專利名稱：卷繞加工性良好的油回火鋼絲及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為內(nèi)燃機(jī)的閥彈簧或者橋接彈簧等原材料使用的油回火鋼絲，尤其涉及在彈簧加工中大幅度改善材料和工具之間的潤(rùn)滑性，從而能謀求彈簧生產(chǎn)性以及彈簧精度的提高的油回火鋼絲的制造方法。
背景技術(shù)：
對(duì)作為上述各種彈簧的原材料使用的線材來(lái)說，一般是在經(jīng)過拉絲加工后，實(shí)施被稱為油回火的淬火·回火熱處理而完成加工。但是，由于這樣制造出的線材需要通過卷繞而成形而彈簧，因此在上述加工中，彈簧和加工工具之間的潤(rùn)滑性良好對(duì)于提高其生產(chǎn)性非常重要。
作為在對(duì)油回火鋼絲進(jìn)行卷繞加工時(shí)提高潤(rùn)滑性的技術(shù)，至今為止已有很多方法，下面作為其中的代表例，舉出了下述(1)～(3)。
(1)將在油回火鋼絲的表面生成的氧化皮的成分、厚度以及密接性管理成適當(dāng)?shù)闹担纬杉庸ば粤己玫难趸荒さ姆椒?例如，特公平5-14771號(hào)公報(bào))(2)替代防銹油，將具有防銹性的潤(rùn)滑油涂敷在回火鋼絲上的方法。
(3)將在回火鋼絲的表面生成的氧化皮的厚度管理成某一指定厚度以下，作為輔助卷繞性的方法，形成將醇酸樹脂、氨基酸系作為主體的樹脂等鍍敷被膜的方法(例如，特許第3003831號(hào)公報(bào))。
另一方面，作為使用于自行車的閥彈簧等的油回火鋼絲，近年來(lái)認(rèn)為需要應(yīng)對(duì)以下的期望。
(1)為了與自行車的輕量化要求對(duì)應(yīng)，具有對(duì)金屬絲強(qiáng)度進(jìn)行更高強(qiáng)度化、更細(xì)徑化、以及在高設(shè)計(jì)應(yīng)力下使用的傾向。
(2)為了在更狹窄的空間內(nèi)設(shè)置彈簧且確保必要的沖程(stroke)，還增加了例如橢圓形狀的異形截面線的使用。而且，在該異形截面線的卷繞加工中，為確保必要的彈簧精度，需要嚴(yán)格控制卷繞過程中的線材旋轉(zhuǎn)。
尤其近年來(lái)，伴隨著對(duì)彈簧的高性能化、輕量化要求，彈簧形狀也被形成為能在高的負(fù)荷應(yīng)力下使用的設(shè)計(jì)，且在很多情況下需要在更高強(qiáng)度下使用硬的材料，在彈簧加工中制造出塑性變形量大的彈簧。
作為具體的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)用彈簧的平均直徑(D)和線徑d的比(D/d)表示時(shí)，需要一種具有該比小于3.5的彈簧直徑并且彈簧的螺距大的彈簧。
在對(duì)這樣的彈簧進(jìn)行卷繞加工時(shí)，由于材料與工具之間的摩擦和加工中的發(fā)熱，材料與工具之間的界面溫度上升。在進(jìn)行卷繞加工時(shí)，雖然由形成于線材表面的氧化被膜以及防銹油的涂敷而確保了良好的加工性，但在這樣的潤(rùn)滑方式中潤(rùn)滑被膜的耐熱性不充分，容易在與工具之間引起膠合磨損，導(dǎo)致難以有效生產(chǎn)規(guī)定形狀的彈簧。
此外，當(dāng)使用異形截面的線材制造彈簧的情況下，為良好地確保其精度，需要使用多個(gè)間隙的小引導(dǎo)件或者銷進(jìn)行固定，再進(jìn)行卷繞。此外，使用了高強(qiáng)度線材并且是異形截面的線材的彈簧也在增加。
在這樣的狀況下，僅靠以往的油回火鋼絲表面的氧化被膜和防銹油，有時(shí)會(huì)由防銹油帶來(lái)的潤(rùn)滑效果變得不那么大，進(jìn)而有時(shí)會(huì)有以下的不合理情況。
