DE19549094A1

DE19549094A1 - Hochfeste legierte Stahlzusammensetzung für Spiralfedern

Info

Publication number: DE19549094A1
Application number: DE19549094A
Authority: DE
Inventors: Hyeong Oh Ban
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 1995-10-17
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 1997-04-24
Also published as: KR970021353A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine legierte Stahlzusammen setzung bzw. Legierungsstahlzusammensetzung und insbesondere eine legierte Stahlzusammensetzung, die sich zur Herstellung von superleich ten und hochfesten Aufhängungs-Spiralfedern bzw.-Bandfedern für Kraftfahrzeuge eignet.

Repräsentative Beispiele typischer legierter Stähle für Spiralfedern von Kraftfahrzeug-Aufhängungen sind SAE 9254 und SUP 7, welche eine Härte (HRC) von etwa 51-52 und eine Festigkeit (zulässige Beanspruchung bzw. Spannung) von etwa 980 N/mm² (100 kgf/mm²) aufweisen.

Bei Verringerung der Nachglüh- bzw. Anlaßtemperatur, um die Festigkeit (zulässige Beanspruchung) der obigen typischen legierten Stähle zu erhö hen, erhöht sich die Härte der resultierenden legierten Stähle auf etwa HRC 55, während die Steifigkeit verringert ist. Aufgrund der verringerten Steifigkeit der legierten Stähle, weisen aus diesen legierten Stählen herge stellte Spiral- bzw. Bandfedern eine geringere Dauerfestigkeit auf. In die ser Hinsicht wurde festgestellt, daß es bei den typischen legierten Stäh len für Springfedern nicht möglich ist, gleichzeitig die erwünschte Leich tigkeit und hohe zulässige Beanspruchung zu erzielen.

Beispielsweise beschreibt die JP-A-5-177 544 ein Verfahren zur Herstel lung von Springfedern aus Legierstahldraht. Dieses Verfahren zur Her stellung von Springfedern umfaßt im allgemeinen die Schritte der Spiral bildung. Nitrierbehandlung bzw. Nitrierhärtung und Kugelstrahlung. Um die Dauerfestigkeit der resultierenden Springfedern zu verbessern, wird der Kugelstrahlungsschritt des obigen Verfahrens in drei Schritte unter teilt, das heißt in die Schritte eines ersten Kuglestrahlens, eines Glühens bei niedrigerer Temperatur und eines zweiten Kugelstrahlens. Beim zwei ten Kugelstrahlungsschritt wird ein Schuß verwendet, der kürzer ist als derjenige beim ersten Kugelstrahlungsschritt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß es mit dem Verfahren der obigen japanischen Patentanmeldung nicht möglich ist, gleichzeitig die erwünschte Leichtigkeit und zulässige Bean spruchung der resultierenden Springfedern zu erzielen aufgrund der inne ren Charakteristika der typischen legierten Stähle.

Die chemischen Komponenten der typischen legierten Stähle (SAG 9254 und SUP 7) sind für Referenzwecke in der nachfolgenden Tabelle 1 ange geben.

Tabelle 1

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine neue legierte Stahl zusammensetzung für Springfedern vorzusehen, mit welcher die obigen Probleme überwunden werden können und die gleichzeitig die erwünschte Leichtigkeit und zulässige Beanspruchung der resultierenden Springfe dern erzielt.

Zur Erreichung dieses Ziels haben die Erfinder der vorliegenden Anmel dung umfangreiche Untersuchungen zur Herstellung eines legierten Stahls für Springfedern, welcher eine Härte von HRC 55-66 und eine Fe stigkeit von etwa 1275 N/mm² (130 kgf/mm²) aufweist, durchgeführt. Auf Grundlage dieser Untersuchungen wurde gemäß der Erfindung die folgen de legierte Stahlzusammensetzung entwickelt, welche geeignet ist, die er wünschten physikalischen Leistungseigenschaften des legierten Stahls für Springfedern vorzusehen.

Die vorliegende Erfindung sieht somit eine legierte Stahlzusammen setzung für Springfedern vor, umfassend Eisen als Hauptbestandteil, 0,40-0,45 Gew.-% Kohlenstoff, 2,40-2,80 Gew.-% Silicium, 0,70-1,0 Gew.-% Mangan, 0,025 Gew.-% oder weniger Phosphor, 0,025 Gew.-% oder weniger Schwefel, 0,10-0,30 Gew.-% Kupfer, 1,45-2,20 Gew.-% Nickel, 0,6-1,2 Gew.-% Chrom, 0,25-0,60 Gew.-% Molybdän, 0,15-0,45 Gew.-% Vanadium und 0,01-0,08 Gew.-% Niob.

