专利名称：机械元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及机械元件及其制造方法背景技术车轮用轴承装置(HUB)是将车轮相对于车体自由旋转地支撑的机械元件。另外，万向节(CVJConstant Velocity Joint)是将来自发动机的旋转传递到车轮的转矩传递装置。这些HUB以及万向节在制造中存在以下的问题。
(1)呈阶梯形，加工率高。
(2)由于存在滚动面因而具有在高频淬火后需要高硬度的部分。为此使用碳含量高的钢，例如S53C、SAE1050，因而在加工中的变形阻力提高。
根据上述情况，由于难以进行冷锻和温锻因而广泛使用热锻。热锻时，由于在1000℃以上的高温进行锻造，因此锻造后的显微组织粗大化，通过从高温的风冷具有了高硬度。因此，考虑到之后工序中的机械加工性以及冷塑性加工性，根据其加工实施常化、退火等热处理(软化热处理)来改善加工性。
但是用于改善加工性的上述热处理需要大量的时间、能量，妨碍了工序的连续化，导致了制造效率的下降。因此，公开了(S1)通过利用钢的合金设计来减少热锻后的硬度的增加，从而不用进行锻造后的软化热处理的方法(日本专利特开平06-057324号公报(专利文献1)。另外，还有(S2)同样调整组成，特别提高Si含量，从而提高了加工性和提高了强度的钢的提案(日本专利特开2002-332535号公报(专利文献2)。
专利文献1日本专利特开平06-057324号公报专利文献2日本专利特开2002-332535号公报发明的揭示通过上述(S1)的方法虽可省略软化热处理，但是只进行热锻粗大化了显微组织，生成网状的铁素体(ferrite)。因此耐久性下降，延展性也下降。图21是显示从动轮用的车轮用轴承装置110的图。将球101配置在毂轮圈104以及内圈102和外圈103之间。通过在毂轮圈的凸缘或者臂的端部配置的轮毂螺栓111将毂轮圈104与图中未示的车轮连接。从车轮传递的反复变位使在与车轮的连接部分的凸缘或者臂的根部104n产生大的反复应力。因此，只进行热锻而粗大化了的显微组织耐久性降低，发生皲裂，有时导致破断。为了应对这样的不良情况，需要将只进行了热锻后的显微组织微细化，抑制网状的铁素体的生成。
另外上述(S2)的方法中的高Si含量，促进热锻时的脱碳，在表层部易生成深的脱碳层。因此使只进行热锻的非切削部的强度下降。由于在完成品中只进行热锻的非切削部分多，因此构成HUB、万向节等的部件尤其易出现强度下降。还由于高Si含量使钢的硬度显著增加，因此损害了机械加工性、塑性加工性。
本发明的目的是提供对机械加工性和塑性加工性无不良影响，且只进行热锻所得制品的强度、韧性以及延展性均优良的可得到微细组织的机械元件及其制造方法。
本发明的机械元件是具有外部部件、内部部件以及在外部部件和内部部件中分别设置的滚动槽内所配置的滚动体的机械元件。构成该机械元件的至少1个零件由含有C0.45～0.70质量％以及合计0.3质量％以下的(V、Nb、Ti)中至少1种的钢形成，在未经表面硬化处理的部分的显微组织中，铁素体的面积率为15～30％，并含有粒状铁素体。
由于铁素体的面积率增大，因此上述机械元件被软化，可容易进行后工序的切削加工和塑性加工。另外，上述滚动槽，由于装置而名称变化，有时称为滚道面(日文転走面)。
C0.45～0.70质量％C不满0.45质量％则不能确保充分的强度，因此需要在0.45质量％以上。特别是在硬化表面层的部分中的硬度不能达到充分高。但是，如果超过0.70质量％，则难以确保硬化表面层之外的部分中的韧性和延展性。
