JP2775777B2 - 高強度コイルばねおよびその製造方法 - Google Patents
高強度コイルばねおよびその製造方法Info
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/02—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for springs
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は高強度コイルばねおよびその製造方法に関
するものであり、この発明によるコイルばねはエンジン
用その他耐疲れ性を高度に要求される高強度ばねとして
有効に用いられるものである。
するものであり、この発明によるコイルばねはエンジン
用その他耐疲れ性を高度に要求される高強度ばねとして
有効に用いられるものである。
＜従来の技術＞ 一般に、ばね材料の引張強度は高いほど望ましいが、
ある限界を越えると靭性や疲労特性は逆に低下すること
が知られている。これは転位密度が高くなりすぎ、マト
リックスが一種の脆化現象を示すためであるが、非金属
介在物や表面疵などの微小欠陥の切欠き感受性が高まる
ことも、その大きな原因の一つである。
ある限界を越えると靭性や疲労特性は逆に低下すること
が知られている。これは転位密度が高くなりすぎ、マト
リックスが一種の脆化現象を示すためであるが、非金属
介在物や表面疵などの微小欠陥の切欠き感受性が高まる
ことも、その大きな原因の一つである。
また、コイルばねは成形後テンパー処理され、ショッ
トピーニング処理により表面に圧縮の残留応力を付加し
て利用されるが、有効なショットピーニング処理は表面
粗さRmaxが６〜20μになってしまうため、これ以下の表
面疵を取り払うことは不可能であるうえにショットによ
る圧痕がかぶさり、疵状になり疲労核になることも多か
った。勿論、その後各種の研摩処理によりRmaxを低減さ
せることは可能であるが、表面層を取り払うため、折角
導入した圧縮の残留応力部がなくなり、疲労性能は却っ
て低下するのである。
トピーニング処理により表面に圧縮の残留応力を付加し
て利用されるが、有効なショットピーニング処理は表面
粗さRmaxが６〜20μになってしまうため、これ以下の表
面疵を取り払うことは不可能であるうえにショットによ
る圧痕がかぶさり、疵状になり疲労核になることも多か
った。勿論、その後各種の研摩処理によりRmaxを低減さ
せることは可能であるが、表面層を取り払うため、折角
導入した圧縮の残留応力部がなくなり、疲労性能は却っ
て低下するのである。
＜発明が解決しようとする課題＞ クロムバナジウム鋼の非金属介在物を低減した清浄鋼
を利用すると、ばね用として最高の疲労特性を引出す条
件も従来とは異なったものになっていることが予想され
る。即ち、現在のクロムバナジウム鋼の引張強度は、従
来材の介在物および表面疵のレベルをベースに疲労特性
が最良になるよう設定されているが、清浄鋼では表面疵
の問題さえ解決すれば、引張強度を更に高くすることに
より疲労特性を向上させることが期待できる。
を利用すると、ばね用として最高の疲労特性を引出す条
件も従来とは異なったものになっていることが予想され
る。即ち、現在のクロムバナジウム鋼の引張強度は、従
来材の介在物および表面疵のレベルをベースに疲労特性
が最良になるよう設定されているが、清浄鋼では表面疵
の問題さえ解決すれば、引張強度を更に高くすることに
より疲労特性を向上させることが期待できる。
＜課題を解決するための手段＞ 上記に鑑みて、この発明はクロムバナジウム清浄鋼線
をばね成形後焼入れ、低温焼戻し処理を施して引張強度
を高くとり、ショットピーニング処理に引き続き、疲労
性能に悪影響を及ぼさない電解研摩処理を施すことによ
り表面疵を取り除いて疲労性能を飛躍的に向上させるこ
とのできる高強度コイルばねおよびその製造方法を見出
したのである。
をばね成形後焼入れ、低温焼戻し処理を施して引張強度
を高くとり、ショットピーニング処理に引き続き、疲労
性能に悪影響を及ぼさない電解研摩処理を施すことによ
り表面疵を取り除いて疲労性能を飛躍的に向上させるこ
とのできる高強度コイルばねおよびその製造方法を見出
したのである。
即ち、この発明は （１） C:0.4〜0.7重量％、Si:0.1〜0.4重量％、Mn:0.
