JPH0499241A - コイルばね及びその製造方法 - Google Patents
コイルばね及びその製造方法Info
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- JPH0499241A JPH0499241A JP21067590A JP21067590A JPH0499241A JP H0499241 A JPH0499241 A JP H0499241A JP 21067590 A JP21067590 A JP 21067590A JP 21067590 A JP21067590 A JP 21067590A JP H0499241 A JPH0499241 A JP H0499241A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野コ
本発明は耐食性、耐摩耗性の他、特に耐熱性に優れた炭
化物析出硬化型Co合金のコイルばね及びその製造方法
に関するものである。
化物析出硬化型Co合金のコイルばね及びその製造方法
に関するものである。
[従来の技術]
従来より用途を問わす耐熱性及び耐食性に優れた合金と
してFe系、Ni系、Co系の超合金があげられる。こ
のうちFe系、Ni系合金はFe−Cr−N1合金、N
i−Cr合金として添加元素等による合金開発が行なわ
れており、いずれも熱間加工、冷間線弓が容易なため、
コイルばねも得られている。
してFe系、Ni系、Co系の超合金があげられる。こ
のうちFe系、Ni系合金はFe−Cr−N1合金、N
i−Cr合金として添加元素等による合金開発が行なわ
れており、いずれも熱間加工、冷間線弓が容易なため、
コイルばねも得られている。
一方、前記三系の中で最も耐熱性、耐食性に優れるとさ
れるco合金は、Cr1W1Cを添加したものを中心に
開発がされている。
れるco合金は、Cr1W1Cを添加したものを中心に
開発がされている。
[発明が解決しようとする課題]
しかし、co合金は前記の優れた特性を備えるものの、
碩い材料であるため線引加工などの塑性加工により線材
を得ることが困難であり、従って、コイルばねを得るこ
とも困難であった。又、線材を得た場合であってもCo
合金の耐熱性向上のキーとなる炭化物の析出が疲労特性
の低下を招く(炭化物が起点となり破断するおそれがあ
る)。さらに、材料強度そのものが低いため(ビッカー
ス硬度(Hv )で400〜500が一般)、疲労強度
が劣るなどの問題があった。
碩い材料であるため線引加工などの塑性加工により線材
を得ることが困難であり、従って、コイルばねを得るこ
とも困難であった。又、線材を得た場合であってもCo
合金の耐熱性向上のキーとなる炭化物の析出が疲労特性
の低下を招く(炭化物が起点となり破断するおそれがあ
る)。さらに、材料強度そのものが低いため(ビッカー
ス硬度(Hv )で400〜500が一般)、疲労強度
が劣るなどの問題があった。
[課題を解決するための手段]
上記Co合金は硬い材料であるため、線引加工が困難で
ある点を考察してみると、通常の溶解鋳造材では、炭化
物がデンドライトに沿って析出し、しかも非常に大きく
析出しているため、そのマトリックスと析出物の間に沿
って加工時割れを生ずる。
ある点を考察してみると、通常の溶解鋳造材では、炭化
物がデンドライトに沿って析出し、しかも非常に大きく
析出しているため、そのマトリックスと析出物の間に沿
って加工時割れを生ずる。
これを改善するため、鋳造時N 5 x lo℃/se
e以上の冷却速度でインゴットを凝固させるか、5×1
0°C/see以上の冷却速度で凝固した粉末を固化す
るなどの方法で炭化物を711m以下にすれば、線材加
工が可能になることを見出した。
e以上の冷却速度でインゴットを凝固させるか、5×1
0°C/see以上の冷却速度で凝固した粉末を固化す
るなどの方法で炭化物を711m以下にすれば、線材加
工が可能になることを見出した。
又、Co合金線材の疲労強度の向上についても考察する
と、コイリングする前の材料は焼鈍(+15(1℃)し
たものをそのまま所望の形吠にコイリングし、その後5
50〜850“CX (30〜180分)時効処理を行
なうと、線表面の硬度がHv=600以上あり、中心部
より表面の硬度がHv=100以上扁いコイルばねが得
られることがわかった。
と、コイリングする前の材料は焼鈍(+15(1℃)し
たものをそのまま所望の形吠にコイリングし、その後5
