螺旋彈簧及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及螺旋彈簧及其制造方法，詳細地涉及耐疲勞性優異的螺旋彈簧及其制 備方法。
【背景技術】
[0002] 螺旋彈簧在汽車的發動機、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力反復使用，因此要求高水平的耐疲勞性。
[0003] 例如作為發動機的氣門彈簧用線材，JIS中規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，主要使用疲勞強度優異的SW0SC-V。
[0004] 制造氣門彈簧的一般方法是：這些線材通過對乳制材拉絲后進行淬火?回火處理 而制成所需的強度，使用所述線材，卷繞成所需形狀的彈簧后，通過進行氮化、噴丸、回火、 凝固等處理，得到耐疲勞性優異的彈簧。
[0005] 從環境保護或資源保護的觀點出發，對于汽車的排氣的凈化、提高燃油效率的要 求提高，對此有很大幫助的是汽車的輕質化，還要持續不斷致力于構成車體的各部件的輕 質化。
[0006] 對于氣門彈簧，通過進一步提高其耐疲勞性，可使氣門彈簧小型化，并有助于發動 機的輕質化。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1公開了具有規定的成分組成且表面具備滲碳固化層（0.05~ 1. 00mm)，同時將位于距表面0. 02mm的硬度設在規定的范圍（650~ΙΟΟΟΗν)內來提高耐疲 勞性的技術。
[0008] 現有技術文獻
[0009] 專利文獻
[0010] 專利文獻1 :日本特開2012-77367號公報
【發明內容】
[0011] 發明要解決的問題
[0012] 上述專利文獻1的耐疲勞性是5000萬次水平，但近年來汽車向更進一步的輕質 化、高輸出功率化發展，隨之需求具有更優異耐疲勞性的螺旋彈簧。
[0013] 本發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異的螺旋彈簧 以及該耐疲勞性優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明具有如下特征：其由鋼構成，所述鋼含有C:0. 40~ 0. 70% (%表示"質量％"、對于化學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，位于距表層〇. 3_深度的原奧氏體結晶的平均晶粒度級別為11. 0 以上，所述原奧氏體結晶的晶粒度級別與最大頻率的晶粒度級別之差在小于3的范圍內， 且具備距表層深度為0. 30~1. 00mm的滲碳固化層，同時，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] 進一步地，作為上述螺旋彈簧的化學成分組成，其優選實施方式是含有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異的螺旋彈簧時，推薦在1000°C以上進行真空滲碳處 理。
[0018] 發明效果
[0019] 根據本發明，通過適當地控制化學成分組成和原奧氏體晶粒度，同時適當地控制 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異的螺旋彈簧。此外， 根據本發明的方法，能夠提供上述耐疲勞性優異的螺旋彈簧。
【附圖說明】
[0020] 圖1是螺旋彈簧的滲碳固化層測定位置和（1/4)X直徑位置的維氏硬度測定位置 的說明不意圖。
[0021] 圖2是螺旋彈簧的原奧氏體晶粒度測定位置的說明示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 本發明人等為了提供比既往進一步提高耐疲勞性、發揮后述實施例的斷裂壽命試 驗中超過6000萬次的結果的具有優異耐疲勞性的螺旋彈簧，從各種角度進行了研究。專利 文獻1中雖然提高C添加量的同時控制金屬組織，但僅僅如此還不能獲得6000萬次水平的 斷裂壽命（專利文獻1的實施例4和模擬該實施例的表2的No. 8)。
[0023] 于是，本發明人等為了達到更優異的耐疲勞性，對化學成分組成和金屬組成等進 行了研究，其結果發現螺旋彈簧的韌性和強度會對螺旋彈簧使用中的疲勞折損帶來影響， 通過適當地對其進行控制，可以顯著提高耐疲勞性。
[0024] 首先，為提高螺旋彈簧強度，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、鋼內部（1/4X形成螺旋彈簧的鋼線直徑D、下 面有時表示為"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 提高滲碳處理時的溫度，但只是在高溫下進行滲碳處理的話，還不能提高斷裂壽命。其理由 是如果在高溫下進行滲碳處理，則原奧氏體的晶粒會粗大化或該原奧氏體的晶粒度產生不 均勻（是指有晶粒度級別差，下面有時稱為"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] 對上述問題，本發明人等進行了反復專心研究，結果可知通過適當地控制鋼的化 學成分組成，能夠解決上述問題。可知特別是通過在化學成分組成中提高V量，即使在高溫 下進行滲碳處理，也能夠抑制原奧氏體的晶粒度粗大化，也能進一步抑制混合晶粒。
[0026] 于是，本發明中發現以滿足以下的化學成分組成作為前提，通過進一步適當地控 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度與韌性的平 衡，能夠提供具有上述優異的耐疲勞性的螺旋彈簧，從而完成了本發明。
[0027] 下面，對本發明螺旋彈簧的化學成分組成進行說明。
[0028] C:0.40 ~0.70%
[0029] C是為確保負荷高應力的螺旋彈簧的強度和螺旋彈簧的1/4XD位置的維氏硬度 有用的元素。為了發揮這一效果，C含量為0. 40 %以上、優選0. 45 %以上、更優選0. 50 %以 上。但是如果C含量過量，則韌性降低，同時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、優選0. 65%以下、更優選0. 60%以下。
[0030] Si:1· 50 ~3. 50%
[0031] Si與C同樣，是對確保維氏硬度有用的元素，此外是提高螺旋彈簧強度、提高耐疲 勞性、耐衰減性的有效元素。為了發揮這一效果，Si含量為1. 50%以上、優選1. 80%以上、 更優選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，或促進熱處理時的脫碳而使耐疲勞性降低。因此Si含 量為3. 50%以下、優選3. 30%以下、更優選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度提高的有效元素。此外具有將對耐疲勞性有害 的鋼中的S固定為MnS而減低其危害的作用。為了發揮這一效果，Μη含量為0.30%以上、 優選0. 40 %以上、更優選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、疲勞強度也降低。因此，Μη含量為1. 50%以下、優選1. 20%以下、更優選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、熱處理時脫碳的效果。為了發揮這一效果，Cr含量為0.10% 以上、優選0. 15%以上、更優選0.20%以上。但是如果Cr含量過量，則在真空滲碳處理中C 擴散系數顯著降低，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，則原奧氏體結晶粗大化，同時產生混合晶粒，耐疲 勞性變差。因此，Cr含量為1. 50%以下、優選1. 20%以下、更優選0. 90%以下。
[0036] V:0.50 ~1.00%
[0037] V是使原奧氏體晶粒微細化的有效元素。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成為問題的原奧氏體結晶粗大化、混合