JPH0499242A - 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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- JPH0499242A JPH0499242A JP21067690A JP21067690A JPH0499242A JP H0499242 A JPH0499242 A JP H0499242A JP 21067690 A JP21067690 A JP 21067690A JP 21067690 A JP21067690 A JP 21067690A JP H0499242 A JPH0499242 A JP H0499242A
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Landscapes
- Wire Processing (AREA)
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。
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〕
本発明は耐熱性、耐食性、及び耐摩耗性に優れた炭化物
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。
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、Nl系、Co系の超合金があげられる。
して、Fe系、Nl系、Co系の超合金があげられる。
このうちFe系、Nl系合金はFe−Cr−N1合金、
Ni−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、冷間線引が容易なため
、コイルばねも得られている。
Ni−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、冷間線引が容易なため
、コイルばねも得られている。
一方、前記三基の中で最も耐熱性、耐食性に優れるとさ
れるCo合金はCr、 W+ C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Cr、 W+ Cを添加したものを中心
に開発がされている。
しかし、Co合金は前記の優れた特性を備えるものの、
硬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。
硬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。
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。これを改善するため、鋳造時
5×10で/sec以上の冷却速度でインゴットを凝固
させるか、5×10°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7μm以下に
すれば、線材加工が可能になることを見出した。
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
5×10で/sec以上の冷却速度でインゴットを凝固
させるか、5×10°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7μm以下に
すれば、線材加工が可能になることを見出した。
又、60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(1+50’C)後
、減面率で10〜20%の加工を施す。この材料を所望
の形状にコイリングし、その後550〜650°CX
(30〜120分)時効処理を行なうと、線表面の硬度
が550以上あり、中心部より表面の硬度がHv= 5
0以上高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(1+50’C)後
、減面率で10〜20%の加工を施す。この材料を所望
の形状にコイリングし、その後550〜650°CX
(30〜120分)時効処理を行なうと、線表面の硬度
が550以上あり、中心部より表面の硬度がHv= 5
0以上高いコイルばねが得られることがわかった。
しかし、上記のフィルばねでは、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
7++m程度の大きな炭化物があるためで、これを5μ
m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以下に抑え名にはlXIO2℃/sec
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。
7++m程度の大きな炭化物があるためで、これを5μ
m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以下に抑え名にはlXIO2℃/sec
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°C/sec以上として、炭化
物を5μm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°C/sec以上として、炭化
物を5μm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
炭化物析出硼化型Go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
炭化物析出硼化型Go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≦13.0.0.2≦C≦
0.6. Fe+ Nl≦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511園以下であっ
て線表面の硬度がビッカース硬度で550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50以」ユ
高いことを特徴としている。
Cr≦33.0.3.0≦W≦13.0.0.2≦C≦
0.6. Fe+ Nl≦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511園以下であっ
て線表面の硬度がビッカース硬度で550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50以」ユ
高いことを特徴としている。
父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i×102℃/sec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1×1
02°C/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、その最終工程で減面率
10〜20%の冷間線引加工を施し、該線引材をコイリ
ングした後、550〜650℃で30〜120分時効さ
せるというものである。
合金塊を鋳造時i×102℃/sec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1×1
02°C/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、その最終工程で減面率
10〜20%の冷間線引加工を施し、該線引材をコイリ
ングした後、550〜650℃で30〜120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、ますCrは26.0%未満では耐食性及
び耐熱性に劣り、330%超では硬くなりすぎて加工が
困難となる。次にWは30%未満では耐熱性に劣り、1
3.0%超では硬すぎて加工が困難となる。又、Cは0
.2%未満では強度が低下し、0.6%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+Nt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、ますCrは26.0%未満では耐食性及
び耐熱性に劣り、330%超では硬くなりすぎて加工が
困難となる。次にWは30%未満では耐熱性に劣り、1
3.0%超では硬すぎて加工が困難となる。又、Cは0
.2%未満では強度が低下し、0.6%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+Nt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。
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2mmφまで線引加工を試みた(線材加工試
験)。この結果を表1に示す。
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2mmφまで線引加工を試みた(線材加工試
験)。この結果を表1に示す。
表 1
率5 10. 15.20.25%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2I1m≠、コイル中心径20mmφ、自由長50.
m m有効巻数3.5である。試験結果を表2に示す。
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2I1m≠、コイル中心径20mmφ、自由長50.
