JPH0853714A - ねじり疲労強度に優れた機械構造用軸物部品 - Google Patents
ねじり疲労強度に優れた機械構造用軸物部品Info
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- JPH0853714A JPH0853714A JP18750894A JP18750894A JPH0853714A JP H0853714 A JPH0853714 A JP H0853714A JP 18750894 A JP18750894 A JP 18750894A JP 18750894 A JP18750894 A JP 18750894A JP H0853714 A JPH0853714 A JP H0853714A
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- induction hardening
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ねじり疲労強度限界を更に向上し、近年のニ
ーズに応えることのできる機械構造用軸物部品を提供す
る。 【構成】 化学成分組成を調整した鋼を素材とし、該素
材を所定の形状に成形加工した後、周波数が１００ｋＨ
ｚ以下の高周波焼入れによって５０％マルテンサイト硬
さまでの硬化層深さＣＤと高周波焼入れ軸物部品の半径
Ｒとの比（ＣＤ／Ｒ）が０．３〜０．７となる様にした
ものであり、且つ下記（１）式によって規定されるＡの
値が特定の範囲内にある。 Ａ＝｛［γｆ×（ＣＤ／Ｒ）］／（Ｈｆ−Ｈｃ）｝×１０００ …（１） 但し、γｆ：高周波焼入れ後の表面から１ｍｍまでのオ
ーステナイト結晶粒径（半径：μｍ）の平均 Ｈｆ：高周波焼入れままの（ＣＤ／Ｒ）＝１．０までの
平均ビッカース硬さ（ＨＶ） Ｈｃ：高周波焼入れ後の軸中心部の平均ビッカース硬さ
（ＨＶ）
ーズに応えることのできる機械構造用軸物部品を提供す
る。 【構成】 化学成分組成を調整した鋼を素材とし、該素
材を所定の形状に成形加工した後、周波数が１００ｋＨ
ｚ以下の高周波焼入れによって５０％マルテンサイト硬
さまでの硬化層深さＣＤと高周波焼入れ軸物部品の半径
Ｒとの比（ＣＤ／Ｒ）が０．３〜０．７となる様にした
ものであり、且つ下記（１）式によって規定されるＡの
値が特定の範囲内にある。 Ａ＝｛［γｆ×（ＣＤ／Ｒ）］／（Ｈｆ−Ｈｃ）｝×１０００ …（１） 但し、γｆ：高周波焼入れ後の表面から１ｍｍまでのオ
ーステナイト結晶粒径（半径：μｍ）の平均 Ｈｆ：高周波焼入れままの（ＣＤ／Ｒ）＝１．０までの
平均ビッカース硬さ（ＨＶ） Ｈｃ：高周波焼入れ後の軸中心部の平均ビッカース硬さ
（ＨＶ）
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車のドライ
ブシャフト等の様に、優れたねじり疲労強度が要求され
る機械構造用軸物部品に関するものである。
ブシャフト等の様に、優れたねじり疲労強度が要求され
る機械構造用軸物部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】機械構造用軸物部品は、シャフト類や自
動車部品等、様々なものがあるが、いずれも優れたねじ
り疲労強度が要求される。近年、自動車等の燃費低減や
排ガス低減を目的とする軽量化の要請が高まるにつれ
て、上記機械構造用軸物部品にも一層の高強度化が望ま
れる様になってきた。しかも、機械構造用軸物部品の製
造における低コスト化も併せて望まれる様になってい
る。
動車部品等、様々なものがあるが、いずれも優れたねじ
り疲労強度が要求される。近年、自動車等の燃費低減や
排ガス低減を目的とする軽量化の要請が高まるにつれ
て、上記機械構造用軸物部品にも一層の高強度化が望ま
れる様になってきた。しかも、機械構造用軸物部品の製
造における低コスト化も併せて望まれる様になってい
る。
【０００３】機械構造用軸物部品の疲労強度を向上させ
る為の一つの手段として、高周波焼入れが知られてい
る。高周波焼入れによれば、機械構造用軸物部品の表面
硬化や圧縮残留応力の増大が図れ、しかも加工費が安
く、処理時間が極めて短く、また環境にも優しいという
