JP3262352B2 - 高強度ばねの製造方法 - Google Patents
高強度ばねの製造方法Info
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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
- C21D9/02—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for springs
-
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- C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
- C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
- C21D7/04—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
-
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば車両用懸架装置
等に使用するコイルばねや板ばね、トーションバー等の
ばねに係り、特に軽量化等の目的により高強度化された
ばねとその製造方法に関する。
等に使用するコイルばねや板ばね、トーションバー等の
ばねに係り、特に軽量化等の目的により高強度化された
ばねとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えばコイルばねにおいて、その軽量化
は設計応力を高くすることによって達成される。コイル
ばねの設計応力は、主に耐久性と耐へたり性により決定
されるのが一般的である。しかし従来は、コイルばねの
市場での折損率が極めて低いため、特に耐へたり性を向
上することに重点がおかれて来た。
は設計応力を高くすることによって達成される。コイル
ばねの設計応力は、主に耐久性と耐へたり性により決定
されるのが一般的である。しかし従来は、コイルばねの
市場での折損率が極めて低いため、特に耐へたり性を向
上することに重点がおかれて来た。
【０００３】コイルばねの耐へたり性を向上させるため
の手段として、材料では、フェライト強化型元素である
Ｓｉを高めたコイルばね鋼（SUP7）を用いたり、結晶粒
微細化元素であるバナジウム（Ｖ）を添加したコイルば
ね鋼（SUP12V）を用いることが提案されている。そして
加工法では、ウォームセッチング（以下、ＷＳと略す
る）などを行うことで、耐へたり性を向上させてきた。
の手段として、材料では、フェライト強化型元素である
Ｓｉを高めたコイルばね鋼（SUP7）を用いたり、結晶粒
微細化元素であるバナジウム（Ｖ）を添加したコイルば
ね鋼（SUP12V）を用いることが提案されている。そして
加工法では、ウォームセッチング（以下、ＷＳと略す
る）などを行うことで、耐へたり性を向上させてきた。
【０００４】しかし上記のような従来技術では、疲労寿
命の点で、設計最大応力（τmax ）は1080N/mm2 （ 110
kgf/mm2 ）が限界で、これ以上の高応力化が図れないの
が現状であった。
命の点で、設計最大応力（τmax ）は1080N/mm2 （ 110
kgf/mm2 ）が限界で、これ以上の高応力化が図れないの
が現状であった。
【０００５】つまり、従来のコイルばね鋼であるSUP7お
よびSUP12Vにおけるばね硬さと残留剪断歪み（へたり
量）の関係から見ると、ばね硬さが高くなるにつれて耐
へたり性は向上する。したがって、従来のコイルばねの
硬さはブリネル球痕径（以下、HBDと略する）でφ2.70
〜2.90mmであるが、これまで以上の軽量化を推進するた
めには、さらにばね硬さを HBDφ2.50〜2.70mmに高くす
る必要がある。なお HBDは、直径が10mmの超硬合金球た
とえばタングステンカーバイド球を荷重3000kgfで試料
表面に押付けた時に生じたくぼみの径で表される。
よびSUP12Vにおけるばね硬さと残留剪断歪み（へたり
量）の関係から見ると、ばね硬さが高くなるにつれて耐
へたり性は向上する。したがって、従来のコイルばねの
硬さはブリネル球痕径（以下、HBDと略する）でφ2.70
〜2.90mmであるが、これまで以上の軽量化を推進するた
めには、さらにばね硬さを HBDφ2.50〜2.70mmに高くす
る必要がある。なお HBDは、直径が10mmの超硬合金球た
とえばタングステンカーバイド球を荷重3000kgfで試料
表面に押付けた時に生じたくぼみの径で表される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
