JPH0633219A - 疲れ強さの高い鉄道用車軸およびその製造方法 - Google Patents
疲れ強さの高い鉄道用車軸およびその製造方法Info
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- JPH0633219A JPH0633219A JP18682692A JP18682692A JPH0633219A JP H0633219 A JPH0633219 A JP H0633219A JP 18682692 A JP18682692 A JP 18682692A JP 18682692 A JP18682692 A JP 18682692A JP H0633219 A JPH0633219 A JP H0633219A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】鉄道用車軸の疲れ強さを、安価かつ容易に向上
させる。 【構成】 (1)イオン窒化処理を施された鉄道用車軸であ
って、少なくとも車輪とのはめ合部は、厚さが10〜20μ
ｍの Fe4N(γ) 相からなる表面化合物層と、その直下に
最高硬さがHvで 280以上の拡散層とを有する疲れ強さの
高い鉄道用車軸。(2)550℃以上 600℃未満の処理温度
で、 0.5〜４時間イオン窒化処理を施して（1)の鉄道用
車軸を製造する方法。 【効果】イオン窒化処理により車軸表面に生じる硬化層
は、熱感受性が低く、加熱されても部材の疲れ強さは低
下しないので、キズ研削の際に表面温度の上昇に注意を
払う必要がない。また、本発明の車軸は車輪材との摩擦
係数が小さいので、「かじり」などの破損が発生しにく
い。
させる。 【構成】 (1)イオン窒化処理を施された鉄道用車軸であ
って、少なくとも車輪とのはめ合部は、厚さが10〜20μ
ｍの Fe4N(γ) 相からなる表面化合物層と、その直下に
最高硬さがHvで 280以上の拡散層とを有する疲れ強さの
高い鉄道用車軸。(2)550℃以上 600℃未満の処理温度
で、 0.5〜４時間イオン窒化処理を施して（1)の鉄道用
車軸を製造する方法。 【効果】イオン窒化処理により車軸表面に生じる硬化層
は、熱感受性が低く、加熱されても部材の疲れ強さは低
下しないので、キズ研削の際に表面温度の上昇に注意を
払う必要がない。また、本発明の車軸は車輪材との摩擦
係数が小さいので、「かじり」などの破損が発生しにく
い。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、疲れ強さの高い鉄道用
車軸およびその製造方法に関する。
車軸およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄道用車軸は、車両の重量を支えたり、
駆動力およびブレーキ力を伝達する機能を有するもので
あり、この車軸の損傷は、直接的に重大事故に結びつく
ので、高い信頼性が要求される。特に、車輪とのはめ合
部では、車軸と相手部材（車輪）との微少な相対すべり
を原因とするフレッティング疲れが生じるので、耐久寿
命が低下する。この問題に対して、車軸に、タフトライ
ド処理、低温焼入れ、高周波焼入れ、表面圧延などの処
理を施すと、焼きならしのままの材料に比べて、はめ合
部の疲れ限度が著しく向上することが報告されている
（小松英雄：1975年８月、京都大学学位論文「はめ合部
の疲れ限度向上に関する研究」）。
駆動力およびブレーキ力を伝達する機能を有するもので
あり、この車軸の損傷は、直接的に重大事故に結びつく
ので、高い信頼性が要求される。特に、車輪とのはめ合
部では、車軸と相手部材（車輪）との微少な相対すべり
を原因とするフレッティング疲れが生じるので、耐久寿
命が低下する。この問題に対して、車軸に、タフトライ
ド処理、低温焼入れ、高周波焼入れ、表面圧延などの処
理を施すと、焼きならしのままの材料に比べて、はめ合
部の疲れ限度が著しく向上することが報告されている
（小松英雄：1975年８月、京都大学学位論文「はめ合部
の疲れ限度向上に関する研究」）。
【０００３】実際に、鉄道用車軸にはキルド鋼を鍛造し
た JIS E 4502-SFA 55あるいは同 SFA 60 が用いられて
いるが、新幹線用車軸や機関車用車軸のように、より高
い信頼度が要求される部位の車軸は、 JIS機械構造用炭
素鋼Ｓ38Ｃを素材として、表面に高周波焼入れを施すこ
とにより、その疲れ強さを向上させて使用されている
（鉄道技術、43−６(1986)、205 頁以降）。
た JIS E 4502-SFA 55あるいは同 SFA 60 が用いられて
いるが、新幹線用車軸や機関車用車軸のように、より高
い信頼度が要求される部位の車軸は、 JIS機械構造用炭
素鋼Ｓ38Ｃを素材として、表面に高周波焼入れを施すこ
とにより、その疲れ強さを向上させて使用されている
（鉄道技術、43−６(1986)、205 頁以降）。
【０００４】このように、フレッティング疲れ強さを高
めるためには、表面に圧縮残留応力を導入するのが効果
的であり、その簡便な方法として高周波焼入れが車軸に
限らず例えばクランク軸などの高い疲れ強度を必要とす
る軸に施されている。しかしながら高周波焼入れ処理を
行った場合には、表面に引張残留応力が生じているの
で、疲労強度を高めるために表面を数 100μｍ研削する
必要がある。ところが、高周波焼入れで表面に生じるマ
ルテンサイト組織は、熱的に非常に不安定なので、この
表面研削時あるいは、使用中に何らかの原因で疵が生じ
て再研削を行う場合、表面温度が上昇しないように細心
の注意を払わなければならず、作業が非常に不便であ
る。
めるためには、表面に圧縮残留応力を導入するのが効果
的であり、その簡便な方法として高周波焼入れが車軸に
限らず例えばクランク軸などの高い疲れ強度を必要とす
る軸に施されている。しかしながら高周波焼入れ処理を
行った場合には、表面に引張残留応力が生じているの
で、疲労強度を高めるために表面を数 100μｍ研削する
必要がある。ところが、高周波焼入れで表面に生じるマ
ルテンサイト組織は、熱的に非常に不安定なので、この
表面研削時あるいは、使用中に何らかの原因で疵が生じ
て再研削を行う場合、表面温度が上昇しないように細心
の注意を払わなければならず、作業が非常に不便であ
る。
【０００５】ＳＮＣＦ（フランス国鉄）のLeluanは、中
周波焼入れあるいはショットピーニングによりはめ合部
の疲れ限度が上昇することを示した(Leluan:REVUE GENE
RALEDES CHEMINS DE FER,108(1989),5)。しかし、ショ
ットピーニング、表面圧延などのように一般構造部材の
表面層を加工硬化して疲れ強さを向上させる方法は、導
入された残留応力が加熱により消滅すること、高度な寸
法精度が要求される部分には処理後再加工する必要があ
ること等を考えると、車軸のはめ合部への適用は困難で
ある。
周波焼入れあるいはショットピーニングによりはめ合部
の疲れ限度が上昇することを示した(Leluan:REVUE GENE
RALEDES CHEMINS DE FER,108(1989),5)。しかし、ショ
ットピーニング、表面圧延などのように一般構造部材の
表面層を加工硬化して疲れ強さを向上させる方法は、導
入された残留応力が加熱により消滅すること、高度な寸
法精度が要求される部分には処理後再加工する必要があ
ること等を考えると、車軸のはめ合部への適用は困難で
ある。
【０００６】効果的に疲れ強さを向上させる表面改質方
法として、それらの方法以外に、タフトライド法、ガス
軟窒化法などの窒化処理が広く利用されている。これら
の方法も疲れ強さを高めるのに効果的であることが知ら
れているが、同時に次のような問題点を有する。タフト
ライド法は、シアン塩浴を用いるのでその取扱いに特別
な対策や管理を必要とする。また、ガス軟窒化はこのよ
うな問題のない窒化法であるが、処理の際に処理品およ
び加熱炉を暖める必要があり、そのための時間がかかる
ので大量生産には向いていない。さらに、これらの方法
を用いると、窒化処理中に同時に浸炭反応が起こるの
で、窒化層の外側の化合物層は、γ層（Fe4N層）とε層
( Fe2-3N層) が共存して生成する。このε層は靱性が低
いので、表面に高い応力の集中が起こるはめ合部では、
割れが発生しやすい。
法として、それらの方法以外に、タフトライド法、ガス
軟窒化法などの窒化処理が広く利用されている。これら
の方法も疲れ強さを高めるのに効果的であることが知ら
れているが、同時に次のような問題点を有する。タフト
ライド法は、シアン塩浴を用いるのでその取扱いに特別
な対策や管理を必要とする。また、ガス軟窒化はこのよ
うな問題のない窒化法であるが、処理の際に処理品およ
び加熱炉を暖める必要があり、そのための時間がかかる
ので大量生産には向いていない。さらに、これらの方法
を用いると、窒化処理中に同時に浸炭反応が起こるの
で、窒化層の外側の化合物層は、γ層（Fe4N層）とε層
( Fe2-3N層) が共存して生成する。このε層は靱性が低
いので、表面に高い応力の集中が起こるはめ合部では、
割れが発生しやすい。
【０００７】一方、その他の窒化処理として、グロー放
電によってＮＨ3 ガスあるいはＮ2＋Ｈ2 混合ガスから
生成したＮ+ イオンを鋼材に加速衝突させて鋼を窒化す
る、イオン窒化法が知られている。この方法は、窒化を
無公害に行える利点を有する上に、表面に生成する化合
物層を靱性の高いγ層の単相にすることができる。
電によってＮＨ3 ガスあるいはＮ2＋Ｈ2 混合ガスから
生成したＮ+ イオンを鋼材に加速衝突させて鋼を窒化す
る、イオン窒化法が知られている。この方法は、窒化を
無公害に行える利点を有する上に、表面に生成する化合
物層を靱性の高いγ層の単相にすることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、疲れ
強さが高く、加熱されてもその疲れ強さが失われない鉄
道用車軸を提供することおよび、安価で、しかも公害発
生のおそれなくその鉄道用車軸を製造する方法を提供す
ることにある。
強さが高く、加熱されてもその疲れ強さが失われない鉄
道用車軸を提供することおよび、安価で、しかも公害発
生のおそれなくその鉄道用車軸を製造する方法を提供す
ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は次の (1)〜(2)
を要旨とする。
を要旨とする。
【００１０】(1) イオン窒化処理を施された鉄道用車軸
であって、少なくとも車輪とのはめ合部は、厚さが10〜
20μｍの Fe4N(γ) 相からなる表面化合物層と、その直
下に最高硬さがHvで 280以上の拡散層とを有する疲れ強
さの高い鉄道用車軸。
であって、少なくとも車輪とのはめ合部は、厚さが10〜
20μｍの Fe4N(γ) 相からなる表面化合物層と、その直
下に最高硬さがHvで 280以上の拡散層とを有する疲れ強
さの高い鉄道用車軸。
【００１１】(2) 550℃以上 600℃未満の処理温度で、
0.5〜４時間イオン窒化処理を施して（1)の鉄道用車軸
を製造する方法。
0.5〜４時間イオン窒化処理を施して（1)の鉄道用車軸
を製造する方法。
【００１２】
【作用】まず、イオン窒化法について説明する。窒化し
ようとする鋼材を陰極とし、器壁を陽極とする密閉容器
内を 1〜10Torrに減圧し、ＮＨ3 ガス、Ｎ2 ＋ＮＨ3 混
合ガスあるいはＮ2 ＋Ｈ2 混合ガスを導入後、両極間に
電圧を印加するとグロー放電が発生する。この時、イオ
ン化された窒素が被処理物の表面に衝突して窒化が進行
する。このようにして、鋼材の窒化を行う方法がイオン
窒化法である。本発明において使用するガス種は、上記
のいずれを用いても良いが、表面に形成する化合物層の
厚さを調整しやすいという点からＮ2 ＋Ｈ2 混合ガスを
用いるのが好ましい。このイオン窒化法によれば、表面
の化合物層をγ層の単層とすることが可能なので、他の
窒化法と比べて疲れ強さを最大限に高めることができ、
亀裂が生じにくい車軸を製造することができる。また、
加熱されてもその疲れ強さが失われない鉄道用車軸を、
安価かつ無公害に製造することができる。
ようとする鋼材を陰極とし、器壁を陽極とする密閉容器
内を 1〜10Torrに減圧し、ＮＨ3 ガス、Ｎ2 ＋ＮＨ3 混
合ガスあるいはＮ2 ＋Ｈ2 混合ガスを導入後、両極間に
電圧を印加するとグロー放電が発生する。この時、イオ
ン化された窒素が被処理物の表面に衝突して窒化が進行
する。このようにして、鋼材の窒化を行う方法がイオン
窒化法である。本発明において使用するガス種は、上記
のいずれを用いても良いが、表面に形成する化合物層の
厚さを調整しやすいという点からＮ2 ＋Ｈ2 混合ガスを
用いるのが好ましい。このイオン窒化法によれば、表面
の化合物層をγ層の単層とすることが可能なので、他の
窒化法と比べて疲れ強さを最大限に高めることができ、
亀裂が生じにくい車軸を製造することができる。また、
加熱されてもその疲れ強さが失われない鉄道用車軸を、
安価かつ無公害に製造することができる。
【００１３】次に、本発明の各要件について説明する。
【００１４】イオン窒化処理を施す鉄道用車軸の鋼種
は、その用途に使用可能であって、規格を満足しうるも
のであれば特に限定されるものではないが、一般に焼入
れ焼戻し材が使用されている新幹線用車軸など、高い疲
れ強さを必要とする車軸材では、強度および靱性のバラ
ンスを考慮して焼戻し温度が定められているので、その
強度や靱性を失わないように窒化処理は、焼戻し温度以
下で施すようにする。
は、その用途に使用可能であって、規格を満足しうるも
のであれば特に限定されるものではないが、一般に焼入
れ焼戻し材が使用されている新幹線用車軸など、高い疲
れ強さを必要とする車軸材では、強度および靱性のバラ
ンスを考慮して焼戻し温度が定められているので、その
強度や靱性を失わないように窒化処理は、焼戻し温度以
下で施すようにする。
【００１５】イオン窒化処理を鋼材に施すと、表面に化
合物層（γ相の層）と、その直下に窒素の拡散層とが生
成する。この、化合物層をγ相とするには、Ｎ2 とＨ2
を適当に混合したガスを用いればよい。その混合比は特
にどちらか一方が過剰でなければよく、通常はＮ2 とＨ
2 の比が１：１のものを用いればよい。γ相の層はビッ
カース硬度(Hv)で1000程度の硬質なものである上に、JI
S SSW-R1のような車輪材との摩擦係数が約0.2(高周波焼
入れ材では約0.6)という小さい値であるので、車軸を車
輪に圧入する際あるいは圧抜きする際の、いわゆる「か
じり」という破損が発生しにくい。一方、拡散層の最高
硬さ（表面化合物層直下の拡散層の硬さ）は、鋼材の疲
れ強さに影響を与え、この硬さが大きいほど疲れ強さは
大きくなる。拡散層表面の硬さを大きくするには、処理
温度を高くするか、処理時間を長くすればよい。ところ
が、処理温度が高くなったり、処理時間が長くなるとγ
相の層が厚くなる。γ相は硬質であるとともに脆弱であ
るし、熱膨張係数、ヤング率ともに基材と大きく異なる
ので、γ相の厚さが過度に厚いと熱応力による割れが発
生しやすくなる。この割れは、繰り返し応力の負荷によ
って疲労き裂として進展するので、疲れ強さを著しく低
下させる。
合物層（γ相の層）と、その直下に窒素の拡散層とが生
成する。この、化合物層をγ相とするには、Ｎ2 とＨ2
を適当に混合したガスを用いればよい。その混合比は特
にどちらか一方が過剰でなければよく、通常はＮ2 とＨ
2 の比が１：１のものを用いればよい。γ相の層はビッ
カース硬度(Hv)で1000程度の硬質なものである上に、JI
S SSW-R1のような車輪材との摩擦係数が約0.2(高周波焼
入れ材では約0.6)という小さい値であるので、車軸を車
輪に圧入する際あるいは圧抜きする際の、いわゆる「か
じり」という破損が発生しにくい。一方、拡散層の最高
硬さ（表面化合物層直下の拡散層の硬さ）は、鋼材の疲
れ強さに影響を与え、この硬さが大きいほど疲れ強さは
大きくなる。拡散層表面の硬さを大きくするには、処理
温度を高くするか、処理時間を長くすればよい。ところ
が、処理温度が高くなったり、処理時間が長くなるとγ
相の層が厚くなる。γ相は硬質であるとともに脆弱であ
るし、熱膨張係数、ヤング率ともに基材と大きく異なる
ので、γ相の厚さが過度に厚いと熱応力による割れが発
生しやすくなる。この割れは、繰り返し応力の負荷によ
って疲労き裂として進展するので、疲れ強さを著しく低
下させる。
【００１６】車輪とのはめ合部には十分な疲れ強さが必
要であり、その疲れ限度は300MPa以上であることが望ま
しい。現行の高周波焼入れを行った模擬車軸の疲れ試験
では疲れ限度が300MPaであるため、300MPa以上を目標と
した。なお、本明細書中において「疲れ限度」は、107
の繰返しで破断しない応力振幅を意味する。
要であり、その疲れ限度は300MPa以上であることが望ま
しい。現行の高周波焼入れを行った模擬車軸の疲れ試験
では疲れ限度が300MPaであるため、300MPa以上を目標と
した。なお、本明細書中において「疲れ限度」は、107
の繰返しで破断しない応力振幅を意味する。
【００１７】イオン窒化処理によって、300MPa以上の疲
れ限度を車軸に与えるために必要な表面化合物層厚さ、
および拡散層の最高硬さを基礎的に調べる目的で、炭素
鋼JIS-S38Cにイオン窒化処理を施した平面曲げ試験片を
用いて、フレッティング疲れ試験を行った。
れ限度を車軸に与えるために必要な表面化合物層厚さ、
および拡散層の最高硬さを基礎的に調べる目的で、炭素
鋼JIS-S38Cにイオン窒化処理を施した平面曲げ試験片を
用いて、フレッティング疲れ試験を行った。
【００１８】表１に、使用した炭素鋼の熱処理条件およ
び機械的性質を示す。表２に、イオン窒化処理の温度と
時間および形成した表面化合物層の厚さと拡散層の硬度
を示す。図１は、イオン窒化材のフレッティング平面曲
げ疲れ試験の方法を示すものである。同図において、１
は試験片、２はパッドである。
び機械的性質を示す。表２に、イオン窒化処理の温度と
時間および形成した表面化合物層の厚さと拡散層の硬度
を示す。図１は、イオン窒化材のフレッティング平面曲
げ疲れ試験の方法を示すものである。同図において、１
は試験片、２はパッドである。
【００１９】表２に示す条件に加え、ガス圧10Torr（一
定）、ガス比率（体積比）Ｎ2 ：Ｈ2 ＝１：１（一定）
の処理条件で、表１の平面曲げ試験片をイオン窒化し、
図１に示すフレッティング平面曲げ疲れ試験を行った。
パッド２の素材には JIS SSW-R1 の鋼を使用した。試験
は大気中室温下、繰り返し速度20Hzで行い、パッド面圧
は接触域中心で最大500MPaであった。試験片の斜線部に
フレッティングコロージョンが発生し、この中に疲れき
裂が生ずる。
定）、ガス比率（体積比）Ｎ2 ：Ｈ2 ＝１：１（一定）
の処理条件で、表１の平面曲げ試験片をイオン窒化し、
図１に示すフレッティング平面曲げ疲れ試験を行った。
パッド２の素材には JIS SSW-R1 の鋼を使用した。試験
は大気中室温下、繰り返し速度20Hzで行い、パッド面圧
は接触域中心で最大500MPaであった。試験片の斜線部に
フレッティングコロージョンが発生し、この中に疲れき
裂が生ずる。
【００２０】この時の、試験片の疲れ限度を表２に併せ
て示すとともに、表面化合物層の厚さと疲れ限度との関
係を図２に、および拡散層の最高硬さと疲れ限度との関
係を図３に示す。表２、図２および図３から分かる通
り、疲れ限度を300MPa以上にするには、まず、表面化合
物層（γ相の層）の厚みを、処理部におけるバラツキ
（５μｍ程度）を考慮して、平均で10μｍ以上、20μｍ
以下とする必要がある。さらに、拡散層の硬度をHvで 2
80以上とする必要がある。なお、図３で試験No.8および
NO.13で疲れ限度が小さくなっているのは、表面の化合
物層（γ相の層）の厚みが20μｍを超えているので、試
験前に熱応力によるき裂が生じていたか、あるいは、表
面に引張残留応力が生じていたからである。
て示すとともに、表面化合物層の厚さと疲れ限度との関
係を図２に、および拡散層の最高硬さと疲れ限度との関
係を図３に示す。表２、図２および図３から分かる通
り、疲れ限度を300MPa以上にするには、まず、表面化合
物層（γ相の層）の厚みを、処理部におけるバラツキ
（５μｍ程度）を考慮して、平均で10μｍ以上、20μｍ
以下とする必要がある。さらに、拡散層の硬度をHvで 2
80以上とする必要がある。なお、図３で試験No.8および
NO.13で疲れ限度が小さくなっているのは、表面の化合
物層（γ相の層）の厚みが20μｍを超えているので、試
験前に熱応力によるき裂が生じていたか、あるいは、表
面に引張残留応力が生じていたからである。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】また、γ相の厚さが10〜20μｍであって拡
散層の最高硬さがHvで 280以上である車軸を製造するた
めには 550℃以上 600℃未満で、かつ 0.5〜４時間、イ
オン窒化処理を行えばよい。
散層の最高硬さがHvで 280以上である車軸を製造するた
めには 550℃以上 600℃未満で、かつ 0.5〜４時間、イ
オン窒化処理を行えばよい。
【００２４】次に本発明を実施例に基づいて説明する。
【００２５】
【実施例１】図４は、模擬車軸および模擬車輪の形状を
示すものである。
示すものである。
【００２６】表１に示す素材を用いて図４(a) に示す模
擬車軸を作製した。
擬車軸を作製した。
【００２７】表３は、模擬車軸に、表面改質処理を施し
た方法を表すものである。表中、No.22 〜27は本発明例
であり、No.16 〜21およびNo.28 〜30は比較例である。
た方法を表すものである。表中、No.22 〜27は本発明例
であり、No.16 〜21およびNo.28 〜30は比較例である。
【００２８】図５は、片持ち回転曲げ疲れ試験の実施方
法を示すものである。
法を示すものである。
【００２９】室温大気中において、図４の形状を有す
る、現行車軸を縮小した模擬車軸（ａ）を、同じく図４
に示した模擬車輪（ｂ）に圧入し、図５に示すようなモ
ーター５で回転する駆動軸６に固定した。さらに、模擬
車軸３の模擬車輪４に圧入した方と反対の端部を治具７
と接続し、ベアリング８を介して上下に繰返し速度20Hz
で振動させて、片持ち回転曲げによる疲れ試験を行っ
た。この時の、模擬車軸３には、表３の表面処理を施し
たものを使用し、模擬車輪４は、 JIS規格SSW-R1を満足
するものを用いた。なお、フレッティングの影響を緩和
するための潤滑材として、二硫化モリブデン（MnS2：平
均粒度 0.1μｍ）を鉱物油中に40体積％浮懸させたもの
をペースト状にして、車軸のはめ合部に塗付して圧入し
た。
る、現行車軸を縮小した模擬車軸（ａ）を、同じく図４
に示した模擬車輪（ｂ）に圧入し、図５に示すようなモ
ーター５で回転する駆動軸６に固定した。さらに、模擬
車軸３の模擬車輪４に圧入した方と反対の端部を治具７
と接続し、ベアリング８を介して上下に繰返し速度20Hz
で振動させて、片持ち回転曲げによる疲れ試験を行っ
た。この時の、模擬車軸３には、表３の表面処理を施し
たものを使用し、模擬車輪４は、 JIS規格SSW-R1を満足
するものを用いた。なお、フレッティングの影響を緩和
するための潤滑材として、二硫化モリブデン（MnS2：平
均粒度 0.1μｍ）を鉱物油中に40体積％浮懸させたもの
をペースト状にして、車軸のはめ合部に塗付して圧入し
た。
【００３０】はめ合部の端部における疲れ限度の測定結
果を、表４に示した。同時に、この試験では、車軸の表
面に発生した疵を研削する場合の発熱温度が約 300℃に
なることを考慮して、表面の改質処理をした後、再び 3
00℃に加熱（時間15分）した後、空冷した試験片を用い
て、同様の疲れ試験を行い、この疲れ限度の測定結果を
表４に併記した。なお、疲れ限度は107 の繰返しで破断
しない応力（曲げモーメント／断面２次モーメント）と
した。
果を、表４に示した。同時に、この試験では、車軸の表
面に発生した疵を研削する場合の発熱温度が約 300℃に
なることを考慮して、表面の改質処理をした後、再び 3
00℃に加熱（時間15分）した後、空冷した試験片を用い
て、同様の疲れ試験を行い、この疲れ限度の測定結果を
表４に併記した。なお、疲れ限度は107 の繰返しで破断
しない応力（曲げモーメント／断面２次モーメント）と
した。
【００３１】表４から分かるとおり、本発明の方法を用
いた車軸は、現在使用されている高周波焼入れ処理をし
た車軸やガス軟窒化処理を施した車軸に比べて、高い疲
れ限度を有し、車軸の表面を研削する時の発熱温度に相
当する 300℃の再加熱によっても疲れ限度が低下しな
い。
いた車軸は、現在使用されている高周波焼入れ処理をし
た車軸やガス軟窒化処理を施した車軸に比べて、高い疲
れ限度を有し、車軸の表面を研削する時の発熱温度に相
当する 300℃の再加熱によっても疲れ限度が低下しな
い。
【００３２】
【表３】
【００３３】
【表４】
【００３４】
【発明の効果】イオン窒化処理が施された鉄道用車軸
は、従来の高周波焼入れ処理が施されたものに比べ優れ
た疲れ強さを有する。またイオン窒化処理により生ずる
車軸表面の硬化層は、熱感受性が低いので、加熱されて
も部材の疲れ強さは低下しない。
は、従来の高周波焼入れ処理が施されたものに比べ優れ
た疲れ強さを有する。またイオン窒化処理により生ずる
車軸表面の硬化層は、熱感受性が低いので、加熱されて
も部材の疲れ強さは低下しない。
【００３５】従って、イオン窒化処理が施された車軸を
キズ研削する場合に、上昇する表面温度に注意を払う必
要がない。さらに、本発明の車軸は車輪材との摩擦係数
が小さいので、「かじり」などの破損も発生しにくい。
また、本発明方法によれば安価かつ簡便にしかも公害を
発生する懸念がなく疲れ強さの高い車軸を製造すること
ができる。
キズ研削する場合に、上昇する表面温度に注意を払う必
要がない。さらに、本発明の車軸は車輪材との摩擦係数
が小さいので、「かじり」などの破損も発生しにくい。
また、本発明方法によれば安価かつ簡便にしかも公害を
発生する懸念がなく疲れ強さの高い車軸を製造すること
ができる。
【図１】イオン窒化材のフレッティング平面曲げ疲れ試
験方法を示す図である。
験方法を示す図である。
【図２】表面化合物層の厚さと疲れ限度との関係を示す
図である。
図である。
【図３】拡散層の最高硬さと疲れ限度との関係を示す図
である。
である。
【図４】（ａ）は模擬車軸の形状、（ｂ）は模擬車輪の
形状を示す図である。
形状を示す図である。
【図５】片持ち回転曲げ疲れ試験の測定方法を表す図で
ある。
ある。
１．試験片、 ２．パッド、 ３．模擬車
軸、４．模擬車輪、 ５．モータ、 ６．駆
動軸、７．治具、 ８．ベアリング、 ９．
ベアリング
軸、４．模擬車輪、 ５．モータ、 ６．駆
動軸、７．治具、 ８．ベアリング、 ９．
ベアリング
Claims (2)
- 【請求項１】イオン窒化処理を施された鉄道用車軸であ
って、少なくとも車輪とのはめ合部は、厚さが10〜20μ
ｍの Fe4N(γ) 相からなる表面化合物層と、その直下に
最高硬さがHvで 280以上の拡散層とを有する疲れ強さの
高い鉄道用車軸。 - 【請求項２】550℃以上 600℃未満の処理温度で、 0.5
〜４時間イオン窒化処理を施すことを特徴とする請求項
１に記載の鉄道用車軸の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18682692A JPH0633219A (ja) | 1992-07-14 | 1992-07-14 | 疲れ強さの高い鉄道用車軸およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18682692A JPH0633219A (ja) | 1992-07-14 | 1992-07-14 | 疲れ強さの高い鉄道用車軸およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0633219A true JPH0633219A (ja) | 1994-02-08 |
Family
ID=16195292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18682692A Pending JPH0633219A (ja) | 1992-07-14 | 1992-07-14 | 疲れ強さの高い鉄道用車軸およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0633219A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012115135A1 (ja) * | 2011-02-23 | 2012-08-30 | Ｄｏｗａサーモテック株式会社 | 窒化鋼部材およびその製造方法 |
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| US10392683B2 (en) | 2014-02-26 | 2019-08-27 | Nippon Steel Corporation | Rail vehicle axle |
| US12000028B2 (en) | 2015-08-24 | 2024-06-04 | Nippon Steel Corporation | Rail vehicle axle |
-
1992
- 1992-07-14 JP JP18682692A patent/JPH0633219A/ja active Pending
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