DE102006017263A1

DE102006017263A1 - Crankshaft and method for its production

Info

Publication number: DE102006017263A1
Application number: DE102006017263A
Authority: DE
Inventors: Koki Wako Mizuno; Hideki Wako Matsuda; Seiji Wako Kobayashi; Hisato Nagoya Takeuchi; Katsunori Nagoya Takada; Yutaka Kurebayashi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2006-04-12
Publication date: 2006-10-26
Also published as: JP2006291310A; US20060225814A1

Abstract

Eine Oberfläche eines Stahls als Material für eine Kurbelwelle wird nitrocarburiert. Der Stahl enthält als Legierungselemente C mit einem Anteil gleich oder größer als 0,10 Masseprozent sowie gleich oder größer als 0,30 Masseprozent, Silizium mit einem Anteil gleich oder größer als 0,5 Masseprozent und gleich oder kleiner als 0,3 Masseprozent, Mn mit einem Anteil gleich oder größer als 0,3 Masseprozent und gleich oder kleiner als 1,5 Masseprozent, Mo mit einem Anteil gleich oder größer als 0,8 Masseprozent und gleich oder kleiner als 2,0 Masseprozent, Cr mit einem Anteil gleich oder größer als 0,1 Masseprozent und gleich oder kleiner als 1,0 Masseprozent sowie V mit einem Anteil gleich oder größer als 0,1 Masseprozent und gleich oder kleiner als 0,5 Masseprozent, wobei der Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen zusammengesetzt ist. Die Anteile der Legierungselemente fallen in die Bereiche: 2,0 Masseprozent Mn + Cr + Mo 3,0 Masseprozent, 2,3 Masseprozent C + Mo + 5 V 3,7 Masseprozent und 2,7 Masseprozent 2,16 Cr + Mo + 2,54 V 4,0 Masseprozent. Wird eine aus einem mittleren Abschnitt des nitrocarburierten Stahls, welcher frei vom Einfluss der Nitrocarburierungsbehandlung ist, extrahierte Stahlprobe bei 1200 DEG C für eine Stunde austenitisiert sowie auf Zimmertemperatur so abgekühlt, dass eine Abkühlungsrate, mit welcher die Stahlprobe einen Temperaturbereich zwischen 900 DEG C und 300 DEG C durchläuft, 0,5 DEG C/s beträgt, so beträgt ein Flächenprozentanteil ...A surface of a steel as a material for a crankshaft is nitrocarburized. The steel contains as alloying elements C in an amount equal to or greater than 0.10 mass% and equal to or greater than 0.30 mass%, silicon in an amount equal to or greater than 0.5 mass% and equal to or smaller than 0.3 mass%, Mn with a content equal to or greater than 0.3% by mass and equal to or less than 1.5% by mass, Mo with a content equal to or greater than 0.8% by mass and equal to or less than 2.0% by mass, Cr having a content equal to or greater than as 0.1% by mass and equal to or less than 1.0% by mass, and V in an amount equal to or greater than 0.1% by mass and equal to or less than 0.5% by mass, the remainder being composed of iron and unavoidable impurities. The proportions of the alloying elements fall within the ranges of 2.0 mass% Mn + Cr + Mo 3.0 mass%, 2.3 mass% C + Mo + 5 V 3.7 mass% and 2.7 mass% 2.16 Cr + Mo + 2 , 54 V 4.0% by mass. When a steel specimen extracted from a middle section of the nitrocarburized steel, free from the influence of the nitrocarburizing treatment, is austenitized at 1200 ° C. for one hour and cooled to room temperature such that a cooling rate at which the steel specimen reaches a temperature range between 900 ° C. and 300 ° DEG C passes, 0.5 ° C / s is, so is an area percentage of ...

Description

Zugehörige AnmeldungenRelated registrations

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-115112, eingereicht am 12 April 2005, welche durch Bezugnahme hierin eingeschlossen ist.These Application claims priority of Japanese Patent Application No. 2005-115112 filed on Apr. 12, 2005, which is incorporated herein by reference is included herein.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kurbelwelle, welche aus Stahl aufgebaut ist, der auf einer Oberfläche eine nitrocarburierte Schicht umfasst, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Kurbelwelle.The The present invention relates to a crankshaft made of steel is constructed on a surface of a nitrocarburized layer includes, as well as a method for producing the crankshaft.

2. Beschreibung des zugehörigen Fachgebiets2. Description of the related field

Patent Literature 1: Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 10-030632
Patent Literature 2: Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 06-128690
Patent Literature 3: Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 05-279795
Patent Literature 4: Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 05-279794

Eine Kraftfahrzeug-Kurbelwelle wird in einer Umgebung verwendet, in welcher auf die Kurbelwelle wiederholt eine hohe Torsionsbelastung und eine hohe Biegebelastung wirken. Die Kurbelwelle muss daher eine exzellente statische Festigkeit und Ermüdungsfestigkeit aufweisen. Da die Kurbelwelle andererseits ein Element von relativ großer Größe und komplizierter Form ist, wird sie normalerweise und im Wesentlichen unter Verwendung eines nicht wärmebehandelten Stahls hergestellt, der nach dem Warmschmieden nicht abgeschreckt und angelassen wird. Um Festigkeit zu gewährleisten, ist es in diesem Fall notwendig, an einer Oberfläche des Stahls schließlich eine Härtungsbehandlung auszuführen. Die Patentliteratur 1 bis 4 offenbart Verfahren, welche eine Nitrocarburierungsbehandlung als Oberflächenhärtungsbehandlung verwenden. Die Nitrocarburierungsbehandlung ist eine Behandlung, in welcher ein Werkstück beispielsweise in einer Ammoniakgasatmosphäre bei einer Temperatur behandelt wird, die gleich oder niedriger ist als der A1-Übergangspunkt, oder allgemein bei einer Temperatur von ungefähr 570 °C, ein Teil von Kohlenstoff sowie auch Stickstoff in den Stahl eingebracht wird, Nitride und Karbide erzeugt werden und eine Oberflächenschicht des Stahls dadurch gehärtet wird. Eine solche Nitrocarburierungsbehandlung ist für eine Massenproduktion von Kurbelwellen geeignet, welche Maschinenteile von großer Größe eines Kraftfahrzeugs sind, da die Behandlung im Unterschied zum Karburierungs- und Abschreckungsverfahren kaum Spannungen in dem Werkstück erzeugt und im Unterschied zu einem Nitrierverfahren keine lange Zeit benötigt.A Automotive crankshaft is used in an environment in which on the crankshaft repeated a high torsional load and a high bending load act. The crankshaft must therefore be an excellent static strength and fatigue strength exhibit. On the other hand, because the crankshaft is an element of relative greater Size and more complicated Form is, it is usually and essentially using a non-heat treated Made of steel, which does not quench after hot forging and is started. To ensure strength, it is in this Case necessary, on a surface the steel finally a hardening treatment perform. Patent Literature 1 to 4 discloses methods which include a nitrocarburizing treatment as a surface hardening treatment use. The nitrocarburizing treatment is a treatment in which a workpiece for example, in an ammonia gas atmosphere at a temperature which is equal to or lower than the A1 transition point, or in general at a temperature of about 570 ° C, a part of carbon as well as nitrogen introduced into the steel is generated, nitrides and carbides and a surface layer hardened by the steel becomes. Such a nitrocarburizing treatment is for mass production suitable for crankshafts, which machine parts of large size Motor vehicle, since the treatment, unlike the carburisation and quenching process hardly creates stresses in the workpiece and unlike a nitriding process does not take a long time.

Bei der Durchführung der Nitrocarburierungsbehandlung wird erwartet, dass eine Härte der Oberflächenschicht der Kurbelwelle durch die Einbringung des Nitrids stark vergrößert wird. Jedoch ist es schwierig, Nitrid in den Stahl an eine Tiefe von gleich oder größer als 0,5 mm hinein diffundieren zu lassen, und ein Inneres der Kurbelwelle kann nicht durch die normalerweise für einige wenige Stunden durchgeführte Nitrocarburierungsbehandlung verstärkt werden. Da die Hitze des Stahls bei ungefähr 600 °C gehalten wird, wird andererseits und im Normalfall bei der Nitrocarburierungsbehandlung das Innere, in das der Stickstoff nicht eingebracht wurde, durch eine thermische Vorgeschichte der Nitrocarburierung aufgeweicht und die Härte ist eher geringer, als vor der Behandlung.at the implementation The nitrocarburizing treatment is expected to have a hardness of surface layer the crankshaft is greatly increased by the introduction of the nitride. However, it is difficult to nitride in the steel to a depth of the same or greater than 0.5 mm into diffuse, and an interior of the crankshaft can not by the normally performed for a few hours Nitrocarburierungsbehandlung reinforced become. On the other hand, since the heat of the steel is kept at about 600 ° C, it becomes and normally in the nitrocarburizing treatment the interior, in which the nitrogen was not introduced, by a thermal History of nitrocarburization softened and the hardness is rather less than before treatment.

Wenn jedoch andererseits die innere Festigkeit des Stahls vor der Nitrocarburierungsbehandlung durch die Hinzugabe von Bestandteilen zu dem Stahl oder dergleichen vergrößert werden soll, so wird die Bearbeitbarkeit des Stahls stark verschlechtert. Im Ergebnis wird die Effektivität der Bearbeitung des Stahls in eine Form der Kurbelwelle vor der Nitrocarburierungsbehandlung verschlechtert, was eine industrielle Herstellung von Teilen erschwert. Ferner kann die Härte des Stahls vor der Nitrocarburierungsbehandlung durch Abschrecken des Stahls nach der Bearbeitung vergrößert werden. Die Abschreckungsbehandlung verformt jedoch das Teil und erfordert einen Schritt des Entfernens von Zunder nach der Abschreckungsbehandlung oder dergleichen. Eine Abschreckungsbehandlung verschlechtert somit die Qualität und steigert die Bearbeitungskosten beachtlich.If however, on the other hand, the internal strength of the steel before the nitrocarburizing treatment the addition of ingredients to the steel or the like can be increased should, the workability of the steel is greatly deteriorated. As a result, the effectiveness becomes the machining of the steel into a shape of the crankshaft before Nitrocarburization treatment deteriorates what an industrial Making parts difficult. Furthermore, the hardness of the Before the nitrocarburizing treatment by quenching the steel Steel be increased after processing. The deterrent treatment however, it deforms the part and requires a step of removal of scale after the quenching treatment or the like. A Deterrence treatment thus deteriorates the quality and increases the processing costs considerable.

