弹簧及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201280011669.X | 申请日 | 2012-03-01 | 公开(公告)号 | CN103415639B | 公开(公告)日 | 2016-06-08 |
| 申请人 | 日本发条株式会社; | 发明人 | 铃木健; 小野芳树; 黑川真平; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供在实现材料成本的降低和制备工序的简化的同时，耐疲劳性优异的 弹簧 及其制备方法。本发明的弹簧的特征在于，以 质量 %计，具有C：0.5~0.7%、Si：1.0~2.0%、Mn：0.1~1.0%、Cr：0.1~1.0%、P：0.035%以下、S：0.035%以下、余量由 铁 和不可避免的杂质构成的组成，在弹簧原料丝的任意横断面，以面积比例计， 退火 马 氏体组织为95%以上，将任意横断面的圆当量直径计为D(mm)时，在距表面0.35mm~D/4的范围内形成有压缩残余应 力 层，其最大压缩残余 应力 为800~2000MPa，上述横断面中心的维氏硬度为550~700HV，在距表面深度为0.05~0.3mm的范围，形成有比上述中心硬度大50~500HV的高硬度层。 | ||||||
| 权利要求 | 1.弹簧，其特征在于，以质量%计，具有C：0.5~0.7%、Si：1.0~2.0%、Mn：0.1~1.0%、Cr：0.1~1.0%、P：0.035%以下、S：0.035%以下、余量由铁和不可避免的杂质构成的组成，在弹簧原料丝的任意横断面中，以面积比例计，回火马氏体组织为95%以上，将任意横断面的圆当量直径计为D时，在距表面0.35mm~D/4的范围内形成有压缩残余应力层，其最大压缩残余应力为 |
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| 说明书全文 | 弹簧及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及耐疲劳性优异的弹簧及其制备方法。 背景技术[0002] 在JIS规格中，汽车的发动机用阀弹簧材料包括碳素钢油回火丝(オイルテンパー線)(SWO-V)、Cr-V钢油回火丝(SWOCV-V)、Si-Cr钢油回火丝(SWOSC-V)等，以外从耐疲劳性或耐疲劳永久变形性(耐へたり性)的观点出发广泛使用Si-Cr钢油回火丝。近年来，由于汽车燃料消耗量的提高，强烈要求阀弹簧轻量化，为实现弹簧设计应力的提高，有增加原料丝的拉伸强度的趋势。但是，随着高强度化，JIS规格的油回火丝对瑕疵或内含物等缺陷的凹口(切欠き)敏感性显著增加，低温弹簧成形(卷簧)时的折损或在使用过程中显示出脆性破坏形态的趋势增强成为问题。另外，对于弹簧而言，在卷簧时受到压缩外力的方向在卷簧后产生拉伸残余应力，在卷簧时受到拉伸外力的方向在卷簧后产生压缩残余应力，存在原料丝的拉伸强度越高这些残余应力值变得越大的趋势。此外，已知在使螺旋弹簧压缩变形时在原料丝中对线圈内侧的表面施加最高的拉伸应力。因此，在使低温成形的螺旋弹簧压缩变形时，对于线圈内侧而言，除了卷簧后的拉伸残余应力之外，重叠压缩弹簧时的高拉伸应力，导致疲劳强度降低的情况居多。 [0003] 作为应对它们的1个手段，可列举出在原料丝表层赋予高且深达内部的压缩残余应力的方法。例如，广泛实施通过喷丸硬化在原料丝表层赋予压缩残余应力而提高耐疲劳性的方法。另外，通过利用喷丸硬化提高表层的压缩残余应力，可降低以表面为起点的早期折损。