JPS62260015A - 耐疲れ性にすぐれたばねおよびその製造方法 - Google Patents
耐疲れ性にすぐれたばねおよびその製造方法Info
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- JPS62260015A JPS62260015A JP10257986A JP10257986A JPS62260015A JP S62260015 A JPS62260015 A JP S62260015A JP 10257986 A JP10257986 A JP 10257986A JP 10257986 A JP10257986 A JP 10257986A JP S62260015 A JPS62260015 A JP S62260015A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
- C21D9/525—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length for wire, for rods
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F1/00—Springs
- F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
- F16F1/021—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant characterised by their composition, e.g. comprising materials providing for particular spring properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2221/00—Treating localised areas of an article
- C21D2221/10—Differential treatment of inner with respect to outer regions, e.g. core and periphery, respectively
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〉
この発明はエンジンその他耐疲れ性を高度に要求される
高強度ばねとして用いる耐疲れ性にすぐれたばねおよび
その製造方法に関するものである。
高強度ばねとして用いる耐疲れ性にすぐれたばねおよび
その製造方法に関するものである。
〈従来の技術〉
金属材料の耐疲れ性はその硬さと共に増加するが、ある
硬さ以上になると、表面疵や材料内部に含まれる非金属
介在物などの欠陥の影響を受けて低下すると云われてい
る。
硬さ以上になると、表面疵や材料内部に含まれる非金属
介在物などの欠陥の影響を受けて低下すると云われてい
る。
従って、高強度でしかも欠陥の少ない材:を斗が耐疲れ
性には右利であると考えられる。
性には右利であると考えられる。
例えば、自動車エンジンに使用される弁ばねは、その過
酷な使用環境から、耐疲れ性、耐熱性が高度に要求され
ている。この弁ばね用鋼線の素材としては、高強度のほ
かに耐熱性、コイリング成形性、経済性などを考慮して
高炭素鋼線や低合金鋼線が実用化されている。
酷な使用環境から、耐疲れ性、耐熱性が高度に要求され
ている。この弁ばね用鋼線の素材としては、高強度のほ
かに耐熱性、コイリング成形性、経済性などを考慮して
高炭素鋼線や低合金鋼線が実用化されている。
なかでもSi Cr SI!1Fitは耐疲れ性、耐熱
性ともに他の鋼線よりもすぐれており、最近では最適素
材として高く評価され、その使用が広まっている。
性ともに他の鋼線よりもすぐれており、最近では最適素
材として高く評価され、その使用が広まっている。
近年、この高強度化と相俟って、皮剥などの表面手入れ
技術や疵発生源対策による表面疵の低減とPJ浄銅鋼溶
製技術確立による非金属介在物の低減により材料欠陥は
改善され、弁ばねの耐疲れ性は一段と向上している。
技術や疵発生源対策による表面疵の低減とPJ浄銅鋼溶
製技術確立による非金属介在物の低減により材料欠陥は
改善され、弁ばねの耐疲れ性は一段と向上している。
発明が解決しようとする問題点〉
ところが、最近の自動車エンジンの開発動向をみると、
従来よりもさらに高出力であって、しかも軒昂であるこ
とが要求されている。そのため、弁ばねにおいても、さ
らに高応力設計、高寿命が要求され、より一層厳しい条
件下におかれる傾向にある。
従来よりもさらに高出力であって、しかも軒昂であるこ
とが要求されている。そのため、弁ばねにおいても、さ
らに高応力設計、高寿命が要求され、より一層厳しい条
件下におかれる傾向にある。
この高出力、軽役化の要求に対しては、耐疲れ性強化の
ために通常施されるショットピーニング、軟窒化処理な
