(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．２５％、Ｓｉ：０．０３〜０．１５％、Ｍｎ：０．２０〜０．６０％、Ｓ：０．００３〜０．０３０％、Ｃｒ：１．００〜１．５０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、Ｎ：０．０１％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可逆不純物からなる鋼を、加熱温度１０００〜１１００℃で熱間鍛造を行い、鍛造後の硬さを８８ＨＲＢ以下とした鍛造品を用い、切削加工後の浸炭焼入れ焼戻し時に、有効硬化層深さ（ＨＶ５５０を有する表面からの距離）が０．４〜０．９ｍｍを有することを特徴とする被削性および曲げ強度特性に優れた等速ジョイント用リテーナーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被削性、曲げ強度に優れたボロンを含有する自動車部品である等速ジョイント用リテーナーの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より自動車の等速ジョイント（ＣＶＪ）のリテーナーには、ＳＣＲ４１５（ＪＩＳ規格）やＳＣＭ４１５（ＪＩＳ規格）相当の鋼に浸炭焼入れ焼戻し処理を施し使用されている。しかし、近年の地球環境問題に対して燃費向上を実現するには部品の軽量化が必要である。リテーナーを軽量化するには、曲げ強度に優れた素材が必要となり、特公開平９−５３１６９号公報に開示の発明では、ボロンを添加した肌焼鋼を用い高強度を有するＣＶＪ浸炭焼入れ部品が得られている。一方、生産コストの低減のためには、被削性を阻害してはならず、上述の鋼ではＳｉ、Ｍｏ等の合金元素添加が必須であるため被削性劣化が否めない。そのようなことから、被削性を阻害することなく曲げ強度に優れた等速ジョイント用リテーナーの開発が必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ＳＣＲ４１５（ＪＩＳ規格）やＳＣＭ４１５（ＪＩＳ規格）相当の鋼を用いて、被削性を阻害することなく、曲げ強度特性に優れた自動車等の等速ジョイント用リテーナーを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上記課題の解決するための発明の手段は、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．２５％、Ｓｉ：０．０３〜０．１５％、Ｍｎ：０．２０〜０．６０％、Ｓ：０．００３〜０．０３０％、Ｃｒ：１．００〜１．５０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、Ｎ：０．０１％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可逆不純物からなる鋼を、加熱温度１０００〜１１００℃で熱間鍛造を行い、鍛造後の硬さを８８ＨＲＢ以下とした鍛造品を用い、切削加工後の浸炭焼入れ焼戻し時に、有効硬化層深さ（ＨＶ５５０を有する表面からの距離）が０．４〜０．９ｍｍを有することを特徴とし、ＢおよびＴｉを適正量添加し、適正な製造方法を見出すことによりなした、被削性および曲げ強度特性に優れた等速ジョイント用リテーナーの製造方法である。
【０００５】
本発明の限定理由を以下に示す。なお、％は質量％を示す。
【０００６】
Ｃ：０．１０〜０．２５％
Ｃは焼入性を著しく上昇させる元素であり、引張、曲げ強度を向上させるために必要な元素であるが、０．１０％未満では十分な強度が得られない。一方、０．２５％を超えると熱間鍛造後の硬度が上昇し被削性が低下するだけでなく、衝撃特性が低下する。そのため、含有量を０．１０〜０．２５％とする。
【０００７】
Ｓｉ：０．０３〜０．１５％
Ｓｉは脱酸のために必要な元素であるが、０．０３％未満ではその効果が十分に得られず、０．１５％を超えて含有させると熱間鍛造後の硬度が上昇し、被削性を低下させる。そのため含有量を０．０３〜０．１５％とする。
【０００８】
Ｍｎ：０．２０〜０．６０％
Ｍｎは安価で焼入性を確保するのに必要な元素であるが、０．２０％未満ではその効果が不十分であり、０．６０％を超えて含有させると熱間鍛造後の硬度が上昇し、被削性を低下させる。そのため、含有量を０．２０〜０．６０％とする。
【０００９】
Ｓ：０．００３〜０．０３０％