Darüber hinaus ist eine normale Kurbelwelle von komplizierter Form und es ist wesentlich, den Stahl nach dem Warmschmieden spanabhebend zu behandeln. Herkömmlicherweise wickeln sich in einem spanabhebenden Bearbeitungsschritt nach einer Normalisierungsbehandlung erzeugte Späne, um ein Produkt oder eine Verschleißfestigkeit eines Werkzeugs wird durch die Späne verschlechtert. Um dies zu verhindern, enthält der Stahl normalerweise Pb als Element zur Verbesserung der Spanzerdrückbarkeit. Die Verwendung von Pb wird jedoch allmählich vermieden und wurde jüngst eingeschränkt, da der Umweltschutz weltweit zunehmende Beachtung auf sich zieht.In addition, a normal crankshaft is of complicated shape and it is essential to the steel to be treated after hot forging. Conventionally, chips produced after a normalizing treatment are wound in a machining process step to deteriorate a product or wear resistance of a tool by the chips. To prevent this, the steel normally contains Pb as an element for improving the crushability of the steel. However, the use of Pb is being gradually avoided and has recently been curtailed as environmental protection is gaining increasing worldwide attention.

Überblick über die ErfindungOverview of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kurbelwelle bereitzustellen, welche in der Lage ist, sowohl exzellente Bearbeitbarkeit als auch hohe Ermüdungsfestigkeit sicherzustellen, obwohl an ihrer Oberfläche eine Nitrocarburierungsbehandlung angewandt wurde, sowie ein Verfahren zum Herstellen der Kurbelwelle bereitzustellen.task the present invention is to provide a crankshaft which is capable of both excellent machinability and high fatigue strength although it does have a nitrocarburizing treatment on its surface was applied, as well as a method for producing the crankshaft provide.

Um diese Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Kurbelwelle bereitgestellt, welche aus einem Stahl aufgebaut ist, der eine einer Nitrocarburierungsbehandlung unterzogene Oberfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst:
einen Zapfen und
ein Lagerachsstück,
wobei der Stahl als Legierungselemente enthält:
C mit einem Anteil gleich oder größer als 0,10 Masseprozent und gleich oder kleiner als 0,30 Masseprozent,
Si mit einem Anteil gleich oder größer als 0,05 Masseprozent und gleich oder kleiner als 0,3 Masseprozent,
Mn mit einem Anteil gleich oder größer als 0,3 Masseprozent und gleich oder kleiner als 1,5 Masseprozent,
Mo mit einem Anteil gleich oder größer als 0,8 Masseprozent und gleich oder kleiner als 2,0 Masseprozent,
Cr mit einem Anteil gleich oder größer als 0,1 Masseprozent und gleich oder kleiner als 1,0 Masseprozent und
V mit einem Anteil gleich oder größer als 0,1 Masseprozent und gleich oder kleiner als 0,5 Masseprozent, wobei der Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen zusammengesetzt ist;
wobei die Anteile der Legierungselemente in die folgenden Bereiche fallen:
2,3 Masseprozent ≤ C + Mo + 5V ≤ 3,7 Masseprozent,
2,0 Masseprozent ≤ Mn + Cr + Mo ≤ 3,0 Masseprozent, und
2,7 Masseprozent ≤ 2,16 Cr + Mo + 2,54V ≤ 4,0 Masseprozent;
wobei dann, wenn eine Stahlprobe, die aus einem mittleren Abschnitt des nitrocarburierten Stahls, der frei von einem Einfluss der Nitrocarburierungsbehandlung ist, bei 1200 °C für eine Stunde austenitisiert ist und derart auf eine Zimmertemperatur abgekühlt ist, dass eine Abkühlungsrate, bei welcher die Stahlprobe einen Temperaturbereich zwischen 900 und 300 °C durchläuft, gleich 0,5 °C/s beträgt, der Flächenprozentanteil einer Bainit-Struktur in Stahlstrukturen gleich oder größer als 80% ist und eine an einem Querschnitt gemessene Vickers-Härte gleich oder größer als 260 Hv und gleich oder kleiner als 330 Hv ist und
wobei der Zapfen und das Lagerachsstück eine Oberflächenhärte einer nitrocarburierten Schicht aufweisen, die gleich oder größer ist als 650 Hv, eine Bildungstiefe der nitrocarburierten Schicht gleich oder größer als 0,3 mm ist und eine Härte des mittleren Abschnitts gleich oder größer als 340 Hv ist.In order to achieve the object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a crankshaft constructed of a steel having a surface subjected to a nitrocarburizing treatment, characterized by comprising:
a cone and
a bearing axis piece,
wherein the steel contains as alloying elements:
C in an amount equal to or greater than 0.10% by mass and equal to or less than 0.30% by mass,
Si in an amount equal to or greater than 0.05% by mass and equal to or less than 0.3% by mass,
Mn in an amount equal to or greater than 0.3% by mass and equal to or smaller than 1.5% by mass,
Mo in an amount equal to or greater than 0.8% by mass and equal to or smaller than 2.0% by mass,
Cr in an amount equal to or greater than 0.1% by mass and equal to or less than 1.0% by mass and
V having a content equal to or greater than 0.1% by mass and equal to or less than 0.5% by mass, the remainder being composed of iron and unavoidable impurities;
wherein the proportions of alloying elements fall within the following ranges:
2.3% by mass ≤ C + Mo + 5V ≤ 3.7% by mass,
2.0 mass% ≤ Mn + Cr + Mo ≤ 3.0 mass%, and
2.7% by mass ≤ 2.16 Cr + Mo + 2.54V ≤ 4.0% by mass;
wherein, when a steel specimen austenitized from a central portion of the nitrocarburized steel free of an influence of the nitrocarburizing treatment at 1200 ° C for one hour and cooled to a room temperature such that a cooling rate at which the steel sample a temperature range between 900 and 300 ° C, equal to 0.5 ° C / s, the area percentage of a bainite structure in steel structures is equal to or greater than 80%, and a Vickers hardness measured at a cross-section equal to or greater than 260 Hv and is equal to or less than 330 Hv and
wherein the pin and the bearing shaft have a surface hardness of a nitrocarburized layer equal to or greater than 650 Hv, a formation depth of the nitrocarburized layer is equal to or greater than 0.3 mm, and a hardness of the central portion is equal to or greater than 340 Hv.

Ferner wird gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen der Kurbelwelle gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass
nachdem der Stahl warmgeschmiedet ist oder warmgeschmiedet und einer Lösungsbehandlung ausgesetzt ist, so dass er eine Form umfassend den Zapfen und das Lagerachsstück aufweist, und zwar bei einer Temperatur, die gleich oder größer als 900 °C und niedriger als ein Schmelzpunkt des Stahls ist, der Stahl so abgekühlt wird, dass die Abkühlungsrate des Zapfens und des Lagerachsstücks gleich oder höher als 0,3 °C/s und gleich oder niedriger als 2 °C/s ist, wodurch der Flächenprozentanteil der Bainit-Struktur in den Stahlstrukturen gleich oder größer ist als 80%, und
wobei anschließend der Zapfen und das Lagerachsstück einer spanabhebenden Behandlung unterzogen werden und dann die Oberfläche des Stahls einer Nitrocarburierungsbehandlung unterzogen wird.Further, according to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing the crankshaft according to the first aspect of the present invention, which is characterized in that:
after the steel is hot-forged or hot-forged and subjected to a solution treatment so as to have a shape comprising the pin and the bearing axis at a temperature equal to or higher than 900 ° C and lower than a melting point of the steel Steel is cooled so that the cooling rate of the pin and the bearing axis is equal to or higher than 0.3 ° C / s and equal to or lower than 2 ° C / s, whereby the area percentage of the bainite structure in the steel structures is equal to or greater than 80%, and
then, the pin and the bearing shaft are subjected to a machining treatment and then the surface of the steel is subjected to a nitrocarburizing treatment.

Die Kurbelwelle kann so ausgebildet sein, dass sie eine Struktur aufweist, bei welcher Kurbelarme, die in vorbestimmten Abständen in Richtung einer Rotationsachse angeordnet sind, abwechselnd durch Kurbelwellenachsstücke gekoppelt sind, so dass eine Mittelachse der Lagerachsstücke mit der Rotationsachse der Kurbelzapfen zusammenfällt, welche jeweils eine Mittelachse an einer Position aufweisen, die von der Rotationsachse in einer radialen Richtung in einem bestimmten Abstand entfernt liegt.The Crankshaft may be formed to have a structure, in which crank arms, which at predetermined intervals in Direction of a rotation axis are arranged, alternately through Kurbelwellenachsstücke are coupled, so that a central axis of Lagerachsstücke with the axis of rotation of the crank pin coincides, which each have a central axis have at a position that of the axis of rotation in one Radial direction is located at a certain distance away.

Die Kurbelwelle und das Kurbelwellen-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können die Härte des Materials vor der Nitrocarburierungsbehandlung reduzieren und eine hervorragende Bearbeitbarkeit sicherstellen. Zusätzlich sind sie in der Lage, eine hohe Oberflächenhärte durch die Nitrocarburierungsbehandlung zu erzielen und das Innere des Stahls durch die Hitzeaufrechterhaltung während der Nitrocarburierung zu härten. Daher können die Kurbelwelle und das Kurbelwellen-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auch eine exzellente Ermündungsfestigkeit zusätzlich zur exzellenten Bearbeitbarkeit gewährleisten.The Crankshaft and the crankshaft manufacturing method according to the present Invention can the hardness reduce the material before the nitrocarburizing treatment and to ensure excellent workability. In addition are they are able to have a high surface hardness through the nitrocarburizing treatment to achieve and the inside of the steel through the heat maintenance while to harden the nitrocarburizing. Therefore, you can the crankshaft and the crankshaft manufacturing method according to the present invention Invention also provides excellent resistance to marring in addition to ensure excellent workability.

Die Kurbelwelle gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet eine Stahlzusammensetzung, welche die Härte des Inneren des Stahls durch die Wärmeaufrechterhaltung während der Nitrocarburierung verbessern kann. Der Stahl enthält als wesentliche Legierungselemente Mo, V und Ti. Diese Elemente sind als. Karbidgeneratoren bekannt. In dem Stahl als Materialbestandteil der Kurbelwelle gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Zugabemengen dieser Elemente so eingestellt, dass die Elemente nicht nur als Karbidgeneratoren dienen, sondern als Steuerungselemente, die Strukturen einer Stahlmatrix steuern oder speziell die Bainit-Struktur steuern, wenn der Stahl nach dem Warmschmieden luftgekühlt wird, um die Form der Kurbelwelle zu erhalten.The Crankshaft according to the present The invention uses a steel composition which reduces the hardness of the Interior of the steel through the heat maintenance while the nitrocarburization can improve. The steel contains as essential Alloy elements Mo, V and Ti. These elements are called. Karbidgeneratoren known. In the steel as a material component of the crankshaft according to the present Invention, the addition amounts of these elements are adjusted that the elements not only serve as carbide generators, but as control elements that control structures of a steel matrix or specifically control the bainite structure when the steel after the Hot forging air-cooled is to get the shape of the crankshaft.

