JPS62193823A - ばね用軽量複合金属材料 - Google Patents

ばね用軽量複合金属材料

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JPS62193823A
JPS62193823A JP3623986A JP3623986A JPS62193823A JP S62193823 A JPS62193823 A JP S62193823A JP 3623986 A JP3623986 A JP 3623986A JP 3623986 A JP3623986 A JP 3623986A JP S62193823 A JPS62193823 A JP S62193823A
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JP
Japan
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weight
spring
strength
wire
steel
Prior art date
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Pending
Application number
JP3623986A
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English (en)
Inventor
柴田 闘志
義弘 橋本
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はばね用の、特に自動車エンジン用弁ばねの材料
に適する耐疲労性に優れた複合金属材料に関する。
〔従来の技術〕
ばね用金属材料に要求される諸性質は、ばねの田湊やイ
市I11硼培に上り甫嬰庁が児なる、ばねが動的荷重条
件で使用される場合には耐疲労性が重要であり、金属材
料の耐疲労性は硬度の増加に伴なって向上するため、こ
のような用途には高強度材が使われる。又、高温で使用
される場合には耐熱性が必要である。これらの耐疲労性
及び耐熱性分高く要求される代表的なばねが自動車エン
ジン用の弁ばねである。
又、高強度材からの弁ばねの製造は、素鋼線を熱処理し
て予め必要な強度を付与し、その後コイリング成形する
所謂冷開成形法によっている。この方法による利点は、
高度に均一な加熱冷却を要求される熱処理、なかでも焼
入れ処理を成形前の単線の状態で実施するほうが簡単で
あり、焼入れ時の変形や寸法変化の心配なく、安定した
性能の良いばねが得られるからである。
従って、自動車エンジン用弁ばねの材料は、前記の耐疲
労性、耐熱性を有し高強度であって、コイリング成形の
ために適当な靭性が必要であり、現在では5WO8C−
V 11i(Si−Or鋼)企始めとする低合金オイル
テンパー鋼線あるいは高炭素オイルテンパー鋼線が使用
されている。これらの鋼線の中でも5i−Crlfi線
は耐疲労性及び耐熱性が他のものより優れており、特に
昨今の清浄漠溶製技術の確立によって非金属介在物が低
減されて切欠効果が少なくなったので、その耐疲労性は
更に向上し且つ安定している。その結果、sl−Or 
1lli (D耐疲労性は1.耐疲労強度に優れながら
経済性の点で敬遠されていたマルエージング鋼線等の高
合金材料のレベルにまで達している。
しかし、最近の自動車エンジンの開発は従来よりも一層
高出力であって、しかも軽量化の傾向にある。そのため
弁ばねにおいても、エンジンの高出力化に伴なう高応力
設計及び高回転域でもサージング現象が起こり難くする
ための軽量化環一層厳しい条件が要求されており、もは
や従来のショットピーニングや軟窒化処理等の表面処理
による材料の改質では対応できず、新材料の開発が望ま
れている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、上記の実情に鑑み、耐疲労性及び耐熱性が高
く、自動車エンジン用弁ばねのより一層の軽量化を可能
にしつる、新しい高強度ばね用材料を提供することを目
的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は新しい高強度ばね用材料として軽量複合金属材
料を提供するものであり、該軽量複合金属材料はチタン
またはチタン合金からなる中心線材と、中心線材の外周
を被覆し、組成が0.3〜1.0重量%の炭素、0.1
5〜2.5重量%の珪素、0.3〜2.0重量%のマン
ガン、3.0重量%以下のクロム及び残部の鉄である外
周鋼材とからなっている。
第1図は本発明の軽量複合金属材料の一部を切り欠いた
斜視図であり、中心線材1の外周を外周鋼材2が被覆し
ている。中心線材1となるチタンまたはチタン合金及び
外周鋼材2となる鋼は通常の方法により製造でき、製造
上避けることのできない不純物を含有することができる
軽量複合金属材料の製造方法の一例を示すと、中心線材
1となるべきチタンまたはチタン合金から第3図に示す
ような棒状の中心素材3を形成し、他方外周鋼材2とな
るべき鋼から第2図に示すような円筒状の外周鋼管材4
を形成する。中心素材3を外周鋼管材4の中心孔内に挿
入して両端を溶接固定した後、押出成形機を用いて第4
図に示す如く加熱下に押出ノズル5から線状に押出して
軽量複合金属材料を得る。
〔作用〕
ばねが荷重を受けると、剪断応力は表面で最大となり中
心に向かって半径に比例してほぼ直線的に減少し、中心
では零となる。この′ため、外周鋼材2は耐疲労性、耐
熱性に優れ、高い抗張力と靭性を有し且つ加工性に富む
高強度材として、具体的には上記組成のものであり、特
にswo s c−v清浄溶製鋼等の5i−Cr鋼が好
ましい。
外周鋼材の組成を上記の如く限定した理由は、以下の通
りである。
炭素は0.3重量%未満では強度が不足となり、1.0
重量%を超えると焼入れ時に焼割れを起こし易くなる。
独をは0.15重慴eI、央満では外周用材の脱酸素が
不充分となり、2.5重量%を超えると耐熱性の向上効
果が横ばいになり、且つ熱間圧延時に疵が発生しやすく
なる。
マンガンは0.3重量%未満では外周鋼材の強度が不足
となり、焼入れ性も劣り、2.0重量%を超えると加工
性が低下する。
また、クロムは焼入れ性及び耐熱性の向上に有効である