利点を有し、且つ製品への歪の発生が少なく、奇麗な表
面に仕上がることから、機械構造用軸物部品の有用な強
化方法として注目されている。
る為の一つの手段として、高周波焼入れが知られてい
る。高周波焼入れによれば、機械構造用軸物部品の表面
硬化や圧縮残留応力の増大が図れ、しかも加工費が安
く、処理時間が極めて短く、また環境にも優しいという
利点を有し、且つ製品への歪の発生が少なく、奇麗な表
面に仕上がることから、機械構造用軸物部品の有用な強
化方法として注目されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高周波焼入れでは、適切な材料や高周波焼入れ条件が選
定されていなかったので、適切な表面硬さ、硬化層深さ
および表面圧縮残留応力が得られているとは言えず、満
足のいくねじり疲労強度が得られているとはいえなかっ
た。即ち、従来の高周波焼入にあっては、材料が適切で
あっても、高周波焼入れ条件が適切でなかったり、高周
波条件に制限があるのに、適切な材料を供給しなかった
りして、実現可能なねじり疲労強度には限界があるとい
う問題があった。
高周波焼入れでは、適切な材料や高周波焼入れ条件が選
定されていなかったので、適切な表面硬さ、硬化層深さ
および表面圧縮残留応力が得られているとは言えず、満
足のいくねじり疲労強度が得られているとはいえなかっ
た。即ち、従来の高周波焼入にあっては、材料が適切で
あっても、高周波焼入れ条件が適切でなかったり、高周
波条件に制限があるのに、適切な材料を供給しなかった
りして、実現可能なねじり疲労強度には限界があるとい
う問題があった。
【０００５】本発明は、こうした状況のもとになされた
ものであって、その目的は、ねじり疲労強度限界を更に
向上し、近年のニーズに応えることのできる機械構造用
軸物部品を提供することにある。
ものであって、その目的は、ねじり疲労強度限界を更に
向上し、近年のニーズに応えることのできる機械構造用
軸物部品を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明とは、Ｃ：０．３０〜０．６０％，Ｓｉ：０．０５
〜１．０％，Ｍｎ：０．３〜２．０％，Ａｌ：０．０１
５〜０．０５％，Ｓ：０．０３％以下（０％を含む），
Ｐ：０．０１５％以下（０％を含む）を夫々含有し、残
部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼を素材とした機械
構造用部品において、該素材を所定の形状に成形加工し
た後、周波数が１００ＫＨｚ以下の高周波焼入れによっ
て５０％マルテンサイト硬さまでの硬化層深さＣＤと高
周波焼入れ軸物部品の半径Ｒとの比（ＣＤ／Ｒ）が０．
３〜０．７となる様にしたものであり、且つ下記（１）
式によって規定されるＡの値が下記（２）〜（４）式の
いずれかを満足する点に要旨を有するものである。
発明とは、Ｃ：０．３０〜０．６０％，Ｓｉ：０．０５
〜１．０％，Ｍｎ：０．３〜２．０％，Ａｌ：０．０１
５〜０．０５％，Ｓ：０．０３％以下（０％を含む），
Ｐ：０．０１５％以下（０％を含む）を夫々含有し、残
部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼を素材とした機械
構造用部品において、該素材を所定の形状に成形加工し
た後、周波数が１００ＫＨｚ以下の高周波焼入れによっ
て５０％マルテンサイト硬さまでの硬化層深さＣＤと高
周波焼入れ軸物部品の半径Ｒとの比（ＣＤ／Ｒ）が０．
３〜０．７となる様にしたものであり、且つ下記（１）
式によって規定されるＡの値が下記（２）〜（４）式の
いずれかを満足する点に要旨を有するものである。
【０００７】 Ａ＝｛［γｆ×（ＣＤ／Ｒ）］／（Ｈｆ−Ｈｃ）｝×１０００ …（１） 但し、γｆ：高周波焼入れ後の表面から１ｍｍまでのオ
ーステナイト結晶粒径（半径：μｍ）の平均 Ｈｆ：高周波焼入れままの（ＣＤ／Ｒ）＝０．１までの
平均ビッカース硬さ（ＨＶ） Ｈｃ：高周波焼入れ後の軸中心部の平均ビッカース硬さ
（ＨＶ） Ｃ：０．３〜０．４％未満においては、１．９≦Ａ≦１６．６ …（２） Ｃ：０．４〜０．５％未満においては、１．８≦Ａ≦１４．３ …（３） Ｃ：０．５〜０．６％未満においては、１．７≦Ａ≦１３．６ …（４）
