压缩螺旋弹簧及其制造方法技术

在线材表面将C富集层在极薄的范围形成均匀的厚度，对成形后的线材赋予适当的压缩残余应力分布，由此提供高耐久性且高耐永久应变性的压缩螺旋弹簧。压缩螺旋弹簧使用钢线材，前述钢线材以重量%包括C：0.5~0.7%、Si：1.2~3.0%、Mn：0.3~1.2%、Cr：0.5~1.9%、V：0.05~0.5%，并且作为包括Ni：1.5%以下，Mo：1.5%以下，W：0.5%以下的1种或2种以上作为任意成分，其余部分由铁及不可避免的杂质构成，其中，在表层部具有超过前述钢线材所含的C的平均浓度的C富集层，C富集层的厚度遍及钢线材的整周地进入0.01~0.05mm的范围。

Compression coil spring and its manufacturing method

A uniform thickness of C enrichment layer is formed on the surface of the wire rod in a very thin range, and the formed wire rod is given an appropriate distribution of compressive residual stress, thus providing a compression coil spring with high durability and permanent strain resistance. Compression coil spring uses steel wire rod, the weight% of which includes C: 0.5 ~ 0.7%, Si: 1.2 ~ 3.0%, Mn: 0.3 ~ 1.2%, Cr: 0.5 ~ 1.9%, V: 0.05 ~ 0.5%, and the rest is composed of iron and inevitable impurities, among which, the surface part has one or more than one of the above mentioned steel components, including Ni: 1.5%, Mo: 1.5%, W: 0.5% The average concentration of C in the wire rod is C enrichment layer, and the thickness of C enrichment layer is 0.01-0.05mm all around the wire rod.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】压缩螺旋弹簧及其制造方法
本专利技术涉及例如汽车的发动机、离合器内所使用的压缩螺旋弹簧，特别地涉及即使在高应力下的使用环境下也具有优异的耐疲劳性和耐永久应变性的压缩螺旋弹簧及其制造方法。
技术介绍
近年来，以环境问题为背景，对于汽车的低耗油量化的要求逐年严格，相对于汽车零件的小型轻量化被强烈要求为比目前程度更高。对于该小型轻量化的要求，在例如以发动机内所使用的气门弹簧、离合器内所使用的离合器扭簧为首的压缩螺旋弹簧零件中，材料的高强度化、基于表面处理的表面强化的研究盛行，结果，实现作为螺旋弹簧的特性重要的耐疲劳性的提高、耐永久应变性的提高。一般地，螺旋弹簧的制造方法大体分为热成形法和冷成形法。热成形法用于线径d较粗而线圈平均径D和线径d的比即弹簧指数D/d较小等其加工性差所以冷成形困难的螺旋弹簧的成形，作为螺旋弹簧线材使用碳素钢、弹簧钢。在热成形法中，为使得容易加工线材而加热至高温而缠绕于芯骨来卷取成螺旋弹簧形状，淬火（焼入れ）・回火（焼戻し）后，进一步进行喷丸硬化（ショットピーニング）、固化（セッチング），得到作为螺旋弹簧的性能主要的耐疲劳性、耐永久应变性。另外，在热成形法中，无芯骨的卷取在技术上非常困难，所以目前为止未达到实用化。由此，热成形法使用芯骨在现有技术中是必须的，作为能够成形的螺旋弹簧，与能够无芯骨地卷取的冷成形法相比，形状的自由度较低。另一方面，关于气门弹簧、离合器扭簧级别的压缩螺旋弹簧，线径比较细，所以能够冷成形。并且，不伴随基于加热的相变、热膨胀收缩，所以容易得到较高的尺寸精度，进而，由于加工速度、设备费用等而量产性(间歇、成本)也较高，所以关于该级别的压缩螺旋弹簧的制造，以往以来采用冷成形法。此外，关于该冷成形法，确立了无芯骨的成形技术，螺旋弹簧的形状自由度较高也是使用冷成形法的一大原因，基于热成形法的气门弹簧、离合器扭簧级别的压缩螺旋弹簧的制造技术目前为止未实用化。另外，在冷成形法中，作为螺旋弹簧线材，以往使用碳素钢线、硬钢线、钢琴线、弹簧钢线等硬拉线。然而，近年来，从轻量化的观点出发需要材料的高强度化，价格贵的油回火线被广泛使用。在冷成形法中，如图1(C)所示，将线材冷卷取成螺旋弹簧形状，退火（焼鈍）后根据需要实施氮化（窒化）处理、喷丸硬化及固化。这里，退火的目的在于，将作为螺旋弹簧的耐疲劳性提高的阻碍要因的由加工产生的残余应力除去，与由于喷丸硬化向表面施加压缩残余应力配合，有助于螺旋弹簧的耐疲劳性提高。另外，关于以气门弹簧、离合器扭簧那样的高负荷应力使用的螺旋弹簧，基于氮化处理的表面硬化处理在喷丸硬化前根据需要被进行。目的在于进一步提高耐疲劳性的研究被兴盛地进行。例如，在专利文献1记载了冷成形用的油回火线，公开了利用残余奥氏体的加工诱发相变提高耐疲劳性的技术。