但是，随着高硬度化，原料丝的屈服强度增加，所以通过喷丸硬化赋予的表层塑性应变量减少，难以形成厚的残留压缩应力的区域(原料丝表面至压缩残余应力为零的位置为止的深度方向的距离)。另外，由于设计应力的增加，作用应力与压缩残余应力的合成应力(原料丝内部受到的净应力)分布在径向达到最大的深度虽然取决于原料丝直径或作用应力等，但为距表面200~600μm左右的区域。而且，若在此范围中存在20μm左右的内含物，则在内含物周围超过原料的疲疲劳度，即产生成为折损起点的程度的应力集中。因此，为解决这些课题而提出以下方法。 [0005] 在专利文献3中记载了使用在JIS规格钢的化学成分中添加V等元素的油回火线材制备的耐疲劳性优异的弹簧。但是，虽然这些添加元素通过晶粒的细化等提高钢材的韧性，有助于耐疲劳性的提高，但材料成本升高。 [0006] 在专利文献4中记载使用调整过Ba、Al、Si、Mg或Ca的添加量的钢材成形的疲劳特性优异的Si镇静钢丝弹簧(Siキルド鋼線ばね)。但是，为平衡性良好地含有这些添加元素，钢精炼工序上的管理明显变得困难，从而造成高成本。 [0007] 在专利文献5中记载了以下内容：通过调整钢的化学成分，在缩小作为疲劳起点的内含物的大小的同时缩小晶粒粒径等提高疲劳强度的弹簧。此弹簧虽然可见疲劳强度提高，但其疲劳强度水平(最大剪切应力τmax=约1200MPa)比近年来轻量高强度阀弹簧所要求的实用强度(τmax=约1300~1400MPa)低。另外，在专利文献5中，为获得更高的疲劳强度，决定追加氮化处理。但是，虽然可预见氮化通过增加表面硬度提高耐疲劳性，但在氮化处理后需要完全除去可成为导致疲劳强度降低的原因的表层的铁氮化物，所以制备工序复杂，并且氮化处理费用也高，因此导致高成本。 [0008] 在专利文献6中记载了在JIS规格弹簧钢的化学成分中添加Mo或V等，实施了油回火处理的低温弹簧成形性优异的高疲劳强度弹簧用钢丝。其目的在于通过使屈服率(屈服强度相对于拉伸强度的比例)为0.85以下，缩小低温弹簧成形后残留的线圈内侧的拉伸残余应力。但是，即使使用屈服率为0.85以下的线材卷簧，并且在弹簧成形后进行退火，也难以在整个内部充分降低在弹簧成形后产生的拉伸残余应力，此后即使实施喷丸硬化也难以很好地赋予压缩残余应力，耐疲劳性的提高有限。 [0009] 在先技术文献 [0010] 专利文献 [0011] 专利文献1：国际公开号WO2005/081586 [0012] 专利文献2：日本特开2008-115468 [0013] 专利文献3：日本特开昭64-83644 [0014] 专利文献4：日本特开2008-163423 [0015] 专利文献5：日本特开2005-120479 [0016] 专利文献6：日本特开平2-57637。 发明内容[0017] 发明所要解决的课题 [0018] 本发明的目的在于，提供在实现材料成本的降低和制备工序的简化的同时，耐疲劳性优异的弹簧及其制备方法。 [0019] 解决课题的手段 [0020] 本发明人对高强度阀弹簧的疲劳强度进行了深入研究。结果得到以下观点：在卷簧后产生的残余应力可通过退火降低，处理温度越高，越可降低残余应力，但由于材料产生软化，通过成分调整增加的退火软化阻力有限，所以基本上难以在维持弹簧的高强度的同时消除其拉伸残余应力。因此得到以下观点：在冷卷簧后一旦将弹簧加热至高温的奥氏体化温度，在实质上使因卷簧而产生的残余应力为零后，可有效改善组织。而且发现，将加热至奥氏体化温度的弹簧迅速冷却至室温附近，得到硬度高的马氏体组织后，在特定条件下进行回火，制成强度与延展性的平衡优异的回火马氏体组织，接着进行喷丸硬化，通过在原料丝表层形成高且深达内部的压缩残余应力层，提高耐疲劳性。 [0021] 此外发现，通过加热至特定条件的应变时效和在特定条件下进行赋予永久应变的整定(セッチング)，降低在作为弹簧使用过程中的永久性变形，提高耐疲劳永久变形性。而且，对于在表层形成有高且深达内部的压缩残余应力层的螺旋弹簧，可在卷簧前的原料中使用JIS规格的油回火丝或同组成的硬拔丝、退火丝等廉价材料。另外发现，若选择合适的热历程条件满足规定的组织组成·元素浓度组成要件，则即使未采用特别复杂的热处理工序，通过在此后的工序中在规定的条件下实施喷丸硬化、应变时效或整定，也可制备耐疲劳性优异的螺旋弹簧。另外可知，由于即使省略以往进行的氮化处理也可赋予对应于市场要求的高耐疲劳性，可实现处理成本的降低或工序的简化。 [0022] 即，本发明的弹簧的特征在于，以质量%计，具有C：0.5~0.7%、Si：1.0~2.0%、Mn：0.1~1.0%、Cr：0.1~1.0%、P：0.035%以下、S：0.035%以下、余量由铁和不可避免的杂质构成的组成，在弹簧原料丝的任意横断面，以面积比例计，将马氏体回火而得的组织(在结构分析上由铁素体和铁碳化物构成，称为回火马氏体组织)为95%以上，将任意横断面的圆当量直径计为D(mm)时，在距表面0.35mm~D/4的范围内形成有压缩残余应力层，其最大压缩残余应力为800~2000MPa，横断面中心的维氏硬度为550~700HV，在距表面深度为0.05~0.3mm的范围，形成有比中心硬度大50~500HV的高硬度层。在这里，原料丝的圆当量直径优选为1.5~15mm。另外，本发明的弹簧优选为螺旋弹簧。需说明的是，本发明的弹簧可用于稳定器、板簧、拉杆、碟簧等。 [0023] 另外，本发明的弹簧的制备方法的特征在于，对于以质量%计满足C：0.5~0.7%、Si：1.0~1.8%、Mn：0.1~1.0%、Cr：0.1~1.0%、P：0.035%以下、S：0.035%以下，余量由铁和不可避免的杂质构成的组成的钢材，依次进行将钢材成形为弹簧的成形工序、奥氏体化后冷却至室温的淬火工序、加热后冷却至室温的回火工序、投射弹丸的第1喷丸硬化工序、加热冷却上述弹簧的应变时效工序、和赋予上述弹簧永久应变的整定工序。 [0024] 根据本发明，即使使用不含高价的合金元素，易获取的JIS规格弹簧钢组成的原料丝，未进行复杂的热处理或表面硬化处理，也可获得在原料丝表层具有高硬度层和厚的高压缩残余应力层的耐疲劳性优异的弹簧。另外，根据本发明的弹簧，合金元素量少，循环使用性优异，并且可简化制备工序，或因缩短处理时间而提高生产能力或节省能量。 [0025] 首先，对本发明中使用的钢的化学成分的限定理由进行说明。需说明的是，在以下说明中“%”指“质量%”。 [0026] ·C：0.5~0.7% [0027] C为用以确保1800MPa以上拉伸强度的重要元素，必须含有0.5%以上。但是，若C浓度过剩，则导致延展性降低，所以控制在0.7%以下。因此，添加0.5~0.7%的C。 [0028] ·Si：1.0~2.0% [0029] Si为有助于强化固溶的元素，为用于获得高强度的有效元素。但是，若Si量过剩，则原料的加工性显著降低，难以制备，所以控制在2.0%以下。因此，添加1.0~2.0%的Si。 [0030] ·Mn：0.1~1.0% [0031] Mn为提高钢材的淬火性的元素，为得到作为本发明要件的回火马氏体比例，含有0.1%以上。另一方面，若含量过剩，则产生偏析，加工性易降低，所以控制在1.0%以下。因此，添加0.1~1.0%的Mn。 [0032] ·Cr：0.1~1.0% [0033] Cr为可提高钢材的淬火性，易提高强度的元素，含有0.1%以上。