２で、表面から４０μｍまでの部分を陽極溶解する（ＡＡ電解）。溶液を孔径０．２μｍのガラスフィルタでろ過し、残渣を回収する。
回収した残渣を、高周波燃焼赤外線吸収法によって分析し、残渣中の炭素含有量（質量％）を求める。高周波燃焼赤外吸収法は、ＪＩＳ Ｇ １２１１−３：２０１８（鉄及び鋼−炭素定量方法−）の８．２（定量操作）のｂ）に準じて行う。具体的には、ガラスフィルタごと炉に入れて助燃剤（タングステンとすずの混合物（タングステン：すず＝９：１）。ただし、高周波がかかりにくい場合にはＪＩＳ Ｚ ２６１５：２０１５の８．１３に準じて純鉄を加える。）と共に燃やし、ガラスフィルタ上の炭素をＣＯ及びＣＯ２にする。このＣＯ、ＣＯ２の検出量を積算して、積算量を予め取得しておいた検量線と比較して炭素量を求める
クランクシャフトの化学組成の炭素含有量（質量％）と残渣中の炭素含有量（質量％）との差を、室温固溶炭素量（質量％）とする。
焼入れ硬化層の２００℃固溶炭素量及び３００℃固溶炭素量は、室温固溶炭素量の測定に用いた試験片と同様に作製した試験片をそれぞれ２００℃及び３００℃に１時間保持後、室温まで空冷した後、室温固溶炭素量の測定と同様に測定する。
本実施形態によるクランクシャフトは、これらに限定されないが、ＪＩＳ Ｇ ４０５１：２００９の機械構造用炭素鋼鋼材、ＪＩＳ Ｇ ４０５２：２００８の焼入れ性を保証した機械構造用鋼鋼材（Ｈ鋼）、ＪＩＳ Ｇ４０５３：２００８の機械構造用合金鋼鋼材等からなるものを用いることができる。これらの鋼材の中でも、ＪＩＳ Ｇ ４０５１：２００９のＳ５０Ｃ、Ｓ５５Ｃ、Ｓ６０Ｃ等が好適であり、また、これらの鋼材に被削性を向上させるためにＳを添加した鋼材が特に好適である。
クランクシャフトの化学組成は、好ましくは、質量％で、Ｃ：０．４８〜０．６２％、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．０１〜０．５０％、Ａｌ：０．００１〜０．０６％、Ｎ：０．００１〜０．０２０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．２０％以下、残部Ｆｅ及び不純物である。
［クランクシャフトの製造方法］
次に、本実施形態によるクランクシャフトの製造方法の一例を説明する。以下に説明する製造方法は、あくまでも例示であって、本実施形態によるクランクシャフトの製造方法を限定するものではない。
次に、本実施形態によるクランクシャフトの製造方法の一例を説明する。以下に説明する製造方法は、あくまでも例示であって、本実施形態によるクランクシャフトの製造方法を限定するものではない。
図７は、クランクシャフトの製造方法の一例を示すフロー図である。この製造方法は、素材を準備する工程（ステップＳ１）、熱間鍛造工程（ステップＳ２）、熱処理工程（ステップＳ３）、機械加工工程（ステップＳ４）、焼入れ工程（ステップＳ５）、及び仕上加工工程（ステップＳ６）を備えている。以下、各工程を詳述する。
クランクシャフトの素材を準備する（ステップＳ１）。クランクシャフトの素材は、これに限定されないが、例えば化学組成が、質量％で、Ｃ：０．４８〜０．６２％、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．０１〜０．５０％、Ａｌ：０．００１〜０．０６％、Ｎ：０．００１〜０．０２０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．２０％以下を含むものを用いることができる。クランクシャフトの素材は、上記以外の元素（例えばＶやＮｂ等）を含有するものであってもよい。
素材は、例えば棒鋼である。素材は例えば、上記の化学組成を有する溶鋼を連続鋳造又は分塊圧延して製造することができる。
素材を熱間鍛造してクランクシャフトの粗形状にする（ステップＳ２）。熱間鍛造は、粗鍛造と仕上鍛造とに分けて実施してもよい。
熱間鍛造によって製造されたクランクシャフトの粗形品に対して、必要に応じて焼準し等の熱処理を実施する（ステップＳ３）。この熱処理工程（ステップＳ３）は任意の工程であり、クランクシャフトの要求特性等によってはこの工程を省略してもよい。
クランクシャフトの粗形品を機械加工する（ステップＳ４）。機械加工は、切削加工や研削加工、孔開け加工等である。この工程により、最終製品に近い形状を有するクランクシャフトの中間品が製造される。
機械加工されたクランクシャフトの中間品を焼入れする。これによって、表面に焼入れ硬化層が形成される。具体的には、所定の加熱温度に加熱した後、急冷する。急冷は、好ましくは油冷又は水冷であり、より好ましくは水冷である。このとき、高周波誘導加熱装置によって局所的に加熱してもよいし、熱処理炉によって中間品全体を加熱してもよい。加熱温度は、好ましくはＡｃ３点以上であり、より好ましくは９００℃以上である。