にコイルばね鋼を高硬度化すると、破壊靭性が低下し、
切欠感受性が増大する。ばね鋼における硬さと疲れ限度
の関係から見ると、硬さが高くなるにつれて疲れ限度も
向上するが、 HBDφ2.60mmより硬くなると疲れ限度のば
らつきが大きくなる。これは破壊靭性の低下によるもの
と考えられる。したがって、単にばね鋼を高硬度化する
だけでは使用に耐えない。
にコイルばね鋼を高硬度化すると、破壊靭性が低下し、
切欠感受性が増大する。ばね鋼における硬さと疲れ限度
の関係から見ると、硬さが高くなるにつれて疲れ限度も
向上するが、 HBDφ2.60mmより硬くなると疲れ限度のば
らつきが大きくなる。これは破壊靭性の低下によるもの
と考えられる。したがって、単にばね鋼を高硬度化する
だけでは使用に耐えない。
【０００７】また、コイルばね鋼の硬さを高くすること
によって、そのばね硬さがショットピーニング（以下Ｓ
Ｐとも称する）のショットの硬さを上回ると、コイルば
ねの耐久性を決定付ける圧縮残留応力を十分に得ること
が不可能である。このため従来の高硬度ＳＰでは、ばね
硬さより硬いショットを用いる必要がある。しかし、図
７に示されるように、ショットは硬さが高いほど寿命が
短くなることがわかっており、特に前述の如くコイルば
ね鋼の硬さを HBDφ2.50〜2.70mmに高くしたとすると、
ショットを HBDφ2.50mmよりも硬くする必要がある。こ
のような高硬度のショットの寿命は、従来のショットピ
ーニングで用いているショット（ HBDφ2.70mm）の寿命
に比べて大幅に低下し、実用的でなくなってしまう。
によって、そのばね硬さがショットピーニング（以下Ｓ
Ｐとも称する）のショットの硬さを上回ると、コイルば
ねの耐久性を決定付ける圧縮残留応力を十分に得ること
が不可能である。このため従来の高硬度ＳＰでは、ばね
硬さより硬いショットを用いる必要がある。しかし、図
７に示されるように、ショットは硬さが高いほど寿命が
短くなることがわかっており、特に前述の如くコイルば
ね鋼の硬さを HBDφ2.50〜2.70mmに高くしたとすると、
ショットを HBDφ2.50mmよりも硬くする必要がある。こ
のような高硬度のショットの寿命は、従来のショットピ
ーニングで用いているショット（ HBDφ2.70mm）の寿命
に比べて大幅に低下し、実用的でなくなってしまう。
【０００８】以上の理由などにより、従来の技術では、
今以上の耐へたり性および軽量化を図るためにばね鋼の
硬さを HBDφ2.50〜2.70mmに高硬度化すると、材料の破
壊靭性の低下をきたし、しかも、高硬度ばねの耐久性を
決定付ける圧縮残留応力を十分に得るのに、従来のショ
ットピーニングでは寿命が短い硬いショットを用いなけ
ればならず、とても実用的でない。このため、高硬度ば
ねの耐久性の向上と今以上の軽量化を達成することが困
難であった。
今以上の耐へたり性および軽量化を図るためにばね鋼の
硬さを HBDφ2.50〜2.70mmに高硬度化すると、材料の破
壊靭性の低下をきたし、しかも、高硬度ばねの耐久性を
決定付ける圧縮残留応力を十分に得るのに、従来のショ
ットピーニングでは寿命が短い硬いショットを用いなけ
ればならず、とても実用的でない。このため、高硬度ば
ねの耐久性の向上と今以上の軽量化を達成することが困
難であった。
【０００９】本発明は前記事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、耐へたり性を向上させる
ためにばね鋼の硬さを HBDφ2.50〜2.70mmに高硬度化す
ることが実用上可能になるとともに、材料の破壊靱性の
低下を抑えることができ、かつ寿命の短い高硬度ショッ
トを用いずに、実用的な従来ショットにより十分な残留
応力を形成でき、耐久性の向上と極めて高い軽量化率が
達成される高強度ばねを提供することにある。
で、その目的とするところは、耐へたり性を向上させる
ためにばね鋼の硬さを HBDφ2.50〜2.70mmに高硬度化す
ることが実用上可能になるとともに、材料の破壊靱性の
低下を抑えることができ、かつ寿命の短い高硬度ショッ
トを用いずに、実用的な従来ショットにより十分な残留
応力を形成でき、耐久性の向上と極めて高い軽量化率が
達成される高強度ばねを提供することにある。
【００１０】本発明は、ばね鋼の成分が、重量％でＣ：
0.35〜0.50％、Ｍｎ：0.3〜1.5％、Ｓｉ：2.0〜3.0％、
Ｃｒ：0.1〜2.0％、添加元素としてＮｉ：1.0〜2.0％，
Ｍｏ：0.05〜2.0％，Ｖ：0.05〜0.5％，Ｎｂ：0.01〜0.
5％のうちいずれか一種類以上が添加され、残部は不純
物以外がＦｅとし、該ばね鋼に焼入れ焼戻しを行うこと
によって焼戻し後の硬さがブリネル球痕径でφ2.50〜2.