どの表面処理による改善を加えても対応は困難である。
ために通常施されるショットピーニング、軟窒化処理な
どの表面処理による改善を加えても対応は困難である。
この要求に応えるには、現在ばね用として用いられてい
る高強度鋼線を一層強化する必要があるが、高強度化の
みでは材料欠陥による影響により、逆に耐疲れ性の低下
を招くため、まず材料欠陥の影響を排除することが前提
となるのである。ところが、この方策として前述の如く
今まで表面、内部とも材料欠陥を低減する努力が積み重
ねられており、現在そのレベルは限界に近く、材料欠陥
の低減による改善は困難とされている。
る高強度鋼線を一層強化する必要があるが、高強度化の
みでは材料欠陥による影響により、逆に耐疲れ性の低下
を招くため、まず材料欠陥の影響を排除することが前提
となるのである。ところが、この方策として前述の如く
今まで表面、内部とも材料欠陥を低減する努力が積み重
ねられており、現在そのレベルは限界に近く、材料欠陥
の低減による改善は困難とされている。
〈問題点を解決するための手段〉
この発明は上記のような従来法の問題点に鑑み、耐疲れ
性にすぐれた新規なコイルばねおよびその製造方法を見
出したものである。
性にすぐれた新規なコイルばねおよびその製造方法を見
出したものである。
即ち、この発明はCO,3〜1.0重D%、Sio、1
5〜2.5Iffi%、11r+ ’0.3〜2.0重
最%1Cr3.0重量%未満を含有し、残部がFeおよ
び不可避的不純物からなる線径が2.0M以上の鋼線の
母材硬さをHv≧500に調整したのち、急速加熱手段
にて線表胸部に加熱軟化処理を施すことにより、硬さを
線表面より10μ乳の範囲はHv≦450であり、10
0μm以上の深部はHv≧500とし、次いで冷間にて
所定のばね形状にコイリング成形の後、ショットピーニ
ング処理を施すことを特徴とする耐疲れ性にすぐれたば
ねの製造方法と、かくして得られるばねであり、要する
に、予め高強度鋼線の表層部のみに加熱軟化処理を施す
ことによって、従来除去することの困難だった表面微少
疵による切欠感受性が軽減し、機械的表面処理による圧
縮残留応力層が深く得られる鋼線を冷間でコイリングの
後、ショットピーニング処理を施すことで、従来にない
耐疲れ性にすぐれたばねを得るに至ったものである。
5〜2.5Iffi%、11r+ ’0.3〜2.0重
最%1Cr3.0重量%未満を含有し、残部がFeおよ
び不可避的不純物からなる線径が2.0M以上の鋼線の
母材硬さをHv≧500に調整したのち、急速加熱手段
にて線表胸部に加熱軟化処理を施すことにより、硬さを
線表面より10μ乳の範囲はHv≦450であり、10
0μm以上の深部はHv≧500とし、次いで冷間にて
所定のばね形状にコイリング成形の後、ショットピーニ
ング処理を施すことを特徴とする耐疲れ性にすぐれたば
ねの製造方法と、かくして得られるばねであり、要する
に、予め高強度鋼線の表層部のみに加熱軟化処理を施す
ことによって、従来除去することの困難だった表面微少
疵による切欠感受性が軽減し、機械的表面処理による圧
縮残留応力層が深く得られる鋼線を冷間でコイリングの
後、ショットピーニング処理を施すことで、従来にない
耐疲れ性にすぐれたばねを得るに至ったものである。
〈作用〉
wI線の耐疲れ性は、硬さとともに上昇するが、ある硬
さ以上になると、逆に低下する。これは材料欠陥による
ものと考えられているが、なかでもコイルばねの場合、
荷重を受けると剪断応力は線表面で最大となることから
、表面欠陥による影響が大きい。
さ以上になると、逆に低下する。これは材料欠陥による
ものと考えられているが、なかでもコイルばねの場合、
荷重を受けると剪断応力は線表面で最大となることから
、表面欠陥による影響が大きい。
この影響は高硬度領域で顕著にあられれる。
例えば、表面疵の比較的多い線をAとし、表面疵の少な
い線をBとして、それぞれ硬さと疲れ強さとの関係を模
式的に表わすと、第1図に示すようになる。
い線をBとして、それぞれ硬さと疲れ強さとの関係を模
式的に表わすと、第1図に示すようになる。
またAを従来の疵レベル、Bを現状の疵レベルとすると
、この間の表面疵レベルの改善による耐疲れ性の向上効
果はDとして表わすことができる。
、この間の表面疵レベルの改善による耐疲れ性の向上効
果はDとして表わすことができる。
この発明によると、現状では除去の困難な深さ数μmの
微少疵が存在する表皮層を軟化させるため、当該部分の
疵感受性を著しく弱めることができるのである。その結
果、疲れ強さはB−Cに上昇する。軟化層の幅は、現状
の疵レベルでは、少なくとも10μmは必要である。ま
た100μmを越えると、線全体の強度低下を招くので
好ましくない。
微少疵が存在する表皮層を軟化させるため、当該部分の
疵感受性を著しく弱めることができるのである。その結
果、疲れ強さはB−Cに上昇する。軟化層の幅は、現状
の疵レベルでは、少なくとも10μmは必要である。ま
た100μmを越えると、線全体の強度低下を招くので