但是，若超过1.0%地过剩含有，则易产生铁碳化物，导致延展性降低，所以控制在1.0%以下。因此，添加0.1~1.0%的Cr。 [0034] ·P：0.035%以下和S：0.035%以下 [0035] 由于P和S为促进由晶界偏析导致的晶界破坏的元素，所以希望为低浓度，进一步希望不含有，但由于为不可避免的杂质，所以将上限设为0.035%。优选为0.01%以下。 [0036] 接着，对整个组织的面积比例的限定理由进行说明。 [0037] ·回火马氏体：95%以上 [0038] 回火马氏体在这里定义为对在加热至奥氏体化温度后骤冷得到的马氏体进行加热(回火)，将马氏体分解为铁素体和铁碳化物而得的组织。马氏体直接过饱和地固溶奥氏体状态的C，虽然硬度非常高，但明显缺乏延展性。因此，通过进行回火，从马氏体中适度地排出C (析出铁碳化物)，提高延展性。根据本发明，可得到示出高强度且高延展性的回火马氏体组织，为示出优异的耐疲劳性，其面积比例必须为95%以上。由于当不足95%时会含有大量软质的残留奥氏体或铁素体、珠光体，所以耐疲劳性降低。 [0039] 接着，对弹簧原料丝横断面的诸多特性的限定理由进行说明。需说明的是，“横断面”指与弹簧原料丝的长度方向垂直的断面。 [0040] ·压缩残余应力层 [0041] 压缩残余应力层主要通过喷丸硬化赋予。在本发明中压缩残余应力层的厚度为0.35mm~D/4。若考虑在本发明的弹簧原料丝直径范围内由外部负荷导致的作用应力与残余应力的合成应力，则距表面深度为200μm~D/4左右的范围为易成为疲劳破坏起点的部位。因此，若压缩残余应力层的厚度不足0.35mm，则不足以抑制以内部为起点的疲劳破坏。另外，若压缩残余应力层的厚度过厚，则为维持钢材整体的应力平衡，与压缩残余应力为零的深度(交叉点)相比，进一步存在于内侧的拉伸残余应力显著升高。此拉伸压缩残余应力与因外部负荷而在弹簧原料丝上产生的拉伸应力重叠，促进龟裂的发生，因此以D/4为上限。 [0042] 上述压缩残余应力层的最大压缩残余应力为800~2000MPa。由于表层的最大压缩残余应力抑制疲劳龟裂的发生和加剧，所以希望有高的最大压缩残余应力，考虑到在高设计应力下使用，最大压缩残余应力必须为800MPa以上。另一方面，当表层的最大压缩残余应力明显高时，如上所述，存在由于在比交叉点深的内部的应力平衡所引起的拉伸残余应力而发生内部破坏之虞，因此以2000MPa为上限。 [0043] ·高硬度层 [0044] 为确保能够耐受必要的负荷的强度，线材中心的平均维氏硬度必须为550HV以上。另一方面，当硬度过高时，不仅伸长缩小，而且有钢材本身的凹口(龟裂)敏感性增加，疲劳强度降低之虞。因此，将线材中心的平均维氏硬度控制在700HV以下。另一方面，原料丝表层的高硬度层对抑制龟裂的产生非常有效，必须比芯部平均维氏硬度大50HV以上。但是，若硬度过大，则明显变脆，所以增加幅度的上限设为500HV以下。此外，为抑制龟裂的产生，上述高硬度层的厚度必须为0.05mm以上，但若过厚，则导致钢材本身的韧性降低，所以设为 0.3mm以下。 [0045] 接着，对本发明的弹簧的制备方法进行说明。 [0046] ·成形工序 [0047] 成形工序为将钢材成形为所希望的形状的工序，优选为卷簧。虽然成形时的原料丝的温度无特殊限定，但为抑制制备成本，优选通常进行的低温成形。成形方法只要利用使用弹簧成形机(卷簧机)的方法或使用带芯棒(芯金)的方法等即可。 [0049] 本工序根据需要进行，研磨弹簧的两个端面，使得相对于弹簧的轴芯形成直角平面。 [0050] ·淬火工序 [0051] 在本发明中，在淬火工序中优选奥氏体化温度为钢的Ac3点~(Ac3点+250℃)，并且向室温的冷却速度为20℃/s以上。