空心部件及空心部件的制造方法
【專利摘要】一種形成為管狀并承受以中心線為中心的周向上的扭力的空心部件，其特征在于：所述空心部件被實施部分熱處理，該部分熱處理是通過對空心部件的周壁的一部分進行加熱，使周壁外側(cè)的硬度高于加熱前的硬度以及周壁內(nèi)側(cè)的硬度，并且使周壁內(nèi)側(cè)的剩余應(yīng)力減小。
【專利說明】空心部件及空心部件的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種例如用于汽車等的懸架裝置的扭力梁(torsion beam)那樣的承受扭力的空心部件、以及空心部件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]迄今為止，例如專利文獻I所公開的那樣，在汽車的懸架裝置中使用了被稱作扭力梁的空心部件。在該扭力梁的兩端分別固定了安裝上車輪的臂，扭力梁由于來自行駛中的車輪的輸入而反復(fù)承受扭力。要求該扭力梁具有即使反復(fù)承受扭力也很難產(chǎn)生裂縫等的高耐久性。
[0003]專利文獻1:日本公開特許公報特開2008 - 30513號公報。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]一發(fā)明所要解決的技術(shù)問題一
[0005]雖然只要增加構(gòu)成扭力梁的材料的厚度，扭力梁的耐久性便會提高，但若增加材料厚度，扭力梁的重量就會增加，因而并不優(yōu)選。
[0006]于是，可以想到:對整個扭力梁實施淬火處理即對扭力梁實施整體淬火處理來提聞硬度，從而使耐久性提聞。
[0007]不過，若要借助整體淬火處理使扭力梁獲得足夠高的耐久性，則扭力梁整體的硬度提高而韌性下降，例如當(dāng)車輛行駛時由于物體等的碰撞受到?jīng)_擊之際就有可能容易產(chǎn)生破損。總之，借助整體淬火處理來提高耐久性是有限的。
[0008]若對整個扭力梁實施整體淬火處理，則當(dāng)加熱扭力梁之際就需要很多能量，還會產(chǎn)生熱變形，這些也是問題所在。還可以認為:由于產(chǎn)生裂縫等的是扭力梁有限的一部分，因而原本就沒有必要進行整體淬火處理。
[0009]本發(fā)明正是鑒于所述問題而發(fā)明出來的，其目的在于:即使不增加反復(fù)承受扭力的空心部件的板厚，且不實施整體淬火處理或退火處理，也可以大幅度提高耐久性。
[0010]—用以解決技術(shù)問題的技術(shù)方案一
[0011]為了達到上述目的，在本發(fā)明中對空心部件的必要部位實施部分熱處理使周壁在厚度方向上的硬度分布實現(xiàn)最佳化，并謀求降低剩余應(yīng)力。
[0012]第一方面的發(fā)明涉及一種空心部件，該空心部件形成為管狀并承受以中心線為中心的周向上的扭力，其特征在于:所述空心部件被實施部分熱處理，該部分熱處理是通過對所述空心部件的周壁的一部分進行加熱，使該周壁的外側(cè)部分的硬度高于該外側(cè)部分加熱前的硬度以及該周壁的內(nèi)側(cè)部分的硬度，并且使該周壁的內(nèi)側(cè)部分的剩余應(yīng)力減小。
[0013]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過對空心部件中比較容易產(chǎn)生裂縫等的部位實施部分熱處理，從而使得周壁外側(cè)部分的硬度提高且使得強度提高。并且，因為被實施了部分熱處理的周壁的內(nèi)側(cè)部分的硬度沒有其外側(cè)部分高，所以能夠確保韌性，由此能夠抑制在例如受到?jīng)_擊時產(chǎn)生破損，并使得對于扭力的耐久性得到提高。進而，雖然如上所述與外側(cè)部分相比，被實施了部分熱處理的周壁的內(nèi)側(cè)部分的硬度較低，但由于剩余應(yīng)力減小，因而即使反復(fù)承受扭力也能夠抑制裂縫等的產(chǎn)生。
[0014]第二方面的發(fā)明是這樣的，在第一方面的發(fā)明中，其特征在于:周壁的內(nèi)側(cè)部分的硬度被設(shè)定成:與該內(nèi)側(cè)部分加熱前的硬度大致相等。
