專利名稱：機械元件及其制造方法
技術領域：
本發明涉及機械元件及其制造方法背景技術車輪用軸承裝置(HUB)是將車輪相對于車體自由旋轉地支撐的機械元件。另外，萬向節(CVJConstant Velocity Joint)是將來自發動機的旋轉傳遞到車輪的轉矩傳遞裝置。這些HUB以及萬向節在制造中存在以下的問題。
(1)呈階梯形，加工率高。
(2)由于存在滾動面因而具有在高頻淬火后需要高硬度的部分。為此使用碳含量高的鋼，例如S53C、SAE1050，因而在加工中的變形阻力提高。
根據上述情況，由于難以進行冷鍛和溫鍛因而廣泛使用熱鍛。熱鍛時，由于在1000℃以上的高溫進行鍛造，因此鍛造后的顯微組織粗大化，通過從高溫的風冷具有了高硬度。因此，考慮到之后工序中的機械加工性以及冷塑性加工性，根據其加工實施常化、退火等熱處理(軟化熱處理)來改善加工性。
但是用于改善加工性的上述熱處理需要大量的時間、能量，妨礙了工序的連續化，導致了制造效率的下降。因此，公開了(S1)通過利用鋼的合金設計來減少熱鍛后的硬度的增加，從而不用進行鍛造后的軟化熱處理的方法(日本專利特開平06-057324號公報(專利文獻1)。另外，還有(S2)同樣調整組成，特別提高Si含量，從而提高了加工性和提高了強度的鋼的提案(日本專利特開2002-332535號公報(專利文獻2)。
專利文獻1日本專利特開平06-057324號公報專利文獻2日本專利特開2002-332535號公報發明的揭示通過上述(S1)的方法雖可省略軟化熱處理，但是只進行熱鍛粗大化了顯微組織，生成網狀的鐵素體(ferrite)。因此耐久性下降，延展性也下降。圖21是顯示從動輪用的車輪用軸承裝置110的圖。將球101配置在轂輪圈104以及內圈102和外圈103之間。通過在轂輪圈的凸緣或者臂的端部配置的輪轂螺栓111將轂輪圈104與圖中未示的車輪連接。從車輪傳遞的反復變位使在與車輪的連接部分的凸緣或者臂的根部104n產生大的反復應力。因此，只進行熱鍛而粗大化了的顯微組織耐久性降低，發生皸裂，有時導致破斷。為了應對這樣的不良情況，需要將只進行了熱鍛后的顯微組織微細化，抑制網狀的鐵素體的生成。
另外上述(S2)的方法中的高Si含量，促進熱鍛時的脫碳，在表層部易生成深的脫碳層。因此使只進行熱鍛的非切削部的強度下降。由于在完成品中只進行熱鍛的非切削部分多，因此構成HUB、萬向節等的部件尤其易出現強度下降。還由于高Si含量使鋼的硬度顯著增加，因此損害了機械加工性、塑性加工性。
本發明的目的是提供對機械加工性和塑性加工性無不良影響，且只進行熱鍛所得制品的強度、韌性以及延展性均優良的可得到微細組織的機械元件及其制造方法。
本發明的機械元件是具有外部部件、內部部件以及在外部部件和內部部件中分別設置的滾動槽內所配置的滾動體的機械元件。構成該機械元件的至少1個零件由含有C0.45～0.70質量％以及合計0.3質量％以下的(V、Nb、Ti)中至少1種的鋼形成，在未經表面硬化處理的部分的顯微組織中，鐵素體的面積率為15～30％，并含有粒狀鐵素體。
由于鐵素體的面積率增大，因此上述機械元件被軟化，可容易進行后工序的切削加工和塑性加工。另外，上述滾動槽，由于裝置而名稱變化，有時稱為滾道面(日文転走面)。
C0.45～0.70質量％C不滿0.45質量％則不能確保充分的強度，因此需要在0.45質量％以上。特別是在硬化表面層的部分中的硬度不能達到充分高。但是，如果超過0.70質量％，則難以確保硬化表面層之外的部分中的韌性和延展性。