Durch die Hinzufügung von Mo, V und Ti kann eine sekundäre Ausscheidungshärtung durch die durch diese Elemente erzeugten Karbide erwartet werden, wenn der Stahl in der Nähe der Nitrocarburierungsbehandlungstemperatur gehalten wird. Wird jedoch ein Materialzustand vor der Nitrocarburierungsbehandlung in einen Zustand einer durch Abschrecken und Wärmebehandeln erzeugten martensitischen Struktur gebracht, so wird die Härte des Stahls im Materialzustand übermäßig vergrößert. Dies verschlechtert die Bearbeitbarkeit und verursacht oftmals Probleme aufgrund von Abschreckungsspannungen. Zusätzlich wird der Effekt der Verbesserung der Härte durch die Karbidausscheidung weniger deutlich erzielt und die Signifikanz des Hinzufügens der teueren Karbid-Ausscheidungselemente wird unklar. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Anteile an Mo, V und Ti geeignet eingestellt, wodurch der Materialzustand vor der Nitrocarburierung in einen Zustand einer Bainit-Struktur überführt wird. Verglichen mit der martensitischen Struktur ist die Bainit-Struktur von geringer Härte und es ist relativ einfach, einen Bearbeitungsvorgang einschließlich einer spanabhebenden Bearbeitung an der Bainit-Struktur durchzuführen. Im Ergebnis ist es möglich, die innere Härte durch die Nitrocarburierungsbehandlung ausreichend zu erhöhen und die Ermüdungsfestigkeit zu verbessern, während die gleiche hervorragende Bearbeitbarkeit wie bei der Vor-Nitrocarburierung gewährleistet ist. Indem ferner der Materialzustand in die Bainit-Struktur geändert wird, ist es möglich, die kontinuierliche Verbindung zwischen Schneidspänen zu unterdrücken und Probleme, wie etwa das Aufwickeln der Späne um das Werkzeug der spanabhebenden Bearbeitung zu einem Zeitpunkt der spanabhebenden Bearbeitung des Stahls in die Form der Kurbelwelle, effektiv zu unterdrücken.By the addition Mo, V and Ti may undergo secondary precipitation hardening the carbides produced by these elements are expected, if the steel nearby the nitrocarburizing treatment temperature is maintained. Becomes however, a material condition prior to the nitrocarburizing treatment in a state of martensitic heat generated by quenching and heat treatment Brought structure, so does the hardness of the steel in the material condition excessively increased. This degrades machinability and often causes problems due to quenching voltages. In addition, the effect of the Improvement of hardness achieved less by the carbide precipitation and the significance of adding The expensive carbide precipitation elements becomes unclear. According to the present Invention, the proportions of Mo, V and Ti are set appropriately, whereby the material state before the nitrocarburization in a state a bainite structure is transferred. Compared with the martensitic structure, the bainite structure of low hardness and it is relatively easy to do a editing operation including a perform machining on the bainite structure. In the result Is it possible, the inner hardness sufficiently increased by the nitrocarburizing treatment and the fatigue strength to improve while the same excellent machinability as pre-nitrocarburizing guaranteed is. Furthermore, by changing the material state into the bainite structure, Is it possible, to suppress the continuous connection between cutting chips and Problems such as winding the chips around the tool of the cutting Processing at a time of the machining of the Steel in the shape of the crankshaft, effectively suppress.

Ein Formstiel der Kurbelwelle wird durch Warmschmieden oder dergleichen hergestellt. Die Abkühlungsrate nach dem Warmschmieden variiert in Abhängigkeit von den Abmessungen und der Form der Kurbelwelle. Es ist bevorzugt, den Stahl so abzukühlen, dass die Bainit-Struktur in einem breiten Abkühlungsbereich erhalten werden kann. Die Stahlstrukturen des für die Kurbelwelle gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Stahls werden so eingestellt, dass der Flächenprozentanteil der Bainit-Struktur in den Stahlstrukturen vor der Nitrocarburierungsbehandlung gleich oder größer als 80% ist, sowie ferner so, dass die Härte gleich oder größer ist als 260 Hv und gleich oder kleiner ist als 330 Hv. Bei der Kurbelwelle, welche abschließend nitrocarburiert wurde, können die Strukturen vor der Nitrocarburierungsbehandlung jedoch nicht direkt spezifiziert werden. Andererseits ist als Ergebnis der Berechnung der Abkühlungsrate eines tatsächlichen Teils bestätigt worden, dass eine durchschnittliche Abkühlungsrate des Zapfens und des Lagerachsstücks bei Abkühlung des Materials nach dem Warmschmieden in den Bereich von 0,3 °C/s bis 2 °C/s fällt, was für den Erhalt einer ausreichenden Festigkeit notwendig ist. Daher wird eine Stahlprobe aus einem mittleren Abschnitt des nitrocarburierten Stahls, welcher frei vom Einfluss der Nitrocarburierungsbehandlung ist, extrahiert, bei 1200 °C für eine Stunde austenitisiert und so abgekühlt, dass die Abkühlungsrate, mit welcher die Stahlprobe den Temperaturbereich zwischen 900 und 300 °C durchläuft, 0,5° C/s beträgt. Dabei ist es, so lange der Flächenprozentanteil der Bainit-Struktur in den Stahlstrukturen gleich oder größer ist als 80% und die in einem Querschnitt gemessene Vickers-Härte gleich oder größer ist als 260 Hv und gleich oder kleiner ist als 330 Hv, möglich, den Prozentanteil der Bainit-Struktur und die Härte zu erzielen, welche im Wesentlichen auf gleichem Niveau liegen, wie diejenigen vor der Nitrocarburierungsbehandlung in den Kurbelwellen-Herstellungsschritten, einschließlich einem Schritt des Abkühlens des Stahls nach dem Warmschmieden des Stahls.One Shaped stem of the crankshaft is made by hot forging or the like produced. The cooling rate after hot forging varies depending on the dimensions and the shape of the crankshaft. It is preferable to cool the steel so that the bainite structure is obtained in a wide cooling range can. The steel structures of the the crankshaft according to the present Steel used in the invention are adjusted so that the area percentage the bainite structure in the steel structures prior to the nitrocarburization treatment equal to or greater than 80%, and further such that the hardness is equal to or greater than 260 Hv and equal to or less than 330 Hv. At the crankshaft, which finally nitrocarburized was, can however, the structures prior to the nitrocarburizing treatment are not be specified directly. On the other hand, as a result of the calculation the cooling rate an actual Partially confirmed been that an average cooling rate of the pin and of the bearing axis piece on cooling of the material after hot forging falls within the range of 0.3 ° C / s to 2 ° C / s, which for the Obtaining sufficient strength is necessary. Therefore, will a steel sample from a middle section of nitrocarburized Steel, which free from the influence of the nitrocarburizing treatment is, extracted, at 1200 ° C for one Austenitized and cooled so that the cooling rate, with which the steel sample the temperature range between 900 and 300 ° C, 0.5 ° C / s. there is it, as long as the area percentage the bainite structure in the steel structures is equal or greater than 80% and the Vickers hardness measured in a cross section is the same or larger than 260 Hv and equal to or less than 330 Hv, is possible Percentage of bainite structure and hardness to achieve in the Essentially at the same level as those before Nitrocarburizing treatment in the crankshaft manufacturing steps, including one Step of cooling of steel after hot forging of steel.

Gründe für die Beschränkungen der Stahlstrukturen und die numerischen Parameter, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, werden nun beschrieben.Reasons for the restrictions steel structures and the numerical parameters used in the present The invention will now be described.

„C mit einem Anteil gleich oder größer als 0,10 Masseprozent und gleich oder kleiner als 0,30 Masseprozent.""C with a share equal to or greater than 0.10 mass% and equal to or less than 0.30 mass%. "

C ist ein notwendiges Element, um die Festigkeit zu gewährleisten. Liegt der C-Anteil jedoch unterhalb 0,10 Masseprozent, so kann die Festigkeit nicht gewährleistet werden. Übersteigt der C-Anteil 0,30 Masseprozent, so wird die Härte des Materials vor der spanabhebenden Bearbeitung (das Material nach einer Warmschmiedebehandlung, einer Normalisierungsbehandlung oder einer Lösungsbehandlung) übermäßig erhöht. Dies verschlechtert die Bearbeitbarkeit durch spanabhebende Bearbeitung.C is a necessary element to ensure the strength. Is the C-share however, below 0.10 mass%, the strength can not guaranteed become. exceeds the C content is 0.30% by mass, so the hardness of the material before the cutting Machining (the material after a hot forging treatment, a Normalization treatment or a solution treatment) increased excessively. This deteriorates machinability by machining.

„Si mit einem Anteil gleich oder größer als 0,05 Masseprozent und gleich oder kleiner als 0,3 Masseprozent""Si with a share equal to or greater than 0.05% by mass and equal to or less than 0.3% by mass "

Si ist in dem Stahl als ein Element enthalten, das als Deoxidationsmittel während des Schmelzens des Stahls dient und der Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit dient. Liegt der Si-Anteil unterhalb von 0,05 Masseprozent, so können die gewünschten Effekte nicht erzielt werden. Wird eine große Menge von Si hinzugefügt, so dass der Si-Anteil 0,30 Masseprozent übersteigt, so wird der Grad an Nitrocarburierung des Stahls reduziert. Im Ergebnis kann eine vorbestimmte Oberflächenhärte nicht erzielt werden.Si is contained in the steel as an element that acts as a deoxidizer while the melting of the steel serves and the improvement of the fatigue strength serves. If the Si content is below 0.05 percent by mass, then the desired Effects can not be achieved. Is added a large amount of Si, so that the Si content exceeds 0.30 mass%, this reduces the degree of nitrocarburization of the steel. In the result can not have a predetermined surface hardness be achieved.

