JPH09279229A - 鋼製ワークの表面処理方法 - Google Patents
鋼製ワークの表面処理方法Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- C21D9/02—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for springs
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 微細投射材使用のショットピーニングで一層
の疲労特性の向上を図ること。 【解決手段】 ２０〜１００μｍの多数の硬質金属粒子
を、鋼製ワークの表面へ８０ｍ／ｓｅｃ以上の衝突速度
で投射する。その際、衝突によるワーク表面の昇温限界
を１５０℃よりも高温であって、鋼の回復再結晶とオー
ステナイト化を引き起こす温度よりは低温となるように
衝突速度を制御する。
の疲労特性の向上を図ること。 【解決手段】 ２０〜１００μｍの多数の硬質金属粒子
を、鋼製ワークの表面へ８０ｍ／ｓｅｃ以上の衝突速度
で投射する。その際、衝突によるワーク表面の昇温限界
を１５０℃よりも高温であって、鋼の回復再結晶とオー
ステナイト化を引き起こす温度よりは低温となるように
衝突速度を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微細金属粒子の高
速ショットピーニングによる鋼製ワークの表面処理方法
に関する。
速ショットピーニングによる鋼製ワークの表面処理方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンの弁ばねやクラッチばね等のコ
イルばねは、耐疲労性が要求されるため、通常、ショッ
トピーニング処理される。このショットピーニングには
鋼製金属粒子（鋼球またはカットワイヤ）が使用される
が、その大きさは一般的には０．６〜０．８ｍｍであ
る。このように比較的大きな金属粒子を速度１００ｍ／
ｓｅｃよりも遅い速度で投射しているが、これだけでは
ワーク表面の圧縮残留応力、表面粗さ、表面硬さの程度
が不十分な場合がある。そこで、このような場合には
０．２〜０．３ｍｍの比較的小さな金属粒子を１００ｍ
／ｓｅｃ以下で投射する二回目のショットピーニングを
施し、圧縮残留応力、表面粗さ、表面硬さを改善するこ
とも行われている。また、このようなショットピーニン
グを、ワークを１５０〜４００℃に加熱した状態で実施
して、耐疲労性を一段と向上させる方法も知られてい
る。
イルばねは、耐疲労性が要求されるため、通常、ショッ
トピーニング処理される。このショットピーニングには
鋼製金属粒子（鋼球またはカットワイヤ）が使用される
が、その大きさは一般的には０．６〜０．８ｍｍであ
る。このように比較的大きな金属粒子を速度１００ｍ／
ｓｅｃよりも遅い速度で投射しているが、これだけでは
ワーク表面の圧縮残留応力、表面粗さ、表面硬さの程度
が不十分な場合がある。そこで、このような場合には
０．２〜０．３ｍｍの比較的小さな金属粒子を１００ｍ
／ｓｅｃ以下で投射する二回目のショットピーニングを
施し、圧縮残留応力、表面粗さ、表面硬さを改善するこ
とも行われている。また、このようなショットピーニン
グを、ワークを１５０〜４００℃に加熱した状態で実施
して、耐疲労性を一段と向上させる方法も知られてい
る。
【０００３】一般に、投射材の粒径が大きくなるに従い
ワークの表層に形成される圧縮残留応力の領域は深くな
るので、表層皮下の深さ０．２〜０．５ｍｍに散在する
非金属介在物、例えば、粒径２０〜４０μｍのＡｌ2 Ｏ
3 やＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 （スピネル）の塊からの疲労折
損の防止に対しては、６００〜８００μｍの大きさの投
射材が有効である。
ワークの表層に形成される圧縮残留応力の領域は深くな
るので、表層皮下の深さ０．２〜０．５ｍｍに散在する
非金属介在物、例えば、粒径２０〜４０μｍのＡｌ2 Ｏ
3 やＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 （スピネル）の塊からの疲労折
損の防止に対しては、６００〜８００μｍの大きさの投
射材が有効である。