(V、Nb、Ti)以合计0.3质量％以下含有至少其中1种由于微细的碳氮化物即使在锻造前加热温度下也以未固溶的形式存在，因此(V、Nb、Ti)通过止钉效应可以抑制奥氏体粒径的粗大化。上述碳氮化物在锻造中、冷却中重新析出。特别是在锻造后再结晶期间析出的碳氮化物由于均一微细分散因此特别理想。之后通过热锻后进行冷却，这些碳氮化物作为铁素体核产生位点而起作用，因而促进粒状铁素体的生成。另外，V、Nb以及Ti在钢中均生成碳化物、氮化物以及碳化物和氮化物复合而得的复合碳氮化物，但是没有必要将这些严格区分，任一种析出形态对本发明的作用虽有程度上的差别但均起到作用，因此将这些形态统称为碳氮化物。在作为本发明对象的碳含量高的钢中多形成碳化物，即使是以这样的碳化物作为实体的(V、Nb、Ti)析出物也称为碳氮化物。也可只含有0.3质量％以下的(V、Nb、Ti)中的1种。
与沿着奥氏体粒界生成的网状铁素体不同，粒状铁素体具有分断珠光体的效果，将组织实质上微细化。因此，即使是经省略了常化的热锻，其显微组织也微细，另外通过铁素体率的增大被软化。但是也会出现显微组织通过被微细化以及上述碳氮化物的分解而被强化，从而不被那么程度的软化而被强化的情况。但是通过微细化了的组织，皲裂的发生等可被改善。铁素体面积率在15％以上时，可以得到强度、韧性以及延展性均优良的滚动机械装置的零件。但是如果铁素体面积率超过30％，则静强度以及耐久强度下降，不能用于上述零件。
没有进行表面硬化处理的部分是指没有经过高频淬火等表面硬化处理的部分，例如较表层为内侧的部分。这种情况时，如进行铆接(加缔め)加工等塑性加工，则产生组织的流动而发生变形，因此需要除去塑性变形的部分进行测定。
由V、Nb和Ti中至少1种形成的元素的合计如超过0.3质量％，则难以保证韧性、延展性，因此应在0.3质量％以下。但是，如果上述合计不满0.01质量％，则不能以充分的分散密度形成铁素体核形成位点，因此应在0.01质量％以上。为了得到更加确实的效果较好在0.02质量％以上。
另外，上述钢除了含有上述碳、V、Nb和Ti之外，还可以含有保证了淬透性的与构造用钢钢材(H钢JISG4052)中所示的代表钢种同等的Si、Mn，还可含有Ni0.25质量％以下、Cr1.25质量％以下、Mo0.45质量％以下。特别是可含有Cr0.10～0.40质量％。Cr对提高淬透性以及抗回火软化性等有效，但是为了使该效果明显，需要在0.1质量％以上。但是，如果超过0.40质量％则热锻性下降，由于热锻为高成本，因此较好在0.40重量以下。
另外，上述机械元件中还含有毂轮圈轴承和万向节。
制造本发明的机械元件的方法是制造具有外部部件、内部部件以及在外部部件和内部部件中分别设置的滚动槽中所配置的滚动体的机械元件的方法。该制造方法在形成该机械元件的至少1个零件的制造中，具有通过热锻将含有C0.45～0.70质量％以及合计在0.3质量％以下的(V、Nb、Ti)中的至少1种的钢成型，再冷却的工序；将热锻后的钢直接进行切削加工的工序以及对经切削加工的部分的规定部位施以高频淬火的工序。
通过上述制造方法，可以不经过常化就得到微细的显微组织，可以得到充分的强度、韧性以及延展性。结果，可以用廉价的制造方法制造，并得到良好的机械性能。
通过本发明的机械元件以及制造方法，可以提供对机械加工和塑性加工没有不良影响的，仅热锻即可获得制品的强度、韧性以及延展性均优良的微细组织的机械元件及其制造方法。
附图的简单说明图1本发明的实施方式中的车轮用轴承装置的部分截面的立体图。
