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      螺旋彈簧及其制造方法_2

      文檔序號:9602140閱讀:來源:國知局
      晶粒發(fā)生的有效元素。為了發(fā) 揮這一效果,V含量為0. 50 %以上、優(yōu)選0. 53 %以上、更優(yōu)選0. 56 %以上。但是如果V含量 過量,則較多地形成V碳化物,導(dǎo)致延性下降,冷加工性能、耐疲勞性變差。因此,V含量為 1. 00%以下、優(yōu)選0. 90%以下、更優(yōu)選0. 80%以下。
      [0038] A1 :0· 01% 以下(不包括 0% )
      [0039]A1是脫氧元素,但如果過量含有,則形成A1N等夾雜物。這些夾雜物可顯著降低 螺旋彈簧的耐疲勞性。因此,A1含量需要降低至0. 01 %以下、優(yōu)選0. 008%以下、更優(yōu)選 0. 006% 以下。
      [0040] 構(gòu)成本發(fā)明螺旋彈簧的鋼的基本化學(xué)成分組成如上所述,其余成分實(shí)質(zhì)上是鐵。 此處的"實(shí)質(zhì)上"是指在不損害本發(fā)明特征的范圍內(nèi)允許混入微量元素,所述微量元素是在 包括廢料在內(nèi)的鋼原料中或在制鐵?制鋼工序、進(jìn)一步地在制鋼預(yù)備處理工序等中不可避 免混入的。例如,作為不可避免的雜質(zhì),可例示P(優(yōu)選0. 016 %以下、更優(yōu)選0. 015 %以下) 或S(0. 015% 以下)。
      [0041] 本發(fā)明中,作為其他元素,根據(jù)需要還能以下述范圍含有Ni和Nb兩者或者其中一 者。根據(jù)含有的元素種類,可進(jìn)一步提高螺旋彈簧的特性。
      [0042] Ni :1· 50% 以下(不包括 0% )
      [0043] Ni是提高由C而高強(qiáng)度化的螺旋彈簧韌性的有效元素。為了發(fā)揮這一效果,Ni含 量優(yōu)選0.05%以上、更優(yōu)選0. 10%以上。但是Ni含量如果過量,則過量產(chǎn)生殘余奧氏體, 耐疲勞性降低。因此,Ni含量優(yōu)選1. 50%以下、更優(yōu)選1. 20%以下、進(jìn)一步優(yōu)選0. 90%以 下。
      [0044] Nb :0· 50% 以下(不包括 0% )
      [0045] Nb在熱乳和淬火回火處理中對晶粒起微細(xì)化作用,是提高延性的有效元素。為了 發(fā)揮這一效果,Nb含量優(yōu)選0. 01 %以上、更優(yōu)選0. 02%以上。但是Nb含量如果過量,則產(chǎn) 生過量V碳化物使延性變差,冷加工性能、疲勞強(qiáng)度降低。因此,Nb含量優(yōu)選0. 50%以下、 更優(yōu)選0. 40 %以下、進(jìn)一步優(yōu)選0. 30 %以下。
      [0046] 對于提高耐疲勞性,不僅僅如上所述適當(dāng)?shù)乜刂苹瘜W(xué)成分組成,進(jìn)一步地適當(dāng)?shù)?控制金屬組織(控制原奧氏體結(jié)晶)或滲碳固化層、維氏硬度也十分重要。
      [0047] 原奧氏體結(jié)晶的平均晶粒度級別:11. 0以上
