JPH09196044A - コンロッドの製造方法 - Google Patents

コンロッドの製造方法

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JPH09196044A
JPH09196044A JP859596A JP859596A JPH09196044A JP H09196044 A JPH09196044 A JP H09196044A JP 859596 A JP859596 A JP 859596A JP 859596 A JP859596 A JP 859596A JP H09196044 A JPH09196044 A JP H09196044A
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JP
Japan
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connecting rod
coining
low carbon
steel
forged
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Pending
Application number
JP859596A
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English (en)
Inventor
Yoichi Murakami
上 陽 一 村
Hideaki Kuratomi
富 英 明 倉
Masakiyo Takahashi
橋 正 清 高
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 座屈強度および疲労強度共に優れたコンロッ
ドを得ることができるコンロッドの製造方法を提供す
る。 【解決手段】 素材鋼として低炭素ボロン鋼を用い、熱
間鍛造によりコンロッド形状に成形したのち焼入れし、
得られた鍛造粗材にコイニングを施すことによって加工
硬化させ、さらに桿部にショットピーニングを施すこと
によって疲労強度を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用ガソリン
エンジンなどのレシプロエンジンにおいて、ピストンと
クランクシャフトの間を連結するコネクティングロッド
(以下、「コンロッド」と称する)の製造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来、上記のようなコンロッドは、例え
ば、JIS G 4051(機械構造用炭素鋼鋼材)に
規定されるS40Cなどの中炭素鋼を熱間鍛造したの
ち、焼入・焼戻しを施すことによって得られた鍛造粗材
に、軽度の冷間鍛造(コイニング)を施すと共に、さら
に粗材の大端部や小端部、キャップ合せ面などに機械加
工を行うことによって製造されていた。
【0003】あるいは、上記中炭素鋼にバナジウムを添
加したバナジウム添加中炭素鋼を熱間鍛造したのち、焼
入・焼戻しを行うことなく空冷することによって得られ
た鍛造粗材に、同様に、コイニングおよび機械加工を施
すことによって製造されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のコンロッドの製造方法においては、熱間鍛造し
た中炭素鋼に焼入・焼戻しを施す工法の場合も、バナジ
ウム添加中炭素鋼に焼入・焼戻しを行うことなく、熱間
鍛造後空冷する工法の場合も、コイニングにより加工硬
化するものの、鍛造粗材の耐力はむしろ低下し、コンロ
ッドとして最も重要な要求性能のひとつである座屈強度
が十分に得られないという問題点と共に、コイニングに
よって引張応力が発生することから、疲労強度が低下す
るという問題点があり、これら問題点の解消が従来のコ
ンロッドの製造方法における課題となっていた。
【0005】
【発明の目的】本発明は、従来のコンロッドの製造方法
における上記課題に着目してなされたものであって、座
屈強度および疲労強度共に優れたコンロッドを得ること
ができるコンロッドの製造方法を提供することを目的と
している。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するために、コンロッドの素材鋼成分や熱処理方
法、冷間加工などについて鋭意検討した結果、焼戻処理
を施すことなく、焼入れのままとした低炭素鋼は、過度
に硬化することがなく、しかも転位密度が高くなること
から、続いて行われる冷間加工によって容易に加工硬化
し、耐力および座屈強度を向上させることができること
を見出すに至った。
【0007】本発明は、上記知見に基づくものであっ
て、本発明の請求項1に係わるコンロッドの製造方法
は、低炭素ボロン鋼をコンロッド形状に熱間鍛造したの
ち焼入れし、得られた鍛造粗材にコイニングおよびショ
ットピーニングを施す構成としたことを特徴としてお
り、本発明に係わるコンロッドの製造方法の実施態様と
して請求項2に係わるコンロッドの製造方法において