が、3.0重量%を超えると耐疲労性が低下する。
他方、中心線材1は捩り剛性にあまり寄与しないので、
外周鋼材2との密着性が良く、外周鋼材2に強度な付与
するための熱処理に耐えられる材料であって、出来るだ
け軽量なものとしてチタンまたはチタン合金を選択した
また、本発明の軽量複合金属材料から自動車エンジン用
弁ばねを製造する場合、弁ばねとしての外周鋼材の厚さ
は0.1.〜1.Omの範囲及び中心線材の直径は2.
0〜4.5簡の範囲、並びに外周銅材の厚゛さ/中心線
材の直径の比率は0.05〜0.3の範囲が好ましい。
これらの限定理由は、外周鋼材の厚さが0.1鴎未満で
は製造上困難であるばかりか外周鋼材としての機能を充
分に果せず、l、Qw9超えると充分な軽量化が図れな
い。中心線材の直径が上記範囲外では弁はねとしての実
現性に乏しい。又、上記直径の比率が0.05未満では
充分な強度が得られず、0.3を超えると外周鋼材がば
ねとしての捩り剛性にあまり寄与しない領域を含むこと
になり無駄である。
〔実施例〕
第3図の中心素材3として、a O,009重量%、3
10.01重量%、Mn0.02重量%、Oro、01
重量%、A75.97重量%、V3.94重量%、lF
e0.14重量%及び残部のT1からなるTi−6A4
−4V合金を使用し、第2図の外周鋼管材4として、0
0.55重量%、st 1.40重量%、Mn0.70
重量%、Oro、71重量%、A40.002重量%、
Ti O,001重量%、Vo、01重量%及び残部の
Feからなるswosc−v清浄溶製鋼を使用した。中
心素材3の寸法は直径5011長さ150間であり、外
周鋼管材4の寸法は内径50.2鴎、外径70鴎及び長
さ150811であった。
これらを充分に脱脂した後、外周銅管材4の中心孔に中
心素材3を挿入し、両端を溶接して固定した。これを押
出機にセットして11001:’で2時間加熱し、押出
ノズル5から押出比20で線状に押出した。その後、熱
処理及び冷間伸線を繰り返しながら途中で表面肌荒れ除
去の為に皮剥きを1回行ない、最後にオイルテンパー処
理を施して、中心線材1の半径1.5關及び外周鋼材2
の厚さ0.5鴎の複合線材(実施例)を得た。
比較例として、swosa−v清浄溶製鋼(比較例1)
及びTi−6At−4V合金(比較例2)からなる直径
4.0m1lの各線材に、強度付加のために熱処理ヲ行
すい、ショットピーニングを施したものを準備した。
各線材を中村式回転曲げ疲労叙験機により疲労強度を測
定し、その結果を見掛密度等と共に第1表に示した。疲
労強度は107回の繰り返し応力で破損しなかった応力
の最低値である。
第  1  表 この結果から判るように、本発明の複合線材は5WO3
O−■清浄溶製!l(比較例1)と同等の疲労強度を有
し、見掛密度当りの疲労強度においては遥かに優れてい
た。
次に、実施例と比較例1の各複合線材をコイリング加工
し、低温焼きなまし処理した後、ショットピーニング処
理して歪を取り、得られた各ばねについて星型ばね疲労
試験機を用いて、耐疲労性を試験し、試験結果を第2表
に示した。疲労強度は10′回の繰り返し応力で破損し
なかった応力の最低値である。
尚、実施例の複合線材はswosc−v清浄溶製鋼(比
較例1)の線材と同様にコイリング成形できたが、Ti
−6Al−4V合金(比較例2)の線材はコイリング中
に型面れを起こして成形不能であった。
第  2  表 疲労強度(臀−2) 実施例  6〇二 45 比較例160土 47 この結果から判るように、本発明の複合線材はコイリン
グ加工性に優れ、製造したフィルばねはswosa−v
清浄溶製1(比較例1)のコイルばねと同等の疲労強度
を有していた。
〔発明の効果〕
本発明のばね用複合金属材料は、外周鋼材として耐疲労
性及び耐熱性に優れ、高い抗張力と靭性を有し且つ加工
性に富む高強度材を使用し、中心線材として軽量なチタ
ンまたはチタン合金ご用いたので、耐疲労性及び耐熱性
が高く且つ自動車エンジン用弁ばねのより一層の軽量化
が可能になった。又、本発明の新しいばね用材料から製
造した自動車エンジン用弁ばねは振動数の高い動的荷重
応力下においてもサージング現象が極めて発生し難く、
最近の自動車エンジンの高出力下及び軽量化に充分に対
応できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のばね用複合金属材料の一部切欠斜視図
であり、第2図はばね用複合金属材料の製造に用いる外
周鋼管材の及び第3図は同じく中心素材の斜視図であり
、第4図はばね用複合金属材料の押出成形による製造工
程を示す概略の断面図である。 1・・中心線材 2・・外周温材 3・・中心素材4・
・外周鋼管材 5・・押出ノズル 第1図 第2図 第3図 第4図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)チタンまたはチタン合金からなる中心線材と、中
    心線材の外周を被覆し、組成が0.3〜1.0重量%の
    炭素、0.15〜2.5重量%の珪素、0.3〜2.0
    重量%のマンガン、3.0重量%以下のクロム及び残部
    の鉄である外周鋼材とからなる、ばね用軽量複合金属材
    料。
  2. (2)中心線材がTi−6Al−4V合金である、特許
    請求の範囲(1)項記載のばね用軽量複合金属材料。
JP3623986A 1986-02-19 1986-02-19 ばね用軽量複合金属材料 Pending JPS62193823A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62274051A (ja) * 1986-05-21 1987-11-28 Kobe Steel Ltd 耐疲労性、耐へたり性に優れた弁ばね用鋼線

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62274051A (ja) * 1986-05-21 1987-11-28 Kobe Steel Ltd 耐疲労性、耐へたり性に優れた弁ばね用鋼線
JPH049860B2 (ja) * 1986-05-21 1992-02-21

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