(57)【要約】【課題】高周波加熱を利用し、機械特性に優れた板ばね材及びこれを安定して得ることのできる板ばね材の製造方法を提供する。【解決手段】略短冊状鋼板１０の第１面１１にその長手方向に沿って引張応力を与えるとともに第２面１２にその長手方向に沿って圧縮応力を与えて、第１面１１を高周波焼入れする板ばね材の製造方法である。この高周波焼入れにより、第２面近傍の母材組織１２ａよりも高い平均硬度を有する、マルテンサイトと均一に微細分散したオーステナイトとからなる高周波焼入れ組織を第１面近傍の表面層１１ａに与えることを特徴とする。【選択図】図２
2009127123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略短冊状鋼板の第１面にその長手方向に沿って引張応力を与えるとともに第２面にその長手方向に沿って圧縮応力を与えて、前記第１面を高周波焼入れする板ばね材の製造方法であって、
前記高周波焼入れは、前記第２面近傍の母材組織よりも高い平均硬度を有する、マルテンサイトと微細分散したオーステナイトとからなる高周波焼入れ組織を前記第１面近傍に与えることを特徴とする板ばね材の製造方法。
【請求項２】
前記母材組織は、マルテンサイト、マルテンサイトを焼戻した組織、トルースタイト、ソルバイト、ベイナイト、フェライト及びパーライトの１種以上からなることを特徴とする請求項１記載の板ばね材の製造方法。
【請求項３】
前記高周波焼入れ組織は、前記母材組織よりも小なる結晶粒径を有することを特徴とする請求項２記載の板ばね材の製造方法。
【請求項４】
前記母材組織の結晶粒度が８〜１０であるとともに、前記高周波焼入れ組織の結晶粒度が１１〜１３であることを特徴とする請求項３記載の板ばね材の製造方法。
【請求項５】
前記引張応力は常温において１０００ＭＰａ以上であり、前記高周波焼入れ後に、前記引張応力を除荷する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至４のうちの１つに記載の板ばね材の製造方法。
【請求項６】
前記引張応力を除荷する工程の後に、低温焼戻し工程を含むことを特徴とする請求項５記載の板ばね材の製造方法。
【請求項７】
前記低温焼戻し工程の熱処理温度は、８０℃〜１６０℃であることを特徴とする請求項６記載の板ばね材の製造方法。
【請求項８】
前記高周波焼入れ組織は、６５０ＨＶ以上の硬度を有することを特徴とする請求項１乃至７のうちの１つに記載の板ばね材の製造方法。
【請求項９】
前記高周波焼入れ組織の前記オーステナイトの体積含有率が１５パーセント以上であることを特徴とする請求項８に記載の板ばね材の製造方法。
【請求項１０】
前記高周波焼入れ組織の前記オーステナイトは、平均粒径５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至９のうちの１つに記載の板ばね材の製造方法。
【請求項１１】
前記高周波焼入れ組織は、前記鋼板の厚さの５〜１０パーセントの厚さで分布することを特徴とする請求項１乃至１０のうちの１つに記載の板ばね材の製造方法。
【請求項１２】
前記高周波焼入れ組織は、６５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有することを特徴とする請求項１乃至１１のうちの１つに記載の板ばね材の製造方法。
【請求項１３】
前記高周波焼入れ組織について、ＣｒＫα線のディフラクトメータ法によるＦｅの（２００）α回折ピークの半価幅が８°以上であることを特徴とする請求項１乃至１２のうちの１つに記載の板ばね材の製造方法。
【請求項１４】
第１面及び第２面を有する略短冊状の鋼板からなる板ばね材であって、前記第２面近傍の母材組織よりも高い平均硬度を有する、マルテンサイトと微細分散したオーステナイトとからなる高周波焼入れ組織を前記第１面近傍に有することを特徴とする板ばね材。
【請求項１５】