„Mn mit einem Anteil gleich oder größer als 0,3 Masseprozent und gleich oder kleiner als 1,5 Masseprozent""Mn with you a share equal to or greater than 0.3% by mass and equal to or less than 1.5% by mass "

Mn ist ein Element, welches eine wichtige Rolle in der vorliegenden Erfindung spielt und welches für die Erzeugung der Bainit-Struktur in den Materialstrukturen vor der Nitrocarburierungsbehandlung wesentlich ist. Speziell wird der Mn-Anteil nach Maßgabe der Cr- und Mo-Anteile eingestellt. Wenn der Mn-Anteil kleiner ist als 0,3 Masseprozent, so ist die Erzeugung der Bainit-Struktur instabil. Es ist daher notwendig, dass Mn mit einem Anteil gleich oder größer als 0,3 Masseprozent hinzuzufügen. Wird eine große Menge von Mn hinzugefügt, so dass der Mn-Anteil 1,5 Masseprozent übersteigt, so wird die Härte erhöht, gleichzeitig kann jedoch eine Zunahme der inneren Härte nach der Nitrocarburierungsbehandlung nicht erwartet werden.Mn is an element that plays an important role in the present Invention plays and which for the Generation of the bainite structure in the material structures before the Nitrocarburierungsbehandlung is essential. Specifically, the Mn content in accordance with the Cr and Mo shares set. When the Mn content is smaller than 0.3 mass%, the generation of the bainite structure is unstable. It is therefore necessary that Mn be equal to or greater than Add 0.3 mass percent. Will be a big one Amount of Mn added, so that the Mn content exceeds 1.5 mass%, the hardness is increased simultaneously however, may increase in internal hardness after the nitrocarburizing treatment can not be expected.

„Mo mit einem Anteil gleich oder größer als 0,8 Masseprozent und gleich oder kleiner als 2,0 Masseprozent"."Mo with a share equal to or greater than 0.8% by mass and equal to or less than 2.0% by mass ".

„V mit einem Anteil gleich oder größer als 0,1 Masseprozent und gleich oder kleiner als 0,5 Masseprozent"."V with a share equal to or greater than 0.1% by mass and equal to or less than 0.5% by mass ".

Mo und V sind Elemente, welche in der vorliegenden Erfindung eine wichtige Rolle spielen und welche hinzugefügt werden, um die innere Härte durch Erwärmen während der Nitrocarburierungsbehandlung zu steigern. Mo dient dazu, die innere Härte mit zunehmender Zugabemenge von Mo zu steigern. Ist der Mo-Anteil gleich oder kleiner als 0,8 Masseprozent, so kann der Effekt der Steigerung der Härte nicht wie beabsichtigt erzielt werden. Wird Mo so hinzugefügt, dass der Mo-Anteil 2,0 Masseprozent übersteigt, so kann eine Zunahme der inneren Härte erreicht werden. Eine Härte des Bainit in dem Materialzustand ist jedoch übermäßig hoch, wodurch die Bearbeitbarkeit verschlechtert wird. V dient dazu, V-Karbide abzuscheiden und die Materialhärte durch Luftkühlung nach dem Warmschmieden zu erhöhen. Zusätzlich dient V dazu, die innere Härte mit zunehmender Hinzugabemenge von V zu steigern. Ist der V-Anteil kleiner als 0,1 Masseprozent, so kann der Effekt der Zunahme der Härte nicht wie beabsichtigt erzielt werden. Wird V so hinzugefügt, dass der V-Anteil 0,5 Masseprozent übersteigt, so kann die Zunahme der inneren Härte erreicht werden. Die Härte des Bainit in dem Materialzustand ist jedoch übermäßig hoch, wodurch die Bearbeitbarkeit verschlechtert wird.Not a word and V are elements which are important in the present invention Play role and which are added to the inner hardness through Heat while to increase the nitrocarburizing treatment. Mo serves to the inner hardness to increase with increasing amount of Mo added. Is the Mo fraction the same? or less than 0.8% by mass, so the effect of the increase the hardness not be achieved as intended. Mo is added so that the Mo content exceeds 2.0% by mass, Thus, an increase in internal hardness can be achieved. A hardness of However, bainite in the material state is excessively high, which makes machinability is worsened. V is used to deposit V-carbides and material hardness through air cooling to increase after hot forging. additionally V serves to increase the inner hardness Increase increasing addition amount of V If the V component is smaller than 0.1 mass%, so the effect of increase of hardness can not as intended. Add V so that the V content exceeds 0.5% by mass, Thus, the increase in internal hardness can be achieved. The hardness of the However, bainite in the material state is excessively high, which makes machinability is worsened.

„Cr mit einem Anteil gleich oder größer als 0,1 Masseprozent und gleich oder kleiner als 1,0 Masseprozent""Cr with a share equal to or greater than 0.1% by mass and equal to or less than 1.0% by mass "

Cr ist ebenfalls ein Element, welches in der vorliegenden Erfindung eine wichtige Rolle spielt. Cr wird hinzugefügt, um die Oberflächenhärte nach der Nitrocarburierungsbehandlung zu stabilisieren und eine Härte zu erzielen, die gleich oder größer als 650 Hv ist. Ist der Cr-Anteil kleiner als 0,1 Masseprozent, so ist die Härte nach der Nitrocarburierungsbehandlung unzureichend gering. Wenn der Cr-Anteil 1,0 Masseprozent übersteigt, so ist die Wirkung gesättigt.
2,0 Masseprozent ≤ Mn + Cr + Mo ≤3,0 Masseprozent,
„2,3 Masseprozent ≤ C + Mo + 5V ≤ 3,7 Masseprozent, und
2,7 Masseprozent ≤ 2,16 Cr + Mo + 2,54V ≤ 4,0 Masseprozent".Cr is also an element which plays an important role in the present invention. Cr is added to stabilize the surface hardness after the nitrocarburizing treatment and to achieve a hardness equal to or greater than 650 Hv. If the Cr content is less than 0.1 mass%, the hardness after the nitrocarburizing treatment is insufficiently low. When the Cr content exceeds 1.0 mass%, the effect is saturated.
2.0 mass% ≤ Mn + Cr + Mo ≤ 3.0 mass%,
"2.3 mass% ≤ C + Mo + 5V ≤ 3.7 mass%, and
2.7% by mass ≤ 2.16 Cr + Mo + 2.54V ≤ 4.0% by mass ".

Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die innere Härte durch Wärmeaufrechterhaltung während der Nitrocarburierung gesteigert wird. Die Wirkung der Zunahme der inneren Härte kann jedoch selbst dann nicht im ausreichenden Maße erzeugt werden, wenn Mo und V (außerdem zusätzlich Ti und Nb als willkürlich hinzugefügte Elemente, welche später beschrieben werden) einfach als Karbidgeneratoren hinzugefügt werden. Die Sekundärabscheidung von Karbiden ist ein Phänomen, welches in einem Temperaturbereich um 600 °C herum beobachtet werden kann und normalerweise beim Abschrecken und Anlassen/Härten verwendet wird. Wird jedoch der Materialzustand in den Zustand der martensitischen Struktur geändert, wie dies beim Abschrecken und Anlassen/Härten geschieht, so ist es schwierig, die innere Härte durch Karbidabscheidung zu vergrößern, und eine Härte, die größer ist als die, die durch Abschrecken erhalten wird, lässt sich nicht erreichen.The present invention is characterized in that the inner Hardness through Heat maintenance while the nitrocarburization is increased. The effect of the increase in inner hardness however, it can not generate enough even then when Mo and V (besides additionally Ti and Nb as arbitrary added Elements, which later can be simply added as carbide generators. The secondary decision of carbides is a phenomenon which can be observed in a temperature range around 600 ° C around and normally used in quenching and tempering / tempering becomes. However, the material condition is in the state of martensitic Structure changed, as happens during quenching and tempering / tempering, so it is difficult the inner hardness by carbide deposition, and a hardness, which is bigger than that obtained by quenching can not be achieved.

Um diesen Nachteil zu beheben, ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der Materialzustand der Zustand der Bainit-Struktur ist. In diesem Materialzustand ist die Härte gering. Der Stahl wird im Temperaturbereich um 600 °C herum heiß gehalten, um eine Zunahme der inneren Härte zu ermöglichen und um eine größere Härte zu schaffen als in dem Materialzustand. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Zugabemengen der Legierungselemente so in Betracht gezogen, dass die Bainit-Struktur stabil erhalten werden kann, indem sie verschiedene Untersuchungen durchgeführt haben. Im Ergebnis entdeckten die Erfinder, dass die Anteile der Legierungselemente von Mn, Cr und Mo vorzugsweise die Beziehung erfüllen, die durch 2,0 Masseprozent ≤ Mn + Cr + Mo ≤ 3,0 Masseprozent gegeben ist. Der Formstiel der Kurbelwelle wird durch Warmschmieden oder dergleichen hergestellt. Die Abkühlungsrate nach dem Warmschmieden variiert nach Maßgabe der Abmessungen und der Form der Kurbelwelle. Bevorzugt ist es, den Stahl so abkühlen zu lassen, dass die Bainit-Struktur in einem breiten Abkühlungsbereich erhalten werden kann. Wie angegeben, fällt die durchschnittliche Kühlungsrate des Zapfens und des Lagerachsstücks beim Abkühlen des Materials nach dem Warmschmieden in die Form der Kurbelwelle in den Bereich von 0,3 °C/s und 2 °C/s, was für den Erhalt einer ausreichenden Festigkeit notwendig ist.Around to remedy this disadvantage is in accordance with the present invention provided that the material state of the state of bainite structure is. In this material condition, the hardness is low. The steel will in the temperature range around 600 ° C kept hot around, an increase in inner hardness to enable and to create a greater hardness as in the material state. The inventors of the present invention have considered adding amounts of the alloying elements so that the bainite structure can be stably obtained by have carried out various investigations. As a result, discovered the inventors that the proportions of the alloying elements of Mn, Cr and Mo preferably satisfy the relationship represented by 2.0 mass% ≤ Mn + Cr + Mo ≤ 3.0 Mass percent is given. The shape of the crankshaft is made by hot forging or the like. The cooling rate after hot forging varies as required the dimensions and the shape of the crankshaft. It is preferred cool the steel to let that bainite structure in a wide cooling area can be obtained. As indicated, the average cooling rate drops of the pin and the bearing axis piece on cooling of the material after hot forging into the shape of the crankshaft in the range of 0.3 ° C / s and 2 ° C / s, what kind of obtaining sufficient strength is necessary.

Im Ergebnis weiterer spezieller Studien entdeckten die Erfinder der vorliegenden Erfindung, das Folgende: Wenn eine Summe der Anteile von Mn, Cr und Mo auf einen Wert von weniger als 2,0 Masseprozent (2,0 Masseprozent > Mn + Cr + Mo) gesetzt wird, um die Bainit-Struktur in dem Verfahren des Warmschmiedens zu erhalten, so ist der Oberflächenprozent anteil der erzeugten Bainit-Struktur nicht größer als 80% und der Effekt der Zunahme der Härte durch das Warmschmieden kann nicht erwartet werden. Andererseits steht die Erzeugung der Bainit-Struktur im Verhältnis zum C-Anteil. Wenn die Summe der Anteile Mn, Cr und Mo größer ist als 3,0 Masseprozent (Mn + Cr + Mo > 3,0 Masseprozent), so wird die Härte des Materials übermäßig vergrößert, wodurch die Bearbeitbarkeit verschlechtert wird.in the Result of further special studies, the inventors discovered the present invention, the following: If a sum of the shares of Mn, Cr and Mo to less than 2.0 mass% (2.0 Mass percent> Mn + Cr + Mo) is set to the bainite structure in the process of hot forging, so is the surface percentage the generated bainite structure does not exceed 80% and the effect the increase in hardness Warmforging can not be expected. on the other hand the generation of the bainite structure is in proportion to the C content. If the sum of the shares Mn, Cr and Mo is bigger than 3.0% by mass (Mn + Cr + Mo> 3.0% by mass), the hardness of the Material excessively enlarged, causing the workability is deteriorated.