【０００４】しかし、投射材が大きくなると表面の凹凸
（表面粗さ）が大きくなり、特に、投射速度が大きくな
るに従いそのような傾向が加速されるため、ワークの表
面近傍からの折損が起こりやすくなる。
（表面粗さ）が大きくなり、特に、投射速度が大きくな
るに従いそのような傾向が加速されるため、ワークの表
面近傍からの折損が起こりやすくなる。
【０００５】そこで、最初に６００〜８００μｍの投射
材を使用してショットピーニングを行い、その後、２０
０〜３００μｍ程度の小粒径の投射材を使用してショッ
トピーニングを行って表面からの疲労折損を防止する、
いわゆる二段ショット法も実用されている。
材を使用してショットピーニングを行い、その後、２０
０〜３００μｍ程度の小粒径の投射材を使用してショッ
トピーニングを行って表面からの疲労折損を防止する、
いわゆる二段ショット法も実用されている。
【０００６】一方、４０〜２００μｍの微細投射材を１
００ｍ／ｓｅｃ以上で高速投射してワーク表面をＡ3 変
態点以上に昇温させる表面処理法も提案されている（特
公平２ −１７６０７号）。この処理法は、Ａ3 変態点
以上の昇温熱処理によるワーク表面付近の組織変化と、
ショットピーニングによる高圧縮残留応力とによって、
極めて高い表面硬度と疲労強度を得ることを目的として
いる。
００ｍ／ｓｅｃ以上で高速投射してワーク表面をＡ3 変
態点以上に昇温させる表面処理法も提案されている（特
公平２ −１７６０７号）。この処理法は、Ａ3 変態点
以上の昇温熱処理によるワーク表面付近の組織変化と、
ショットピーニングによる高圧縮残留応力とによって、
極めて高い表面硬度と疲労強度を得ることを目的として
いる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような高
速投射ではワーク表層部に局部的な高速断熱剪断変形帯
（adiavatic shear band）が生じやすく、特に断熱剪断
変形箇所でマルテンサイトやベイナイトなどの過冷組織
が局所的に発生すると、そこでの折損の可能性が高くな
り、ワークの疲労特性に悪影響を与える。
速投射ではワーク表層部に局部的な高速断熱剪断変形帯
（adiavatic shear band）が生じやすく、特に断熱剪断
変形箇所でマルテンサイトやベイナイトなどの過冷組織
が局所的に発生すると、そこでの折損の可能性が高くな
り、ワークの疲労特性に悪影響を与える。
【０００８】本発明の目的は、微細投射材使用のショッ
トピーニングでの一層の疲労特性の向上を図ることにあ
る。
トピーニングでの一層の疲労特性の向上を図ることにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】一般的に弁ばね等に実施
されている０．６〜０．８ｍｍの投射材使用のショット
ピーニングでは、最表層から数十μｍの深さ位置に圧縮
残留応力と硬さのピークができ、これは表層皮下の非金
属介在物からの折損を防止する上では有効であるが、表
面粗さの点で問題が残ることは既述した。このように耐
疲労性は圧縮残留応力、表面粗さ、硬度、非金属介在物
など様々な要因と複雑に関係しており、特定の要因のみ
に着目して対策しても耐疲労性を効果的に向上させるこ
とはできない。
されている０．６〜０．８ｍｍの投射材使用のショット
ピーニングでは、最表層から数十μｍの深さ位置に圧縮
残留応力と硬さのピークができ、これは表層皮下の非金
属介在物からの折損を防止する上では有効であるが、表
面粗さの点で問題が残ることは既述した。このように耐
疲労性は圧縮残留応力、表面粗さ、硬度、非金属介在物
など様々な要因と複雑に関係しており、特定の要因のみ
に着目して対策しても耐疲労性を効果的に向上させるこ
とはできない。
【００１０】本発明者らは、ショットピーニング時のワ
ークの表面温度に着目し、この表面温度を、セメンタイ
ト（Ｆｅ3 Ｃ）の溶解度が室温よりも増大する１５０゜
Ｃ以上であって、かつ、鋼の回復再結晶とオーステナイ
ト化を引き起こす温度よりは低温となるように、２０〜
１００μｍの多数の硬質金属粒子を、鋼製ワークの表面
へ８０ｍ／ｓｅｃ以上の所定速度に制御して衝突させる
ようにした。
ークの表面温度に着目し、この表面温度を、セメンタイ
ト（Ｆｅ3 Ｃ）の溶解度が室温よりも増大する１５０゜