Ｓは鋼中でＭｎＳ、ＴｉＳを形成し被削性を向上させる元素であるが、０．００３％未満ではその効果が少なく、０．０３０％を超えると、冷間でのピアッシング成形時に割れが発生する。そのため、含有量を０００３〜０．０３０％とする。
【００１０】
Ｃｒ：１．００〜１．５０％
Ｃｒは焼入性を向上させ強度を得るのに有効な元素であるが、１．００％未満の場合、部品としての十分な強度が得られず、１．５０％を超えて添加すると熱間鍛造後の硬度の上昇を招き、被削性を低下させる。そのため、含有量を１．００〜１．５０％とする。
【００１１】
Ｔｉ：０．０５〜０．２０％
Ｔｉは鋼中のｆｒｅｅ−Ｎを固定し、Ｂの焼入れ性向上効果を促進させる元素であるとともに、鋼中のＣと結びつき炭化物を形成し結晶粒の微細化に寄与する元素であるが、０．０５％未満の場合微細化効果は少なく、また０．２０％を超えて含有させてもその効果が飽和するばかりでなく熱間鍛造後の硬度を上昇させる。そこで、含有量を０．０５〜０．２０％とする。
【００１２】
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％
Ｂは粒界に偏析し粒界強度を向上させ、大幅に焼入性を向上させる元素であるが、０．０００５％未満ではその効果が十分に得られず、０．００５０％を超えて添加すると逆に焼入性が低下する。そこで、含有量を０．０００５〜０．００５０％とする。
【００１３】
Ｎ：０．０１％以下
Ｎは０．０１％を超えて含有するとＴｉＮが増加し、被削性が低減される。そこで、含有量を０．０１％以下とする。
【００１４】
熱間鍛造加熱条件：１０００〜１１００℃
熱間鍛造の加熱温度は１０００℃未満では熱間の変形抵抗が高く、金型寿命が著しく低下する。一方、１１００℃を超える場合には、ベイナイト生成量の増加とＴｉＣの析出により熱間鍛造後の硬さが大幅に上昇する。また、熱間鍛造後に焼なまし処理などにより軟化させることは可能であるが、大幅なコストアップにつながる。そこで、熱間鍛造時の加熱温度を１０００〜１１００℃とすることにより、焼なまし処理等の軟化のための熱処理を施すことがなく低い硬度が得られる。
【００１５】
硬さ：８８ＨＲＢ以下
熱間鍛造冷却後は切削加工工程があるため、低硬度であることが好ましい。硬さが８８ＨＲＢを超えると著しく被削性が劣化するため、８８ＨＲＢ以下とする。
【００１６】
浸炭焼入焼戻し後の有効硬化深さ：０．４〜０．９ｍｍ
切削加工処理後、浸炭焼入れ焼戻し処理を行った時、５５０ＨＶを有する表面からの距離である有効硬化深さが０．４ｍｍ未満の場合には、曲げ応力負荷時にボールによる支柱部の陥没が起こり、振動や強度低下が発生し、リテーナーに必要な特性が得られない。一方、過大な曲げ応力が負荷されると、支柱のコーナーＲにおいて、高硬度である浸炭層に亀裂が発生したあと伝播により最終破断に至る。この場合、０．９ｍｍを超える深い有効硬化深さの場合には、初期に発生する脆性的な亀裂の長さが大きくなり強度が低下する。そのため、有効硬化深さを０．４〜０．９ｍｍとする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に実施例および比較例を通じて示す。
実施例および比較例における鋼組成を表１のNo.１〜９に示す。表において発明鋼とは、本発明における鋼を指す。発明鋼１、２はＪＩＳに規定するＳＣＲ４１５、ＳＣＭ４１５の鋼に対し、Ｓｉ、Ｍｎを低減し、Ｃｒを増量し、Ｂ、Ｔｉを添加した鋼である。それに対し、比較鋼３、４はそれぞれＳＣＲ４１５、ＳＣＭ４１５の鋼である。比較鋼５はＪＩＳに規定するＳＣＲ４３０の鋼に対し、Ｓｉ、Ｍｎを低減し、Ｃｒを増量し、Ｂ、Ｔｉを添加した鋼である。比較鋼６はＳＣＲ４２０の鋼に対し、Ｍｎを低減し、Ｃｒを増量し、Ｂ、Ｔｉを添加した鋼である。比較鋼７は、発明鋼１に対し、Ｃｒを大幅に増量した鋼であり、比較鋼８はＳＣＲ４２０の鋼に対し、Ｓｉ、Ｍｎを低減し、Ｃｒを増量した鋼であり、比較鋼９はＳＣＲ４２０の鋼に対し、Ｓｉ、Ｍｎを低減し、Ｃｒを増量し、Ｂを添加した鋼である。
【００１８】
表１に示す化学成分組成（質量％、残部は実質上Ｆｅ）をもつ鋼材をそれぞれ１００ｋｇ真空溶解炉にて溶製後、１２５０℃に加熱後熱間鍛造でφ４０へ鍛造した。その後機械加工によりφ３２×６０ｍｍのビレットを作製し、１０５０℃で加熱しリテーナー粗形状へ熱間鍛造した。その後、切削加工、ピアッシング工程を加え、図１に示す形状のリテーナーに加工し、浸炭焼入焼戻し（８８０℃×３時間保持後１３０℃へ油冷し、１８０℃×１時間焼戻し）を行ったのち、旋削、研磨工程を経て最終製品を製造した。