(1)卷繞銷或者引導(dǎo)件等卷繞用工具和金屬線表面之間的潤(rùn)滑性不足，容易引起燒粘，導(dǎo)致工具壽命縮短。因此，需要停止機(jī)械操作并進(jìn)行工具交換或者修理等，導(dǎo)致生產(chǎn)性下降。
(2)如果發(fā)生燒粘，則作為制品的彈簧的直徑或者自由長(zhǎng)度(沒有負(fù)載時(shí)的彈簧長(zhǎng)度)會(huì)產(chǎn)生不均，從而制品精度變差、并且制品成品率下降。
(3)此外，這樣的燒粘會(huì)在彈簧表面產(chǎn)生線狀的有害瑕疵，給彈簧壽命帶去壞影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于以上的事實(shí)，其目的在于提供一種能夠向潤(rùn)滑被膜賦予充分的耐熱性而確保良好的潤(rùn)滑性，且在高強(qiáng)度金屬線或者異形截面的油回火鋼絲中也能確保良好的卷繞性的油回火鋼絲。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種油回火鋼絲，其要旨在于，在線材表面形成被膜層，該被膜層由從以硫酸鹽、硅酸鹽以及硼酸鹽構(gòu)成的一組中選擇的一種以上的無(wú)機(jī)鹽構(gòu)成。
所述被膜中的無(wú)機(jī)鹽可以使用從由硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鎂、硫酸鈉、硫酸鉀、硼酸鈉、以及硼酸鉀構(gòu)成的一組中選擇的一種以上。
在本發(fā)明的油回火鋼絲中，優(yōu)選在由無(wú)機(jī)鹽構(gòu)成的被膜層中根據(jù)需要還含有具備潤(rùn)滑性的油脂成分和/或皂堿成分。
作為此時(shí)被膜中含有的油脂成分，可舉出以石油蠟為代表的蠟類，而作為所述皂堿成分，可舉出從硬脂酸、棕櫚酸、油酸、亞油酸、以及亞麻酸的鈉鹽或者鉀鹽中選擇的一種以上。此外，當(dāng)含有油脂成分和/或皂堿成分的情況下，在被膜中含有的所述油脂成分和/或皂堿成分的含有量是5～50質(zhì)量％。
在本發(fā)明的油回火鋼絲中，最好在所述被膜表面根據(jù)需要還涂敷防銹油，由此可以提高油回火鋼絲的防銹性。
另一方面，當(dāng)制造本發(fā)明的油回火鋼絲時(shí)，優(yōu)選方式是，在由硫酸鹽、硅酸鹽、以及硼酸鹽構(gòu)成的一組中選擇的一種或者兩種以上的無(wú)機(jī)鹽的水溶液中、或者除了所述無(wú)機(jī)鹽之外還根據(jù)需要含有具有潤(rùn)滑性的油脂成分和/或皂堿成分的水溶液中，通過浸漬油回火鋼絲而在線材表面形成所述水溶液涂膜，接著通過對(duì)水溶液涂膜中的水份進(jìn)行干燥去除，在線材表面形成潤(rùn)滑性被膜。在該方法中，所述水溶液鍍膜中的固體成分濃度優(yōu)選1.5～30質(zhì)量％。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明者們從提高彈簧用油回火鋼絲的卷繞中的潤(rùn)滑性以及耐熱性的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)能防止燒粘的方法進(jìn)行考察以及實(shí)驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)了，通過采用上述構(gòu)成能完全達(dá)到上述目的，進(jìn)而完成了本發(fā)明。
目前的彈簧加工中的金屬線和工具之間的潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)是，基于在油回火鋼絲制造過程中生成的線表面的氧化被膜、和涂敷在目前制品的線表面上的防銹油所具備的潤(rùn)滑性而實(shí)現(xiàn)。另一方面，對(duì)于油回火鋼絲的高強(qiáng)度化、異形截面線化或者制品的高精度化的要求、以及提高高速卷繞的生產(chǎn)性的要求等，僅由防銹油提高潤(rùn)滑性的對(duì)策顯得不夠充分。