m m有効巻数3.5である。試験結果を表2に示す。
表 2
(注)圧延は目oo’c、圧延においてX→割れ、○→
可、線引において×→全く引けない、○→同10%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、○→同10%の加
工可、◎→同20%の加工可を示す。
以上のことから線引可能な条件として炭化物を71+m
以下の大きさとし、そのための冷却速度として少くとも
5 X lo”c / see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くとも
5 X lo”c / see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(注)表
中○→折損なし、×→はとんど折損を不す◇ 以上の結果より減面率5%から20%までの線弓加工が
適していることがわかった。
中○→折損なし、×→はとんど折損を不す◇ 以上の結果より減面率5%から20%までの線弓加工が
適していることがわかった。
次に減面率の異なる線引加工を行なった前記粉末押出7
のコイルばねについて、その断面硬度分布を測定した(
硬度−線引加工試験)。この場合の時効温度は600°
C1時効時間は1時間であった。その結果を第1図のグ
ラフに示す。グラフかられかるように、各々表面から中
心に向かうに従い硬度は下がり、又減面率の低いコイル
ばねほと硬度が低いことがわかった。
のコイルばねについて、その断面硬度分布を測定した(
硬度−線引加工試験)。この場合の時効温度は600°
C1時効時間は1時間であった。その結果を第1図のグ
ラフに示す。グラフかられかるように、各々表面から中
心に向かうに従い硬度は下がり、又減面率の低いコイル
ばねほと硬度が低いことがわかった。
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
コイルばねは前記粉末押出7に減面率10%の線引加工
を施した線材をフィリングしたもので、時効時間は1時
間である。結果を第2図のグラフに示す。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°C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
コイルばねは前記粉末押出7に減面率10%の線引加工
を施した線材をフィリングしたもので、時効時間は1時
間である。結果を第2図のグラフに示す。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°C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と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−時効温度試験と同じであり、時
効温度は600度であった。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、第2図同様表面から中
心に向かうに従い硬度が低Fし、特に時効時間20分及
び180分のものは表面硬度がHV= 550を下回っ
ていることがわかった。
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−時効温度試験と同じであり、時
効温度は600度であった。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、第2図同様表面から中
心に向かうに従い硬度が低Fし、特に時効時間20分及
び180分のものは表面硬度がHV= 550を下回っ
ていることがわかった。
さらに、コイルばねの重要な特性である疲労特性につい
ても試験を行なった。用いたコイルばねは粉末押出7、
線径2.Qmmφ、コイル中心径20111mφ自由長
40mm、有効巻数35である。ます同じ硬度値を示す
コイルばねを炭化物の大きさで分け、平均締付力40K
g/mm2で試験を行なった(疲労試験1)。その結果
を第4図のグラフに示す。このグラフから明らかなよう
に、最大7■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。
ても試験を行なった。用いたコイルばねは粉末押出7、
線径2.Qmmφ、コイル中心径20111mφ自由長
40mm、有効巻数35である。ます同じ硬度値を示す
コイルばねを炭化物の大きさで分け、平均締付力40K
g/mm2で試験を行なった(疲労試験1)。その結果
を第4図のグラフに示す。このグラフから明らかなよう
に、最大7■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51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
方法は締付力40±25Kg/mm2、締付回数1 x
to’回の繰り返し締付後に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、lliOO℃XI
Hr時効材である。結果を第5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二550以上でへ
たりの少いことが確認された。
へたり量について試験を行なった(疲労試験2)。試験
方法は締付力40±25Kg/mm2、締付回数1 x
to’回の繰り返し締付後に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、lliOO℃XI
Hr時効材である。結果を第5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二550以上でへ
たりの少いことが確認された。
最後に耐食性についての試験を行なった。これは1%H
2SO4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6図に示す。
2SO4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6図に示す。
表 3
(注)単位は重量%である。
表3及び第6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の量を変えて調べてみたが
Wは3.0〜130%、Cは0.2〜0.6%の範囲内
で耐食性に大きな変化はなかった。尚、第6図のグラフ
に示すXはFe−Cr−N1合金(SO5304)、Y
はN1−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の量を変えて調べてみたが
Wは3.0〜130%、Cは0.2〜0.6%の範囲内
で耐食性に大きな変化はなかった。尚、第6図のグラフ
に示すXはFe−Cr−N1合金(SO5304)、Y