Ｃ以上であって、かつ、鋼の回復再結晶とオーステナイ
ト化を引き起こす温度よりは低温となるように、２０〜
１００μｍの多数の硬質金属粒子を、鋼製ワークの表面
へ８０ｍ／ｓｅｃ以上の所定速度に制御して衝突させる
ようにした。
【００１１】２０〜１００μｍの微細硬質金属粒子が８
０ｍ／ｓｅｃ以上もの高速で鋼製ワークの表面に衝突す
ると、ワークの表層中のセメンタイトが細かく破砕され
ると共に、衝突によるワーク表面の塑性変形によって生
じる発熱によって破砕セメンタイトが１５０℃以上に昇
温され、これによりセメンタイトの溶解度が上昇し、破
砕セメンタイトの一部が分解し、セメンタイトの結晶格
子から飛出し自由になった炭素原子が、衝突による塑性
変形で出来たα鉄中の転位箇所に偏析するいわゆるコッ
トレル雰囲気の形成による転位の固着によって転位運動
を妨げ、降伏強さが強化される。このようなメカニズム
によってワークの最表層部が硬化する。また本発明は、
２０〜１００μｍの微細金属粒子を使用するから表面粗
さを滑らかに維持でき、かつ、圧縮残留応力と硬さのピ
ークを最表層側に寄せて、かつ、大きな値で形成するこ
とができるから、転位の固着効果と相俟って耐疲労性が
向上する。
０ｍ／ｓｅｃ以上もの高速で鋼製ワークの表面に衝突す
ると、ワークの表層中のセメンタイトが細かく破砕され
ると共に、衝突によるワーク表面の塑性変形によって生
じる発熱によって破砕セメンタイトが１５０℃以上に昇
温され、これによりセメンタイトの溶解度が上昇し、破
砕セメンタイトの一部が分解し、セメンタイトの結晶格
子から飛出し自由になった炭素原子が、衝突による塑性
変形で出来たα鉄中の転位箇所に偏析するいわゆるコッ
トレル雰囲気の形成による転位の固着によって転位運動
を妨げ、降伏強さが強化される。このようなメカニズム
によってワークの最表層部が硬化する。また本発明は、
２０〜１００μｍの微細金属粒子を使用するから表面粗
さを滑らかに維持でき、かつ、圧縮残留応力と硬さのピ
ークを最表層側に寄せて、かつ、大きな値で形成するこ
とができるから、転位の固着効果と相俟って耐疲労性が
向上する。
【００１２】ただし、転位固着は温度依存性が大きいた
め、微細粒子の衝突によるワーク表面の高温側昇温限界
は、転位固着の上限温度である４５０℃以下にするとよ
い。
め、微細粒子の衝突によるワーク表面の高温側昇温限界
は、転位固着の上限温度である４５０℃以下にするとよ
い。
【００１３】なお、１００μｍよりも大きな粒子では、
８０ｍ／ｓｅｃ以上の高速投射をしてもセメンタイトの
破砕片の細かさが十分でなく、表面の残留応力と硬さお
よび疲労強度改善効果が顕著ではない。また、２０μｍ
未満の微細な粒子では、空気その他のガスを担体として
投射しても８０ｍ／ｓｅｃ以上の高速投射は困難であ
る。
８０ｍ／ｓｅｃ以上の高速投射をしてもセメンタイトの
破砕片の細かさが十分でなく、表面の残留応力と硬さお
よび疲労強度改善効果が顕著ではない。また、２０μｍ
未満の微細な粒子では、空気その他のガスを担体として
投射しても８０ｍ／ｓｅｃ以上の高速投射は困難であ
る。
【００１４】また、０．６ｍｍ〜０．８ｍｍの投射材に
よる第１段ショット後に、０．２〜０．３ｍｍの投射材
による第２段ショットを実施した後、さらに第３段ショ
ットとして、本発明による微細粒子による高速ショット
ピーニングを施すと、表層皮下の比較的浅い所から深い
所まで広い深さ範囲でしかも大きな値で圧縮残留応力を
付与することができ、また表面粗さと表面硬さも微細粒
子の投射で改善されるから、さらに良い耐疲労特性改善
効果が得られる。
よる第１段ショット後に、０．２〜０．３ｍｍの投射材
による第２段ショットを実施した後、さらに第３段ショ
ットとして、本発明による微細粒子による高速ショット
ピーニングを施すと、表層皮下の比較的浅い所から深い
所まで広い深さ範囲でしかも大きな値で圧縮残留応力を
付与することができ、また表面粗さと表面硬さも微細粒
子の投射で改善されるから、さらに良い耐疲労特性改善
効果が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき説
明する。本発明で使用する投射材（ショット）は、２０
〜１００μｍの硬質金属粒子であり、普通は鋼球または
カットワイヤである。このような微細金属粒子を鋼製ワ