此外，對(duì)于線表面的氧化被膜，為了與防銹油之間的保持性或者為了緩和工具與材料之間的直接接觸，需要具備某一程度的被膜厚度，但如果厚度過大，則氧化被膜的密接性變差，而有在卷繞銷之前被膜剝離的不合適的情況。這樣的不合適的情況會(huì)導(dǎo)致卷繞性降低。
因此，有必要將氧化薄膜的厚度控制在適當(dāng)厚度，從而提出了控制氧化被膜的方法(例如，所述特公平5-14771號(hào)公報(bào))，但無(wú)法充分對(duì)應(yīng)要求特性越來(lái)越高的卷繞加工中的潤(rùn)滑性的改善要求。
對(duì)于這樣的要求，本發(fā)明者們得到了以下構(gòu)思，即，將在卷繞加工中的氧化被膜和防銹油所擔(dān)當(dāng)?shù)墓δ馨匆韵路绞椒指?，并?duì)形成于彈簧表面的被膜的組成進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，以使能賦予這些功能。
(a)對(duì)銷等工具和材料(線表面)之間的直接的金屬接觸進(jìn)行緩和的功能(b)防銹油所具有的、作為潤(rùn)滑油的摩擦系數(shù)降低功能(c)作為防銹油而給予線材的作用關(guān)于上述(a)功能，確認(rèn)了不僅僅依靠在油回火處理時(shí)生成的線表面的氧化被膜，還通過在線材表面附著、保持硬質(zhì)的無(wú)機(jī)微粒，能夠積極地強(qiáng)化在加工時(shí)作為工具和材料之間的具有耐熱性的緩沖劑的作用。
此外還確認(rèn)，作為具體的無(wú)機(jī)微粒，最優(yōu)選硫酸鹽、硅酸鹽、以及硼酸鹽等。即，對(duì)于油回火鋼絲，如果在線材表面形成含有上述各種無(wú)機(jī)鹽的被膜層，則能夠有效地發(fā)揮上述(a)的功能。此外，作為強(qiáng)化上述(b)功能的方法，如果根據(jù)需要，在被膜中積極地還含有油脂類或者皂堿類等潤(rùn)滑成分，則能夠進(jìn)一步改善潤(rùn)滑性。此外，關(guān)于上述(c)功能，通過根據(jù)需要在被膜層表面再涂敷防銹油，能夠發(fā)揮該功能。此外，還確認(rèn)了上述被膜層中的各成分不會(huì)對(duì)防銹油的防銹性帶去壞影響。
本發(fā)明的油回火鋼絲，基本上是將由無(wú)機(jī)鹽構(gòu)成的被膜層形成在其表面而形成的，而作為能夠在此時(shí)使用的無(wú)機(jī)鹽，可舉出硫酸鉀、硫酸鈉等硫酸鹽，硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鎂等硅酸鹽，以及硼酸鈉、硼酸鉀等硼酸鹽，并且它們可單獨(dú)使用、或者兩種以上組合使用。其中，考慮到耐熱性以及環(huán)境調(diào)和性，尤其優(yōu)選硅酸鈉、硅酸鉀以及硅酸鎂等硅酸鹽，硫酸鈉以及硫酸鉀等硫酸鹽。
在本發(fā)明的線材表面形成的被膜層中，除了上述無(wú)機(jī)鹽之外，還可以根據(jù)需要含有油脂成分和/或皂堿成分，而這些成分起到向被膜賦予潤(rùn)滑性的作用[上述(b)的功能]。
作為上述油脂成分，可舉出以石油蠟為代表的蠟類，而作為所述皂堿成分，可舉出從硬脂酸、油酸、棕櫚酸、油酸、亞油酸、以及亞麻酸的鈉鹽或者鉀鹽中選擇的一種以上。此外油脂成分或者皂堿成分在被膜中的含有量?jī)?yōu)選在5～50質(zhì)量％程度。即，如果被膜中的油脂成分或者皂堿成分的含有量不足5質(zhì)量％，則潤(rùn)滑性的賦予效果不充分，而如果超過50質(zhì)量％，則無(wú)機(jī)鹽的比例變少，使得被膜強(qiáng)度以及耐熱性不足，很難應(yīng)對(duì)強(qiáng)力加工。
