JP4771745B2 - 高強度等速ジョイント中間シャフト用鋼材ならびに高強度等速ジョイント中間シャフト - Google Patents

高強度等速ジョイント中間シャフト用鋼材ならびに高強度等速ジョイント中間シャフト Download PDF

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Description

本発明は、高強度等速ジョイント中間シャフト用鋼材ならびに高強度等速ジョイント中間シャフトに関するものである。
自動車部品の一つであるの等速ジョイント中間シャフトは、近年の自動車エンジンの高出力化あるいは環境規制対応にともない、高強度化の指向が強い。等速ジョイント中間シャフトの必要な強度特性は、主として靜的捩り強度、捩り疲労強度である。
従来の自動車部品の駆動軸に関する技術としては、例えば、Ｃ：０．３０〜０．３８％、Ｍｎ：０．６〜１．５％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０％、Ｔｉ：０．０１〜０．０４、Ａｌ：０．０１〜０．０４％からなる鋼をドライブシャフトに成形し、高周波焼入れによる高周波焼入れ深さと鋼材部半径の比を０．４以上とし、高周波焼入れ後の焼戻し処理を省略するドライブシャフトの製造方法の発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。該発明には、本発明で強度特性として特に注目している捩り疲労強度については、言及されていない。また、その炭素量から、その高強度化のレベルには、おのずと限界があるものと推定される。
また、Ｃ：０．３８〜０．４５％、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｍｎ：０．８〜１．５％、Ｂ：０．０００５〜０．００３５％、Ｔｉ：０．０１〜０．０５、Ａｌ：０．０１〜０．０６％、Ｎ：０．０１％以下、高周波焼入れによる表面硬さがＨＲＣ５５以上の焼入れ硬化層を、層厚/軸半径の比が０．４５以上となるように形成し、捩り強度が最大せん断応力値で１．４７ＧＰａ以上であることを特徴とする駆動軸用中実軸の発明が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、当該組成に相当する鋼材を用いても、等速ジョイント中間シャフトとして、高強度部品として必要な強度特性が得られていないのが現状である。該発明には、セレーション軸部を有する軸部品を想定しているものの、破損部位や破損形態まで考慮されていない。また、その炭素量から、その高強度化のレベルには、おのずと限界があるものと推定される。
また、Ｃ：０．３５〜０．７０％、Ｓｉ：０．０１〜０．１５％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｓ：０．００５〜０．１５％、Ａｌ：０．０００５〜０．０５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％、Ｎ：０．００２〜０．０２％であり、半径の２乗の重み付きの断面内平均硬さ（半径方向に同心円状に分割し、各リングの硬さに半径の２乗の重みを付けて総和を求め、平均化した値）が５６０以上である高強度高周波焼入れ軸部品の発明が提案されている（例えば、特許文献３参照）。該発明にも、破損部位や破損形態まで考慮されていない。そのため、高強度軸部品として、部品内の部位ごとの硬さ分布が最適に調整されたものとは言えない。
特公昭６３−６２５７１号公報 特開平５−３２０８２５公報 特開平７−９０４８４公報
上記のような従来開示された鋼材では、等速ジョイント中間シャフトとして、優れた静的捩り強度特性、優れた捩り疲労強度特性を得ることができない。本発明はこのような問題を解決して、優れた静的捩り強度特性、優れた捩り疲労強度特性を備えた高強度等速ジョイント中間シャフト用鋼材ならびに高強度等速ジョイント中間シャフトを提供することを目的とするものである。