      [0048] 通過將位于距螺旋彈簧表層0. 3mm深度的原奧氏體結(jié)晶的晶粒度級別進(jìn)行微細(xì) 化、提高韌性,能夠大幅度提高耐疲勞性。為了發(fā)揮這一效果,原奧氏體結(jié)晶的平均晶粒度 級別為11. 〇以上、優(yōu)選12. 0以上、更優(yōu)選13. 0以上。另一方面,從提高韌性的觀點(diǎn)出發(fā), 原奧氏體結(jié)晶的平均晶粒度級別的上限沒有特別限制,如果考慮制造容易性、合金成本,則 優(yōu)選大約15. 0以下、更優(yōu)選14. 0以下。
      [0049] 原奧氏體結(jié)晶的晶粒度級別差:與最大頻率的晶粒度級別相比在小于3的范圍內(nèi)
      [0050] 如果在位于距上述表層0. 3mm深度處測定的原奧氏體結(jié)晶的晶粒度級別的不均 勻大,則即使?jié)M足上述平均晶粒度級別,韌性也顯著降低,冷加工性能、耐疲勞性變差。因 此,本發(fā)明中測定的各原奧氏體結(jié)晶的晶粒度級別與最大頻率的晶粒度級別之差需要進(jìn)一 步地設(shè)為小于3、優(yōu)選2以下、更優(yōu)選1以下。需要說明的是,將本發(fā)明中滿足這樣晶粒度級 別差條件的情況稱為"無混合晶粒"。
      [0051] 本發(fā)明中通過滿足上述奧氏體晶粒的平均晶粒度級別、并進(jìn)一步抑制混合晶粒, 可以改善耐疲勞性。
      [0052] 滲碳固化層:距螺旋彈簧表層的深度為0. 30~1. 00mm
      [0053] 適當(dāng)?shù)臐B碳固化層對提高耐疲勞性是有效的。即,通過對螺旋彈簧表面?zhèn)冗M(jìn)行充 分固化,能夠抑制發(fā)生以高負(fù)荷應(yīng)力反復(fù)使用時以彈簧表面為起點(diǎn)的折損。為了發(fā)揮這一 效果,需要形成至少距螺旋彈簧表層深度為0. 30mm以上、優(yōu)選0. 40mm以上、更優(yōu)選0. 50mm 以上的滲碳固化層。但是滲碳固化層如果過量,則析出粗大的碳化物,因此反而使耐疲勞性 變差。因此,需要將滲碳固化層設(shè)為距螺旋彈簧表層深度為1. 〇〇mm以下、優(yōu)選0. 90mm以下、 更優(yōu)選0. 80mm以下。
      [0054] 距表層的深度方向(1/4)X直徑D的維氏硬度平均值:600以上
      [0055] 螺旋彈簧的鋼內(nèi)部適當(dāng)?shù)木S氏硬度(Hv)對提高耐疲勞性是有效的。即,如果螺 旋彈簧的內(nèi)部硬度低,則以高負(fù)荷應(yīng)力反復(fù)使用時,即使施加到彈簧的應(yīng)力在彈性限度內(nèi), 也會對螺旋彈簧產(chǎn)生塑性變形,不能發(fā)揮所需的彈簧應(yīng)力,耐疲勞性降低。因此,從提高耐 疲勞性的觀點(diǎn)出發(fā),至少距螺旋彈簧表層的深度方向(1/4)XD的維氏硬度平均值為600以 上、優(yōu)選670以上、進(jìn)一步優(yōu)選690以上。維氏硬度平均值的上限沒有特別限制,但如果過 硬,則韌性降低,反而使耐疲勞性降低,因此上述維氏硬度平均值優(yōu)選750以下、更優(yōu)選730 以下。
      [0056] 在制造如上所述的耐疲勞性優(yōu)異的螺旋彈簧時,也希望適當(dāng)?shù)乜刂破渲圃鞐l件。 特別是為了確保上述規(guī)定的滲碳固化層深度和維氏硬度(平均值),控制真空滲碳處理時 的溫度是有效的。下面,對在制造本發(fā)明螺旋彈簧時的優(yōu)選條件進(jìn)行說明。
      [0057] 本發(fā)明的螺旋彈簧可以通過如下方法制造:對滿足上述規(guī)定化學(xué)成分組成的鋼進(jìn) 行熔煉、熱鍛造、熱乳成形成所期望線直徑的線材,再進(jìn)行削皮、淬火、拉絲、油回火之后成 形為彈簧,對彈簧實(shí)施真空滲碳處理。之后,為了進(jìn)一步提高疲勞特性,根據(jù)需要也可以實(shí) 施噴丸、凝固等。