(V、Nb、Ti)以合計0.3質量％以下含有至少其中1種由于微細的碳氮化物即使在鍛造前加熱溫度下也以未固溶的形式存在，因此(V、Nb、Ti)通過止釘效應可以抑制奧氏體粒徑的粗大化。上述碳氮化物在鍛造中、冷卻中重新析出。特別是在鍛造后再結晶期間析出的碳氮化物由于均一微細分散因此特別理想。之后通過熱鍛后進行冷卻，這些碳氮化物作為鐵素體核產生位點而起作用，因而促進粒狀鐵素體的生成。另外，V、Nb以及Ti在鋼中均生成碳化物、氮化物以及碳化物和氮化物復合而得的復合碳氮化物，但是沒有必要將這些嚴格區分，任一種析出形態對本發明的作用雖有程度上的差別但均起到作用，因此將這些形態統稱為碳氮化物。在作為本發明對象的碳含量高的鋼中多形成碳化物，即使是以這樣的碳化物作為實體的(V、Nb、Ti)析出物也稱為碳氮化物。也可只含有0.3質量％以下的(V、Nb、Ti)中的1種。
與沿著奧氏體粒界生成的網狀鐵素體不同，粒狀鐵素體具有分斷珠光體的效果，將組織實質上微細化。因此，即使是經省略了常化的熱鍛，其顯微組織也微細，另外通過鐵素體率的增大被軟化。但是也會出現顯微組織通過被微細化以及上述碳氮化物的分解而被強化，從而不被那么程度的軟化而被強化的情況。但是通過微細化了的組織，皸裂的發生等可被改善。鐵素體面積率在15％以上時，可以得到強度、韌性以及延展性均優良的滾動機械裝置的零件。但是如果鐵素體面積率超過30％，則靜強度以及耐久強度下降，不能用于上述零件。
沒有進行表面硬化處理的部分是指沒有經過高頻淬火等表面硬化處理的部分，例如較表層為內側的部分。這種情況時，如進行鉚接(加締め)加工等塑性加工，則產生組織的流動而發生變形，因此需要除去塑性變形的部分進行測定。
由V、Nb和Ti中至少1種形成的元素的合計如超過0.3質量％，則難以保證韌性、延展性，因此應在0.3質量％以下。但是，如果上述合計不滿0.01質量％，則不能以充分的分散密度形成鐵素體核形成位點，因此應在0.01質量％以上。為了得到更加確實的效果較好在0.02質量％以上。
另外，上述鋼除了含有上述碳、V、Nb和Ti之外，還可以含有保證了淬透性的與構造用鋼鋼材(H鋼JISG4052)中所示的代表鋼種同等的Si、Mn，還可含有Ni0.25質量％以下、Cr1.25質量％以下、Mo0.45質量％以下。特別是可含有Cr0.10～0.40質量％。Cr對提高淬透性以及抗回火軟化性等有效，但是為了使該效果明顯，需要在0.1質量％以上。但是，如果超過0.40質量％則熱鍛性下降，由于熱鍛為高成本，因此較好在0.40重量以下。
另外，上述機械元件中還含有轂輪圈軸承和萬向節。
制造本發明的機械元件的方法是制造具有外部部件、內部部件以及在外部部件和內部部件中分別設置的滾動槽中所配置的滾動體的機械元件的方法。該制造方法在形成該機械元件的至少1個零件的制造中，具有通過熱鍛將含有C0.45～0.70質量％以及合計在0.3質量％以下的(V、Nb、Ti)中的至少1種的鋼成型，再冷卻的工序；將熱鍛后的鋼直接進行切削加工的工序以及對經切削加工的部分的規定部位施以高頻淬火的工序。
通過上述制造方法，可以不經過常化就得到微細的顯微組織，可以得到充分的強度、韌性以及延展性。結果，可以用廉價的制造方法制造，并得到良好的機械性能。
通過本發明的機械元件以及制造方法，可以提供對機械加工和塑性加工沒有不良影響的，僅熱鍛即可獲得制品的強度、韌性以及延展性均優良的微細組織的機械元件及其制造方法。
附圖的簡單說明圖1本發明的實施方式中的車輪用軸承裝置的部分截面的立體圖。
圖2顯示本發明的實施方式中的機械元件的零件的制造方法的圖。
圖3是將本發明的實施方式中的鋼熱鍛、冷卻后所得的鋼的顯微組織的示意圖。
圖4是將機械構造用碳鋼S53C熱鍛、冷卻后所得的鋼的顯微組織的示意圖。
圖5是本發明的實施方式中的其它車輪用軸承裝置的示意圖。
圖6是本發明的實施方式中的又一其它車輪用軸承裝置的示意圖。
圖7是顯示本發明的實施方式中的萬向節的示意圖。
圖8是圖7的分解立體圖。
圖9是將本發明的實施方式中的內圈變換成萬向節而形成的車輪用軸承裝置的示意圖。
圖10是本發明的實施例1中的本發明例1的顯微組織的示意圖。
圖11是本發明的實施例1中的本發明例2的顯微組織的示意圖。
圖12是本發明的實施例1中的本發明例3的顯微組織的示意圖。
圖13是本發明的實施例1中的本發明例4的顯微組織的示意圖。
圖14是本發明的實施例1中的比較例1的顯微組織的示意圖。
圖15是本發明的實施例1中的比較例2的顯微組織的示意圖。
圖16是本發明的實施例1中的比較例3的顯微組織的示意圖。
圖17是本發明的實施例2中的S53C相當(Si低些)鋼的表面附近的示意圖。
圖18是本發明的實施例2中的S53C相當(Si0.5％高)鋼的表面附近的示意圖。
圖19是本發明的實施例3中的抗拉試驗中的拉伸性的示意圖。
圖20是本發明的實施例3中的旋轉彎曲疲勞試驗的結果的示意圖。
圖21是顯示以往的車輪用軸承裝置中的問題點之一的示意圖。
符號的說明1球(滾動體)、2內圈、2a滾道面、3外圈、3a滾道面、4轂輪圈、4a滾道面、4b鉚接部、4c非切削部、4h表面硬化層、4n凸緣或臂的根部、4s轂輪圈階梯狀壁、10車輪用軸承裝置、11輪轂螺栓、12螺栓、12a螺母、13軸溝、15釣爪(knuckle)、21輥(滾動體)、31萬向節的球、32萬向節的內圈、32a萬向節的滾動槽、33萬向節的外圈、33a萬向節的滾動槽、33e萬向節的軸部(花鍵部)、34萬向節的保持架(cage)、35軸、50萬向節。
實施發明的最佳方式下面使用
本發明的實施方式。圖1中，該車輪用軸承裝置10是驅動輪用的，形成有使驅動軸嵌合的軸溝13的轂輪圈4以及內圈2分別具有滾道面4a、2a。在這些的外側配置有外圈3，外圈3具有與上述滾道面4a、2a相對的多列的滾道面3a，在內外的滾道面4a、2a以及3a之間配置有作為滾動體的球1。在轂輪圈4上，在車輪安裝凸緣配置有輪轂螺栓11，向圖中未示的輪胎傳遞驅動力(荷重)。另外，在外圈3上，為了承擔車體荷重與圖中未示的釣爪連接，為此在凸緣設置有螺母12a。在圖中1所示的車輪用軸承裝置中，在安裝球1之后，通過與在轂輪圈中設置的螺栓相螺合的螺母等施加向外側的力，將內圈2壓附固定在轂輪圈的階梯狀壁上。該內圈的固定也有通過將轂輪圈在內圈鉚接的鉚接加工來進行的形式。上述的車輪用軸承裝置的零件中，轂輪圈4以及外圈3由上述粒狀鐵素體生成鋼材(例如，C、Si、Mn等是S53C相當)形成。內圈由例如JISSUJ2形成。
在圖1所示的結構中，將輪轂螺栓11的孔設置在凸緣上。為了輕量化，也有采用將凸緣作為各輪轂螺栓的臂的結構。在截面圖中難以區別凸緣和臂的情況表現為上述的易出現皸裂的位置“凸緣或臂的根部”。
接著，參考圖2，說明本發明的實施方式的機械元件的零件的制造方法。將含有C0.45～0.70質量％、合計為0.3質量％以下的(V、Nb、Ti)中的至少1種的鋼材(以下，記為“粒狀鐵素體”)加熱到用于熱鍛的加熱溫度例如1080℃左右進行熱鍛，再冷卻。在該階段，形成了上述零件的大致形狀。之后，通過切削加工，精密地加工完成了需要尺寸精度和表面精度(粗度等)的部分。之后，對經過上述切削加工了的表面的規定部分，進行高頻淬火使其表面硬化。