本発明者は、主として優れた静的捩り強度特性、優れた捩り疲労強度特性を備えた高強度等速ジョイント中間シャフト用鋼材ならびに高強度等速ジョイント中間シャフトを実現するために、鋭意研究し、その結果、等速ジョイントシャフトの平滑部で破損するような場合には、０．４６％以上に高炭素化を図り、硬化層深さを深くし、芯部硬さを増加させて行くと静的捩り強度、捩り疲労強度は向上すること、しかし、硬化層深さを過度に深くしていくと、破断位置が平滑部からスプライン部に変化する問題があること、そして、高炭素鋼の鋼材成分を選択するとともに、平滑部とは逆にスプライン部の硬化層深さの上限を規制することで、スプライン破壊が抑制できること等を見出して本発明を完成した。
本発明の要旨は、以下通りである。
（１）質量％で、
Ｃ：０．４６〜０．５２％、
Ｓｉ：０．６〜０．８％、
Ｍｎ：０．７〜０．９％、
Ｓ：０．０１〜０．０５％、
Ｍｏ：０．３〜０．５％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５％、
Ａｌ：０．００２〜０．０５％、
Ｔｉ：０．０５超〜０．０９％を含有し、
Ｎ：０．００７％以下
Ｃｒ：０．１５％以下（０％を含む）、
Ｐ：０．０２％以下（０％を含む）に各々制限し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、かつベイナイト＋マルテンサイトの組織分率が４０％以上で、硬さが２５０〜３４０ＨＶであることを特徴とする高強度等速ジョイント中間シャフト用鋼材である。
（２）質量％で、
Ｃ：０．４６〜０．５２％、
Ｓｉ：０．６〜０．８％、
Ｍｎ：０．７〜０．９％、
Ｓ：０．０１〜０．０５％、
Ｍｏ：０．３〜０．５％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５％、
Ａｌ：０．００２〜０．０５％、
Ｔｉ：０．０５超〜０．０９％を含有し、
Ｎ：０．００７％以下
Ｃｒ：０．１５％以下（０％を含む）、
Ｐ：０．０２％以下（０％を含む）に各々制限し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、スプライン切り上がり部の表面硬さが６１０〜７５０ＨＶ、有効硬化層深さが、有効硬化層深さｔと半径ｒの比ｔ／ｒで０．３５〜０．５５であり、平滑部の表面硬さが６３０〜７７０ＨＶ、有効硬化層深さが、有効硬化層深さｔと半径ｒの比ｔ／ｒで０．５５〜１．０であり、芯部硬さが２５０〜３４０ＨＶであることを特徴とする高強度等速ジョイント中間シャフトである。
本発明の高強度等速ジョイント中間シャフト用鋼材ならびに高強度等速ジョイント中間シャフトを用いることにより、優れた静的捩り強度、捩り疲労強度特性を得ることができる。
本発明の高強度等速ジョイント中間シャフト用鋼材ならびに高強度等速ジョイント中間シャフトを用いれば、等速ジョイント中間シャフトとして優れた静的捩り強度、優れた捩り疲労強度特性を得ることができる。本発明による産業上の効果は極めて顕著である。
本発明者らは、高強度等速ジョイント中間シャフト用鋼材ならびに高強度等速ジョイント中間シャフトを実現するために、鋭意研究し、次の点を明らかにした。なお、本発明で言う強度特性とは、主として静的捩り強度および捩り疲労強度である。
従来開示されたシャフト部品以上の高捩り強度特性を得るためには、０．４６％以上の高炭素鋼化が必要である。
Ｃ：０．４６％以上のような高炭素鋼において、等速ジョイントシャフトの平滑部で破損するような場合には、硬化層深さを深くし、芯部硬さを増加させて行くと静的捩り強度、捩り疲労強度は向上し、特に有効硬化層深さが、有効硬化層深さｔと半径ｒの比ｔ／ｒで、０．５５以上、芯部硬さが２５０ＨＶ以上で良好な強度特性を有する。一方、硬化層深さを過度に深くしていくと、破断位置が平滑部からスプライン部に変化し、静的捩り強度、捩り疲労強度はかえって低下する現象が起きる。
