JP2002301663A - アルミニウム鋳物の疲労強度向上方法 - Google Patents
アルミニウム鋳物の疲労強度向上方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 表面の面粗さを低下させることなく表面硬さ
の向上と圧縮残留応力の導入を可能にしたアルミニウム
鋳物の疲労強度向上方法を提供する 【解決手段】 ショットピーニングによるアルミニウム
鋳物の広強度向上方法であって、一段ショットピーニン
グの場合は、アークハイトが約0.05mmNであり、
二段ショットピーニングの場合は、一回目のアークハイ
トが約0.25mmNであり、二回目のアークハイトが
約0.12mmNであるショットピーニングを施すアル
ミニウム鋳物の疲労強度向上方法。
の向上と圧縮残留応力の導入を可能にしたアルミニウム
鋳物の疲労強度向上方法を提供する 【解決手段】 ショットピーニングによるアルミニウム
鋳物の広強度向上方法であって、一段ショットピーニン
グの場合は、アークハイトが約0.05mmNであり、
二段ショットピーニングの場合は、一回目のアークハイ
トが約0.25mmNであり、二回目のアークハイトが
約0.12mmNであるショットピーニングを施すアル
ミニウム鋳物の疲労強度向上方法。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
鋳物の疲労強度を向上させる方法に関する。
鋳物の疲労強度を向上させる方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、環境問題の観点から、自動車の軽
量化が極めて強く求められ、自動車部品にアルミニウム
合金を用いることが広く採用され始めている。自動車部
品として使用するには、耐応力腐食割れ性に優れたアル
ミニウム合金が必要であるとして、例えば、特開平5‐
320838号公報に示されるような、アルミニウム合
金にショットピーニング処理を施すことが提案されてい
る。この方法は、アルミニウム合金材料に所定の加工を
施し、次いで、これにAスケールのアークハイトが0.
05〜0.4mmとなるようにショットピーニングを施
す方法である。
量化が極めて強く求められ、自動車部品にアルミニウム
合金を用いることが広く採用され始めている。自動車部
品として使用するには、耐応力腐食割れ性に優れたアル
ミニウム合金が必要であるとして、例えば、特開平5‐
320838号公報に示されるような、アルミニウム合
金にショットピーニング処理を施すことが提案されてい
る。この方法は、アルミニウム合金材料に所定の加工を
施し、次いで、これにAスケールのアークハイトが0.
05〜0.4mmとなるようにショットピーニングを施
す方法である。
【0003】ここで、アークハイトとは、ショットピー
ニング強度を示すものであり、Nスケール、Aスケー
ル、Cスケールの測定手法があり、その詳細は、上記公
報に開示されている。
ニング強度を示すものであり、Nスケール、Aスケー
ル、Cスケールの測定手法があり、その詳細は、上記公
報に開示されている。
【0004】しかしながら、上記ニーズに対応するため
には、耐応力腐食割れ性の観点だけではなく、自動車部
品の軽量化に対応して疲労強度を格段に向上させること
が必要である。
には、耐応力腐食割れ性の観点だけではなく、自動車部
品の軽量化に対応して疲労強度を格段に向上させること
が必要である。
【0005】疲労強度の向上方法には次の2通りの方法
がある。(a)表面部硬さの向上、(b)圧縮残留応力
の導入。上記2方法を満たす方法として、ショットピー
ニングがある。しかし、自動車の軽量化の流れに応じて
多用される方向にあるアルミニウム鋳物にショットピー
ニングを適用して疲労強度を向上させるには、従来のシ
ョットピーニングではショット粒径が大きくショットの
エネルギが大きくなり、硬さが低いアルミニウム鋳物に
は、通常のショットピーニングでは表面の面粗さの著し
い低下をまねき、適用することができなかった。
がある。(a)表面部硬さの向上、(b)圧縮残留応力
の導入。上記2方法を満たす方法として、ショットピー