ーステナイト結晶粒径（半径：μｍ）の平均 Ｈｆ：高周波焼入れままの（ＣＤ／Ｒ）＝０．１までの
平均ビッカース硬さ（ＨＶ） Ｈｃ：高周波焼入れ後の軸中心部の平均ビッカース硬さ
（ＨＶ） Ｃ：０．３〜０．４％未満においては、１．９≦Ａ≦１６．６ …（２） Ｃ：０．４〜０．５％未満においては、１．８≦Ａ≦１４．３ …（３） Ｃ：０．５〜０．６％未満においては、１．７≦Ａ≦１３．６ …（４）
【０００８】また本発明の機械構造用部品には、必要に
よって、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｃ
ａ，Ｐｂ，Ｔｅ，Ｂ，Ｎ等を含有したものであっても良
い。更に、酸化物系介在物を低減して疲労強度を更に向
上させるという観点からして、酸素（Ｏ）の含有量は
０．００３０％以下に抑制することが好ましい。
よって、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｃ
ａ，Ｐｂ，Ｔｅ，Ｂ，Ｎ等を含有したものであっても良
い。更に、酸化物系介在物を低減して疲労強度を更に向
上させるという観点からして、酸素（Ｏ）の含有量は
０．００３０％以下に抑制することが好ましい。
【０００９】
【作用】上記課題を解決するために、本発明者らは、ね
じり疲労強度に及ぼす化学組成、高周波焼入れ深さ、高
周波焼入れ組織の炭化物の析出等について様々な角度か
ら検討した。その結果、上記の構成を採用すれば、従来
の方法では得られなかった様な、材料に適合した適切な
結晶粒や高い残留応力を得ることができ、それによって
ねじり疲労強度が著しく改善されたる機械構造用軸物部
品が得られることを見い出し、本発明を完成した。まず
本発明で前提となる素材の化学成分の限定理由は、下記
の通りである。
じり疲労強度に及ぼす化学組成、高周波焼入れ深さ、高
周波焼入れ組織の炭化物の析出等について様々な角度か
ら検討した。その結果、上記の構成を採用すれば、従来
の方法では得られなかった様な、材料に適合した適切な
結晶粒や高い残留応力を得ることができ、それによって
ねじり疲労強度が著しく改善されたる機械構造用軸物部
品が得られることを見い出し、本発明を完成した。まず
本発明で前提となる素材の化学成分の限定理由は、下記
の通りである。
【００１０】Ｃ：０．３０〜０．６０％ Ｃは、高周波焼入れ後の部品の疲労強度を高めるのに必
要な元素であり、その含有量が０．３０％未満では適切
な硬化層深さや表面硬さが得られない。しかしながら、
Ｃの含有量が過剰になると切削加工性が劣化し、且つ高
周波焼入れ時の焼割れが生じるので、０．６０％以下と
すべきである。尚Ｃの含有量の好ましい範囲は、０．４
０〜０．５０％程度であり、この範囲では適切な表面硬
さが得られ、且つ切削加工性等の劣化も発生することが
ない。
要な元素であり、その含有量が０．３０％未満では適切
な硬化層深さや表面硬さが得られない。しかしながら、
Ｃの含有量が過剰になると切削加工性が劣化し、且つ高
周波焼入れ時の焼割れが生じるので、０．６０％以下と
すべきである。尚Ｃの含有量の好ましい範囲は、０．４
０〜０．５０％程度であり、この範囲では適切な表面硬
さが得られ、且つ切削加工性等の劣化も発生することが
ない。
【００１１】Ｓｉ：０．０５〜１．０％ Ｓｉは、炭化物形成元素の少ない材料では、高温硬さを
上昇させる効果があり、高温雰囲気で使用される部材に
有効であり、１．０％程度の添加を必要とする。しかし
ながら、炭化物の多い材料では、Ｓｉが炭化物の析出を
遅らせる作用があって添加量を抑える必要があるので、
その下限を０．０５％と幅広く設定した。尚Ｓｉ含有量
の好ましい範囲は、０．４％以下であり、この範囲では
冷間鍛造性の劣化が大きくなることを防止することがで
きる。
上昇させる効果があり、高温雰囲気で使用される部材に
有効であり、１．０％程度の添加を必要とする。しかし
ながら、炭化物の多い材料では、Ｓｉが炭化物の析出を
遅らせる作用があって添加量を抑える必要があるので、
その下限を０．０５％と幅広く設定した。尚Ｓｉ含有量
の好ましい範囲は、０．４％以下であり、この範囲では
冷間鍛造性の劣化が大きくなることを防止することがで
きる。
