离合器构件及其制造方法

专利名称：：离合器构件及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及汽车等的离合器构件及其制造方法，主要涉及干式单板离合器中的离合器毂(clucthhub)及其制造方法。
背景技术：
：历来，干式单板离合器中的离合器毂为以对SCM435和SCr435或SCM440等的合金钢的热轧钢板进行过退火的钢板作为原材，将该钢板冲压成形为规定形状，进一步实施热处理而制造。但是，由于这些合金钢原材的硬度硬，因此冲压成形时会有应变和挤裂等成形不良的情况发生。由此，认为通过使退火温度的适当化并延长退火时间可以促进原材的软化。但是，不管不得已的原材的成本上升，通过这种方法不能得到包括工具寿命的稳定的冲压成形性。另外，在所述的合金钢中有热处理后的韧性降低的问题。为了使韧性提高，可以提高回火温度，这种情况下会有导致强度降低，所希望的强度和韧性不能并存的问题。还有，在合金钢中，由于还被附加有冲压成形时发生的应变和由于其后的热处理导致的应变，因此必须设置矫正热处理后加压回火等矫正应变的工序。为此存在阻碍生产性并且使制造成本增大的问题。那么，在特开平5-098357号公报中公开了涉及成形性和韧性优异的高钢碳素薄钢板的制造方法。但是在此公开的钢组成中，Mn含量为0.61.50质量％，很高，在成形工序前即使进行退火产生的软化也不能期待充分的冲压成形性的改善。另外，在特开2002-121647号公报中公开了成形性和耐磨损性优异的热处理钢板及其制造方法。而且，作为成形加工前的钢板的内部组织，提到了含有球状化渗碳体面积率在10%以下且直径为10um以下的石墨的组织。但是，热处理为例如通过高频加热的热处理，不能适用于直接使用该技术的离合器构件的制造。
发明内容本发明鉴于如此情况而形成，以提供如下的廉价的离合器构件及其制造方法作为课题，通过使用沖压成形性优异的钢板，实施冲压成形和热处理，从而具有希望的耐磨损性和平坦度。本发明者着眼于通过使钢板中的Si和Mn的含量减少而促进原材的软化，通过适量含有Cr和B可以确保淬火性。而且，发现由于赋予了良好的冲压成形性和适当的淬火性而大幅度地抑制了热处理材的应变发生，可以省略在现有合金钢中必需的应变矫正工序，从而完成本发明。艮口，本发明的离合器构件为具有平坦部的规定形状的离合器构件，其特征在于，以质量比率计含有C:0.320.38%、Si:0.15%以下、Mm0.30.5o/Q、Cr:0.160.60%，余量由Fe及不可避免的杂质构成，以具有平均粒径为0.11.2um的碳化物的均匀分散组织的钢板为原材，顺序实施冲压成形、热处理，以抗拉强度为13071633MPa，硬度为400500HV，冲击值为70J/cm2以上，并且F二d/DX100定义的平坦度F为0.15%以下。其中，d为所述平坦部的翘曲(距离水平面的离开距离)，D为离合器构件的外接圆的直径。在本发明的离合器构件中，作为原材的钢板优选为抗拉强度为450MPa以下，硬度为150Hv以下。另外，本发明的离合器构件的制造方法，其特征在于，具有将以质量比率计含有C:0.320.38%、Si:0.15%以下、Mn:0.30.5%、Cr:0.160.60%，余量由Fe及不可避免的杂质构成的钢板软化的退火工序；将退火后的钢板形成为规定形状的板状原材的冲压的成形工序；对成形后的板状原材实施热处理成为热处理材的热处理工序，省略了以往必须进行的对热处理材应变进行矫正的矫正工序。在此，优选为退火工序为在65070(TC进行10~50小时加热的工序，另外，热处理工序为由在840880。C加热12小时后，投入6070。C的油中的淬火处理和在260320'C加热12小时的回火处理构成。在本发明的用于离合器构件的钢板中，Si和Mn的含量被抑制为比作为现有合金钢低。为此，通过退火进行的原材的软化容易，可以得到抗拉强度为450MPa以下，硬度为150Hv以下的原材。由此能够赋予钢板原材良好的冲压成形性。另外，在冲压成形性工序中，与现有的合金钢相比，模具等的工具寿命可以提高约1.5倍左右。