ニングがある。しかし、自動車の軽量化の流れに応じて
多用される方向にあるアルミニウム鋳物にショットピー
ニングを適用して疲労強度を向上させるには、従来のシ
ョットピーニングではショット粒径が大きくショットの
エネルギが大きくなり、硬さが低いアルミニウム鋳物に
は、通常のショットピーニングでは表面の面粗さの著し
い低下をまねき、適用することができなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記問題点に鑑み、本
発明は、アルミニウム合金鋳物の表面粗さの低下させる
ことなく、疲労強度を向上させるアルミニウム鋳物の疲
労強度向上方法を提供することを目的とする。さらに、
本発明は、アルミニウム合金鋳物の表面の面粗さを低下
させることなく、表面硬さの向上と圧縮残留応力の導入
を可能にしたアルミニウム鋳物の疲労強度向上方法を提
供することを目的とする。
発明は、アルミニウム合金鋳物の表面粗さの低下させる
ことなく、疲労強度を向上させるアルミニウム鋳物の疲
労強度向上方法を提供することを目的とする。さらに、
本発明は、アルミニウム合金鋳物の表面の面粗さを低下
させることなく、表面硬さの向上と圧縮残留応力の導入
を可能にしたアルミニウム鋳物の疲労強度向上方法を提
供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、アルミニウム
鋳物の疲労強度向上方法であって、アークハイトが約
0.05mmNである一段ショットピーニングを施すこ
とを特徴とする。
鋳物の疲労強度向上方法であって、アークハイトが約
0.05mmNである一段ショットピーニングを施すこ
とを特徴とする。
【0008】本発明は、アルミニウム鋳物の疲労強度向
上方法であって、一回目のアークハイトが約0.25m
mNであり、二回目のアークハイトが約0.12mmN
である二段ショットピーニングを施すことを特徴とす
る。
上方法であって、一回目のアークハイトが約0.25m
mNであり、二回目のアークハイトが約0.12mmN
である二段ショットピーニングを施すことを特徴とす
る。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
に基づいて詳細に説明する。
【0010】本発明にかかるアルミニウム合金鋳物の強
化方法の効果を知るための試験に用いた試供材の形状
を、図1に示す。供試材は、アルミニウム合金鋳物AC
4Cである。この供試材として、T6処理をしたもの
と、未処理のもの(以下、生材という)の2種類の試験
片を用意した。
化方法の効果を知るための試験に用いた試供材の形状
を、図1に示す。供試材は、アルミニウム合金鋳物AC
4Cである。この供試材として、T6処理をしたもの
と、未処理のもの(以下、生材という)の2種類の試験
片を用意した。
【0011】試験片は、アルミニウム合金鋳物AD4C
を用い、図示の形状とした。すなわち、試験片の各寸法
は、厚さ3mm、長さa:90mm、幅b:30mm、
狭窄部の幅c:10mm、狭窄部の長さd:39mm、
端部から狭窄部端部までの長さe:25.5mm、端部
から固定穴の中心までの長さf:12.5mm、固定穴
の中心間隔g:18mm、幅方向の端部から固定穴の中
心まで長さh:6mmとした。
を用い、図示の形状とした。すなわち、試験片の各寸法
は、厚さ3mm、長さa:90mm、幅b:30mm、
狭窄部の幅c:10mm、狭窄部の長さd:39mm、
端部から狭窄部端部までの長さe:25.5mm、端部
から固定穴の中心までの長さf:12.5mm、固定穴
の中心間隔g:18mm、幅方向の端部から固定穴の中
心まで長さh:6mmとした。
【0012】エアノズル式のショットピーニング装置を
用いて、図2に示す条件で、この試供材の表面に微粒子
ショットピーニング処理を施した。ピーニング処理とし
ては、1段ショットによるピーニングと、2段ショット
によるピーニングとした。
用いて、図2に示す条件で、この試供材の表面に微粒子
ショットピーニング処理を施した。ピーニング処理とし
ては、1段ショットによるピーニングと、2段ショット