前記母材組織は、マルテンサイト、マルテンサイトを焼戻した組織、トルースタイト、ソルバイト、ベイナイト、フェライト及びパーライトの１種以上からなることを特徴とする請求項１４記載の板ばね材。
【請求項１６】
前記高周波焼入れ組織は、前記母材組織よりも小なる結晶粒径を有することを特徴とする請求項１５記載の板ばね材。
【請求項１７】
前記母材組織の結晶粒度が８〜１０であるとともに、前記高周波焼入れ組織の結晶粒度が１１〜１３であることを特徴とする請求項１６記載の板ばね材。  
【請求項１８】
前記高周波焼入れ組織は、６５０ＨＶ以上の硬度を有することを特徴とする請求項１４乃至１７のうちの１つに記載の板ばね材。
【請求項１９】
前記高周波焼入れ組織の前記オーステナイトの体積含有率が１５パーセント以上であることを特徴とする請求項１８記載の板ばね材。
【請求項２０】
前記オーステナイトは、平均粒径５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１４乃至１９のうちの１つに記載の板ばね材。
【請求項２１】
前記高周波焼入れ組織は、前記鋼板の厚さの５〜１０パーセントの厚さで分布することを特徴とする請求項１４乃至２０のうちの１つに記載の板ばね材。
【請求項２２】
前記高周波焼入れ組織は、６５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有することを特徴とする請求項１４乃至２１のうちの１つに記載の板ばね材。
【請求項２３】
前記高周波焼入れ組織について、ＣｒＫα線のディフラクトメータ法によるＦｅの（２００）α回折ピークの半価幅が８°以上であることを特徴とする請求項１４乃至２２のうちの１つに記載の板ばね材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板ばね材及びその製造方法に関し、高周波焼入れによる熱処理を利用してばね寿命を向上せしめた板ばね材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
「ばね」に用いられるばね材は、ばね鋼からなる金属素材を冷間又は熱間成形して「ばね」としての形状を与えた後に、焼入れ焼戻しの熱処理を行って提供される。また、疲れ強さを向上させるべく、ばね材の表面にショットピーニングを施して圧縮残留応力を与えることも広く行われている。近年、焼入れを高周波加熱装置によって行って疲れ強さを向上させたばね材が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、冷間成形したコイルに高周波加熱装置によって熱処理を行って、疲れ強さを向上させたコイルばね材が開示されている。ところで、一般的に、ばね材の焼入れ焼戻し後にオーステナイトが残留すると、「ばね」としての疲れ強さが低下して好ましくないとされている。ここで、特許文献１では、高周波加熱装置によれば、精度良くしかも高速にコイルを加熱して焼入れを行うことができる故に、コイルの金属材料成分を十分に考慮した熱処理を実現できて、残留オーステナイト量を３％以下に抑えることができると述べている。つまり、熱処理条件を残留オーステナイトの低減のために最適化して、ばねの疲れ強さを向上させることができると述べている。
【０００４】
また、高周波加熱装置によってばね材の一部分に熱処理を行って疲れ強さを向上させたばね材も知られている。
【０００５】
例えば、特許文献２では、板ばね材の一方の表面のみに高周波焼入れを施した板ばねの製造方法が開示されている。詳細には、ばね鋼からなる略短冊状の板ばね材を冷間又は熱間成形して焼入れ焼戻しを行う。すなわち通常の板ばね材を得る。その後、板ばねの使用状態と同じ方向に向けて荷重を付加すると、板ばね材は厚さを有しているから、その第１面には引張応力が、第２面には圧縮応力が生起する。引張応力が作用する第１面近傍を高周波加熱装置で加熱すると、その表面近傍で応力緩和が生じて引張応力が緩和される。これを冷却した後に荷重を除荷すると、第１面には圧縮応力が与えられるので、高い疲れ強さのばね材を得ることができるのである。