奥氏体化需要在Ac3点~(Ac3点+250℃)下进行热处理，由此可在实质上使因卷簧而产生的残余应力为零。因此，奥氏体化温度在用以实现本发明的弹簧的制备方法中为非常重要的控制因素。若加热温度不足Ac3点，则未奥氏体化，所以得不到马氏体(必然得不到回火马氏体)，无法获得所希望的组织。另外，若超过(Ac3点+250℃)，则旧奥氏体粒径易粗大化，有导致延展性降低之虞。旧奥氏体粒径的粗大化往往会成为导致弹簧的耐疲劳性降低的原因，所以希望淬火工序结束后的平均旧奥氏体粒径为20μm以下。 [0052] 另外，为稳定获得马氏体，在奥氏体化后进行的到室温为止的冷却速度越快越好，必须在20℃/s以上的冷却速度下进行，更优选为50℃/s以上。另一方面，若不足20℃/s，则在冷却过程中生成大量铁素体或珠光体，所以无法获得本发明要件的组织结构。 [0053] ·回火工序 [0054] 在淬火工序中得到的马氏体组织由于明显缺乏延韧性，所以为获得强度与延韧性的平衡优异的组织，再次加热，接着冷却至室温。此时，在回火工序中，优选加热温度为330~480℃，并且加热时间为20分钟以上。这在用以实现本发明的弹簧的制备方法中为非常重要的控制因素。若加热温度不足330℃，则由马氏体向铁素体和铁碳化物的分解无法充分进行，马氏体本身的韧性基本得不到改善。另一方面，若超过480℃，则铁碳化物的粗大化加重，所以无法获得耐受作为弹簧所必需的负荷的强度。另外，若加热时间不足20分钟，则上述马氏体的分解无法充分进行，缺乏延韧性。需说明的是，即使加热时间超过60分钟，强度-延韧性平衡也基本不变，所以若考虑生产效率或制备成本，则希望为60分钟以下。 [0055] ·第1喷丸硬化工序 [0056] 第1喷丸硬化使金属粒撞击弹簧，赋予表面压缩残余应力，由此显著提高弹簧的耐疲劳性。在本发明中，在淬火工序后因成形而产生的残余应力实质上为零，通过本喷丸硬化可在弹簧的原料丝表层形成高且深达内部的压缩残余应力层。因此，喷丸硬化工序为用以获得本发明中所希望的压缩残余应力层的重要工序。 [0057] 在第1喷丸硬化工序中，优选弹丸材料的球当量直径为0.6~1.2mm，弹丸的投射速度为60~100m/s，覆盖度为100%以上。当弹丸材料的球当量直径不足0.6mm时，由于喷丸的投射能量小，所以无法获得所希望的压缩残余应力层，当超过1.2mm时，由于喷丸的投射能量过剩过大，所以因表面粗糙度增大或弹簧表面易产生龟裂而不优选。另外，若投射速度在60~100m/s的范围外，则与之前所述的弹丸材料球当量直径范围外的情况的原因相同而不优选。当覆盖度不足100%时，拉伸应力残留于弹丸未击中的部位，这成为导致弹簧的耐疲劳性等降低的原因，故不优选。 [0058] 需说明的是，喷丸硬化可重复实施数次。此时，希望之前实施的喷丸硬化中使用的弹丸材的球当量直径比之后实施的喷丸硬化中使用的弹丸材的球当量直径小。这为降低因之前实施的喷丸硬化而增加的表面粗度而进行。 [0059] 作为在喷丸硬化中使用的弹丸材料，可使用钢线粒(カットワイヤ)或钢球、FeCrB类等高硬度粒子等。另外，压缩残余应力可通过弹丸材料的球当量直径或投射速度、投射时间和多步投射方式进行调整。 [0060] ·应变时效工序 [0061] 通过喷丸硬化工序引入原料丝的应变伴有大量的位错(転位)。然而，永久性变形被认为因该位错移动而产生。弹簧的永久性变形导致得不到规定负荷等各种缺陷，为问题的所在。因此，为抑制位错的移动，加热弹簧(应变时效)。应变时效被认为通过C等固溶原子在位错的周围移动，固定位错，从而降低永久性变形量。 [0062] 在本发明中，在应变时效工序中优选加热温度为150~300℃，并且加热时间为10分钟以上。