JPH01177318A - 疲労強度のすぐれたコイルばねの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、疲労強度のすぐれた自動車の懸架ばねあるい
は：〔ンジンの弁ばねの製造方法である。

「従来の技術」 一般にばねは、Ｊ　Ｉｓ　−Ｇ３５０２．３５０Ｇある
いは４８０１に規定されている鋼材等を用い、単に焼入
れ焼戻しをしたものが多い。エンジンの弁ばねの一部に
は特公昭３Ｇ−９４０６にあるように、５００℃近傍の
低温で浸炭窒化したものがある。

浸炭焼入れ焼戻しをしたａ械部品は、浸炭焼入れ焼戻し
しないものに比較して、疲労強度が高いことはよく知ら
れ“ζいる事実であり、浸炭焼入れ焼戻し処理は機械部
品の疲労強度を高める−手段ともなっている、ばねも浸
炭焼入焼戻しをすれば、疲労強度が高くなることは十分
に予想されるし、これを示す実験結果もある（参考文献
−鎌田Ｎ：ばね論文集、３　（１９５５）　、９）　、
　Ｌかし、鋼線あるいは鋼棒（以下、鋼線という）をコ
イルばねに成形した後、浸炭焼入れ焼戻しを行うと、こ
の熱処理時にばねが変形し、例えば、ばね高さが一定し
ないものとなる。上記した特公昭３６−９４０６は、ば
ねに成形後、５００℃近傍の低温で浸炭窒化することを
特徴としたもので、これもばねの変形を勘案したもので
ある。

また、浸炭焼入れ焼戻しをした機械部品は、疲労強度が
高いとはいえ、どんな素材でも浸炭焼入れ焼戻しさえす
れば、自動車の懸架ばねあるいはエンジンの弁ばねに使
用できるものではない、これらのばねとして重要な“へ
たり”特性がよくなければならず、そのために、ばねの
硬さを高めなければならない、一方、ばねの硬さを高め
たことによって、ばねが脆（なり過ぎるでも使用に耐え
ない。

「発明が解決しようとする問題点」 自動１（の高性能化にともない、高疲労強度の懸架ばね
あるいはエンジンの弁ばねが強く望まれている０本発明
は、これらの要望を浸炭焼入れ焼戻し処理によって実現
しようとするときのばねの変形を回避しつつ、特性のす
ぐれたばねを製造する方法を提供するものである。

「問題点を解決するたるの手段、作用」解決手段の要点
は、Ｃ：　０．３〜０．６％Ｓｉ：０、１〜２．０％、
　Ｍｎ：　０５〜１．０％、Ｃｒ：０．２〜２．５％、
を含有するあるいは更にＮｉ：０．２〜２．０％、　Ｍ
ｏ：　０．１〜０．６％、　Ｎｂ：　ｏ、ｏ　１〜０５
％、Ｖ：０．０５〜０５％を１種以上含有する所用寸法
の鋼線をカーボンポテンシャル０．７〜１．０％の浸炭
雰囲気中でオーステナイト化したる後、コイルばね形状
に成形し、焼入れ、１５０〜４５０℃で焼戻し、ショッ
トピーニングおよびセッチングすることにより、コイル
ばねを製造することにある。

以下、これらの詳細について、説明する。

ばね素材となる鋼線のＣｆｌを０：３〜０．６％とした
理由は、０．３％未満では十分な“へたり”特性が得ら
れないためであり、０．６％超ではばねが脆くなり過ぎ
るからである。

Ｓｉは、鋼を溶製するときの脱酸剤として０．１％以上
を要するとともに、ばねの“へたり”特性を高めるに有
効な元素である。しかし、２．０％以上では、その効果
が飽和してくる。

Ｍｎは、素材の焼入れ性を確保するために必要な元素で
あって、この場合０５％以上でなければならないが、１
．０％以下で十分である。

Ｃｒは、高Ｃかつ高Ｓｉ鋼におけるＣの黒鉛化を防止す
るために、０．２％以上を要するとともに、ばねの高強
度化のために必要な元素である。しかし、２．５％以上
になると、ばねが脆くなる。

その他、Ｎｉ、　Ｎｏはばねを強靭化する有効な元素で
あり、そのために、それぞれ０．２〜２．０％Ｎｉ。

０、１〜０．６％Ｍｏを必要とする。また、Ｎｂ、　Ｖ
はばねの組織を微細にして“へたり”特性を高めるに有
効な元素であり、そのために、それぞれ０．Ｏ１〜０５
％Ｎｂ、　０．０５〜０５％Ｖを必要とする。目的とす
るばねの要求特性に応じて、適宜、これらの元素を一挿
填」二添加する。