【００１９】
【実施例】
以下に、実施の形態に記載の製品について以下の試験を行い、その結果を示す。
自動車においてリテーナーにかかる最大負荷条件を考慮し、図２に示すように、評価部品であるリテーナー１と等速ジョイントの構成部品である外輪２、内輪３、ボール４、ドライブシャフト５を組合わせ、外輪２を固定した条件下で、外輪２に対しドライブシャフト５を４０度傾斜させた状態で捻りトルクを負荷し、リテーナー１の支柱部に高い曲げ応力を負荷することで評価した。また、浸炭層の有効硬化深さは、ビッカース硬度計での測定で５５０ＨＶとなる位置とし、熱間鍛造後の硬さは、ロックウェル硬度計にて測定した。
【００２０】
１０５０℃加熱における熱間鍛造後の硬さについて表１に示す。本発明鋼１、２ともにＣ量がそれぞれ同レベルのＪＩＳ鋼である比較鋼に対し、同等以下の低硬度が得られている。一方、比較鋼５、６、７は、それぞれＣ、Ｓｉ、Ｃｒ量が著しく高いため、高硬度となる。
【００２１】
【表１】
0004209600.tif 000002
【００２２】
発明鋼１および比較鋼３において熱間鍛造時の加熱温度を９５０〜１２００℃とした場合の鍛造後の硬さを図３に示す。発明鋼１の場合、１１００℃以下の鍛造加熱温度において著しい硬度低下が起こっていることがわかる。一方、比較鋼３では加熱温度が低いほど硬度が低下するものの、発明鋼１ほど加熱温度依存性はない。発明鋼１の場合、１１５０℃以上の加熱においては、鋼中に固溶しているＴｉＣが冷却過程において析出することにより硬化するためである。また９５０℃では軟化効果が飽和しており、変形抵抗増大による金型寿命の低下がおこる。そのため、硬度低下に関しては、熱間鍛造時の加熱温度は１０００〜１１００℃が最適であることがわかる。
【００２３】
浸炭焼入後の有効硬化深さの測定結果とあわせて、表２に静捻り試験結果を示す。なお浸炭深さの影響を調査するため、発明鋼１および比較鋼３については、９２０℃×４時間保持後１３０℃へ油冷し、１８０℃×１時間焼戻しの浸炭焼入焼戻し処理も実施した。本発明鋼１、２ともに、比較鋼３、４に対し、Ｂ添加により粒界強化が図られ、またＴｉ添加により細粒となり優れた強度が得られている。比較鋼５、６、７は細粒化は図られているものの、被削性に劣り、比較鋼８は硬さは低下するものの、高強度化は図られておらず、比較鋼９も細粒化されていないため強度向上が少ない。一方、表２において＊を付した９２０℃×４時間の浸炭処理を施した場合の発明鋼１、２および比較鋼３、４では、有効硬化深さが大きくなるため、曲げ応力負荷時の初期亀裂発生長さが大きくなり強度が低下する。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の等速ジョイント用リテーナーの製造方法による効果を以下に示す。
１）鋼組成においてＴｉ：０．０５〜０．２０％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％を添加することにより、細粒化ならびに粒界強化を図ることにより、曲げ強度特性に優れた等速ジョイント用リテーナーの製造が可能となった。
２）さらに、Ｓｉ、Ｍｎの添加量および熱間鍛造条件を限定することにより、被削性を阻害することなく等速ジョイント用リテーナーの製造が可能となった。
３）浸炭焼入れ時の有効硬化層深さを限定することにより、曲げ特性に優れた等速ジョイント部品の製造が可能となった。
以上本発明により、被削性を損なうことなく、曲げ強度特性に優れた等速ジョイント用リテーナーの製造が可能となり、自動車の軽量化を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ねじり強度試験に用いた等速ジョイントリテーナーの形状を一部破断、一部省略して示す正面図である。
【図２】ねじり強度試験時の等速ジョイントの内輪、外輪、ボール、リテーナー、ドライブシャフトの組立図である。
【図３】熱間鍛造後の硬さに及ぼす熱間鍛造加熱条件の影響を示す図である。
【符号の説明】
１  リテーナー
２  等速ジョイント外輪
３  等速ジョイント内輪
４  ボール
５  ドライブシャフト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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