Um ferner die Härte durch Warmschmieden geeignet zu erhöhen, ist es notwendig, die durch 2,3 Masseprozent ≤ C + Mo + 5V ≤ 3,7 Masseprozent repräsentierte Beziehung zu erfüllen. Bei 2,3 Masseprozent > C + Mo + 5V ist die Ermöglichung des vergrößerten Maßes der Härte durch das Warmhalten unzureichend. Bei C + Mo + 5V > 3,7 Masseprozent wird die Härte des Materials übermäßig erhöht, wodurch die Bearbeitbarkeit verschlechtert wird. Um ferner die Oberflächenhärte durch Nitrocarburierung geeignet zu erhöhen, ist es notwendig, die durch 2,7 Masseprozent ≤ 2,16 Cr + Mo + 2,54V ≤ 4,0 Masseprozent repräsentierte Beziehung zu erfüllen. Bei 2,7 Masseprozent > 2,16 Cr + Mo + 2,54V ist die Ermöglichung für ein gesteigertes Maß der Härte durch die Nitrocarburierung unzureichend. Bei 2,16 Cr + Mo + 2,54V > 4,0 Masseprozent wird die Härte des Materials übermäßig erhöht, wodurch die Bearbeitbarkeit verschlechtert wird.Around furthermore the hardness to increase by hot forging suitable, it is necessary to increase the by 2.3% by mass ≤ C + Mo + 5V ≤ 3.7 Percent by mass represented To fulfill relationship. At 2.3% by mass> C + Mo + 5V is the possibility of the enlarged measure of Hardness through Keeping warm insufficient. For C + Mo + 5V> 3.7% by mass, the hardness of the Material excessively increased, causing the workability is deteriorated. To further the surface hardness through Nitrocarburization suitable to increase, it is necessary to increase the by 2.7% by mass ≤ 2.16 Cr + Mo + 2.54V ≤ 4.0 Percent by mass represented To fulfill relationship. At 2.7% by mass> 2.16 Cr + Mo + 2.54V is the possibility for a increased degree of hardness through the nitrocarburizing inadequate. At 2.16 Cr + Mo + 2.54V> 4.0% by mass the hardness of the Material excessively increased, causing the workability is deteriorated.

Der Flächenprozentanteil der Bainit-Struktur in den Stahlstrukturen wird auf einen Wert gleich oder größer als 80% gesetzt und die in einem Querschnitt gemessene Vickers-Härte wird auf einen Wert gleich oder größer als 260 Hv und gleich oder kleiner als 330 Hv gesetzt, und zwar aus den folgenden Gründen: Wie bereits angegeben, ist es notwendig, den Strukturzustand vor der Nitrocarburierung in den Zustand der Bainit-Struktur zu ändern, um so die innere Härte gleichzeitig mit der Nitrocarburierungsbehandlung zu vergrößern. Der Grund ist der folgende: Wenn der Stahl unter Beibehaltung des Temperaturbereichs um 600 °C herum, unabhängig von der Strukturform vor der Nitrocarburierung, erwärmt wird, so werden Karbide ausgeschieden. Um jedoch die Härte durch Ausscheidungshärtung deutlich zu vergrößern, ist es notwendig, die Struktur des Materialzustands in die Bainit-Struktur zu ändern. Nachdem ferner die dem Warmschmieden unterzogene Struktur durch Glühen oder dergleichen erweicht wird und bearbeitet wird, wird der Stahl erneut erhitzt und wieder abgekühlt, wodurch die Struktur eingestellt werden kann und die Härte eingestellt werden kann. Die Hinzufügung einer anderen Wärmebehandlung verursacht jedoch eine Kostenzunahme. Nebenbei wird durch Erhitzen und Abkühlen oxidierter Zunder erzeugt. Es ist daher bevorzugt, die Struktur auf eine vorbestimmte Struktur einzustellen und die Härte auf eine vorbestimmte Härte einzustellen, während der Stahl warmgeschmiedet wird. in diesem Fall wird der Stahl in einem Zustand nach dem Warmschmieden bearbeitet. Es ist daher notwendig, die Bearbeitbarkeit sicherzustellen. Im Hinblick auf den Ausgleich zwischen Bearbeitbarkeit und Festigkeit wird die Vickers-Härte auf einen Wert gleich oder größer als 260 Hv und gleich oder kleiner als 330 Hv gesetzt.The area percentage of the bainite structure in the steel structures is set to a value equal to or greater than 80%, and the Vickers hardness measured in a section is set to a value equal to or greater than 260 Hv and equal to or less than 330 Hv for the following reasons: As already stated, it is necessary to change the structure state before the nitrocarburizing to the state of the bainite structure so as to increase the inner hardness simultaneously with the nitrocarburizing treatment. The reason is as follows: When the steel is heated while maintaining the temperature range around 600 ° C, regardless of the structural form before the nitrocarburization, carbides are precipitated. However, to significantly increase the hardness by precipitation hardening, it is necessary to change the structure of the material state into the bainite structure. Further, after the hot forged structure is softened and processed by annealing or the like, the steel is reheated and cooled again, whereby the structure can be adjusted and the hardness can be adjusted. However, the addition of another heat treatment causes a cost increase. Incidentally, oxidized scale is generated by heating and cooling. It is therefore preferable to set the structure to a predetermined structure and to set the hardness to a predetermined hardness while hot-forging the steel. in this case, the steel is processed in a state after hot forging. It is therefore necessary to ensure machinability. In view of the balance between workability and strength, the Vickers hardness is set to a value equal to or greater than 260 Hv and equal to or less than 330 Hv.

Die Oberflächenhärte nach der Nitrocarburierungsbehandlung wird auf einen Wert gleich oder größer als 650 Hv gesetzt und eine Tiefe einer gesamten gehärteten Schicht wird auf einen Wert von gleich oder größer als 0,3 mm gesetzt und die Härte des mittleren Bereichs wird auf einen Wert von gleich oder größer als 330 Hv gesetzt, und zwar aus den folgenden Gründen: Da eine Biegebelastung und eine Torsionsbelastung wiederholt auf die Kurbelwelle einwirken, muss die Kurbelwelle eine hohe Biegeermüdungsfestigkeit und eine hohe Torsionsermüdungsfestigkeit aufweisen. Bei jeder der Ermüdungserscheinungen wirkt eine maximale Belastungsspannung auf eine oberste Oberfläche des Stahls. Es ist daher wichtig, die Härte der Oberflächenschicht zu erhöhen, um so die Ermüdungsfestigkeit zu verbessern. Die höhere Härte der Oberflächenschicht ist vorteilhafter. Es ist bestätigt, dass die Oberflächenhärte durch die Hinzufügung von Cr, Al und dergleichen in der Nitrocarburierungsbehandlung vergrößert wird. Werden diese Elemente hinzugefügt, so nimmt die Tiefe der gehärteten Schicht tendenziell ab. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben eine Festigkeitsbewertung unter Verwendung eines tatsächlichen Teils durchgeführt. Im Ergebnis wurde bestätigt, dass die Festigkeit selbst dann reduziert wird, wenn die Härte der Oberflächenschicht zunimmt, so lange die Tiefe der gehärteten Schicht gering ist. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben spezielle Studien des Gleichgewichts zwischen der optimalen Härte der Oberflächenschicht und der optimalen Tiefe der gehärteten Schicht durchgeführt, um ausreichend hohe Ermüdungsfestigkeiten sicherzustellen. Im Ergebnis entdeckten die Erfinder, dass es vorteilhaft ist, die Oberflächenschichthärte auf einen Wert zu setzen, der gleich oder größer als 650 Hv ist (und gleich oder kleiner als beispielsweise 950 Hv), die Tiefe der nitrocarburierten (gehärteten) Schicht auf einen Wert zu setzen, der gleich oder größer ist als 0,3 mm (und gleich oder kleiner als beispielsweise 1,5 mm), und die Härte des mittleren Bereichs auf einen Wert zu setzen, der gleich oder größer ist als 330 Hv (und gleich oder kleiner als beispielsweise 430 Hv).The Surface hardness after the nitrocarburizing treatment is equal to or equal to greater than 650 Hv set and a depth of an entire hardened layer is on one Value equal to or greater than 0.3 mm and the hardness the middle range is set to a value equal to or greater than 330 Hv set, for the following reasons: Because a bending load and a torsional load repeatedly acting on the crankshaft, the crankshaft must have a high bending fatigue strength and a high Torsionsermüdungsfestigkeit exhibit. For each of the signs of fatigue a maximum load stress acts on a topmost surface of the Steel. It is therefore important to know the hardness of the surface layer to increase, so the fatigue strength to improve. The higher one Hardness of Surface layer is more advantageous. It is confirmed that the surface hardness is through the addition of Cr, Al and the like in the nitrocarburizing treatment is increased. If these elements are added, so does the depth of the hardened Layer tends to decrease. The inventors of the present invention have a strength rating using an actual Partly done. As a result, it was confirmed that the strength is reduced even if the hardness of the surface layer increases as long as the depth of the hardened layer is low. The inventors of the present invention have special studies the balance between the optimum hardness of the surface layer and the optimal depth of the hardened Layer performed, sufficiently high fatigue strength sure. As a result, the inventors discovered that it was beneficial is the surface layer hardness set a value equal to or greater than 650 Hv (and equal or less than, for example, 950 Hv), the depth of nitrocarburized (Cured) Layer to a value that is equal or greater than 0.3 mm (and equal to or less than, for example, 1.5 mm), and the hardness the middle range to a value equal to or is larger as 330 Hv (and equal to or less than, for example, 430 Hv).

Der als Material für die Kurbelwelle gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Stahl kann ferner die folgenden Elemente enthalten.Of the as material for the crankshaft according to the present Steel used in the invention may further include the following elements.

