CN111278602A - 喷丸硬化方法 - Google Patents

Abstract

本申请的喷丸硬化方法具备：作为第一阶段，将规定的粒径的第一投射材料投射至金属制品的表面的工序；以及在所述第一阶段之前，作为前一阶段，将粒径为所述第一投射材料的粒径的一半以下的第二投射材料投射至所述金属制品的表面的工序。

Description

喷丸硬化方法

技术领域

本申请主张2017年12月22日申请的日本申请第2017－246720号的优先权，并且通过参照将其全文引用于本说明书。

本公开内容涉及一种喷丸硬化(shot peening)方法。

背景技术

以往，在需要疲劳强度的金属制品，例如齿轮、弹簧等中，若表面粗糙度大，则有时会因表面粗糙度所引起的裂纹而使金属制品的疲劳强度降低。

对此，提出了一种通过喷丸硬化加工而使金属制品的表面粗糙度降低的方法。但是，在金属制品的表面存在起伏的情况下，不易改善表面粗糙度。

因此，提出了：在部件表面存在起伏等大的凹凸的情况下，首先实施比较强的第一阶段的喷丸硬化加工，以使金属制品的表面粗糙度或峰值计数值比金属制品表面初始大，就是说变得比表面的初始状态粗糙，在第二阶段的喷丸硬化加工中，与第一阶段相比，使投射速度慢，或者使投射材料粒径小，或者使投射材料硬度降低而同等程度地使粗糙的面变得平滑(参照日本特开2002－361559号公报)。

发明内容

发明所要解决的问题

在上述现有技术的情况下，若以改善金属制品的处理面的表面粗糙度为目标而进一步增加阶段数，则虽然会改善金属制品的表面粗糙度，但有时会产生金属制品的表面的压缩残余应力发生恶化等不良情况。

本公开内容考虑到上述事实，提供一种使阶段数增加而改善金属制品的表面粗糙度，并且防止在金属制品产生的压缩残余应力的恶化的喷丸硬化方法。

用于解决问题的方案

方案1所述的技术方案的喷丸硬化方法具备：作为第一阶段，将规定的粒径的第一投射材料投射至金属制品的表面的工序；以及在所述第一阶段之前，作为前一阶段，将粒径为所述第一投射材料的粒径的一半以下的第二投射材料投射至所述金属制品的表面的工序。

在该喷丸硬化方法中，在作为第一阶段将规定的粒径的第一投射材料投射至金属制品的表面之前，作为前一阶段将粒径为第一投射材料的粒径的一半以下的第二投射材料投射至金属制品的表面。通过该投射，能抑制使金属制品的表面粗糙度恶化，并且使金属制品的表面硬化。因此，能抑制因第一阶段以后的投射引起的金属制品的表面粗糙度的恶化，改善金属制品的表面粗糙度。

另一方面，最终阶段(在第一阶段以后存在多个阶段的情况下为最后阶段，在仅存在第一阶段的情况下为第一阶段)的投射材料没有变更，因此会防止赋予金属制品的压缩残余应力发生恶化。

对于方案2所述的技术方案的喷丸硬化方法而言，在方案1所述的技术方案的喷丸硬化方法中，所述第二投射材料的粒径为0.3mm以下，该第二投射材料的维氏硬度大于等于所述金属制品的维氏硬度减去100。

若第二投射材料的维氏硬度比金属制品的维氏硬度低100以上，则即使作为前一阶段将第二投射材料投射至金属制品，也无法充分地使金属制品的表面加工硬化。其结果是，恐怕会因作为第一阶段将第一投射材料投射至金属制品的表面而金属制品的表面粗糙度发生恶化。

然而，若第二投射材料的维氏硬度大于等于金属制品的维氏硬度减去100，则通过前一阶段的投射而金属制品的表面充分地加工硬化，能充分地抑制因第一阶段以后的投射引起的金属制品的表面粗糙度的恶化。