[0015]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠充分確保空心部件的強度，同時賦予適當(dāng)?shù)捻g性。
[0016]第三方面的發(fā)明是這樣的，在第一方面的發(fā)明中，其特征在于:周壁的硬度已提高的外側(cè)部分的厚度被設(shè)定在周壁總厚度的I/2以下。
[0017]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠充分確保空心部件的韌性。
[0018]第四方面的發(fā)明涉及一種空心部件的制造方法，該空心部件形成為管狀并承受以中心線為中心的周向上的扭力，其特征在于:對所述空心部件實施部分熱處理，該部分熱處理是通過對所述空心部件的周壁的一部分進行加熱，使該周壁的外側(cè)部分的硬度高于該外側(cè)部分加熱前的硬度以及該周壁的內(nèi)側(cè)部分的硬度，并且使該周壁的內(nèi)側(cè)部分的剩余應(yīng)力減小。
[0019]第五方面的發(fā)明是這樣的，在第四方面的發(fā)明中，其特征在于:部分熱處理是通過從空心部件的周壁外側(cè)照射激光進行的。
[0020]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，用較少的能量就能僅對目標部位可靠地實施部分熱處理。
[0021]一發(fā)明的效果一
[0022]根據(jù)第一方面的發(fā)明，對空心部件的周壁實施部分熱處理使周壁外側(cè)部分的硬度高于加熱前的硬度以及該周壁內(nèi)側(cè)部分的硬度，并使該周壁內(nèi)側(cè)部分的剩余拉應(yīng)力(tensile residual stress)減小。由此，即使空心部件反復(fù)承受扭力也能夠抑制裂縫等產(chǎn)生，因而不增加周壁厚度且不實施整體淬火處理就能夠獲得較高的耐久性。
[0023]根據(jù)第二方面的發(fā)明，因為使周壁內(nèi)側(cè)部分的硬度與加熱前大致相等，所以能夠賦予適當(dāng)韌性使其成為耐沖擊的空心部件，同時還能夠獲得較高的耐久性。
[0024]根據(jù)第三方面的發(fā)明，因為將周壁的硬度已提高的那一部分的厚度設(shè)定在周壁總厚度的I / 2以下，所以能夠充分確?？招牟考捻g性并獲得較高的耐久性。
[0025]根據(jù)第四方面的發(fā)明，不增加周壁厚度且不實施整體淬火處理就能夠獲得具有較高耐久性的空心部件。
[0026]根據(jù)第五方面的發(fā)明，因為通過照射激光來進行部分熱處理，所以能夠以較少的能量高效地獲得具有較高耐久性的空心部件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是表示實施方式所涉及的扭力梁式懸架裝置的一部分的立體圖。
[0028]圖2是扭力梁的主視圖。
[0029]圖3是扭力梁的仰視圖。
[0030]圖4是圖3的IV — IV線剖視圖。
[0031]圖5是表示各板材的厚度與硬度之間的關(guān)系的圖表。
[0032]圖6是表示在板厚為2.9mm的情況下激光的能量密度與耐久性之間的關(guān)系的圖表。
[0033]圖7是在板厚為2.3mm的情況下相當(dāng)于圖6的圖?！揪唧w實施方式】
[0034]下面，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細的說明。此外，以下對優(yōu)選實施方式的說明在本質(zhì)上僅為示例而已，并沒有意圖對本發(fā)明、其應(yīng)用的對象或其用途加以限制。
[0035]圖1是表示本發(fā)明的實施方式所涉及的具有扭力梁I的扭力梁式懸架裝置的一部分的圖。該扭力梁式懸架裝置被用于汽車的后輪懸架裝置，其包括扭力梁I以及固定在該扭力梁I的兩端部上并沿車輛前后方向延伸的臂2、2。在各個臂2的靠車輛前端部設(shè)置有襯套3、3，各個臂2經(jīng)由該襯套3、3以能夠沿上下方向擺動的方式安裝在車身上。另一方面，在各個臂2的靠車輛后端部安裝有支承車輪的車輪支承部件4、4。在臂2、2上，分別設(shè)置有支承彈簧(未圖示)的彈簧架5、5。
[0036]所述扭力梁I是形成為沿車寬方向延伸的管狀空心部件。扭力梁I的材料為一般所使用的碳鋼鋼管。該鋼管的厚度為2.9mm。