4〜1.2重量％、Cr:0.6〜1.5重量％、V:0.1〜0.3重量％
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなり、清
浄度を0.01％以下に調製した鋼線を所定のばね形状にコ
イリング成形し、焼入れ焼き戻し処理、ショットピーニ
ング処理、研摩処理して表面粗さRmaxを５μ以下とした
ことを特徴とする高強度コイルばね。
4〜1.2重量％、Cr:0.6〜1.5重量％、V:0.1〜0.3重量％
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなり、清
浄度を0.01％以下に調製した鋼線を所定のばね形状にコ
イリング成形し、焼入れ焼き戻し処理、ショットピーニ
ング処理、研摩処理して表面粗さRmaxを５μ以下とした
ことを特徴とする高強度コイルばね。
（２） C:0.4〜0.7重量％、Si:0.1〜0.4重量％、Mn:0.
4〜1.2重量％、Cr:0.6〜1.5重量％、V:0.1〜0.3重量％
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなり、清
浄度を0.01％以下に調製した鋼線を所定のばね形状にコ
イリング成形し、焼入れ焼き戻し処理して引張強度を調
整した後、ショットピーニング処理、研摩処理を行なっ
て表面粗さRmaxを５μ以下としたことを特徴とする高強
度コイルばねの製造方法。
4〜1.2重量％、Cr:0.6〜1.5重量％、V:0.1〜0.3重量％
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなり、清
浄度を0.01％以下に調製した鋼線を所定のばね形状にコ
イリング成形し、焼入れ焼き戻し処理して引張強度を調
整した後、ショットピーニング処理、研摩処理を行なっ
て表面粗さRmaxを５μ以下としたことを特徴とする高強
度コイルばねの製造方法。
を提供するものである。
＜作用＞ この発明で素材としてC:0.4〜0.7重量％、Si:0.1〜0.
4重量％、Mn:0.4〜1.2重量％、Cr:0.6〜1.5重量％、V:
0.1〜0.3重量％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純
物よりなる鋼線を用いるに際し、（ｉ）清浄度を0.01％
以下とするのは、上記成分組成の鋼線の非金属介在物を
原因とする疲労破壊を生じにくくするためであり、真空
脱ガス、スラグ条件の最適化等、脱酸法を工夫すること
により実現される。
4重量％、Mn:0.4〜1.2重量％、Cr:0.6〜1.5重量％、V:
0.1〜0.3重量％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純
物よりなる鋼線を用いるに際し、（ｉ）清浄度を0.01％
以下とするのは、上記成分組成の鋼線の非金属介在物を
原因とする疲労破壊を生じにくくするためであり、真空
脱ガス、スラグ条件の最適化等、脱酸法を工夫すること
により実現される。
（ii）コイリング成形後に焼入れ、焼戻しするのは、コ
イリング成形前に焼入れすると、この発明のような高強
度材では靭性が不足気味となり、かつ疵感受性も強いの
でコイリング時に折損の危険が増大するためである。
イリング成形前に焼入れすると、この発明のような高強
度材では靭性が不足気味となり、かつ疵感受性も強いの
でコイリング時に折損の危険が増大するためである。
（iii）焼入れ、焼戻し処理で引張強度を従来の弁ばね
用クロムバナジウム鋼オイルテンパー線についてJISG−
3565の表６で規定されている値より10％高くとるのは疵
や介在物がなくなれば、マトリックス自体は従来より強
度を高くとっても十分靭性があり、疲労強度も高くする
ことができるからである。
用クロムバナジウム鋼オイルテンパー線についてJISG−
3565の表６で規定されている値より10％高くとるのは疵
や介在物がなくなれば、マトリックス自体は従来より強
度を高くとっても十分靭性があり、疲労強度も高くする
ことができるからである。
（iv）ショットピーニング処理後に研摩処理を施すの
は、鋼線素線の焼入れ焼戻し後には100〜150μの深さの
ところに圧縮残留応力が最大になる領域が存在する。従
って、研摩処理によって取除く部分が100μ以下なら、
むしろ最表面の圧縮残留応力が増大するのでばね疲労特
