JPS5913568B2 - 冷間成形コイルばねの製造方法 - Google Patents

冷間成形コイルばねの製造方法

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JPS5913568B2
JPS5913568B2 JP4993078A JP4993078A JPS5913568B2 JP S5913568 B2 JPS5913568 B2 JP S5913568B2 JP 4993078 A JP4993078 A JP 4993078A JP 4993078 A JP4993078 A JP 4993078A JP S5913568 B2 JPS5913568 B2 JP S5913568B2
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cold
wire
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strength
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利夫 土方
一博 川「さき」
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Koshuha Netsuren KK
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Koshuha Netsuren KK
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷間成形コイルばねの製造方法に関するもので
ある。
従来行われているコイルばねの製造方法は冷間成形法と
熱間成形法とに大別される。
冷間成形法は主として細径のばねの製造に、又熱間成形
法は主として10龍φ以上の大径のばねの製造に用いら
れている。素材の径が太くなると強度の高いものほど、
冷間成形が困難となるためである。この間の事情をさら
に詳細に述べれば、従来10朋φ以上の大径コイルばね
は、素材を熱間でコイルばね形状に成形した後、焼入焼
戻処理により所要の高強度を付与するという方法で製造
されている。熱間成形法によれば、コイルの成形は容易
であるが、反面、加熱時に生ずるばね表面の脱減炭、熱
間ゆえの材料強度の低下により表面キズがつきやすいこ
とやコイルばね形状での熱処理であるため強度のバラツ
キが生じやすいこと、さらには熱処理時に表面肌荒れ、
変形等が生ずる等、仕上品は品質的には冷間成形品と比
較して欠陥が生じやすい。
所定の強度を有する、比較的細径のオイルテンパー線等
の線材を冷間成形してコイルばねを製造する冷間成形法
によれば、成形時に線材を加熱しないため、線材の強度
はそのま5保有され表面肌荒れも生じないので、その点
では熱間成形法より優れているが、素材が高強度線材で
あると、線径が太くなるに従い成形が困難となるという
問題点がある。
本発明は上述した熱間成形法および冷間成形法がそれぞ
れ有する長所は兼ね具え、しかもそれぞれの有する欠陥
を除去した優れた冷間成形コイルばねの製造方法を提供
しようとするものである。
本発明を第1図〜第3図に従って以下詳細に説明する。
本発明は次のような構成からなる。
I )焼入可能な線材を高周波誘導加熱等による急速加
熱後、焼入れを行った後3000〜600℃の温度範囲
で同様の方法により急速加熱後、当該加熱を停止し、6
0秒以下というきわめて短時間当該温度に保持し、次い
で冷却する。
炭素鋼からなる線材を、たとえば引抜後、高周波誘導加
熱等による急速加熱後、1000゜C以下のオーステナ
イト領域に、当該線材の化学成分に応じて設定できる極
小時間保持し、水焼入れすることによって当該鋼材の結
晶粒がASTMnO.9〜12と非常に微細になり、か
つミクロ組織的に炭素濃度の不均一な組織が生ずること
によって焼入れ段階で通常の熱処理に比べて高強靭性の
線材を製造しうろことは高周波誘導加熱等の急速加熱焼
入の特徴として既に知られている処であるが、本発明者
は、炭素含有量0.3%以上の線材に上記の焼入を施し
てえた高強度線材を、従来の焼戻温度よりも比較的に高
温の300、〜600℃に加熱した後、当該加熱を停止
し、しかる後、従来法における炉加熱焼戻しでは考えら
れないような、60秒以下というきわめて短時間(従来
法では30〜60分程度)、当該温度に保持し、冷却す
ることによって引張強さ150kgf/M4以上の強度
を有し、しかも靭性が高く、きわめて冷間加工性に富ん
だ線材を得られることを見出した。
これは前述したごとく、従来の焼戻しの概念を離脱して
比較的高温かつ極小時間の急速加熱により、過飽和に炭
素等の侵入型原子を固溶したマルテンサイトの分解およ
び炭化物の析出が、除々に加熱する場合と比べて急速に
起り、かつ、短時間保持後、急冷するという第一段階の
焼戻しによって、当該温度において一般的に考えられる
十分な焼戻し状態に達するには不十分な熱エネルギー供
給により、炭化物の分布、形状をも含めて、いわば焼戻
し不十分な状態で反応を .一応停止させてしまうこと
によるものと推定される。
換言すれば、急速加熱、短時間保持の焼入れにより鋼材
を微細粒をもつマルテンサイト組織とし、それによって
鋼材に高強度と高延性を有 ,するのに必要なベースを
与えた上で、第一段階の高温かつ短時間保持の焼戻を行
なうことによって150kgf/Mt?t以上の強度を
与え、なおかつ総じて転位密度は高いが、降伏点を比較
的低く押さえ、降伏してから十分な伸びを得るのに .