还有，由于含有适当量的B和Cr，因此通过它们的效果可以抑制热处理时晶粒的粗大化。因此，与现有的合金钢的硬度大体相等，同时能够提高约20%的韧性。由于韧性提高板厚变薄成为可能，能够实现离合器制品的小型轻量化和节省空间化。另外，从无需实施矫正工序而能够降低构件的应变出发，可以期待生产性大幅提高和成本降低。通过降低应变可以抑制离合器制品的偏心(偏移)，可以提高与小型轻量化相结合的离合器的操作性。图1是表示作为本发明的离合器构件的离合器毂的一例的俯视图。图2是图1的x-x剖面图。图3是说明本发明的离合器构件的制造方法的流程图。具体实施方式A.实施方式(钢板的组成)首先，对本发明中的钢板的限定理由加以说明。(1)C含量0.320.38%(质量％，以下相同)C是提高钢的淬火性的元素，是用于确保最终制品的强度的有效成分。为了得到该效果，C的含量必须在0.32%以上。但是，如果其含量超过0.38%，则冲压成形性降低。因此将C含量定为0.320.38劣。(2)Si:0.15%以下Si是固溶于铁素体的元素，通过固溶强化使原材强度上升。但是，如过量添加则基体变硬而使冲压成形性降低。因此将Si含量定为0.15%以下。(3)Mn:0.300.50%Mn是用于确保淬火性而添加的不可缺少的元素。为得到的耐磨损性要求的稳定的离合器构件的硬度，Mn必须在0.30%以上。但是，与Si同样过量添加时，使冲压成形前的原材硬度上升。因此，将Mn含量定为0.300.50%。(4)Cr:0.160.60%Cr为改善淬火性的有效的合金成分，低于O.16%时，添加效果不显著淬火后的硬度不足，并且淬火时的冷却速度依存性变大，因此淬火后硬度容易变得不稳定。但是，超过0.6(m而含有大量的Cr时，淬火前的冲压成形性显著劣化。因此，将Cr含量定为O.160.60%。(5)B:0.00100.0050%B为在极微量地添加时就可以使钢材的淬火性大幅提高的元素，并且通过使晶界能量降低呈现出强化晶界的作用。使之含有0.0010%以上时，其效果变得显著。另外，也是用于得到稳定的热处理材的硬度的必要的合金成分，超过0.0050%而过量含有时，该效果饱和会反而使韧性劣化。因此，将B的含量定为0.00100.0050%。(原材的内部组织)冲压成形前原材的内部组织是平均粒径为0.11,2yro的碳化物的均匀分散組织。在此，所谓碳化物的均匀分散组织意思是碳化物球状化并且球状化碳化物不偏在在铁素体中均匀分散的内部组织。碳化物的粒径很大地影响着冲压成形性中的空穴的发生。由于碳化物变得微细，均匀分散，而能够抑制空穴的发生，如碳化物的平均粒径低于0.lym，则伴随硬度上升延展性劣化，变得容易产生破断而冲压成形性降低。另外，如碳化物的平均粒径在1.2pm以上，则由于强加工时产生空穴下垂变大挤裂容易发生而冲压成形性减低。因此，碳化物的平均粒径控制在O.11.2ura。还有，碳化物的平均粒径能够通过退火处理的退火温度进行控制。在此，碳化物的粒径是以碳化物的长径与短径的平均值作为每个碳化物的粒径，对该每个碳化物的粒径求得的平均值作为碳化物的平均粒径。(离合器构件的特性)接着，对本发明的离合器构件应该具有的特性加以说明。(1)抗拉强度13071633MPa例如，干式单板离合器中的离合器毂是高旋转、高输出的，因此要求比一般一体型的具有更高的强度。因此，将下限定为1307MPa。但是，通过淬火材稳定得到的强度是有界限的，因此将上限定为1633MPa。(2)表面硬度400500Hv(荷重:lkg)表面硬度是用于确保离合器构件的耐磨损性的重要特性，在低于400HV时在滑动部有磨损发生而不为优选。另外，超过500HV很硬时撞击配合材或有迟滞破坏产生，因此不适合。(3)冲击值70J/cm2以上离合器构件中冲击值是用于确保制品性能的重要特性。通过具有高的冲击值而可以薄壁化，实现离合器节省空间化、小型轻量化，能够增加设计自由度。另外，能够抑制偏移并且能够提高离合器的移动敏感性。为此，将其定为70J/cm2以上。