通過將含有上述成分的潤(rùn)滑性被膜層形成于油回火鋼絲的表面，能夠向潤(rùn)滑性被膜賦予充分的耐熱性并確保良好的潤(rùn)滑性，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于高強(qiáng)度金屬線或者異形截面的油回火鋼絲也能確保良好卷繞性的油回火鋼絲，而作為這樣的油回火鋼絲，最好根據(jù)需要在所述被膜表面進(jìn)一步涂敷防銹油，并由此能夠向油回火鋼絲賦予防銹性(所述(c)功能)。作為此時(shí)使用的防銹油，可使用至今一般使用的防銹油，例如可舉出石油系碳?xì)浠锖头冷P添加劑的混合物。
本發(fā)明的油回火鋼絲是將含有上述成分的被膜層形成于線材表面上的油回火鋼絲，而關(guān)于該被膜層的形成方法，可以采用以下方法，即，例如在上述各種無(wú)機(jī)鹽的水溶液中、或者除了所述無(wú)機(jī)鹽之外還根據(jù)需要以適當(dāng)比例含有具有潤(rùn)滑性的油脂成分和皂堿成分的水溶液中，通過浸漬油回火鋼絲而在線材表面上形成所述水溶液涂膜，接著通過對(duì)水溶液涂膜中的水份進(jìn)行干燥去除，在線材表面形成潤(rùn)滑性被膜。
在該方法的實(shí)施過程中，所述水溶液中的固體成分濃度(即，無(wú)機(jī)鹽、根據(jù)需要含有的油脂成分和/或皂堿成分等的濃度)優(yōu)選1.5～30質(zhì)量％。如果該固體成分濃度小于1.5質(zhì)量％，則不能獲得由潤(rùn)滑性被膜產(chǎn)生的效果，而如果超過30質(zhì)量％，則會(huì)由于過飽和而在被膜分布中產(chǎn)生不均，使被膜均勻性變差。
本發(fā)明適用于就彈簧直徑來(lái)說彈簧的平均直徑(D)和線徑的比(D/d)小于3.5且彈簧螺距大的彈簧時(shí)很有效，但在本發(fā)明中作為對(duì)象的彈簧并不限定于此，在所述比(D/d)為3.5以上時(shí)也能發(fā)揮其效果。
(實(shí)施例)以下，根據(jù)實(shí)施例，具體展示了本發(fā)明的作用效果，但下述實(shí)施例不是限定本發(fā)明的性質(zhì)，符合上述·后述宗旨的適宜變更都包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍之內(nèi)。
利用通常的淬火、回火處理，制作出如下表1所示的各鋼種的閥彈簧用高強(qiáng)度油回火鋼絲。此時(shí)，在各油回火鋼絲的表面上形成有與以往劑同等厚度的氧化被膜(后述表2)。此外，在此時(shí)，制作出線材截面形狀是橢圓形的和圓形的線材的同時(shí)，對(duì)其拉伸強(qiáng)度也進(jìn)行了測(cè)定。
表1

在從上面獲得的各油回火鋼絲的表面，采用下述①～⑤的方法形成潤(rùn)滑性被膜。此時(shí)，為強(qiáng)化防銹性，使用一般用作鐵系材料用防銹油的石油系碳?xì)浠锖头冷P添加劑的混合物作為防銹油，涂敷在所述被膜上。
在固體成分量被調(diào)整為11質(zhì)量％的、含有硅酸鈉、硅酸鉀以及硫酸鉀的70℃水溶液中，浸漬油回火鋼絲，再通過干燥去除水分，從而在線材表面形成了被膜。
在含有硅酸鈉、硅酸鉀以及硼酸鉀的水溶液中配合蠟，并將其水溶液中的固體成分量調(diào)整為11.5質(zhì)量％后，在室溫(25℃)下的該溶液中，浸漬油回火鋼絲，再通過干燥去除水分，從而在線材表面形成了被膜。
在含有硅酸鈉以及硅酸鉀的水溶液中配合蠟，并將其水溶液中的固體成分量調(diào)整為8.5質(zhì)量％后，在室溫(25℃)下的該溶液中，浸漬油回火鋼絲，再通過干燥去除水分，從而在線材表面形成了被膜。