„Nb mit einem Anteil gleich oder größer als 0,02 Masseprozent und gleich oder kleiner als 0,2 Masseprozent.""Nb with a share equal to or greater than 0.02% by mass and equal to or less than 0.2% by mass. "

„Ti mit einem Anteil gleich oder größer als 0,005 Masseprozent und gleich oder kleiner als 0,2 Masseprozent.""Ti with a share equal to or greater than 0.005% by mass and equal to or less than 0.2% by mass. "

Ähnlich wie Mo dient Nb und Ti dazu, durch die Wärmeaufrechterhaltung während der Nitrocarburierung Karbide abzuscheiden und dadurch die innere Härte zu vergrößern. Daher werden Nb und Ti dem Stahl hinzugefügt, wenn dies notwendig ist. Werden jedoch Nb und Ti hinzugefügt, so dass die Nb- und Ti-Anteile ihre jeweiligen oberen Grenzen überschreiten, so werden kristallisierte Substanzen von großer Größe in einem Schmiedeschritt bei der Herstellung des Stahls durch ein normales Verfahren erzeugt. Im Ergebnis können effektives Nb und Ti, die zu der Zunahme der inneren Härte beitragen, nicht erhalten werden. Es ist daher bevorzugt, jede der oberen Grenzen der Nb- und Ti-Anteile auf 0,2 Masseprozent zu setzen.Similar to Mo serves Nb and Ti by maintaining heat during the process Nitrocarburization carbides deposit and thereby increase the inner hardness. Therefore Nb and Ti are added to the steel if necessary. However, if Nb and Ti are added, such that the Nb and Ti contents exceed their respective upper limits, thus, crystallized substances of large size become in a forging step produced during the production of the steel by a normal process. As a result, you can effective Nb and Ti contributing to the increase in internal hardness can not be obtained. It is therefore preferable to each of the upper limits to set the Nb and Ti contents to 0.2% by mass.

„Al mit einem Anteil gleich oder größer als 0,003 Masseprozent und gleich oder kleiner als 0,1 Masseprozent.""Al with a share equal to or greater than 0.003 mass% and equal to or less than 0.1 mass%. "

Al kann hinzugefügt werden, um die Oberflächenhärte zu vergrößern. Ist der Al-Anteil jedoch kleiner als 0,003 Masseprozent, so kann der Effekt der Zunahme der Oberflächenhärte nicht deutlich erzielt werden. Wenn Al-Anteil vergrößert wird, so wird die Oberflächenhärte proportional vergrößert. Wird jedoch Al übermäßig hinzugefügt, so wird die Diffusion von Stickstoff in den Stahl während der Nitrocarburierungsbehandlung behindert und die gehärtete Schicht wird flacher ausgebildet. Es ist daher bevorzugt, die obere Grenze des Al-Anteils auf 0,1 Masseprozent zu setzen, so dass verhindert werden kann, dass der Al-Anteil einen negativen Einfluss auf die Tiefe der gehärteten Schicht nimmt, und so dass man von Al erwarten kann, dass es nur zur Vergrößerung der Oberflächenhärte dient.al can be added to increase the surface hardness. is the Al share, however smaller than 0.003% by mass, the effect of the increase in the Surface hardness not be achieved clearly. As Al content is increased, the surface hardness becomes proportional increased. Becomes however, Al is added excessively so will hinders the diffusion of nitrogen into the steel during the nitrocarburizing treatment and the hardened Layer is made shallower. It is therefore preferable to use the upper one Limit of Al content to 0.1 mass percent, so that prevents can be that the Al portion has a negative impact on the Depth of the hardened Layer takes, and so you can expect from Al just that to enlarge the Surface hardness serves.

„S mit einem Anteil gleich oder größer als 0,01 Masseprozent und gleich oder kleiner als 0,1 Masseprozent.""S with a share equal to or greater than 0.01% by mass and equal to or less than 0.1% by mass. "

„Ca mit einem Anteil gleich oder größer als 0,0010 Masseprozent und gleich oder kleiner als 0,010 Masseprozent.""Ca with a share equal to or greater than 0.0010% by mass and equal to or less than 0.010% by mass. "

S und Ca sind Elemente, welche zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit bei der Bearbeitung des Stahls verwendet werden. Durch Verteilung von MnS, Ca-Oxid und Ca-Sulfid in dem Stahl wird die Bearbeitbarkeit verbessert. Wenn die S- und Ca-Anteile niedriger sind als ihre jeweiligen unteren Grenzen, so kann der Effekt der Verbesserung der Bearbeitbarkeit nicht deutlich erreicht werden. Wenn sie ihre jeweiligen oberen Grenzen überschreiten, so wird eine Belastbarkeit des Stahls verschlechtert.S and Ca are elements which improve machinability used in the machining of the steel. By distribution of MnS, Ca oxide and Ca sulfide in the steel, workability is improved. If the S and Ca contents are lower than their respective lower limits, so The effect of improving machinability can not be seen clearly be achieved. When they exceed their respective upper limits, Thus, a load capacity of the steel is deteriorated.

Der als Material für die Kurbelwelle gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Stahl kann andere Elemente als die oben angegebenen wesentlichen Komponenten, wie etwa Cu, Ni, P und O innerhalb eines Bereichs enthalten, in welchem die Effekte der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt werden. Cu und Ni, deren Anteile ungefähr 0,10 Masseprozent betragen, können möglicherweise in den Stahl als unvermeidbare Verunreinigungen durch Schrott/Abfall oder dergleichen eingemischt sein. P und O sind Elemente, welche möglicherweise als unvermeidbare Verunreinigungen, erzeugt bei einem Stahlherstellungsprozess, in den Stahl eingemischt sein können. Da P die Belastbarkeit des Stahls verschlechtert, ist ein P-Anteil vorzugsweise auf einen Wert gleich oder kleiner als 0,0030 Masseprozent gesetzt.Of the as material for the crankshaft according to the present Steel used in the invention may have elements other than those specified above essential components such as Cu, Ni, P and O within a range in which the effects of the present invention do not exist impaired become. Cu and Ni, the proportions of which are approximately 0.10% by mass, can possibly into the steel as unavoidable contamination by scrap / waste or the like may be mixed. P and O are elements that possibly as unavoidable impurities generated in a steelmaking process, can be mixed in the steel. Since P degrades the strength of the steel, it is a P component preferably to a value equal to or less than 0.0030 mass% set.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of drawings

1 ist eine Frontansicht eines Beispiels einer Kurbelwelle gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 FIG. 10 is a front view of an example of a crankshaft according to the present invention. FIG.

Beschreibung der vorliegenden ErfindungDescription of the present invention

1 ist eine Frontansicht eines Beispiels einer Kurbelwelle gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Kurbelwelle 1 ist so ausgebildet, dass Kurbelarme 2, welche in vorbestimmten Abständen in einer Richtung einer Rotationsachse O angeordnet sind, abwechselnd durch ein Kurbelwellenachsstück 4, das so angeordnet ist, dass eine Mittelachse des Lagerachsstücks 4 mit der Rotationsachse O zusammenfällt, und durch Kurbelzapfen 5, welche jeweils eine Mittelachse an einer Position aufweisen, die um einen vorbestimmten Abstand von der Rotationsachse O entfernt liegt, gekoppelt sind. ein Loch 8 für die Einführung von Öl ist in jedem Kurbelzapfen 5 ausgebildet. Die beiden Kurbelarme bilden einen Proximalflächenbildungsabschnitt, in welchem eine Oberfläche eines jeden Kurbelarms 2, dessen Oberfläche dem benachbarten Kurbelarm 2 zugewandt ist, eine flache proximale Oberfläche 2a ist. Eine Ausrundung 7, deren Außendurchmesser mit Annäherung an die Seite der proximalen Oberfläche 2a allmählich zunimmt, ist an einem vorstehenden proximalen Ende des Kurbelwellenachsstücks 4 und des Kurbelzapfens 5 ausgebildet (ein achsartiger Abschnitt). Das vorstehende proximale Ende ist konkav, so dass eine Spannung sich tendenziell dort konzentriert. Durch Ausbilden der Ausrundung 7 wird die Konzentration der Spannung jedoch abgebaut und eine Biegesteifigkeit der Kurbelwelle 1 kann erhöht werden. 1 FIG. 10 is a front view of an example of a crankshaft according to the present invention. FIG. The crankshaft 1 is designed so that crank arms 2 which are arranged at predetermined intervals in a direction of a rotation axis O, alternately through a crankshaft axis piece 4 , which is arranged so that a central axis of the bearing axis piece 4 coincides with the axis of rotation O, and by crank pin 5 each having a center axis at a position which is a predetermined distance away from the rotation axis O are coupled. a hole 8th for the introduction of oil is in every crankpin 5 educated. The two crank arms form a proximal surface forming portion in which a surface of each crank arm 2 whose surface is the adjacent crank arm 2 facing, a flat proximal surface 2a is. A rounding off 7 whose outer diameter approximates the side of the proximal surface 2a is gradually increasing is at a projecting proximal end of the Kurbelwellenachsstücks 4 and the crankpin 5 formed (an achsartiger section). The protruding proximal end is concave so that stress tends to concentrate there. By forming the fillet 7 However, the concentration of tension is reduced and a flexural rigidity of the crankshaft 1 can be increased.