Ｃ：０．４６％以上の高炭素鋼を用いた等速ジョイント中間シャフトにおいて、スプライン部破壊による強度低下を抑制するためには、鋼材組成として、（ａ）Ｓｉ：０．６％以上添加、（ｂ）Ｍｏ：０．３％以上添加、（ｃ）Ｂ添加が有効である。
スプライン部破壊は、スプライン切り上がり部を起点とする。Ｃ：０．４６％以上の高炭素鋼を用いた等速ジョイント中間シャフトにおいて、スプライン部破壊による強度低下を抑制するためには、上記したような成分系の適正化に加えて、スプライン切り上がり部の表面硬さの上限を規制するとともに、有効硬化層深さを、ｔ／ｒ；０．３５〜０．５５の範囲に制限することが有効である。
つまり、Ｃ：０．４６％以上の高炭素鋼を用いた等速ジョイント中間シャフトにおいて、等速ジョイント中間シャフト部品として優れた捩り強度特性を得るためには、上記したような成分系の適正化に加えて、等速ジョイント中間シャフトの平滑部とスプライン切り上がり部の硬さ分布を、別々に適正化を図ることが必要である。具体的には、有効硬化層深さｔ／ｒを、平滑部は０．５５〜１．０と深くし、一方、スプライン切り上がり部は０．３５〜０．５５に制限し、さらにスプライン切り上がり部の表面硬さの上限を規制、芯部硬さを２５０〜３４０ＨＶの範囲とすることにより、等速ジョイント中間シャフトの部品としての高強度化が初めて可能である。
次に、等速ジョイント中間シャフトは高周波焼入れで熱処理されるが、高周波焼入れは急速加熱であるため、高周波焼入れ前の組織中に、粗大なフェライトやセメンタイトが存在すると、高周波焼入れ後に均一な組織・硬さを得るのが困難となる。特に、鋼材組成として、Ｓｉ：０．６％以上添加すると、高周波焼入れ性が劣化し、高周波焼入れ後、硬さムラ等を起こしやすくなる。これに対して、高周波焼入れ前の組織をベイナイト＋マルテンサイトの組織分率が４０％以上というように、ベイナイト又はマルテンサイト主体の組織とすることにより、高周波焼入れ後に均一な組織・硬さが得られやすくなる。
さらに、等速ジョイント中間シャフトは高周波焼入れ後も芯部は熱処理を受けない。つまり、等速ジョイント中間シャフトの芯部は、素材のままの組織・硬さであるため、素材の段階で組織・硬さの作りこみが重要である。等速ジョイント中間シャフトとして優れた強度特性を得るためには、表面硬さに加えて、内部硬さも高いことが有効である。そのためには、高周波焼入れ前の素材組織をベイナイト又はマルテンサイト主体の組織とし、素材の硬さを２５０〜３４０ＨＶの範囲まで高めておくことが有効である。
本発明は以上の新規なる知見にもとづいてなされたものである。
以下、本発明について詳細に説明する。
Ｃは鋼に必要な強度を与えるのに有効な元素であるが、０．４６％未満では捩り強度等の必要な強さを確保することができず、０．５２％を越えると硬くなって冷間加工性、特に切削性が劣化するので、０．４６〜０．５２％の範囲内にする必要がある。
Ｓｉは旧オーステナイト粒界の粒界強化を目的として、および脱酸元素として添加する。０．６％未満では粒界強化の効果は不十分である。一方、０．８％を越えると、硬さの上昇を招き冷間加工性、特に切削性が劣化する。以上の理由から、その含有量を０．６〜０．８％の範囲内にする必要がある。
Ｍｎは、高周波焼入れ性の向上に有効な元素である。十分な焼入れ性を確保するためには、０．７％未満ではその効果は不十分である。一方、０．９％を越えると、硬さの顕著な上昇を招き冷間加工性、切削性が劣化するので、Ｍｎ：０．７〜０．９％の範囲内にする必要がある。
Ｓは鋼中でＭｎＳを形成し、これによる被削性の向上を目的として添加するが、０．０１％未満ではその効果は不十分である。一方、０．０５％を超えるとその効果は飽和し、むしろＭｎＳが焼き割れ等の原因となる。以上の理由から、Ｓの含有量を０．０１〜０．０５％の範囲内にする必要がある。
Ｍｏは鋼に強度、焼入れ性を与えるとともに、高周波焼入れ後の粒界強度を向上させて強度特性を増加させるのに有効な元素であるが、０．３％未満ではその効果は不十分であり、０．５％を越えて添加すると硬さの上昇を招き冷間加工性、切削性が劣化する。以上の理由から、その含有量をＭｏ：０．３〜０．５％の範囲内にする必要がある。
