螺旋彈簧及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及螺旋彈簧及其制造方法，詳細(xì)地涉及耐疲勞性優(yōu)異的螺旋彈簧及其制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 螺旋彈簧在汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、懸架等中用作氣門彈簧、離合器彈簧、懸架彈 簧等。螺旋彈簧長期以高應(yīng)力反復(fù)使用，因此要求高水平的耐疲勞性。
[0003] 例如作為發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門彈簧用線材，JIS中規(guī)定氣門彈簧用油回火線（SWO-V:JIS G3561)、氣門彈簧用鉻釩鋼油回火線（SWOCV-VJISG3565)和氣門彈簧用硅鉻鋼油回火 線（SW0SC-V:JISG3566)等，一直以來，主要使用疲勞強(qiáng)度優(yōu)異的SW0SC-V。
[0004] 制造氣門彈簧的一般方法是：這些線材通過對(duì)乳制材拉絲后進(jìn)行淬火?回火處理 而制成所需的強(qiáng)度，使用所述線材，卷繞成所需形狀的彈簧后，通過進(jìn)行氮化、噴丸、回火、 凝固等處理，得到耐疲勞性優(yōu)異的彈簧。
[0005] 從環(huán)境保護(hù)或資源保護(hù)的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)于汽車的排氣的凈化、提高燃油效率的要 求提高，對(duì)此有很大幫助的是汽車的輕質(zhì)化，還要持續(xù)不斷致力于構(gòu)成車體的各部件的輕 質(zhì)化。
[0006] 對(duì)于氣門彈簧，通過進(jìn)一步提高其耐疲勞性，可使氣門彈簧小型化，并有助于發(fā)動(dòng) 機(jī)的輕質(zhì)化。因此，提出了用于改善氣門彈簧耐疲勞性的方案。
[0007] 例如專利文獻(xiàn)1公開了具有規(guī)定的成分組成且表面具備滲碳固化層（0.05~ 1. 00mm)，同時(shí)將位于距表面0. 02mm的硬度設(shè)在規(guī)定的范圍（650~ΙΟΟΟΗν)內(nèi)來提高耐疲 勞性的技術(shù)。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2012-77367號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 發(fā)明要解決的問題
[0012] 上述專利文獻(xiàn)1的耐疲勞性是5000萬次水平，但近年來汽車向更進(jìn)一步的輕質(zhì) 化、高輸出功率化發(fā)展，隨之需求具有更優(yōu)異耐疲勞性的螺旋彈簧。
[0013] 本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供一種耐疲勞性優(yōu)異的螺旋彈簧 以及該耐疲勞性優(yōu)異的螺旋彈簧的制造方法。
[0014] 解決問題的手段
[0015] 能夠解決上述課題的本發(fā)明具有如下特征：其由鋼構(gòu)成，所述鋼含有C:0. 40~ 0. 70% (%表示"質(zhì)量％"、對(duì)于化學(xué)成分組成以下均相同）、Si:1. 50~3. 50%、Mn:0. 30~ 1.50%、0:0.10~1.50%、￥:0.50~1.00%和41:0.01%以下（不包括0%)，其余部分 為鐵和不可避免的雜質(zhì)，位于距表層〇. 3_深度的原奧氏體結(jié)晶的平均晶粒度級(jí)別為11. 0 以上，所述原奧氏體結(jié)晶的晶粒度級(jí)別與最大頻率的晶粒度級(jí)別之差在小于3的范圍內(nèi)， 且具備距表層深度為0. 30~1. 00mm的滲碳固化層，同時(shí)，位于距表層深度方向（1/4)X直 徑的維氏硬度平均值為600以上。
[0016] 進(jìn)一步地，作為上述螺旋彈簧的化學(xué)成分組成，其優(yōu)選實(shí)施方式是含有Ni : 1. 50%以下（不包括0% )和/或Nb :0· 50%以下（不包括0% )。
[0017] 在制造如上述的耐疲勞性優(yōu)異的螺旋彈簧時(shí)，推薦在1000°C以上進(jìn)行真空滲碳處 理。
[0018] 發(fā)明效果
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，通過適當(dāng)?shù)乜刂苹瘜W(xué)成分組成和原奧氏體晶粒度，同時(shí)適當(dāng)?shù)乜刂?距螺旋彈簧表層的滲碳固化層深度和維氏硬度，能夠提供耐疲勞性優(yōu)異的螺旋彈簧。此外， 根據(jù)本發(fā)明的方法，能夠提供上述耐疲勞性優(yōu)異的螺旋彈簧。
【附圖說明】
[0020] 圖1是螺旋彈簧的滲碳固化層測(cè)定位置和（1/4)X直徑位置的維氏硬度測(cè)定位置 的說明不意圖。