ークである例えば弁ばねやクラッチばねの表面へ８０ｍ
／ｓｅｃ以上で衝突させる。このような微細粒子の高速
投射はインペラー投射もしくは空気その他のガスを担体
として投射する。ショットピーニングの程度は、本発明
ではカバレージで１００％以上にする。１００％以上の
何％までいっているかはショット時間から比例計算す
る。
明する。本発明で使用する投射材（ショット）は、２０
〜１００μｍの硬質金属粒子であり、普通は鋼球または
カットワイヤである。このような微細金属粒子を鋼製ワ
ークである例えば弁ばねやクラッチばねの表面へ８０ｍ
／ｓｅｃ以上で衝突させる。このような微細粒子の高速
投射はインペラー投射もしくは空気その他のガスを担体
として投射する。ショットピーニングの程度は、本発明
ではカバレージで１００％以上にする。１００％以上の
何％までいっているかはショット時間から比例計算す
る。
【００１６】投射速度が大きくなるに従いワークの表面
温度が上昇するが、本発明ではこの昇温の下限と上限を
規制している。すなわち、最低昇温限を１５０℃とし、
最大昇温限界を鋼の回復再結晶とオーステナイト化を引
き起こす温度よりも低温に規制している。ワークの表面
温度は、投射する金属粒子の大きさ、速度、投射時間
と、ワークの種類によってほぼ一義的に決まるので、こ
れら諸条件と温度間の関係を予め制御用データとして集
積しておき、このデータに基づいて投射時間と投射速度
の制御をする。
温度が上昇するが、本発明ではこの昇温の下限と上限を
規制している。すなわち、最低昇温限を１５０℃とし、
最大昇温限界を鋼の回復再結晶とオーステナイト化を引
き起こす温度よりも低温に規制している。ワークの表面
温度は、投射する金属粒子の大きさ、速度、投射時間
と、ワークの種類によってほぼ一義的に決まるので、こ
れら諸条件と温度間の関係を予め制御用データとして集
積しておき、このデータに基づいて投射時間と投射速度
の制御をする。
【００１７】また、表層皮下の非金属介在物からの折損
予防効果を強化するためには、本発明の微細粒子のショ
ットピーニングと１００μｍよりも大きな投射材を使用
する従来のショットピーニングとを組合せたいわゆる多
段ショットとするのが望ましい。例えば２段ショットと
して、鋼製ワークの表面に１００μｍ〜１．０ｍｍのシ
ョット粒子を投射してワークの表面から０．０５ｍｍ〜
０．５ｍｍの深さ位置に圧縮残留応力を付与した後、本
発明の微細粒子のショットピーニング処理を施す。ま
た、３段ショットとして、弁ばねやクラッチばね等のコ
イルばねに、３００μｍ以上のショット粒子を投射し、
次に１００μｍを越え３００μｍ未満のショット粒子を
投射してワークの表面粗さと圧縮残留応力を改善した
後、本発明の微細粒子のショットピーニング処理を施
す。
予防効果を強化するためには、本発明の微細粒子のショ
ットピーニングと１００μｍよりも大きな投射材を使用
する従来のショットピーニングとを組合せたいわゆる多
段ショットとするのが望ましい。例えば２段ショットと
して、鋼製ワークの表面に１００μｍ〜１．０ｍｍのシ
ョット粒子を投射してワークの表面から０．０５ｍｍ〜
０．５ｍｍの深さ位置に圧縮残留応力を付与した後、本
発明の微細粒子のショットピーニング処理を施す。ま
た、３段ショットとして、弁ばねやクラッチばね等のコ
イルばねに、３００μｍ以上のショット粒子を投射し、
次に１００μｍを越え３００μｍ未満のショット粒子を
投射してワークの表面粗さと圧縮残留応力を改善した
後、本発明の微細粒子のショットピーニング処理を施
す。
【００１８】厚みが比較的薄い例えば薄板ばね等のワー
クに対しては、ワーク内部の応力勾配が急になり深い所
まで圧縮残留応力を付与する必要性がないことから、比
較的細かい例えば２０μｍ〜６０μｍの金属粒子を投射
するのが望ましい。
クに対しては、ワーク内部の応力勾配が急になり深い所
まで圧縮残留応力を付与する必要性がないことから、比
較的細かい例えば２０μｍ〜６０μｍの金属粒子を投射
するのが望ましい。
【００１９】また、圧縮残留応力を特に増大させる必要
があるワークに対しては、ワークに外応力を作用させた
状態でのいわゆるストレスピーニングを施すとよい。
があるワークに対しては、ワークに外応力を作用させた
状態でのいわゆるストレスピーニングを施すとよい。
