阀门弹簧制造技术

本发明专利技术提供具有优异的疲劳极限的阀门弹簧。基于本实施方式的阀门弹簧具备：形成于表层的氮化层、和比所述氮化层更位于内部的芯部。芯部的化学组成以质量％计而包含：C：0.53～0.59％；Si：2.51～2.90％；Mn：0.70～0.85％；P：0.020％以下；S：0.020％以下；Cr：1.40～1.70％；Mo：0.17～0.53％；V：0.23～0.33％；Ca：0.0001～0.0050％；Cu：0.050％以下；Ni：0.050％以下；Al：0.0050％以下；Ti：0.050％以下；N：0.0070％以下和由Fe和杂质构成的剩余部分，芯部中最大直径为2～10nm的V系析出物的个数密度为500～8000个/μm2，芯部中，所述Ca硫化物的个数相对于氧化物类夹杂物和所述硫化物类夹杂物的总个数的比例为0.20％以下。物类夹杂物的总个数的比例为0.20％以下。物类夹杂物的总个数的比例为0.20％以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阀门弹簧
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][0001]本专利技术涉及弹簧，更详细而言，涉及用于调节内燃机等中使用的阀门的运动的阀门弹簧(Valve spring)。
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技术介绍
][0002]在车辆或通常机械中，利用了大量的弹簧。在车辆、通常机械中使用的弹簧中，阀门弹簧具有调节车辆、通常机械的机器内的阀门的开闭的作用。阀门弹簧，例如用于车辆的内燃机(发动机)的给气排气阀门的开闭控制中。
[0003]为了调节阀门的开闭，阀门弹簧在1分钟内重复数千次伸缩。因此，对于阀门弹簧而言，需要较高的疲劳极限。因此，在阀门弹簧的情况下，通常通过实施氮化处理而提高了疲劳极限。阀门弹簧的制造方法的一个实例如下所述。对于钢线实施调质处理(淬火处理和回火处理)。对于调质处理后的钢线，实施冷卷，形成线圈状的中间钢材。对中间钢材实施去应变退火处理后，实施氮化处理。氮化处理后，根据需要实施喷丸处理，对表层赋予压缩残留应力。通过以上的工序，制造疲劳极限得到了提高的阀门弹簧。
[0004]最近，需要进一步提高阀门弹簧的疲劳极限。
[0005]涉及提高弹簧的疲劳极限的技术，公开于：日本特开平2
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57637号公报(专利文献1)、日本特开2010
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163689号公报(专利文献2)、日本特开2007
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302950号公报(专利文献3)和日本特开2006
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183137号公报(专利文献4)。
[0006]专利文献1中公开的高疲劳极限弹簧用钢线以重量％计而含有C：0.3～1.3％，Si：0.8～2.5％，Mn：0.5～2.0％，Cr：0.5～2.0％，作为任选元素而含有Mo：0.1～0.5％，V：0.05～0.5％，Ti：0.002～0.05％，Nb：0.005～0.2％，B：0.0003～0.01％，Cu：0.1～2.0％，Al：0.01～0.1％和N：0.01～0.05％中的1种或2种以上，剩余部分由Fe和无法避免的杂质构成，这样的钢通过在奥氏体化处理后于250～500℃下保持3秒～30分钟后进行空气冷却或急冷而制造，将屈强比设为0.85以下。该文献中，基于弹簧的疲劳极限依赖弹簧的屈服强度，弹簧的屈服强度越高，弹簧的疲劳极限也越高这样的知识(参见专利文献1的第2页右上栏第1行～第5行)，提出了具有上述构成的高疲劳极限弹簧用钢线。
[0007]专利文献2中公开的弹簧使用具有回火马氏体组织的油回火线而制造，油回火线以质量％计而含有C：0.50～0.75％，Si：1.50～2.50％，Mn：0.20～1.00％，Cr：0.70～2.20％，V：0.05～0.50％，剩余部分由Fe和无法避免的杂质构成。在对该油回火线在450℃下进行了2小时的气体软氮化处理的情况下，形成在油回火线的线表面部的、氮化层的晶格常数为此外，在对该油回火线在450℃下进行了2小时的加热的情况下，拉伸强度为1974MP a以上，屈服应力为1769MPa以上，拉拔值超过40％。该文献中，将油回火线限定为经过氮化处理而制造的弹簧的原材料。在通过氮化处理制造弹簧的情况下，随着氮化处理时间变长，弹簧的钢材的屈服强度和拉伸强度会降低。该情况下，钢材内部的硬度降低，疲劳极限降低。因此，专利文献2中记载了：通过使用即使延长氮化处理的处理时间，钢材的屈服强度也不会降低的油回火线，能够制造疲劳极限较高的弹簧(参见专利文献2的
0025和0026段)。