【特許文献１】特開２００４−３２３９１２号公報
【特許文献２】特開２００６−７１０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示の如く、高周波加熱装置によれば精度良くばね材を熱処理することができて、高い疲れ強さの金属組織を安定してばね材に与え得るのである。また特許文献２に開示の如く、ばね材の一部に熱処理を行うことで複合組織を得ることができて、「ばね」としての機械特性に優れたばね材を得ることが期待できるのである。しかし、最近ではさらに高い疲労強度が求められている。
【０００７】
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、高周波加熱を利用し、機械特性に優れた板ばね材及びこれを安定して得ることのできる板ばね材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による板ばね材の製造方法は、略短冊状鋼板の第１面にその長手方向に沿って引張応力を与えるとともに第２面にその長手方向に沿って圧縮応力を与えて、前記第１面を高周波焼入れする板ばね材の製造方法である。前記高周波焼入れは、前記第２面近傍の母材組織よりも高い平均硬度を有する、マルテンサイトと微細分散したオーステナイトとからなる高周波焼入れ組織を前記第１面近傍に与えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の板ばね材の製造方法によれば、母材組織よりも高い平均硬度を有する、マルテンサイトと微細分散したオーステナイトとからなる高周波焼入れ組織を得ることが出来るのである。この高周波焼入れ組織はオーステナイトを含むのであるが、均一に微細に分散しているため焼入れ硬さを大きく低下させないのである。故に、得られる高い平均硬度は、ばねの耐久強度を向上せしめ、ばね寿命を向上させるのである。
【００１０】
また、本高周波焼入れ組織の均一に微細分散したオーステナイトは、板ばねとしての使用時に応力誘起変態を生じて微細なマルテンサイトに分解するのである。故に、「ばね」としての使用とともに、第１面近傍の圧縮応力がより高められるので、板ばね材に高い疲れ強さを与えるのである。つまり、ばね寿命を向上させることができるのである。
【００１１】
かかる高いばね寿命を有する板ばね材は、引張応力を与えながら高周波焼入れを行う、いわゆるストレス高周波焼入れによって、焼入れ条件を最適化することで得られる。本高周波焼入れ特有の組織は、安定した温度管理の容易な高周波加熱を利用して実現できるので、安定して高いばね寿命を有する板ばね材を提供することが可能となるのである。
【００１２】
さらに、本発明による板ばね材は、第１面及び第２面を有する略短冊状の鋼板からなる板ばね材であって、前記第２面近傍の母材組織よりも高い平均硬度を有する、マルテンサイトと均一に微細分散したオーステナイトとからなる高周波焼入れ組織を前記第１面近傍に有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の板ばね材は、母材組織よりも高い平均硬度を有する、マルテンサイトと均一に微細分散したオーステナイトとからなる高周波焼入れ組織を有する。かかる高周波焼入れ組織はオーステナイトを含む。しかしながら、オーステナイトが均一に微細分散した特有の高周波焼入れ組織であるため、焼入れ硬さを大きく低下させないのである。つまり、高周波焼入れ組織による高い硬度はばねの耐久強度を向上せしめ、ばね寿命を向上させることができるのである。
【００１４】