图2显示本发明的实施方式中的机械元件的零件的制造方法的图。
图3是将本发明的实施方式中的钢热锻、冷却后所得的钢的显微组织的示意图。
图4是将机械构造用碳钢S53C热锻、冷却后所得的钢的显微组织的示意图。
图5是本发明的实施方式中的其它车轮用轴承装置的示意图。
图6是本发明的实施方式中的又一其它车轮用轴承装置的示意图。
图7是显示本发明的实施方式中的万向节的示意图。
图8是图7的分解立体图。
图9是将本发明的实施方式中的内圈变换成万向节而形成的车轮用轴承装置的示意图。
图10是本发明的实施例1中的本发明例1的显微组织的示意图。
图11是本发明的实施例1中的本发明例2的显微组织的示意图。
图12是本发明的实施例1中的本发明例3的显微组织的示意图。
图13是本发明的实施例1中的本发明例4的显微组织的示意图。
图14是本发明的实施例1中的比较例1的显微组织的示意图。
图15是本发明的实施例1中的比较例2的显微组织的示意图。
图16是本发明的实施例1中的比较例3的显微组织的示意图。
图17是本发明的实施例2中的S53C相当(Si低些)钢的表面附近的示意图。
图18是本发明的实施例2中的S53C相当(Si0.5％高)钢的表面附近的示意图。
图19是本发明的实施例3中的抗拉试验中的拉伸性的示意图。
图20是本发明的实施例3中的旋转弯曲疲劳试验的结果的示意图。
图21是显示以往的车轮用轴承装置中的问题点之一的示意图。
符号的说明1球(滚动体)、2内圈、2a滚道面、3外圈、3a滚道面、4毂轮圈、4a滚道面、4b铆接部、4c非切削部、4h表面硬化层、4n凸缘或臂的根部、4s毂轮圈阶梯状壁、10车轮用轴承装置、11轮毂螺栓、12螺栓、12a螺母、13轴沟、15钓爪(knuckle)、21辊(滚动体)、31万向节的球、32万向节的内圈、32a万向节的滚动槽、33万向节的外圈、33a万向节的滚动槽、33e万向节的轴部(花键部)、34万向节的保持架(cage)、35轴、50万向节。
实施发明的最佳方式下面使用
本发明的实施方式。图1中，该车轮用轴承装置10是驱动轮用的，形成有使驱动轴嵌合的轴沟13的毂轮圈4以及内圈2分别具有滚道面4a、2a。在这些的外侧配置有外圈3，外圈3具有与上述滚道面4a、2a相对的多列的滚道面3a，在内外的滚道面4a、2a以及3a之间配置有作为滚动体的球1。在毂轮圈4上，在车轮安装凸缘配置有轮毂螺栓11，向图中未示的轮胎传递驱动力(荷重)。另外，在外圈3上，为了承担车体荷重与图中未示的钓爪连接，为此在凸缘设置有螺母12a。在图中1所示的车轮用轴承装置中，在安装球1之后，通过与在毂轮圈中设置的螺栓相螺合的螺母等施加向外侧的力，将内圈2压附固定在毂轮圈的阶梯状壁上。该内圈的固定也有通过将毂轮圈在内圈铆接的铆接加工来进行的形式。上述的车轮用轴承装置的零件中，毂轮圈4以及外圈3由上述粒状铁素体生成钢材(例如，C、Si、Mn等是S53C相当)形成。内圈由例如JISSUJ2形成。
在图1所示的结构中，将轮毂螺栓11的孔设置在凸缘上。为了轻量化，也有采用将凸缘作为各轮毂螺栓的臂的结构。在截面图中难以区别凸缘和臂的情况表现为上述的易出现皲裂的位置“凸缘或臂的根部”。
接着，参考图2，说明本发明的实施方式的机械元件的零件的制造方法。将含有C0.45～0.70质量％、合计为0.3质量％以下的(V、Nb、Ti)中的至少1种的钢材(以下，记为“粒状铁素体”)加热到用于热锻的加热温度例如1080℃左右进行热锻，再冷却。在该阶段，形成了上述零件的大致形状。之后，通过切削加工，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，对经过上述切削加工了的表面的规定部分，进行高频淬火使其表面硬化。