      [0058] 上述熔煉、熱鍛造、熱乳條件沒有特別限制,采用通常的制造條件即可。例如將滿 足上述規(guī)定化學(xué)成分組成的鋼錠在熔爐里熔煉后,該鑄錠進(jìn)行開坯乳制而制作規(guī)定尺寸的 坯料,從抑制影響加工性的變形抗力和抑制原奧氏體晶粒粗大化的觀點(diǎn)出發(fā),例如加熱至 900°C~1KKTC左右后,以所期望的乳制率熱乳成所期望的線形的線材即可。之后,以所期 望的厚度進(jìn)行削皮處理以去除線材表面的脫氧層,同時為了去除由削皮處理產(chǎn)生的加工固 化層和得到拉絲性能優(yōu)異的組織(例如珠光體),進(jìn)行淬火處理、利用IH(高頻加熱)設(shè)備 的軟化退火處理等。
      [0059] 之后,拉絲加工而制成所期望的線直徑后,實(shí)施油回火處理制成彈簧用原材線。接 著,以所期望的線圈直徑、自由高度、匝數(shù)成形為彈簧。這樣在滲碳處理前成形為彈簧形狀 的原因是因為在用于形成滲碳固化層而進(jìn)行的滲碳淬火?回火后,鋼表層部(滲碳固化層) 變硬,延性降低,難以形成螺旋彈簧。
      [0060] 成形為彈簧形狀后實(shí)施真空滲碳處理,本發(fā)明中為了得到上述規(guī)定的滲碳固化層 深度和維氏硬度,需要在l〇〇〇°C以上的高溫滲碳溫度下進(jìn)行真空滲碳處理。如果滲碳溫度 低于1000°C,則不能得到所期望的滲碳固化層、維氏硬度,耐疲勞性降低。優(yōu)選滲碳溫度為 1020°C以上、更優(yōu)選1040°C以上。但是如果滲碳溫度過高,則有時析出粗大的碳化物或變得 過硬而韌性降低、耐疲勞性降低。因此,滲碳溫度優(yōu)選ll〇〇°C以下、更優(yōu)選1080°C以下。
      [0061] 接著,實(shí)施滲碳處理。如果滲碳處理時脫碳較多且處理溫度的不均較大,則螺旋彈 簧的疲勞強(qiáng)度降低。因此,本發(fā)明中從抑制脫碳、溫度不均的觀點(diǎn)出發(fā),進(jìn)行真空滲碳處理。 此外,通過在l〇〇〇°C以上的溫度下進(jìn)行真空滲碳處理,能夠以上述所期望的厚度形成均勻 的滲碳固化層。滲碳時間和擴(kuò)散時間沒有特別限制,以形成上述所期望的滲碳固化層的程 度即可,例如滲碳時間可以是1分鐘~10分鐘、擴(kuò)散時間可以是1分鐘~10分鐘。
      [0062] 上述滲碳處理后,進(jìn)行氣體冷卻至Ai轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下的溫度或者進(jìn)行油淬火。之后, 希望實(shí)施再加熱處理(例如在830°C~850°C下10~30分鐘),由此能夠使原奧氏體晶粒 達(dá)到進(jìn)一步的微細(xì)化。此外,根據(jù)需要還可實(shí)施用于提高韌性延性的回火處理。
      [0063] 為了進(jìn)一步提高耐疲勞性,得到的螺旋彈簧還可根據(jù)需要實(shí)施通常的噴丸、凝固。
      [0064] 制造本發(fā)明的螺旋彈簧時,對上述以外的條件沒有特別限制,采用通常的制造條 件即可。
      [0065] 這樣得到的螺旋彈簧可以在如上所述的發(fā)動機(jī)用氣門彈簧或變速器用彈簧等各 種用途中用作耐疲勞性優(yōu)異的螺旋彈簧。
      [0066] 本申請要求
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