(4)平坦度F:平坦部相对于离合器构件(热处理材)的外接圆的直径D的翘曲d的比率F二d/DX100为0.15%以下离合器构件，尤其离合器毂是旋转体，因此其平坦度极其重要。通过提高平坦度可抑制离合器毂的偏心，可以提高离合器的移动敏感性。为此将平坦度F定为O.15%以下。(离合器构件的制造方法)接着，参照图3对本发明的离合器构件的制造方法加以说明。本发明的离合器构件的制造方法包括软化钢板的退火工序S1;将退火后的钢板形成规定形状的板状原材的冲压成形工序S2;对成形的板状原材实施热处理成为热处理材的热处理工序S3，热处理工序S3由淬火处理S31和回火处理S32构成。(1)退火工序S1退火是为了将热轧钢板中的珠光体组织球状化为渗碳体而通过同批退火而进行。这时，退火温度优选为650700'C。退火温度低于650'C时珠光体组织不会成为球状化的渗碳体，因此不为优选。另外，在超过700x:的高的温度中部分的碳化物会粗大化，不能得到碳化物的均匀分散组织。更优选为670690°C。另外，退火时间可以定为10小时以上。但是，过长时间的退火产生碳化物的粗大化，也浪费能量，因此将上限定为50小时左右。通过实施这种退火，将热轧钢板的球状化水平作为均匀分散组织而能够赋予良好的冲压成形性。(2)冲压成形工序S2对于冲压成形工序没有特别地限定，历来实施的公知的冲压即可。但是，为了减轻由于冲压成形产生的冲压应变在可能的范围中优选减小模具的间隙。(3)热处理工序S3热处理工序是由淬火处理S31和回火处理S32构成的。在淬火处理S31中，需要在A。3温度以上均热以使在淬火组织中铁素体组织不会残留。在一般钢板中，在该温度区域进行长时间均热时，奥氏体粒异常成长显著阻碍淬火后的韧性。但是，本发明的热轧钢板含有规定量的B和Cr，因此能够抑制奥氏体粒的粗大化而实现结晶微细化，能够使热处理后的韧性提高。另外，为了防止热处理材的晶粒粗大化和淬火应变，均热温度优选为900'C以下，因此，可以在840880'C均热12小时。淬火时的冷却是以防止应变的发生为目的，不优选过度的急冷，优选607(TC的油淬火。回火处理工序S32是为了固定由淬火处理而得到的马氏体中的自由位错而实施的，因此低温且短时间实施即可。即，可以在260320'C处理l2小时。在现有的离合器构件的制造方法中，为了得到优异的平坦度必须对热处理材实施加压回火等的应变矫正工序。即，对热处理材加压，加热到40042(TC进行120分钟左右的矫正，从而得到0.2%以下的平坦度F。但是，根据本发明，不实施这种加压回火处理也能够得到平坦度F为O.15%以下的离合器构件，能够縮短生产的周期，能够期待大幅降低成本。B.试验例以下，通过试验例进一步详细说明本发明。(试验例1)对具有表1所示的各组成的厚度为5.6mra的热轧钢板进行退火作为原材，从该原材冲压成形为图l所示的离合器毂。而且调查得到的成形原材的机械性质和内部组织与成形性的关系。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>注)退火条件A:680'Cx50h退火条件B:680。Cx20h+730'O20h+680'O20h各钢板的退火条件如下。在No:1、2、5、6、7中进行68(TCX50H(退火条件A)的退火。另外，对与No:2同一组成的热轧钢板实施680。CX20H—73CTCX20H—680。CX20H(退火条件B)而作为No:3。No:4是用与No:1同样的钢种不实施退火的热轧状态的钢板。还有，退火条件B为通常适用于C在0.45%以上的高碳钢的软质化退火(球状化退火)的退火条件的一例。板状原材的机械特性使用在JISZ2201(金属材料拉伸试验片)中规定的5号试验片，以JISZ2241(金属材料拉伸试验方法)为标准实施。原材硬度是对于板状原材的表面的任意的3处测定维氏硬度(载荷lkg)HV的平均值。另外，退火后的组织(球状化水平)为从板状原材采取合适大小的试料，用通常的光学显微镜观察板厚方向的剖面进行如下判定。