在上述的切削加工的工序中，可以将非切削加工部分保留进行切削加工。可将通过该方法进行切削加工的部分限定在完成精度上必要的部分，其它的部分作为非切削加工部分。结果可减少切削工序的成本。
另外，在高频淬火工序之后，可以设置将滚动体安装在机械元件内、将规定的部件固定在该机械元件上并形成该滚动体滚动的空间的工序。另外，在将规定的部件固定在该机械元件的工序中，可以对钢的规定部分施加铆接加工等塑性加工将其固定。
下面参考图3，说明将上述钢热锻、冷却之后所得的显微组织。含有(V、Nb、Ti)中至少1种的钢中，存在热锻前的加热中在1000℃以上未固溶的碳氮化物，它们起到了相对铁素体粒界移动的止钉(ピン止め)作用，阻止铁素体粒的粗大化。另外，一边温度下降，一边热加工组织重结晶时也析出微细碳氮化物，阻碍了奥氏体粒的成长。在热锻后、冷却中，随着温度的下降，由奥氏体首先产生铁素体的相变，接着产生珠光体的相变。此时上述粒状铁素体生成钢材中特别的是可促进铁素体的相变、增大铁素体的面积率、以高比例生成粒状铁素体。因此，珠光体粒被铁素体分段，被微细化。如上述的促进粒状铁素体是因为热锻的重结晶中或之后的冷却时，生成(V、Nb、Ti)的碳氮化物，将该碳氮化物等作为核位点而产生铁素体的缘故。由于这些碳氮化物等在奥氏体粒界和奥氏体粒内均析出，因此在粒内、粒界均生成粒状铁素体。在图3中，也有在奥氏体粒界不以上述碳氮化物等作为核而沿着粒界生成的铁素体。
可从其形状判断粒状铁素体。位于粒内的铁素体是粒状铁素体。也有在粒界生成的粒状铁素体。网状铁素体沿着粒界生成，不成粒状而成带状。铁素体的面积率可根据识别显微组织中的铁素体和珠光体的容易程度来使用市售的面积率自动测定装置来进行测定。另外，也可以通过求得光学显微镜视野内的任意直线的铁素体内所存在的部分的比率，再求平均而测定。
将不含上述(V、Nb、Ti)的碳钢的热锻-冷却后的显微组织的示意图示于图4。通过图4可知，在冷却中，首先在奥氏体粒界以网状生成铁素体，之后，奥氏体转变成为珠光体。由此珠光体与图3的珠光体相比为粗大的大小。另外，由于没有促进铁素体相变，因此铁素体面积率比图3的显微组织小。
图5是作为本发明的其它实施方式的随动轮用的车轮用轴承装置10，从内圈的固定是通过毂轮圈的铆接加工来进行的，以及毂轮圈中具有非切削部的角度来看，与图1中的车轮用轴承装置不同。在图5中，将螺栓12螺合在螺母部12a上，使外圈3与钓爪15连接。2列的球1被设置在外圈3的多列的滚道面3a、内圈2的滚道面2a以及毂轮圈4的滚道面4a之间。在滚道面由于有球1施加高荷重，因此通过高频淬火等形成表面硬化层。在图5中，只表示了在包括毂轮圈4的滚道面的表面上进行高频淬火形成的表面硬化层4h，但是不只在毂轮圈4而且在外圈3和内圈2也形成了图中未示的表面硬化层。
在图5的毂轮圈4中，轮毂螺栓11的孔附近的表面4c以及中央部外侧的面4c是非切削加工的面。由于这些面的表面性状和尺寸精度不是非常重要，因此通过非切削完成可降低制造成本。
如上所述，内圈2通过毂轮圈的铆接部4b被铆接，被压固在毂轮圈的阶梯状壁4s上。在铆接加工中使用摇动铆接法。在该摇动铆接中，相对于图3所示的粗大的显微组织易出现裂缝，图2所示的含有粒状铁素体的铁素体珠光体组织可抑制破裂。如上所述，没有经过高频淬火的部分的显微组织中的铁素体粒的粒度号在7号以上，被微细化了。