【００１２】Ｍｎ：０．３〜２．０％ 軸物部品は、高周波焼入れの安定性を確保するために焼
入れ性を高める必要があるが、Ｍｎはこの焼入れ性を高
めるのに有効な元素である。その為には、Ｍｎの含有量
は０．３％以上とする必要がある。またＭｎは、焼入れ
部以外の硬さを上昇させるので、全体の強度向上を図る
為にその含有量は、２．０％までとした。尚Ｍｎ含有量
の好ましい範囲は、０．５〜１．０％程度であり、この
範囲では高周波焼入れ性を確保し、且つ鍛造性の劣化を
防止することができる。
入れ性を高める必要があるが、Ｍｎはこの焼入れ性を高
めるのに有効な元素である。その為には、Ｍｎの含有量
は０．３％以上とする必要がある。またＭｎは、焼入れ
部以外の硬さを上昇させるので、全体の強度向上を図る
為にその含有量は、２．０％までとした。尚Ｍｎ含有量
の好ましい範囲は、０．５〜１．０％程度であり、この
範囲では高周波焼入れ性を確保し、且つ鍛造性の劣化を
防止することができる。
【００１３】Ａｌ：０．０１０〜０．０５％ Ａｌは、脱酸効果とＮとの化合物ＡｌＮを生成して高周
波焼入れ時の結晶粒の粗大化を防止する効果がある。そ
の効果は、０．０１０％未満では十分でなく、０．０５
％を超えて含有してもその効果は飽和すると共に、酸化
物系介在物を生成し易くなる。尚Ａｌ含有量の好ましい
範囲は、０．０２０〜０．０３０％程度である。
波焼入れ時の結晶粒の粗大化を防止する効果がある。そ
の効果は、０．０１０％未満では十分でなく、０．０５
％を超えて含有してもその効果は飽和すると共に、酸化
物系介在物を生成し易くなる。尚Ａｌ含有量の好ましい
範囲は、０．０２０〜０．０３０％程度である。
【００１４】Ｓ：０．０３％以下（０％を含む） Ｓの含有量が０．０３％を超えると、横目の強度低下を
招くので、その含有量は０．０３％以下とする必要があ
る。
招くので、その含有量は０．０３％以下とする必要があ
る。
【００１５】Ｐ：０．０１５％以下（０％を含む） Ｐの含有量が０．０１５％を超えると、粒界強度の低下
を招き、脆化するので、その含有量は０．０１５％以下
とする必要がある。
を招き、脆化するので、その含有量は０．０１５％以下
とする必要がある。
【００１６】本発明の機械構造用軸物部品は、以上の元
素を基本成分とし、残部がＦｅおよび不可避不純物から
なるものであるが、必要によって、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，
Ｍｏ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｃａ，Ｐｂ，Ｔｅ，Ｂ，Ｎ等を
含有したものであっても良い。これらの元素を添加する
ときの、添加理由は下記の通りである。
素を基本成分とし、残部がＦｅおよび不可避不純物から
なるものであるが、必要によって、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，
Ｍｏ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｃａ，Ｐｂ，Ｔｅ，Ｂ，Ｎ等を
含有したものであっても良い。これらの元素を添加する
ときの、添加理由は下記の通りである。
【００１７】Ｎｉ：２．０％以下 Ｎｉは、焼入れ性を向上させ、また切欠靭性を向上させ
る効果がある。しかしながら、その含有量が過剰になる
と焼割れの可能性があるので、２．０％を上限とした。
Ｎｉ含有量のより好ましい範囲は、１．０％以下であ
り、この範囲では加工性の劣化を防止することができ
る。
る効果がある。しかしながら、その含有量が過剰になる
と焼割れの可能性があるので、２．０％を上限とした。
Ｎｉ含有量のより好ましい範囲は、１．０％以下であ
り、この範囲では加工性の劣化を防止することができ
る。
【００１８】Ｃｕ：０．０３〜０．３％ Ｃｕは、焼入れ性を向上させると共に、耐腐食性をも向
上させる元素である。この効果を発揮させるためには、
０．０３％以上添加する必要があるが、過剰に添加する
と疲労強度に影響があるので、０．３％以下とすべきで
ある。
上させる元素である。この効果を発揮させるためには、
０．０３％以上添加する必要があるが、過剰に添加する
と疲労強度に影響があるので、０．３％以下とすべきで
