JPH062035A - 捩り応力が加えられる金属部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 鍛流線が軸心と略平行な鍛伸材に永久捩り変
形を与え、使用に際して加えられる捩り応力と同じ方向
へ鍛流線を捩じった。 【効果】 図４の試験結果から明らかなように、鍛流線
の捩れ角が３０゜〜６０゜の場合、鍛流線の捩れ角が０
゜の場合に比較して最大捩り強度，捩り弾性限度，弾性
捩れ角が共に向上した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は使用に際して捩り応力が
加えられる金属部材に係り、特に、その捩り応力に対す
る強度を向上させる技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼の棒材や線材、管材は、鋳造された原
鋼塊に鍛造，圧延，押出し，引抜きなどの鍛練を施すこ
とによって製造される。鍛練は、鋼材の成形と同時に、
鋳造時に生じた粗い樹枝状組織を微細化するとともに、
内部欠陥を是正することを目的として行われ、鍛練係数
（鍛練成形比）は普通３以上が必要とされる。このよう
な鍛練が施された棒材や線材等の鍛伸材は、鍛流線が長
手方向と略平行に延びているため長手方向の機械的強度
が高く、優れた靱性が得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように鍛流線が長手方向に延びている鍛伸材は軸心まわ
りの捩り応力に比較的弱く、トーションバーやコイルば
ね、円筒軸、フライス等の回転工具など、使用に際して
捩り応力が加えられる金属部材に利用する場合には、必
ずしも十分に満足できる機械的強度が得られなかった。

【０００４】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、使用に際して捩り応
力が加えられる金属部材の捩り強度を向上させることに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、金属素材に鍛練が施されることにより
円柱または円筒形状に成形され、使用に際して軸心まわ
りの一方向に捩り応力が加えられる金属部材であって、
その捩り応力が加えられる方向と同じ方向へ鍛流線が捩
じれていることを特徴とする。

【０００６】

【作用および発明の効果】このような金属部材において
は、使用時に捩り応力が加えられる方向と同じ方向へ鍛
流線が捩じれているため、後述の試験結果から明らかな
ように、その捩り応力に対する最大捩り強度や捩り弾性
限度が向上し、トーションバーやコイルばね、円筒軸、
フライス等の回転工具などに適用されることにより、そ
れ等の塑性変形や破損等が抑制される。なお、上記鍛流
線の捩れ角、すなわち軸心と平行な方向からの傾斜角度
は、優れた機械的強度向上効果を得る上で、外周表面に
おいて１０゜以上６０゜以下の範囲内であることが望ま
しい。

【０００７】

【実施例】次に、本発明の効果を明らかとするために、
本発明者等が行った試験結果を説明する。先ず、図１に
示されているように、両端部に把持部１２，１４が設け
られるとともに、それ等の把持部１２，１４の間に直径
が８ｍｍ，長さが２０ｍｍの円柱形状を成す平行部１６
を有する捩り試験片１０を用意する。把持部１２，１４
は、直径および長さがそれぞれ２０ｍｍの円柱形状を成
しており、その外周面の一部が平坦に面取りされたもの
である。また、平行部１６と把持部１２，１４との間に
は、それぞれ長さが５ｍｍの範囲において半径５ｍｍの
Ｒ面取りがが施されている。図１の（ａ）は試験片１０
の正面図で、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。

【０００８】上記捩り試験片１０は、クロムバナジウム
ばね鋼ＳＵＰ１０の鋳造鋼塊に鍛造，圧延，押出し，引
抜き等の鍛練が施され、鍛流線が軸心と略平行に延びる
直径が２５ｍｍの市販の鍛伸材を用いて、熱間で軸心ま
わりに捩り応力を加えて永久捩り変形を与えた後、図１
の形状に切削加工したものである。図２の鍛伸材２０
は、一点鎖線で示す鍛流線２２が軸心と略平行に延びて
いるもので、図３の鍛伸材２４は、図２の鍛伸材２０に
永久捩り変形を加えたものであり、この鍛伸材２４を切
削加工して捩り試験片１０を製作するのである。上記永
久捩り変形によって鍛流線２２は軸心まわりに捩じられ
るが、本実施例では図４に示されているように、平行部
１６の表面における鍛流線の捩れ角が−４５゜，０゜，
３０゜，４５゜，６０゜，７５゜の６種類を用意した。
捩れ角が「−」のものは、試験の際に加える捩り応力の
方向と反対方向の捩れを意味する。また、かかる捩り試
験片１０には、８７０℃から油冷による焼入れを施した
後、４７０℃で焼戻を行った。最終的な硬さはＨＲＣ４
５〜４６である。