また、本高周波焼入れ組織の均一に微細分散したオーステナイトは、板ばねとしての使用時に応力誘起変態を生じて微細なマルテンサイトに分解するのである。故に、「ばね」としての使用とともに、第１面近傍の圧縮応力がより高められるので、板ばね材に高い疲れ強さを与えるのである。つまり、ばね寿命を向上させることができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の１つの実施例としての板ばね材及びその製造方法について説明する。
【００１６】
ばね鋼などからなる金属素材を冷間又は熱間成形して「板ばね」としての形状を与えた板ばね材を用意する。すなわち、通常の板ばね材を用意する。このような略短冊状の湾曲した鋼板からなる板ばね材に、常温で「ばね」としての使用時と同じ方向に荷重を付加する。すなわち、湾曲して撓んだ形状の板ばね材を伸ばして略平板として固定するのである。このとき、板ばね材は厚さを有しているから、その第１面には長手方向に沿って引張応力が生じ、反対側の第２面には長手方向に沿って圧縮応力が生じるのである。後述する典型的な高周波焼入れ組織を得るには、第１面の引張応力がより高いことが好ましく、常温において１０００ＭＰａ以上である。この引張応力は、板ばね材の形状、厚さ、固定形状等によって変化せしめることができる。
【００１７】
板ばね材を伸ばして略平板として固定した状態で、第１面を高周波焼入れするとその表面の引張応力が熱によって速やかに緩和される。冷却後、固定を解除して荷重を除荷すると、板ばね材の第１面には圧縮残留応力が与えられるのである。その後、好ましくは、８０℃〜１６０℃の熱処理を行う。高周波加熱源の出力、冷却条件によって、後述する高周波焼入れ組織の組織及び厚さ等を制御することができる。
【００１８】
ところで、上記したストレス高周波焼入れ及び任意に施される低温焼戻しなどの熱処理後に得られる板ばね材において、高周波焼入れされた第１面と反対側にある第２面近傍は母材組織を有する。つまり第２面近傍は、最初に用意した板ばね材の組織と同じであって、マルテンサイト、マルテンサイトを焼戻した組織、トルースタイト、ソルバイト、ベイナイト、フェライト及びパーライトの１種以上からなる母材組織である。なお、高周波焼入れ前において、第１面近傍も母材組織と同じ組織である。しかしながら、ストレス高周波焼入れを行って、第１面近傍には６５０ＨＶ以上の母材組織よりも高い平均硬度を有する、マルテンサイトと均一に微細分散したオーステナイトとからなる高周波焼入れ組織を得る。かかる高い硬度は、「ばね」としての耐久強度を向上せしめ、ばね寿命を向上せしめるのである。ここで高周波焼入れ組織の厚さは、板ばね材の厚さの５〜１０パーセントであることが好ましい。
【００１９】
また、ストレス高周波焼入れは、オーステナイトの体積含有率を高めるように施され、この体積含有率は１５％以上であることが好ましい。かかるオーステナイトは、高い引張応力を与えながらのストレス高周波焼入れにより、平均粒径５００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下の均等均一に分散した微細粒となるのである。このような高周波焼入れ組織特有のオーステナイトは、板ばねとしての使用時に応力誘起変態を生じて、微細なマルテンサイトに分解し、「ばね」としての使用とともに、第１面近傍の圧縮応力をより高める。故に、板ばね材により高い疲れ強さを与え、ばね寿命を向上させることができるのである。
【００２０】
なお、第１面に上記したような大なる引張応力を与えながら高周波焼入れを行うと、高周波焼入れ組織の結晶粒径は母材組織よりも微細化できて、ばね寿命を大幅に向上できる。好ましくは、母材組織の結晶粒度は８〜１０、高周波焼入れ組織の結晶粒度は１１〜１３である。
【００２１】
更に、高周波焼入れ組織において６５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力をばね板に付与することで、ばね寿命を大幅に向上できて好ましい。
【００２２】