は、コイニングにおける塑性変形しろが鍛造粗材の厚さ
方向において0.2mm以上である構成としたことを特
徴としており、同じく実施態様として請求項3に係わる
コンロッドの製造方法においては、低炭素ボロン鋼の炭
素含有量が0.03〜0.10重量パーセント、ほう素
含有量が0.0010〜0.0040重量パーセントで
ある構成としたことを特徴としており、さらに請求項4
に係わるコンロッドの製造方法においては、低炭素ボロ
ン鋼のマンガン含有量が1.0〜2.0重量パーセント
である構成としたことを特徴としており、このようなコ
ンロッドの製造方法の構成を前述した従来の課題を解決
するための手段としている。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明に係わるコンロッドの製造
方法においては、素材鋼として低炭素ボロン鋼を用い、
熱間鍛造によりコンロッド形状に成形したのち焼入れ
し、得られた鍛造粗材にコイニングを施すことによって
加工硬化させ、さらにショットピーニングを施すことに
よって疲労強度を向上させるようにしている。
【0009】一般に、コイニングは、熱間鍛造品の厚さ
を修正する目的で行われる軽度の冷間鍛造であるが、本
発明方法においては、厚さ修正と同時に、コンロッドの
とくに桿部を加工硬化させることによって座屈強度を向
上させるようにしており、そのためには、請求項2に記
載しているように、その塑性変形しろを鍛造粗材の厚さ
方向に0.2mm以上とすることが望ましく、コンロッ
ドのサイズや要求性能に応じて、0.2mm〜2.0m
mの範囲で選択することができる。
【0010】また、素材鋼としては低炭素ボロン鋼が使
用され、とくに請求項3に記載しているように、炭素お
よびほう素含有量が、それぞれ0.03〜0.10重量
パーセントおよび0.0010〜0.0040重量パー
セントの低炭素ボロン鋼を使用することが望ましいが、
炭素およびほう素以外の成分としては、請求項4に記載
しているように、1.0〜2.0重量パーセントのマン
ガンを含有するものを使用することができる。さらに、
上記ほう素およびマンガンと共に、低炭素鋼の焼入性を
確保し、硬さのばらつきを解消するための補助成分とし
てクロムやモリブデンなどを少量添加してもよい。
【0011】
【発明の作用】本発明の請求項1に係わるコンロッドの
製造方法においては、低炭素ボロン鋼からなる素材をコ
ンロッド形状に熱間鍛造したのち焼入れし、得られた鍛
造粗材に焼戻しを施すことなくコイニングおよびショッ
トピーニングを施すようにしており、転位密度の高い焼
入れのままでコイニングが施されることになるので、鍛
造粗材が確実に加工硬化し、コンロッドとしての座屈強
度が向上する。また、素材鋼を低炭素としたことから、
焼入れのままでも硬化し過ぎることがなく、さらに低炭
素化による焼入れ性のばらつきがほう素の添加によって
低コストに解消されることになる。そして、ショットピ
ーニングを施すことにより、コイニングによって生じた
引張残留応力が消滅して圧縮残留応力が生じることから
コンロッドの疲労強度が向上することとなる。
【0012】本発明に係わるコンロッドの製造方法の実
施態様として請求項2に係わるコンロッドの製造方法に
おいては、コイニングに際して鍛造粗材の厚さ方向に
0.2mm以上の塑性変形を与えるようにしているの
で、加工硬化によって座屈強度が確実に向上することに
なる。
【0013】同じく実施態様として請求項3に係わるコ
ンロッドの製造方法においては、炭素含有量0.03〜
0.10重量パーセント、ほう素含有量0.0010〜
0.0040重量パーセントの低炭素ボロン鋼を使用す
るようにしているので、コイニングによる座屈強度の向
上がさらに確実になると共に、鍛造粗材の硬度が適度な
ものとなり、ショットピーニングののちに行われる機械
加工が容易なものとなる。
【0014】すなわち、低炭素ボロン鋼の炭素含有量が
0.03重量パーセントに満たない場合には、コンロッ
ドとして必要な強度を得ることが難しく、逆に0.10
重量パーセントを超えた場合には、焼入れによって粗材
の硬さが高くなり過ぎ、機械加工が困難となる。
【0015】また、ほう素は、上記のように低炭素化に
よって不安定となった焼入性を確保するために添加さ
れ、含有量が0.0010重量パーセントに満たない場
合には、上記効果が発揮されず、焼きむらが生じやすく
なり、0.0040重量パーセントを超えた場合には他
の合金元素との間に介在物を形成し、コンロッドとして
の強度がかえって低下することになる。
【0016】実施態様として請求項4に係わるコンロッ
ドの製造方法においては、マンガン含有量が1.0〜
2.0重量パーセントの低炭素ボロン鋼を使用するよう
にしているので、低炭素化による焼入れ性のばらつきが
有効に解消され、コンロッドとして必要な強度が確保さ
れる。すなわち、マンガンは、ほう素と同様に、低炭素
化によって不安定となった焼入性を安定なものにする作
用を有し、その含有量が1.0重量パーセント未満の場
合には、このような効果を得ることができず、逆に2.