必要な動転位の比率が高い状態、すなわち、得られる特
性として延性が高く、具体的には加工法の高い状態とす
るのである。
もちろん、この段階では焼戻し不十分の状態であるので
、耐へたり性については好ましくないと云える。このこ
とを証明するための実験結果の一部を次表に示す。
夫験例 1 I )供試体 材 質 SAEl552 化学成分 C−0、51,Mn=1.56径
12mm焼入硬さ Hv−800 2)焼戻し条件と機械的性質の関係 3)実験結果 上記実験結果によれば、急速加熱、短時間保持後焼入れ
を行ない、しかる後300〜600℃に急速加熱し、6
0秒以下という短時間の保持時間の後、急冷して焼戻し
をすると、150kgf/M4以上の強度で、しかも加
工性の良い線材をえられることが判明する。
なお、第1図は本実験例における供試体の焼戻し時間と
温度との関係を示し、第2図は焼戻温度500℃におけ
る保持時間と線材の硬さ、靭性との関係を示す。
第1図において縦軸は焼戻温度、横軸は焼戻し時間(対
数(尺))を、第2図において横軸は焼戻時間(対数(
尺))を、又曲線A,bおよびCはそれぞれ引張強さ、
絞りおよび伸びの変化を示す。本発明による第一段階の
焼戻し処理によって上記実験例から明らかなように炭素
含有量0.51係の炭素鋼を素材として用いると150
kgf/Mri以上の高強度でかつ加工性のすぐれた線
材かえられる。
さらに本発明者の他の実験例によれば、たとえばJIS
SWRH62B,SAE9254,SUP6、7.9に
化学組成が示されているごとき炭素含有量0.3係以上
の炭素鋼を素材として用いれば上記同様150kgf/
M4以上、鋼種或いは成分系によっては220kgf/
Ma程度の高強度で加工性の優れた線材かえられること
も判明している。上記のごとく線材として炭素含有量0
.3係以上のものを用いれば、引張強さ1501yf/
My?t以上でしかも塑性加工性の高い線材をえられる
ので好ましいが、用途に応じてそれ程の強度を必要とし
ない場合には素材として炭素含有量が0.3%より低い
炭素鋼を用いてもよく、その場合でも、従来と比して塑
性加工性の高い高強度の線材かえられることが判明して
おり、その点で本発明は炭素含有量に限定なく焼入可能
なすべての線材に適用可能である。
2)上記線材を冷間でコイルばねに成形する。
上述したように1)の方法によってえられた線材は高強
度でかつ強加工性が付与されているので、たとえば10
〜16mmφの如き従来の冷開成形対象の線径のものよ
り直径において5,6割方太い大径のコイルばねを容易
に冷間成形可能である。すなわち高強度で大径のコイル
ばねを公知の成形機をもって容易に冷間成形することが
可能である。3)上記冷間加工コイルばねをさらに30
0〜500℃で30〜60分再加熱することによって当
該コイルばねの弾性限を高める。
本発明においてはコイルばねの冷開成形後、これを30
0〜500℃に30〜60分加熱する、第二段階の低温
焼戻しにより当該コイルはねに優れた耐クリープ性を付
与し、きわめてヘタリの少ないばねを製造することがで
きる。
換言すれば、上記1)における急速加熱、短時間保持を
特徴とする第一段階の焼戻しによりきわめて高い転位密
度を維持した線材が冷間成形による塑性加工をうけるこ
とによって、更にその転位が増殖さね、これに加えて第
一段階の焼戻しで得られた高強度を低下させない、上記
第一段階の焼戻し温度より上限の低い、300〜500
のCの温度範囲で30〜60分という一定時間、一般に
行なわれている電気炉等での第二段階での焼戻しを行な
うと、転位と溶質原子や炭化物の間で固着現象が生じて
転位を動けなくシ、いわゆる不動転位を形成させること
によって一種の歪時効効果が得られ、その結果その弾性
限、降伏点およびリラクゼーション特性が向上し、又線
材の冷開成形前の熱処理の段階でのマルテンサイトの分
解、炭化物の析出、分布、形状等の・暁戻し現象が前述
のように十分でなかったものが安定化し、最終的には高
強度を維持しながら、高い耐クリープ性をもったコイル