【０００９】そして、上記捩り試験片１０の一対の把持
部１２，１４を把持して捩り応力を加え、平行部１６に
おける捩り強度等を測定した結果が図４である。かかる
結果から明らかなように、鍛流線の捩れ角が３０゜以上
の４種類のの捩り試験片１０においては、捩れ角が０゜
すなわち軸心と平行なものに比較して、「＊」印で示す
最大捩り強度，「△」印で示す捩り弾性限度，「＋」印
で示す弾性捩れ角が何れも向上しており、特に３０゜〜
６０゜の場合に優れた効果が得られる。これに対し、逆
方向に捩じられた捩れ角が−４５゜の場合には、捩れ角
が０゜の場合よりも却って強度が低下している。なお、
弾性捩れ角は、捩り弾性限度における捩れ角である。

【００１０】図５は、前記鍛伸材２０としてクロムバナ
ジウムばね鋼ＳＵＰ１０の代わりに直径が２２ｍｍの高
速度工具鋼ＳＫＨ５１を用いた場合で、上記と同様に熱
間で軸心まわりに捩り応力を加えて永久捩り変形を与
え、鍛流線２２が捩じれた鍛伸材２４を製造した後、そ
の鍛伸材２４を切削加工して捩り試験片１０を製作し
た。そして、１２１０℃から油冷による焼入れを施した
後、５７５℃の焼戻を２回繰り返したもので、最終的な
硬さはＨＲＣ６４である。この場合には、図５から明ら
かなように、平行部１６の表面における鍛流線の捩れ角
が０゜，１５゜，３０゜，４５゜の４種類を用意して試
験を行ったが、捩れ角が大きくなる程「＊」印で示す最
大捩り強度，「△」印で示す捩り弾性限度，「＋」印で
示す弾性捩れ角は何れも向上している。また、直径８ｍ
ｍ、長さ９０ｍｍの高速度工具鋼ＳＫＨ５１製の鍛伸材
に、外周表面における鍛流線の捩れ角が４５°となるよ
うに熱間で永久捩り変形を与えた後、上記と同様な熱処
理を施した抗折試験片を用意し、支点間距離７０ｍｍで
その中心に一点荷重式により軸心と直交する方向から応
力を加える抗折試験を行ったところ、永久捩り変形を加
えない鍛流線の捩れ角が０°の元の鍛伸材に比較して、
「×」印で示す最大抗折強度，「○」印で示す抗折弾性
限度が共に低下した。

【００１１】以上、図１に示す捩り試験片１０を用いた
捩り試験について詳細に説明したが、これ等の試験結果
から本発明によれば捩り強度や捩り弾性限度、弾性捩れ
角が向上することは明らかであり、このように鍛流線２
２が捩じれた鍛伸材２４を用いてトーションバーやコイ
ルばね、円筒軸や、フライス、タップ、ドリル等の回転
切削工具など、使用に際して軸心まわりの一方向に捩り
応力が加えられる各種の部材を製造すれば、それ等の塑
性変形や破損等を抑制することができる。鍛流線２２が
捩じれた図３の鍛伸材２４や、それから製造されたトー
ションスプリング、円筒軸、回転切削工具は、本発明に
係る金属部材に相当する。

【００１２】なお、上例では市販の鍛伸材２０に熱間で
永久捩り変形を与えて鍛流線２２を軸心まわりに捩じる
ようにしていたが、冷間或いは温間で永久捩り変形を与
えたり、圧延，引抜きなどの鍛練過程でダイスに回転を
与えたり鋼材を捩じったりすることにより、鍛流線２２
が捩じれた鍛伸材２４を製造することも可能である。ま
た、上例ではクロムバナジウムばね鋼ＳＵＰ１０および
高速度工具鋼ＳＫＨ５１の鍛伸材２０を用いた場合につ
いて説明したが、他の金属材料にも本発明は同様に適用
され得るなど、本発明は当業者の知識に基づいて種々の
変更，改良を加えた態様で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の効果を明らかにするために捩り試験を
行う際に用いた試験片を示す図で、図３の鍛伸材から製
作されるものである。

【図２】図１の試験片の製作に用いた鍛流線が軸心と略
平行な鍛伸材を示す図である。

【図３】図２の鍛伸材に永久捩り変形を与えて鍛流線を
捩じった状態を示す図である。

【図４】クロムバナジウムばね鋼ＳＵＰ１０を用いて図
１の試験片を製作した場合の捩り試験結果を示す図であ
る。

【図５】高速度工具鋼ＳＫＨ５１を用いて図１の試験片
を製作した場合の捩り試験結果を示す図である。

【符号の説明】

２２：鍛流線 ２４：鍛伸材（金属部材）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属素材に鍛練が施されることにより円柱
   または円筒形状に成形され、使用に際して軸心まわりの
   一方向に捩り応力が加えられる金属部材であって、 前記捩り応力が加えられる方向と同じ方向へ鍛流線が捩
   じれていることを特徴とする捩り応力が加えられる金属
   部材。
2. 【請求項２】前記鍛流線の捩れ角は外周表面において１
   ０゜以上６０゜以下の範囲内である請求項１に記載の捩
   り応力が加えられる金属部材。