0重量パーセントを超えると、焼入れ後の硬さが高くな
り過ぎ、機械加工が難しくなって加工コストが増大する
ことになる。
【0017】
【実施例】以下、本発明に係わるコンロッドの製造方法
を実施例に基づいて、さらに具体的に説明する。
【0018】実施例1 図1は、本発明に係わるコンロッドの製造方法の手順を
示す工程図である。
【0019】まず、素材鋼としてC:0.05wt%,
Si:0.20wt%,Mn:1.5wt%,Cr:
0.20wt%,B:0.002wt%の組成を有する
低炭素ボロン鋼を約1200℃に加熱して、コンロッド
形状に熱間鍛造し、約1050℃の温度で強撹拌される
水中に焼入れすることによって、鍛造粗材を得た。
【0020】次に、上記によって得られた鍛造粗材に、
図2に示すように、塑性変形しろd=1.0mmのコイ
ニングを施したのち、鍛造粗材の桿部に、47HRCの
硬度を有する0.8mm径の鋼球を35m/秒のショッ
ト速度で投射することによって、アークハイト0.30
mmAに相当するショットピーニングを実行した。
【0021】そして、ショットピーニング後の粗材に所
定の機械加工を施すことにより、所定寸法のコンロッド
に仕上げた。
【0022】このようにして得られた2本のコンロッド
の一方を圧縮試験機にかけ、座屈強度を測定すると共
に、他方のコンロッドを曲げ疲労試験機にかけ、疲労強
度を調査した。これらの結果を表1に示す。
【0023】また、上記素材鋼について、コイニング量
におよぼす座屈強度の影響を調査すると共に、上記素材
鋼の成分を大幅に変えることなく、マンガンレベルを3
段階に変えた成分系の素材を用いたときの焼入れ後の硬
度を測定し、焼入硬度におよぼすマンガンの影響を調査
した。これらの結果については、図3および表2にそれ
ぞれ示す。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】比較例1 素材鋼としてC:0.48wt%,Si:0.20wt
%,Mn:0.75wt%の組成を有する中炭素鋼を約
1200℃に加熱して、コンロッド形状に熱間鍛造し、
約1050℃の温度で弱く撹拌される油中に焼入れたの
ち、600℃の温度に焼戻し、得られた鍛造粗材に塑性
変形しろd=1.0mmのコイニングを施した。 次
に、得られた粗材に同様の機械加工を施すことによっ
て、上記実施例と同一寸法のコンロッドに仕上げた。
【0027】そして、このようにして得られた2本のコ
ンロッドを用いて上記実施例と同様の圧縮試験および曲
げ疲労試験を行い、座屈強度と疲労強度をそれぞれ求め
た。これらの結果を表1に併せて示す。
【0028】比較例2 素材鋼としてC:0.40wt%,Si:0.21wt
%,Mn:0.80wt%,V:0.10wt%の組成
を有するバナジウム添加中炭素鋼を約1200℃に加熱
して、コンロッド形状に熱間鍛造したのち、そのまま空
冷することにより得られた鍛造粗材に塑性変形しろd=
1.0mmのコイニングを施した。
【0029】次に、得られた粗材に同様の機械加工を施
すことによって、上記実施例と同一寸法のコンロッドに
仕上げた。
【0030】そして、このようにして得られた2本のコ
ンロッドを用いて上記実施例と同様の圧縮試験および曲
げ疲労試験を行い、座屈強度と疲労強度をそれぞれ求め
た。これらの結果を表1に併せて示す。
【0031】これらの結果から明らかなように、中炭素
鋼に焼入・焼戻しを施したのち、コイニングを行った比
較例1、およびバナジウム添加中炭素鋼に焼入・焼戻し
を行うことなくコイニングを施した比較例2の場合に
は、いずれも座屈強度および疲労強度が低いのに対し、
低炭素ボロン鋼に焼入れを行い、焼き戻すことなくコイ
ニングおよびショットピーニングを施した本発明実施例
の場合には、座屈強度,疲労強度ともに優れ、コンロッ
ドとして優れた性能を満足することが確認された。
【0032】また、本発明における低炭素ボロン鋼につ
いては、マンガン含有量を1.0%以上とすることによ
り、焼入後の硬度を確保することができ、コイニング量