此外，在专利文献2中公开了，在从加热中至淬火的期间将烃类气体从一根喷嘴直接吹到钢线材表面而在该钢线材表面形成C富集层的方案。在专利文献3中公开了，在实施氮化处理的线材的表面通过实施不同的投射速度的多级喷丸硬化来施加较大的压缩残余应力而实现耐疲劳性的提高的技术。在专利文献1中，在卷取后的螺旋弹簧产生残余应力。该残余应力，特别是在线圈内径侧表面发生的线轴方向的拉伸残余应力为作为螺旋弹簧的耐疲劳性提高的阻碍要因。并且，通常为了将该加工的残余应力除去而实施退火，但专利文献1所述的软化阻力高的线材能够容易推定维持所希望的线材的强度且将该残余应力完全除去较困难，是本领域技术人员众所周知的。因此，之后实施喷丸硬化，但由于因为加工而残余于线圈内径侧的拉伸残余应力的影响，难以对线材表面施加充分的压缩残余应力，无法得到作为螺旋弹簧的充分的耐疲劳性。此外，在专利文献2中公开了，在将钢线材加热至奥氏体区的状态下进行卷取加工时，同时向钢线材实施渗碳处理，由此将由加工引起的残余应力的产生消除，并且在表面形成C富集层，高效率地得到之后进行的喷丸硬化、固化的效果。该情况下，在从加热中至淬火的期间，将烃类气体从一根喷嘴直接吹到钢线材表面，在该钢线材表面形成有C富集层。但是，该方法中，容易推定在线材圆周方向上C富集层的厚度、表面C浓度上发生不均。并且，该不均相对于所希望的C富集层厚度、C浓度，形成过剩的C富集层厚度、C浓度，另一方面形成稀薄的C富集层厚度、C浓度的部分。在C浓度高的部分阻碍从奥氏体向马氏体的相变，导致残余奥氏体相的增大。结果，预料耐疲劳性的提高，但耐永久应变性难免下降。由喷丸硬化导入的表面附近的压缩残余应力的大小在钢线材处与受到喷丸硬化的影响的表面附近的屈服应力、即C浓度成比例。由此，在稀薄的C富集层中，由喷丸硬化导入的表面附近的压缩残余应力不达到所希望的大小，相对于以表面附近(包括最外面)为起点的疲劳裂缝的发生其防止效果不足。此外，表面硬度的上升也较少，所以不能防止工作时重复接触的线间部处的磨损，有导致以其磨损部为起点的早期破损的情况。由于这些情况，若存在稀薄的C富集层存在，则不能预料耐疲劳性的提高。另一方面，以往进行基于批量处理的真空渗碳处理。进行该处理的渗碳弹簧得到较深且较大的压缩残余应力，由此实现耐久性的提高，但由于装置系统结构，渗碳量的控制变难，所得到的渗碳深度超过所希望的深度。特别地，对于阀弹簧过剩渗碳，随着由于过剩的C富集层厚度形成的残余奥氏体相的增大，耐永久应变性显著下降。进而，在专利文献3中，螺旋弹簧的线材表面附近(以下，称作“表面”)的压缩残余应力为1400MPa左右，作为在气门弹簧、离合器扭簧级别的高负荷应力下使用的螺旋弹簧，相对于表面的裂缝发生抑制，其压缩残余应力充分。然而，使表面的压缩残余应力提高，结果，线材内部的压缩残余应力变小，相对于以夹杂物等为起点的线材内部的裂缝发生，其压缩残余应力的效果不足。即，专利文献3的机构中，由喷丸硬化施加的能量上存在限度，所以即虽然施加压缩残余应力分布的变化，但难以大幅提高压缩残余应力的总和。未考虑将前述的由加工产生的残余应力的影响消除等，由此，相对于相同强度的线材，其耐疲劳性的提高效果不足。另外，使表面压缩残余应力提高的机构被各种各样地实用化，但结果，实际情况是，在例如线径1.5~10mm左右的螺旋弹簧中，在距线材表面的深度0.1~0.4mm的范围存在基于外部负荷的作用应力和残余应力的和即合成应力的最大值，该合成应力的最高的部分为破坏起点。因此，在深度0.1~0.4mm的范围内确保较大的压缩残余应力对于耐疲劳性较重要。专利文献1：日本特许第3595901号。专利文献2：日本特开2014-055343号公报。专利文献3：日本特开2009-226523号公报。如上所述，在以往的制造方法、专利文献1~3等中，相对于需要近年的高应力下的耐疲劳性及耐永久应变性的进一步提高和成本减少的兼顾的要求，其对应带来困难。此外，通过成形后的退火处理无法将加工带来的残余应力完全消除，所以无法将线材的性能充分地活用。
技术实现思路
本专利技术基于这样的背景，其目的在于，将卷取加工的拉伸残余应力消除并且在线材表面将C富集层以适当的C浓度及适本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压缩螺旋弹簧，前述压缩螺旋弹簧使用钢线材，前述钢线材以重量%计包括C：0.5~0.7%、Si：1.2~3.0%、Mn：0.3~1.2%、Cr：0.5~1.9%、V：0.05~0.5%，并且包括Ni：1.5%以下、Mo：1.5%以下、W：0.5%以下的1种或2种以上作为任意成分，其余部分由铁及不可避免的杂质构成，其特征在于，/n在表层部具有超过前述钢线材所含的C的平均浓度的C富集层，前述C富集层的厚度遍及前述钢线材的整周地进入0.01~0.05mm的范围。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170411 JP 2017-0781131.一种压缩螺旋弹簧，前述压缩螺旋弹簧使用钢线材，前述钢线材以重量%计包括C：0.5~0.7%、Si：1.2~3.0%、Mn：0.3~1.2%、Cr：0.5~1.9%、V：0.05~0.5%，并且包括Ni：1.5%以下、Mo：1.5%以下、W：0.5%以下的1种或2种以上作为任意成分，其余部分由铁及不可避免的杂质构成，其特征在于，
在表层部具有超过前述钢线材所含的C的平均浓度的C富集层，前述C富集层的厚度遍及前述钢线材的整周地进入0.01~0.05mm的范围。