[0037]扭力梁I兩端側(cè)的剖面為近似圓形，這兩端側(cè)沿著周向的整個一周都焊接在臂2上。另一方面，在扭力梁I長邊方向中間部的下表面，沿長邊方向連續(xù)延伸地形成有朝上方凹進去的凹部10。該凹部10是利用金屬模具擠壓基管(base pipe)而形成的,如圖4所示凹部10的剖面成為朝下敞開的近似U字形或者近似V字形的形狀。
[0038]對扭力梁I的一部分實施部分熱處理。已被實施了部分熱處理的范圍是圖2、圖3中用斜線示出的范圍，并且是圖4中與虛線相對應(yīng)的部分。
[0039]部分熱處理是通過照射規(guī)定激光而加以實施的，具體情況詳見下文。該已被實施了部分熱處理的范圍是容易產(chǎn)生裂縫等的部位，也就是說在本實施方式中，進行的不是對整個扭力梁I實施淬火的整體淬火處理，而是僅對容易產(chǎn)生裂縫等的部位實施熱處理。
[0040]未實施熱處理的部件(非熱處理部件)的周壁的硬度分布如圖5中黑點所示。也就是說，從周壁的外表面到內(nèi)表面大約為210?250Hv (維氏硬度)。非熱處理部件周壁的外表面部的剩余應(yīng)力為大約300MPa的壓應(yīng)力，內(nèi)表面部的剩余應(yīng)力為大約400MPa的拉應(yīng)力。
[0041]已實施了部分熱處理的部位(熱處理部位)的周壁的硬度分布如圖5中白點所示。也就是說，周壁外表面上的A附近為460Hv，從外表面起到深度為0.15mm的B附近硬度逐漸增大，在該B處硬度達到峰值。B處的硬度大約為500Hv，該硬度在非熱處理部件的硬度的2倍以上。從B起到C(距外表面0.6mm的部位)為止硬度逐漸減小，在C處硬度與非熱處理部件的硬度大致相等，約為200Hv。從C起到內(nèi)表面部的D為止的硬度與非熱處理部件的硬度大致相等。按照上述那樣設(shè)定周壁在厚度方向上的硬度分布的方法為激光照射法。
[0042]熱處理部位的周壁的外表面剩余應(yīng)力為大約70MPa的壓應(yīng)力，內(nèi)表面剩余應(yīng)力為大約5MPa的拉應(yīng)力。按照上述那樣使熱處理部位的周壁的剩余應(yīng)力與非熱處理部件的周壁的剩余應(yīng)力相比大幅度下降的方法為激光照射法。
[0043]接著，對上述扭力梁I的制作步驟進行說明。首先，準備基管，利用未圖示出來的金屬模具形成凹部10。然后，如圖2和圖3中斜線所示的那樣，對扭力梁I部分地照射激光來實施部分熱處理。對此時激光的能量密度加以設(shè)定，以保證周壁在厚度方向上的硬度分布如圖5中白點所示的那樣外側(cè)部分的規(guī)定范圍的硬度高于該外側(cè)部分加熱前的硬度及該周壁的內(nèi)側(cè)部分的硬度，并且使周壁的內(nèi)側(cè)部分的剩余應(yīng)力小于非熱處理部件的剩余應(yīng)力。
[0044]對按照上述方法制得的扭力梁I進行耐久性試驗，并參照圖5，在與其它扭力梁做比較的基礎(chǔ)上對該耐久性試驗的結(jié)果進行說明。
[0045]耐久性試驗是通過下述方法進行的，即:預(yù)先固定住兩側(cè)的臂2的前端部，對一個臂2的后端部施加朝下的力使其朝下產(chǎn)生位移，并對另一個臂2的后端部施加朝上的力使其朝上產(chǎn)生位移，然后再對兩個臂2施加朝向與之前的力相反的力使其產(chǎn)生位移。將這一系列的動作計為一次并反復(fù)進行，若在扭力梁I的一部分上產(chǎn)生了裂縫便停止下來。
[0046]所準備的扭力梁包括:本發(fā)明所涉及的已被實施了部分熱處理的扭力梁(本發(fā)明)、未實施任何熱處理的扭力梁(比較例I)、進行了整體淬火使得維氏硬度達到400Hv的扭力梁(比較例2)以及進行了整體淬火使得維氏硬度達到500Hv的扭力梁(比較例3)。
[0047]在比較例I中，因為沒有實施熱處理，所以扭力梁周壁的從外表面部到內(nèi)表面部的硬度與本發(fā)明所涉及的扭力梁I的非熱處理部件的周壁的硬度相等，大約為210?250Hv。比較例I的周壁的外表面部的剩余應(yīng)力為大約300MPa的壓應(yīng)力，內(nèi)表面部的剩余應(yīng)力為大約400MPa的拉應(yīng)力。