ある。
【００１９】Ｃｒ：２．０％以下 Ｃｒは、微細炭化物を生成して、焼入れ性を向上させる
のに有効な元素である。しかし、その添加量が２．０％
を超えると、疲労強度向上の効果が薄れると共に、素材
硬さの低下を招くので、その含有量は２．０％以下とす
べきである。
のに有効な元素である。しかし、その添加量が２．０％
を超えると、疲労強度向上の効果が薄れると共に、素材
硬さの低下を招くので、その含有量は２．０％以下とす
べきである。
【００２０】Ｍｏ：２．０％以下 ＭｏはＣｒと同様に炭化物を形成し、焼入れ性を向上さ
せるのに有効な元素である。しかしながら、その添加量
が２．０％を超えると、加工性が悪くなり、焼入れ性が
高くなり過ぎる。
せるのに有効な元素である。しかしながら、その添加量
が２．０％を超えると、加工性が悪くなり、焼入れ性が
高くなり過ぎる。
【００２１】Ｖ：１．０％以下 Ｖは、炭化物を形成し、しかもそれを非常に安定化させ
るのに有効な元素である。しかしながら、過剰に添加す
ると、素地硬さの低下を招くので、１．０％以下とすべ
きである。
るのに有効な元素である。しかしながら、過剰に添加す
ると、素地硬さの低下を招くので、１．０％以下とすべ
きである。
【００２２】Ｔｉ：０．１０％以下 Ｔｉは、ＮやＯとの親和性が強く、結晶微細化に効果が
あるが、過剰に添加すると、Ｖと同様に素地硬さの低下
を招くので、０．１０％以下とすべきである。
あるが、過剰に添加すると、Ｖと同様に素地硬さの低下
を招くので、０．１０％以下とすべきである。
【００２３】Ｎｂ：０．１０％以下 Ｎｂは、Ｔｉと同様に結晶粒の微細化に有効な元素であ
るが、過飽和に添加しても効果があがらないので、０．
１０％以下とした。
るが、過飽和に添加しても効果があがらないので、０．
１０％以下とした。
【００２４】Ｃａ：０．０１０％以下，Ｐｂ：０．３０
％以下およびＴｅ：０．１％以下よりなる群から選ばれ
る１種以上 Ｃａ，ＰｂおよびＴｅは、被削性を向上させる効果があ
るが、疲労強度に対してはあまり良い方向に作用しない
ので、その含有量はＣａで０．０１０％以下、Ｐｂで
０．３０％以下、Ｔｅで０．１０％以下とすべきであ
る。
％以下およびＴｅ：０．１％以下よりなる群から選ばれ
る１種以上 Ｃａ，ＰｂおよびＴｅは、被削性を向上させる効果があ
るが、疲労強度に対してはあまり良い方向に作用しない
ので、その含有量はＣａで０．０１０％以下、Ｐｂで
０．３０％以下、Ｔｅで０．１０％以下とすべきであ
る。
【００２５】Ｂ：０．０１０％以下 Ｂは少量で焼入れ性を向上させる元素であり、また粒界
強度を上昇させる効果を有するるが、含有量が多くなり
過ぎるとその効果が薄れるので、０．０１０％以下とす
る必要がある。
強度を上昇させる効果を有するるが、含有量が多くなり
過ぎるとその効果が薄れるので、０．０１０％以下とす
る必要がある。
【００２６】Ｎ：０．０３％以下 Ｎは、Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ等と結合して析出効果に影響を与
えるが、その添加量が多くなり過ぎると、脆化するの
で、その添加量は０．０３％以下とした。
えるが、その添加量が多くなり過ぎると、脆化するの
で、その添加量は０．０３％以下とした。
【００２７】尚Ｏは鋼中の不純物の形態に大きな影響を
及ぼし、特にＡｌ2 Ｏ3 やＳｉＯ2等の介在物はねじり
疲労限度を著しく低下させるので、酸化物系介在物は極
力少なくしなければならない。こうした観点からすれ
ば、Ｏの含有量は、０．００３０％以下に抑制するのが
好ましい。
及ぼし、特にＡｌ2 Ｏ3 やＳｉＯ2等の介在物はねじり
疲労限度を著しく低下させるので、酸化物系介在物は極
力少なくしなければならない。こうした観点からすれ
ば、Ｏの含有量は、０．００３０％以下に抑制するのが
好ましい。
【００２８】本発明では、上記の様な化学成分組成の鋼
材料を素材とし、該素材を所定の機械構造用軸物部品の
形状に成形加工した後、まず周波数が１００ＫＨｚ以下
の高周波焼入れによって、５０％マルテンサイト硬さま
での硬化層深さＣＤと高周波焼入れ軸物部品の半径Ｒと
の比（ＣＤ／Ｒ）が０．３〜０．７となる様にしたもの
である。高周波焼き入れの際の周波数を１００ＫＨｚ以