この例では、クランクシャフトの中間品を焼入れ後、焼戻しを実施しない。焼戻しを実施すると、セメンタイト等の炭化物が析出し、固溶炭素量が減少するためである。
焼入れ硬化層が形成された中間品に対して、必要に応じて仕上加工を実施する（ステップＳ６）。例えばクランクシャフトのジャーナルやピンに研削やラッピングを施して表面形状を調整する。以上の工程によって、クランクシャフトを製造することができる。
焼入れ硬化層の室温における硬さ、２００℃における硬さ、及び３００℃における硬さは例えば、素材の化学組成、焼入れ時の冷却速度等によって調整することができる。具体的には、炭素含有量を高くすると、または、焼入れ時の冷却速度を大きくすると、焼入れ硬化層の室温における硬さ、２００℃における硬さ、及び３００℃における硬さの値は高くなる。
焼入れ硬化層の室温固溶炭素量、２００℃固溶炭素量、及び３００℃固溶炭素量（以下、これらを区別せずに単に「固溶炭素量」と呼ぶ場合がある。）は例えば、素材の化学組成、鍛造後の熱処理等によって調整することができる。具体的には、素材の炭素含有量を高くすると、焼入れ硬化層の固溶炭素量の値は高くなる。
固溶炭素量の値を高くするためには、炭化物が析出する温度域に鋼材を長時間保持しないことが好ましい。また、炭化物を形成する元素（Ｃｒ等）の含有量を少なくすることが好ましい。
以上、本発明の一実施形態によるクランクシャフト及びその製造方法を説明した。本実施形態によれば、耐焼付き性に優れたクランクシャフトが得られる。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されない。
表１に示す化学組成を有する鋼を素材として、焼付き試験用の試験軸を作製した。図８に、試験軸作製時のヒートパターンを示す。
具体的には、素材を１２５０℃で１時間加熱した後、１１００〜８５０℃で熱間鍛造を実施し、鍛造終了後、室温まで放冷した。その後、１２５０℃で２０分間加熱した後空冷する焼準しを実施した後、機械加工（切削加工）によって外径を４７．９ｍｍにした。その後、高周波焼入れを実施して焼入れ硬化層を形成した。これらの試験軸には、いずれもマルテンサイトの体積率が８０％以上である焼入れ硬化層が３．０ｍｍ以上形成されていた。
焼入れ後、仕上加工として、断面曲線の算術平均高さＰａが０．０７〜０．０９μｍになるように、試験軸に研削及びラッピングを施した。試験軸の外径は、後述する焼付き試験に用いる軸受とのクリアランスが約０．０９０ｍｍになるように調整した（後掲表２及び表３の番号１〜４、及び９〜１２）。
比較例として、焼入れ後、２１０℃（後掲表２の番号５〜６）及び４２０℃（後掲表２の番号７及び８）で９０分間の焼戻しを行った試験軸を作製した。焼戻しを行ったことを除き、後掲表２の番号５〜９の試験軸の製造条件は、後掲表２の番号１〜４、及び９〜１２の製造条件と同じである。
実施形態で説明した方法にしたがって、各試験軸の焼入れ硬化層の硬さを測定した。具体的には、表面から深さ１００μｍの地点、及び表層から深さ２．０ｍｍの地点の硬さを測定した。また、２００℃及び３００℃の場合と同様にして、６００℃で一時間加熱後の硬さも測定した。
実施形態で説明した方法にしたがって、各試験軸の焼入れ硬化層の室温固溶炭素量、２００℃固溶炭素量、及び３００℃固溶炭素量を測定した。
作製した試験軸を用いて、焼付き試験を実施した。焼付き試験は、神鋼造機株式会社製クランクメタル耐摩耗焼付き性評価装置を用いて実施した。評価装置２０の模式図を図９に示す。試験軸ＴＰを複数の軸受２１に挿入し、軸受２１に給油しながら、モータ（不図示）によって試験軸ＴＰを８０００ｒｐｍで回転させた。軸受のメタルは、ＨＶ４０〜５０のＡｌ合金を使用した。潤滑油は０Ｗ−２０、給油温度は１４０℃、油圧は０．８ＭＰａとした。
この状態で、軸受２１の一つを引き下げて試験軸ＴＰに加わる面圧を段階的に増加させながら、焼付きが発生するまで運転した。図１０に、試験軸ＴＰに加えた面圧の時間変化を模式的に示す。同一面圧での保持時間は３分間、１ステップあたりの面圧増加幅は４．３５ＭＰａ、面圧増加にかける時間は１５秒間とした。試験軸ＴＰの表面温度が２８０℃以上になるか、試験軸にかかるトルクが２５Ｎｍ以上になったときに焼付きが発生したと判定した。
結果を表２及び表３に示す。なお、番号１２の試験軸は、仕上加工中に焼割れが発生し、焼付き試験を実施することができなかった。