性には悪影響を及ぼさないものと考えられる。
は、鋼線素線の焼入れ焼戻し後には100〜150μの深さの
ところに圧縮残留応力が最大になる領域が存在する。従
って、研摩処理によって取除く部分が100μ以下なら、
むしろ最表面の圧縮残留応力が増大するのでばね疲労特
性には悪影響を及ぼさないものと考えられる。
この発明において用いる鋼線はＣ、Si、Mn、Cr、Ｖ、
Feおよび不可避的不純物からなるものであるが、これら
各成分の範囲をC:0.4〜0.7重量％、Si:0.1〜0.4重量
％、Mn:0.4〜1.2重量％、Cr:0.6〜1.5重量％、V:0.1〜
0.3重量％とするのは次の理由からである。
Feおよび不可避的不純物からなるものであるが、これら
各成分の範囲をC:0.4〜0.7重量％、Si:0.1〜0.4重量
％、Mn:0.4〜1.2重量％、Cr:0.6〜1.5重量％、V:0.1〜
0.3重量％とするのは次の理由からである。
即ち、Ｃは0.4重量％未満では十分な強度が得られ
ず、また0.7重量％を越えると焼入れ時に焼割れを起こ
し易くなる。
ず、また0.7重量％を越えると焼入れ時に焼割れを起こ
し易くなる。
Siは0.1重量％未満では耐熱性に劣り、0.4重量％を越
えると熱間圧延時に表面に疵が生じやすい。
えると熱間圧延時に表面に疵が生じやすい。
Mnは0.4重量％未満では焼入性に劣って強度不足とな
り、1.2重量％を越えると加工性が悪くなる。
り、1.2重量％を越えると加工性が悪くなる。
Crは0.6〜1.5重量％の範囲が焼入れ性、耐熱性を得る
のに有効である。
のに有効である。
Ｖは0.1〜0.3重量％の範囲が結晶粒微細化および焼入
れ性を良好に保つ点で好ましい。
れ性を良好に保つ点で好ましい。
＜実施例＞ 以下、実施例によりこの発明を詳細に説明する。
第１表に示す化学成分および清浄度を有する線径4.0m
mφの鋼線を作り、この鋼線を用いて第２表に示すよう
な製造工程によって第３表に示す諸元を有するばねを製
造した。そして第４表に焼入れ焼戻し後の機械的特性と
平均締付け応力τｍ＝60kg/mm2、振巾応力τａ＝45kg/m
m2でばね疲労試験を行なった時の破断に至るまでの繰返
し回数を示した。
mφの鋼線を作り、この鋼線を用いて第２表に示すよう
な製造工程によって第３表に示す諸元を有するばねを製
造した。そして第４表に焼入れ焼戻し後の機械的特性と
平均締付け応力τｍ＝60kg/mm2、振巾応力τａ＝45kg/m
m2でばね疲労試験を行なった時の破断に至るまでの繰返
し回数を示した。
なお、第３表の製造工程において、コイリング後に焼
入れ、焼戻し処理を行なって得たサンプルでは機械的特
性を測定しにくので、このものの機械的特性はコイリン
グしない素線で以下同じ処理を施したサンプルについて
の特性値で代用した。また疲労試験はｎ＝４〜11の平均
値である。
入れ、焼戻し処理を行なって得たサンプルでは機械的特
性を測定しにくので、このものの機械的特性はコイリン
グしない素線で以下同じ処理を施したサンプルについて
の特性値で代用した。また疲労試験はｎ＝４〜11の平均
値である。
上記した表から、この発明の実施例であるＡ−１、Ａ
−２、Ｂ−１、Ｂ−２、Ｂ−３、Ｃ−１およびＣ−２に
より得られるばねの疲労寿命は極めてすぐれていること
がわかる。
−２、Ｂ−１、Ｂ−２、Ｂ−３、Ｃ−１およびＣ−２に
より得られるばねの疲労寿命は極めてすぐれていること
がわかる。
清浄度の悪いＤおよびＥタイプのばね、即ちＤ−１、
Ｄ−２、Ｄ−３、Ｄ−４、Ｄ−５、Ｅ−１は疲労性能が
劣っている。またＡタイプの化学成分の鋼線を用いたも
のでもばねへの製造工程において電解研摩を施さない、
あるいは十分でないばね即ちＡ−３、Ａ−７の工程より
得られるばねは疲労性能が劣っている。
Ｄ−２、Ｄ−３、Ｄ−４、Ｄ−５、Ｅ−１は疲労性能が
劣っている。またＡタイプの化学成分の鋼線を用いたも
のでもばねへの製造工程において電解研摩を施さない、
あるいは十分でないばね即ちＡ−３、Ａ−７の工程より
得られるばねは疲労性能が劣っている。
またＡ−７の従来の製造工程のものに電解研摩工程を
加えたＡ−８でもこの発明の実施例のものに比べると疲
労性能は劣っている。
加えたＡ−８でもこの発明の実施例のものに比べると疲
労性能は劣っている。
更に、Ａ−４、Ａ−５およびＡ−６のようにこの発明
の実施例と類似の条件ではあっても焼戻し条件が適切で
ないために硬すぎたり、軟らかすぎても十分な疲労特性
は得られない。
の実施例と類似の条件ではあっても焼戻し条件が適切で
ないために硬すぎたり、軟らかすぎても十分な疲労特性
は得られない。
Ａ−９のように各工程の処理条件はこの発明の実施例
と同じでもその工程順序が異なると疲労性能が劣るうえ
にばねへの成形がしにくいという問題が生じる。
と同じでもその工程順序が異なると疲労性能が劣るうえ
にばねへの成形がしにくいという問題が生じる。
熱間でコイリングしたＢ−２および熱間でコイリング
し、その温度で焼入れしたＢ−３の何れも低温焼戻し以
降この発明の実施例と同様の工程を採用すると疲労性能
は優れたものとなる。
し、その温度で焼入れしたＢ−３の何れも低温焼戻し以
降この発明の実施例と同様の工程を採用すると疲労性能
は優れたものとなる。
以上の実施例から、クロムバナジウム鋼線を冷間ある
いは熱間を問わずコイリング加工した後、焼入れ焼戻し
処理を行なって引張強度をJISG−3565の弁ばね用クロム
バナジウム鋼オイルテンパー線の引張強度の値のほぼ10
％増に調整し、次いでショットピーニング後、研摩処理
して表面粗さをRmax≦５にすると、τ＝60±45kg/mm2の
疲労試験でほぼ108の高寿命を有することが認められ
た。
いは熱間を問わずコイリング加工した後、焼入れ焼戻し
処理を行なって引張強度をJISG−3565の弁ばね用クロム
バナジウム鋼オイルテンパー線の引張強度の値のほぼ10
％増に調整し、次いでショットピーニング後、研摩処理
して表面粗さをRmax≦５にすると、τ＝60±45kg/mm2の
疲労試験でほぼ108の高寿命を有することが認められ
た。
＜発明の効果＞ 以上説明したように、この発明により得られるばねは
極めてすぐれた疲労性能を有しているので自動車エンジ
ン用弁ばねのように信頼性を要求される用途に非常に有
用である。
極めてすぐれた疲労性能を有しているので自動車エンジ
ン用弁ばねのように信頼性を要求される用途に非常に有
用である。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16F 1/00 - 6/00 C22C 38/00 301 C21D 9/02 C21D 8/00 B21F 35/00
Claims (5)
- 【請求項１】C:0.4〜0.7重量％、Si:0.1〜0.4重量％、M
n:0.4〜1.2重量％、Cr:0.6〜1.5重量％、V:0.1〜0.3重
量％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりな
り、清浄度を0.01％以下に調製した鋼線を所定のばね形
状にコイリング成形し、焼入れ焼き戻し処理で引張強度
をJISG−3565（1988年）、表６の値の10％増に調整し、
ショットピーニング処理、研摩処理して表面粗さRmaxを
５μ以下としたことを特徴とする高強度コイルばね。 - 【請求項２】C:0.4〜0.7重量％、Si:0.1〜0.4重量％、M
n:0.4〜1.2重量％、Cr:0.6〜1.5重量％、V:0.1〜0.3重
量％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりな
り、清浄度を0.01％以下に調製した鋼線を所定のばね形
状にコイリング成形し、焼入れ焼き戻し処理して引張強
度を調整した後、ショットピーニング処理、研摩処理を
行なって表面粗さRmaxを５μ以下としたことを特徴とす
る高強度コイルばねの製造方法。 - 【請求項３】鋼線のコイリング成形を冷間で行なうこと
を特徴とする請求項（２）記載の高強度コイルばねの製
造方法。 - 【請求項４】鋼線のコイリング成形を熱間で行なうこと
を特徴とする請求項（２）記載の高強度コイルばねの製
造方法。 - 【請求項５】鋼線のコイリング成形を850℃以上の高温
で行ないそのまま焼入れ処理することを特徴とする請求
項（２）記載の高強度コイルばねの製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63282140A JP2775777B2 (ja) | 1988-11-08 | 1988-11-08 | 高強度コイルばねおよびその製造方法 |
| CA002002138A CA2002138C (en) | 1988-11-08 | 1989-11-02 | High-strength coil spring and method of producing same |
| DE68927872T DE68927872T2 (de) | 1988-11-08 | 1989-11-08 | Verfahren zur Herstellung einer hochfesten Schraubenfeder |
| EP89311558A EP0368638B1 (en) | 1988-11-08 | 1989-11-08 | Method of producing a high-strength coil spring |
| US07/707,977 US5152851A (en) | 1988-11-08 | 1991-05-23 | High-strength coil spring and method of producing same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63282140A JP2775777B2 (ja) | 1988-11-08 | 1988-11-08 | 高強度コイルばねおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02129421A JPH02129421A (ja) | 1990-05-17 |
| JP2775777B2 true JP2775777B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=17648630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63282140A Expired - Fee Related JP2775777B2 (ja) | 1988-11-08 | 1988-11-08 | 高強度コイルばねおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2775777B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69118834T2 (de) * | 1990-11-27 | 1996-09-26 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | Lösung zur chemischen Polierung und Glanzerzeugung für gehärtete Stahlkörper und Verfahren zu deren Verwendung |
| JP2913073B2 (ja) * | 1991-05-23 | 1999-06-28 | 株式会社アールディメタル | タイヤ周面に当接配置する滑り止めスプリングコイル |
| DE102008015061A1 (de) * | 2008-03-19 | 2009-09-24 | Christian Bauer Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Feder |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60232832A (ja) * | 1984-05-02 | 1985-11-19 | Toyota Motor Corp | ベルト駆動式無段変速機用ブロツクの製造方法 |
| GB8502021D0 (en) * | 1985-01-26 | 1985-02-27 | Imi Titanium Ltd | Formation of porous bodies |
| JPS63157835A (ja) * | 1987-12-10 | 1988-06-30 | Daido Steel Co Ltd | バネ用鋼 |
-
1988
- 1988-11-08 JP JP63282140A patent/JP2775777B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02129421A (ja) | 1990-05-17 |
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