[0048]在該比較例I中，經(jīng)過30萬次試驗在周壁的內(nèi)表面部產(chǎn)生了裂縫。
[0049]在比較例2中，扭力梁的周壁的外表面部的硬度大約為280Hv，在距外表面部
0.5mm的S附近的硬度大約為400Hv。從S處到內(nèi)表面的硬度大約為400?420Hv。比較例2的周壁的外表面部的剩余應(yīng)力為大約200MPa的壓應(yīng)力，內(nèi)表面部的剩余應(yīng)力為大約300MPa的拉應(yīng)力。在上述那樣已實施了整體淬火處理的比較例2中，因為內(nèi)表面一側(cè)的冷卻速度比外表面一側(cè)慢，所以在內(nèi)表面部就會產(chǎn)生剩余拉應(yīng)力。
[0050]在該比較例2中，經(jīng)過40萬次試驗在周壁的內(nèi)表面部產(chǎn)生了裂縫。
[0051]在比較例3中，扭力梁的周壁的外表面部的硬度大約為380Hv，在距外表面部
1.5mm的T附近的硬度大約為500Hv。從T處到內(nèi)表面部的硬度大約為500?510Hv。比較例3的周壁的外表面部的剩余應(yīng)力為大約300MPa的壓應(yīng)力，內(nèi)表面部的剩余應(yīng)力為大約200MPa的拉應(yīng)力。
[0052]在該比較例3中，經(jīng)過115萬次試驗在周壁的內(nèi)表面部產(chǎn)生了裂縫。在比較例3中，雖然與比較例1、2相比耐久性得到提高，但是如果扭力梁I整體的硬度為大約500Hv就會缺乏韌性，在例如車輛行駛時障礙物碰到扭力梁I之際，扭力梁I就會由于該沖擊而容易產(chǎn)生破損，因而缺乏實用性。
[0053]相對于上述比較例I?3而言，本發(fā)明所涉及的扭力梁I的耐久性試驗的結(jié)果是:即使進行了超過160萬次的試驗也未發(fā)現(xiàn)有裂縫產(chǎn)生。
[0054]總之，僅進行部分熱處理，保證扭力梁I的外側(cè)部分的規(guī)定范圍的硬度高于該外側(cè)部分加熱前的硬度及該周壁的內(nèi)側(cè)部分的硬度，并使周壁的內(nèi)側(cè)部分的剩余應(yīng)力小于非熱處理部件的剩余應(yīng)力，就能夠獲得在比較例1、2的四倍以上的耐久性。
[0055]在此，參照圖6對進行部分熱處理之際所照射的激光的最佳能量密度進行說明。在圖6的圖表中，橫軸表示Q值，縱軸表示裂縫產(chǎn)生時的試驗次數(shù)。此外，在本說明書中Q值指的是用掃描速度除激光輸出而得到的值。
[0056]圖表中的圓點表示在照射激光并保證實現(xiàn)該Q值地進行部分熱處理的情況下產(chǎn)生了裂縫的試驗次數(shù)，可以看出:若Q值在1.5以上，與非熱處理部件的比較例1(Q值=O，裂縫產(chǎn)生時的試驗次數(shù)=30萬次)相比耐久性獲得了百分之三十以上的顯著提高。進而，當(dāng)Q值在2.8以上且3.1以下時耐久性進一步提高。就Q值的上限來說，若Q值在6.0以上則周壁的外表面部熔化嚴重而會成為不良品，因而Q值是小于6.0的值為好，優(yōu)選為5.0。
[0057]如上所述，可以看出:通過照射激光并保證Q值在1.5以上5.0以下，就能夠獲得圖5所示的本發(fā)明的硬度分布，并能夠降低剩余應(yīng)力。由此，優(yōu)選Q值在1.5以上5.0以下，更優(yōu)選在2.8以上3.1以下。特別是，通過將Q值設(shè)定在3.0附近，裂縫產(chǎn)生時的試驗次數(shù)就會成為接近300萬次的值，部分熱處理的效果就會變得更加顯著。
[0058]還因為只要僅對扭力梁I的一部分照射激光即可，所以與實施整體淬火的情況相比消耗的能量較少，還能減少工作量。
[0059]綜上所述，根據(jù)該實施方式，對扭力梁I的周壁實施部分熱處理，使周壁的外側(cè)部分的硬度高于該外側(cè)部分加熱前的硬度及該周壁的內(nèi)側(cè)部分的硬度，并且使該周壁的內(nèi)側(cè)部分的剩余應(yīng)力減小。由此，即使扭力梁I反復(fù)承受扭力也能夠抑制裂縫等產(chǎn)生，因而不增加周壁的厚度且不實施整體淬火處理就能賦予空心部件較高的耐久性。
[0060]如圖5所示，因為使扭力梁I的周壁的內(nèi)側(cè)部分的硬度與該內(nèi)側(cè)部分加熱前的硬度大致相等，所以能夠賦予適當(dāng)?shù)捻g性而獲得耐沖擊的扭力梁1，同時還能獲得較高的耐久性。