[0008]专利文献3中公开的高强度弹簧用钢线具有下述化学组成，其含有C：0.5～0.7％，Si：1.5～2.5％，Mn：0.2～1.0％，Cr：1.0～3.0％，V：0.05～0.5％，抑制为Al：0.005％以下(不包含0％)，剩余部分为Fe和无法避免的杂质。钢线中，以等效圆直径计为10～100nm的球状渗碳体为30个/μm2以上，并且，渗碳体中的Cr浓度以质量％计为20％以上，V浓度为2％以上。该文献中记载了：对于疲劳极限和抗下垂性的提高，钢线的高强度化是有效的(参见专利文献3的0003段)。并且，通过将圆等效直径为10～100nm的细小的球状渗碳体的个数设为30个/μm2以上，并且，将渗碳体中的Cr浓度设为以质量％计为20％以上，将V浓度设为2％以上，即使在制造工序中的去应变退火处理、氮化处理这样的热处理中，也能够抑制渗碳体的分解和消失，能够保持钢线的强度(0011段)。
[0009]专利文献4中公开的、成为弹簧的原材料的钢线以质量％计而包含：C：0.45～0.7％，Si：1.0～3.0％，Mn：0.1～2.0％，P：0.015％以下，S：0.015％以下，N：0.0005～0.007％，t
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O：0.0002～0.01％和由铁和无法避免的杂质构成的剩余部分，拉伸强度为2000MPa以上，检镜面中，圆等效直径为0.2μm以上的渗碳体类球状碳化物和合金类碳化物的占有面积率为7％以下，圆等效直径0.2～3μm的渗碳体类球状碳化物和合金类碳化物的丰度密度为1个/μm2以下，圆等效直径超过3μm的渗碳体类球状碳化物和合金类碳化物的丰度密度为0.001个/μm2以下，旧奥氏体粒度编号为10号以上，残留奥氏体为15mass％以下，圆等效直径为2μm以上的渗碳体类球状碳化物的丰度密度较小的稀薄区域的面积率为3％以下。该文献中记载了：为了进一步提高疲劳、下垂等弹簧性能，需要进一步的高强度化。该文献中还记载了：通过微观组织的控制和对渗碳体类的细小碳化物的分布进行控制，能够实现弹簧的高强度化，提高疲劳、下垂等弹簧性能(参见专利文献4的0009和0021段)。
[0010][现有技术文献][0011][专利文献][0012][专利文献1]日本特开平2
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57637号公报
[0013][专利文献2]日本特开2010
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163689号公报
[0014][专利文献3]日本特开2007
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302950号公报
[0015][专利文献4]日本特开2006
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183137号公报
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技术实现思路
][0016][专利技术所解决的技术问题][0017]上述专利文献1～4所述的技术中，均采用了下述技术思想，即通过提高成为弹簧的原材料的钢材的强度(硬度)，提高疲劳极限、下垂等弹簧特性。然而，也可以通过其他技术思想来提高弹簧的疲劳极限。
[0018]本专利技术的目的在于：提供具有优异的疲劳极限的阀门弹簧。
[0019][解决问题的技术手段][0020]本专利技术的阀门弹簧具备：
[0021]形成于表层的氮化层、和
[0022]比所述氮化层更位于内部的芯部，
[0023]所述芯部的化学组成以质量％计而包含：
[0024]C：0.53～0.59％；
[0025]Si：2.51～2.90％；
[0026]Mn：0.70～0.85％；
[0027]P：0.020％以下；
[0028]S：0.020％以下；
[0029]Cr：1.40～1.70％；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种阀门弹簧，其具备：形成于表层的氮化层、和比所述氮化层更位于内部的芯部，所述芯部的化学组成以质量％计而包含：C：0.53～0.59％；Si：2.51～2.90％；Mn：0.70～0.85％；P：0.020％以下；S：0.020％以下；Cr：1.40～1.70％；Mo：0.17～0.53％；V：0.23～0.33％；Ca：0.0001～0.0050％；Cu：0.050％以下；Ni：0.050％以下；Al：0.0050％以下；Ti：0.050％以下；N：0.0070％以下；Nb：0～0.020％；和由Fe和杂质构成的剩余部分，所述芯部中，最大直径为2～10nm的V系析出物的...

【专利技术属性】
技术研发人员：寺本真也，根石豊，青野通匡，小泽修司，高桥文雄，西元茂和，近藤充博，越智达朗，铃木章一，
申请(专利权)人：日本发条株式会社日铁铃木加普腾钢线株式会社，
类型：发明
国别省市：