はわが製造できるものと推定される。なお、上記第二段
階の低温焼戻しにより、冷間加工による残留応力の除去
という一般的な効果が付加されることはもちろんである
本発明者は上記第二段階の安定化焼戻しによる効果を確
認するための実験を行なった。
その実験結果の一部を示すと第3図のとおりである。ミ
験例 2I)実験条件 (1)供試体 実験例1におけるものと同じ。
(2)熱処理条件 実験例1におけると同一条件で熱処理を行なった。
(3)熱処理した試供体の1部はねじりによる塑性変形
を加え(加工材)、1部はねじりによる塑性を加えず(
非加工材)、両者に同一条件(前述)の第二段階の安定
化焼戻し処理を施した。
).)実験結果 第3図に示すとおりで、縦軸は引張荷重Pを横軸はひず
みεを示し、mは加工材の、nは非加工材の引張り荷重
一ひずみ曲線を示す。
第3図から加工材は非加工材に比し弾性限が上昇してお
り、耐クリープ性が高いことが明白となった。本発明者
は、更に本発明によって得たコイルばね製品の具体的な
機械的性質と、従来の熱開成形によって得たコイルばね
のそれとを比較するため次の実験を行なった。
辷験例 3 1)供試体 原材料 線 径 14mytxφ 材質 A:本発明を実施したもの SAEl552B :従来方法を実施したもの SUP6 製造工程 A,B両者ともに160kgf/Ma強度レ一とし、下
記の如き圧縮コイルばね完製品とする。
D/d・・・・・・・・6有効巻数Na・・・・・5巻 総巻数・・・・・・・・7巻 自由高さH・・・・・・220mm (2)実験方法 A,Bともに定歪型疲労試験機にかけ、200万回での
疲労限を求めた。
(3)実験結果 下記のとおりであった。
上記実施例においては急速加熱手段として主として高周
波誘導加熱を用いる場合について述べたが、それに代え
て直接通電方式等を用いてもほゾ同様の効果かえられる
本発明によれば、線材を高周波誘導加熱等による急速加
熱、短時間保持後焼入れを行ない、しかる後300、〜
600℃に急速加熱し、ついで60秒以下という極小時
間、当該温度に保持した後、冷却する第一段階でのJ暁
戻しによって高強度で、かつ高加工性を付与し、それに
よって高強度で大径のコイルばねを通常の成形機で容易
に冷間成形可能とし、しかも冷間塑成加工後の第二段階
での安定化低温焼戻しにより弾性限の格段の向上を計る
ことができるので、これを従来のこの種コイルばねの成
形法と比べると、従来、熱開成形せざるをえなかった、
たとえば10mmφ以上の高強度線材からなるコイルば
ねを容易に冷開成形することが可能となり、従来の熱開
成形法によった場合に生ずるばね表面の脱減炭、材料強
度の低下、強度のバラツキ、表面肌あれ、変形等の欠陥
を避けられ、細径のものはもちろん、大径の高強度コイ
ルばねを高加工性をもって製造できる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は本発明の実験結果を示す、それ老〃,
線図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 焼入可能な線材に高周波誘導加熱等による急速加熱
    、急速冷却からなる焼入れを施し、しかる後、当該線材
    を300℃〜600℃の温度範囲に同様手段で急速加熱
    した後、当該加熱を停止し、60秒以下の短時間、当該
    温度に保存した後、冷却し、ついで当該線材を冷間でコ
    イルばねに成形し、さらに当該成形コイルばねを上記加
    熱温度より上限の低い300℃〜500℃の温度範囲に
    30分〜60分間再加熱することを特徴とする冷間成形
    コイルばねの製造方法。 2 300℃〜600℃の温度範囲に急速加熱後、60
    秒以下の短時間保持して冷却した線材の引張強さが15
    0kgf/mm^2以上である、特許請求の範囲第1項
    記載の冷間成形コイルばねの製造方法。
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