好ましくない。
また、この発明の適用は線径が2.0mm以上の鋼線に
限られる。2.0.、未満では母層に占める軟化層の比
が大きくなるので適当でない。上記条件を満足するよう
な表皮層加熱は、レーザー Ti子ビーム、プラズマ、
周波数10MHz以上の高周波電力などの高密度エネル
ギーの適用により可能である。
限られる。2.0.、未満では母層に占める軟化層の比
が大きくなるので適当でない。上記条件を満足するよう
な表皮層加熱は、レーザー Ti子ビーム、プラズマ、
周波数10MHz以上の高周波電力などの高密度エネル
ギーの適用により可能である。
また、通常高強度ばねは耐疲れ性向上のため、コイリン
グ成形の後、ショットピーニング処理が施される。この
時生じる圧縮残留応力層は深いほど耐疲れ性には有利で
あるが、一般には硬い材料よりも軟かい材料の方が圧M
残留応力の存在する層が深い。
グ成形の後、ショットピーニング処理が施される。この
時生じる圧縮残留応力層は深いほど耐疲れ性には有利で
あるが、一般には硬い材料よりも軟かい材料の方が圧M
残留応力の存在する層が深い。
しかしながら、軟かい材料は強度的に不利である。とこ
ろが、表層部軟化処理材は、高硬度材であるにも拘らず
、圧縮残留応力層を深くすることが可能であり、従来に
なく高いショットピーニング効果を得ることができる。
ろが、表層部軟化処理材は、高硬度材であるにも拘らず
、圧縮残留応力層を深くすることが可能であり、従来に
なく高いショットピーニング効果を得ることができる。
予め、表層部軟化処理を施したall線を冷間にてコイ
リング成形の後、ショットピーニング処理を施したこの
発明によるばねは、表面欠陥の影響もなく、且つ高いシ
ョットピーニング効果が得られるため、従来になくすぐ
れた耐疲れ性を示すのである。
リング成形の後、ショットピーニング処理を施したこの
発明によるばねは、表面欠陥の影響もなく、且つ高いシ
ョットピーニング効果が得られるため、従来になくすぐ
れた耐疲れ性を示すのである。
この発明に用いる鋼線は、C15L1t1n、Cr、F
・および不可避的不純物からなるもので、各成分の範囲
は次のとおりのものが好ましい。なお、以下の%は重量
%である。
・および不可避的不純物からなるもので、各成分の範囲
は次のとおりのものが好ましい。なお、以下の%は重量
%である。
Cは0.3〜1.0%が好ましく、0.3%未満では十
分な強度が得られない。また1、0%を越えると、焼入
時、焼割れを起こしやすくなる。
分な強度が得られない。また1、0%を越えると、焼入
時、焼割れを起こしやすくなる。
Sしは0.15〜2.5%が好ましく、0,15%未満
では耐熱性に劣る。また2、5%を越えると、熱間圧延
時、表面に疵が生じやすい。
では耐熱性に劣る。また2、5%を越えると、熱間圧延
時、表面に疵が生じやすい。
1は0.3〜2.0%が好ましく、0.3%未満では焼
入れ性に劣り、強度不足となり、2.0%を越えると加
工性が悪くなる。
入れ性に劣り、強度不足となり、2.0%を越えると加
工性が悪くなる。
Crは3.0%未満が好ましい。Crの存在は焼入性、
耐熱性を得るのに非常に有効であるが、経済性を考慮し
て3%未満どした。
耐熱性を得るのに非常に有効であるが、経済性を考慮し
て3%未満どした。
また、母材硬さはばね用gl線の場合、耐疲れ性を確保
するためにはHv≧500であることが好ましく、逆に
疵感受性はHv>450で急激に高まるため、線表皮部
硬さはHv≦450が好ましい。この条件を満足させる
ためには、軟化処理時、当該処理部が500〜700℃
の範囲に加熱処理されるのが適当である。
するためにはHv≧500であることが好ましく、逆に
疵感受性はHv>450で急激に高まるため、線表皮部
硬さはHv≦450が好ましい。この条件を満足させる
ためには、軟化処理時、当該処理部が500〜700℃
の範囲に加熱処理されるのが適当である。
上記の如くにして得られた、この発明のばね用鋼線は、
従来になく高い耐疲れ性が得られることが確認された。
従来になく高い耐疲れ性が得られることが確認された。
〈実施例〉
以下、実施例によりこの発明の詳細な説明する。
実施例1
素鋼線として5WO8C−V (CO,60%、Si1
.4%、Cr0.70%、f’h (1,70%、残部
Fe及び不可避的不純物)のw4線で、圧延のままの線
材を皮剥、伸線、酸洗いした径3.0fflのものを用
い、850℃にて10分間加熱したのら、油中50℃で
焼入れし、400℃にて30分間の焼き戻しを連続的に
行なった。
.4%、Cr0.70%、f’h (1,70%、残部
Fe及び不可避的不純物)のw4線で、圧延のままの線
材を皮剥、伸線、酸洗いした径3.0fflのものを用
い、850℃にて10分間加熱したのら、油中50℃で
焼入れし、400℃にて30分間の焼き戻しを連続的に
行なった。
次いで周波数27MH2,電圧6.5KVで1回当りの
処理時間3ratnsecの高周波電力を1秒間に2回