即，将渗碳体形状的偏差少，粒径为O.11.2um且球状化，在组织中均匀分散的作为"均匀分散"，将渗碳体形状的偏差大粒径为1.2ym以上分散的判定为"粗大分散"。另外，对于铁素体和珠光体混合存在的，在表中以"F+P"表示。成形性是通过肉眼观察冲压成形后的板状原材，在端面确认有破断面的定为"破断"，在端面的一部分确认有剪切面以外的定为"挤裂"，冲压端面全周以剪切面形成的定为"良好"。另外，工具寿命是连续实施冲压成形直到在冲压端面破断或挤裂发生而停止加工时冲压成形的板状原材的个数。其结果如表2所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>从表2可知，在作为本发明的对象的No:l和2中，内部组织中的球状化水平是均匀分散的，原材的抗拉强度为450MPa以下，硬度为150HV以下，因此冲压成形性良好。另外，冲压工具寿命为6000个与No:7的现有的合金钢工具寿命相比是其1.5倍。No:3是对与No:2同一组成的热轧钢板实施退火条件B的退火的例。无论其抗拉强度、原材硬度是否比作为发明材的No:1、2低，由于过退火，内部组织的球状化水平为粗大分散，因此板状原材的端面成为破断面。供试材No:4为用与上述供试材No:1同一组成的热轧钢板没有实施退火的原材。因为是热轧材，因此抗拉强度、原料硬度高，另外，内部组织也是铁素体和珠光体混合存在的组织，板状原材的端面成为破断面。另外，工具寿命也极短，约800个。No:5为C、Si、Cr、B不满足本发明规定的范围。但是，内部组织与本发明同样球状化水平为均匀分散，冲压成形性良好。另外，抗拉强度为45(MPa以下，原材硬度为150HV以下，因此冲压工具寿命为6500个良好。但是，由于碳含量低，因此如后所述不能满足淬火后的必要强度。No:6为C、Si不满足本发明规定的范围。但是，与No:5同样，球状化水平为均匀分散，冲压成形性良好。另外，抗拉强度为450MPa以下，原材硬度为150HV以下，因此冲压工具寿命为6400个良好。但是，与No;5同样，由于碳含量低，因此不能满足淬火后的必要强度。No:7的钢种是作为离合器构件历来一般使用的合金钢的SCM435。该钢种为Si、Mn、Cr不满足本发明规定的范围，并且含有Mo。为此在与发明材同样的退火条件A中，不能形成适于冲压加工的软化状态，抗拉强度为450MPa以上，原材硬度为150HV以上。而且，无论内部组织的球状化水平是否为均匀分散，板状原材的端面成为挤裂状态。另外，工具寿命也很短，约为4000个。(实施例2)对在实施例1中得到的各板状原材实施热处理，测定热处理后的机械性质、硬度、冲击值和平坦部的翘曲，求出平坦度F。还有，热处理为在860'CX1小时的加热后，在7(TC的油中淬火，随后，对No:16的供试材实施26(TCX1小时的回火处理。对No:7实施43CTCX1小时的回火处理。结果如表3所示(平坦度F的结果一起在表2中表示)。热处理后的机械特性使用JISZ2201(金属材料拉伸试验片)中规定的5号试验片，以JISZ2241(金属材料拉伸试验方法)为标准实施。热处理后的冲击值为使用JISZ2202(金属材料冲击试验片)中规定的V型缺口试验片，以JISZ2242(金属材料冲击试验方法)为标准实施。平坦度F为在平台上放置热处理后的热处理材，使用测微尺测定如图2所示的翘曲d(从内侧到外侧的高低差)和如图1所示热处理材的外接圆的直径D，而算出平坦度F。在此，对如图l和图2所示的离合器毂进行说明。图1是俯视图，图2是图l的x-x剖面。离合器毂l为冲压钢板而成形，一体形成有与成为图中未显示的被驱动部的变速器的杆卡合的基部12、和从基部12向外周方向延伸的舌状的平坦部12。另外，在基部12的中央设有中心孔16，在该中心孔16形成有沿其外周延伸与杆卡合的花键18。在图1的离合器毂1中设有4个平坦部14。还有，图1中的虚线C是直径D的离合器毂(与热处理材相同)的外接圆。另外，离合器毂1的平坦部14相对于平台等的水平面H具有应变(翘曲)。其应变量为例在平坦部14a为dl，在平坦部14c为d3。同样在平坦部Ub为d2，在平坦部14d为d4。