70mmであってかつ平面歪破壊靭性値が120kgf/mm３／２
以上となるように調質し、該調質したばね鋼を、150℃
〜300℃に保温した状態で、ブリネル球痕径φ2.65〜2.8
0mmの硬さのショットを用いてウォームショットピーニ
ングをしてなる最大剪断応力が1080〜1320N/mm２（110
〜135kgf/mm２）の高強度ばねの製造方法である。
0.35〜0.50％、Ｍｎ：0.3〜1.5％、Ｓｉ：2.0〜3.0％、
Ｃｒ：0.1〜2.0％、添加元素としてＮｉ：1.0〜2.0％，
Ｍｏ：0.05〜2.0％，Ｖ：0.05〜0.5％，Ｎｂ：0.01〜0.
5％のうちいずれか一種類以上が添加され、残部は不純
物以外がＦｅとし、該ばね鋼に焼入れ焼戻しを行うこと
によって焼戻し後の硬さがブリネル球痕径でφ2.50〜2.
70mmであってかつ平面歪破壊靭性値が120kgf/mm３／２
以上となるように調質し、該調質したばね鋼を、150℃
〜300℃に保温した状態で、ブリネル球痕径φ2.65〜2.8
0mmの硬さのショットを用いてウォームショットピーニ
ングをしてなる最大剪断応力が1080〜1320N/mm２（110
〜135kgf/mm２）の高強度ばねの製造方法である。
【００１１】つまり、 HBDφ2.50〜2.70mmの高硬度ばね
鋼においても破壊靭性の低下を抑えた強靭な材料を用
い、これに従来同様に比較的低硬度（ HBDでφ2.65〜2.
80mm）の長寿命の実用的なショットを用いて、温間にて
ウォームショットピーニング（以下ＷＳＰと略する）を
行って、十分な圧縮残留応力を生成させている。
鋼においても破壊靭性の低下を抑えた強靭な材料を用
い、これに従来同様に比較的低硬度（ HBDでφ2.65〜2.
80mm）の長寿命の実用的なショットを用いて、温間にて
ウォームショットピーニング（以下ＷＳＰと略する）を
行って、十分な圧縮残留応力を生成させている。
【００１２】その条件の一つとして、まずコイルばね鋼
は HBDφ2.50〜2.70mmに高硬度化しても従来品の上限硬
さ HBDφ2.70mmでの破壊靭性が同等あるいはそれを上回
ることが必要である。
は HBDφ2.50〜2.70mmに高硬度化しても従来品の上限硬
さ HBDφ2.70mmでの破壊靭性が同等あるいはそれを上回
ることが必要である。
【００１３】図１は従来のコイルばね鋼SUP7をベースに
した場合におけるＣ量と破壊靭性の関係を示したもので
ある。従来のばね鋼の硬さ HBDφ2.70〜2.90mmではSUP7
（Ｃ量： 0.6％）の破壊靭性値は 120kgf/mm3/2 以上で
ある。しかし、耐へたり性を向上させるために HBDφ2.
50mmに高硬度化すると、破壊靭性値は80kgf/mm3/2 に低
下する。
した場合におけるＣ量と破壊靭性の関係を示したもので
ある。従来のばね鋼の硬さ HBDφ2.70〜2.90mmではSUP7
（Ｃ量： 0.6％）の破壊靭性値は 120kgf/mm3/2 以上で
ある。しかし、耐へたり性を向上させるために HBDφ2.
50mmに高硬度化すると、破壊靭性値は80kgf/mm3/2 に低
下する。
【００１４】ばね鋼の破壊靭性はＣ量が低くなるにした
がって大きくなるから、 HBDφ2.50mmでも 120kgf/mm
3/2 以上の破壊靭性値を得るためには、Ｃ量を 0.5％以
下に抑える必要がある。また、 HBDφ2.50mmの硬さを得
るためにはＣ量は0.35％以上が必要である。したがって
本発明に使用する材料のＣ量を0.35〜0.50％とした。
がって大きくなるから、 HBDφ2.50mmでも 120kgf/mm
3/2 以上の破壊靭性値を得るためには、Ｃ量を 0.5％以
下に抑える必要がある。また、 HBDφ2.50mmの硬さを得
るためにはＣ量は0.35％以上が必要である。したがって
本発明に使用する材料のＣ量を0.35〜0.50％とした。
【００１５】十分な焼入れ性を確保するためにはＭｎ：
０．３〜１．５％を添加するとよい。また、Ｓｉを従来
鋼より多い２．０〜３．０％添加すると、耐へたり性に
好結果が得られる。さらには、Ｃｒ：０．１〜２．０％