下としたのは、この周波数範囲では、低速度域での加熱
速度の調節が可能である為に、低い加熱温度で深い硬化
層が得られ、結晶粒の粗大化が防止できるからである。
尚周波数のより好ましい範囲は、５０ＫＨｚ以下であ
る。また（ＣＤ／Ｒ）の値を０．３以上としたのは、こ
の値が０．３未満では内部を起点として破壊が生じる為
に内部の強度が影響し、疲労強度が低下するからであ
る。一方、（ＣＤ／Ｒ）の値が０．７を超えると、表面
を起点として破壊が起こるが、内部の靭性のある部分が
少なくなって、特に疲労強度が低下することになる。
材料を素材とし、該素材を所定の機械構造用軸物部品の
形状に成形加工した後、まず周波数が１００ＫＨｚ以下
の高周波焼入れによって、５０％マルテンサイト硬さま
での硬化層深さＣＤと高周波焼入れ軸物部品の半径Ｒと
の比（ＣＤ／Ｒ）が０．３〜０．７となる様にしたもの
である。高周波焼き入れの際の周波数を１００ＫＨｚ以
下としたのは、この周波数範囲では、低速度域での加熱
速度の調節が可能である為に、低い加熱温度で深い硬化
層が得られ、結晶粒の粗大化が防止できるからである。
尚周波数のより好ましい範囲は、５０ＫＨｚ以下であ
る。また（ＣＤ／Ｒ）の値を０．３以上としたのは、こ
の値が０．３未満では内部を起点として破壊が生じる為
に内部の強度が影響し、疲労強度が低下するからであ
る。一方、（ＣＤ／Ｒ）の値が０．７を超えると、表面
を起点として破壊が起こるが、内部の靭性のある部分が
少なくなって、特に疲労強度が低下することになる。
【００２９】本発明の機械構造用部品は、上記の条件を
満足する他、前記（１）式によって規定されるＡの値が
前記（２）〜（４）式のいずれかを満足する必要がある
が、この理由は下記の通りである。
満足する他、前記（１）式によって規定されるＡの値が
前記（２）〜（４）式のいずれかを満足する必要がある
が、この理由は下記の通りである。
【００３０】上記Ａの値は、結晶粒径γｆ、硬化層深さ
／軸半径（ＣＤ／Ｒ）比、表面硬さＨｆおよび中心部硬
さＨｃ等のパラメーターによって決められる値であり、
適切な材料に対して適切な高周波焼入れが施されたがど
うかを判断する指標となる値である。上記パラメーター
のうち結晶粒径は、粗い場合には靭性の低下によって疲
労強度の低下を招き、細か過ぎても結晶粒自体が介在物
的な働きをして、めじり疲労強度を低下させることにな
る。また表面硬さＨｆが、高周波焼入れの不具合による
不完全焼入れ層の発生による硬度低下が生じたとき、ね
じり疲労強度が低下する。更に、中心部の硬さＨｃが高
過ぎても、内部靭性の低下によって、ねじり疲労強度が
低下する。これらの特性が、相互に疲労強度に影響を及
ぼすことになる。以上の理由によって、前記Ａ値を設定
した。ここで、Ａ値が前記（２）〜（４）式で規定する
範囲を外れると、ねじり疲労強度が上記したいずれかの
理由によって低下することになる。尚Ｃの含有量によっ
て、上記Ａ値を振り分けたのは、高速周波焼入れ後の表
面硬さがＣの含有量によってほぼ決定されるからであ
る。
／軸半径（ＣＤ／Ｒ）比、表面硬さＨｆおよび中心部硬
さＨｃ等のパラメーターによって決められる値であり、
適切な材料に対して適切な高周波焼入れが施されたがど
うかを判断する指標となる値である。上記パラメーター
のうち結晶粒径は、粗い場合には靭性の低下によって疲
労強度の低下を招き、細か過ぎても結晶粒自体が介在物
的な働きをして、めじり疲労強度を低下させることにな
る。また表面硬さＨｆが、高周波焼入れの不具合による
不完全焼入れ層の発生による硬度低下が生じたとき、ね
じり疲労強度が低下する。更に、中心部の硬さＨｃが高
過ぎても、内部靭性の低下によって、ねじり疲労強度が
低下する。これらの特性が、相互に疲労強度に影響を及
ぼすことになる。以上の理由によって、前記Ａ値を設定
した。ここで、Ａ値が前記（２）〜（４）式で規定する
範囲を外れると、ねじり疲労強度が上記したいずれかの
理由によって低下することになる。尚Ｃの含有量によっ
て、上記Ａ値を振り分けたのは、高速周波焼入れ後の表
面硬さがＣの含有量によってほぼ決定されるからであ
る。
【００３１】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前後記の趣旨に徴して設計変更することはいず