の割合で連続的に与え、軟化処理を行なって処理鋼線A
を得た。
処理時間3ratnsecの高周波電力を1秒間に2回
の割合で連続的に与え、軟化処理を行なって処理鋼線A
を得た。
実施例2
実施例1と同じ組成の素鋼線を用い、焼入れ、焼き戻し
までを実施例1と同じに行なったのち、0.5KWのC
O2レーザーを連続的に照射した。鋼線の移動はレーザ
ーに対し、被処理部の相対送り速度が100m#I/S
eCになるよう、鋼線を回転させながら、行なった。上
記処理により処理鋼線Bを得た。
までを実施例1と同じに行なったのち、0.5KWのC
O2レーザーを連続的に照射した。鋼線の移動はレーザ
ーに対し、被処理部の相対送り速度が100m#I/S
eCになるよう、鋼線を回転させながら、行なった。上
記処理により処理鋼線Bを得た。
上記、実施例1および2ともに軟化処理時、当該処理部
の温度が500〜700℃に入るよう熱源を調整した。
の温度が500〜700℃に入るよう熱源を調整した。
かくして得られた処理鋼線AおよびBの横断面11織構
造は夫々第2図(a)および(b)に示す顕微鏡写真の
通りである。また処理鋼FA A jjよびBの横断面
表層部の硬度分布は第3図に示す通りであって、何れも
表皮部のみ軟化されていることがうかがえるのである。
造は夫々第2図(a)および(b)に示す顕微鏡写真の
通りである。また処理鋼FA A jjよびBの横断面
表層部の硬度分布は第3図に示す通りであって、何れも
表皮部のみ軟化されていることがうかがえるのである。
次に処3!l!鋼線AおJ:びBと比較材として処理鋼
線A、Bと同等の索鋼腺を同等の焼入れ、焼戻し処理を
施すことにより得られた9AaCとを用いて第1表に示
す諸元のばねに成形加工し、τ=60Ky4におけるば
ね疲労試験を行なった。
線A、Bと同等の索鋼腺を同等の焼入れ、焼戻し処理を
施すことにより得られた9AaCとを用いて第1表に示
す諸元のばねに成形加工し、τ=60Ky4におけるば
ね疲労試験を行なった。
その結果は第4図に示した。
第 1 表
上図からこの発明による処理wJ線A、Bの耐疲れヰは
従来法によるものに比べて極めてすぐれていることが確
認された。
従来法によるものに比べて極めてすぐれていることが確
認された。
〈発明の効果〉
以上詳述したように、この発明の方法によるばねは従来
になく高い耐疲れ性を有し、特に自動車エンジンの弁ば
ねに用いた場合、その軽量化が可能となりエンジンの性
能向上が期待されるのである。
になく高い耐疲れ性を有し、特に自動車エンジンの弁ば
ねに用いた場合、その軽量化が可能となりエンジンの性
能向上が期待されるのである。
第1図はこの弁明の方法よりなるばねと従来法の鋼線の
硬度と疲れ強さの関係を示す線図、第2図(a)および
(b)はこの発明にてばねを得る際のコイリング成形前
の鋼線表層部の横断面!i11織を示す顕微鏡写真、第
3図はこの弁明のばねを)5する際のコイリング成形前
の鋼線の!断面表層部の硬度分布を示す線図、第4図は
この発明のばね用wIFAおよび比較材の疲労特性を示
すS−N線図である。 出願人代理人 弁理士 和 1)昭第S図
第1図 第4図 繊医L& N(回) 第2図
硬度と疲れ強さの関係を示す線図、第2図(a)および
(b)はこの発明にてばねを得る際のコイリング成形前
の鋼線表層部の横断面!i11織を示す顕微鏡写真、第
3図はこの弁明のばねを)5する際のコイリング成形前
の鋼線の!断面表層部の硬度分布を示す線図、第4図は
この発明のばね用wIFAおよび比較材の疲労特性を示
すS−N線図である。 出願人代理人 弁理士 和 1)昭第S図
第1図 第4図 繊医L& N(回) 第2図
Claims (4)
- (1)C0.3〜1.0重量%、Si0.15〜2.5
重量%、Mn0.3〜2.0重量%、Cr3.0重量%
未満を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からな
る線径が2.0mm以上の鋼線の母材硬さをH_v≧5
00に調整した後、急速加熱手段にて線表層部に加熱軟
化処理を施すことにより、硬さを線表面より10μmの
範囲はH_v≦450であり、100μm以上の深部は
H_v≧500とし、次いで冷間にて所定のばね形状に
コイリング成形の後、ショットピーニング処理を施すこ
とを特徴とする耐疲れ性にすぐれたばねおよびその製造
方法。 - (2)急速加熱手段がレーザー加熱方式である特許請求
の範囲第1項記載の耐疲れ性にすぐれたばねの製造方法
。 - (3)急速加熱手段が周波数が10MHz以上で1回当
りの処理時間が200msec以下である高周波電力を
連続的に投入する誘導加熱方式である特許請求の範囲第
1項記載の耐疲れ性にすぐれたばねの製造方法。 - (4)線表層部の加熱軟化処理において、当該処理部が
500〜700℃の範囲に加熱されることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の耐疲れ性にすぐれたばねの