と、使用される最大応力によって、Ｎｉ：１．０〜２．
０％，Ｍｏ：０．０５〜２．０％、Ｖ：０．０５〜０．
５％、Ｎｂ：０．０１〜０．５％のうちから選ばれるい
ずれか１種類以上を添加すると、さらに耐へたり性と破
壊靭性が向上する。上記材料の破壊靭性値を図１中に●
で示す。以下に、前述の各添加元素の効用と含有量の上
限および下限について述べる。 Ｍｎ：鋼の焼入れ性を向上させるのに有効な元素。０．
３％未満では効果が無い。１．５％を超えると焼入れ性
が過大になり、焼入れ時の変形や焼割れの原因となりや
すい。 Ｓｉ：鋼の強度を向上させ、耐へたり性を向上させるの
に有効な元素。２．０％以上添加すると、従来のばね鋼
よりも耐へたり性が向上する。熱処理時の遊離炭素の発
生を回避するためには、上限を３．０％とする。 Ｃｒ：鋼の脱炭および黒鉛化を阻止するのに有効な元素
である。０．１％未満では効果が無く、２．０％を超え
ると靭性が劣化する。 Ｎｉ：鋼の熱処理後の靭性を改善するのに有効な元素。
０．５％以上で効果が認められるが、より大きな効果を
得るために下限を１．０％とする。２．０％を超える
と、熱処理後の残留オーステナイトの量が増大するの
で、上限を２．０％とする。 Ｍｏ：鋼の強度を向上させ、耐へたり性を向上させるの
に有効な元素。０．０５％未満では効果が無く、２．０
％を超えると効果が飽和する。 Ｖ：鋼の低温圧延時における結晶粒微細化効果があり、
焼入れ焼戻し時の析出硬化にも寄与するなど、耐へたり
性を向上させるのに有効な元素。０．０５％未満では効
果が無く、０．５％を超えると靭性が劣化する。
０．３〜１．５％を添加するとよい。また、Ｓｉを従来
鋼より多い２．０〜３．０％添加すると、耐へたり性に
好結果が得られる。さらには、Ｃｒ：０．１〜２．０％
と、使用される最大応力によって、Ｎｉ：１．０〜２．
０％，Ｍｏ：０．０５〜２．０％、Ｖ：０．０５〜０．
５％、Ｎｂ：０．０１〜０．５％のうちから選ばれるい
ずれか１種類以上を添加すると、さらに耐へたり性と破
壊靭性が向上する。上記材料の破壊靭性値を図１中に●
で示す。以下に、前述の各添加元素の効用と含有量の上
限および下限について述べる。 Ｍｎ：鋼の焼入れ性を向上させるのに有効な元素。０．
３％未満では効果が無い。１．５％を超えると焼入れ性
が過大になり、焼入れ時の変形や焼割れの原因となりや
すい。 Ｓｉ：鋼の強度を向上させ、耐へたり性を向上させるの
に有効な元素。２．０％以上添加すると、従来のばね鋼
よりも耐へたり性が向上する。熱処理時の遊離炭素の発
生を回避するためには、上限を３．０％とする。 Ｃｒ：鋼の脱炭および黒鉛化を阻止するのに有効な元素
である。０．１％未満では効果が無く、２．０％を超え
ると靭性が劣化する。 Ｎｉ：鋼の熱処理後の靭性を改善するのに有効な元素。
０．５％以上で効果が認められるが、より大きな効果を
得るために下限を１．０％とする。２．０％を超える
と、熱処理後の残留オーステナイトの量が増大するの
で、上限を２．０％とする。 Ｍｏ：鋼の強度を向上させ、耐へたり性を向上させるの
に有効な元素。０．０５％未満では効果が無く、２．０
％を超えると効果が飽和する。 Ｖ：鋼の低温圧延時における結晶粒微細化効果があり、
焼入れ焼戻し時の析出硬化にも寄与するなど、耐へたり
性を向上させるのに有効な元素。０．０５％未満では効
果が無く、０．５％を超えると靭性が劣化する。
【００１６】本発明はこのような強靭性にすることによ
り、高耐久性のばねを提供することにある。さらに、 H
BDφ2.50〜2.70mmに高硬度化した強靭なばね鋼に十分な
残留応力を付与するために、ＷＳＰを実施することに特
徴付けられる。
り、高耐久性のばねを提供することにある。さらに、 H
BDφ2.50〜2.70mmに高硬度化した強靭なばね鋼に十分な
残留応力を付与するために、ＷＳＰを実施することに特
徴付けられる。
【００１７】図２は、発明者達が行った実験の一つであ
り、ＳＰ温度、ばね硬さの耐久性への影響を示してい
る。ＳＰ温度が室温の場合、ばね硬さが HBDφ2.60mmと
硬くなると、ばね硬さが HBDφ2.80mmのときに比べてば
らつきが大きく、 HBDφ2.80mmよりも耐久回数が下回る
ものがある。
り、ＳＰ温度、ばね硬さの耐久性への影響を示してい
る。ＳＰ温度が室温の場合、ばね硬さが HBDφ2.60mmと
硬くなると、ばね硬さが HBDφ2.80mmのときに比べてば
らつきが大きく、 HBDφ2.80mmよりも耐久回数が下回る
ものがある。
【００１８】これに対して、ＷＳＰの場合、温度の上昇
に伴い耐久性が向上するが、ばね硬さ HBDφ2.80mmに比
べて HBDφ2.60mmの方がその効果が大きく、ＳＰ温度 1
50℃以上において室温の場合とは逆に耐久回数が大幅に
上回った。
に伴い耐久性が向上するが、ばね硬さ HBDφ2.80mmに比
べて HBDφ2.60mmの方がその効果が大きく、ＳＰ温度 1
50℃以上において室温の場合とは逆に耐久回数が大幅に
上回った。
【００１９】このように、ＷＳＰは特に高硬度材の耐久
性向上に有効で、ばねの表面温度が150℃〜 300℃であ
る温間でＷＳＰを行い。そのＷＳＰの効果を十分に得て
高く深い圧縮残留応力を形成することを特徴とする。
性向上に有効で、ばねの表面温度が150℃〜 300℃であ
る温間でＷＳＰを行い。そのＷＳＰの効果を十分に得て
高く深い圧縮残留応力を形成することを特徴とする。
【００２０】なお、そのＷＳＰは複数回実施するとさら
に高い圧縮残留応力が得られ、その際に２度目以降は室
温から 300℃までの温度にて行うことが適当である。ま
た、２度目以降のＳＰあるいはＷＳＰの際に、ショット
サイズを変えて実施してもよい。
に高い圧縮残留応力が得られ、その際に２度目以降は室
温から 300℃までの温度にて行うことが適当である。ま
た、２度目以降のＳＰあるいはＷＳＰの際に、ショット
サイズを変えて実施してもよい。
【００２１】本発明は、ばね鋼を所望のばね形状に成形
したのちに、前記硬さとなるように調質するようにして
もよいし、あるいは予めオイルテンパー処理等によって
上記硬さに調質しておいた直線状のばね鋼を、冷間でコ
イルばね等の所望の形状に成形するようにしてもよい。
したのちに、前記硬さとなるように調質するようにして
もよいし、あるいは予めオイルテンパー処理等によって
上記硬さに調質しておいた直線状のばね鋼を、冷間でコ
イルばね等の所望の形状に成形するようにしてもよい。
【００２２】
【作用】図３は、３種類のＳＰ条件、すなわち本発明に
よるＷＳＰを実施した場合と、従来の高硬度ＳＰを実施
した場合と、従来ＳＰにおいて得られる残留応力分布を
示している。ばね鋼の成分は、いずれも、重量％で、
Ｃ：0.40％、Ｓｉ： 2.5％、Ｍｎ：0.75％、Ｃｒ：0.80
％、Ｎｉ：1.80％、Ｍｏ：0.40％、Ｖ：0.20％、残部は
Ｆｅおよび不純物からなる鋼（以下、Ａ鋼と略する）で
ある。このＡ鋼を熱間で成形し、硬さが HBDφ2.60mmと
なるように調質し、上記３種類の条件でＳＰを行ったと
きの残留応力分布が示されている。
よるＷＳＰを実施した場合と、従来の高硬度ＳＰを実施
した場合と、従来ＳＰにおいて得られる残留応力分布を
示している。ばね鋼の成分は、いずれも、重量％で、
Ｃ：0.40％、Ｓｉ： 2.5％、Ｍｎ：0.75％、Ｃｒ：0.80
％、Ｎｉ：1.80％、Ｍｏ：0.40％、Ｖ：0.20％、残部は
Ｆｅおよび不純物からなる鋼（以下、Ａ鋼と略する）で
ある。このＡ鋼を熱間で成形し、硬さが HBDφ2.60mmと
なるように調質し、上記３種類の条件でＳＰを行ったと
きの残留応力分布が示されている。
【００２３】なお、通常ＳＰおよびＷＳＰに用いたショ
ットの硬さは、 HBDでφ2.65〜2.80mm、高硬度ＳＰに用
いたショットの硬さは HBDでφ2.30〜2.50mmである。高
硬度ＳＰはショット硬さがばね硬さを上回るので、従来
ＳＰよりも全体的に高い残留応力を形成している。ＷＳ
Ｐは、ショット硬さがばね硬さを下回るにもかかわら
ず、さらに高い残留応力が得られている。ＷＳＰを複数
回実施してもよい。複数回のＳＰのうち、２回行う場合
を２段ＳＰと称する。
ットの硬さは、 HBDでφ2.65〜2.80mm、高硬度ＳＰに用
いたショットの硬さは HBDでφ2.30〜2.50mmである。高