若不足150℃，则C等的移动无法充分进行，位错的固定效果小，所以永久性变形量增大。另外，当超过300℃时，由于因喷丸硬化而获得的压缩残余应力降低，所以导致耐疲劳性降低。另外，若加热时间不足10分钟，则C等的移动无法充分进行，位错的固定効果小，所以使用时的永久性变形量增大。需说明的是，即使加热时间超过60分钟，位错的固定效果亦饱和，所以若考虑生产效率或制备成本，则希望为60分钟以下。 [0063] ·整定工序 [0064] 整定为通过赋予塑性应变提高弹性限度和降低永久性变形量(疲劳永久变形量)而进行。在整定工序中，优选加热至150~300℃，并且作用于原料丝表面的剪切应变为0.015~0.022。其原因在于，以叠加上述应变时效的效果为目标，通过直接在应变时效的加热温度(150~300℃)下进行整定，可显著提高耐疲劳永久变形性。在整定中，若作用于原料丝表面的剪切应变不足0.015，则塑性应变小，永久性变形量增大。另外，当超过0.022时，在原料丝表层产生预龟裂，在作为弹簧使用时龟裂加重，与所希望的寿命相比在早期折损的可能性升高。 [0065] ·第2喷丸硬化工序 [0066] 优选在整定工序之后具有再次投射弹丸的第2喷丸硬化工序，并且使用的弹丸的球当量直径比第1喷丸硬化工序中使用的弹丸的球当量直径小。虽然本工序根据需要进行，但通过使用球当量直径比第1喷丸硬化小的弹丸材料，可在增加弹簧原料丝表面的压缩残余应力的同时降低表面粗糙度，实现耐疲劳性的提高。另外，由于引入原料丝的应变限定于表面极浅的层，所以制备时的永久性变形量的增加非常小，为未成为实质问题的程度。 [0067] 发明的效果 [0069] [图1] 示出本发明的弹簧的制备工序的一个实例的图。 [0070] 实施发明的最佳方式 [0071] 以下对本发明进行具体说明。在图1中示出本发明的弹簧的制备工序的一个实例。使用以质量%计满足C：0.5~0.7%、Si：1.0~1.8%、Mn：0.1~1.0%、Cr：0.1~1.0%、P：0.035%以下、S：0.035%以下，余量由铁和不可避免的杂质构成的组成的油回火线材，通过卷簧机在规定形状下进行冷卷簧(卷簧工序)，在Ac3点~(Ac3点+250℃)进行奥氏体化后，以20℃/s以上的冷却速度冷却至室温(淬火工序)。由此实质上可使因卷簧而产生的残余应力为零。另外，在奥氏体化后，通过骤冷，可不大量生成铁素体或珠光体而获得马氏体组织。 [0072] 接着，将加热温度设为330~480℃、将加热时间设为20分钟以上，加热弹簧，然后冷却至室温(回火工序)。通过此工序，在上述马氏体组织中，进行由马氏体向铁素体和铁碳化物的分解，可获得强度与延韧性的平衡优异的组织(回火马氏体)。 [0073] 而且，作为第一步使用圆钢线粒，作为第二步使用球当量直径的比第一步小的圆钢线粒，进行喷丸硬化(第1喷丸硬化工序)。此时，弹丸的球当量直径设定为0.6~1.2mm，弹丸的投射速度设定为60~100m/s，覆盖度设定为100%以上。在上述淬火工序中，由于实质上使因卷簧而产生的残余应力为零，所以可通过此喷丸硬化在弹簧的原料丝表层形成高且深达内部的压缩残余应力层。因此，可通过喷丸硬化显著提高弹簧的耐疲劳性。 [0074] 接着，将加热温度设为150~300℃，将加热时间设为10分钟以上，加热弹簧，进行冷却(应变时效工序)。在上述喷丸硬化工序中，虽然将应变引入弹簧原料丝，但伴有大量的位错。因此，在应变时效工序中加热弹簧，由此使C等固溶原子在位错的周围移动，固定位错。由此可抑制位错的移动。 [0075] 此外，加热至150~300℃，并且赋予弹簧永久应变使作用于原料丝表面的剪切应变为0.015~0.022 (整定工序)。