JPS59133350A - 高強靭ばね用鋼材 - 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】 本発明は高強靭ばね用鋼材に関するものである。

コイルばね、トーションバー等のばね材には、疲労強度
が高いこと、特にねじり疲労強度が高いことが最も必要
な特性として請求される。

一方、この種のばねの使用時においては、曲げ、ねじり
等の応力は中立縁を中心として表面に向うに従って増加
し、表面層に最大応力がかかる。

しかるに、従来、ばね９例えばコイルばねな製造するに
は、ばね用鋼材を引抜後、オイルテンパー処理を行って
、高強度とした紐材を冷間で、コイルに成形するか、又
はコイルに成形後、焼入焼戻処理を行って強度を附与す
るという方法によっており、いづれも、通常の熱処理に
よって全断面に亘って均一な焼入焼戻組織を得ることを
目標としている。

これに対し本発明は、ばね使用時における曲げ、ねじり
等の応力分布に対応した強度を有し、かつ最表面層は高
強度、高靭性の超微細組織を有する高疲労強度のばね用
鋼材を提供しようとするものである。

銅材の全断面に急熱急冷のサイクルを繰返し行うことに
よって全断面に亘り結晶粒の微細化を進め、鋼材の強度
や疲労強度を増大させることは公知である。すなわち、
鋼を急速加熱して全断面をＡ。畠変態点以上とし、その
後直ちに全断面を強制冷却して温度を常温に下げるα→
ｔへの結晶構造の変態を数回繰返すと、結晶粒は次第に
微細化され、最終的には全断面に亘り、結晶粒度ＡＳＴ
ＭＮｏ、　１３〜１４程度の超微細組織が得られる。

しかし、それは銅材の全断面に亘って均一な超微細組織
であるということであるから、これをばね用鋼材として
用いると、使用時における曲げ、ねじりなどの応力分布
に対して不必要な強化処理を行うことメなって好ましく
なく、かつ、頼材全断面を７Ｉｌ′Ｉ熱、冷却する処理
を繰返すことによるエネルギー消費も大きいという問題
点がある。

これに関連し、本発明者の実駐結果によれば高周波誘導
加熱法により、鋼材の数面層のみをＡｏｆｉ変態点（鉋
程１組成成分によって決まる）以上に短時間急速加熱し
た後、加熱を停止すると、この状態では中心部は未だ常
温に近く、熱伝導による鉛材の自己冷却作用によって表
面層の温度は直ちに変態点以下に低下する。とのα→ｔ
→αの熱ザイクルを繰返すと一加熱停止時における中心
部の温度も酸洗上昇し、Ａｃｔ変態点温度との差が少く
なる。この場合、加熱停止時に、表面温度を常温に迄低
下させる必要はなく、Ａｒ！変態点以下に低下させれば
、同様に、結晶粒の微細化効果なえられることが判明し
ている〇 本発明はこのような実朕結果に基づくものである。

本発明を図に示した実施例を引用しつ＼以下詳細に説明
する、 図は、銅材に萬周波誘導加熱による、連続熱処理を行っ
た場合における鋼材表面と中心部との温度の変化を示し
たものであり、継軸は温度。

横軸は時間を示す〇 この場合、加熱条件、すなわち被加熱鉛材の径および被
加熱鋼材の送り速度との１ぬ係において、送り通路に置
かれる誘導加熱コイル（Ｌ、。

Ｌｔ　、　Ｌｓ　　・・・・）の数−コイル長（）Ｉ　
、Ａｔ　、ｆｆ１ａ・・・）、阪接する訪等加熱コイル
のコイル間隔（ｄ、、ｄｆｆｉ、ｄｊ　・・・）、誘導
加熱コイルへの投入電力密度（Ｐ＋、Ｐｔ、Ｐｇ・・・
）等の諸元を適宜設定することによって、図に示すごと
く、表面温度はＡ曲線で示すように、Ａｃｓ変態点以上
およびＡｒ、変た１点以下となるような熱サイクルを繰
返し、又中心部温度はＢ１１１Ｉ紛で示すごとくＡ線よ
り相当遅れた昇温曲縁として表わされる。この場合、表
面層にはα−／の変態が４回繰返され、その１１１」に
中心部の温度は、漸次上昇し、４回目の加熱でＡｃ３変
態点以上に加熱でれて、全体加熱又はそれに近い加熱状
態となる。この状態で全体焼入れされる。

ナオ、図Ｋ　オイて点綴で示したＡ、は変態点を概念的
に示したものである。

このようにすることによって、銅材の中心部より表面層
に向うに従い、α−１の変態繰返しの効果が働いて、鋼
材の中心部から表面層に至るに従い、より微細化された
微細焼入組織が得られることになる。この場合、前述し
たごとく、α−ｊ変態を起させるために、加熱停止時に
表面層の温度を強制冷却によって一常温迄下げる必要は
なく、鋼材の自己冷却で、同様の目的を十分辺すること
ができることが判明している。