此外，第二投射材料的粒径为0.3mm以下，因此会通过前一阶段的投射而抑制金属制品的表面粗糙度发生恶化。

对于方案3所述的技术方案的喷丸硬化方法而言，在方案1或2所述的技术方案的喷丸硬化方法中，所述前一阶段的覆盖率为300％以上。

在该喷丸硬化方法中，前一阶段的覆盖率为300％以上，因此能通过前一阶段的投射而稳定地使金属制品的表面加工硬化。

对于方案4所述的技术方案的喷丸硬化方法而言，在方案1～3中任一项所述的技术方案的喷丸硬化方法中，所述金属制品为经过热处理的制品，维氏硬度为600以上。

对于未经过热处理的金属制品的表面而言，通过投射实现的加工硬化小。因此，该喷丸硬化方法应用于经过热处理且维氏硬度为600以上的金属制品的表面。由此，会充分地达成通过前一阶段的投射实现的金属制品的表面的加工硬化。

对于方案5所述的技术方案的喷丸硬化方法而言，在方案1～4中任一项所述的技术方案的喷丸硬化方法中，在所述第一阶段之后，作为第二阶段，将具有比所述第一投射材料的粒径小的粒径的第三投射材料投射至所述金属制品的表面。

在该喷丸硬化方法中，在作为第一阶段将第一投射材料投射至金属制品的表面后，将粒径比第一投射材料的粒径小的第三投射材料投射至金属制品的表面，因此，与在第一阶段的投射中结束加工的情况相比较，会进一步改善金属制品的表面粗糙度，并且会改善压缩残余应力。

发明效果

方案1或2所述的技术方案的喷丸硬化方法采用了上述构成，因此，能使阶段数增加而改善表面粗糙度，并且防止赋予金属制品的压缩残余应力的恶化。

方案3、4所述的技术方案的喷丸硬化方法采用了上述构成，因此，能通过前一阶段的投射充分地对金属制品的表面进行加工硬化。

方案5所述的技术方案的喷丸硬化方法采用了上述构成，因此，能使阶段数增加而改善表面粗糙度，并且改善赋予金属制品的压缩残余应力。

附图说明

图1是一个实施方式的喷丸硬化装置的概略构成图。

图2的(A)、(B)是表示第一试验的投射条件的表。

图3是表示作为第一试验结果的各试验片的算术平均粗糙度Ra的图表。

图4是表示作为第一试验结果的各试验片的最大高度Rz的图表。

图5是表示作为第一试验结果的各试验片的最大截面高度Pt的图表。

图6是表示作为第一试验结果的各试验片的十点平均粗糙度Rzjis的图表。

图7是表示第一试验的NO.1～NO.3的试验片的距表面的深度与压缩残余应力的关系的曲线图。

图8是表示第一试验的NO.4～NO.6的试验片的距表面的深度与压缩残余应力的关系的曲线图。

图9的(A)、(B)是表示第二试验的投射条件的表。

图10是表示作为第二试验结果的各试验片的算术平均粗糙度Ra的图表。

图11是表示作为第二试验结果的各试验片的最大高度Rz的图表。

图12是表示作为第二试验结果的各试验片的最大截面高度Pt的图表。

图13是表示作为第二试验结果的各试验片的十点平均粗糙度Rzjis的图表。

图14是表示第二试验的NO.7～NO.9的试验片的距表面的深度与压缩残余应力的关系的曲线图。

具体实施方式

参照图1～图14，对本公开内容的一个实施方式的喷丸硬化方法进行说明。

[构成]

首先，对应用喷丸硬化方法的(空气式)喷丸硬化装置10进行说明。

如图1所示，喷丸硬化装置10具有：投射室12，将投射材料S投射至试验片T；加压室14，设于投射室12的下方，使投射材料S与空气混合；以及供给软管18，将在加压室14中混合的投射材料S和空气供给至投射室12，从装配于顶端的喷嘴16投射至试验片T。

此外，在投射室12设有旋转轴20，该旋转轴20构成为能在顶端装配试验片T，并设为能旋转。而且，在投射室12的下方设有锥形部22，该锥形部22将投射出的投射材料S供给至加压室14。

即为如下构成：与在加压室14中加压后的空气混合的投射材料S从喷嘴16的顶端被投射至支承于旋转轴20的试验片T。

[作用]