によるピーニングとした。
【0013】一段ショットによるピーニングは、ショッ
ト粒子として粒径45μmのセラミックス(900HV)
を用い、投射圧0.3MPa、投射距離300mm、カ
バレージ300%、アークハイト0.05mmNの条件
とした。なお、本発明におけるアークハイトはNスケー
ルであり、mmNで表わす。
ト粒子として粒径45μmのセラミックス(900HV)
を用い、投射圧0.3MPa、投射距離300mm、カ
バレージ300%、アークハイト0.05mmNの条件
とした。なお、本発明におけるアークハイトはNスケー
ルであり、mmNで表わす。
【0014】二段ショットによるピーニングは、初段の
ショット粒子として粒径200μmのステンレス鋼(3
00HV)を用い、投射圧0.45MPa、投射距離1
00mm、カバレージ300%、アークハイト0.25
mmNの条件とした。
ショット粒子として粒径200μmのステンレス鋼(3
00HV)を用い、投射圧0.45MPa、投射距離1
00mm、カバレージ300%、アークハイト0.25
mmNの条件とした。
【0015】二段ショットによる次段のピーニングは、
ショット粒子として粒径45μmのセラミックス(90
0HV)を用い、投射圧0.4MPa、投射距離100
mm、カバレージ300%、アークハイト0.12mm
Nの条件とした。
ショット粒子として粒径45μmのセラミックス(90
0HV)を用い、投射圧0.4MPa、投射距離100
mm、カバレージ300%、アークハイト0.12mm
Nの条件とした。
【0016】この条件で、各試験片にショットピーニン
グを行ない、それぞれの試験片に対して、残留応力の測
定と、疲労試験を行った。微小部X線応力測定機を用い
て残留応力を測定した。平面曲げ疲労試験機を用いて疲
労試験を実行した。応力比は、R=0とした。
グを行ない、それぞれの試験片に対して、残留応力の測
定と、疲労試験を行った。微小部X線応力測定機を用い
て残留応力を測定した。平面曲げ疲労試験機を用いて疲
労試験を実行した。応力比は、R=0とした。
【0017】図3を用いて、微粒子を用いたショットピ
ーニング前後の残留応力値を示す。ここでは、AC4C
合金鋳物生材を前者といい、T6処理したAC4C合金
鋳物を後者という。前者は、圧縮残留応力が、微粒子シ
ョットピーニング前で58MPa、一段ピーニング処理
すると−110MPa、二段ピーニング処理すると−5
8MPaとなった。後者は、圧縮残留応力が、微粒子シ
ョットピーニング前で25MPa、一段ピーニング処理
すると−112MPa、二段処理すると−53MPaと
なった。
ーニング前後の残留応力値を示す。ここでは、AC4C
合金鋳物生材を前者といい、T6処理したAC4C合金
鋳物を後者という。前者は、圧縮残留応力が、微粒子シ
ョットピーニング前で58MPa、一段ピーニング処理
すると−110MPa、二段ピーニング処理すると−5
8MPaとなった。後者は、圧縮残留応力が、微粒子シ
ョットピーニング前で25MPa、一段ピーニング処理
すると−112MPa、二段処理すると−53MPaと
なった。
【0018】すなわち、AC4C合金鋳物生材、T6処
理AC4C合金鋳物材ともに、微粒子ショットピーニン
グ処理前では引張残留応力となっている。それに対し
て、微粒子ショットピーニング処理後では、AC4C合
金鋳物生材、T6処理AC4C合金鋳物材ともに、一段
ピーニングでは約110MPa、二段ピーニングでは約
50Mpaの圧縮残留応力が付与されている。
理AC4C合金鋳物材ともに、微粒子ショットピーニン
グ処理前では引張残留応力となっている。それに対し
て、微粒子ショットピーニング処理後では、AC4C合
金鋳物生材、T6処理AC4C合金鋳物材ともに、一段
ピーニングでは約110MPa、二段ピーニングでは約
50Mpaの圧縮残留応力が付与されている。
【0019】微粒子ショットピーニングによる硬さの変
化を図4を用いて説明する。AC4C合金鋳物生材(前
者)とT6処理したAC4C合金鋳物材(後者)の微粒子
ショットピーニング前の硬さは表面から内部に向かって