従って、例えは、被加熱材の通路に沿い、所定間隔をお
いて銹尋加熱コイルを複数個配置しておき、上記加熱コ
イルによるＡｃ５ｆ態点り上への昇温、被加熱材の自己
冷却によるＡｒ、点以下への降温という所定の熱サイク
ルを繰返すことによって、前述した鉋利全断面を加熱、
冷却す一６１費で、かつコイルばね用鋼材に最適な熱処
理条件をうろことができる。

換言すれば、鋼材全断面を力り熱するＶｒ要する１１；
刀エネルギーを１とし、４回熱サイクルを繰返すとした
場合、前述した場合においては全断面加熱を４回繰返す
ので、］　Ｘ　４＝４であるの４：２４）の電力エネル
ギー消費で十分であって、それによって伴らせられる消
エネルギー効果はきわめでｎ着であり、しかもそれによ
って使用時の応力分布に対応した強度分布の鋼材が得ら
れるのである。

焼入れが完了したら、被加熱材が線材であれば、連続的
に、また定尺の棒状材であれば、焼入れと連続的又は、
別のラインでなど適宜の方法により、高周波誘導加熱法
その他の公知の加熱法を用いて焼戻しを行って、鋼材に
所要の機械的性質を与える０ 木発明者は本発明の効果を薙認するため種々の実験を試
みた。その一部を示すと次のとおりである。

実施例 ｌ）実馳条件 （１）試　験　片 直　　　径　　　　　１０闘 材　　　質　　　　８３５Ｃボロン入 （２）加熱条件 表面温度　　８８０’Ｃ−９００°Ｇ 加熱時間　　２秒間 加熱サイクル　　　４回 焼入液　水 ２）実験結果 試験片の焼入焼戻後の断面の結晶粒度を、同一試験片に
同一加熱条件で一回、高周波焼入、焼戻処理したもの＼
それと比較した０結果はｍ１表に示すとおりであった。

実施例 ｌ）試鉄線材 直　　　径　　　　　　９ｍｍ 拐　　　質　　　　　　Ｓｕｐ　　６ 上記試以線材に図に示したごとく、連続高周波焼入焼戻
しをしたもの＼、引張強度と両振り曲は疲労強度を、公
知のオイルテンパー線、通常の高周波焼入焼戻処理をし
たもの、および前述した銅相全断面を加熱、冷却する処
理を紅返す方法で処理したものと比較した０結果は第２
表に示すとおりであった〇 第２表 なお、「鏑材全断面を加熱、冷却する処理を繰返した線
側」の結晶粒度は五３であった。

本発明の素材としては、たとえばＪＩＳ　５ＵＰ３゜５
ＵＰ４．５ＵＰ６．５ＵＰ７．５ＵＰ９．５ＵＰＩＯ或
いは５ＡＥ９２５４、５ＡＥ５１６０．５ＡＥ９２６０
等のごとき、ばね用鍮材ならびに上記餉材を基碓として
所定元累を添加したもの等の　ばね用銅材を用いること
ができる。

以上の実験結果からも知られるように、本発明によるば
ね用鋼材は中心部から表層部に向うに従い、結晶粒度が
微細化され−かつ表面層の結晶粒度が超微細組織である
ので、従来のオイルテンパー線や高周波焼入焼戻線材で
は得られない超微細組織のばね特性に適した強度分布を
有するとともに従来の銅材全断面に亘り、加熱。

冷却する処理を複数回繰返した結果、全断面に亘って超
微細組織であるものに対しても数分の１の熱エネルギー
付与で、ばね材として同等ないし、それ以上の機械的性
質を有するので、不必要なエネルキーを削費した上、過
剰品質材をつる不合理性を避けることかできる。従って
本願は従来のものと比し、側期的な消電力エネルギーで
、ばねの使用時における応力分布に対応した強度分布を
有する高強靭性のばね用鋼材を提供する点におりて、そ
の技術的効果は顕著である。

なお、本発明を適用するに当っては、複数の加熱コイル
を所定間隔をおいて配ｆｆ１Ｌ、当該加熱コイル内ＫＭ
材を送って熱サイクルを繰返すという方法によっても、
また短尺の鋼材を固定とし、固定加熱コイルで同様の熱
サイクルを繰返すという方法によってもよく、要は鋼材
に上述したような熱サイクルを与えることができさえす
ればよい。

【図面の簡単な説明】

図は本発明による熱サイクルを説明するための説明図で
ある。 ｔ、ｚｔ、　　・・・繰返し表面加熱時間ＰＰＰ 〕

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中心部から表層部に向かうに従がい、結晶粒度が微細化
   され、かつ表面層の結晶粒度が超微細組織である抗張力
   １ｓＯｋ５？／ｉａ以上の高強靭ばね用鋼材。