JPS6137339A - 耐疲労ボルトおよびその製造方法 - 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、ねじ転造により中炭素鋼または低合金鋼ボル
トを製造する方法、よシ詳しくは転造方法に工夫をなす
ことにより疲れ強さの可及的向上を図った耐疲労ボルト
およびその製造方法に関する。

（従来の技術） 中炭素鋼または低合金を使用するボルトは。

熱処理層の冷間ねじ転造によって疲れ強さの増大するこ
とが良く知られている。これはねじ転造によってねじ底
に圧縮残留応力が生じ、かつ表面硬化層が生じるためと
されている。この内。

表面硬化層は表面硬さと硬化深さが関与するもので、い
ま、表面硬さと軸心との硬度差に関係する表面硬化係数
をに、ボルトの谷径をｄｒ、硬化深さをｔｒとすると、
鋼ボルトの疲れ強さの増大率Ｈ（表面硬化したボルトの
疲れ強さ７表面硬化のないボルトの疲れ強さ）との間に
近似的に次式の関係が成立することが矧られている。

したがって、鋼ボルトの疲れ強さを向上させるには、上
式の表面硬化係数にと硬化深さｔｒを増大すれば良いこ
とが分かる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の冷間転造法によるボルトのＪＡ造
では、上記表面硬化係数にと硬化深さｔｒの増大に一定
の限界があシ、このため中炭素鋼または低合金鋼を使用
するボルトの疲れ強さを思うように上げ得ない現状にあ
った。

本発明は上記現状に鑑み、転造方法に工夫をなし、よシ
耐疲労性に優れたボルトを得ようとするものである。

（問題点を解決するための手段） このため、本発明は、中炭素鋼または低合金鋼を素材に
ボルト素形品を形成し、次いで焼入れ焼もどしの熱処理
を行い、しかる后に２５０〜３５０℃の温度範囲に加熱
し、その直属に転造ダイスの食い込み速度６　ｔｒｒｍ
　／　ｓｅｅ以上の条件下でねじ転造を行うようにした
。

こＸで、焼入れ焼もどし処理したボルト素形品を２５０
〜３５０℃の温度範囲に加熱し、その直属にねじ転造を
行うようにしたのは、前記式における表面硬化係数Ｋ並
びに硬化深さｔｒを可及的に増大せしめて疲れ強さを向
上させるためである。

すなわち、初期のマルテンサイトを加工すると格子欠陥
である空孔が多数形成され、加熱時、こ＼に炭素原子が
集まることが推量される。一方素材に特有の高温引張強
さが最高値になる温度付近で加工すると加工硬化が起き
易くなることが期待される。本発明は前記２つの現象の
相乗効果によシ表面硬化係数Ｋを可及的に増大せしめよ
うとしたもので、加熱温度（転造温度）が２５０℃未満
並びに３５０℃を越えるとその効果　　゛が小さくなる
ので、これを２５０〜３５０℃に限定した。

また温度を上げて加工すると、変形抵抗の低下によって
ねじ底における材料の流動域が拡大し、結果的に硬化深
さｔｒが増大するようになる。

さらに、前記加熱温度範囲２５０〜３５０℃は青熱脆性
域に相当する。しかして高速加工を行えは青熱脆性域が
高温側へ移行することが知られており、本発明において
は加工速度すなわち転造ダイスの食い込み速度を６■／
ｓｅｅ以上に限定することによシ青熱脆性域を同寸した
。

そして上記のごとくして得たボルトにおいて率が１．１
５以上となる。この結果、該ボルトの疲れ強さは、転造
熱処理して得たボルトに対してはもちろんのこと、熱処
理層冷間転造して得たボルトに対しても著しく向上し、
しかもねじ精度に優れたボルトを得ることができる。

（実施例） 以下１本発明の実施例を添伺図面も俗曲して説明する。

実施１２リ　Ｉ ＪＩＳ　８０Ｍ４３５の線材（ミガキ品）を素材に。

これを定寸法に切断、続いて冷間鍛造を行ってボルト頭
を成形し、第１図（ａ）　、　（ｂ）に示すごとき。

ボルト素形品１を得た。ボルト素形品１は後にねじが成
形される軸部２と皿状の頭部３とを具備している。

次に、前記ボルト素形品１を８５０℃油冷→５４０℃油
冷の条件で熱処理した。熱処理層の機械的性質は、引張
強さが１２０Ｋｊ’／ｍｍζ硬さＨＲＣ３５であった。

続いて、前記熱処理を終えたボルト素形品１を常温（室
温）から６００℃までの各種温度に高周波加熱装置で加
熱し、加熱終了と同時に、平ダイス転造盤によシ、転造
ダイスの食い込み速度６．７　ｔａｎ　／　ｓｅｃでね
じ転造を行い、后転造加工されたボルトを油中に落下・
冷却した。第２図は前記のごとくして得たボルトの寸法
・形状を示したもので、４で表わすボルトの反頭部側に
は、所定距離（こ＼では２０ｍｎ）に・わたつ七所定形
状（こ＼ではＭｇＦ２．２５）のねじ５が成形されてい
るう その后、前記ボルト４を硬さ試験に供してねし底の表面
硬さと硬化深さとを測定し、並行して疲労試験および衝
撃試験に供して疲れ限度および衝撃強さを測定した。な
お、硬さ試験はビッカース硬さ計によシ、疲労試験は何
本式強振型試験機によシ、＠撃試験は衝撃引張試験機に
よシ行った。