在上述的切削加工的工序中，可以將非切削加工部分保留進行切削加工。可將通過該方法進行切削加工的部分限定在完成精度上必要的部分，其它的部分作為非切削加工部分。結果可減少切削工序的成本。
另外，在高頻淬火工序之后，可以設置將滾動體安裝在機械元件內、將規定的部件固定在該機械元件上并形成該滾動體滾動的空間的工序。另外，在將規定的部件固定在該機械元件的工序中，可以對鋼的規定部分施加鉚接加工等塑性加工將其固定。
下面參考圖3，說明將上述鋼熱鍛、冷卻之后所得的顯微組織。含有(V、Nb、Ti)中至少1種的鋼中，存在熱鍛前的加熱中在1000℃以上未固溶的碳氮化物，它們起到了相對鐵素體粒界移動的止釘(ピン止め)作用，阻止鐵素體粒的粗大化。另外，一邊溫度下降，一邊熱加工組織重結晶時也析出微細碳氮化物，阻礙了奧氏體粒的成長。在熱鍛后、冷卻中，隨著溫度的下降，由奧氏體首先產生鐵素體的相變，接著產生珠光體的相變。此時上述粒狀鐵素體生成鋼材中特別的是可促進鐵素體的相變、增大鐵素體的面積率、以高比例生成粒狀鐵素體。因此，珠光體粒被鐵素體分段，被微細化。如上述的促進粒狀鐵素體是因為熱鍛的重結晶中或之后的冷卻時，生成(V、Nb、Ti)的碳氮化物，將該碳氮化物等作為核位點而產生鐵素體的緣故。由于這些碳氮化物等在奧氏體粒界和奧氏體粒內均析出，因此在粒內、粒界均生成粒狀鐵素體。在圖3中，也有在奧氏體粒界不以上述碳氮化物等作為核而沿著粒界生成的鐵素體。
可從其形狀判斷粒狀鐵素體。位于粒內的鐵素體是粒狀鐵素體。也有在粒界生成的粒狀鐵素體。網狀鐵素體沿著粒界生成，不成粒狀而成帶狀。鐵素體的面積率可根據識別顯微組織中的鐵素體和珠光體的容易程度來使用市售的面積率自動測定裝置來進行測定。另外，也可以通過求得光學顯微鏡視野內的任意直線的鐵素體內所存在的部分的比率，再求平均而測定。
將不含上述(V、Nb、Ti)的碳鋼的熱鍛-冷卻后的顯微組織的示意圖示于圖4。通過圖4可知，在冷卻中，首先在奧氏體粒界以網狀生成鐵素體，之后，奧氏體轉變成為珠光體。由此珠光體與圖3的珠光體相比為粗大的大小。另外，由于沒有促進鐵素體相變，因此鐵素體面積率比圖3的顯微組織小。
圖5是作為本發明的其它實施方式的隨動輪用的車輪用軸承裝置10，從內圈的固定是通過轂輪圈的鉚接加工來進行的，以及轂輪圈中具有非切削部的角度來看，與圖1中的車輪用軸承裝置不同。在圖5中，將螺栓12螺合在螺母部12a上，使外圈3與釣爪15連接。2列的球1被設置在外圈3的多列的滾道面3a、內圈2的滾道面2a以及轂輪圈4的滾道面4a之間。在滾道面由于有球1施加高荷重，因此通過高頻淬火等形成表面硬化層。在圖5中，只表示了在包括轂輪圈4的滾道面的表面上進行高頻淬火形成的表面硬化層4h，但是不只在轂輪圈4而且在外圈3和內圈2也形成了圖中未示的表面硬化層。
在圖5的轂輪圈4中，輪轂螺栓11的孔附近的表面4c以及中央部外側的面4c是非切削加工的面。由于這些面的表面性狀和尺寸精度不是非常重要，因此通過非切削完成可降低制造成本。
如上所述，內圈2通過轂輪圈的鉚接部4b被鉚接，被壓固在轂輪圈的階梯狀壁4s上。在鉚接加工中使用搖動鉚接法。在該搖動鉚接中，相對于圖3所示的粗大的顯微組織易出現裂縫，圖2所示的含有粒狀鐵素體的鐵素體珠光體組織可抑制破裂。如上所述，沒有經過高頻淬火的部分的顯微組織中的鐵素體粒的粒度號在7號以上，被微細化了。
如圖5所示，轂輪圈4以及外圈2是使用上述粒狀鐵素體生成鋼材而形成的。因此，轂輪圈4以及外圈2即使沒有實施常化也富有延展性和韌性。結果，在鉚接加工中可以無破裂地進行鉚接。另外，對于凸緣和臂的根部4n，在使用中不會因反復施加荷重而出現皸裂。
下面參考圖6，說明本發明的其它實施方式的車輪用軸承裝置10。在滾動體使用了輥21的驅動輪用的車輪用軸承裝置10，在轂輪圈4中沒有設置滾道面，在外圈3和內圈2上設置有滾道面2a、3a。外圈3以及轂輪圈4由上述粒狀鐵素體生成鋼材制造，內圈2以及輥21使用JISSUJ2制造。
轂輪圈4中沒有設置滾道面，為了應對通過內圈施加的荷重在與內圈抵接的表面通過高頻淬火形成表面硬化層4h。
通過由將轂輪圈4進行鉚接加工而得的鉚接加工部4b，將2個內圈2壓附固定在轂輪圈4的階梯狀壁上。
下面，參考圖7以及圖8來說明本發明的其它的實施方式的萬向節(CVJ)。在圖7中，作為機械元件的萬向節50包括作為滾動體的轉矩傳遞球31，該萬向節50傳遞旋轉轉矩荷重。由保持架34將球31設置保持在內圈32和外圈33之間。在內圈32以及外圈33中，分別形成滾動槽32a、33a，在包括滾動槽的表面上通過高頻淬火形成表面硬化層。上述萬向節50中，外圈33通過上述粒狀鐵素體生成鋼材形成。
萬向節50的主要功能是具有規定的自由度的同時傳遞旋轉轉矩。萬向節大致分為只允許2軸間的角度變位的固定型和允許角度變位以及軸方向變位的滑動(日文摺動)型。圖7以及圖8中的實施例是滑動型的示例。軸35具有滑動和彎曲的自由度。如上述從轂輪圈的輪轂螺栓到中心側的凸緣或者臂的根部出現破裂，同樣，上述被萬向節的轉造加工了的軸的花鍵部33c有由滾動負荷而破斷的情況出現。
圖9是本發明的又一其它實施方式的示例圖，顯示了組裝了萬向節50，萬向節50兼有車輪用軸承裝置10的內圈2的結構。該結構是被稱為第4代的車輪用軸承。旋轉力由萬向節50傳遞至轂輪圈4，在由轂輪圈4傳遞至由輪轂螺栓11連接的輪胎。通過擴徑鉚接，將萬向節50的外圈33的軸部33e的端部固定在轂輪圈上，在該組合中，兼有轂輪圈4、外圈3以及車輪用軸承裝置10的內圈2的萬向節50的外圈33由上述粒狀鐵素體生成鋼材制造。
實施例實施例1下面，說明實際考察熱鍛后的機械性質以及顯微組織的結果。在表1中顯示了本發明的實施例1所使用的鋼材的組成。本發明例的各鋼是以S53C為基礎加以改良的鋼，各鋼在組成上的特征如下所示。本發明例3、4的特征在于除了為低Mn，還含有V等。
(本發明例1)與S53C相當+V0.08質量％(本發明例2)與S53C相當+Ti0.07質量％(本發明例3)低Mn(0.25質量％)+V0.09質量％(本發明例4)低Mn(0.24質量％)+V0.04質量％+Ti0.06質量％(比較例1～3)S53C
表1 上述本發明例以及比較例的顯微組織示于圖10～圖16。首先，在圖14所示的比較例1的顯微組織中反映了只進行熱鍛之后的情況，組織粗大(注意是縮小比例尺度)，鐵素體可以說是幾乎全是沿著奧氏體的粒界而生成的網狀鐵素體。與此相對，在圖15所示的增加了常化的比較例2的顯微組織中，確認組織不僅為沿著粒界的帶狀鐵素體而且還有粒狀(塊狀)的鐵素體。另外，盡管是僅進行熱鍛，但圖16所示的在950℃加熱鍛了的比較例3中得到了與進行了常化的比較例2相同的顯微組織。
另一方面，在圖10～圖13所示的本發明例1～4中，雖然僅進行了熱鍛，但顯微組織均非常微細，粒狀鐵素體的數量多，因此粒狀鐵素體的分散密度高。另外，增大了鐵素體的面積率。特別是圖13所示的本發明例4的顯微組織被微細化了。