50〜850“CX (30〜180分)時効処理を行
なうと、線表面の硬度がHv=600以上あり、中心部
より表面の硬度がHv=100以上扁いコイルばねが得
られることがわかった。
しかし、上記のコイルばねでは、疲労の起点が炭化物と
マトリックスの境界であることがあり、必すしも特性的
に優れているとはいえない。
マトリックスの境界であることがあり、必すしも特性的
に優れているとはいえない。
これは、従来の鋳造法による材料には5μm超、例えば
7pm程度の大きな炭化物があるためで、これを5μm
以下の大きさにすれば破断はコイルばねの内面が起点と
なり、疲労特性が向上することがわかった。炭化物の大
きさを5μm以下に抑えるにはlX1×102℃/se
c以上の冷却速度によるインゴット、もしくは粉末の固
化材を用いればよい。
7pm程度の大きな炭化物があるためで、これを5μm
以下の大きさにすれば破断はコイルばねの内面が起点と
なり、疲労特性が向上することがわかった。炭化物の大
きさを5μm以下に抑えるにはlX1×102℃/se
c以上の冷却速度によるインゴット、もしくは粉末の固
化材を用いればよい。
このようにCo系合金を本来の特徴である耐熱性、耐食
性、耐摩耗性の他、例えばコイルばねのように優れた疲
労特性を要求されるものに加工するには同合金中に生し
る炭化物の成長を抑えることが重要なことであり、Co
系合金の鋳造、もしくはCo合金粉末の冷却階段で、そ
の冷却速度を1×102℃7sec以上として、炭化物
をSum以下の大きさに抑え、このCo系合金の線材加
工、コイリング加工を実現するものである。
性、耐摩耗性の他、例えばコイルばねのように優れた疲
労特性を要求されるものに加工するには同合金中に生し
る炭化物の成長を抑えることが重要なことであり、Co
系合金の鋳造、もしくはCo合金粉末の冷却階段で、そ
の冷却速度を1×102℃7sec以上として、炭化物
をSum以下の大きさに抑え、このCo系合金の線材加
工、コイリング加工を実現するものである。
このように本発明は上記の課題を解決すべくなされたも
ので、耐熱性、耐食性、耐摩耗性及び疲労特性に優れた
炭化物析出硬化型Co合金のコイルばね及びその製造方
法を提供するものである。
ので、耐熱性、耐食性、耐摩耗性及び疲労特性に優れた
炭化物析出硬化型Co合金のコイルばね及びその製造方
法を提供するものである。
即ち、本発明のコイルばねは成分が重量%で26.0≦
Cr≦33.0.3.0≦W :5+3.0.0.7≦
C≦1.7. Fe十1≦6.0+残部実質Coからな
る合金よりなり、炭化物の大きさが5μ膳以下であって
線表面の硬度がビッカース硬度で600以上あり、かつ
線中心部よりも線表面の硬度が前記硬度で100以上高
いことを特徴としている。
Cr≦33.0.3.0≦W :5+3.0.0.7≦
C≦1.7. Fe十1≦6.0+残部実質Coからな
る合金よりなり、炭化物の大きさが5μ膳以下であって
線表面の硬度がビッカース硬度で600以上あり、かつ
線中心部よりも線表面の硬度が前記硬度で100以上高
いことを特徴としている。
又上記コイルばねの製造方法は、前記成分構成からなる
合金塊を鋳造時lXIO2℃/see以上の冷却速度で
凝固させたもの、又は同成分構成からなる粉末を1 x
to2℃/sec以上の冷却速度で固化したものを、
熱間加工若しくは冷間加工により所望の線径まで必要に
応して焼鈍を施しながら加工して、その最終工程で焼鈍
し、該焼鈍材をコイリングした後、550〜850℃で
30〜180分時効させるというものである。
合金塊を鋳造時lXIO2℃/see以上の冷却速度で
凝固させたもの、又は同成分構成からなる粉末を1 x
to2℃/sec以上の冷却速度で固化したものを、
熱間加工若しくは冷間加工により所望の線径まで必要に
応して焼鈍を施しながら加工して、その最終工程で焼鈍
し、該焼鈍材をコイリングした後、550〜850℃で
30〜180分時効させるというものである。
本発明コイルばねに用いるCo合金は上記のような成分
構成であるが、まずCrは26.0%未満では耐食性及
び耐熱性に劣り、33.0%超では硬くなりすぎて加工
が困難となる。次にWは3.0%未満では耐熱性に劣り
、13.0%超では硬すぎて加工が困難となる。又、C
は0.7%未満では耐熱強度が低下し、1.7%超では
コイリングが困難となる。そして、不純物としてのFe
+711は耐食性の点から6%以下とするのがよい。も