Jedes Kurbelwellenachsstück 4 und jeder Kurbelzapfen 5 ist als Achse mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet. Nachdem der die oben angegebene Zusammensetzung aufweisende Stahl warmgeschmiedet ist, wird eine nitrocarburierte Schicht auf einem gesamten äußeren Umfang des Stahls ausgebildet. Die so gestaltete Kurbelwelle 1 wird wie folgt hergestellt: Material wird geschmolzen, gegossen und in Blöcke unterteilt, um den Stahl zu erhalten, der die bereits oben im Detail beschriebene Zusammensetzung aufweist. Anschließend wird der unterteilte Stahlblock warmgeschmiedet und dann luftgekühlt. Beim Luftkühlen liegt eine Abkühlungsrate an dem Kurbelwellenachsstück 4 und dem Kurbelzapfen 5 innerhalb des Bereichs zwischen 0,3 °C/s und 2 °C/s. Durch Verwenden der Zusammensetzung in dem Stahl vor der Nitrocarburierung ist ein Flächenprozentanteil von Bainit in den Strukturen vor der Nitrocarburierung gleich oder größer als 80% und eine Härte des Stahls ist gleich oder größer als 260 Hv sowie gleich oder kleiner als 330 Hv. Da die Strukturen hauptsächlich aus der Bainit-Struktur aufgebaut sind, kann der Stahl auf einfache Weise in die Kurbelwellenform durch spanabhebende Bearbeitung bearbeitet werden. Nach der spanabhebenden Bearbeitung wird das erhaltene Element in einer Ammoniakgasatmosphäre nitrocarburiert. Die Nitrocarburierungsbehandlung wird bei einer Temperatur durchgeführt, die gleich oder größer ist als 550 °C und gleich oder kleiner ist als 700°C (z.B. bei 600 °C). Da ein Inneres des Stahls die Bainit-Struktur ist, werden feine Karbide während der Nitrocarburierungsbehandlung deutlich ausgeschieden, im Unterschied zu einer abgeschrägten Struktur, die aus einer martensitischen Struktur aufgebaut ist, wodurch die Festigkeit des Inneren des Stahls verbessert wird. Eine Oberflächenhärte des nitrocarburierten Stahls ist auf einen Wert gleich oder größer als 650 Hv gesetzt, eine Tiefe einer gesamten gehärteten Schicht ist auf einen Wert gleich oder größer als 0,3 mm gesetzt und eine Härte eines mittleren Abschnitts des Stahls ist auf einen Wert gleich oder größer als 340 Hv gesetzt. Anschließend wird die gut bekannte Kaltrichtbehandlung unter Verwendung einer Richtwalze oder dergleichen an dem Stahl durchgeführt, um Deformationen, Spannungen oder dergleichen des Stahls, die durch die Nitrocarburierungsbehandlung erzeugt wurden, zu korrigieren.Each crankshaft axle piece 4 and every crankpin 5 is formed as an axis with a circular cross-section. After the steel having the above composition is hot-forged, a nitrocarburized layer is formed on an entire outer circumference of the steel. The crankshaft designed in this way 1 is prepared as follows: Material is melted, cast and divided into blocks to obtain the steel having the composition already described in detail above. Subsequently, the divided steel block is hot forged and then air cooled. In air cooling, a cooling rate is at the crankshaft axis piece 4 and the crankpin 5 within the range between 0.3 ° C / s and 2 ° C / s. By using the composition in the steel before nitrocarburizing, an area percentage of bainite in the structures before nitrocarburizing is equal to or greater than 80% and a hardness of the steel is equal to or greater than 260 Hv and equal to or less than 330 Hv. Since the structures are mainly composed of the bainite structure, the steel can be easily machined into the crankshaft shape by machining. After machining, the resulting element is nitrocarburized in an ammonia gas atmosphere. The nitrocarburizing treatment is carried out at a temperature equal to or greater than 550 ° C and equal to or less than 700 ° C (eg at 600 ° C). Since an inside of the steel is the bainite structure, fine carbides are clearly precipitated during the nitrocarburizing treatment, unlike a chamfered structure composed of a martensitic structure, whereby the strength of the inside of the steel is improved. A surface hardness of the nitrocarburized steel is set to a value equal to or greater than 650 Hv, a depth of an entire hardened layer is set to a value equal to or greater than 0.3 mm, and a hardness of a central portion of the steel is equal to or equal to set greater than 340 Hv. Subsequently, the well-known cold-straightening treatment is performed on the steel using a straightening roller or the like to correct deformations, strains or the like of the steel produced by the nitrocarburizing treatment.

Ein Ergebnis eines Experiments, welches ausgeführt wurde, um die Effekte der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, wird beschrieben.One Result of an experiment which was carried out to study the effects of to confirm the present invention is described.

Ein Stahl mit einer in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigten chemischen Zusammensetzung wird in einem Fünftonnen-Lichtbogenofen oder einem 150-Kilogramm-Hochfrequenz-Vakuuminduktions-Ofen geschmolzen. Ein resultierender Rohstahlblock wird in eine runde Stange mit einem Durchmesser von 90 mm gewalzt oder geschmiedet.One Steel having a chemical shown in Table 1 below Composition is in a five-tonne arc furnace or a 150 kilogram high frequency vacuum induction furnace melted. A resulting crude steel block turns into a round Rod with a diameter of 90 mm rolled or forged.

Tabelle 1

Table 1

Um die fundamentalen Eigenschaften des für die Kurbelwelle gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Stahls zu erhalten, wird die runde 90-mm-Stange in eine runde Stange geschmiedet, welche einen Durchmesser von 45 mm aufweist. Die runde 45-mm-Stange wird so spanabhebend bearbeitet, dass sie eine Länge von 250 mm aufweist, in einen Atmosphärenofen eingeführt, erhitzt und für 60 Minuten bei 900 °C gehalten. Die erhaltene Stange wird auf Zimmertemperatur mit einer Abkühlungsrate von 0,5 °C/s abgekühlt, wodurch der Stahl für eine Bewertung bereitgestellt wird. In einem normalen Kurbelwellen-Herstellungsprozess wird der Stahl oftmals in einem Zustand verwendet, in welchem der Stahl warmgeschmiedet ist. Im Hinblick auf die Minimierung von Unregelmäßigkeiten während des Schmiedens wird in diesem Beispiel zusätzlich eine Normalisierungsbehandlung durchgeführt. Da bestätigt wurde, dass ein Durchmesser eines jeden der Kurbelzapfen und der Kurbelwellenachsstücke der Kurbelwelle innerhalb des Bereichs zwischen 40 mm und 50 mm liegt, liegt die Abkühlungsrate beim Luftkühlen des Stahls nach dem Warmschmieden innerhalb des Bereichs zwischen 0,4 °C/s und 0,7 °C/s, wobei eine Abkühlungsrate während der Normalisierungsbehandlung so gesteuert wird, dass sie in den gleichen Bereich fällt.In order to obtain the fundamental characteristics of the steel used for the crankshaft according to the present invention, the round 90 mm bar is forged into a round bar having a diameter of 45 mm. The round 45 mm rod is machined so that it has a Length of 250 mm, introduced into an atmosphere oven, heated and kept at 900 ° C for 60 minutes. The obtained bar is cooled to room temperature at a cooling rate of 0.5 ° C / sec, thereby providing the steel for evaluation. In a normal crankshaft manufacturing process, the steel is often used in a state in which the steel is hot-forged. With a view to minimizing irregularities during forging, a normalization treatment is additionally performed in this example. Since it has been confirmed that a diameter of each of the crank pins and crankshaft crankshafts is within the range of 40 mm to 50 mm, the cooling rate of air cooling of the steel after hot forging is within the range of 0.4 ° C / s to 0 , 7 ° C / s, wherein a cooling rate during the normalizing treatment is controlled to fall within the same range.

Als nächstes werden eine Härte eines Querschnitts des mittleren Abschnitts der runden Stange mit dem Durchmesser von 45 mm und der Länge von 250 mm an fünf Punkten, die sich 10 mm unterhalb der Oberflächenschicht befinden, unter Verwendung eines Vickers-Härtemessgeräts gemessen. Zusätzlich werden an den gleichen Stellen Stahlstrukturen beobachtet und der Oberflächenprozentanteil der Bainit-Struktur wird durch eine Bildanalysiervorrichtung berechnet. Da der als Material für die Kurbelwelle gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Stahl dafür vorgesehen ist, die Ermüdungsfestigkeit zu verbessern und die hohe Bearbeitbarkeit beizubehalten, wird eine Bearbeitbarkeit der runden 45-mm-Stange bewertet. Um die Bearbeitbarkeit zu bewerten, wird eine Tiefbohr-Bearbeitbarkeit der runden Stange bewertet, um die Bearbeitung des Öllochs zu simulieren, was als wichtigster Teil der Bearbeitung der Kurbelwelle angesehen wird. Eine Tiefbohrbearbeitung wird bewertet, indem als Bearbeitbarkeitsindex die Anzahl an gebohrten Löchern gesetzt wird, bis die runde Stange nicht spanabhebend bearbeitet werden kann, da ein unnormales Geräusch erzeugt wird oder ein Werkzeug für die spanabhebende Bearbeitung bricht oder beschädigt wird. Die Bedingungen der spanabhebenden Bearbeitung sind die folgenden: Ein zementierter Karbidbohrer mit einem Durchmesser von 6 mm, die Schneidegeschwindigkeit beträgt 150 m/min, der Vorschub beträgt 0,04 mm/Umdrehung und die Lochtiefe beträgt 60 mm. Die experimentellen Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.When next become a hardness a cross section of the central portion of the round bar with the Diameter of 45 mm and the length from 250 mm to five Points that are 10 mm below the surface layer below Using a Vickers hardness tester. additionally steel structures are observed in the same places and the Surface percentage The bainite structure is calculated by an image analyzer. Because of as material for the crankshaft according to the present invention used steel for it is provided, the fatigue strength to improve and maintain the high workability becomes one Machinability of the round 45 mm rod rated. To the machinability is to evaluate a deep hole machinability of the round bar evaluated to simulate the machining of the oil hole, what as important part of the machining of the crankshaft is considered. Deep hole drilling is evaluated by using the machinability index the number of holes drilled is set until the round bar is not machined can be because an abnormal noise is generated or a Tool for the machining is broken or damaged. The conditions the machining are the following: A cemented Carbide drills with a diameter of 6 mm, the cutting speed is 150 m / min, the feed rate is 0.04 mm / rev and the hole depth is 60 mm. The experimental Results are shown in Table 1.

Anschließend werden die Härtungscharakteristiken und die Ermüdungsfestigkeit des nitrocarburierten Stahls bewertet. Teststücke mit einem Durchmesser von 15 mm und einer Länge von 210 mm werden aus der runden Stange extrahiert, die den Durchmesser von 45 mm und die Länge von 250 mm aufweist, wie sie durch die Bearbeitung erhalten wurden. ferner wurden Dreh-Biege-Ermüdungsteststücke vom Ono-Typ hergestellt, welche jeweils eine Kerbe aufwiesen, die durch die Bearbeitung gebildet wurde. Die Kerbe ist in einem mittleren Abschnitt eines jeden der Teststücke ausgebildet, so dass sie einen Kerbenboden von 1R aufweist, einen Kerbenbodendurchmesser von 8 mm und einen Spannungskonzentrationsfaktor (α) von ungefähr 1,8. Diese Dreh-Biege-Ermüdungsteststücke vom Ono-Typ wurden in einen Gas-Nitrocarburierungsofen eingebracht, der für die Massenproduktion eingesetzt wird, und bei 600 °C für 120 Minuten nitrocarburiert. Für jedes Teststück wurden die innere Härte des Stücks vor der Nitrocarburierung (an einer mittleren Position eines Querschnitts jedes Teststücks), die Oberflächenschichthärte nach der Nitrocarburierung, die Tiefe der gesamten gehärteten Schicht und die innere Härte durch das Vickers-Härtemessgerät gemessen. Für die runde Stange wurden Proben für die mikroskopische Beobachtung hergestellt, Strukturen wurden durch ein Ein-Masseprozent-Nital-Ätzungsreagenz korrodiert und die resultierenden Strukturen wurden durch ein Mikroskop beobachtet. Ein durchschnittlicher Flächenprozentanteil der Bainit-Struktur in fünf Sichtfeldern eine optischen Mikroskops (eine Abmessung jedes Sichtfeldes von 1,0 × 1,5mm) wurde durch eine Bildanalysiervorrichtung berechnet. Der so berechnete durchschnittliche Flächenprozentanteil der Bainit-Struktur fällt im Wesentlichen mit einem Flächenprozentanteil der Bainit-Struktur in den Stahlstrukturen zusammen, wenn ein kleines Teststück mit den Abmessungen von 10 × 10 × 70 mm aus dem mittleren Abschnitt der nitrocarburierten runden Stange, welcher frei vom Einfluss der Nitrocarburierung ist, geschnitten wird, bei 1200°C für eine Stunde austenitisiert wird und so abgekühlt wird, dass die Abkühlungsrate, bei welcher die Probe einen Temperaturbereich zwischen 900 und 300 °C durchläuft, 0,5 ° C/s beträgt. Ferner wurde eine wiederholte Beanspruchung, bei welcher jedes Teststück 10⁷ Mal nicht gebrochen ist, als Ermüdungsgrenze durch ein Dreh-Biege-Ermüdungstestgerät vom Ono-Typ gemessen. Das Ergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt. Die Kurbelwelle, welche die Anforderungen der vorliegenden Erfindung erfüllt, weist demnach nicht nur eine exzellente Bearbeitbarkeit und eine hohe Ermüdungsfestigkeit auf, obwohl die Oberfläche des Stahls der Nitrocarburierungsbehandlung unterzogen wurde.Subsequently, the curing characteristics and the fatigue strength of the nitrocarburized steel are evaluated. Test pieces having a diameter of 15 mm and a length of 210 mm are extracted from the round bar, which has the diameter of 45 mm and the length of 250 mm, as obtained by the processing. Further, Ono-type rotary bending fatigue test pieces each having a notch formed by machining were produced. The notch is formed in a central portion of each of the test pieces so as to have a notch bottom of 1R, a notch bottom diameter of 8 mm, and a stress concentration factor (α) of about 1.8. These Ono-type rotary bending fatigue tests were placed in a gas nitrocarburizing furnace used for mass production and nitrocarburized at 600 ° C for 120 minutes. For each test piece, the inner hardness of the piece before nitrocarburizing (at a middle position of a cross section of each test piece), the surface layer hardness after nitrocarburizing, the depth of the entire hardened layer and the inner hardness were measured by the Vickers hardness meter. Samples for microscopic observation were prepared for the round bar, structures were corroded by a one-mass percent Nital etch reagent and the resulting structures were observed through a microscope. An average area percentage of the bainite structure in five fields of view of an optical microscope (a dimension of each field of view of 1.0 x 1.5 mm) was calculated by an image analyzer. The average area percentage of the bainite structure thus calculated substantially coincides with an area percentage of the bainite structure in the steel structures when a small test piece having the dimensions of 10 × 10 × 70 mm emerges from the middle section of the nitrocarburized round bar Influence of the nitrocarburizing is cut, austenitized at 1200 ° C for one hour and cooled so that the cooling rate at which the sample passes through a temperature range between 900 and 300 ° C, 0.5 ° C / s. Further, a repeated stress, in which each test piece 10 is not broken ⁷ times, was measured as a fatigue limit by an Ono type rotary bending fatigue tester. The result is shown in Table 1. Accordingly, the crankshaft satisfying the requirements of the present invention not only has excellent machinability and high fatigue strength, although the surface of the steel has been subjected to the nitrocarburizing treatment.

Eine Oberfläche eines Stahls als Material für eine Kurbelwelle wird nitrocarburiert. Der Stahl enthält als Legierungselemente C mit einem Anteil gleich oder größer als 0,10 Masseprozent sowie gleich oder kleiner als 0,30 Masseprozent, Silizium mit einem Anteil gleich oder größer als 0,5 Masseprozent und gleich oder kleiner als 0,3 Masseprozent, Mn mit einem Anteil gleich oder größer als 0,3 Masseprozent und gleich oder kleiner als 1,5 Masseprozent, Mo mit einem Anteil gleich oder größer als 0,8 Masseprozent und gleich oder kleiner als 2,0 Masseprozent, Cr mit einem Anteil gleich oder größer als 0,1 Masseprozent und gleich oder kleiner als 1,0 Masseprozent sowie V mit einem Anteil gleich oder größer als 0,1 Masseprozent und gleich oder kleiner als 0,5 Masseprozent, wobei der Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen zusammengesetzt ist. Die Anteile der Legierungselemente fallen in die Bereiche: 2,0 Masseprozent ≤ Mn + Cr + Mo ≤ 3,0 Masseprozent, 2,3 Masseprozent ≤ C + Mo + 5V ≤ 3,7 Masseprozent, und 2,7 Masseprozent ≤ 2,16 Cr + Mo + 2,54V ≤ 4,0 Masseprozent. Wird eine aus einem mittleren Abschnitt des nitrocarburierten Stahls, welcher frei vom Einfluss der Nitrocarburierungsbehandlung ist, extrahierte Stahlprobe bei 1200 °C für eine Stunde austenitisiert sowie auf Zimmertemperatur so abgekühlt, dass eine Abkühlungsrate, mit welcher die Stahlprobe einen Temperaturbereich zwischen 900 °C und 300 °C durchläuft, 0,5 °C/s beträgt, so beträgt ein Flächenprozentanteil einer Bainit-Struktur in den Stahlstrukturen 80% oder mehr und eine an einem Querschnitt gemessene Vickers-Härte beträgt 260 Hv oder mehr sowie 330 Hv oder weniger. Eine Oberflächenhärte einer nitrocarburierten Schicht beträgt 650 Hv oder mehr, eine Ausbildungstiefe der nitrocarburierten Schicht beträgt 0,3 mm oder mehr und eine Härte des mittleren Bereichs beträgt 340 Hv oder mehr. Dadurch wird eine Kurbelwelle bereitgestellt, welche sowohl eine exzellente Bearbeitbarkeit als auch eine exzellente Ermüdungsfestigkeit aufweist, und zwar selbst nach einer Nitrocarburierungsbehandlung der Oberfläche.A surface of a steel as a material for a crankshaft is nitrocarburized. The steel contains, as alloying elements, C of an amount equal to or greater than 0.10% by mass and equal to or less than 0.30% by mass, silicon of an amount equal to or greater than 0.5% by mass and equal to or less than 0.3% by mass, Mn with a content equal to or greater than 0.3% by mass and equal to or less than 1.5% by mass, Mo with a content equal to or greater than 0.8% by mass and equal to or less than 2.0% by mass, Cr having a content equal to or greater than as 0.1% by mass and equal to or less than 1.0 Mass percentage and V in a proportion equal to or greater than 0.1 mass% and equal to or less than 0.5 mass%, the remainder being composed of iron and unavoidable impurities. The proportions of the alloying elements fall within the ranges of 2.0 mass% ≦ Mn + Cr + Mo ≦ 3.0 mass%, 2.3 mass% ≦ C + Mo + 5V ≦ 3.7 mass%, and 2.7 mass% ≦ 2.16 Cr + Mo + 2.54V ≤ 4.0% by mass. When a steel specimen extracted from a central portion of the nitrocarburized steel which is free from the influence of the nitrocarburizing treatment is austenitized at 1200 ° C for one hour and cooled to room temperature, a cooling rate at which the steel specimen has a temperature range between 900 ° C and 300 ° ° C, 0.5 ° C / s, an area percentage of a bainite structure in the steel structures is 80% or more, and a Vickers hardness measured at a cross section is 260 Hv or more and 330 Hv or less. A surface hardness of a nitrocarburized layer is 650 Hv or more, a formation depth of the nitrocarburized layer is 0.3 mm or more, and a hardness of the middle region is 340 Hv or more. Thereby, a crankshaft is provided which has both excellent workability and excellent fatigue strength even after a surface surface nitrocarburizing treatment.

Claims

Crankshaft, which is constructed from a steel that has a surface subjected to nitrocarburizing treatment, full: a pin; and a bearing axis, wherein of the Steel as alloying elements contains: C with a share equal to or greater than 0.10 mass% and equal to or less than 0.30 mass%, Si with a share equal to or greater than 0.05% by mass and equal to or less than 0.3% by mass, Mn with a share equal to or greater than 0.3% by mass and equal to or less than 1.5% by mass, Not a word with a share equal to or greater than 0.8% by mass and equal to or less than 2.0% by mass, Cr with a share equal to or greater than 0.1 mass% and equal to or less than 1.0 mass% and V with a share equal to or greater than 0.1% by mass and equal to or less than 0.5% by mass, wherein the remainder being composed of iron and unavoidable impurities is; wherein the proportions of the alloying elements in the following Areas fall: 2.3% by mass ≤ C + Mo + 5V ≤ 3.7% by mass, 2.0 mass% ≤ Mn + Cr + Mo ≤ 3.0 Mass percent, and 2.7% by mass ≤ 2.16 Cr + Mo + 2.54V ≤ 4.0% by mass; in which then, if a steel sample, from a middle section of the nitrocarburized steel, free of any influence of the nitrocarburizing treatment is at 1200 ° C for one Is austenitized and so cooled to a room temperature that a cooling rate, in which the steel sample has a temperature range between 900 and 300 ° C goes through equal to 0.5 ° C / s is, the area percentage a bainite structure in steel structures equal to or greater than 80% and a Vickers hardness measured on a cross section is the same or greater than 260 Hv and is equal to or less than 330 Hv and the Spigot and the bearing axis piece a surface hardness of a Having nitrocarburized layer which is equal to or greater as 650 Hv, a formation depth of the nitrocarburized layer is the same or greater than 0.3 mm and a hardness of the middle section is equal to or greater than 340 Hv.

Crankshaft according to claim 1, wherein a proportion of Pb is 0.03 mass% or less.

Crankshaft according to claim 1 or 2, wherein the steel contains one or more of the following elements: Nb with a share equal to or greater than 0.02% by mass and equal to or less than 0.2% by mass, Ti with a share equal to or greater than 0.005 mass% and equal to or less than 0.2 mass% and al with a share equal to or greater than 0.003 mass% and equal to or less than 0.1 mass%.

Crankshaft according to any one of claims 1 to 3, wherein the steel contains one or both of the following elements: S with a share equal to or greater than 0.01 mass% and equal to or less than 0.1 mass% and Ca with a share equal to or greater than 0.0010% by mass and equal to or less than 0.010% by mass.

A method of manufacturing a crankshaft according to any one of claims 1 to 4, wherein after the steel is hot-forged or hot-forged and subjected to a solution treatment is so that it has a shape comprising the pin and the bearing axis, at a temperature equal to or greater than 900 ° C and lower than a melting point of the steel, the steel is cooled so that the cooling rate of the pin and of the bearing axis is equal to or greater than 0.3 ° C / s and equal to or less than 2 ° C / s, whereby the area percentage of the bainite structure in the steel structures is equal to or greater than 80%, and then the pin and the Lagerachsstück be subjected to a machining treatment and further subjected to the surface of the steel of a Nitrocarburierungsbehandlung.