Ｂは、高周波焼入れに際して、鋼に焼入れ性を付与すること、および高周波焼入れ材の粒界強度を向上させることにより、捩り強度特性を向上させることを狙いとして添加する。０．０００５％未満の添加では、上記の効果は不十分であり、０．００５％を超えるとその効果は飽和するので、その含有量を０．０００５〜０．００５％の範囲内にする必要がある。
Ａｌは脱酸剤として添加する。０．００２％未満ではその効果は不十分である。一方、０．０５％を越えると、その効果は飽和し、むしろ靭性を劣化させる。以上の理由から、その含有量を０．００２〜０．０５％の範囲内にする必要がある。
Ｔｉは鋼中でＴｉＮおよびＴｉＣを生成する。Ｔｉの添加は、（ａ）ＴｉＮ生成によって、固溶Ｎの固定によるＢＮの析出を防止、つまり固溶Ｂの確保、および（ｂ）ＴｉＣの微細分散による旧オーステナイト結晶粒の細粒化を目的として添加する。しかしながら、０．０２％未満ではその効果は不十分である。一方、Ｔｉを０．０９％を超えて添加すると、ＴｉＣによる析出硬化が顕著になり、冷間加工性、切削性が顕著に劣化する。以上の理由から、その含有量をＴｉ：０．０２〜０．０９％の範囲内にする必要がある。特に旧オーステナイト結晶粒の微細化効果を顕著に得るためには、Ｔｉ：０．０５超〜０．０９％の範囲内にすることが必要である。
Ｎは以下の２点の理由から極力制限することが望ましい。（ａ）Ｂは上記のように焼入れ性向上、粒界強化等を目的として添加するが、これらのＢの効果は鋼中で固溶Ｂの状態で初めて効果を発現するため、Ｎ量を低減してＢＮの生成を抑制することが必須である。（ｂ）また、Ｎは鋼中のＴｉと結びつくと粗大なＴｉＮを生成し、硬さを増加させるとともに、ＴｉＮが冷鍛割れの原因となるため、冷間加工性が顕著に劣化する。上記の悪影響はＮ量が０．００７％を超えた場合に特に顕著である。以上の理由から、その含有量を０．００７％以下にする必要がある。
Ｃｒはセメンタイト中に固溶してセメンタイトを安定化し、高周波焼入れの短時間加熱時にセメンタイトの溶け込み不良を起こしやすくなるため、硬さムラの原因となる。この挙動は、特に０．１５％を超えると顕著になる。以上の理由から、その含有量を０．１５％以下（０％を含む）に制限する必要がある。
Ｐは高周波焼入れ、焼戻し後の部品の結晶粒界を脆化させることによって、最終製品の捩り強度、捩り疲労強度を劣化させる。特にＰが０．０２％を超えると強度低下が顕著となるため、０．０２％（０％を含む）を上限とした。
次に、本発明では、「ベイナイト＋マルテンサイトの組織分率が４０％以上で、硬さが２５０〜３４０ＨＶ」とする。等速ジョイント中間シャフトは高周波焼入れで熱処理されるが、高周波焼入れは急速加熱であるため、高周波焼入れ前の組織中に、粗大なフェライトやセメンタイトが存在すると、高周波焼入れ後に均一な組織・硬さを得るのが困難となる。これに対して、高周波焼入れ前の組織をベイナイト又はマルテンサイト主体の組織とすることにより、高周波焼入れ後に均一な組織・硬さが得られやすくなる。また、等速ジョイント中間シャフトは高周波焼入れ後も芯部は熱処理を受けない。つまり、等速ジョイント中間シャフトの芯部は、素材のままの組織・硬さであるため、素材の段階で組織・硬さの作りこみが重要である。等速ジョイント中間シャフトとして優れた強度特性を得るためには、表面硬さに加えて、内部硬さも高いことが有効である。そのためには、高周波焼入れ前の組織をベイナイト又はマルテンサイト主体の組織とすることが有効である。ベイナイト＋マルテンサイトの組織分率が４０％未満では、上記のような高周波焼入れ性や芯部硬さ確保に対する効果は不十分であるため、ベイナイト＋マルテンサイトの組織分率が４０％以上とした。なお、より高強度化を指向する場合には、ベイナイト＋マルテンサイトの組織分率が５０％以上が望ましく、７０％以上であればさらに望ましい。ここで、ベイナイト組織を構成するフェライト（いわゆるベイナイティックフェライト）はベイナイト組織として扱う。なお、ベイナイト＋マルテンサイト以外の残りの組織はパーライトおよび初析フェライトである。初析フェライトは実質的には、１０％以下であることが望ましい。ここで、本発明で組織分率を規定した組織は、最表層の脱炭層を除いた領域の組織である。