硬度ＳＰはショット硬さがばね硬さを上回るので、従来
ＳＰよりも全体的に高い残留応力を形成している。ＷＳ
Ｐは、ショット硬さがばね硬さを下回るにもかかわら
ず、さらに高い残留応力が得られている。ＷＳＰを複数
回実施してもよい。複数回のＳＰのうち、２回行う場合
を２段ＳＰと称する。
【００２４】図４に上記各ＳＰ条件ごとの耐久試験結果
を示す。上述した残留応力分布の場合と同様に、ＷＳＰ
の耐久性が最も良好であった。したがって、寿命の短い
高硬度ショットによる高硬度ＳＰでなくても、通常硬さ
のショットによるＷＳＰを行うことによって、十分な残
留応力を得ることができ、耐久性を向上させることが可
能である。
を示す。上述した残留応力分布の場合と同様に、ＷＳＰ
の耐久性が最も良好であった。したがって、寿命の短い
高硬度ショットによる高硬度ＳＰでなくても、通常硬さ
のショットによるＷＳＰを行うことによって、十分な残
留応力を得ることができ、耐久性を向上させることが可
能である。
【００２５】
【実施例】本発明の一実施例である高強度コイルばね
は、以下のようにして製造することができる。例えば前
述のＡ鋼を熱間で成形し、焼入れ焼戻しによってHBDφ
2.55〜2.65mmに調質したコイルばねを、 150℃〜 300℃
の温間で１段目のＷＳＰを実施した直後に、もう一度、
２段目のＷＳＰを実施した。その後に、従来品と同様に
セッチング、塗装を実施する。
は、以下のようにして製造することができる。例えば前
述のＡ鋼を熱間で成形し、焼入れ焼戻しによってHBDφ
2.55〜2.65mmに調質したコイルばねを、 150℃〜 300℃
の温間で１段目のＷＳＰを実施した直後に、もう一度、
２段目のＷＳＰを実施した。その後に、従来品と同様に
セッチング、塗装を実施する。
【００２６】このようにして製造した本発明品の各種性
能について、以下に従来品と比較した結果を述べる。コ
イルばねの設計応力を決定付ける重要な要素の一つとし
て耐へたり性が挙げられるが、その中でも特に高温での
耐へたり性が重要である。
能について、以下に従来品と比較した結果を述べる。コ
イルばねの設計応力を決定付ける重要な要素の一つとし
て耐へたり性が挙げられるが、その中でも特に高温での
耐へたり性が重要である。
【００２７】図５は、供試品を最大荷重時高さで締付
け、80℃で96時間放置したときの、締付応力と残留せん
断歪みとの関係を示したものである。これにより、本発
明品は締付応力が高いにもかかわらず、従来品とほぼ同
等の残留せん断歪みであることがわかる。 SUP7（図５中の破線で示す）以下の残留せん断歪みとな
るようにするには、設計最大応力は1320N/mm2 （ 135kg
f/mm2 ) まで高応力化が可能である。
け、80℃で96時間放置したときの、締付応力と残留せん
断歪みとの関係を示したものである。これにより、本発
明品は締付応力が高いにもかかわらず、従来品とほぼ同
等の残留せん断歪みであることがわかる。 SUP7（図５中の破線で示す）以下の残留せん断歪みとな
るようにするには、設計最大応力は1320N/mm2 （ 135kg
f/mm2 ) まで高応力化が可能である。
【００２８】次に、耐久性について比較する。図６は大
気耐久試験結果をまとめたもので、図中の実線は本発明
品を、点線は従来品を、それぞれ太線のほうが平均値、
細線のほうが５％破壊確率を示している。
気耐久試験結果をまとめたもので、図中の実線は本発明
品を、点線は従来品を、それぞれ太線のほうが平均値、
細線のほうが５％破壊確率を示している。
【００２９】これより、本発明品は従来品より大気耐久
性に優れ、５％破壊確率で耐久回数20万回で比較する
と、従来品がτa ＝ 294N/mm2 （30kgf/mm2 ）であるの
対し、本発明品はτa ＝ 539N/mm2 （55kgf/mm2 ）と高
い。したがって、耐久性について設計最大応力は、1320
N/mm2 （ 135kgf/mm2 ）までとることが可能である。
性に優れ、５％破壊確率で耐久回数20万回で比較する
と、従来品がτa ＝ 294N/mm2 （30kgf/mm2 ）であるの