製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10257986A JPS62260015A (ja) | 1986-05-02 | 1986-05-02 | 耐疲れ性にすぐれたばねおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10257986A JPS62260015A (ja) | 1986-05-02 | 1986-05-02 | 耐疲れ性にすぐれたばねおよびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62260015A true JPS62260015A (ja) | 1987-11-12 |
Family
ID=14331136
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10257986A Pending JPS62260015A (ja) | 1986-05-02 | 1986-05-02 | 耐疲れ性にすぐれたばねおよびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62260015A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01287222A (ja) * | 1988-05-13 | 1989-11-17 | Nhk Spring Co Ltd | ばね用材料 |
JPH04272524A (ja) * | 1991-02-27 | 1992-09-29 | Nippon Steel Corp | 高強度コイルばねの疲労強度向上方法 |
WO1995025821A1 (en) * | 1994-03-22 | 1995-09-28 | Battelle Memorial Institute | Reducing edge effects of laser shock peening |
WO1999024630A1 (fr) * | 1997-11-06 | 1999-05-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Fil d'acier et ressort a resistance elevee a la fatigue et procedes de fabrication |
EP2192201A1 (de) * | 2008-11-21 | 2010-06-02 | Muhr und Bender KG | Gehärteter Federstahl, Federelement und Verfahren zur Herstellung eines Federelements |
-
1986
- 1986-05-02 JP JP10257986A patent/JPS62260015A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01287222A (ja) * | 1988-05-13 | 1989-11-17 | Nhk Spring Co Ltd | ばね用材料 |
JPH04272524A (ja) * | 1991-02-27 | 1992-09-29 | Nippon Steel Corp | 高強度コイルばねの疲労強度向上方法 |
WO1995025821A1 (en) * | 1994-03-22 | 1995-09-28 | Battelle Memorial Institute | Reducing edge effects of laser shock peening |
WO1999024630A1 (fr) * | 1997-11-06 | 1999-05-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Fil d'acier et ressort a resistance elevee a la fatigue et procedes de fabrication |
US6627005B1 (en) | 1997-11-06 | 2003-09-30 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | High fatigue-strength steel wire and spring, and processes for producing these |
EP2192201A1 (de) * | 2008-11-21 | 2010-06-02 | Muhr und Bender KG | Gehärteter Federstahl, Federelement und Verfahren zur Herstellung eines Federelements |
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