また、素材硬さが２５０ＨＶ未満では、上記のような等速ジョイント中間シャフトの芯部硬さ確保に対する効果は不十分であり、一方、３４０ＨＶを超えると、等速ジョイント中間シャフト成形時の切削性の劣化が顕著になる。以上から、硬さの範囲を２５０〜３４０ＨＶとした。
上記のような組織分率、硬さは、本発明の鋼組成材を、熱間圧延加熱温度；９５０〜１１５０℃、仕上げ圧延温度；８００〜１０００℃、圧延後の冷却速度（８００℃〜５００℃間の平均冷却速度）；０．４〜１．２℃/秒の条件で製造することにより得ることができる。
次に、本発明の第２請求項では、上記の鋼材組成からなり、スプライン切り上がり部の表面硬さが６１０〜７５０ＨＶ、有効硬化層深さが、有効硬化層深さｔと半径ｒの比ｔ／ｒで０．３５〜０．５５であり、平滑部の表面硬さが６３０〜７７０ＨＶ、有効硬化層深さがｔ／ｒ；０．５５〜１．０であり、芯部硬さが２５０〜３４０ＨＶである等速ジョイント中間シャフトとする。本発明で言う有効硬化層深さは、ＪＩＳＧ０５５９で規定する高周波焼入れ硬化層深さ測定方法に基づく有効硬化層深さである。また、表面硬さは、高周波焼入れによりマルテンサイト化されている表面の硬さであり、表面から０．１〜約１ｍｍの領域の平均硬さを用いるか、或いは、この領域のある深さにおける硬さで代表させてもよい。本発明において、表面硬さおよび有効硬化層深さをこのように限定した理由を以下に述べる。
平滑部で破損する場合には、表面硬さが高く、有効硬化層深さが深く、芯部硬さが高いほど捩り強度は向上する。但し、表面硬さが６３０ＨＶ未満では高強度化への効果が不十分であり、７７０ＨＶを超えると効果が飽和しかえって矯直割れの懸念がでてくるために、平滑部の表面硬さを６３０〜７７０ＨＶとした。また、平滑部の有効硬化層深さがｔ／ｒで０．５５未満では高強度化への効果が不十分なために、平滑部の有効硬化層深さを０．５５〜１．０とした。なお、より一層高いレベルの高強度化を指向する場合には、平滑部の有効硬化層深さをｔ／ｒで０．６５〜１．０とするのが好ましい。さらに、超高強度化を指向する場合には、平滑部の有効硬化層深さをｔ／ｒで０．７５〜１．０とするのが好ましい。
次に、スプライン部破壊する場合には、スプライン切り上がり部が起点となる。この場合にも、表面硬さの増加および有効硬化層深さの増加は、高強度化に対してあるレベルまでは効果を有するが、あるレベルを越すとかえって強度が低下する。つまり、表面硬さが６１０ＨＶ未満、有効硬化層深さがｔ／ｒ；０．３５未満であると、高強度化に対する効果が不十分である。一方、表面硬さ７５０ＨＶを越し、有効硬化層深さｔ／ｒ；０．５５を越すと、かえって強度低下を引起す。有効硬化層深さを深くした場合の悪影響は、表層の圧縮残留応力が減少するためである。以上の理由から、スプライン切り上がり部の表面硬さを６１０〜７５０ＨＶ、有効硬化層深さをｔ／ｒで０．３５〜０．５５とした。なお、より一層高いレベルの高強度化を指向する場合には、スプライン切り上がり部の有効硬化層深さをｔ／ｒで０．３５〜０．５０とするのが好ましい。
次に、本発明で、芯部硬さを２５０〜３４０ＨＶに規定したのは、次の理由による。等速ジョイント中間シャフトとして優れた強度特性を得るためには、上記のとおり、表面硬さに加えて、芯部硬さも高いことが有効である。芯部硬さが２５０ＨＶ未満では、等速ジョイント中間シャフトの強度確保に対する効果は不十分であり、一方、３４０ＨＶを超えると、等速ジョイント中間シャフト成形時の切削性の劣化が顕著になる。以上から、芯部硬さの範囲を２５０〜３４０ＨＶとした。
スプライン切り上がり部および平滑部の表面硬さ、有効硬化層深さの調整は、高周波加熱時の投入電力量、移動速度、高周波加熱時の移動開始、終了の位置設定、および高周波焼入れ後の焼戻し条件の組合せを適正化することにより行なう。なお、図１に示すように、スプライン切り上がり部３とは、スプライン部４のスプライン溝がシャフトの軸方向中央部に向かって徐々に浅くなる部分のことを言う。
表１に示す化学成分組成の供試材をそれぞれ真空溶解炉にて溶製し、分塊圧延により１６２ｍｍの角材に成形した後、熱間圧延により直径２４ｍｍの棒鋼を製造した。これらの棒鋼素材の硬さ、組織分率の測定結果を表２に示す。
これらの棒鋼を切削加工および転造加工により、図１に示す形状の等速ジョイント中間シャフトに加工し、高周波焼入れおよび焼戻しを行なった。
試作した中間シャフトを等速ジョイント部品として組み込み、図２に示す等速ジョイントユニットの状態で静的捩り強度試験および捩り疲労試験を実施した。硬化層深さの測定は、ＪＩＳＧ０５５９で規定する高周波焼入れ硬化層深さ測定方法に基づいて測定し、硬化層比率を求めた。表面硬さは、深さ０．５ｍｍにおいて、マイクロビッカース硬さ計により荷重３００ｇｆで測定し、得られた硬さで代表させた。また、結晶粒度測定は、ＪＩＳＧ０５５１に記載の方法で行った。
高周波焼入れ焼戻し後の等速ジョイント中間シャフトの各部位の硬さ等の材質特性および静的捩り強度を表３に示す。発明鋼の静的捩り強度は比較例に比べて１８％以上の高強度レベルを達成していることがわかる。比較例３が本発明例に対して強度特性が劣っているのは、比較鋼のＣ、Ｓｉ、Ｍｏが本発明の範囲を下回っており、Ｃｒが本発明の範囲を上回っているためである。また、鋼材成分が本発明の範囲内にあったとしても、比較例１、２に示したように素材の組織、硬さが本発明の範囲から外れた場合、および高周波焼入れ後の表面硬さ、有効硬化層深さが、本発明の範囲から外れた場合には、十分な静的捩り強度が得られていないことがわかる。
次に、捩り疲労強度評価結果を図３に示す。捩り疲労試験の条件は、両振り（応力比：−１）とし、応力波形をサイン波とした。本発明例１は表３の本発明例１の等速ジョイント中間シャフトであり、比較例３は表３の比較例３の等速ジョイント中間シャフトである。比較例３の結果は線のみで示した。これから、１０の５乗回時間強度（破損トルク）でみると、比較例３が８００Ｎｍに対して本発明例１は９５０〜９７０Ｎｍと、捩り疲労強度も本発明例１は比較例３に比べて１８％以上の高強度化を達成していることがわかる。
Figure 0004771745
Figure 0004771745
Figure 0004771745
等速ジョイント中間シャフト形状を示した図である。 強度評価に供した等速ジョイントユニットを示した図である。 開発部品の捩り疲労強度特性を示した図である。
符号の説明
１ 等速ジョイント中間シャフト
２ 等速ジョイントユニット
３ スプライン切り上がり部
４ スプライン部

Claims (2)

  1. 質量％で、
    Ｃ：０．４６〜０．５２％、
    Ｓｉ：０．６〜０．８％、
    Ｍｎ：０．７〜０．９％、
    Ｓ：０．０１〜０．０５％、
    Ｍｏ：０．３〜０．５％、
    Ｂ：０．０００５〜０．００５％、
    Ａｌ：０．００２〜０．０５％、
    Ｔｉ：０．０５超〜０．０９％を含有し、
    Ｎ：０．００７％以下
    Ｃｒ：０．１５％以下（０％を含む）、
    Ｐ：０．０２％以下（０％を含む）に各々制限し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、かつベイナイト＋マルテンサイトの組織分率が４０％以上で、硬さが２５０〜３４０ＨＶであることを特徴とする高強度等速ジョイント中間シャフト用鋼材。
  2. 質量％で、
    Ｃ：０．４６〜０．５２％、
    Ｓｉ：０．６〜０．８％、
    Ｍｎ：０．７〜０．９％、
    Ｓ：０．０１〜０．０５％、
    Ｍｏ：０．３〜０．５％、
    Ｂ：０．０００５〜０．００５％、