为了对本实施方式的喷丸硬化方法的作用进行说明，以下，针对比较例和实施例，进行了第一试验、第二试验。需要说明的是，第一试验、第二试验中的试验片、投射材料、投射条件是共同的。此外，图3～图6、图10～图13的未处理表示的是试验片T的表面的投射前的状态。

(试验内容)

1.试验片

试验片T为铬钼钢SCM420H(JIS标准)(真空渗碳淬火)，初始表面粗糙度Ra为0.4μm左右，表面硬度(维氏硬度)为HV700左右。此外，试验片T为直径25mm且长度100mm的圆柱体。

2.投射材料

投射材料S可使用以下三种投射材料。

(1)由铁系的材质构成，直径0.6mm且维氏硬度HV650～750

(2)由铁系的材质构成，直径0.1mm且维氏硬度HV700～830

(3)由铁系的材质构成，直径0.05mm且维氏硬度HV900～950

有时将(1)～(3)的投射材料在附图等中分别记载为“大”、“中”、“小”。

3.投射条件

如图2(A)和图9(A)所示，对于空气压力而言，在投射材料“小”、“中”时为0.2MPa，在投射材料“大”时为0.3MPa。此外，对于覆盖率而言，在后述的前一阶段为300％或500％，在第一阶段和第二阶段分别为300％。

4.第一试验的内容

如图2(B)所示，对于NO.1～6，按各自的投射的顺序将各投射材料投射至试验片T的表面，对该被投射的试验片T的表面求出算术平均粗糙度Ra(参照图3)、最大高度Rz(参照图4)、最大截面高度Pt(参照图5)、十点平均粗糙度Rzjis(参照图6)，并且计测出赋予该试验片T的压缩残余应力(参照图7、图8)。需要说明的是，NO.1、4为比较例，NO.2、3、5、6为实施例。

首先，将NO.1与NO.2、3相比较。确认到：在NO.1中，对于试验片T，作为第一阶段仅对投射材料“大”进行投射，相对于此，在NO.2、3中，通过在投射材料“大”之前作为前一阶段对投射材料“小”进行投射，试验片T的算术平均粗糙度Ra、最大高度Rz、最大截面高度Pt、十点平均粗糙度Rzjis得到改善(参照图3～图6)。

认为是由于：作为前一阶段对粒径(0.05mm)为第一阶段的投射材料“大”的粒径(0.6mm)的一半(0.3mm)以下的投射材料“小”进行投射，因此，能抑制在第一阶段的投射材料“大”被投射前使试验片T的表面粗糙度变粗糙，并且使表面加工硬化。

此外，认为是由于：在前一阶段被投射的投射材料“小”的维氏硬度为HV900，试验片T的维氏硬度HV700－HV100＝HV600以上，因此通过前一阶段的投射能充分地使试验片T的表面加工硬化。

即，认为是由于：抑制了因第一阶段的投射材料“大”的投射而使试验片T的算术平均粗糙度Ra变粗糙、最大高度Rz、最大截面高度Pt变大、十点平均粗糙度Rzjis变粗糙。

此外，与NO.1相比较，NO.2、3追加了前一阶段，但如图7所示，未观察到赋予试验片T的压缩残余应力的恶化。

这是由于，赋予试验片T的压缩残余应力取决于最终阶段(在NO.1～3中为第一阶段)的投射材料“大”的粒径。在此，NO.2、3仅仅是对于NO.1追加了前一阶段，因此最终阶段(在NO.1～3中为第一阶段)为投射材料“大”，这与NO.1相同。因此，会防止赋予NO.2、3的试验片T的压缩残余应力与NO.1相比较发生恶化。

而且，当将NO.2与NO.3相比较时，确认到：通过使前一阶段的投射材料“小”的覆盖率从300％变为500％，试验片T的算术平均粗糙度Ra、最大高度Rz、最大截面高度Pt、十点平均粗糙度Rzjis得到进一步改善(参照图3～图6)。