在此工序中，通过赋予塑性应变，可提高弹性限度，降低永久性变形量。另外，作为喷丸硬化的第三步使用球当量直径比第二步小的砂粒进行喷丸硬化(第2喷丸硬化工序)。 [0076] 对于通过以上工序制备的本发明的弹簧而言，在弹簧原料丝的任意横断面中，以面积比例计，回火马氏体组织为95%以上，将任意横断面的圆当量直径计为D(mm)时，在距表面0.35mm~D/4的范围内形成有压缩残余应力层，其最大压缩残余应力为800~2000MPa，横断面中心的维氏硬度为550~700HV，在距表面深度为0.05~0.3mm的范围，形成有比中心硬度大50~500HV的高硬度层。因此，本发明的弹簧在原料丝表层具有高硬度层和厚的高压缩残余应力层，耐疲劳性优异。 实施例 [0077] 通过如图1所示的制备工序，进行弹簧的制备。即，使用含有表1中记载的化学成分的油回火线材SWOSC-V，通过卷簧机冷卷簧成规定形状后，制备如表2所示的弹簧。然后，在表3中记载的条件下进行热处理。接着，作为第一步使用球当量直径为0.8mm的圆钢线粒，作为第二步使用球当量直径为0.45mm的圆钢线粒，进行喷丸硬化。此外，于230℃进行10分钟的加热，在实施应变时效工序后冷却至室温，于低温进行最大剪切应变为0.020 (最大剪切应力τ=1565MPa左右，横向弹性模量为78.5GPa)的整定。此外，作为喷丸硬化的第三步，使用球当量直径为0.1mm的砂粒进行喷丸硬化。针对如上获得的弹簧，如下所示调查各种性质。将结果一并记录于表3中。需说明的是，在表3中，对于不满足本发明中规定的条件的值，用下划线示出。 [0078] [表1] [0079] [0080] [表2] [0081] [0082] [表3] [0083] [0084] 注)表中的下划线表示不满足本发明中规定的条件。 [0085] ·回火马氏体的面积比例 [0087] ·残余应力分布 [0088] 在螺旋弹簧的内径侧表面，采用X射线衍射法测定在相对于原料丝的轴倾斜45°且施加弹簧挤压负荷时产生拉伸应变的方向的残余应力。由此求出最大压缩残余应力。另外，在将螺旋弹簧原料丝全面化学研磨后进行上述测定，通过重复上述操作求出深度方向的残余应力分布，确定压缩残余应力层的厚度。 [0089] ·芯部的平均维氏硬度 [0090] 在横断面，测定5个点的中心部的维氏硬度，求出其平均值，得到芯部平均硬度。 [0091] ·高硬度层的厚度 [0092] 在横断面，由钢材的外周表面向中心测定维氏硬度，针对比上述芯部平均硬度大50~500HV的高硬度层，测定距表面的厚度。 [0093] ·耐疲劳性 [0094] 在平均应力τm为735MPa、应力振幅τa为637MPa下进行疲劳试验，将显示出超过1×107次的耐久次数的样品计为耐疲劳性优异(表3中的○)，将在这以前折损的样品计为耐疲劳性差(表3中的×)。 [0095] 满足本发明要件的No.2~4的样品示出优异的耐疲劳性。与之相对的是，不满足本发明规定的No.1的样品由于热处理工序中的回火温度过高，所以芯部平均硬度低，最大压缩残余应力低。因此，No.1的样品的耐疲劳性差。另外，不满足本发明规定的No.5的样品由于热处理工序中的回火温度过低，所以回火马氏体比例小，芯部平均硬度过高，并且表层的高硬度层和压缩残余应力层的厚度均小。因此，No.5的样品的耐疲劳性差。由此可确认，通过在合适的温度下进行热处理，以面积比例计，可获得95%以上的强度与延展性的平衡优异的回火马氏体，可获得耐疲劳性优异的弹簧。 |
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