在含有硅酸鈉以及硅酸鉀的水溶液中配合作為皂堿成分的硬脂酸鈉，并將其水溶液中的固體成分量調(diào)整為10質(zhì)量％后，在室溫(25℃)下的該溶液中，浸漬油回火鋼絲，再通過干燥去除水分，從而在線材表面形成了被膜。
在含有硅酸鈉、硅酸鉀以及硅酸鎂的水溶液中配合蠟，并將其水溶液中的固體成分量調(diào)整為8.5質(zhì)量％后，在室溫(25℃)下的該溶液中，浸漬油回火鋼絲，再通過干燥去除水分，從而在線材表面形成了被膜。
對(duì)于獲得的油回火鋼絲，測(cè)定拉伸強(qiáng)度的同時(shí)進(jìn)行卷繞加工而制成各種D/d的彈簧，并調(diào)查了彈簧的線圈直徑的標(biāo)準(zhǔn)離差σ(D)和自由長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)離差σ(H)。自由長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)離差σ(H)，是用標(biāo)準(zhǔn)離差σ(H)除以自由長(zhǎng)度H(mm)的、每1mm自由長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)離差[標(biāo)準(zhǔn)離差σ(H)/H]來(lái)表示。此外，用適當(dāng)?shù)姆椒ㄓ^察表面，并同時(shí)調(diào)查了由于彈簧加工中的線表面和工具之間的潤(rùn)滑不良而引起線狀瑕疵(粘著)從而必須進(jìn)行工具的研磨·修正的卷繞個(gè)數(shù)。
將其結(jié)果表示在下面的表2中。另外，在下面的表2中還表示了對(duì)于僅涂敷通常的防銹油的的線材(下述表2的No.1、3、6、11)進(jìn)行了相同評(píng)價(jià)后的結(jié)果。
表2

從該結(jié)果，考察如下。首先，與通常的僅有氧化被膜和防銹油的例子(No.1、3、6、11)相比，在滿足本發(fā)明規(guī)定的條件的例子(No.2、4、5、7～10、12～15)中，線圈直徑的標(biāo)準(zhǔn)離差、自由長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)離差哪一個(gè)都很小，而且產(chǎn)生“粘著”現(xiàn)象為止的卷繞數(shù)多，1個(gè)批次(10000個(gè))的卷繞結(jié)束為止不需要進(jìn)行銷研磨。即，可獲知，由于本發(fā)明的油回火鋼絲的制品即彈簧的精度優(yōu)良，因此對(duì)工具的損傷少，其結(jié)果不需要無(wú)用的計(jì)劃時(shí)間，提高生產(chǎn)性。另外，本發(fā)明者們通過調(diào)查確認(rèn)了，本發(fā)明中使用的潤(rùn)滑劑成分在制造彈簧的工序的回火處理或者噴丸硬化中，也不會(huì)給品質(zhì)或者工作環(huán)境帶去壞影響。
(工業(yè)上的可利用性)本發(fā)明具有以上構(gòu)成，其在彈簧的卷繞加工中，通過提高線和工具之間的潤(rùn)滑膜的耐熱性且改善潤(rùn)滑性本身，在使用高強(qiáng)度線對(duì)加工嚴(yán)格的D/d小的彈簧進(jìn)行加工時(shí)，加工變得容易，并能具體發(fā)揮下述(a)～(c)的效果。
(a)制品彈簧的自由長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)離差、線圈直徑的標(biāo)準(zhǔn)離差變小，加工成品率提高。
(b)加工工具的壽命變長(zhǎng)，工具交換或者修正中使用的時(shí)間縮短，提高了生產(chǎn)性。