[0061]將扭力梁I周壁的硬度已提高的那一部分的厚度設(shè)定在周壁總厚度的I / 2以下。由此，能夠充分確保扭力梁I的韌性使耐久性進一步提高。扭力梁I周壁的硬度已提高的那一部分的優(yōu)選范圍在周壁總厚度的I/3以下。
[0062]因為是通過照射激光進行了部分熱處理，所以用較少的能量就能夠獲得具有較高耐久性的扭力梁I。
[0063]在改變了扭力梁I的板厚的情況下，也能夠充分獲得利用上述激光所實現(xiàn)的熱處
理效果。
[0064]例如，在將構(gòu)成扭力梁I的鋼管的板厚設(shè)為2.3mm的情況下，若對與板厚為2.9mm的扭力梁相同的部位實施使用激光的熱處理，就可以看出:如圖7所示的那樣耐久性顯著提聞。
[0065]也就是說，在板厚為2.3mm的情況下，因為與板厚為2.9mm的情況相比板厚較薄，所以能夠在激光的最佳能量密度較低的區(qū)域使裂縫產(chǎn)生時的試驗次數(shù)提高?？梢钥闯?若Q值在1.0以上2.0以下，則與非熱處理部件(Q值=0，裂縫產(chǎn)生時的試驗次數(shù)=20萬次)相比耐久性獲得了在百分之三十以上的顯著提高。進而，當(dāng)Q值在1.3以上1.7以下的情況下耐久性進一步提高。就Q值的上限來說，若Q值在4.0以上則周壁的外表面部熔化嚴重而會成為不良品，因而Q值是小于4.0的值為好,優(yōu)選為3.0。
[0066]此外，在上述實施方式中，對將本發(fā)明應(yīng)用于汽車的扭力梁I的情況進行了說明，不過并不局限于此，也可以將本發(fā)明應(yīng)用于例如扭簧、穩(wěn)定桿等，除了汽車部件以外還能將本發(fā)明應(yīng)用于反復(fù)承受扭力的空心部件。
[0067]一產(chǎn)業(yè)實用性一
[0068]綜上所述，本發(fā)明所涉及的空心部件及空心部件的制造方法能夠應(yīng)用于例如汽車的懸架裝置的部件。[0069]—符號說明一
[0070]1扭力梁
[0071]2臂
[0072]3襯套
[0073]4車輪支承部件
[0074]5彈簧架
[0075]10凹部
【權(quán)利要求】
1.一種空心部件，其形成為管狀并承受以中心線為中心的周向上的扭力，其特征在于: 所述空心部件被實施部分熱處理，該部分熱處理是通過對所述空心部件的周壁的一部分進行加熱，使該周壁的外側(cè)部分的硬度高于該外側(cè)部分加熱前的硬度以及該周壁的內(nèi)側(cè)部分的硬度，并且使該周壁的內(nèi)側(cè)部分的剩余應(yīng)力減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心部件，其特征在于: 周壁的內(nèi)側(cè)部分的硬度被設(shè)定成:與該內(nèi)側(cè)部分加熱前的硬度大致相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心部件，其特征在于: 周壁的硬度已提高的外側(cè)部分的厚度被設(shè)定在周壁總厚度的I/2以下。
4.一種空心部件的制造方法，該空心部件形成為管狀并承受以中心線為中心的周向上的扭力，其特征在于: 對所述空心部件實施部分熱處理，該部分熱處理是通過對所述空心部件的周壁的一部分進行加熱，使該周壁的外側(cè)部分的硬度高于該外側(cè)部分加熱前的硬度以及該周壁的內(nèi)側(cè)部分的硬度，并且使該周壁的內(nèi)側(cè)部分的剩余應(yīng)力減小。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空心部件的制造方法，其特征在于: 部分熱處理是通過從空心部件的周壁外側(cè)照射激光進行的。
【文檔編號】C21D1/09GK103648807SQ201280034766
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月14日
【發(fā)明者】枝廣毅志, 芥川紀文, 山根響太郎, 平岡輝久, 保田一美, 安藤誠章, 橋本勝, 安藤友一, 鶴田哲也 申請人:株式會社威泰克, 株式會社富士技研