將上述試驗體的試驗結果示于表2。在拉伸試驗中使用從HUB的制品切得的抗拉試驗片，進行試驗。
表2 由表2可知，與比較例1的鐵素體面積率為12％相比，本發明例1～4盡管同樣是僅進行相同熱鍛但均在15％以上。增加了常化的比較例2和僅進行了950℃熱鍛的比較例3中，鐵素體面積率也滿足15％以上。表2所示的“粒徑”是以鐵素體描繪大致輪廓的奧氏體的粒徑，與比較例的粒度號為3.0相比，本發明例1～4中為6.5以上，顯示了顯微組織被微細化了。奧氏體的粒度號的測定，例如可通過以下方法求得，即作為在顯微組織的網狀鐵素體中的奧氏體粒界，將記入了這樣的奧氏體粒界的顯微組織照片與JIS規定的粒徑的標準圖比較。即，當以非常細的寬度網狀鐵素體沿著奧氏體的粒界生成的情況時，可將該網狀鐵素體作為奧氏體的粒界進行測定。另外，網狀的鐵素體的沿著奧氏體粒界的鐵素體的寬度比較寬時，將奧氏體的粒界假定在沿著該鐵素體的寬度范圍內，或者在微觀照片中實際記入進行測定。沿著微觀照片中的網狀鐵素體，可以在其寬度范圍內容易地用線標注奧氏體粒界。
硬度的變化率以比較例1作為基準判斷硬化(+)或者軟化(-)。在本發明例1、2中，與基準相比盡管鐵素體面積率增大但硬度的變化率均為正，這考慮是因為顯微組織在實質上被充分微細化，V或者Ti析出物彌散將其彌散強化的原因。本發明例3、4中，雖然含有V及/或Ti，但被軟化是因為Mn減少的原因。特別是比較例3的軟化程度很大。與之相應反應該特點比較例3的拉伸性的提高顯著。而其它的比較例1、2、4得到了與追加了常化的比較例2同等的拉伸性拉深特性。
對于抗拉強度的提高程度，本發明例均得到了進行了常化的比較例2同等以上的提高，特別是本發明例3、4的提高尤為顯著。
由抗拉試驗所得的拉伸性與鉚接加工中的變形能以及抗斷裂縫性相關，希望拉伸性較大。另外，抗拉強度與拉伸性與制品的彎曲強度特性相對應。
通過上述實施例1確認了，本發明例1～4盡管是僅進行熱鍛，均最低限度可得到與追加了常化的比較例2同等的強度、加工性、彎曲強度。還確認了如比較例3、4這樣，其具備比追加了常化的比較例更優良的強度、加工性。
(實施例2)考察了Si濃度對鋼表面脫碳的影響。將含有0.22質量％Si的S53C相當鋼與只將Si提高到0.50質量％、其它組成與S53C相當鋼同等的鋼進行熱鍛。在熱鍛后考察顯微組織，研究表面脫碳。
由圖17及圖18可知，在Si為0.5質量％的鋼中，表面脫碳受到了促進。在本發明最廣范圍中包括Si為0.5質量％的鋼，從抑制表面脫碳的方面考慮，Si可低于0.5質量％。
(實施例3)下面，使用上述車輪軸承裝置的轂輪圈和外圈的制造中所使用的鋼來進行耐久性的研究。本試驗可以說是以下的試驗，即考察轂輪圈的自輪轂螺栓孔至中心的位置的相對應在凸緣或者臂的根部的反復應力的壽命的試驗。本發明例中使用的鋼是含有C0.6質量％、Si0.57質量％、Mn0.8質量％、P0.015質量％、S0.017質量％、Cr0.25質量％、V0.15質量的鋼。比較例中使用的鋼是市售的JISG4051中規定的機械制造用碳鋼S53C。
將上述的本發明例的鋼以及比較例的鋼材經如圖1所示的熱鍛、冷卻制成試驗片。均不進行常化。
試驗通過JISZ2241中規定的抗拉試驗中的拉伸性來評價鉚接加工性，另外，根據JISZ2274中規定的旋轉彎曲疲勞試驗來評價相對于施加在轂輪圈的反復應力的耐久性。抗拉試驗中的試驗片使用平行部分長度15mm×直徑5mm的圓桿試驗片，旋轉彎曲疲勞試驗中的試驗片使用1號試驗片(JIS2274)。