はN1−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開発材が耐食性に優れてい
ることがわかる。
以上のような各種試験、検討の結果、疲労試験1より線
材中の炭化物の大きさを5IIIfi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1×102℃
/seeとしなければならない。又、疲労試験2より表
面硬度がHv= [1(1(1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5
50〜650°Cが最適であることがわかった。又、硬
度−時効時間試験の結果との比較により、時効時間は3
0〜180分が最適であることが確認された。さらに、
最終工程で施こす線引加工は、コイリング試験において
減面率5%の場合でも良好な結果が得られているが、疲
労試験2の結果より表面硬度Hv= 550以上が必要
であり、その一方で、硬度−線引加工試験において減面
率5%の線材の表面硬度は)Ivによる電圧 550を大きく下回っている。以上のことより減面率J
O〜20%の線引加工を施すことが最適といえる。
材中の炭化物の大きさを5IIIfi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1×102℃
/seeとしなければならない。又、疲労試験2より表
面硬度がHv= [1(1(1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5
50〜650°Cが最適であることがわかった。又、硬
度−時効時間試験の結果との比較により、時効時間は3
0〜180分が最適であることが確認された。さらに、
最終工程で施こす線引加工は、コイリング試験において
減面率5%の場合でも良好な結果が得られているが、疲
労試験2の結果より表面硬度Hv= 550以上が必要
であり、その一方で、硬度−線引加工試験において減面
率5%の線材の表面硬度は)Ivによる電圧 550を大きく下回っている。以上のことより減面率J
O〜20%の線引加工を施すことが最適といえる。
以上説明したように本発明フィルはねは、従来耐食性に
優れているとされたFe系、Nl系合金よりもさらに1
4食性に優れたもので、海水、酸等の腐食性環境下にお
いて有効な利用を図ることができる。
優れているとされたFe系、Nl系合金よりもさらに1
4食性に優れたもので、海水、酸等の腐食性環境下にお
いて有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熱性、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でも用いる
ことが可能である。
第1図は減面率の異った線材加工を施したものについて
その表面硬度を示したグラフ、第2図は時効温度と断面
硬度の関係を示すグラフ、第3図は時効時間と断面硬度
の関係を示すグラフ、第4図及び第5図は表面硬度の異
なるコイルについて疲労試験の結果を示すグラフ、第6
図は分極試験電流特性を示すグラフである。 レーA 9.: ネ 図 多 図 寥 図 算4図 麦tl覆X(Hv)
その表面硬度を示したグラフ、第2図は時効温度と断面
硬度の関係を示すグラフ、第3図は時効時間と断面硬度
の関係を示すグラフ、第4図及び第5図は表面硬度の異
なるコイルについて疲労試験の結果を示すグラフ、第6
図は分極試験電流特性を示すグラフである。 レーA 9.: ネ 図 多 図 寥 図 算4図 麦tl覆X(Hv)
Claims (2)
- (1)成分が重量%で26.0≦Cr≦33.0、3.
0≦W≦13.0、0.2≦C≦0.6、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5μm以下であって、線表面の硬度がビッカー
ス硬度で550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50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、0.2≦C≦0.6、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、その最終工程で減面率10〜20%の冷間線引
加工を施し、該線引材をコイリングした後、550〜6
50℃で30〜120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 |
---|---|---|---|
JP21067690A JP2929680B2 (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 |
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JP21067690A JP2929680B2 (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 |
---|---|
JPH0499242A true JPH0499242A (ja) | 1992-03-31 |
JP2929680B2 JP2929680B2 (ja) | 1999-08-03 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP21067690A Expired - Lifetime JP2929680B2 (ja) | 1990-08-08 | 1990-08-08 | コイルばね及びその製造方法 |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2929680B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104174791A (zh) * | 2014-07-22 | 2014-12-03 | 中国科学院金属研究所 | 异型截面丝材钛合金弹簧的制备方法 |
-
1990
- 1990-08-08 JP JP21067690A patent/JP2929680B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104174791A (zh) * | 2014-07-22 | 2014-12-03 | 中国科学院金属研究所 | 异型截面丝材钛合金弹簧的制备方法 |
CN104174791B (zh) * | 2014-07-22 | 2016-03-30 | 中国科学院金属研究所 | 异型截面丝材钛合金弹簧的制备方法 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP2929680B2 (ja) | 1999-08-03 |
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