接着，将在第一阶段对投射材料“大”进行投射、在第二阶段对投射材料“中”进行投射的作为比较例的NO.4与在之前作为前一阶段追加了投射材料“小”的NO.5、6相比较。在该情况下，也确认到：与NO.4相比较，NO.5、6的试验片T的算术平均粗糙度Ra、最大高度Rz、最大截面高度Pt、十点平均粗糙度Rzjis更加得到改善(参照图3～图6)。特别是，当将NO.2与NO.3相比较时，确认到：通过使前一阶段的投射材料“小”的覆盖率从300％变为500％，试验片T的算术平均粗糙度Ra、最大高度Rz、最大截面高度Pt、十点平均粗糙度Rzjis得到进一步改善(参照图3～图6)。

此外，与NO.4相比较，NO.5、6追加了前一阶段，但如图8所示，未观察到赋予试验片T的压缩残余应力的恶化。

认为该NO.4～6的试验结果也与NO.1～3为同样的理由。

5.第二试验内容

第二试验也与第一试验同样地进行，但NO.7～9是将第一试验的NO.4～NO.6中的第二阶段的投射材料“中”变更为投射材料“小”的试验。即，是将前一阶段和第二阶段的投射材料设为投射材料“小”而相同的试验。对于该NO.7～9，按各自的投射的顺序将各投射材料投射至试验片T，对该被投射的试验片T求出算术平均粗糙度Ra(参照图10)、最大高度Rz(参照图11)、最大截面高度Pt(参照图12)、十点平均粗糙度Rzjis(参照图13)，并且计测出赋予该试验片T的压缩残余应力(参照图14)。需要说明的是，NO.7为比较例，NO.8、9为实施例。

需要说明的是，NO.7在第一阶段的投射材料“大”之后，作为第二阶段将投射材料“小”投射至金属制品的表面，因此抑制了算术平均粗糙度Ra(参照图10)、最大高度Rz(参照图11)、最大截面高度Pt(参照图12)、十点平均粗糙度Rzjis(参照图13)。

接着，将对于试验片T作为第一阶段对投射材料“大”进行投射、作为第二阶段对投射材料“小”进行投射的NO.7与在投射材料“大”之前进一步作为前一阶段对投射材料“小”进行投射的NO.8、9相比较。确认到：与NO.7相比较，NO.8、9的试验片T的算术平均粗糙度Ra、最大高度Rz、最大截面高度Pt、十点平均粗糙度Rzjis得到改善(参照图10～图13)。特别是，当将NO.8与NO.9相比较时，确认到：通过使前一阶段的投射材料“小”的覆盖率从300％变为500％，试验片T的算术平均粗糙度Ra、最大高度Rz、最大截面高度Pt、十点平均粗糙度Rzjis得到进一步改善(参照图10～图13)。

此外，与NO.7相比较，NO.8、9追加了前一阶段，但如图14所示，未观察到赋予试验片T的压缩残余应力的恶化。

认为该NO.7～9的试验结果也与NO.1～3为同样的理由。

(其他)

本实施方式的喷丸硬化方法应用于空气式的喷丸硬化装置10，但只要是将投射材料投射至试验片T的喷丸硬化方法，也可以应用于其他装置。

Claims (5)

1.一种喷丸硬化方法，其具备：

作为第一阶段，将规定的粒径的第一投射材料投射至金属制品的表面的工序；以及

在所述第一阶段之前，作为前一阶段，将粒径为所述第一投射材料的粒径的一半以下的第二投射材料投射至所述金属制品的表面的工序。

2.根据权利要求1所述的喷丸硬化方法，其中，

所述第二投射材料的粒径为0.3mm以下，该第二投射材料的维氏硬度大于等于所述金属制品的维氏硬度减去100。

3.根据权利要求1所述的喷丸硬化方法，其中，

所述前一阶段的覆盖率为300％以上。

4.根据权利要求1所述的喷丸硬化方法，其中，

所述金属制品为经过热处理的制品，维氏硬度为600以上。

5.根据权利要求1所述的喷丸硬化方法，其中，

在所述第一阶段之后，作为第二阶段，将具有比所述第一投射材料的粒径小的粒径的第三投射材料投射至所述金属制品的表面。

Images