JP6773120B2 - シャフト部品 - Google Patents
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Description
質量%で、C:0.35〜0.70%、Si:0.01〜0.40%、Mn:0.5〜2.6%、S:0.005〜0.020%、Al:0.010〜0.050%、N:0.005〜0.025%を含有し、
不純物元素として、
P:0.050%以下、
O:0.003%以下
さらに、任意選択の元素として、
Pb:0.5%以下、
V、Nb及びTiからなる群から選択される1種以上を総含有量で0.1%以下、
Cr:3.0%以下、Mo:3.0%以下、及び、Ni:3.0%以下からなる群から選択される1種以上
Cu:0〜0.50%、
B:0〜0.020%を含有し
かつ、残部がFe及び不純物からなり、式(1)を満たす化学組成を有し、
外周表面に少なくとも1つの穴を有し、
前記外周表面から2mmの深さ位置、かつ穴の表面から2mmの残留オーステナイト体積率(R1)が4〜20%であり、
前記R1と前記外周表面から前記穴の軸方向に2mmの深さ位置で、かつ前記穴の表面から20μmの深さ位置の残留オーステナイト体積率(R2)とから式(A):Δγ=[(R1−R2)/R1]×100によって求められる残留オーステナイト減少率Δγが40%以上であり、
前記外周表面から前記穴の軸方向に2mmの深さ位置で、かつ前記穴の表面から20μmの深さ位置における残留オーステナイトの残部がマルテンサイトである
ことを特徴とする、シャフト部品。
15.0≦25.9C+6.35Mn+2.88Cr+3.09Mo+2.73Ni≦27.2 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、各元素の含有量(質量%)が代入される。
[2]前記穴の表面に厚さ0.5〜15μmの塑性流動層を有することを特徴とする前記[1]に記載のシャフト部品。
本発明の実施形態に係るシャフト部品は、質量%で、C:0.35〜0.70%、Si:0.01〜0.40%、Mn:0.5〜2.6%、S:0.005〜0.020%、Al:0.010〜0.050%、N:0.005〜0.025%を含有し、
不純物元素として、P:0.050%以下、
O:0.003%以下
さらに、任意選択の元素として、
Pb:0.5%以下、
V、Nb及びTiからなる群から選択される1種以上を総含有量で0.1%以下,
Cr:3.0%以下、Mo:3.0%以下、及び、Ni:3.0%以下からなる群から選択される1種以上、
Cu:0〜0.50%、
B:0〜0.020%を含有し、
かつ、残部がFe及び不純物からなり、式(1):15.0≦25.9C+6.35Mn+2.88Cr+3.09Mo+2.73Ni≦27.2を満たす化学組成を有し、
外周表面に少なくとも1つの穴を有し、
外周表面から2mmの深さ位置、かつ穴の表面から2mmの残留オーステナイト体積率(R1)が4〜20%であり、
前記R1と前記外周表面から前記穴の軸方向に2mmの深さ位置で、かつ前記穴の表面から20μmの深さ位置の残留オーステナイト体積率(R2)とから式(A):Δγ=[(R1−R2)/R1]×100によって求められる残留オーステナイト減少率Δγが40%以上である。
シャフト部品は以下の化学組成を有する。なお、以下に示す各元素の割合(%)は全て質量%を意味する。
炭素(C)は、シャフト部品の強度(特に芯部の強度)を高める。Cはさらに、シャフト部品の静ねじり強度及びねじり疲労強度を高めるための残留オーステナイトを生成する。C含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、C含有量が高すぎれば、シャフト部品に加工する鋼材の強度が高くなりすぎる。そのため、鋼材の被削性が低下する。さらに、高周波焼入れ時に発生するひずみが大きくなり、焼割れが発生する。従って、C含有量は0.35%以上、0.70%以下である。C含有量の好ましい下限は0.40%以上である。C含有量の好ましい上限は0.65%未満である。
シリコン(Si)は、焼入れ性を高める作用を有するが、浸炭処理の際、浸炭異常層を増加させてしまう。特に、Si含有量が0.40%を超えると、浸炭異常層が大幅に増加するために不完全焼入れ組織とよばれる軟質組織が生成して、シャフト部品のねじり疲労強度が低下する。浸炭異常層の生成を防止するには、Siの含有量を0.30%以下とすることが好ましく、0.20%以下とすることがより好ましい。しかし、鋼の量産においてSiの含有量を0.01%未満にすることは困難である。したがって、Siの含有量を0.01〜0.40%とした。なお、鋼の量産における製造コストを考慮すると、実際に製造される本発明品では、Si含有量は0.05%以上含まれることが多いと思われる。
マンガン(Mn)は、シャフト部品に加工する鋼材の焼入れ性を高めるとともに、鋼材中の残留オーステナイトを増加させる。Mnを含有するオーステナイトは、Mnを含有しないオーステナイトと比較して、高周波焼入れ後の穴の切削加工時に、加工誘起マルテンサイト変態しやすい。その結果、シャフト部品の静ねじり強度及びねじり疲労強度が高まる。Mn含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Mn含有量が高すぎれば、高周波焼入れ後の残留オーステナイトが過剰に多くなる。そのため、穴の切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生せず、切削加工後も残留オーステナイトが過剰となり、ひいては切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生せず、切削加工後も残留オーステナイトが減少しにくい。その結果、切削加工後のシャフト部品の静ねじり強度及びねじり疲労強度が低下する。従って、Mn含有量は0.5〜2.6%である。Mn含有量の好ましい下限は0.8%であり、さらに好ましくは1.4%である。Mn含有量の好ましい上限は2.0%である。
燐(P)は不純物である。Pは、粒界に偏析して粒界強度を下げる。その結果、シャフト部品の静ねじり強度及びねじり疲労強度が低下する。従って、P含有量は0.050%以下である。P含有量の好ましい上限は0.030%である。P含有量はなるべく低い方がよい。P含有量の好ましい下限は0.0002%である。
硫黄(S)は、Mnと結合してMnSを形成し、鋼材の被削性を高める。S含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、S含有量が高すぎれば、粗大なMnSを形成して、鋼材の熱間加工性、冷間加工性、シャフト部品のねじり疲労強度が低下する。従って、S含有量は0.005〜0.020%である。S含有量の好ましい下限は0.008%である。S含有量の好ましい上限は0.015%である。
アルミニウム(Al)は鋼を脱酸する元素である。Alはさらに、Nと結合してAlNを形成し、結晶粒を微細化する。その結果、シャフト部品の静ねじり強度及びねじり疲労強度が高まる。Al含有量が低すぎれば、この効果は得られない。一方、Al含有量が高すぎれば、硬質で粗大なAl2O3が生成して、鋼材の被削性が低下し、さらに、シャフト部品のねじり疲労強度も低下する。従って、Al含有量は0.010〜0.050%である。Al含有量の好ましい下限は0.020%である。Al含有量の好ましい上限は0.040%である。
窒素(N)は窒化物を形成して結晶粒を微細化し、シャフト部品の静ねじり強度及びねじり疲労強度を高める。N含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、N含有量が高すぎれば、粗大な窒化物が生成して、鋼材の靱性が低下する。従って、N含有量は0.005〜0.025%である。N含有量の好ましい下限は0.010%である。N含有量の好ましい上限は0.020%である。
酸素(O)は不純物である。OはAlと結合して硬質な酸化物系介在物を形成する。酸化物系介在物は、鋼材の被削性を低下させ、シャフト部品のねじり疲労強度も低下させる。従って、O含有量は0.003%以下である。O含有量はなるべく低い方がよい。O含有量の好ましい下限は0.0001%である。
シャフト部品に加工する鋼材はさらに、Feの一部に代えて、Pbを含有してもよい。
鉛(Pb)は任意選択的元素であり、含有されていなくてもよい。含有される場合、切削加工時の工具摩耗の低下及び切り屑処理性の向上が実現される。しかしながら、Pb含有量が高すぎれば、鋼材の強度及び靱性が低下し、シャフト部品の静ねじり強度及びねじり疲労強度も低下する。従って、Pb含有量は0.5%以下とすることが好ましい。Pb含有量のさらに好ましい上限は0.4%である。なお、上記の効果を得るためにはPb含有量を0.03%以上とすることが好ましい。
バナジウム(V)、ニオブ(Nb)及びチタン(Ti)は任意選択的元素であり、含有されていなくてもよい。これらの元素は、C及びNと結合して、析出物を形成する。これらの元素の析出物は、AlNによる焼入れ部の結晶粒微細化を補完する。これらの元素の析出物は、シャフト部品の静ねじり強度及びねじり疲労強度を高める。しかしながら、これらの元素の総含有量が0.1%を超えれば、析出物が粗大化し、ねじり疲労強度が低下する。従って、V、Nb及びTiの総含有量は0.1%以下であることが好ましい。任意選択的元素として、V、Nb及びTiのいずれか1種以上が含有されれば、上記効果が得られる。V、Nb及びTiの総含有量のさらに好ましい上限は0.08%である。V、Nb及びTiによる上記の効果を得るためには、0.01%以上の含有が好ましい。
クロム(Cr)は任意選択的元素であり、含有されなくてもよい。Crは鋼材の焼入れ性を高め、さらに、残留オーステナイトを増加させる。しかしながら、Cr含有量が高すぎれば、高周波焼入れ後の残留オーステナイトが過剰に高くなる。この場合、切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が生じず、切削加工後も残留オーステナイトが減少しにくい。その結果、シャフト部品の静ねじり強度及びねじり疲労強度が低下する。従って、Cr含有量は3.0%以下であることが好ましい。Crによる上記の効果を得るためには、0.1%以上の含有が好ましい。Cr含有量の好ましい上限は、2.0%である。
モリブデン(Mo)は任意選択的元素であり、含有されていなくてもよい。含有される場合、Moは鋼材の焼入れ性を高め、残留オーステナイトを増加させる。Moはさらに、焼戻し軟化抵抗を高め、シャフト部品の静ねじり強度及びねじり疲労強度を高める。しかしながら、Mo含有量が高すぎれば、高周波焼入れ後の残留オーステナイトが過剰となる。この場合、切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生しない。その結果、シャフト部品の静ねじり強度及びねじり疲労強度が低下する。従って、Mo含有量は3.0%以下とすることが好ましい。Mo含有量のさらに好ましい上限は2.0%である。Moによる上記の効果を得るためには、0.1%以上の含有が好ましい。
ニッケル(Ni)は任意選択的元素であり、含有されていなくてもよい。含有される場合、Niは鋼材の焼入れ性を高め、残留オーステナイトを増加させる。Niはさらに、鋼材の靱性を高める。しかしながら、Ni含有量が高すぎれば、高周波焼入れ後の残留オーステナイトが過剰となる。この場合、焼入れ後の切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生しない。その結果、シャフト部品の静ねじり強度及びねじり疲労強度が低下する。従って、Ni含有量は3.0%以下であることが好ましい。Ni含有量のさらに好ましい上限は2.0%である。Niによる上記の効果を得るためには、0.1%以上の含有が好ましい。
Cuは、マルテンサイトに固溶して鋼材の強度を高める。そのため、鋼材の疲労強度が高まる。しかしながら、Cu含有量が高すぎれば、熱間鍛造時に鋼の粒界に偏析して熱間割れを誘起する。したがって、Cu含有量は0.50%以下である。なお、Cu含有量は0.40%以下であることが好ましく、0.25%以下であることが一層好ましい。Cuによる上記の効果を得るためには、0.10%以上の含有が好ましい。
Bは、Pの粒界偏析を抑制して靭性を高める効果がある。しかしながら、0.020%以上添加すると、浸炭時に異常粒成長が生じ、ねじり疲労強度が低下する。したがって、B含有量は0.020%以下である。なお、B含有量は、0.015%あることが好ましく、0.010%以下であることが一層好ましい。Bによる上記の効果を得るためには、0.0005%以上の含有が好ましい。
希土類元素(REM):0.0005%以下、
カルシウム(Ca):0.0005%以下、
マグネシウム(Mg):0.0005%以下、
タングステン(W):0.001%以下、
アンチモン(Sb):0.001%以下、
ビスマス(Bi):0.001%以下、
コバルト(Co):0.001%以下、
タンタル(Ta):0.001%以下、
シャフト部品に加工する鋼材を構成する各元素の含有量の関係は、以下に示す式(1)を満たす。
15.0≦25.9C+6.35Mn+2.88Cr+3.09Mo+2.73Ni≦27.2 (1)
ここで、式(1)中の元素記号には、対応する元素の鋼材中の含有量(質量%)が代入される。
式(1)で、F1=25.9C+6.35Mn+2.88Cr+3.09Mo+2.73Niと定義する。F1値は、オーステナイトの安定性を表すパラメータである。式(1)は、種々の化学成分の焼入れ鋼の残留γ体積率の測定値から重回帰分析によって求めた経験式である。F1値が低すぎれば、オーステナイトが熱力学的に不安定になり、高周波焼入れ後に、残留オーステナイトが十分に生成されず、シャフト部品の静ねじり強度及びねじり疲労強度が低下する。一方、F1値が高すぎれば、オーステナイトの安定性が高まり、高周波焼入れ後の残留オーステナイトが過剰に多くなる。この場合、切削加工時に加工誘起マルテンサイト変態が生じにくい。そのため、シャフト部品の静ねじり強度及びねじり疲労強度が低下する。従って、F1は15.0〜27.2である。F1の好ましい下限は16.5であり、好ましい上限は27.0以下である。
本発明の実施形態に係るシャフト部品は、シャフト部品の長手方向に対して垂直又は一定の角度を有して、シャフト外周表面から開けられた貫通穴又は非貫通穴を有する。穴の直径は、0.2mm〜10mmである。シャフト部品はこれらの穴を1個又は複数個有している。
シャフト部品への高周波焼き入れにより、シャフト部品の表層(外周表面から2mm深さ位置を含む)に、残留オーステナイトが発生する。この残留オーステナイトは、シャフト部品の焼入れ後の穴開け加工時に、穴付近において、加工誘起マルテンサイト変態する。具体的には、穴開け加工時に、切削工具と母材との間の摩擦力により、穴の表層付近にある残留オーステナイトの一部が、加工誘起マルテンサイトに変態する。一方、この作用による加工誘起マルテンサイト変態の発生は穴付近に限定される。穴の表面から2mm程度離れると、もはや穴開け加工に伴う加工誘起マルテンサイト変態は起こらない。そのため、外周表面から2mm深さ位置、かつ穴の表面から2mmの残留オーステナイト体積率(R1)は、焼入れ後の穴開け加工の影響を受けていない部分であり、切削前の残留オーステナイト体積率と考えることができる。
穴開け加工にともなう加工誘起マルテンサイト変態の結果、シャフト部品の強度が上昇し、静ねじり強度及びねじり疲労強度が上昇する。このような効果を得るためには、焼入れ後の最大残留オーステナイト体積率(R1)が4%以上でなければならない。
シャフト部品の外周表面から穴の軸方向に2mmの深さ位置で、かつ穴の表面から20μmの深さ位置の残留オーステナイト体積率(R2)は、穴開け加工によって創成された表面付近の残留オーステナイト体積率であり、切削後の残留オーステナイト体積率と考えることができる。切削加工後の残留オーステナイトの体積率が高すぎれば、硬質なマルテンサイトが得られておらず、静ねじり強度及びねじり疲労強度が低下する。
R1とR2とから、上記式(A)によって求められる残留オーステナイト減少率(Δγ)が40%以上である。
塑性流動層は、穴を切削する際に、切削工具と母材との間に生じる摩擦による変形で穴の表面に形成される層である。穴の表面の塑性流動層の厚さは、次の方法で測定される。シャフト部品の外周から穴の軸方向に2mmの深さ位置で、かつ穴の軸方向に対して垂直な断面における穴表層部を含み、穴の軸方向対して垂直な面(横断面)が観察面になるような試験片を採取する(図3(b)の符号31参照)。鏡面研磨した試験片を、5%ナイタール溶液で腐食する。腐食された面の穴の表面を含む位置(31)を、倍率5000倍の走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察する。得られたSEM像の一例を図4に示す。同図において、塑性流動層41は、母材中心部42に対して塑性流動組織がシャフト部品の穴の表面の円周方向(図4において紙面の左方向から右方向)に湾曲している部分である。
質量%で、C:0.35〜0.70%、Si:0.01〜0.40%、Mn:0.5〜2.6%、S:0.005〜0.020%、Al:0.010〜0.050%、N:0.005〜0.025%を含有し、
不純物元素として、P:0.050%以下、
O:0.003%以下
さらに、任意選択の元素として、
Pb:0.5%以下、
V、Nb及びTiからなる群から選択される1種以上を総含有量で0.1%以下、
Cr:3.0%以下、Mo:3.0%以下、及び、Ni:3.0%以下からなる群から選択される1種以上、
Cu:0〜0.50%、
B:0〜0.020%を含有し、
かつ、残部がFe及び不純物からなり、式(2)を満たす化学組成を有する鋼材をシャフト部品の形状に加工してシャフト部品粗部材を得る工程と、
前記粗部材に対して高周波焼入れ処理を施して焼入れ材を得る工程であって、高周波加熱時の周波数を10KHz以上、300KHz以下とし、高周波加熱時の加熱時間を1秒以上40秒以下として、その後焼入れすることで、焼入れ材の外周表面から2mmの深さ位置の組織が、マルテンサイトと、体積率で4〜20%の残留オーステナイトとを含む組織となる焼入れ材を得る工程と、
前記焼入れ材に対して切削による穴開け加工を施して、シャフト部品を得る工程であって、穴開け加工時の工具送りを0.02mm/rev超、0.2mm/rev以下とし、切削速度を10m/分以上、50m/分以下とし、
シャフト部品の外周表面から2mmの深さ位置、かつ穴の表面から2mmの残留オーステナイト体積率(R1)と、シャフト部品の外周表面から穴の軸方向に2mmの深さ位置で、かつ穴の表面から20μmの深さ位置の残留オーステナイト体積率(R2)とから、式(A):Δγ=[(R1−R2)/R1]×100によって求められる残留オーステナイト減少率Δγが40%以上である、シャフト部品が製造される。
式(1):15.0≦25.9C+6.35Mn+2.88Cr+3.09Mo+2.73Ni≦27.2
ここで、式(1)中の各元素記号には、各元素の含有量(質量%)が代入される。
本実施形態のシャフト部品の製造方法は、鋼材をシャフト部品の形状に近い形状に加工してシャフト部品粗部材を得る工程(粗部材製造工程)と、粗部材に対して高周波焼入れ処理を施して焼入れ材を得る工程(焼入れ材製造工程)と、焼入れ材に対して切削による穴開け加工を施して穴を開け、シャフト部品を得る工程(穴開け工程)とを含む。
本工程では、シャフト部品の形状に近い所望の形状を有する粗部材を製造する。初めに、鋼材を準備する。
鋼材は上述した本発明の実施形態に係るシャフト部品と同じ含有量の同じ化学組成を有する。
上記化学組成を有する鋼材をシャフト部品の形状に近い形状に加工してシャフト部品粗部材を得る。加工方法は周知の方法を採用することができる。加工方法としては、例えば、熱間加工、冷間加工、切削加工等が挙げられる。粗部材は、穴以外の部分は本発明の実施形態に係るシャフト部品と同様の形状とし、この段階では、穴は開けない。
上記のようにして得られた粗部材に対して、高周波焼入れ処理を施して焼入れ材を得る。これにより、焼入れ材において、最終形態であるシャフト部品の外周表面から2mmの深さ位置の組織を、マルテンサイトと体積率で4〜20%の残留オーステナイトとする。
高周波焼入れ処理は、初めに、(i)高周波加熱を施し、その後、(ii)焼入れを施す。高周波加熱及び焼入れは次の条件で行う。
高周波加熱時の周波数:10〜300KHz
周波数が低すぎれば、加熱範囲が広がる。そのため、焼入れ時の歪みが大きくなる。一方、周波数が高すぎれば、加熱範囲が表層のみに集中する。この場合、表面の硬化層が薄くなり、静ねじり強度及びねじり疲労強度が低下する。従って、高周波加熱時の周波数は10〜300KHzである。
加熱時間とは、出力40KWで、粗部材の加熱が開始されてから水冷が開始されるまでの時間である。高周波加熱時の加熱時間が長すぎれば、オーステナイト粒が粗大化し、シャフト部品の静ねじり強度及びねじり疲労強度が低下する。一方、加熱時間が短すぎれば、セメンタイトが十分に固溶せず、オーステナイトの安定性が低下する。そのため、高周波焼入れ後に、マルテンサイトと、体積率で4〜20%の残留オーステナイトとからなる組織が得られない。従って、高周波加熱時の粗部材の加熱時間は1.0〜40秒である。
加熱周波数と加熱時間の両者をコントロールして、外周表面から2mm以上深い領域までがA3点以上の温度に加熱されるようにする。
恒温保持処理後、周知の方法で焼入れを施す。焼入れは、例えば、水焼入れとすることができる。これにより、A3点以上に加熱された領域が、マルテンサイトと残留オーステナイトとを含有する組織に変化する。
シャフト部品の靭性を高めたい場合、高周波焼入れ処理を施した後、焼戻し処理を施してもよい。
上述の条件で高周波焼入れ処理を施して得られた焼入れ材について、焼入れ材の外周表面(最終形態のシャフト部品の外周表面と同じ)から2mmの深さ位置の組織は、マルテンサイトと、体積率で4〜20%の残留オーステナイトとを含有する。
なお、照射するX線のスポットサイズは1mm以下とした。
本発明の実施形態に係るシャフト部品は、シャフト部品の長手方向に対して垂直又は一定の角度を有して開けられた、貫通穴又は非貫通穴を、1個又は複数有している。
高周波焼入れ処理を施した後、切削による穴開け加工を施す。切削加工により、穴を開けつつ、穴の表層部で加工誘起マルテンサイト変態を発生させる。これにより、穴の形成によるシャフト部品の静ねじり強度及びねじり疲労強度の低下が抑制され、優れた静ねじり強度及びねじり疲労強度のシャフト部品が作成される。切削加工は、次の条件で行う。なお、切削工具としては、例えば超硬合金の表面に、炭化物,窒化物,酸化物,ダイヤモンドなどのコーティングが施された超硬ドリル(JIS B 0171:2014年、1003、1004番に規定するコーテッド超硬ドリル)を用いることができる。コーテッド超硬ドリルを使用することは、工具摩耗の抑制及び加工能率向上の点で有効である。
送りfが小さすぎれば、切削抵抗、つまり、工具が被削材に押し付けられる力が小さすぎる。この場合、十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生しない。そのため、シャフト部品の静ねじり強度及びねじり疲労強度が向上しない。一方、送りが大きすぎれば、切削抵抗が大きくなり過ぎる。この場合、切削時に工具が破損する恐れがある。従って、送りfは0.02mm/rev超、0.2mm/rev以下である。送りfの好ましい下限は0.03mm/revである。送りfの好ましい上限は0.15mm/revであり、より好ましくは0.1mm/revである。
切削速度vが大きすぎれば、切削温度が上昇し、マルテンサイト変態が生じ難くなる。そのため、シャフト部品の静ねじり強度及びねじり疲労強度が向上しない。一方、切削速度が小さすぎれば、切削能率が低下し、製造効率が低下する。従って、切削速度vは10〜50m/分である。好ましい上限は40m/分であり、より好ましくは30m/分である。
以上に示す穴開け加工によりシャフト部品が得られる。得られたシャフト部品の外周表面から2mmの深さ位置、かつ穴の表面から2mmの残留オーステナイト体積率(R1)は、4〜20%であり、
上記R1と外周表面から穴の軸方向に2mmの深さ位置で、かつ穴の表面から20μmの深さ位置の残留オーステナイト体積率(R2)とから式(A):Δγ=[(R1−R2)/R1]×100によって求められる残留オーステナイト減少率Δγは、40%以上である。
減少率Δγ=[(R1−R2)/R1]×100 (A)
真空溶解炉を用いて、表1に示す化学組成を有する150kgの溶鋼A〜Pを得た。
ねじり試験片51の試験部52の穴の表面から2mmの位置を試験片51の長手方向に対して垂直に切断した。切断面において、外周から中心に向かって2mmの位置を含む試験片(試験片1)を用意する(図1(b))。切断面に対して電解研磨を行った。11.6%の塩化アンモニウムと、35.1%のグリセリンと、53.3%の水とを含有する電解液を用意する。この電解液を用いて、基準位置を含む表面に対して、電圧20Vで電解研磨を行った。
ねじり試験片51の長手方向に対して垂直、かつ穴の中心を通り、穴を縦に2分割するようにシャフト部品を切断した(図2のB−B’線)。穴の表面において、外周表面から2mmの深さ位置を中心として、φ1mmの穴が開いたマスキングを施し、電解研磨を施した。電解研磨の時間を変化させることで研磨量を調整し、20μmの深さの穴を開けた。
図5に示すねじり試験片51を用いて、サーボパルサー式ねじり試験機(株式会社島津製作所製のEHF−TB2KNM)でねじり試験を行い、応力とねじり角の関係を取得した。次いで、応力とねじり角が比例関係を保つ最大のせん断応力τ、いわゆる比例限度を静ねじり強度とした。この比例限度は、引張試験でいう降伏応力に相当する。本試験においては、静ねじり強度が530MPa以上の場合が、従来技術に対して優れた静ねじり強度を有するという点で合格である。
図5に示すねじり試験片51を用いて、負荷最大せん断応力τを50MPaピッチで変化させて、繰り返し周波数4Hzで両振りのねじり疲労試験を行った。そして、繰り返し数105回に達する前に破断した最大せん断応力の最小値(τf,min)と、(τf,min)より低い応力で最大の未破断点の最大せん断応力(σr,max)との中間点を疲労限度とした。なお、試験機には前記サーボパルサー式ねじり試験機を用いた。本試験においては、ねじり疲労強度が325MPa以上の場合が、従来技術に対して優れたねじり疲労強度を有しているので合格である。
以上に説明した各試験等に関する結果を表4、表5に示す。
21 R2測定位置
31 走査型電子顕微鏡観察位置
41 塑性流動層
42 母材
51 ねじり試験片
52 試験部
53 穴
54 太径部
55 つかみ部
56 中空穴
61 加工誘起マルテンサイト層
Claims (3)
- 質量%で、C:0.35〜0.70%、Si:0.01〜0.40%、Mn:0.5〜2.6%、S:0.005〜0.020%、Al:0.010〜0.050%、N:0.005〜0.025%を含有し、
不純物元素として、
P:0.050%以下、
O:0.003%以下
さらに、任意選択の元素として、
Pb:0.5%以下、
V、Nb及びTiからなる群から選択される1種以上を総含有量で0.1%以下,
Cr:3.0%以下、Mo:3.0%以下、及び、Ni:3.0%以下からなる群から選択される1種以上、
Cu:0〜0.50%、
B:0〜0.020%を含有し、
かつ、残部がFe及び不純物からなり、式(1)を満たす化学組成を有し、
外周表面に少なくとも1つの穴を有し、
前記外周表面から2mmの深さ位置、かつ穴の表面から2mmの残留オーステナイト体積率(R1)が4〜20%であり、
前記R1と前記外周表面から前記穴の軸方向に2mmの深さ位置で、かつ前記穴の表面から20μmの深さ位置の残留オーステナイト体積率(R2)とから式(A):Δγ=[(R1−R2)/R1]×100によって求められる残留オーステナイト減少率Δγが40%以上であり、
前記外周表面から前記穴の軸方向に2mmの深さ位置で、かつ前記穴の表面から20μmの深さ位置における残留オーステナイトの残部がマルテンサイトである
ことを特徴とする、シャフト部品。
15.0≦25.9C+6.35Mn+2.88Cr+3.09Mo+2.73Ni≦27.2 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、各元素の含有量(質量%)が代入される。 - 前記穴の表面に塑性流動層を有することを特徴とする請求項1に記載のシャフト部品。
- 前記塑性流動層の厚さが0.5〜15μmである、ことを特徴とする請求項2に記載のシャフト部品。
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