Bei der obigen legierten Stahlzusammensetzung dient Kohlenstoff dazu, die Festigkeit und Härte des resultierenden legierten Stahls bzw. Legier stahls zu verbessern. Wenn der Kohlenstoffgehalt in der legierten Stahlzu sammensetzung weniger als 0,40 Gew.-% beträgt, ist die Festigkeit des le gierten Stahls etwas verringert. Wenn der Kohlenstoffgehalt in der legier ten Stahlzusammensetzung mehr als 0,45 Gew.-% beträgt, ist die Steifig keit des legierten Stahls reduziert. Diesbezüglich ist es bevorzugt den Kohlenstoffgehalt innerhalb des Bereichs von 0,40-0,45 Gew.-% zu hal ten.

Bei der obigen Zusammensetzung dient Silicium dazu, die Verfestigungs härtung zu fördern, wodurch Versetzungen verankert werden. Wenn der Siliciumgehalt in der legierten Stahlzusammensetzung mehr als 2,80 Gew.-% beträgt wird die Intergranuläre Oxidation des legierten Stahls in unerwünschter Weise gefördert. Wenn der Siliciumgehalt in der legierten Stahlzusammensetzung geringer als 2,40 Gew.-% ist, gelingt es dem Silici um nicht, Versetzungen vollständig zu verankern. In dieser Hinsicht ist es bevorzugt den Siliciumgehalt innerhalb des Bereichs von 2,40-2,80 Gew.-% zu halten.

Bei der obigen Zusammensetzung dient Mangan dazu, die Desoxidation zu fördern und die Festigkeit des resultierenden legierten Stahls zu verbes sern. Wenn der Mangangehalt in der legierten Stahlzusammensetzung mehr als 1,0 Gew.-% beträgt, wird die intergranuläre Oxidation des legier ten Stahls in unerwünschter Weise gefördert. Wenn der Mangangehalt in der legierten Stahlzusammensetzung geringer als 0,7 Gew.-% ist, gelingt es dem Mangan nicht, die erwünschte Desoxidation und Festigkeitsver besserung vollständig zu erzielen. In dieser Hinsicht ist es bevorzugt, den Mangangehalt innerhalb des Bereichs von 0,7-1,0 Gew.-% zu halten.

Da Phosphor und Schwefel eine Aussonderung bzw. Seigerung in der Korn grenze des resultierenden legierten Stahls erzeugen, wodurch die Korn grenze geschwächt wird, sollten die Gehalte dieser Elemente in der legier ten Stahlzusammensetzung soweit möglich limitiert werden. In dieser Hinsicht ist es bevorzugt, den Gehalt sowohl an Phosphor als auch Schwe fel auf nicht mehr als 0,025 Gew.-% zu halten.

Weiterhin dient Kupfer dazu, die Steifigkeit des resultierenden legierten Stahls zu verbessern. Wenn der Kupfergehalt in der Zusammensetzung weniger als 0,10 Gew.-% beträgt, gelingt es dem Kupfer nicht, in er wünschter Weise die Steifigkeit des legierten Stahls zu verbessern. Wenn der Kupfergehalt in der Zusammensetzung mehr als 0,30 Gew.-% beträgt, verschlechtert das Kupfer die Formbarkeit des legierten Stahls. In dieser Hinsicht ist es bevorzugt, den Kupfergehalt innerhalb des Bereichs von 0,10-0,30 Gew.-% zu halten.

Bei der obigen Zusammensetzung dient Nickel dazu, die Abschreckfähig keit, Steifigkeit und Dauerfestigkeit des resultierenden legierten Stahls zu verbessern. Nickel ist jedoch ein teueres Material, so daß es daher die Ko sten des legierten Stahls erhöht, wenn eine große Menge Nickel in der Zu sammensetzung enthalten ist. In dieser Hinsicht ist es bevorzugt, den Nickelgehalt innerhalb des Bereichs von 1,45-2,20 Gew.-% zu halten.

Andererseits dient Chrom in der legierten Stahlzusammensetzung dazu, die Festigkeit und das Abschreckvermögen des resultierenden legierten Stahls zu verbessern. Wenn der Chromgehalt in der Zusammensetzung weniger als 0,60 Gew.-% beträgt, gelingt es dem Chrom nicht, in er wünschter Weise die Festigkeit und Abschreckfähigkeit des legierten Stahls zu verbessern. Wenn der Chromgehalt mehr als 1,20 Gew-% be trägt, fördert das Chrom die intergranuläre Oxidation des legierten Stahls. Es ist daher bevorzugt, den Chromgehalt innerhalb des Bereichs von 0,60- 1,20 Gew.-% zu halten.