表２及び表３に示すように、番号１〜４の試験軸は、室温における表層から深さ２．０ｍｍまでの硬さが７５０ＨＶ以上であり、かつ、室温固溶炭素量が０．４６〜０．６５質量％であった。これらの試験軸は、７９ＭＰａ以上焼付面圧を示し、番号５〜１１の試験軸と比較して、優れた耐焼付き性を有していた。
試験番号１２の試験軸は、仕上加工中に焼割れが発生した。これは、試験番号１２の試験軸の固溶炭素量が高すぎたためと考えられる。
図１は、表２の結果から作成した、室温における表層から１００μｍの地点における硬さと焼付面圧との関係を示す図である。図１において、白抜きのマークは番号１〜４の試験軸の結果を表し、中実のマークは番号５〜１１の試験軸の結果を表す。図２〜図４においても同様である。一般的には、表面硬さを高くすることで耐摩耗性が向上し、これによって耐焼付き性も向上すると考えられている。しかし、図１に示すとおり、表面硬さが高くなると焼付面圧が高くなる傾向は見られるものの、相関係数がそれほど大きいとはいえず、表面硬さだけでは耐焼付き性を十分に説明できないことが分かる。
図２は、表３の結果から作成した、室温固溶炭素量と焼付面圧との関係を示す図である。図３及び図４は、それぞれ２００℃固溶炭素量及び３００℃固溶炭素量と焼付面圧との関係を示す図である。図２〜図４から、固溶炭素量によって、耐焼付き性をよく説明できることが分かる。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。
Claims (5)
- マルテンサイトの体積率が８０％以上である焼入れ硬化層を表面に有するクランクシャフトであって、
前記焼入れ硬化層は、
室温において表層から少なくとも深さ２．０ｍｍまでの硬さがＨＶ７５０以上であり、
室温での固溶炭素量が０．４６〜０．６５質量％である、クランクシャフト。 - 請求項１に記載のクランクシャフトであって、
前記焼入れ硬化層は、
２００℃で１時間加熱後の固溶炭素量が０．４２質量％以上であり、３００℃で１時間加熱後の固溶炭素量が０．３４質量％以上である、クランクシャフト。 - 請求項１又は２に記載のクランクシャフトであって、
前記焼入れ硬化層は、
２００℃で１時間加熱後において表層から少なくとも深さ２．０ｍｍまでの硬さがＨＶ４７０以上であり、３００℃で１時間加熱後において表層から少なくとも深さ２．０ｍｍまでの硬さがＨＶ４００以上である、クランクシャフト。 - 請求項１〜３のいずれか一項に記載のクランクシャフトであって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ ：０．４８〜０．６２％、
Ｓｉ：０．０１〜２．０％、
Ｍｎ：０．１〜２．０％、
Ｃｒ：０．０１〜０．５０％、
Ａｌ：０．００１〜０．０６％、
Ｎ ：０．００１〜０．０２０％、
Ｐ ：０．０３％以下、
Ｓ ：０．２０％以下、
残部：Ｆｅ及び不純物である、クランクシャフト。 - 請求項１〜４のいずれか一項に記載のクランクシャフトの製造方法であって、
クランクシャフトの中間品を準備する工程と、
前記中間品を高周波焼入れする工程とを備え、
前記高周波焼入れ後、焼戻しを実施しない、クランクシャフトの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019190532A JP7343767B2 (ja) | 2019-10-17 | 2019-10-17 | クランクシャフト及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019190532A JP7343767B2 (ja) | 2019-10-17 | 2019-10-17 | クランクシャフト及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021067279A true JP2021067279A (ja) | 2021-04-30 |
| JP7343767B2 JP7343767B2 (ja) | 2023-09-13 |
Family
ID=75638251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019190532A Active JP7343767B2 (ja) | 2019-10-17 | 2019-10-17 | クランクシャフト及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7343767B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009299163A (ja) * | 2008-06-16 | 2009-12-24 | Ntn Corp | 鋼の熱処理方法、機械部品の製造方法および機械部品 |