さらに、ばね素材はＡ　ｌ　ｚＯ，等の硬質の大型非金
属介在物はできる限り少なくなければならない。

そのために、ばね素材製鋼時の脱酸はＡＩのみならず、
Ｃａ＋　Ｍｇ等の特殊な脱酸あるいは真空処理を行う。

上記の化学成分からなる所用寸法の鋼線のコイリングを
容易にするとともに、焼入れで硬化するために、鋼線を
オーステナイト化する。このとき、同時に鋼線を浸炭す
るために、加熱雰囲気中のカーボンポテンシャルを０．
７〜１．０％範囲の適当な値に制御する。ここで、カー
ボンポテンシャルを０．７〜１．０％とした理由は、０
．７％未満では浸炭後の表面Ｃｂｔが不十分で、疲労強
度を高める効果が小さく、−・方、１．０％超になると
、表面ｃｌが多くなり過ぎ、ばねが脆くなるからである
。このような条件でオーステナイト化した鋼線をオース
テナイト温度域でコイルばねに成形し、焼入れする。ご
うすることによって、コイルばね形状のばらつきが、室
温でコイルばねに成形した後、同一条件でオーステナイ
ト化し、浸炭焼入れした場合に比較して、非常に小さく
なる。

浸炭焼入れした後、１５０〜４５０℃で焼戻しを行うが
、これは浸炭焼入れしたばねに靭性を付与するためのも
のであって、１５０℃未満の温度では不十分であるが、
４５０℃超になると、ばねの軟化が進み、浸炭によって
疲労強度を高めた効果が小さくなるとともに、“へたり
“特性が低下する。

さらに、焼戻した後、ショットピーニングおよびセッチ
ングする。これらは、それぞれ主としてばねの疲労強度
を高め、“へたり”特性を向上させるために欠かすこと
のできないものである。

「実施例」 供試ｍ＋の主要な化学成分を表１に示す。記号１〜６は
本発明にかかわる鋼であり記号７．８は比較鋼である。

これらの３　ａｍφの綱線をカーボンポテンシャル０．
８％で、９３０℃の炉で６０分間オーステナイト化した
直後、ばね径８０■自、ばね高さ２５０龍、有効巻数５
のばねに成形し、油焼入れをした。これらのばねを鋼線
の化学成分別に表２に示した温度で４０分間焼戻し、シ
ョットピーニング、セッチングを行った。このようにし
て造ったばねを、ばね形状から計算される最大せん断心
力（τ、□）−８０±４５ｋｇｆ／鰭２になる荷重条件
における疲労寿命を求めるとともに、１２５ｋｇ　ｆ　
／　ａｓ　２になる荷重で、ばねを締め付け、９６時間
放置した後のばね高さの変化から、“へたり”特性の指
標となる残留歪みも求めた。これらの結果を表２に示す
。

この結果かられかるように、焼戻温度の低い記号５Ｂ１
のばねは疲労寿命が短く焼戻温度の高い記号６Ｂ２のば
ねは“へたり”特性が悪い。また、Ｃ−ｌの少ない記号
７Ｂのばねは、“へたり“が大きく、ＣＩの多い記号８
Ｂのばねは、疲労寿命が短い。本発明になるばねは、疲
労寿命、“へたり”ともにすぐれている。

次に、本発明になるばねの変形をみるために、熱処理の
ままの記号５Ｂ２のばね１０個について、表　　　　　
１ 表　　　　　２ ばね高さを測定した。これらと比較するために、同一鋼
種の鋼線を同一形状にコイリングしたちの１０個を同様
の熱処理を行い、高さを測定した。

その結果、前者の高さのばらつきは２５０±７＠−であ
ったのに対し、後者の高さのばらつきは２５０±１４ｍ
＋＊であり、前者の２倍であった。

「発明の効果」 本発明は、高疲労強度の懸架ばねあるいは弁ばねを提供
するもので、自動車の高性能化に大きく寄与するもので
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：０．３〜０．６％、Ｓｉ：０．１〜２．０％
   、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｃｒ：０．２〜２．５％、
   で、他はＦｅおよび不可避の不純物からなる所要寸法の
   鋼線あるいは鋼棒をカーボンポテンシャル０．７〜１．
   ０％の浸炭雰囲気中でオーステナイト化したる後、オー
   ステナイト温度域でコイルばね形状に成形し、焼入れ、
   １５０〜４５０℃で焼戻し、ショットピーニングおよび
   セッチングすることを特徴とする疲労強度のすぐれたコ
   イルばねの製造方法。
2. （２）Ｃ：０．３〜０．６％Ｓｉ：０．１〜２．０％、
   Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｃｒ：０．２〜２．５％、を
   基本成分とし、Ｎｉ：０．２〜２．０％、Ｍｏ：０．１
   〜０．６％、Ｎｂ：０．０１〜０．５％、Ｖ：０．０５
   〜０．５％を１種以上含有し、他はＦｅおよび不可避の
   不純物からなる所要寸法の鋼線あるいは鋼棒をカーボン
   ポテンシャル０．７〜１．０％の浸炭雰囲気中でオース
   テナイト化したる後、オーステナイト温度域でコイルば
   ね形状に成形し、焼入れ、１５０〜４５０℃で焼戻し、
   ショットピーニングおよびセッチングすることを特徴と
   する疲労強度のすぐれたコイルばねの製造方法。