[0021] 圖2是螺旋彈簧的原奧氏體晶粒度測(cè)定位置的說明示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 本發(fā)明人等為了提供比既往進(jìn)一步提高耐疲勞性、發(fā)揮后述實(shí)施例的斷裂壽命試 驗(yàn)中超過6000萬次的結(jié)果的具有優(yōu)異耐疲勞性的螺旋彈簧，從各種角度進(jìn)行了研究。專利 文獻(xiàn)1中雖然提高C添加量的同時(shí)控制金屬組織，但僅僅如此還不能獲得6000萬次水平的 斷裂壽命（專利文獻(xiàn)1的實(shí)施例4和模擬該實(shí)施例的表2的No. 8)。
[0023] 于是，本發(fā)明人等為了達(dá)到更優(yōu)異的耐疲勞性，對(duì)化學(xué)成分組成和金屬組成等進(jìn) 行了研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)螺旋彈簧的韌性和強(qiáng)度會(huì)對(duì)螺旋彈簧使用中的疲勞折損帶來影響， 通過適當(dāng)?shù)貙?duì)其進(jìn)行控制，可以顯著提高耐疲勞性。
[0024] 首先，為提高螺旋彈簧強(qiáng)度，需要充分確保距形成螺旋彈簧的鋼表層（下面僅稱 為"表層"）一定程度的滲碳固化層的深度、鋼內(nèi)部（1/4X形成螺旋彈簧的鋼線直徑D、下 面有時(shí)表示為"1/4XD"。）的維氏硬度。為了充分確保滲碳固化層的深度、維氏硬度，需要 提高滲碳處理時(shí)的溫度，但只是在高溫下進(jìn)行滲碳處理的話，還不能提高斷裂壽命。其理由 是如果在高溫下進(jìn)行滲碳處理，則原奧氏體的晶粒會(huì)粗大化或該原奧氏體的晶粒度產(chǎn)生不 均勻（是指有晶粒度級(jí)別差，下面有時(shí)稱為"混合晶粒"），使螺旋彈簧的韌性顯著下降，反 而使斷裂壽命變差。
[0025] 對(duì)上述問題，本發(fā)明人等進(jìn)行了反復(fù)專心研究，結(jié)果可知通過適當(dāng)?shù)乜刂其摰幕?學(xué)成分組成，能夠解決上述問題?？芍貏e是通過在化學(xué)成分組成中提高V量，即使在高溫 下進(jìn)行滲碳處理，也能夠抑制原奧氏體的晶粒度粗大化，也能進(jìn)一步抑制混合晶粒。
[0026] 于是，本發(fā)明中發(fā)現(xiàn)以滿足以下的化學(xué)成分組成作為前提，通過進(jìn)一步適當(dāng)?shù)乜?制滲碳層深度、維氏硬度、原奧氏體晶粒度，可以保持提高耐疲勞性所需的強(qiáng)度與韌性的平 衡，能夠提供具有上述優(yōu)異的耐疲勞性的螺旋彈簧，從而完成了本發(fā)明。
[0027] 下面，對(duì)本發(fā)明螺旋彈簧的化學(xué)成分組成進(jìn)行說明。
[0028] C:0.40 ~0.70%
[0029] C是為確保負(fù)荷高應(yīng)力的螺旋彈簧的強(qiáng)度和螺旋彈簧的1/4XD位置的維氏硬度 有用的元素。為了發(fā)揮這一效果，C含量為0. 40 %以上、優(yōu)選0. 45 %以上、更優(yōu)選0. 50 %以 上。但是如果C含量過量，則韌性降低，同時(shí)螺旋彈簧的表面瑕疵增大使耐疲勞性降低。因 此C含量為0. 70%以下、優(yōu)選0. 65%以下、更優(yōu)選0. 60%以下。
[0030] Si:1· 50 ~3. 50%
[0031] Si與C同樣，是對(duì)確保維氏硬度有用的元素，此外是提高螺旋彈簧強(qiáng)度、提高耐疲 勞性、耐衰減性的有效元素。為了發(fā)揮這一效果，Si含量為1. 50%以上、優(yōu)選1. 80%以上、 更優(yōu)選2. 10%以上。但是如果Si含量過量，則韌性變差，螺旋彈簧制造過程中冷加工性能、 熱加工性能下降使制品成品率變差，或促進(jìn)熱處理時(shí)的脫碳而使耐疲勞性降低。因此Si含 量為3. 50%以下、優(yōu)選3. 30%以下、更優(yōu)選3. 10%以下。
[0032] Μη:0· 30 ~1. 50%
[0033]Μη是提高淬火性而使螺旋彈簧強(qiáng)度提高的有效元素。此外具有將對(duì)耐疲勞性有害 的鋼中的S固定為MnS而減低其危害的作用。為了發(fā)揮這一效果，Μη含量為0.30%以上、 優(yōu)選0. 40 %以上、更優(yōu)選0. 50 %以上。但是如果Μη含量過量，則不僅僅韌性變差，冷加工性 能、疲勞強(qiáng)度也降低。因此，Μη含量為1. 50%以下、優(yōu)選1. 20%以下、更優(yōu)選0. 90%以下。
[0034] Cr:0· 10 ~1. 50%
[0035] Cr與Μη同樣，是提高淬火性能而使螺旋彈簧強(qiáng)度提高的有效元素。此外Cr降低 C活度而也具有防止熱乳時(shí)、熱處理時(shí)脫碳的效果。為了發(fā)揮這一效果，Cr含量為0.10% 以上、優(yōu)選0. 15%以上、更優(yōu)選0.20%以上。但是如果Cr含量過量，則在真空滲碳處理中C 擴(kuò)散系數(shù)顯著降低，因此難以形成所期望的滲碳固化層，耐疲勞性降低。此外，如果為了確 保所期望的滲碳固化層而提高滲碳溫度，則原奧氏體結(jié)晶粗大化，同時(shí)產(chǎn)生混合晶粒，耐疲 勞性變差。因此，Cr含量為1. 50%以下、優(yōu)選1. 20%以下、更優(yōu)選0. 90%以下。
[0036] V:0.50 ~1.00%
[0037] V是使原奧氏體晶粒微細(xì)化的有效元素。V特別是抑制在提高滲碳溫度以確保所 期望的滲碳固化層時(shí)成為問題的原奧氏體結(jié)晶粗大化、混合