抗拉試驗中的拉伸性的結果示于圖19，旋轉彎曲疲勞試驗的結果示于圖20。與比較例的拉伸性為39％相對比，本發明例的拉伸性為44％，有顯著的提高。拉伸性與鉚接加工性有很強的相關性，由于圖19所示程度的拉伸性的提高，鉚接加工性大幅提高。
另外，由圖20所示的旋轉彎曲疲勞試驗結果，驗證了本發明例的旋轉彎曲疲勞強度與比較例相比提高了3成。
由上述結果可知，通過使用沒有進行常化而只進行了熱鍛的鋼來制造機械元件的零件，可以制造耐久性優良的零件，將其組合可以低廉地制造優良性能的機械元件。另外，特別是在對轂輪圈等進行鉚接加工的情況中可以不發生破裂地進行鉚接加工。
下面包括上述的實施方式以及實施例，將本發明的實施的方式示例進行以下的羅列說明。
上述的顯微組織中的粒徑可達到6號以上。
上述的粒徑與表2所示的“粒徑”的意義相同，是以鐵素體描繪大致輪廓的奧氏體粒的粒度號。通過上述粒徑在6號以上，可以得到優良的機械性質。
上述鋼(粒狀鐵素體生成鋼材)可含有Si0.15～0.7質量％、Mn0.1～0.5質量％以及V0.04～0.15質量％。
通過該構成，在熱鍛中可以抑制脫碳深度，通過V碳氮化物所起的作用可促進鐵素體的生成得到含有粒狀鐵素體的組織。由此可以在實質上細微化顯微組織。
Si0.15～0.7質量％如果Si不滿0.15質量％則淬透性降低，不能充分確保強度。另外，Si如果超過0.7質量％，則由于在熱鍛時促進脫碳形成深的脫碳層，因此Si在0.7質量％以下。為了進一步抑制脫碳層，Si可以在0.5質量％以下。為了避免出現脫碳層，Si可以在0.4質量％以下。
Mn0.1～0.5質量％Mn如不滿0.1質量％，則由于鋼中的硫(S)不能作為MnS固定因此在熱鍛中容易出現裂縫等，因此應在0.1質量％以上。Mn使淬透性提高，在鋼中固溶將鋼強韌化，同時還增加對滾動壽命有益的殘留奧氏體。但是，Mn也在碳化物中固溶具有提高碳化物的硬度的作用，對提高鋼的硬度也有效。因此，重視強韌化的情況時，可含有0.25質量％以上。但是，如果超過0.5質量％，則由于在熱鍛后的冷卻時抑制鐵素體生成容易形成硬化組織，導致對切削加工或鉚接加工性等的妨礙，因此可以在0.5質量％以下。
V0.04～0.15質量％V碳化物、V氮化物或者V碳氮化物通過熱鍛前的加熱幾乎全部固溶在奧氏體中，但是在熱鍛后的冷卻中析出，作為鐵素體核形成位點起作用。這些V析出物在奧氏體粒內的夾雜物等的上面析出，再以該V析出物為核，生成鐵素體。即促進粒狀鐵素體的生成，結果使鐵素體面積率增加。上述作用可通過V在0.04質量％以上而得。為了得到可靠的上述作用，較好含有0.06質量％。另外，V如果超過0.15質量％，則上述效果飽和，因此應在0.15質量以下。
另外，雜質元素P可在0.030質量％以下、S可在0.035質量％以下。作為雜質元素的P及S，由于使鋼的機械性質劣化，因此作為軸承用鋼越低越好。但是，使P及S達到非常低需要高度的精練設備和充分的精練時間。與該精練設備的操作相伴的電費以及精練反應用原料費用增大，成為高成本的主要原因。因此，P及S的上限值可為滿足可允許的作為軸承材料的機械性質的劣化的純度規則(JISG4051)的水準。
構成上述機械元件的外部部件、內部部件的上述滾道面(滾動槽)中的至少一方滾道面的表面硬化層的奧氏體粒的粒度號可以為7～11號。
通過上述構成，可以得到耐久性優良的表面硬化層，可以使滾動疲勞壽命延長。
構成上述機械元件的至少1個零件可具有沒有經切削加工的非切削加工部分。
精度上不需要切削加工的部位可以省略切削加工，節省制造費用。這種情況時，在黑皮部分抑制脫碳層是重要的，可以抑制疲勞皸裂的發生等。因此Si含有率低些為好。
另外，在上述的機械元件中，上述的內部部件由第1內部部件和第2內部部件形成。其中一方的部件具有含有上述鐵素體的顯微組織，對該部件進行鉚接加工將其它零件鉚接。
通過該結構，在機械元件完成前將滾動體安裝在內部，接著，將含有上述鐵素體的零件鉚接，通過鉚接規定的零件進行一體化可以組成機械元件。
本次公開的實施方式均是示例，而不是限制。本發明的范圍不是通過上述說明書，而是通過權利要求來表示，并包括與權利要求同等的意義以及在范圍內的所有變化。
產業利用的可能性通過本發明的機械元件及其制造方法，可以低廉地提供具有優良耐久性以及加工性的零件，將其組合可以低廉地提供高可靠性的機械元件。因此，期待在包括汽車的輸送機械裝置的機械元件等中發揮作用。
權利要求
1.機械元件，它是具有外部部件(3、33)、內部部件(2、4、32)以及在上述外部部件(3、33)和內部部件(2、4、32)中分別設置的滾動槽(2a、3a、4a、32a、33a)中所配置的滾動體(1、21、31)的機械元件(10、50)，其特征在于，構成上述機械元件(10、50)的至少1個零件由含有C0.45～0.70質量％以及合計0.3質量％以下的(V、Nb、Ti)中的至少1種的鋼形成，在沒有經表面硬化處理的部分的顯微組織中含有粒狀鐵素體，鐵素體的面積率為15～30％。
2.如權利要求1所述的機械元件，其特征在于，上述沒有被表面硬化的部分的顯微組織中的粒徑在6號以上。
3.如權利要求1所述的機械元件，其特征在于，上述鋼含有Si0.15～0.7質量％、Mn0.1～0.5質量％以及V0.04～0.15質量％。
4.如權利要求1所述的機械元件，其特征在于，構成上述機械元件(10)的外部部件(3)以及內部部件(2、4)的上述滾動槽(2a、3a、4a)中的至少一方的滾動槽(2a、3a、4a)中的表面硬化層(4h)的奧氏體粒的粒度號為7～11。
5.如權利要求1所述的機械元件，其特征在于，構成上述機械元件(10、50)的至少1個零件具有在熱鍛后沒有經切削加工的非切削加工部分。
6.如權利要求1所述的機械元件，其特征在于，上述機械元件(10)中的內部部件(2、4)由第1內部部件(4)和第2內部部件(2)形成，其中的一方部件具有含有上述鐵素體的顯微組織，該零件(4)經鉚接加工將另一方零件(2)鉚接。
7.機械元件(10、50)的制造方法，它是制造具有外部部件(3、33)、內部部件(2、4、32)以及在上述外部部件(3、33)和內部部件(2、4、32)中分別設置的滾動槽(2a、3a、4a、32a、33a)中所配置的滾動體(1、21、31)的機械元件的方法，其特征在于，在形成上述機械元件(10、50)的至少1個零件的制造中，包括以下工序，將含有C0.45～0.70質量％以及合計0.3質量％以下的(V、Nb、Ti)中的至少1種的鋼通過熱鍛成型，再冷卻的工序；將熱鍛后的鋼直接進行切削加工的工序；對上述經切削加工的部分的規定部位施以高頻淬火的工序。
全文摘要
構成上述車輪用軸承裝置(10)的轂輪圈(4)及/或外圈(3)由含有C0.45～0.70質量％以及合計0.3質量％以下的(V、Nb、Ti)中的至少1種的鋼形成，在沒有進行表面硬化處理的部分的顯微組織中，鐵素體的面積率為15～30％、且含有粒狀鐵素體。
文檔編號F16D3/2245GK1930401SQ20058000730
公開日2007年3月14日 申請日期2005年3月3日 優先權日2004年3月10日
發明者平井功, 田窪孝康, 吉田和彥 申請人:Ntn株式會社