Molybdän dient in der legierten Stahlzusammensetzung dazu, die Festig keit, das Abschreckvermögen und die Steifigkeit des resultierenden legier ten Stahls zu verbessern. Die Festigkeit, das Abschreckvermögen und die Steifigkeit des legierten Stahls werden jedoch ebenso durch Nickel und Chrom verbessert, wie oben beschrieben. In dieser Hinsicht ist es bevor zugt, den Molybdängehalt innerhalb des Bereichs von 0,25-0,60 Gew.-% zu halten, um die Kosten des resultierenden legierten Stahls zu verrin gern.

Vanadium in der Zusammensetzung ist ein Element, welches das SAG-Wi derstandsvermögen durch Ausscheidungshärtung verbessert. Es ist be vorzugt, den Vanadiumgehalt in der Zusammensetzung innerhalb des Be reichs von 0,15-0,45 Gew-% zu halten, im Hinblick auf die Kosten des re sultierenden legierten Stahls.

In der obigen legierten Stahlzusammensetzung ist Niob das stärkste Ele ment für die Kornfeinheit des legierten Stahls. Das heißt, Niob in der Zu sammensetzung präzipitiert als Carbid und Nitrid und erzielt dadurch strukturelle Feinheit des legierten Stahls. Niob verbessert ebenso die Nie dertemperatur-Steifigkelt des legierten Stahls. Eine überschüssige Menge an Niob in der Zusammensetzung kann jedoch grobes und großes Niobcar bid bilden. In dieser Hinsicht ist es bevorzugt, den Niobgehalt in der Zu sammensetzung innerhalb des Bereichs von 0,01-0,08 Gew.-% zu halten.

Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels und Vergleichsbei spiels näher erläutert.

Beispiel

Eine legierte Stahlzusammensetzung einschließlich den in Tabelle 2 ge zeigten Elementen wurde in Öl bei einer Temperatur von 930°C während 5 Minuten gekühlt. Nach der Ölkühlung wurde die Zusammensetzung in Wasser bei einer Temperatur von 40°C während 120 Minuten gekühlt. Die Härte (HRC), Dehn- bzw. Streckgrenze (kgf/mm²). Zugfestigkeit (kg/mm²), Dehnung (%) und der Charpy-Schlagzähigkeitswert (j/cm²) der resultierenden Zusammensetzung nach dem Wasserkühlverfahren werden geprüft. Die Prüfergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben.

Vergleichsbeispiel

Eine legierte Stahlzusammensetzung einschließlich den in Tabelle 2 ge zeigten Elementen wurde in Öl bei einer Temperatur von 1000°C während 5 Minuten gekühlt. Nach der Ölkühlung wurde die Zusammensetzung in Wasser bei einer Temperatur von 365°C während 120 Minuten gekühlt. Die Härte (HRC), Dehn- bzw. Streckgrenze (kgf/mm²), Zugfestigkeit (kg/mm²). Dehnung (%) und der Charpy-Schlagzähigkeitswert (j/cm²) der resultierenden Zusammensetzung nach dem Wasserkühlverfahren werden geprüft. Die Prüfergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 2

Tabelle 3

Aus Tabelle 3 ist zu sehen, daß der legierte Stahl gemäß dem obigen Bei spiel bzw. gemäß der vorliegenden Erfindung eine gute Härte, Festigkeit und Schlagzähigkeitswert aufweist, im Vergleich mit dem typischen legier ten Stahl nach dem Vergleichsbeispiel. Gemäß dem Dauerfestigkeitstest einer Springfeder mit einer Leichtigkeit von 30%, passierte die Springfe der die ES-Testbedingungen der Anmelderin. Daher kann festgestellt wer den, daß die aus der erfindungsgemäßen legierten Stahlzusammen setzung hergestellten Springfedern eine Leichtigkeit von etwa 30% erzie len, im Vergleich mit den aus typischen legierten Stahlzusammensetzun gen hergestellten Springfedern, durch Verringern der Anzahl von Windun gen und des Durchmessers der Springfedern.

Claims

Hochfeste legierte Stahlzusammensetzung für Spiralfedern, umfassend Eisen als Hauptbestandteil, 0,40-0,45 Gew.-% Kohlenstoff, 2,40-2,80 Gew.-% Silicium, 0,70-1,0 Gew.-% Mangan, 0,025 Gew.-% oder weniger Phosphor, 0,025 Gew.-% oder weniger Schwefel, 0, 10-0,30 Gew.-% Kup fer, 1,45-2,20 Gew.-% Nickel, 0,6-1,2 Gew.-% Chrom, 0,25-0,60 Gew.-% Molybdän, 0,15-0,45 Gew.-% Vanadium und 0,01-0,08 Gew.-% Niob.