対し、本発明品はτa ＝ 539N/mm2 （55kgf/mm2 ）と高
い。したがって、耐久性について設計最大応力は、1320
N/mm2 （ 135kgf/mm2 ）までとることが可能である。
【００３０】これらから、従来品をベースにしたときの
本発明品の諸元とその軽量化率を比較すると、本発明品
は、従来品τmax ＝ 980N/mm2 （ 100kgf/mm2 ）級仕様
に比べ、1180N/mm2 （ 120kgf/mm2 ）級で30％、1280N/
mm2 （ 130kgf/mm2 ）級で40％もの軽量化を達成でき
る。従来品τmax ＝1080N/mm2 （ 110kgf/mm2 ）級仕様
と比べても、1280N/mm2 （ 130kgf/mm2 ）級で25％の軽
量化を達成できる。なお、本発明は実施例のコイルばね
の他に、トーションバーやスタビライザー、板ばね等に
も適用できる。
本発明品の諸元とその軽量化率を比較すると、本発明品
は、従来品τmax ＝ 980N/mm2 （ 100kgf/mm2 ）級仕様
に比べ、1180N/mm2 （ 120kgf/mm2 ）級で30％、1280N/
mm2 （ 130kgf/mm2 ）級で40％もの軽量化を達成でき
る。従来品τmax ＝1080N/mm2 （ 110kgf/mm2 ）級仕様
と比べても、1280N/mm2 （ 130kgf/mm2 ）級で25％の軽
量化を達成できる。なお、本発明は実施例のコイルばね
の他に、トーションバーやスタビライザー、板ばね等に
も適用できる。
【００３１】
【発明の効果】本発明の高強度ばねの製造方法によれ
ば、コイルばね等に使用されるばね鋼を高硬度化すると
ともに破壊靭性の低下を抑え、かつ寿命の短い高硬度シ
ョットを用いる代りに、硬度が比較的低いHBDφ2.65〜
2.80mmの硬さのショットを用いたウォームショットピー
ニングによって、高硬度ばね鋼に十分な圧縮残留応力を
形成することができるとともに、ばねとして重要な性質
である耐へたり性および耐久性を向上させることがで
き、高応力設計が可能で極めて大きい軽量化率が達成で
きる。
ば、コイルばね等に使用されるばね鋼を高硬度化すると
ともに破壊靭性の低下を抑え、かつ寿命の短い高硬度シ
ョットを用いる代りに、硬度が比較的低いHBDφ2.65〜
2.80mmの硬さのショットを用いたウォームショットピー
ニングによって、高硬度ばね鋼に十分な圧縮残留応力を
形成することができるとともに、ばねとして重要な性質
である耐へたり性および耐久性を向上させることがで
き、高応力設計が可能で極めて大きい軽量化率が達成で
きる。
【図１】Ｃ量と破壊靭性値との関係を示す図。
【図２】ＳＰ温度とばね硬さの耐久性への影響を示す
図。
図。
【図３】各種ＳＰ条件における残留応力分布を示す図。
【図４】各種ＳＰ条件における耐久回数を比較して示す
図。
図。
【図５】80℃での締付試験の結果を示す図。
【図６】本発明品と従来品の耐久性を比較して示す図。
【図７】ショットの硬さと寿命との関係を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹下 彰 神奈川県横浜市金沢区福浦３丁目10番地 株式会社日発グループ中央研究所内 (72)発明者 阿久津 忠良 神奈川県横浜市金沢区福浦３丁目10番地 株式会社日発グループ中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−67847（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−99625（ＪＰ，Ａ) 特公 平１−23524（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C21D 9/02 C22C 38/00 - 38/60 C21D 7/00 - 8/10
Claims (1)
- 【請求項１】ばね鋼の成分が、重量％で、Ｃ：0.35〜0.
50％、Ｍｎ：0.3〜1.5％、Ｓｉ：2.0〜3.0％、Ｃｒ：0.
1〜2.0％、添加元素としてＮｉ：1.0〜2.0％，Ｍｏ：0.