2.如权利要求1所述的压缩螺旋弹簧，其特征在于，
前述钢线材的任意的线材横截面的内部硬度为600~710HV，前述C富集层的最高硬度比内部硬度高30HV以上。


3.如权利要求1或2所述的压缩螺旋弹簧，其特征在于，
以方位角度差5°以上的边界为晶界，使用SEM/EBSD法测定的平均晶体粒径为1.3μm以下。


4.如权利要求1至3中任一项所述的压缩螺旋弹簧，其特征在于，
在螺旋弹簧负荷有压缩载荷的情况下产生的螺旋弹簧内径侧的最大主应力方向上，将距无负荷时的压缩残余应力的值设为零的前述线材的表面的深度设为交叉点，在将纵轴设为残余应力、将横轴设为距表面的深度的残余应力分布曲线上将从表面至交叉点的积分值表示为I-σR时，I-σR为150MPa・mm以上。


5.如权利要求1至4中任一项所述的压缩螺旋弹簧，其特征在于，
关于使用X射线衍射法测定的残余奥氏体体积率γR，在将纵轴设为残余奥氏体体积率、将横轴设为距表面的深度的残余奥氏体分布曲线上，将从表面至0.5m...

【专利技术属性】
技术研发人员：赤沼俊之，白石透，岩垣洋平，高桥启太，平井俊，
申请(专利权)人：日本发条株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP