(57)【要約】【課題】疲労特性に優れた自動車用足回り部品およびその疲労強度向上方法を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．１〜０．８％、Ｓｉ：０．０５〜２．５％、Ｍｎ：０．２〜３％、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０．００１〜０．０２％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、引張強さが６００ＭＰａ以上で、フェライト・パーライト組織を有する熱鍛非調質鋼を用いた自動車用足回り部品であって、該足回り部品の首部表層における圧縮残留応力が前記熱鍛非調質鋼の引張強さの５０％〜８０％であることを特徴とする疲労特性に優れた自動車用足回り部品およびその疲労強度向上方法。【選択図】図２
2006104552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．１〜０．８％、
Ｓｉ：０．０５〜２．５％、
Ｍｎ：０．２〜３％、
Ａｌ：０．００５〜０．１％、
Ｎ  ：０．００１〜０．０２％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、引張強さが６００ＭＰａ以上で、フェライト・パーライト組織を有する熱鍛非調質鋼を用いた自動車用足回り部品であって、該足回り部品の首部表層における圧縮残留応力が前記熱鍛非調質鋼の引張強さの５０％〜８０％であることを特徴とする疲労特性に優れた自動車用足回り部品。
【請求項２】
前記該足回り部品の首部の平均表面粗度が０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の疲労特性に優れた自動車用足回り部品。
【請求項３】
自動車用足回り部品の疲労特性向上方法であって、振動数１０〜６０ｋＨｚ、振幅０．３〜５０μｍで振動する超音波振動端子で、該足回り部品の首部の表面を打撃しながら走査することを特徴とする足回り部品の疲労特性向上方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間鍛造非調質鋼を用いた疲労特性に優れた自動車用足回り部品およびその疲労特性向上方法に関する。
具体的には、疲労破壊の起点となる自動車用足回り部品の首部を強化し、疲労強度に優れ、乗り心地の良い足回り部品およびその疲労強度向上方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用足回り部品には繰り返し大きな負荷がかけられており、タイロッド、ロアアーム等の足回り部品の首部はもっとも疲労に対して弱い部位になっている。
また、自動車用足回り部品は、乗り心地をマイルドにするため部品としての剛性を下げることが求められており、断面積を意図的に減らしたり形状をΩ状ないしは弓状に湾曲したりして剛性を下げる努力をしており、この部分が疲労破壊の起点となりやすいという問題点があった。
そこで従来から、以下のような自動車用足回り部品の強化方法が提案されている。
【０００３】
＜強度向上による疲労強度向上＞
例えば、特許文献１には、特定の成分を用い組織調整により全体の強度を上げ、強度を上げることによって疲労強度を上げる方法に関し、パーライト粒径、パーライト・コロニー粒径、ラメラー間隔を微細化して疲労寿命向上を図る方法の発明が提案されている。
しかし、特許文献１に記載の発明は、母材全体の強度を上げるため、被削性の低下が生じるという問題があった。
【０００４】
＜圧縮残留応力による疲労強度向上＞
例えば、特許文献２には、強度なショットピーニング処理であるいわゆるハードショットと研削を併用して圧縮残留応力を導入し、疲労強度向上を図る方法に関する発明が開示されている。
しかし、この発明は、ハードショットのみでは表面が荒れ、かえって疲労寿命を低下させる場合もあるため、研削との併用が必須であり、このため、研削を伴わない部品、熱鍛ままの部品には適用できなかった。
【特許文献１】特開平９−１４３６１０号公報
【特許文献２】特開平２−３０１３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、疲労特性に優れた自動車用足回り部品およびその疲労強度向上方法を提供するものであり、具体的には下記の３点を課題とする。
１）大きな圧縮残留応力を付加することができる。
２）肌荒れが少ない。
３）切削性を低下させない強化方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前述の課題を解決するために鋭意検討の結果なされたものであり、自動車用足回り部品の首部に超音波打撃処理を施して、首部表層に圧縮残留応力を導入することによって、疲労特性に優れた自動車用足回り部品およびその疲労強度向上方法を提供するものである。本発明の要旨とするところは、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）質量％で、Ｃ：０．１〜０．８％、Ｓｉ：０．０５〜２．５％、Ｍｎ：０．２〜３％、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０．００１〜０．０２％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、引張強さが６００ＭＰａ以上で、フェライト・パーライト組織を有する熱鍛非調質鋼を用いた自動車用足回り部品であって、該足回り部品の首部表層における圧縮残留応力が前記熱鍛非調質鋼の引張強さの５０％〜８０％であることを特徴とする疲労特性に優れた自動車用足回り部品。
（２）前記該足回り部品の首部の平均表面粗度が０．５μｍ以下であることを特徴とする（１）に記載の疲労特性に優れた自動車用足回り部品。
（３）自動車用足回り部品の疲労特性向上方法であって、振動数１０〜６０ｋＨｚ、振幅０．３〜５０μｍで振動する超音波振動端子で、該足回り部品の首部の表面を打撃しながら走査することを特徴とする足回り部品の疲労特性向上方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、タイロッド、ロアアーム等の自動車用足回り部品の首部に超音波打撃処理を施して、首部表層に圧縮残留応力を導入することによって、疲労特性に優れ、肌荒れが少なく、しかも被削性が低下しない自動車用足回り部品および疲労強度向上方法を提供することができ、首部から破壊することがなくなり部品の信頼性が増す。
また強化分相応の部品の軽量化が可能となり燃費向上・コスト削減に寄与する。更に軽量化・減肉化は剛性率の低下をもたらすため、乗り心地の向上が可能となるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明を実施するための最良の形態について図１乃至図４を用いて詳細に説明する。
図１および図３は、本発明の対象である自動車用足回り部品を例示する図であり、図１はロアアームを示し、図３はタイロッドを示す図である。
図１および図３において、１は首部を示す。
図１および図３に示すロアアーム、タイロッド等の自動車用足回り部品の首部１は、断面積が減少しているうえ、応力集中が発生し易い形状であるため、疲労き裂の発生起点となっている。
すなわち首部１の疲労強度が、足回り部品全体の疲労強度を決定している。
首部１の疲労強度を向上するためには、首部１の強度を上げるか、圧縮の残留応力を導入するか２点の対策が考えられる。
本発明者等は、図２および図４に示すような、超音波振動端子２で首部１の表面を打撃することにより、上記２点の対策を共に満足することが可能であることを見出した。
【０００９】
本発明の自動車用足回り部品は、質量％で、Ｃ：０．１〜０．８％、Ｓｉ：０．０５〜２．５％、Ｍｎ：０．２〜３％、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０．００１〜０．０２％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、引張強さが６００ＭＰａ以上で、フェライト・パーライト組織を有する熱鍛非調質鋼を用いた自動車用足回り部品であって、該足回り部品の首部表層における圧縮残留応力が前記熱鍛非調質鋼の引張強さの５０％〜８０％であることを特徴とする。
足回り部品首部１の表面に超音波打撃処理を施すことによって、大きな圧縮の残留応力を付与し、かつショットピーニングと同様表面を塑性加工することにより加工硬化し、タイロッド、ロアアーム等の足回り部品の首部の疲労強度を大幅に向上させることができる。
なお、本発明の自動車用足回り部品においては、製造コスト低減の観点から鋼材の組織および処理工程はフェライト・パ−ライト組織の熱間鍛造非調質鋼とする。
【００１０】
以下に本発明の限定理由を述べる。
＜鋼材成分の限定理由＞
Ｃは、鋼を強化するのに有効な元素であるが、０．１％未満では充分な強度が得られない。一方、過多に添加すると靭性が低下するため、添加量の上限を０．８％とする。
Ｓｉは、鋼の強化元素として有効であるが、０．０５％未満ではその効果がない。一方、過多に添加すると靭性および被削性が低下するため、添加量の上限を２．５％とする。
Ｍｎは、鋼の強化に有効な元素であるが、０．２％未満では充分な効果が得られない。一方、過多に添加すると靭性および被削性が低下するため、添加量の上限を２％とする。
Ａｌは、鋼の脱酸および結晶粒の微細化のために有効な元素であるが、０．００５％未満ではその効果がない。一方、過多に添加すると被削性が低下するため、添加量の上限を０．１％とする。
Ｎは、Ｖ炭窒化物やＮｂ炭窒化物を生成し析出強化のために必要な元素であるが、０．００１％未満では充分な効果が得られない。一方、過多に添加すると靭性が劣化するため、添加量の上限を０．０２％とする。
これらの元素以外にも、固溶強化が期待できる元素としてＣｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕが、析出強化が期待できる元素としてＴｉ，Ｖ，Ｎｂが、被削性を向上させる元素として、Ｐｂ，Ｓ，Ｂｉ等が考えられるが、特に限定はしない。
【００１１】
＜強度および圧縮残留応力の限定理由＞
６００ＭＰａ以下の鋼材では、本発明の圧縮残留応力の下限規定である５０％では十分な疲労強度向上効果が得られないため、その下限値を６００ＭＰａとした。
