[发明专利]CVJ滚珠隔离圈用钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车等的等速万向节(CVJ)的滚珠隔离圈(ball cage)零件所采用的钢。

背景技术

如图1所示，汽车的用于从驱动车轴向被驱动车轴传递动力的等速接头(以下简称作CVJ)是这样的构造，即，在固定设置于驱动轴1上的内图(inner race)(内环)3与固定设置于被驱动轴2上的外圈(outer race)(外环)4之间插入多个滚珠5，利用滚珠隔离圈6保持这些滚珠。由于该滚珠隔离圈6和内圈3在机构上要传递非常大的旋转力，因此，需要较高的强度、韧性及疲劳强度。

因而，对于这些零件应用通过渗碳、淬火而被付与了较高的表面硬度和转动疲劳性的渗碳钢(case-harde ned steel)，作为渗碳钢，以往采用JIS的SCr415、SCM415、SNC415、SNCM415这样的Cr系、Cr-Mo系、Ni-Cr系、Ni-Cr-Mo系的机械结构用合金钢。

但是，近来，对于CVJ小型轻量化的要求增大，与以往相比作用于滚珠隔离圈的应力变大。在以往的渗碳钢中，由于静态强度、韧性及疲劳强度不够，因此，例如像下述专利文献1～5那样提出了通过研究合金组成来解决上述问题点的技术。

在专利文献1中公开有使Cr-Mo量适当化、并且添加Nb或Ti而成的钢，在专利文献2中公开有使Cr-Mo量适当化并添加Nb或Ti、并且添加B、Ni而成的钢。在专利文献3及4中公开有使Cr-Mo量适当化、并添加B而成的钢。另外，在专利文献5中公开有向Cr钢中添加B而成的钢。

专利文献1：日本特开平1-39351号公报

专利文献2：日本特开平5-117806号公报

专利文献3：日本特开平9-53150号公报

专利文献4：日本特开平9-53169号公报

专利文献5：日本特开2005-105379号公报

但是，在这些专利文献中提出的渗碳钢与JIS所规定的钢相比均存在合金成本较高、制造性也降低的问题。还存在与以往相比寿命降低这样的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CVJ滚珠隔离圈用钢，该CVJ滚珠隔离圈用钢即使在比以往更加小型轻量化的CVJ中应用于作用有比以往更大的负荷应力的滚珠隔离圈、也能获得足够的耐用寿命。

本发明人详细地调查比以往更加小型轻量化的CVJ中的、作用有比以往更大的负荷应力的滚珠隔离圈在短时间内就无法使用的事例，并分析最影响寿命的原因，研究了延长其寿命的方法。结果，获得以下(a)～(h)所示的见解。

(a)在高速旋转过程中增大CVJ的接头切角时，滚珠隔离圈所负荷的应力超过材料强度，导致滚珠隔离圈断裂。因而，提高材料强度是很重要的。

(b)采用强度较高的材料制作CVJ的滚珠隔离圈而实施了耐久试验，但即使是高强度材料，以实际的CVJ在高速旋转过程中增大CVJ的接头切角时，也无法抑制滚珠隔离圈的破坏，是否导致滚珠隔离圈破坏与单纯的材料强度无对应关系。

(c)对提高表面硬度或者提高韧性而是否能抑制滚珠隔离圈破坏进行了调查，但均无法提高破坏强度，反而降低的情况也很多。

(d)根据以实际的CVJ在高速旋转过程中增大CVJ的接头切角和滚珠隔离圈破坏的对应关系的调查结果可明确，滚珠隔离圈断裂是从用于固定滚珠的窗的拐角部分的应力集中部开始发生的。因此，可知与缺口拉伸试验的强度显示出良好的对应关系。

(e)因而可知，用于提高将渗碳钢用作滚珠隔离圈这样的特征性形状的构件时的断裂强度的材料设计指标是提高缺口拉伸强度(Notched tensile strength)。即，在使滚珠隔离圈小型轻量化的情况下，所负荷的应力变大，但在这种情况下，在欲确保与以往同等程度以上的断裂强度时，只要提高缺口拉伸强度即可。

(f)接着，对提高用作滚珠隔离圈的渗碳钢的缺口拉伸强度实施了研究。结果可明确，像后述那样，缺口拉伸强度很大程度地依赖于S含有量。与此相对，通常的拉伸强度并不依赖于S含有量。渗碳钢也可用于齿轮等各种用途，大多进行切削加工。但是，从确保切削性的方面考虑，通常积极地添加S，但这次转换思路而降低钢中的S含有量，结果发现缺口拉伸强度明显升高。即，为了改良缺口拉伸强度，即使能预计切削性会降低一些，降低S含有量也是唯一的方法。