如图5所示，毂轮圈4以及外圈2是使用上述粒状铁素体生成钢材而形成的。因此，毂轮圈4以及外圈2即使没有实施常化也富有延展性和韧性。结果，在铆接加工中可以无破裂地进行铆接。另外，对于凸缘和臂的根部4n，在使用中不会因反复施加荷重而出现皲裂。
下面参考图6，说明本发明的其它实施方式的车轮用轴承装置10。在滚动体使用了辊21的驱动轮用的车轮用轴承装置10，在毂轮圈4中没有设置滚道面，在外圈3和内圈2上设置有滚道面2a、3a。外圈3以及毂轮圈4由上述粒状铁素体生成钢材制造，内圈2以及辊21使用JISSUJ2制造。
毂轮圈4中没有设置滚道面，为了应对通过内圈施加的荷重在与内圈抵接的表面通过高频淬火形成表面硬化层4h。
通过由将毂轮圈4进行铆接加工而得的铆接加工部4b，将2个内圈2压附固定在毂轮圈4的阶梯状壁上。
下面，参考图7以及图8来说明本发明的其它的实施方式的万向节(CVJ)。在图7中，作为机械元件的万向节50包括作为滚动体的转矩传递球31，该万向节50传递旋转转矩荷重。由保持架34将球31设置保持在内圈32和外圈33之间。在内圈32以及外圈33中，分别形成滚动槽32a、33a，在包括滚动槽的表面上通过高频淬火形成表面硬化层。上述万向节50中，外圈33通过上述粒状铁素体生成钢材形成。
万向节50的主要功能是具有规定的自由度的同时传递旋转转矩。万向节大致分为只允许2轴间的角度变位的固定型和允许角度变位以及轴方向变位的滑动(日文摺动)型。图7以及图8中的实施例是滑动型的示例。轴35具有滑动和弯曲的自由度。如上述从毂轮圈的轮毂螺栓到中心侧的凸缘或者臂的根部出现破裂，同样，上述被万向节的转造加工了的轴的花键部33c有由滚动负荷而破断的情况出现。
图9是本发明的又一其它实施方式的示例图，显示了组装了万向节50，万向节50兼有车轮用轴承装置10的内圈2的结构。该结构是被称为第4代的车轮用轴承。旋转力由万向节50传递至毂轮圈4，在由毂轮圈4传递至由轮毂螺栓11连接的轮胎。通过扩径铆接，将万向节50的外圈33的轴部33e的端部固定在毂轮圈上，在该组合中，兼有毂轮圈4、外圈3以及车轮用轴承装置10的内圈2的万向节50的外圈33由上述粒状铁素体生成钢材制造。
实施例实施例1下面，说明实际考察热锻后的机械性质以及显微组织的结果。在表1中显示了本发明的实施例1所使用的钢材的组成。本发明例的各钢是以S53C为基础加以改良的钢，各钢在组成上的特征如下所示。本发明例3、4的特征在于除了为低Mn，还含有V等。
(本发明例1)与S53C相当+V0.08质量％(本发明例2)与S53C相当+Ti0.07质量％(本发明例3)低Mn(0.25质量％)+V0.09质量％(本发明例4)低Mn(0.24质量％)+V0.04质量％+Ti0.06质量％(比较例1～3)S53C
表1 上述本发明例以及比较例的显微组织示于图10～图16。首先，在图14所示的比较例1的显微组织中反映了只进行热锻之后的情况，组织粗大(注意是缩小比例尺度)，铁素体可以说是几乎全是沿着奥氏体的粒界而生成的网状铁素体。与此相对，在图15所示的增加了常化的比较例2的显微组织中，确认组织不仅为沿着粒界的带状铁素体而且还有粒状(块状)的铁素体。另外，尽管是仅进行热锻，但图16所示的在950℃加热锻了的比较例3中得到了与进行了常化的比较例2相同的显微组织。
另一方面，在图10～图13所示的本发明例1～4中，虽然仅进行了热锻，但显微组织均非常微细，粒状铁素体的数量多，因此粒状铁素体的分散密度高。另外，增大了铁素体的面积率。特别是图13所示的本发明例4的显微组织被微细化了。
将上述试验体的试验结果示于表2。在拉伸试验中使用从HUB的制品切得的抗拉试验片，进行试验。
表2 由表2可知，与比较例1的铁素体面积率为12％相比，本发明例1～4尽管同样是仅进行相同热锻但均在15％以上。增加了常化的比较例2和仅进行了950℃热锻的比较例3中，铁素体面积率也满足15％以上。表2所示的“粒径”是以铁素体描绘大致轮廓的奥氏体的粒径，与比较例的粒度号为3.0相比，本发明例1～4中为6.5以上，显示了显微组织被微细化了。奥氏体的粒度号的测定，例如可通过以下方法求得，即作为在显微组织的网状铁素体中的奥氏体粒界，将记入了这样的奥氏体粒界的显微组织照片与JIS规定的粒径的标准图比较。即，当以非常细的宽度网状铁素体沿着奥氏体的粒界生成的情况时，可将该网状铁素体作为奥氏体的粒界进行测定。另外，网状的铁素体的沿着奥氏体粒界的铁素体的宽度比较宽时，将奥氏体的粒界假定在沿着该铁素体的宽度范围内，或者在微观照片中实际记入进行测定。沿着微观照片中的网状铁素体，可以在其宽度范围内容易地用线标注奥氏体粒界。
硬度的变化率以比较例1作为基准判断硬化(+)或者软化(-)。在本发明例1、2中，与基准相比尽管铁素体面积率增大但硬度的变化率均为正，这考虑是因为显微组织在实质上被充分微细化，V或者Ti析出物弥散将其弥散强化的原因。本发明例3、4中，虽然含有V及/或Ti，但被软化是因为Mn减少的原因。特别是比较例3的软化程度很大。与之相应反应该特点比较例3的拉伸性的提高显著。而其它的比较例1、2、4得到了与追加了常化的比较例2同等的拉伸性拉深特性。
对于抗拉强度的提高程度，本发明例均得到了进行了常化的比较例2同等以上的提高，特别是本发明例3、4的提高尤为显著。
由抗拉试验所得的拉伸性与铆接加工中的变形能以及抗断裂缝性相关，希望拉伸性较大。另外，抗拉强度与拉伸性与制品的弯曲强度特性相对应。
通过上述实施例1确认了，本发明例1～4尽管是仅进行热锻，均最低限度可得到与追加了常化的比较例2同等的强度、加工性、弯曲强度。还确认了如比较例3、4这样，其具备比追加了常化的比较例更优良的强度、加工性。
(实施例2)考察了Si浓度对钢表面脱碳的影响。将含有0.22质量％Si的S53C相当钢与只将Si提高到0.50质量％、其它组成与S53C相当钢同等的钢进行热锻。在热锻后考察显微组织，研究表面脱碳。
由图17及图18可知，在Si为0.5质量％的钢中，表面脱碳受到了促进。在本发明最广范围中包括Si为0.5质量％的钢，从抑制表面脱碳的方面考虑，Si可低于0.5质量％。
(实施例3)下面，使用上述车轮轴承装置的毂轮圈和外圈的制造中所使用的钢来进行耐久性的研究。本试验可以说是以下的试验，即考察毂轮圈的自轮毂螺栓孔至中心的位置的相对应在凸缘或者臂的根部的反复应力的寿命的试验。本发明例中使用的钢是含有C0.6质量％、Si0.57质量％、Mn0.8质量％、P0.015质量％、S0.017质量％、Cr0.25质量％、V0.15质量的钢。比较例中使用的钢是市售的JISG4051中规定的机械制造用碳钢S53C。
将上述的本发明例的钢以及比较例的钢材经如图1所示的热锻、冷却制成试验片。均不进行常化。
试验通过JISZ2241中规定的抗拉试验中的拉伸性来评价铆接加工性，另外，根据JISZ2274中规定的旋转弯曲疲劳试验来评价相对于施加在毂轮圈的反复应力的耐久性。抗拉试验中的试验片使用平行部分长度15mm×直径5mm的圆杆试验片，旋转弯曲疲劳试验中的试验片使用1号试验片(JIS2274)。