【００２０】弁ばねやクラッチばね等では、ばね単体を
ショットピーニングした後に冷間または温間セッティン
グして残留応力を付与し、へたりを防止することができ
る。
ショットピーニングした後に冷間または温間セッティン
グして残留応力を付与し、へたりを防止することができ
る。
【００２１】また、必要に応じて、１００μｍ以下、望
ましくは２０〜６０μｍ以下の金属粒子による高速ショ
ットを施したばねを、例えば２３０℃で低温テンパーす
る。ただし、本発明の微細粒子のショットピーニングに
よれば、ワーク表面のみを例えば１５０〜４５０℃に昇
温させた後冷却させる一種の部分低温テンパーが可能で
あるから、ワークの表層は低温テンパーによる靱性向上
が必要だが、中心部は特に必要でないワークに対して
は、この低温テンパーを省略することも可能である。
ましくは２０〜６０μｍ以下の金属粒子による高速ショ
ットを施したばねを、例えば２３０℃で低温テンパーす
る。ただし、本発明の微細粒子のショットピーニングに
よれば、ワーク表面のみを例えば１５０〜４５０℃に昇
温させた後冷却させる一種の部分低温テンパーが可能で
あるから、ワークの表層は低温テンパーによる靱性向上
が必要だが、中心部は特に必要でないワークに対して
は、この低温テンパーを省略することも可能である。
【００２２】
（１）実施例１と比較例１に使用した鋼製ワークは、
４．５ｍｍφ、ＪＩＳ ＳＷ０ＳＣＶのコイルばねであ
る。 （実施例１）次の２段ショットピーニングを施した。
４．５ｍｍφ、ＪＩＳ ＳＷ０ＳＣＶのコイルばねであ
る。 （実施例１）次の２段ショットピーニングを施した。
【００２３】第１段ショット ０．６ｍｍφのカットワイヤを、衝突速度ｖ＝７０ｍ／
ｓｅｃ、カバレージ３００％に設定して投射した。
ｓｅｃ、カバレージ３００％に設定して投射した。
【００２４】第２段ショット ０．３ｍｍφのスチールショットを、衝突速度ｖ＝８０
ｍ／ｓｅｃ、カバレージ２００％に設定して投射した。
ｍ／ｓｅｃ、カバレージ２００％に設定して投射した。
【００２５】第３段ショット 平均４０μｍのスチールショットを、衝突速度ｖ＝１８
０ｍ／ｓｅｃ、カバレージ４００％に設定して投射し
た。
０ｍ／ｓｅｃ、カバレージ４００％に設定して投射し
た。
【００２６】この第３段ショットで、ワークの表面温度
の上限を１５０〜４５０℃の間に制御した。
の上限を１５０〜４５０℃の間に制御した。
【００２７】疲労強度 繰り返し回数＝３×１０7 回まで星型試験機を用いて行
った。
った。
【００２８】この結果、疲労強度＝６８６±６３７（Ｍ
Ｐａ）であった。 （比較例１） 第１段ショット ０．６ｍｍφのカットワイヤを、衝突速度ｖ＝７０ｍ／
ｓｅｃ、カバレージ３００％に設定して投射した。
Ｐａ）であった。 （比較例１） 第１段ショット ０．６ｍｍφのカットワイヤを、衝突速度ｖ＝７０ｍ／
ｓｅｃ、カバレージ３００％に設定して投射した。
【００２９】第２段ショット ０．３ｍｍφのスチールショットを、衝突速度ｖ＝８０
ｍ／ｓｅｃ、カバレージ２００％に設定して投射した。
ｍ／ｓｅｃ、カバレージ２００％に設定して投射した。
【００３０】との各ショットで、ワークの表面温度
の上限を１５０〜４５０℃の間に制御した。
の上限を１５０〜４５０℃の間に制御した。
【００３１】疲労強度 繰り返し回数＝３×１０7 回まで星型試験機を用いて行
った。
った。
【００３２】この結果、疲労強度＝６８６±５８８（Ｍ
Ｐａ）であった。 （疲労強度の比較） 実施例１の疲労強度…６８６±６３７（ＭＰａ） 比較例１の疲労強度…６８６±５８８（ＭＰａ） 実施例１の方が、６３７−５８８＝４９（ＭＰａ）だけ
疲労強度が上がったことが分かる。 （２）実施例２と比較例２に使用した鋼製ワークは、弁
ばね用Ｓｉ−Ｃｒ鋼を冷間圧延した薄板から作った２０
０個の薄板成形ばねである。
Ｐａ）であった。 （疲労強度の比較） 実施例１の疲労強度…６８６±６３７（ＭＰａ） 比較例１の疲労強度…６８６±５８８（ＭＰａ） 実施例１の方が、６３７−５８８＝４９（ＭＰａ）だけ
疲労強度が上がったことが分かる。 （２）実施例２と比較例２に使用した鋼製ワークは、弁
ばね用Ｓｉ−Ｃｒ鋼を冷間圧延した薄板から作った２０
０個の薄板成形ばねである。
【００３３】この薄板成形ばねは詳しくは次の工程で製
作される。
作される。