σａ　（”Ｊ’　／　ｒｒｒｒｔｔ”　）の関係を示し
たものである。なお同図には、比較例として冷間転造后
熱処理したものの結果も、Ｐ表示として示しである。

これよシ、疲れ限度σａは表面硬さＨと硬化深さｔ’ｒ
とがともに増大する程高値になる傾向にある。そして本
発明の範囲である転造温度範囲２５０〜３５０℃で処理
した場合、疲れ限度σａはよシ高値となシ、その値は室
温転造したもの（Ｒ２Ｔ）の２倍弱、転造后冷間転造し
たもの（Ｐ）の２．５倍強となっている。さらに衝撃強
さＥは転造温度５００℃で急激に低下しており、青熱脆
性域が高温側に移行したことが確認できた。

こ＼で１本転造温度範囲２５０〜３５０℃で処理したボ
ルトの、Ａ谷径に対する表面硬化層深さの割合は０．０
９程度となっている。また、−例として転造温度３００
℃で処理したボルトの表面硬さ分布を示すと、第４図の
とおり釦なっている。

これよシ、内部に対する表面の硬さの上昇率が１．２程
度となっている。

実施例２ ＪＩＳ　４５Ｃの線材（ミガキ）品を素材にして、実施
例１と同様に第１図（ａ）　、　（ｂ）に示すボルト素
強さ８７ＴｉＰ／鰭１．硬さＨＲＣ２４であった。

続いて、前記熱処理を終えた素形品１を常温から６００
℃までの各温度に加熱し、以降実施例１と同様の処理を
行ってボルト４（第２図参照）を得、さらに実施例１と
同様の試験を行った。

第５図は、その試験結果を示したもので、疲れ限度σａ
は、ＳＣＭ　４３５の場合と同様、表面硬さＨと硬化深
さｔｒとがともに増大する程高値になる傾向にある。そ
して本発明の範囲である転造温度２５０〜３５０℃で処
理した場合、疲れ限度σａは室温転造したもの（几、Ｔ
　）の約１．５〜２３倍、熱処理后冷間転造したもの（
Ｐ）の約４．５〜７倍の値となった。さらに衝撃強さＥ
は転造温度５００℃を越えると急激に低下しておシ、青
熱脆性域が高温側に移行したことが確認できた。

割合は、雨間で０．１０程度となっている。また−例と
して転造温度３００　’ｑで処理したボルトの表面硬さ
分布を示すと、第６図のとおりになっている。こｎより
、内部に対する狭面の硬さの上昇率が１．１５程度とな
っている。

なお、８０Ｍ４３５　、８４５０に関し、別途実施例１
゜２と同様の熱処理を行い、高温引張試験を行ったとこ
ろ、第７図に示すように１両者とも約３００℃付近で高
温引張強さが最高値となった。

この温度は本発明における加熱温度範囲２５０〜３５０
℃円にあシ、このことが、疲れ限度の向上に有効的に動
いたものと推動される。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように１本発明は、始めポルト素
形品を熱処理し、しかる后に２５０〜３５０℃に加熱し
てねじ転造を行うようにしたもので、これによシねじ底
の表面硬化層における表面硬さ並びに硬化深さが増大し
、従来にも増して耐疲労性に優れたボルトを得ることが
可能になった。

【図面の簡単な説明】

、’ｇｉ図（ａ）　、　（ｂ）は本発明の方法の中間工
程で得たボルト素形品の寸法・形状を示す正面図と側面
図、第２図は本発明にかメる完成ボルトの寸法・形状を
示す側面図、第３図は本発明の範囲ｉ同図、第４図は３
００℃で転心したＳＣＭ　４３５ポルす相関図、第６図
は３００℃転造した５４５Ｃボルトの表面硬さ分布を示
す相関図、第７図は８０Ｍ４３５と５４５Ｃの高温引張
特性を示す相関図である。 １・・・ボルト素形品 ４・・・（完成）ボルト 第１図 第２図 第７図 第３図 転逢温屓（’Ｃ） 第４図 ねじｊＦＳ力）らの距離（ｍｍ） 第５図 第６図 ねじ爪力ゝらの距離（ｍｍ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）中炭素鋼または低合金鋼を素材として温間転造に
   よりねじ部が形成されたボルトであつて、前記ねじ部に
   おける１／２谷径に対する表面硬化層厚さの割合が０．
   ０７５以上でかつ軸心に対する表面の硬さの上昇率が１
   ．１５以上であることを特徴とする耐疲労ボルト。
2. （２）中炭素鋼または低合金鋼を素材にボルト素形品を
   形成し、次いで焼入れ焼もどしの熱処理を行い、しかる
   后に２５０〜３５０℃の温度範囲に加熱し、その直後に
   転造ダイスの食い込み速度６ｍｍ／ｓｅｃ以上の条件で
   ねじ転造を行うことを特徴とする耐疲労ボルトの製造方
   法。