れも技術的範囲に含まれるものである。
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前後記の趣旨に徴して設計変更することはいず
れも技術的範囲に含まれるものである。
【００３２】
【実施例】表１に示す化学成分組成の供試鋼（Ｎｏ．１
〜２９）を通常の溶製法によって、溶解、鋳造後、鍛造
した。焼きならし後、切削によって図１に示すねじり試
験片を作製した。
〜２９）を通常の溶製法によって、溶解、鋳造後、鍛造
した。焼きならし後、切削によって図１に示すねじり試
験片を作製した。
【００３３】
【表１】
【００３４】上記各ねじり試験片について、下記の各条
件で高周波焼入れ、焼戻しを行ない、夫々の材質特性を
調査した。その結果を、Ａ値と共に表２および表３に示
す。尚表２，３において、各比較例は、同じ装置を用い
て処理したものであるが、（ＣＤ／Ｒ）を変化させるこ
とによって、Ａ値が本発明で規定する範囲を外れるもの
である。
件で高周波焼入れ、焼戻しを行ない、夫々の材質特性を
調査した。その結果を、Ａ値と共に表２および表３に示
す。尚表２，３において、各比較例は、同じ装置を用い
て処理したものであるが、（ＣＤ／Ｒ）を変化させるこ
とによって、Ａ値が本発明で規定する範囲を外れるもの
である。
【００３５】（高周波焼入れ、焼戻し条件） （Ｉ）出力：８０ＫＷ，周波数：２０ＫＨｚ，電圧：１
４ＫＶ，一次電流：３．２Ａ，二次電流：２．８Ａの条
件で加熱した後、水冷して高周波焼入れを行なった。ま
た焼戻しは、１８０℃の温度で６０ｍｉｎ行なった。 （II）出力：１５０ＫＷ，周波数：１０ＫＨｚ，電圧：
５００Ｖ，一次電流：２９０Ａ，二次電流：２２０Ａの
条件で加熱した後、水冷して高周波焼入れを行なった。
また焼戻しは、１８０℃の温度で６０ｍｉｎ行なった。
４ＫＶ，一次電流：３．２Ａ，二次電流：２．８Ａの条
件で加熱した後、水冷して高周波焼入れを行なった。ま
た焼戻しは、１８０℃の温度で６０ｍｉｎ行なった。 （II）出力：１５０ＫＷ，周波数：１０ＫＨｚ，電圧：
５００Ｖ，一次電流：２９０Ａ，二次電流：２２０Ａの
条件で加熱した後、水冷して高周波焼入れを行なった。
また焼戻しは、１８０℃の温度で６０ｍｉｎ行なった。
【００３６】
【表２】
【００３７】
【表３】
【００３８】その後、ねじり疲労試験を行なった。この
とき、負荷トルク１７６４Ｎ・ｍおよび１５６８Ｎ・ｍ
の２水準で、周波数１．６７Ｈｚ，応力比−１の両振り
ねじり疲労試験を行なった。その結果を、表４および表
５に示す。
とき、負荷トルク１７６４Ｎ・ｍおよび１５６８Ｎ・ｍ
の２水準で、周波数１．６７Ｈｚ，応力比−１の両振り
ねじり疲労試験を行なった。その結果を、表４および表
５に示す。
【００３９】
【表４】
【００４０】
【表５】
【００４１】表４，５の結果から明らかな様に、Ａ値が
本発明で規定する範囲内にあるものは、それを外れてい
るものよりも優れた疲労強度を示していることが分か
る。また前記表２，３と、表４，５とを比較しても明ら
かな様に、ＣＤ／Ｒが０．４５〜０．５５の範囲にある
方がより優れた疲労強度を示していることが分かる。
本発明で規定する範囲内にあるものは、それを外れてい
るものよりも優れた疲労強度を示していることが分か
る。また前記表２，３と、表４，５とを比較しても明ら
かな様に、ＣＤ／Ｒが０．４５〜０．５５の範囲にある
方がより優れた疲労強度を示していることが分かる。
【００４２】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、ね
じり疲労特性を格段に向上した機械構造用軸物部品が得
られ、この部品はシャフト類の様に高い疲労強度が要求
される箇所に好適に利用できる。
じり疲労特性を格段に向上した機械構造用軸物部品が得
られ、この部品はシャフト類の様に高い疲労強度が要求
される箇所に好適に利用できる。
【図１】ねじり試験片の形状を示す説明図である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 38/50 38/60
Claims (7)
- 【請求項１】 Ｃ：０．３０〜０．６０％（質量％の意
味、以下同じ），Ｓｉ：０．０５〜１．０％，Ｍｎ：
０．３〜２．０％，Ａｌ：０．０１５〜０．０５％，
Ｓ：０．０３％以下（０％を含む），Ｐ：０．０１５％
以下（０％を含む）を夫々含有し、残部Ｆｅおよび不可
避不純物からなる鋼を素材とした機械構造用軸物部品に
おいて、該素材を所定の形状に成形加工した後、周波数
が１００ＫＨｚ以下の高周波焼入れによって５０％マル
テンサイト硬さまでの硬化層深さＣＤと高周波焼入れ軸
物部品の半径Ｒとの比（ＣＤ／Ｒ）が０．３〜０．７と
なる様にしたものであり、且つ下記（１）式によって規
定されるＡの値が下記（２）〜（４）式のいずれかを満
足することを特徴とするねじり疲労強度に優れた機械構
造用軸物部品。 Ａ＝｛［γｆ×（ＣＤ／Ｒ）］／（Ｈｆ−Ｈｃ）｝×１０００ …（１） 但し、γｆ：高周波焼入れ後の表面から１ｍｍまでのオ
ーステナイト結晶粒径（半径：μｍ）の平均 Ｈｆ：高周波焼入れままの（ＣＤ／Ｒ）＝０．１までの
平均ビッカース硬さ（ＨＶ） Ｈｃ：高周波焼入れ後の軸中心部の平均ビッカース硬さ
（ＨＶ） Ｃ：０．３〜０．４％未満においては、１．９≦Ａ≦１６．６ …（２） Ｃ：０．４〜０．５％未満においては、１．８≦Ａ≦１４．３ …（３） Ｃ：０．５〜０．６％未満においては、１．７≦Ａ≦１３．６ …（４） - 【請求項２】 更に、Ｎｉ：２．０％以下，Ｃｕ：０．
０３〜０．３％，Ｃｒ：２．０％以下およびＭｏ：２．
０％以下よりなる群から選ばれる１種以上を含有するも
のである請求項１に記載の機械構造用軸物部品。 - 【請求項３】 更に、Ｖ：１．０％以下，Ｔｉ：０．１
０％以下およびＮｂ：０．１０％以下よりなる群から選
ばれる１種以上を含有するものである請求項１または２
に記載の機械構造用軸物部品。 - 【請求項４】 更に、Ｃａ：０．０１％以下，Ｐｂ：
０．３０％以下およびＴｅ：０．１０％以下よりなる群
から選ばれる１種以上を含有するものである請求項１〜
３のいずれかに記載の機械構造用軸物部品。 - 【請求項５】 更に、Ｂ：０．０１０％以下を含有した
ものである請求項１〜４のいずれかに記載の機械構造用
軸物部品。 - 【請求項６】 更に、Ｎ：０．０３０％以下を含有した
ものである請求項１〜５のいずれかに記載の機械構造用
軸物部品。 - 【請求項７】 酸素の含有量を０．００３０％以下に抑
制したものである請求項１〜６のいずれかに記載の機械
構造用軸物部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18750894A JPH0853714A (ja) | 1994-08-09 | 1994-08-09 | ねじり疲労強度に優れた機械構造用軸物部品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18750894A JPH0853714A (ja) | 1994-08-09 | 1994-08-09 | ねじり疲労強度に優れた機械構造用軸物部品 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0853714A true JPH0853714A (ja) | 1996-02-27 |
Family
ID=16207296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18750894A Withdrawn JPH0853714A (ja) | 1994-08-09 | 1994-08-09 | ねじり疲労強度に優れた機械構造用軸物部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0853714A (ja) |
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-
1994
- 1994-08-09 JP JP18750894A patent/JPH0853714A/ja not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|
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