【００３４】弁ばね用Ｓｉ−Ｃｒ鋼の表面皮削り→鉛パ
テンティング（焼鈍）→酸洗い→伸線→平圧延材（断面
寸法１．４ｍｍ厚×５．５ｍｍ幅、平均断面硬さＨｖ＝
５４０）→コイリング （実施例２） 次のショットピーニングを施した。
テンティング（焼鈍）→酸洗い→伸線→平圧延材（断面
寸法１．４ｍｍ厚×５．５ｍｍ幅、平均断面硬さＨｖ＝
５４０）→コイリング （実施例２） 次のショットピーニングを施した。
【００３５】０．０５ｍｍφのスチールショットを、圧
縮エアによって衝突速度ｖ＝１８０ｍ／ｓｅｃ、カバレ
ージ１００％以上、投射時間ｔ＝１３秒に設定して投射
した。
縮エアによって衝突速度ｖ＝１８０ｍ／ｓｅｃ、カバレ
ージ１００％以上、投射時間ｔ＝１３秒に設定して投射
した。
【００３６】この際、ワークの表面温度の上限を１５０
〜４５０℃の間に制御した。
〜４５０℃の間に制御した。
【００３７】疲労強度 疲労限を１０8 回とし、平均応力＝振幅応力の条件で片
振り疲労試験を行った結果、σmax ＝１６５ｋｇｆ／ｍ
ｍ2 であった。 （比較例２） 次のショットピーニングを施した。
振り疲労試験を行った結果、σmax ＝１６５ｋｇｆ／ｍ
ｍ2 であった。 （比較例２） 次のショットピーニングを施した。
【００３８】０．３ｍｍφのスチールショットを、イン
ペラーによって、衝突速度ｖ＝８０ｍ／ｓｅｃ、カバレ
ージ１００％以上、投射時間ｔ＝３０分に設定して投射
した。
ペラーによって、衝突速度ｖ＝８０ｍ／ｓｅｃ、カバレ
ージ１００％以上、投射時間ｔ＝３０分に設定して投射
した。
【００３９】この際、本発明ではワークの表面温度の上
限を１５０〜４５０℃の間に制御した。
限を１５０〜４５０℃の間に制御した。
【００４０】疲労強度 疲労限を１０8 回とし、平均応力＝振幅応力の条件で片
振り疲労試験を行った結果、σmax ＝１２５ｋｇｆ／ｍ
ｍ2 であった。 （疲労強度の比較）実施例２の方が、１６５−１２５＝
４０ｋｇｆ／ｍｍ2 だけ疲労強度が上がったことが分か
る。 （３）Ｘ線回析 実施例２の０．０５ｍｍφの微細ショットを施したウェ
ーブスプリングと、比較例２の０．３ｍｍφのスチール
ショットを施したウェーブスプリングの各表層に、Ｘ線
（Ｃｕｋα線）を照射してＸ線回析を行った。
振り疲労試験を行った結果、σmax ＝１２５ｋｇｆ／ｍ
ｍ2 であった。 （疲労強度の比較）実施例２の方が、１６５−１２５＝
４０ｋｇｆ／ｍｍ2 だけ疲労強度が上がったことが分か
る。 （３）Ｘ線回析 実施例２の０．０５ｍｍφの微細ショットを施したウェ
ーブスプリングと、比較例２の０．３ｍｍφのスチール
ショットを施したウェーブスプリングの各表層に、Ｘ線
（Ｃｕｋα線）を照射してＸ線回析を行った。
【００４１】その結果、ショット前の圧延ないしばね成
形したワーク表面（圧延面）には、α鉄を圧延した時に
通常発達する｛２００｝＜１１０＞集合組織が発達して
いるすなわち、圧延面に平行に｛２００｝面が優先的に
配向し、圧延方向に＜１１０＞方位が優先的に配向して
いる。
形したワーク表面（圧延面）には、α鉄を圧延した時に
通常発達する｛２００｝＜１１０＞集合組織が発達して
いるすなわち、圧延面に平行に｛２００｝面が優先的に
配向し、圧延方向に＜１１０＞方位が優先的に配向して
いる。
【００４２】しかし、これに実施例２と比較例２のショ
ットをそれぞれ施すと、圧延面上にはα鉄の｛１１０｝
面が優先配向し、圧延状態では存在した＜１１０＞方向
（圧延方向）の優先方位が消滅することが分かった。
ットをそれぞれ施すと、圧延面上にはα鉄の｛１１０｝
面が優先配向し、圧延状態では存在した＜１１０＞方向
（圧延方向）の優先方位が消滅することが分かった。
【００４３】ここで注目すべき点は、本発明による微細
ショットよりも、従来のショットの方が、投射によるα
鉄の｛１１０｝集合組織がよく発達していることであ
る。この理由は、従来法においては３０分間の長時間シ
ョット投射によりショットのカバレージが十分大きく、
多数のショットが繰り返し投射され、その累積効果によ
って集合組織がよく発達したものと考えられるが、本発
明の場合、ショット投射時間はわずか１３秒であり、カ
バレージは１００％以上となっているものの、従来ショ
ットよりも集合組織の発達が小さいことが主原因と考え
られる。
ショットよりも、従来のショットの方が、投射によるα