| JP2017110247A (ja) * | 2015-12-15 | 2017-06-22 | 新日鐵住金株式会社 | クランクシャフト及びその製造方法 |
-
2019
- 2019-10-17 JP JP2019190532A patent/JP7343767B2/ja active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009299163A (ja) * | 2008-06-16 | 2009-12-24 | Ntn Corp | 鋼の熱処理方法、機械部品の製造方法および機械部品 |
| JP2017110247A (ja) * | 2015-12-15 | 2017-06-22 | 新日鐵住金株式会社 | クランクシャフト及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7343767B2 (ja) | 2023-09-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5958652B2 (ja) | 面疲労強度に優れる軟窒化高周波焼入れ鋼部品 | |
| JP5026625B2 (ja) | 表面硬化用機械構造用鋼、及び、機械構造用鋼部品とその製造方法 | |
| JP5761105B2 (ja) | 冷鍛窒化用鋼、冷鍛窒化用鋼材および冷鍛窒化部品 | |
| JP5895493B2 (ja) | 転がり軸受の製造方法、高周波熱処理装置 | |
| JP5477111B2 (ja) | 窒化高周波焼入れ用鋼及び窒化高周波焼入れ部品 | |
| JP4632931B2 (ja) | 冷間加工性に優れる高周波焼入れ用鋼及びその製造方法 | |
| JP2003516474A (ja) | 低炭素、低クロムの浸炭可能な高速度鋼 | |
| JP6241136B2 (ja) | 肌焼鋼鋼材 | |
| JP5886119B2 (ja) | 肌焼鋼鋼材 | |
| JP6772499B2 (ja) | 鋼部品及びその製造方法 | |
| JP6299864B2 (ja) | 非調質クランクシャフト用鋼及び非調質クランクシャフト | |
| JP6561816B2 (ja) | クランクシャフト及びその製造方法 | |
| WO2022065425A1 (ja) | クランクシャフト | |
| JP7343767B2 (ja) | クランクシャフト及びその製造方法 | |
| JP5708844B2 (ja) | 非調質型窒化クランクシャフト | |
| JP5811303B2 (ja) | 非調質型軟窒化部品 | |
| JP6447064B2 (ja) | 鋼部品 | |
| JP6488945B2 (ja) | 高強度冷間鍛造用肌焼鋼 | |
| JP2006292108A (ja) | クランクシャフト及びその製造方法 | |
| WO2020179800A1 (ja) | クランクシャフト | |
| JP5825152B2 (ja) | 冷鍛窒化用鋼材および冷鍛窒化部品 | |
| JP2008088482A (ja) | 転動疲労特性と圧壊強度に優れた軸受のコロまたは球、および、軸受 | |
| JP2004285460A (ja) | 転がり、摺動部品およびその製造方法 | |
| JP2021155821A (ja) | 浸炭用鋼、浸炭鋼部品および浸炭鋼部品の製造方法 | |
| JP6690173B2 (ja) | 熱間鍛造部品及び熱間鍛造部品の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220606 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230215 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230328 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230801 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230814 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7343767 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |