JP2000225567A - 金属板のショットピーニング方法 - Google Patents

金属板のショットピーニング方法

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JP2000225567A JP11028919A JP2891999A JP2000225567A JP 2000225567 A JP2000225567 A JP 2000225567A JP 11028919 A JP11028919 A JP 11028919A JP 2891999 A JP2891999 A JP 2891999A JP 2000225567 A JP2000225567 A JP 2000225567A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はショットピーニング方法に関し、特
に、曲げ応力を負荷する金属板の表面に、表面硬化処理
を施すことによって、降伏応力を高めてショットピーニ
ング後の疲労強度を向上する方法を提供する。 【解決手段】 予負荷として曲げ応力を負荷するため
に、金属板に曲率を付与する工程と、前記金属板の曲率
部にショットピーニングを施す工程からなり、前記金属
板の曲率部に表面硬化処理が施されていることを特徴と
し、曲げ応力は、金属板をローラーで無端回転させてロ
ーラー巻掛角度によって付与されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はショットピーニング
方法に関し、特に、曲げ応力を負荷する金属板の表面
に、表面硬化処理を施すことによって、降伏応力を高め
てショットピーニング後の疲労強度を向上する方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関等の動力伝達には、無端金属ベ
ルトが使用されている。この金属ベルトでは、繰り返し
の曲げ応力が引張り状態下で負荷されるため、疲労によ
る材料の破壊が問題となる。この対策として、残留応力
の付与による疲労強度の向上が図られている。この分野
の公知技術として、特公平3−77002号公報には、
金属ベルトの疲労強度向上方法として残留応力を付与す
る方法が開示されている。この方法では、金属ベルトを
2つのローラーにより支持し、ベルトとローラーで支持
した曲部にショットピーニングを施すものである。しか
し、この曲部に付与できる残留応力は材料により決ま
り、余り大きくは出来ない。
【0003】また特開平7−276234号公報には、
捻じり応力を付加しながら鋼線に、ショットピーニング
を施し疲労特性を向上させる方法が開示されている。し
かし、この捻り応力は小径の線材には有利であるが、金
属ベルト等では形状から規制される。そこで、金属ベル
トのような、金属板に比較的簡単な方法で、従来法より
向上代の大なる疲労特性の改善方法の開発が望まれてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、金属
板の疲労特性を向上する方法を検討し、金属ベルト等の
金属板に表面処理を施し、曲げ応力を予負荷して、ショ
ットピーニングする方法を提供することにある。また、
本発明の他の目的は、前記表面処理として、疲労特性に
有利な方法を検討し、前処理として表面硬化の表面処理
としての例えば窒化処理等によって、表面部の降伏応力
を高めることによって達成できるショットピーニング方
法を提供することにある。
【0005】さらに、本発明の別の目的は、予負荷とし
て、曲げ応力の付与方法を検討し、金属板をプーリー等
の回転体に巻掛けし、曲率部を付与することによって無
端回転をさせながら当該曲率部にショットピーニングす
る方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、予負荷と
して曲げ応力を負荷するために、金属板に曲率を付与す
る工程と、前記金属板の曲率部にショットピーニングを
施す工程からなり、前記金属板の曲率部に表面硬化処理
が施されていることを特徴とする金属板のショットピー
ニング方法によって達成される。
【0007】また、上記の目的は前記において、曲げ応
力は、金属板をローラーで無端回転させてローラー巻掛
角度によって付与されることを特徴とする金属板のショ
ットピーニング方法によっても達成される。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明では、金属板表面の圧縮残
留応力の層を高いレベルでかつ薄くすることが出来る。
これによって、疲労強度が圧縮の残留応力によって、向
上することになる。また、本発明では曲げによる予負荷
であるために、引張による予負荷に比較して表面近く
で、圧縮残留応力を集中することが出来る。さらに、こ
の曲げによる予負荷の限界が降伏応力によって決まるの
で、表面部の降伏応力を大きくできる表面の硬化処理を
施すことによって、圧縮残留応力を高めることができ
る。このため、本発明では表面硬化による効果と、曲げ
予負荷の効果を最大限に利用することが可能となる。こ
の点について、さらに具体的に説明する。
【0009】ベルト等の金属板のストレスピーニング
(引張予負荷状態でのショットピーニング)の技術的要
点は、前述のように、表面の圧縮残留応力の層をいかに
高レベルでかつ薄くするかにある。これはベルト自体が
一般に厚み0.3mmから0.1mmと極めて薄く、このた
め応力層が厚いと、応力線図が形状的に変形して多重化
してしまうからである。また、残留応力は板厚方向で必
然的につり合うため引張を受け持つ部分が少ないと、十
分な圧縮残留応力が確保されないことになる。疲労強度
は圧縮の残留応力レベルに強い正の相関があるため、こ
れは実用上極めて不利となる。ストレスピーニングの原
理から考えると付与される応力は予負荷レベルに強く依
存している。このため、応力層を薄くするには、発明者
等の実験から引張、または引張+曲げの複合負荷より
も、曲げのみによる方が応力勾配が強くなり、表面に予
負荷を集中させることができることがわかった。
【0010】その結果として、曲げ予負荷と引張予負荷
の板厚方向応力分布状態の違いを図4(a),(b)に
示す。図4(a)の曲げによる予負荷が表面に予負荷が
集中しているのに対し、図4(b)の引張の場合は均等
であることがわかる。また、曲げによる圧縮残留応力の
板厚方向の分布を図1(a)に示す。一方、図1(b)
は同様に引張予負荷によるものである。この場合のショ
ット投射のみの効果はそれぞれ符号1,3で同じであ
る。しかし、予負荷の効果2,4は前者が符号2のよう
に表面近くになるほど大きくなるのに対し、後者は符号
4のように板厚方向に均等であることを示している。こ
の様に曲げによる予負荷は圧縮残留応力を表面に集中さ
せる効果が極めて大きいことがわかる。
【0011】従来より、曲げ疲労強度を要求される金属
ベルト等の金属板では、軟窒化処理等の表面硬化処理を
施されるのが一般的である。図2に、板厚0.19mmの
マルエージング鋼製金属ベルトに、窒化処理を施した場
合の硬さ分布を示した。図2から表面と内部では材質的
な強度に違いがある。ストレスピーニングにおける予負
荷は材料の弾性範囲内であることが前提であるため、引
張予負荷の限界は材料内部の降伏応力によって決まる。
これに対し、曲げ予負荷の場合、負荷応力は内部では小
さいため、表面硬化部の降伏応力によって決定される。
従って、最表面の予負荷限界で比較した場合、曲げの方
が約60%程度高レベルの予負荷応力を付与することが
できる。
【0012】さらに、予負荷の安定性から考慮しても、
治具精度等の影響を受けやすい引張負荷よりも純曲げに
よる負荷の方が、曲率部の曲げ半径Rと板厚のみで予負
荷が決定されるため、安定した負荷が可能である。以下
に、本発明について、実施例の図面に基づいてさらに詳
述する。
【0013】
【実施例】本実施例では、マルエージング鋼製ベルトを
被処理材として、ローラー及びプーリーによって予負荷
を付与しながら、ショットピーニングしたものである。
ショットピーニング条件および予め施される軟窒化処理
条件は次のとおりである。
【0014】ショットピーニング条件として、ショット
球は鋳鋼製、粒径;φ44μm、圧力;0.3MPa 、エ
ア直圧式ショットピーニング装置で、投射時間;35
秒、投射距離;150mmとした。応力レベルは、予負荷
として、引張応力は図3(a)で2kg/mm2 、図3
(b)で0、曲げ応力はともに204kg/mm2 で、残留
圧縮応力は−210kg/mm2とした。なお、従来の未窒
化品引張負荷としては、予負荷146kg/mm2 である。
【0015】軟窒化処理条件は490℃×3hr、N2
ース雰囲気とした。本実施例による板厚0.185mmφ
の金属ベルトの実際の処理例を図3(a),(b)に示
す。図3(b)では、ローラー1(符号9),2(1
0),3(11)が図に示す方向に回転することで処理
部位を送り、ベルト全体に処理を施す。予負荷レベルは
板厚とローラー2(符号10)の半径R2によって決定
される。この時のローラー径はR1,R3 =3.5mm、
2 =4.5mmである。この装置でストレスピーニング
処理を行ったマルエージング鋼製ベルトの疲労強度を調
査した。ベルトには予め軟窒化処理が施され、その硬さ
分布を図2に示す。板厚は0.19mm、幅は12.5mm
である。この図では、横軸は表層からの板厚方向位置を
とったものである。その硬度の傾向は、表面部を高硬度
値を示し、中心部でHv約550の硬度を示し、表層部
はHv900の硬度を示している。その結果では、疲労
強度は引張予負荷のものが未処理に対し5%程度である
のに対し、本発明材では20%の向上効果が確認され
た。
【0016】処理装置としては図3(a)に示す構成も
考えられる。曲げ負荷はプーリー1(符号5)の半径R
1と板厚によって決定される。この時のプーリー径はR
1 4.5mm、R2 =10mmである。この場合、プーリ
ー1(符号5)、または2(6)を回転させてベルトを
送りベルト全体への処理を行うが、ベルトとプーリーが
滑らないための最低限の張力は必要である。この場合曲
げ応力に対し、張力により発生する応力が十分に小さい
ことが必要で、その割合が5%を超えると疲労強度の急
激な低下を招くためそれ以下であることが必要である。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、金属ベルト表面に予め
軟窒化処理を施して、かつ、予負荷として曲げによる圧
縮残留応力のみを表面に集中させることが出来るので当
該ベルトの疲労強度を著しく改善することが出来る。ま
た、その処理方法が簡便であるので、製造効率がよく、
コスト的にも有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る予負荷による残留応力を示し、
(a)曲げ応力、(b)引張応力の場合を示す図であ
る。
【図2】本発明の軟窒化処理による硬度分布を示す図で
ある。
【図3】本発明の実施例の予負荷を示し、(a)プーリ
ーによるもの、(b)ローラーによるものを示す図であ
る。
【図4】予負荷の応力状態を示し、(a)曲げ(弾性範
囲)によるもの(b)引張(弾性範囲)によるものを示
す図である。
【符号の説明】
1…曲げ時のショットブラストによる残留応力 2…曲げ予負荷による残留応力 3…引張り時のショットブラストによる残留応力 4…引張予負荷による残留応力 5…プーリー1 6…プーリー2 7…ショット 8…ノズル 9…ローラー1 10…ローラー2 11…ローラー3 12…金属ベルト

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 予負荷として曲げ応力を負荷するため
    に、金属板に曲率を付与する工程と、該金属板の曲率部
    にショットピーニングを施す工程からなり、該金属板の
    曲率部に表面硬化処理が施されていることを特徴とする
    金属板のショットピーニング方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、曲げ応力は、金属板
    をローラーで無端回転させてローラー巻掛角度によって
    付与されることを特徴とする金属板のショットピーニン
    グ方法。
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