而且，该离合器毂l(热处理材)的应变d定为d二(dl+d2+d3+d4)/4。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>注)冷轧厚度为5.6mm的热轧钢板成为2mm。No:1、2、3、4、7的机械特性和热处理后的硬度满足本发明规定的范围。但是，在表l中与发明材同样全部的评价项目良好的No:5、6，从C含量开始，由于含有超出本发明规定的成分范围的成分组成，因此热处理后的抗拉强度和硬度变低，不能满足本发明规定的机械特性和硬度。另外，No:7为了使抗拉强度与其他的供试材一致，而在430'C的高温进行了回火处理，但冲击值为58J/cm2不能满足本发明规定的冲击值。对于平坦度F，No:1、2、5、6能够满足本发明规定的范围。从以上的试验例1和试验例2的结果可知，本发明的No:l和No:2的离合器构件全部满足本发明的各项目的规定范围。还有本发明并没有限定于上述的试验例，也可以在不脱离本发明主旨的范围内进行变更。例如将试验例中的原材定为热轧钢板，也可以是冷轧材。工业上的实用性本发明的离合器构件及其制造方法能够很好地适用于干式单板离合器的离合器毂。另外，本发明的离合器构件的制造方法也可以适用于正齿轮(平牙齿轮)等的制造。权利要求1、一种离合器构件，是具有平坦部的规定形状的离合器构件，其特征在于，以如下钢板为原材，顺序实施冲压成形、热处理，使抗拉强度为1307～1633MPa，硬度为400～500HV，冲击值为70J/cm2以上，并且由下式定义的平坦度F为0.15％以下，该钢板以质量比率计含有C0.32～0.38％、Si0.15％以下、Mn0.3～0.5％、Cr0.16～0.60％，余量由Fe及不可避免的杂质构成，并且具有平均粒径为0.1～1.2μm的碳化物均匀分散的组织，平坦度F＝d/D×100其中，d为所述平坦部的翘曲(距水平面的离开距离)，D为离合器构件的外接圆的直径。2、根据权利要求l所述的离合器构件，其中，所述钢板的抗拉强度为450MPa以下，硬度为150Hv以下。3、一种离合器构件的制造方法，其特征在于，包括软化下述钢板的退火工序，该钢板以质量比率计含有C:0.320.38%、Si:0.15%以下、Mn:0.30.5%、Cr:0.160.60%,余量由Fe及不可避免的杂质构成；将所述退火后的钢板形成规定形状的板状原材的冲压成形工序,对成形后的所述板状原材实施热处理成为热处理材的热处理工序，并且，省略了矫正所述热处理材的应变的矫正工序。4、根据权利要求3所述的离合器构件的制造方法，其中，所述退火工序是在65070(TC加热1050小时的工序。5、根据权利要求3所述的离合器构件的制造方法，其中，所述热处理工序由在840880。C加热12小时后投入6070。C的油中的淬火处理和在26032(TC回火12小时的回火处理构成。全文摘要本发明涉及汽车等的离合器构件及其制造方法，主要涉及干式单板离合器中的离合器毂。本发明的目的在于提供一种廉价的离合器构件及其制造方法，其在使用冲压成形性优异的钢板冲压成形后，通过实施热处理而具有希望的耐磨损性和平坦度。本发明的离合器构件为具有平坦部的规定形状的离合器构件，使用如下钢材，以质量比率计含有C0.32～0.38％、Si0.15％以下、Mn0.3～0.5％、Cr0.16～0.60％，余量由Fe及不可避免的杂质构成，具有以平均粒径为0.1～1.2μm的碳化物的均匀分散组织，以这种钢板为原材，顺序实施冲压成形、热处理，使其抗拉强度为1307～1633MPa，硬度为400～500HV，冲击值为70J/cm²以上，并且以F＝d/D×100定义的平坦度F为0.15％以下。其中，d为所述平坦部的翘曲(距离水平面的离开距离)，D为离合器构件的外接圆的直径。本发明能够很好地使用于干式单板离合器的离合器毂。文档编号C21D9/00GK101389878SQ20068005339公开日2009年3月18日申请日期2006年2月27日优先权日2006年2月27日发明者山本祐治申请人:爱信精机株式会社