抗拉试验中的拉伸性的结果示于图19，旋转弯曲疲劳试验的结果示于图20。与比较例的拉伸性为39％相对比，本发明例的拉伸性为44％，有显著的提高。拉伸性与铆接加工性有很强的相关性，由于图19所示程度的拉伸性的提高，铆接加工性大幅提高。
另外，由图20所示的旋转弯曲疲劳试验结果，验证了本发明例的旋转弯曲疲劳强度与比较例相比提高了3成。
由上述结果可知，通过使用没有进行常化而只进行了热锻的钢来制造机械元件的零件，可以制造耐久性优良的零件，将其组合可以低廉地制造优良性能的机械元件。另外，特别是在对毂轮圈等进行铆接加工的情况中可以不发生破裂地进行铆接加工。
下面包括上述的实施方式以及实施例，将本发明的实施的方式示例进行以下的罗列说明。
上述的显微组织中的粒径可达到6号以上。
上述的粒径与表2所示的“粒径”的意义相同，是以铁素体描绘大致轮廓的奥氏体粒的粒度号。通过上述粒径在6号以上，可以得到优良的机械性质。
上述钢(粒状铁素体生成钢材)可含有Si0.15～0.7质量％、Mn0.1～0.5质量％以及V0.04～0.15质量％。
通过该构成，在热锻中可以抑制脱碳深度，通过V碳氮化物所起的作用可促进铁素体的生成得到含有粒状铁素体的组织。由此可以在实质上细微化显微组织。
Si0.15～0.7质量％如果Si不满0.15质量％则淬透性降低，不能充分确保强度。另外，Si如果超过0.7质量％，则由于在热锻时促进脱碳形成深的脱碳层，因此Si在0.7质量％以下。为了进一步抑制脱碳层，Si可以在0.5质量％以下。为了避免出现脱碳层，Si可以在0.4质量％以下。
Mn0.1～0.5质量％Mn如不满0.1质量％，则由于钢中的硫(S)不能作为MnS固定因此在热锻中容易出现裂缝等，因此应在0.1质量％以上。Mn使淬透性提高，在钢中固溶将钢强韧化，同时还增加对滚动寿命有益的残留奥氏体。但是，Mn也在碳化物中固溶具有提高碳化物的硬度的作用，对提高钢的硬度也有效。因此，重视强韧化的情况时，可含有0.25质量％以上。但是，如果超过0.5质量％，则由于在热锻后的冷却时抑制铁素体生成容易形成硬化组织，导致对切削加工或铆接加工性等的妨碍，因此可以在0.5质量％以下。
V0.04～0.15质量％V碳化物、V氮化物或者V碳氮化物通过热锻前的加热几乎全部固溶在奥氏体中，但是在热锻后的冷却中析出，作为铁素体核形成位点起作用。这些V析出物在奥氏体粒内的夹杂物等的上面析出，再以该V析出物为核，生成铁素体。即促进粒状铁素体的生成，结果使铁素体面积率增加。上述作用可通过V在0.04质量％以上而得。为了得到可靠的上述作用，较好含有0.06质量％。另外，V如果超过0.15质量％，则上述效果饱和，因此应在0.15质量以下。
另外，杂质元素P可在0.030质量％以下、S可在0.035质量％以下。作为杂质元素的P及S，由于使钢的机械性质劣化，因此作为轴承用钢越低越好。但是，使P及S达到非常低需要高度的精练设备和充分的精练时间。与该精练设备的操作相伴的电费以及精练反应用原料费用增大，成为高成本的主要原因。因此，P及S的上限值可为满足可允许的作为轴承材料的机械性质的劣化的纯度规则(JISG4051)的水准。
构成上述机械元件的外部部件、内部部件的上述滚道面(滚动槽)中的至少一方滚道面的表面硬化层的奥氏体粒的粒度号可以为7～11号。
通过上述构成，可以得到耐久性优良的表面硬化层，可以使滚动疲劳寿命延长。
构成上述机械元件的至少1个零件可具有没有经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，节省制造费用。这种情况时，在黑皮部分抑制脱碳层是重要的，可以抑制疲劳皲裂的发生等。因此Si含有率低些为好。
另外，在上述的机械元件中，上述的内部部件由第1内部部件和第2内部部件形成。其中一方的部件具有含有上述铁素体的显微组织，对该部件进行铆接加工将其它零件铆接。
通过该结构，在机械元件完成前将滚动体安装在内部，接着，将含有上述铁素体的零件铆接，通过铆接规定的零件进行一体化可以组成机械元件。
本次公开的实施方式均是示例，而不是限制。本发明的范围不是通过上述说明书，而是通过权利要求来表示，并包括与权利要求同等的意义以及在范围内的所有变化。
产业利用的可能性通过本发明的机械元件及其制造方法，可以低廉地提供具有优良耐久性以及加工性的零件，将其组合可以低廉地提供高可靠性的机械元件。因此，期待在包括汽车的输送机械装置的机械元件等中发挥作用。
权利要求
1.机械元件，它是具有外部部件(3、33)、内部部件(2、4、32)以及在上述外部部件(3、33)和内部部件(2、4、32)中分别设置的滚动槽(2a、3a、4a、32a、33a)中所配置的滚动体(1、21、31)的机械元件(10、50)，其特征在于，构成上述机械元件(10、50)的至少1个零件由含有C0.45～0.70质量％以及合计0.3质量％以下的(V、Nb、Ti)中的至少1种的钢形成，在没有经表面硬化处理的部分的显微组织中含有粒状铁素体，铁素体的面积率为15～30％。
2.如权利要求1所述的机械元件，其特征在于，上述没有被表面硬化的部分的显微组织中的粒径在6号以上。
3.如权利要求1所述的机械元件，其特征在于，上述钢含有Si0.15～0.7质量％、Mn0.1～0.5质量％以及V0.04～0.15质量％。
4.如权利要求1所述的机械元件，其特征在于，构成上述机械元件(10)的外部部件(3)以及内部部件(2、4)的上述滚动槽(2a、3a、4a)中的至少一方的滚动槽(2a、3a、4a)中的表面硬化层(4h)的奥氏体粒的粒度号为7～11。
5.如权利要求1所述的机械元件，其特征在于，构成上述机械元件(10、50)的至少1个零件具有在热锻后没有经切削加工的非切削加工部分。
6.如权利要求1所述的机械元件，其特征在于，上述机械元件(10)中的内部部件(2、4)由第1内部部件(4)和第2内部部件(2)形成，其中的一方部件具有含有上述铁素体的显微组织，该零件(4)经铆接加工将另一方零件(2)铆接。
7.机械元件(10、50)的制造方法，它是制造具有外部部件(3、33)、内部部件(2、4、32)以及在上述外部部件(3、33)和内部部件(2、4、32)中分别设置的滚动槽(2a、3a、4a、32a、33a)中所配置的滚动体(1、21、31)的机械元件的方法，其特征在于，在形成上述机械元件(10、50)的至少1个零件的制造中，包括以下工序，将含有C0.45～0.70质量％以及合计0.3质量％以下的(V、Nb、Ti)中的至少1种的钢通过热锻成型，再冷却的工序；将热锻后的钢直接进行切削加工的工序；对上述经切削加工的部分的规定部位施以高频淬火的工序。
全文摘要
构成上述车轮用轴承装置(10)的毂轮圈(4)及/或外圈(3)由含有C0.45～0.70质量％以及合计0.3质量％以下的(V、Nb、Ti)中的至少1种的钢形成，在没有进行表面硬化处理的部分的显微组织中，铁素体的面积率为15～30％、且含有粒状铁素体。
文档编号F16D3/2245GK1930401SQ20058000730
公开日2007年3月14日 申请日期2005年3月3日 优先权日2004年3月10日
发明者平井功, 田窪孝康, 吉田和彦 申请人:Ntn株式会社