このような高周波焼入れ組織について、ＣｒＫα線のディフラクトメータ法によるＦｅの（２００）α回折ピークの半価幅を測定すると、高周波焼入れ組織のひずみ状態が測定できて、簡易にばね寿命を予測できる。この半価幅が８°以上であると、ばね寿命を大幅に向上できて好ましい。
【００２３】
以上述べてきたように、本発明の製造方法による本発明の板ばね材によれば、従来の典型的な改良オースフォーミング材からなる板ばね材に比べて、例えばワイブル統計確率に基づく疲労寿命であるＢ１０寿命で評価して、安定して３倍以上の寿命を得られるのである。
【実施例】
【００２４】
更に本発明による板ばね材及びその製造方法の実施例について図１及び図２を参照しつつ、詳細に説明する。
【００２５】
以下ではＪＩＳ  ＳＵＰ１１Ａ鋼材を使用した実施例について詳細を述べるが、鋼種はこれに限定されない。特に一般的なばね鋼（ＪＩＳ４８０１）及び同等材に関して同様の実施が可能である。
【００２６】
図１に示すように、フェライト＋パーライト二相組織のばね鋼からなる鋼板を所定寸法の短冊状に切断する。これを加熱しながら形状を整えて焼入れ焼戻しの熱処理を行うと、湾曲して撓んだ形状の本発明の処理前の板ばね材１０−１を得ることができる。なお、この工程は公知である故に詳述しない。かかる処理前板ばね材１０−１は、マルテンサイトを焼戻した組織である。なお、焼入れを行わずにフェライト＋パーライト二相組織のままの板ばね材、ベイナイト組織を有する板ばね材なども適宜用いることもできる。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、処理前板ばね材１０−１の反り上がった両端部が上に、また中央部が下になるようにしてこれを固定台１上に配置する。
【００２８】
図１（ｂ）に示すように、処理前板ばね材１０−１の両端部を固定台１上に押さえつけて略平板となるようにクランプ２で固定する。このとき、処理前板ばね材１０−１の厚さにより、第１面（上面）１１には引張応力ＴＭＰａが生じ、第２面（下面）１２には圧縮応力が生じる。
【００２９】
図１（ｃ）に示すように、高周波加熱手段３を処理前板ばね材１０−１の長手方向Ａに沿って移動させながら、所定出力で第１面１１を加熱する。これにより第１面１１の引張応力が緩和される。これとともに、第１面１１近傍の表面層１１ａは、マルテンサイトを焼戻した組織（若しくは、フェライト＋パーライト二相組織、若しくはベイナイト組織など）から高温相であるオーステナイトのほぼ単相組織に相変化する。
【００３０】
一方、冷却手段４を高周波加熱手段３の後を追うようにＡ方向に移動させながら、第１面１１の加熱部分を順次、冷却していく。これにより、上記した加熱工程でオーステナイト相に変化した第１面１１近傍の表面層１１ａをマルテンサイト＋微細分散したオーステナイト二相組織に焼入れるのである。
【００３１】
なお、引張応力Ｔ、高周波加熱条件（出力及び移動速度等）及び冷却条件（冷却能及び移動速度等）の調整（以後、焼入れ条件と称する。）により、処理前板ばね材１０−１の第１面近傍の温度分布及び焼入れ組織などを調整することができる。すなわち、表面層１１ａの厚さ、表面層１１ａのオーステナイト量、及び、第１面１１近傍の残留応力などが調整できるのである。
【００３２】
図１（ｄ）に示すように、上記した高周波加熱及び焼入れを処理前板ばね材１０−１の所定部分、例えば、中央部分だけ、若しくは一端部から他端部まで適宜必要に応じて行うのである。
【００３３】
図１（ｅ）に示すように、クランプ２をはずすと、第２面の圧縮応力が開放されて板ばね材１０は再び両端部を上方にそり上げた形状に戻る。このとき、第１面１１の近傍には圧縮応力が生じようとするのである。
【００３４】
図２に示すように、本実施例による板ばね材１０（厚さをＤとする。）は、マルテンサイトを焼戻した組織（若しくは、フェライト＋パーライト二相組織、若しくはベイナイト組織など）からなる母材組織を有する母材層１２ａと、厚さｄのマルテンサイト＋微細分散したオーステナイト二相組織（焼入れ組織）を有する表面層１１ａとの二層からなる。ここで母材組織は、炭化物を均等に分布させる処理を行っておくことが好ましい。
【００３５】
ところで、後述する実施例及び比較例の試料の作製にあたって、いくつかの前実験を行っている。
【００３６】
図３に、 ＳＵＰ１１Ａ鋼板からなる板厚１８ｍｍの略短冊状のばね材１０−１に上記したようなストレス高周波焼入れを行った板ばね材１０の深さ方向の硬度分布３１及び残留応力分布３４の測定結果を示す。硬度分布３１は、第１面１１から深さ方向にほぼ一定で約７５０ＨＶ程度であり、深さ１．５ｍｍの位置で急激に低下していた。また、圧縮残留応力分布３４は、第１面１１（深さ０ｍｍ）では７５０ＭＰａであるが、その絶対値を上昇させながら、深さ１．５ｍｍの位置で最高１２００ＭＰａ以上に達し、急激に低下していた。
【００３７】
次に、図３に、上記した板ばね材１０を１５０℃で１時間の熱処理を行った板ばね材（以下、この板ばね材を１０’と称する。）の硬度分布３２及び圧縮残留応力分布３５を示す。熱処理の効果により、硬度分布３２は、硬度分布３１よりも約１００近く低くなっており、約６５０ＨＶ程度であった。また、圧縮残留応力分布３５は、第１面１１（深さ０ｍｍ）では６５０ＭＰａであるが、わずかにその絶対値を上昇させながら、深さ１．５ｍｍの位置で最高１０００ＭＰａ以上に達していた。その後、急激に低下していた。
【００３８】
更に、図３に、上記した板ばね材１０を２５０℃で１時間の熱処理を行った板ばね材の硬度分布３３及び圧縮残留応力３６を示す。熱処理の効果により、硬度分布３３は、硬度分布３１及び３２よりも低くなっており、約５００ＨＶ程度であった。また、圧縮残留応力分布３６は、第１面１１では４００ＭＰａであり、圧縮残留応力分布３４及び３５よりも絶対値が低かった。圧縮残留応力分布３６は、わずかにその絶対値を上昇させながら、深さ１．５ｍｍの位置で最高７５０ＭＰａに達するが、急激に低下していた。
【００３９】
最後に、図３に、ストレスを負荷しないで高周波焼入れしたままで焼戻しを行っていない板ばね材１０−１の圧縮残留応力分布３７を示す。これによると、圧縮残留応力分布３６とほぼ同じ分布を示すことから、２５０℃で１時間の熱処理を行うと、ストレスを負荷した効果が失われることがわかった。
【００４０】
また、上記した板ばね材１０を１５０℃で１時間熱処理を行った板ばね材１０’の断面組織の観察を行った。 
【００４１】
図４に示すように、板ばね材１０’の表面層１１ａの典型的な高周波焼入れ組織は、結晶粒度１２以上の旧オーステナイト粒界を有する微細なマルテンサイトの焼戻し組織と残留オーステナイトとの二相混合組織であって、残留オーステナイトはあたかも旧オーステナイト粒界に均一に分散しているようにサブミクロンオーダーで粒状に微細均等に存在していた。またＥＢＳＰ分析（ＴＳＬ社製ＯＩＭのＥＢＳＰ検出器を用い、加速電圧２５ｋＶで測定）によると、残留オーステナイトは、面積から換算した体積含有率で約１５ｖｏｌ．％であり、サブミクロンオーダーで粒状に微細均等に分散していた。これは後述するように、Ｘ線回折から求めた残留オーステナイト量とも一致していた。一方、図５に示すように、母材組織は、典型的にはマルテンサイトを焼戻した組織であって残留オーステナイトはほとんど検出されなかった。
【００４２】
次に、ＳＵＰ１１Ａ鋼板からなる板厚１８ｍｍの略短冊状のばね材１０−１にストレス高周波焼入れを行って１．５mmの表面層１１ａを与えた板ばね材１０の耐久試験前後の高周波焼入れ組織における残留オーステナイト分布について調べた。なお、残留オーステナイト量は、Ｘ線解析において、Ｃｏ管球を用い、管電圧４０ｋＶ、管電流２００ｍＡで（２００）αと（２１１）α、（２００）γと（２２０）γの回折強度（積分値）比から算出している。
【００４３】
図６の曲線４１に示すように、板ばね材１０の表面１１（深さ０ｍｍ）での残留オーステナイト量は、約２５ｖｏｌ．％程度であって、表面１１から約１ｍｍ程度の深さで急激に減少し、約１．２ｍｍの深さで約１５ｖｏｌ．％以上、約１．５ｍｍの深さでほぼ０となっていた。この板ばね材１０について耐久試験を行うと、表面１１の残留オーステナイト量は、曲線４２に示すように、１３ｖｏｌ．％程度に減少し、約０．５ｍｍよりも深い位置ではほとんど変化がなかった。すなわち、本高周波焼入れ組織特有の均一に微細分散したオーステナイトは、応力誘起変態により微細なマルテンサイトに変化するのである。このとき変態誘起塑性によりばね材表面の靱性が向上するため、「ばね」としての耐久性も向上するのである。かかる効果を得るためには、更に後述するように、所定量よりも多くのオーステナイト量を必要としており、好ましくは、１５ｖｏｌ．％以上である。一方で、応力誘起変態後の未変態のオーステナイトは強度の抑制を生じせしめる。すなわち、６５０ＨＶ以上の硬度となるような強度を与えるためには、オーステナイト量は好ましくは３０ｖｏｌ．％以下である。
【００４４】
次に、ＳＵＰ１１Ａ鋼板からなる板厚１８ｍｍの略短冊状のばね材１０−１にストレス高周波焼入れを行って１．５mmの表面層１１ａを与えた板ばね材１０の熱処理温度と残留オーステナイトの量について測定を行った。
【００４５】
図７の曲線５１に示すように、熱処理温度が高くなると、残留オーステナイトが低炭素マルテンサイトとε炭化物に分解し減少してしまう。また、この分解過程で収縮が起こり、引張応力が作用するようになるため疲労強度を低下させる。従って、変態誘起塑性によるばね材の耐久性向上のためには、熱処理温度を所定温度までにすることが必要である。
【００４６】
なお、図８に示すように、Ｆｅの（２００）αにおける半価幅Δ２θは、熱処理温度の上昇とともに収束する。つまり、熱処理によりマルテンサイトも低炭素マルテンサイトとε炭化物に分解し、平均硬さや残留応力が減少するため、所定以上の硬度を維持するためには熱処理温度が高すぎないようにすべきである。この実験については更に後述する。（なお、Ｘ線回折における（２００）αの半価幅の測定は、Ｃｒ管球、管電圧３０ｋＶ、管電流１０ｍＡの条件で行った。）
【００４７】
次に、ＳＵＰ１１Ａ鋼板からなる板厚１８ｍｍの略短冊状のばね材１０−１に異なる引張応力を与えてストレス高周波焼入れを行って、１．５mmの表面層１１ａを与えた板ばね材１０の引張応力Ｔと残留オーステナイトの深さ方向分布の関係についての測定を行った。
【００４８】
図９に示すように、引張応力Ｔ＝１０００ＭＰａの板ばね材１０の残留オーステナイト量７１に比べて、引張応力を負荷しない板ばね材１０の残留オーステナイト量７２は表面近傍で低くなっている。つまり、引張応力を高くすることで残留オーステナイト量を高めることができるのである。これは、高周波焼入れ時に引張応力Ｔが作用することで変態核を多く生成し、隣接核との干渉によって各成長が抑制されるために、変態が完了せずにオーステナイトとして残留する量が多くなると考えられる。
【００４９】
以上の実験結果をふまえて、ＳＵＰ１１Ａ鋼板からなる板厚１８ｍｍの略短冊状の処理前板ばね材１０−１に焼入れ条件を変化させて表１の如き、実施例１乃至５、及び、比較例１乃至１３の１８の試料を作製した。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
まず、図１０に、引張応力Ｔを１０００ＭＰａとした試料、すなわち表１の実施例２（参照記号８１）、実施例４（参照記号８２）、実施例５（参照記号８３）、及び、比較例３（参照記号８４）、比較例４（参照記号８５）、比較例９（参照記号８６）の各試料について、耐久試験を行って、その耐久回数を示した。なお、応力振幅は、図１０の縦軸に示した平均応力、すなわち６５０，７００及び７５０ＭＰａのそれぞれ０．８倍である。また、図中の一点破線Ｍは、公知の典型的な改良オースフォーミング材のＢ１０寿命の３倍の寿命を表している。
【００５２】
実施例２（参照記号８１）、実施例４（参照記号８２）、実施例５（参照記号８３）において、一点破線Ｍよりも大なる耐久回数側にある。一方、比較例３（参照記号８４）、比較例４（参照記号８５）、比較例９（参照記号８６）では、一点破線Ｍよりも小なる耐久回数側にある。つまり、高周波焼入れ深さが１０％以下であり、且つ、熱処理温度が１５０℃以下のばね材において公知の典型的な改良オースフォーミング材のＢ１０寿命の３倍以上の耐久性を安定して示すのである。
【００５３】
次に、図１１に、上記した板ばね材１０について、Ｃｒ管球、管電圧３０ｋＶ、管電流１０ｍＡの条件でＸ線回折した際のＦｅの（２００）αでの半価幅と、耐久試験による耐久回数の関係を示す。半価幅Δ２θと耐久回数との関係において、半価幅が８°以上では板ばね材の耐久回数は４×１０５以上であるが、８°未満では２×１０５以下のものもある。なお、参照符１１１、１１２及び１１３は、それぞれ平均応力６５０ＭＰａ、７００ＭＰａ及び７５０ＭＰａでの結果を示している。翻って、図８では、１６０℃よりも高い熱処理温度では、半価幅Δ２θが８°よりも小さくなっていた。つまり、図１１と併せてみると、熱処理温度が１６０℃よりも高温になると、耐久性が低下してしまうのである。これは１６０℃近傍で焼入れマルテンサイトが低炭素マルテンサイトとε炭化物（Ｆｅ２．４Ｃ）への分解が進行したことと対応している。
【００５４】
更に、図１２に、上記した板ばね材１０について、高い硬度を有する表面層１１ａの深さを変化させたときの板ばね材の耐久試験による耐久回数（ｋ）を示した。これによると、熱処理温度が低いほど、好ましくは１６０℃よりも低い温度の熱処理において所定の耐久性を得られる。このような好ましい熱処理温度では、表面層１１ａの厚さ（深さ）ｄが大であるほど耐久性が高いのである。一方で、表面層１１ａの厚さｄが大となると、母材層１２ａから与えられる応力（復元力）が相対的に減少して表面１１における圧縮残留応力が減じられてしまう。よって好ましくは、表面層１１ａの厚さｄは、ばね材１０の厚さＤの１０％以下である。一方で、表面層１１ａの厚さｄが小さすぎると、表面層１１ａの上記したような効果が減じられてしまう。よって好ましくは、表面層１１ａの厚さｄは、ばね材１０の厚さＤの５％以上である。
【００５５】
以上、本実施例のばね材によれば、公知の典型的な改良オースフォーミング材のＢ１０寿命の３倍以上の耐久性を安定して示すのである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明による板ばね材の製造方法の図である。
【図２】本発明による板ばね材の部分断面である。
【図３】熱処理温度と硬度分布及び残留応力分布との関係のグラフである。
【図４】典型的な高周波焼入れ組織のエッチング写真である。
【図５】典型的な母材組織のエッチング写真である。
【図６】耐久試験前後の残留オーステナイト量の深さ方向の分布の関係のグラフである。
【図７】残留オーステナイト量と熱処理温度の関係のグラフである。
【図８】Ｘ線による半価幅Δ２θと熱処理温度の関係のグラフである。
【図９】引張応力と残留オーステナイト量の深さ方向の分布の関係のグラフである。
【図１０】本発明及び比較例の板ばね材の耐久試験における平均応力と耐久回数との関係のグラフである。
【図１１】Ｘ線による半価幅Δ２θと耐久回数の関係のグラフである。
【図１２】熱処理温度及び硬化層厚さに対する耐久試験の結果の図である。
【符号の説明】
【００５７】
１          固定台
２          クランプ
３          高周波加熱手段
４          冷却手段
１０        板ばね材
１０−１    処理前板ばね材
１１ａ      表面層
１２ａ      母材層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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