っとも無理に減らそうとすればコスト高につながる。
構成であるが、まずCrは26.0%未満では耐食性及
び耐熱性に劣り、33.0%超では硬くなりすぎて加工
が困難となる。次にWは3.0%未満では耐熱性に劣り
、13.0%超では硬すぎて加工が困難となる。又、C
は0.7%未満では耐熱強度が低下し、1.7%超では
コイリングが困難となる。そして、不純物としてのFe
+711は耐食性の点から6%以下とするのがよい。も
っとも無理に減らそうとすればコスト高につながる。
[試験例]
さて、このような成分構成からなる合金塊又は粉末を線
材へ加工するわけであるが、ここに試験例として冷却速
度を変えて溶解鋳造又は粉末押出法によりインゴットを
作り、各々2■φまで線引加工を試みた(線材加工試験
)。尚、用b)た合金の成分構成は重量%でCr29.
8%、W4.8% C1,1%+ Fe + N12.
[i%、残部Coである。
材へ加工するわけであるが、ここに試験例として冷却速
度を変えて溶解鋳造又は粉末押出法によりインゴットを
作り、各々2■φまで線引加工を試みた(線材加工試験
)。尚、用b)た合金の成分構成は重量%でCr29.
8%、W4.8% C1,1%+ Fe + N12.
[i%、残部Coである。
この結果を表1に示す。
表 1
以上のことから線引可能な条件として炭化物を7μm1
以下の大きさとし、そのための冷却速度として少なくと
も5×10℃/secが必要であることが確認された。
以下の大きさとし、そのための冷却速度として少なくと
も5×10℃/secが必要であることが確認された。
次に上記溶解鋳造4、粉末押出7の2材に減面率O(焼
鈍材)、5.10%の線引加工を施し、コイリングを行
って折損状況を調べた(コイリング試験)。尚、上記コ
イリングにより得られたコイルばねは線径2■φ、コイ
ル中心径20■φ、自由長、50mm、有効巻数3.5
である。試験結果を表2に示す。
鈍材)、5.10%の線引加工を施し、コイリングを行
って折損状況を調べた(コイリング試験)。尚、上記コ
イリングにより得られたコイルばねは線径2■φ、コイ
ル中心径20■φ、自由長、50mm、有効巻数3.5
である。試験結果を表2に示す。
表 2
(注)圧延は1100°C1圧延において×→割れ、○
→可、線引において×→全く引けない、△→減面率5%
の線引加工可、○→同IO%の加工可、◎→同20%の
加工可を示す。
→可、線引において×→全く引けない、△→減面率5%
の線引加工可、○→同IO%の加工可、◎→同20%の
加工可を示す。
(注)表中○→折損なし、△→折損あり、×→はとんど
折損を示す。
折損を示す。
以上の結果より減面率O即ち焼鈍材のみがコイリングに
適していることが確認された。
適していることが確認された。
次にコイルばねの断面硬度分布と時効温度の関係につい
て調べてみた(硬度−時効温度試験)。本試験に用いた
コイルばねは上記粉末押出7の焼鈍材で、時効時間は1
時間である。結果を第1図のグラフに示す。同グラフに
示すようにいずれも表面から中心に向かうに従い硬度は
低下し、特に500℃及び700°Cの場合に硬度の低
いことが確認された。
て調べてみた(硬度−時効温度試験)。本試験に用いた
コイルばねは上記粉末押出7の焼鈍材で、時効時間は1
時間である。結果を第1図のグラフに示す。同グラフに
示すようにいずれも表面から中心に向かうに従い硬度は
低下し、特に500℃及び700°Cの場合に硬度の低
いことが確認された。
又、コイルばねの断面硬度分布上時効時間の関係につい
ても調べてみた(硬度−時効時間試験)。ここで用いた
コイルばねも前記硬度−時効温度試験に用いたものと同
じであり、時効温度は600度であった。その結果を第
2図のグラフに示す。同グラフに示すように、第1図同
様表面から中心に向かうに従い硬度は低下し、時効時間
20分のものは表面硬度が)ly= [iooを下回っ
ていることが判った。
ても調べてみた(硬度−時効時間試験)。ここで用いた
コイルばねも前記硬度−時効温度試験に用いたものと同
じであり、時効温度は600度であった。その結果を第
2図のグラフに示す。同グラフに示すように、第1図同
様表面から中心に向かうに従い硬度は低下し、時効時間
20分のものは表面硬度が)ly= [iooを下回っ
ていることが判った。
さらにコイルばねの重要な特性である疲労特性について
の試験を行なった。用いたコイルはねは、粉末押出7、
線径2.hmφ、コイル中心径20■φ、自由長40■
、有効巻数3.5である。まず同し硬度値を示すコイル
ばねを炭化物の大きさで分は平均締付力40kg/mm
2で試験を行なった。
の試験を行なった。用いたコイルはねは、粉末押出7、
線径2.hmφ、コイル中心径20■φ、自由長40■
、有効巻数3.5である。まず同し硬度値を示すコイル
ばねを炭化物の大きさで分は平均締付力40kg/mm
2で試験を行なった。
(疲労試験1)。その結果を第3図のグラフに示す。同
グラフに示すように最大7μm1の大きさの炭化物を含
むコイルばねは疲労特性が劣ることがわかった。
グラフに示すように最大7μm1の大きさの炭化物を含
むコイルばねは疲労特性が劣ることがわかった。
そこで、最大5μmの大きさの炭化物を含むコイルばね
のへたり量について試験を行なった(疲労試験2)。試
験方法は高l (400,500,600’C)中で一
定(締付力40kg/醜m2、締付時間1時間)の締付
後にコイルばねのへたり量を測定するもので、用いたコ
イルばねは粉末押出7.6oo℃XIHr時効材である
。結果を第4図のグラフに示す。このグラフかられかる
ように表面硬度Hv= 600以上のコイルばねでへた
りが少なく、耐熱性に優れることが確認された。
のへたり量について試験を行なった(疲労試験2)。試
験方法は高l (400,500,600’C)中で一
定(締付力40kg/醜m2、締付時間1時間)の締付
後にコイルばねのへたり量を測定するもので、用いたコ
イルばねは粉末押出7.6oo℃XIHr時効材である
。結果を第4図のグラフに示す。このグラフかられかる
ように表面硬度Hv= 600以上のコイルばねでへた
りが少なく、耐熱性に優れることが確認された。
最後に耐食性についての試験を行なった。これは1%1
I2s04液中で分極試験を実施し、電圧−電流特性を
求めるもので、試験に用いたコイルばねの組成及び結果
を表3に、電圧−電流特性のグラフを第5図に示す。
I2s04液中で分極試験を実施し、電圧−電流特性を
求めるもので、試験に用いたコイルばねの組成及び結果
を表3に、電圧−電流特性のグラフを第5図に示す。
表 3
(注)単位は重量%である。
表3及び第5図のグラフに示すようにFe+ Nlが5
%超、Crが26.0%未満の場合に耐食性が劣ること
がわかった。この他、W、Cの量を変え調べてみたがW
は30〜130%、Cは0.7〜1.7%の範囲内で耐
食性に大きな影響はなかった。尚、第5図のグラフに示
すXはFe−Cr−N1合金(SO5304)、YはN
1−Cr−Fe合金(インコネル718)であり、これ
らとの比較からも本発明の開発材が耐食性に優れている
ことがわかる。
%超、Crが26.0%未満の場合に耐食性が劣ること
がわかった。この他、W、Cの量を変え調べてみたがW
は30〜130%、Cは0.7〜1.7%の範囲内で耐
食性に大きな影響はなかった。尚、第5図のグラフに示
すXはFe−Cr−N1合金(SO5304)、YはN
1−Cr−Fe合金(インコネル718)であり、これ
らとの比較からも本発明の開発材が耐食性に優れている
ことがわかる。
以上のよな各種試験、検討の結果、疲労試験1より線材
中の膨化物の大きさを5μm以下とする必要があり、こ
のことと線材加工試験の結果から溶解鋳造、粉末押出い
ずれの方法においても冷却速度をlXl0”°C/se
cとしなけければならない。
中の膨化物の大きさを5μm以下とする必要があり、こ
のことと線材加工試験の結果から溶解鋳造、粉末押出い
ずれの方法においても冷却速度をlXl0”°C/se
cとしなけければならない。
又、疲労試験2より表面硬度がHv= [i00以上で
ある必要があり、この結果と硬度−時効温度試験の結果
から時効温度は550〜850℃が最適であることがわ
かった。さらに、硬度−時効時間試験の結果と照らし合
わせば、時効時間は30〜180分が最適であることが
確認された。
ある必要があり、この結果と硬度−時効温度試験の結果
から時効温度は550〜850℃が最適であることがわ
かった。さらに、硬度−時効時間試験の結果と照らし合
わせば、時効時間は30〜180分が最適であることが
確認された。
[発明の効果]
以上説明したように本発明コイルばねは、従来耐熱性に
優れているとされたFe系、NI系合金よりもさらに耐
熱性に優れたもので高温環境下において佇効な利用を図
ることができる。
優れているとされたFe系、NI系合金よりもさらに耐
熱性に優れたもので高温環境下において佇効な利用を図
ることができる。
又、他の優れた特性として耐食性、耐摩耗性も兼ね備え
るため、これら複数の特性が要求される環境下でも用い
ることが可能である。
るため、これら複数の特性が要求される環境下でも用い
ることが可能である。
第1図はコイルばねの断面硬度と時効温度の関係を示す
グラフ、第2図は断面硬度と時効時間の関係を示すグラ
フ、第3図及び第4図は表面硬度の異なるコイルばねに
ついて疲労試験の結果を示すグラフ、第5図は分極試験
による電圧−電流特性を示すグラフである。 ′!J 1 図 算2図 第 3WJ &1硯及(Hv)
グラフ、第2図は断面硬度と時効時間の関係を示すグラ
フ、第3図及び第4図は表面硬度の異なるコイルばねに
ついて疲労試験の結果を示すグラフ、第5図は分極試験
による電圧−電流特性を示すグラフである。 ′!J 1 図 算2図 第 3WJ &1硯及(Hv)
Claims (2)
- (1)成分が重量%で26.0≦Cr≦33.0、3.
0≦W≦13.0、0.7≦C≦1.7、Fe+Ni≦
6.0、残部実質Coからなる合金よりなり、炭化物の
大きさが5μm1以下であって、線表面の硬度がビッカ
ース硬度で600以上あり、かつ線中心部よりも線表面
の硬度が前記硬度で100以上高いことを特徴とするコ
イルばね。 - (2)成分が重量%で26.0≦Cr≦33.0、3.
0≦W≦13.0、0.7≦C≦1.7、Fe+Ni≦
6.0、残部実質Coからなる合金塊を鋳造時1×10
^2℃/sec以上の冷却速度で凝固させたもの、又は
前記成分からなる粉末を1×10^2℃/sec以上の
冷却速度で固化したものを、熱間加工若しくは冷間加工
により所望の線径まで必要に応じて焼鈍を施しながら加
工して、その最終工程で焼鈍し、該焼鈍材をコイリング
した後、550〜850℃で30〜180分時効させる
ことを特徴とするコイルばねの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21067590A JP2870156B2 (ja) | 1990-08-08 | 1990-08-08 | コイルばね及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21067590A JP2870156B2 (ja) | 1990-08-08 | 1990-08-08 | コイルばね及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0499241A true JPH0499241A (ja) | 1992-03-31 |
JP2870156B2 JP2870156B2 (ja) | 1999-03-10 |
Family
ID=16593253
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21067590A Expired - Fee Related JP2870156B2 (ja) | 1990-08-08 | 1990-08-08 | コイルばね及びその製造方法 |
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JP (1) | JP2870156B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111485138A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-08-04 | 中国科学院金属研究所 | 一种冷加工态钴基合金棒丝材的制备方法 |
-
1990
- 1990-08-08 JP JP21067590A patent/JP2870156B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111485138A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-08-04 | 中国科学院金属研究所 | 一种冷加工态钴基合金棒丝材的制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JP2870156B2 (ja) | 1999-03-10 |
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