(c)彈簧表面不容易產(chǎn)生“粘著”引起的瑕疵，制品可靠性提高。
此外，根據(jù)本發(fā)明的油回火鋼絲，能夠發(fā)揮如如下效果(1)最適合于更需要潤(rùn)滑性的截面為橢圓形狀的異形截面線的加工中、(2)適合于工具表面的面壓力高的大直徑的線材的卷繞中、(3)通過提高被膜的耐熱性，能夠提高卷繞速度，從而有助于提高生產(chǎn)性。
權(quán)利要求
1.一種油回火鋼絲，其特征是在線材表面形成有被膜層，該被膜層由從由硫酸鹽、硅酸鹽以及硼酸鹽構(gòu)成的一組中選擇的一種以上的無(wú)機(jī)鹽構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的油回火鋼絲，其特征是所述無(wú)機(jī)鹽是從由硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鎂、硫酸鈉、硫酸鉀、硼酸鈉、以及硼酸鉀構(gòu)成的一組中選擇的一種以上。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的油回火鋼絲，其特征是在由無(wú)機(jī)鹽構(gòu)成的被膜層中還含有具有潤(rùn)滑性的油脂成分和/或皂堿成分。
4.如權(quán)利要求3所述的油回火鋼絲，其特征是所述油脂成分是蠟類，所述皂堿成分是從硬脂酸、棕櫚酸、油酸、亞油酸、以及亞麻酸的鈉鹽或者鉀鹽中選擇的一種以上。
5.如權(quán)利要求3或者4所述的油回火鋼絲，其特征是在被膜中含有5～50質(zhì)量％的所述油脂成分和/或皂堿成分。
6.如權(quán)利要求1～5中任何一項(xiàng)所述的油回火鋼絲，其特征是在所述被膜表面還涂敷有防銹油。
7.一種卷繞加工性優(yōu)良的油回火鋼絲的制造方法，其特征是在制造權(quán)利要求1所述的油回火鋼絲時(shí)，在含有由硫酸鹽、硅酸鹽、以及硼酸鹽構(gòu)成的一組中選擇的一種以上的無(wú)機(jī)鹽的水溶液中，浸漬油回火鋼絲而在線材表面形成所述水溶液涂膜，接著通過將水溶液涂膜中的水份進(jìn)行干燥去除，在線材表面形成潤(rùn)滑性被膜。
8.一種卷繞加工性優(yōu)良的油回火鋼絲的制造方法，其特征是在制造權(quán)利要求2～5中的任何一項(xiàng)所述的油回火鋼絲時(shí)，在含有由硫酸鹽、硅酸鹽、以及硼酸鹽構(gòu)成的一組中選擇的一種以上的無(wú)機(jī)鹽，和具有潤(rùn)滑性的油脂成分和/或皂堿成分的水溶液中，浸漬油回火鋼絲而在線材表面形成所述水溶液涂膜，接著通過將水溶液涂膜中的水份進(jìn)行干燥去除，在線材表面形成潤(rùn)滑性被膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種油回火鋼絲，在線材表面形成有被膜層，其中，該被膜層由從由硫酸鹽、硅酸鹽以及硼酸鹽構(gòu)成的一組中選擇的一種以上的無(wú)機(jī)鹽構(gòu)成，而且，在所述被膜中根據(jù)需要還含有具有潤(rùn)滑性的油脂成分和/或皂堿成分，由此，能夠提供一種向潤(rùn)滑被膜賦予充分的耐熱性而確保良好的潤(rùn)滑性，且作為高強(qiáng)度金屬線或者異形截面的油回火鋼絲也能確保良好的卷繞性的油回火鋼絲。
文檔編號(hào)C23C30/00GK1745195SQ200380109268
公開日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2003年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月31日
發(fā)明者藤原忠義, 神保鐵男, 山本文男 申請(qǐng)人:神鋼鋼線工業(yè)株式會(huì)社, 日本發(fā)條株式會(huì)社