６００ＭＰａ以上の強度を持つ鋼材において、引張強さの５０％以下の圧縮残留応力では十分な疲労強度向上が認められないことおよび、引張強さの８０％以上の圧縮残留応力を付与することは、本発明では困難であることから、その上限を８０％とする。
＜表面粗度の限定理由＞
本発明においては自動車用足回り部品の表面粗度は問わないが、首部のリム部の平均表面粗度が０．５μｍ以下であることが好ましい。
首部のリム部の平均表面粗度が０．５μｍ以下とすることによって、肌荒れが少なく、疲労強度を著しく向上させることができる。
【００１２】
図２および図４は、本発明の自動車用足回り部品の疲労強度向上方法の実施形態を例示する図であり、それぞれの首部の断面を示す図１のＡ矢視図および図３のＢ矢視図である。
図２および図４において、１は首部、２は超音波振動端子を示す。
自動車用足回り部品は繰り返し荷重を受けることによって、特に首部１が最も疲労き裂が生じ易い。
そこで、本発明における自動車用足回り部品の疲労特性向上方法は、振動数１０〜６０ｋＨｚ、振幅０．３〜５０μｍで振動する超音波振動端子で前記自動車用足回り部品の首部１の表面を打撃しながら走査することを特徴とする。
【００１３】
超音波打撃処理を行なう部位を首部１に限定したのは、足回り部品において疲労破壊が主たる問題となるのが、首部１だからである。
なお、疲労き裂が入る位置があらかじめわかっているときは、その部位を集中的に処理すればよい。
本発明においては、超音波振動端子の形状は問わないが、前述のように打撃処理部の表面粗度を０．５μｍ以下にするためには、超音波振動端子２の先端部の半径を５ｍｍ程度に大きくし、また、超音波振動端子２を疲労き裂の入る方向に対して直角方向に往復させて走査することが好ましい。
これは、超音波振動端子２による処理により導入される圧縮残留応力には異方性があり、走査の方向に、より強い圧縮残留応力が付与されるからである。
【００１４】
超音波振動端子２の先端形状は、半球状、蒲鉾状、鞍状等が考えられるが特に限定しない。ただし、半球状ないしは蒲鉾状の先端形状では、凸と凸をつきあわせることになるので処理が不安定になる可能性がある。最良は、凸と凹を組み合わせることになる鞍状であるが、超音波振動端子２の製造コストが高くなる可能性がある。
超音波振動端子の振動数を１０〜６０ｋＨｚと限定したのは、鋼材に与えられる圧縮の残留応力がこの領域で大きくなるからである。同様に、超音波振動するピン先端の振幅を０．３μｍ以上と限定したのも、これ以下の振幅では十分な圧縮残留応力を鋼材に与えることができないからである。振幅は大きいほど残留応力が増すが、５０μｍ以上では塑性変形が大きくなり過ぎ、部品の寸法精度が低下するとともに疲労強度も低下するため、振幅の上限を５０μｍに限定する。
【実施例１】
【００１５】
表１に示す成分の鋼から、図５に示すような、平行部の径ｄ＝６ｍｍの小野式回転曲げ試験片（ＪＩＳ  Ｚ−２２７４、１号試験片、記号１−６）を切り出した。
この試験片に本発明の超音波処理を施したもの、および無処理ないしは範囲外の処理を施した比較材を用意し、小野式回転曲げ疲労試験を行ない疲労強度を求めた。結果を表２に示す。なお、本試験片は単純な曲げ疲労試験であるため、疲労き裂は試料の１／２Ｌ近傍から発生し軸方向と垂直な面で破断する。従って、超音波処理は図５に示すように平行部全域について、軸方向に走査して行った。
表２中の残留応力測定値は、疲労試験を行っていない試験片を別途用意し、表層の軸方向残留応力を測定したものである。
なお、残留応力の測定はＸ線を用いて行ない、回折Ｘ線の強度を測定しピーク強度の半値幅から求めている。
超音波打撃処理無し、および、振動数・振幅が本発明の範囲外の比較例は、引張強度の１／２未満の疲労強度しか得られなかった。
一方、適正な超音波打撃処理を行った発明例は、引張り強さの５０〜８０％の圧縮残留応力が導入されて、疲労強度が向上することがわかった。
なお、打撃処理部の平均表面粗度を測定したところ、発明例においては０．５μｍ以下であっが、比較例では０．５μｍを超えていた。
以上のことから、本発明によれば比較例に比べ、大幅な疲労強度向上が認められ、有効であることが確認された。
【表１】
2006104552.tif 000003
【表２】
2006104552.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の対象である自動車用足回り部品であるロアアームを例示する図である。
【図２】本発明の自動車用足回り部品であるロアアームの疲労強度向上方法の実施形態を例示する図である。
【図３】本発明の対象である自動車用足回り部品であるタイロッドを例示する図である。
【図４】本発明の自動車用足回り部品であるタイロッドの疲労強度向上方法の実施形態を例示する図である。
【図５】本発明の実施例に用いた試験片を示す図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  首部
２  超音波振動端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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