    Ａｌ：０．００２〜０．０５％、
    Ｔｉ：０．０５超〜０．０９％を含有し、
    Ｎ：０．００７％以下
    Ｃｒ：０．１５％以下（０％を含む）、
    Ｐ：０．０２％以下（０％を含む）に各々制限し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、スプライン切り上がり部の表面硬さが６１０〜７５０ＨＶ、有効硬化層深さが、有効硬化層深さｔと半径ｒの比ｔ／ｒで０．３５〜０．５５であり、平滑部の表面硬さが６３０〜７７０ＨＶ、有効硬化層深さが、有効硬化層深さｔと半径ｒの比ｔ／ｒで０．５５〜１．０であり、芯部硬さが２５０〜３４０ＨＶであることを特徴とする高強度等速ジョイント中間シャフト。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102007031078B4 (de) * 2006-07-05 2021-02-04 Neumayer Tekfor Engineering Gmbh Kugelgleichlauffestgelenk als Gegenbahngelenk und Verfahren zur Herstellung
JP5111014B2 (ja) * 2006-08-23 2012-12-26 株式会社神戸製鋼所 高周波焼入れ軸部品用鋼及び軸部品
JP2008196592A (ja) * 2007-02-13 2008-08-28 Ntn Corp 動力伝達シャフト
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US20100139092A1 (en) * 2009-01-22 2010-06-10 Sujith Sathian Shaft for wind turbine generator and method for assembling wind turbine generator
CN103687973B (zh) * 2011-07-15 2016-08-31 Posco公司 热压成形钢板、使用其的成型部件以及制造该钢板和部件的方法
KR20150058793A (ko) * 2013-11-21 2015-05-29 (주)시내산업 마르텐사이트조직의 표면과 무른 베이나이트조직의 심부를 갖는 그라인딩용 밀에 사용하는 단조강구
CN104831156A (zh) * 2015-05-11 2015-08-12 柳州金盾机械有限公司 一种奥铁体球墨铸铁磨球微合金化处理方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61186419A (ja) * 1985-02-13 1986-08-20 Toyota Motor Corp ドライブシヤフトの製造方法
JP3539981B2 (ja) * 1992-05-19 2004-07-07 Ｎｔｎ株式会社 駆動軸用中実軸
JP2916069B2 (ja) * 1993-09-17 1999-07-05 新日本製鐵株式会社 高強度高周波焼入れ軸部品
JP3402562B2 (ja) * 1996-07-19 2003-05-06 大同特殊鋼株式会社 高周波焼入れ部品
JP3932995B2 (ja) * 2002-06-28 2007-06-20 Ｊｆｅスチール株式会社 高周波焼もどし用鋼およびその製造方法
DE602004016953D1 (de) * 2003-01-17 2008-11-20 Jfe Steel Corp Stahlprodukt für das induktionsharten, induktionsgehärtetes bauelement, bei dem dieses verwendet wird, und herstellungsverfahren dafür

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