05〜2.0％，Ｖ：0.05〜0.5％，Ｎｂ：0.01〜0.5％のう
ちいずれか一種類以上が添加され、残部は不純物以外が
Ｆｅとし、 該ばね鋼に焼入れ焼戻しを行うことによって焼戻し後の
硬さがブリネル球痕径でφ2.50〜2.70mmであってかつ平
面歪破壊靭性値が120kgf/mm３／２以上となるように調
質し、 該調質した ばね鋼を、150℃〜300℃に保温した状態で、
ブリネル球痕径φ2.65〜2.80mmの硬さのショットを用い
てウォームショットピーニングをしてなる最大剪断応力
が1080〜1320N/mm２（110〜135kgf/mm２）の高強度ばね
の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30195591A JP3262352B2 (ja) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | 高強度ばねの製造方法 |
| US07/851,989 US5225008A (en) | 1991-11-18 | 1992-03-13 | Method for manufacturing a high-strength spring |
| US08/023,211 US5258082A (en) | 1991-11-18 | 1993-02-25 | High strength spring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30195591A JP3262352B2 (ja) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | 高強度ばねの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05140643A JPH05140643A (ja) | 1993-06-08 |
| JP3262352B2 true JP3262352B2 (ja) | 2002-03-04 |
Family
ID=17903131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30195591A Expired - Lifetime JP3262352B2 (ja) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | 高強度ばねの製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5225008A (ja) |
| JP (1) | JP3262352B2 (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4330832C2 (de) * | 1993-09-11 | 1996-04-04 | Hoesch Federn Gmbh | Verfahren zur Optimierung der Eigenspannungsverteilung im Stabquerschnitt von Schraubendruckfedern |
| JP3212433B2 (ja) * | 1993-12-28 | 2001-09-25 | 株式会社不二機販 | 金属成品の摺動部の摩耗防止方法 |
| JPH09279229A (ja) * | 1996-04-15 | 1997-10-28 | Suncall Corp | 鋼製ワークの表面処理方法 |
| US6705868B1 (en) * | 1998-03-18 | 2004-03-16 | Purdue Research Foundation | Apparatus and methods for a shape memory spring actuator and display |
| US6012709A (en) * | 1997-08-06 | 2000-01-11 | Pacific Coast Composites | Hybrid leaf spring and suspension system for supporting an axle on a vehicle |
| DE19814299A1 (de) * | 1998-03-31 | 1999-10-07 | Volkswagen Ag | Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks aus Metall |
| US6544360B1 (en) | 1999-06-08 | 2003-04-08 | Nhk Spring Co., Ltd. | Highly strengthened spring and process for producing the same |
| US6461455B1 (en) | 2000-01-24 | 2002-10-08 | Pacific Coast Composites | Method of producing a hybrid leaf spring |
| KR100772771B1 (ko) * | 2001-12-26 | 2007-11-01 | 니혼 하츠쵸 가부시키가이샤 | 차량용 판 스프링 및 그 제조방법 |
| JPWO2004085685A1 (ja) * | 2003-03-26 | 2006-06-29 | 中央発條株式会社 | 高強度ばねの製造方法 |
| DE102004062774B3 (de) * | 2004-12-21 | 2006-03-30 | Aktiebolaget Skf | Verfahren zum Behandeln eines Bauelements und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens |
| US8308150B2 (en) | 2009-06-17 | 2012-11-13 | Nhk Spring Co., Ltd. | Coil spring for vehicle suspension and method for manufacturing the same |
| JP5393281B2 (ja) | 2009-06-17 | 2014-01-22 | 日本発條株式会社 | コイルばねの製造方法 |
| JP5393280B2 (ja) * | 2009-06-17 | 2014-01-22 | 日本発條株式会社 | 車両懸架用コイルばねと、その製造方法 |
| US8328169B2 (en) * | 2009-09-29 | 2012-12-11 | Chuo Hatsujo Kabushiki Kaisha | Spring steel and spring having superior corrosion fatigue strength |
| US20110127753A1 (en) * | 2009-11-04 | 2011-06-02 | Jack Griffin | Leaf spring assembly and tandem suspension system |
| JP5711539B2 (ja) | 2011-01-06 | 2015-05-07 | 中央発條株式会社 | 腐食疲労強度に優れるばね |
| CN104400349A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-03-11 | 无锡市百顺机械厂 | 一种扭杆弹簧的制造工艺 |
| KR20180067758A (ko) * | 2016-12-12 | 2018-06-21 | 현대자동차주식회사 | 코일스프링강 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58213825A (ja) * | 1982-06-08 | 1983-12-12 | Nhk Spring Co Ltd | ばね用鋼の強化方法 |
| US4731044A (en) * | 1985-12-18 | 1988-03-15 | Borg-Warner Automotive, Inc. | Tension sensor and control arrangement for a continuously variable transmission |
| JP2756031B2 (ja) * | 1990-10-22 | 1998-05-25 | 三菱製鋼株式会社 | 高強度ばね用鋼 |
-
1991
- 1991-11-18 JP JP30195591A patent/JP3262352B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-03-13 US US07/851,989 patent/US5225008A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5225008A (en) | 1993-07-06 |
| JPH05140643A (ja) | 1993-06-08 |
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