鉄の｛１１０｝集合組織がよく発達していることであ
る。この理由は、従来法においては３０分間の長時間シ
ョット投射によりショットのカバレージが十分大きく、
多数のショットが繰り返し投射され、その累積効果によ
って集合組織がよく発達したものと考えられるが、本発
明の場合、ショット投射時間はわずか１３秒であり、カ
バレージは１００％以上となっているものの、従来ショ
ットよりも集合組織の発達が小さいことが主原因と考え
られる。
【００４４】同じＸ線回析測定の結果で、α鉄の（１１
０）（２００）（２１１）のピークの位置は、巨視的残
留応力生成によるわずかな変化は認められるものの、マ
ルテンサイト生成によるような大幅なピーク位置の変化
はない。しかし、実施例２の方が比較例２よりもこれら
回析ピーク位置の変化は大きく、表層により大きな圧縮
残留応力が生成することも判明した。
０）（２００）（２１１）のピークの位置は、巨視的残
留応力生成によるわずかな変化は認められるものの、マ
ルテンサイト生成によるような大幅なピーク位置の変化
はない。しかし、実施例２の方が比較例２よりもこれら
回析ピーク位置の変化は大きく、表層により大きな圧縮
残留応力が生成することも判明した。
【００４５】また、走査電子顕微鏡による表層組織観察
で、表層から数μｍの深さまでは実施例２と比較例２は
同様の金属組織を呈しており、実施例２にマルテンサイ
ト組織や断熱剪断変形帯は認められない。従って、実施
例２のショット処理は適切な条件でなされているといえ
る。
で、表層から数μｍの深さまでは実施例２と比較例２は
同様の金属組織を呈しており、実施例２にマルテンサイ
ト組織や断熱剪断変形帯は認められない。従って、実施
例２のショット処理は適切な条件でなされているといえ
る。
【００４６】また、表層部の硬さ分布を求めた結果と、
電子顕微鏡観察結果と、残留応力測定結果のいずれにお
いても、実施例２は比較例２よりもショットピーニング
の効果が比較的浅い領域に止まっているが効果は大き
い。
電子顕微鏡観察結果と、残留応力測定結果のいずれにお
いても、実施例２は比較例２よりもショットピーニング
の効果が比較的浅い領域に止まっているが効果は大き
い。
【００４７】
【発明の効果】本発明は前述した如く、投射粒子の小径
化によって、ショットピーニングの効果が比較的浅い領
域に止まるものの、表層の加工硬化による硬さ上昇と、
圧縮残留応力をより大きく付与することができ、表層の
粗さも小さくなって表面の凹みによる応力集中が小さく
なり、これらの相乗効果で非常に良好な耐疲労性を得る
ことができるものであり、特に、ワーク表面の昇温限界
を１５０℃よりも高温であって鋼の回復再結晶とオース
テナイト化を引き起こす温度よりは低温に制御しつつ衝
突させるから、断熱剪断変形帯およびマルテンサイトや
ベイナイトなどの過冷組織が発生することがなく、また
微細粒子の使用によりセメンタイトの破砕細分化を促進
させて大規模な遊離炭素原子の生成と転位固着により降
伏強さを強化できるから、従来のショットピーニングに
比べて耐疲労性を大きく向上させることができる。
化によって、ショットピーニングの効果が比較的浅い領
域に止まるものの、表層の加工硬化による硬さ上昇と、
圧縮残留応力をより大きく付与することができ、表層の
粗さも小さくなって表面の凹みによる応力集中が小さく
なり、これらの相乗効果で非常に良好な耐疲労性を得る
ことができるものであり、特に、ワーク表面の昇温限界
を１５０℃よりも高温であって鋼の回復再結晶とオース
テナイト化を引き起こす温度よりは低温に制御しつつ衝
突させるから、断熱剪断変形帯およびマルテンサイトや
ベイナイトなどの過冷組織が発生することがなく、また
微細粒子の使用によりセメンタイトの破砕細分化を促進
させて大規模な遊離炭素原子の生成と転位固着により降
伏強さを強化できるから、従来のショットピーニングに
比べて耐疲労性を大きく向上させることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 凱朗 京都府京都市右京区梅津西浦町14番地 サ ンコール株式会社内 (72)発明者 石田 雅昭 愛知県豊田市三軒町４丁目１番地 サンコ ール株式会社豊田工場内 (72)発明者 宇津巻 和宏 京都府京都市右京区梅津西浦町14番地 サ ンコール株式会社内