については、0.2mm以上の塑性変形を与えるように
することにより、座屈強度が大幅に向上することが確認
された。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
に係わるコンロッドの製造方法においては、低炭素ボロ
ン鋼素材を熱間鍛造したのち焼入れし、得られた鍛造粗
材に焼戻しを施すことなくコイニングおよびショットピ
ーニングを施すようにしているので、コイニングによる
塑性変形に基づく加工硬化によって耐力が増し、座屈強
度の向上が可能になると共に、ショットピーニングによ
って圧縮残留応力が生じ、コンロッドの疲労強度を向上
させることができるという極めて優れた効果がもたらさ
れる。
【0034】また、本発明に係わるコンロッドの製造方
法の実施態様として請求項2に係わるコンロッドの製造
方法においては、コイニングに際して鍛造粗材の厚さ方
向に0.2mm以上の塑性変形を与えるようにしている
ので、座屈強度を確実に向上させることができ、同じく
実施態様として請求項3に係わるコンロッドの製造方法
においては、炭素含有量0.03〜0.10重量パーセ
ント、ほう素含有量0.0010〜0.0040重量パ
ーセントの低炭素ボロン鋼を使用するようにしているの
で、座屈強度をより確実に向上させることができると共
に、焼入れ後の粗材硬さが適度なものになって、機械加
工の負担が軽減され、加工コストの削減が可能になり、
さらに請求項4に係わるコンロッドの製造方法において
は、マンガン含有量が1.0〜2.0重量パーセントの
低炭素ボロン鋼を使用するようにしているので、粗材の
焼入性がさらに安定なものとなり、コンロッドとしての
強度を確保することができるという優れた効果がもたら
される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるコンロッドの製造方法の手順を
示す工程図である。
【図2】本発明に係わるコンロッドの製造方法における
コイニングの要領を示す概略図である。
【図3】本発明に係わるコンロッドの製造方法における
コイニング量と座屈強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 鍛造粗材 d 塑性変形しろ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低炭素ボロン鋼をコンロッド形状に熱間
    鍛造したのち焼入れし、得られた鍛造粗材にコイニング
    およびショットピーニングを施すことを特徴とするコン
    ロッドの製造方法。
  2. 【請求項2】 コイニングにおける塑性変形しろが鍛造
    粗材の厚さ方向において0.2mm以上であることを特
    徴とする請求項1記載のコンロッドの製造方法。
  3. 【請求項3】 低炭素ボロン鋼の炭素含有量が0.03
    〜0.10重量パーセント、ほう素含有量が0.001
    0〜0.0040重量パーセントであることを特徴とす
    る請求項1または請求項2記載のコンロッドの製造方
    法。
  4. 【請求項4】 低炭素ボロン鋼のマンガン含有量が1.
    0〜2.0重量パーセントであることを特徴とする請求
    項1ないし請求項3のいずれかに記載のコンロッドの製
    造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6655026B1 (en) 1999-01-28 2003-12-02 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Production process for connecting rod for internal combustion engine
JPWO2016166932A1 (ja) * 2015-04-16 2017-09-21 本田技研工業株式会社 コンロッド及びその製造方法

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