Claims (10)
- 【請求項１】 ２０〜１００μｍの多数の硬質金属粒子
を、鋼製ワークの表面へ８０ｍ／ｓｅｃ以上の衝突速度
であって、かつ、衝突によるワーク表面の昇温限界を１
５０℃よりも高温であって鋼の回復再結晶を引き起こす
温度よりは低温に制御しつつ衝突させることを特徴とす
る鋼製ワークの表面処理方法。 - 【請求項２】 前記昇温限界の高温側を転位固着の上限
温度としたことを特徴とする請求項１記載の鋼製ワーク
の表面処理方法。 - 【請求項３】 空気その他のガスを担体として前記金属
粒子を投射することを特徴とする請求項１記載の鋼製ワ
ークの表面処理方法。 - 【請求項４】 鋼製ワークの表面に１００μｍ〜１．０
ｍｍのショット粒子を投射してワークの表面から０．０
５ｍｍ〜０．５ｍｍの深さ表面領域に圧縮残留応力を付
与した後、請求項１記載の表面処理を施すことを特徴と
する鋼製ワークの表面処理方法。 - 【請求項５】 弁ばねやクラッチばね等のコイルばね
に、３００μｍを越える寸法のショット粒子を１００ｍ
／ｓｅｃ以上で投射し、次に１００μｍを越え３００μ
ｍ以下のショット粒子を投射してワークの表面粗さと圧
縮残留応力を改善した後、請求項１記載の表面処理を施
すことを特徴とする鋼製ワークの表面処理方法。 - 【請求項６】 ２０μｍ〜６０μｍの金属粒子を薄板ば
ねの表面に投射することを特徴とする請求項１記載の鋼
製ワークの表面処理方法。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか記載の表面処理
を、鋼製ワークの表面に外応力を作用させた状態で行う
鋼製ワークの表面処理方法。 - 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか記載の表面処理
を施した鋼製ワークを、冷間または温間セッティングす
ることを特徴とする鋼製ワークの表面処理方法。 - 【請求項９】 請求項１〜８のいずれか記載の表面処理
を施した鋼製ワークを、低温テンパーすることを特徴と
する鋼製ワークの表面処理方法。 - 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれか記載の表面処
理を施したばね。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8092786A JPH09279229A (ja) | 1996-04-15 | 1996-04-15 | 鋼製ワークの表面処理方法 |
| KR1019970013076A KR100324088B1 (ko) | 1996-04-15 | 1997-04-09 | 강철제공작물의표면처리방법 |
| US08/842,566 US5816088A (en) | 1996-04-15 | 1997-04-15 | Surface treatment method for a steel workpiece using high speed shot peening |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8092786A JPH09279229A (ja) | 1996-04-15 | 1996-04-15 | 鋼製ワークの表面処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09279229A true JPH09279229A (ja) | 1997-10-28 |
Family
ID=14064113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8092786A Pending JPH09279229A (ja) | 1996-04-15 | 1996-04-15 | 鋼製ワークの表面処理方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5816088A (ja) |
| JP (1) | JPH09279229A (ja) |
| KR (1) | KR100324088B1 (ja) |
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