ほぼ一様で、それぞれ約60〜70HV、約70〜75
HVである。これに対し、微粒子ショットピーニングを
施すと表面の硬さの向上が見られる。特に、二段ピーニ
ングでは硬さの向上が顕著に見られ、母材に対し約30
〜50HV向上した。一段ピーニングでは母材に比べ、
硬さが約20HV程度向上した。
化を図4を用いて説明する。AC4C合金鋳物生材(前
者)とT6処理したAC4C合金鋳物材(後者)の微粒子
ショットピーニング前の硬さは表面から内部に向かって
ほぼ一様で、それぞれ約60〜70HV、約70〜75
HVである。これに対し、微粒子ショットピーニングを
施すと表面の硬さの向上が見られる。特に、二段ピーニ
ングでは硬さの向上が顕著に見られ、母材に対し約30
〜50HV向上した。一段ピーニングでは母材に比べ、
硬さが約20HV程度向上した。
【0020】微粒子ショットピーニングによる表面粗さ
の変化を図5を用いて説明する。微粒子ショットピーニ
ング前の表面粗さは、十点平均粗さRZで2μmであ
る。それに対し、セラミックスビーズのみを用いた一段
ピーニングでは、RZが6μmに低下した。さらに、一
段目に粒径0.2mmのステンレスビーズを用い、二段
目に粒径0.045mmのセラミックスビーズを用いた
二段目ピーニングではR Zが24μmと著しく低下し
た。
の変化を図5を用いて説明する。微粒子ショットピーニ
ング前の表面粗さは、十点平均粗さRZで2μmであ
る。それに対し、セラミックスビーズのみを用いた一段
ピーニングでは、RZが6μmに低下した。さらに、一
段目に粒径0.2mmのステンレスビーズを用い、二段
目に粒径0.045mmのセラミックスビーズを用いた
二段目ピーニングではR Zが24μmと著しく低下し
た。
【0021】図6および図7を用いて、微粒子ショット
ピーニングによる疲労強度の向上について説明する。図
7は、微粒子ショットピーニングを施したAC4C合金
鋳物生材の疲労試験結果を示す。荷重条件は、応力比R
=0の完全片振りである。107回での繰り返し応力を
疲労限とした。微粒子ショットピーニングを施す前の未
ショット材の疲労限は、51Mpaである。それに対し
て、セラミックスビーズのみを用いた一段ピーニングを
施すと疲労限が62Mpaとなり、未ショット材と比較
して約22%向上した。また、一段目にステンレスビー
ズを用い、二段目にセラミックスビーズを用いた二段ピ
ーニングでは疲労限が65Mpaとなり、未ショット材
と比較して約27%向上した。微粒子ショットピーニン
グにより疲労限が向上した理由は、微粒子ショットピー
ニングにより表面部に圧縮残留応力を導入したことおよ
び表面部の硬さが向上したことによるものと考えられ
る。
ピーニングによる疲労強度の向上について説明する。図
7は、微粒子ショットピーニングを施したAC4C合金
鋳物生材の疲労試験結果を示す。荷重条件は、応力比R
=0の完全片振りである。107回での繰り返し応力を
疲労限とした。微粒子ショットピーニングを施す前の未
ショット材の疲労限は、51Mpaである。それに対し
て、セラミックスビーズのみを用いた一段ピーニングを
施すと疲労限が62Mpaとなり、未ショット材と比較
して約22%向上した。また、一段目にステンレスビー
ズを用い、二段目にセラミックスビーズを用いた二段ピ
ーニングでは疲労限が65Mpaとなり、未ショット材
と比較して約27%向上した。微粒子ショットピーニン
グにより疲労限が向上した理由は、微粒子ショットピー
ニングにより表面部に圧縮残留応力を導入したことおよ
び表面部の硬さが向上したことによるものと考えられ
る。
【0022】図7は、微粒子ショットピーニングを施し
たT6処理を施したAC4C合金鋳物材の疲労試験結果
を示す。微粒子ショットピーニングを施す前の未ショッ
ト材の疲労限は、65Mpaである。それに対して一段
ピーニングを施すと疲労限が77Mpaとなり、未ショ
ット材と比較して約18%向上した。また、二段ピーニ
ングでは疲労限が83Mpaとなり、未ショット材とし
て比較して約28%向上した。AC4C合金鋳物生材と
比較してT6処理を施したAC4C合金鋳物材の方が疲
労限が高いが、これはT6処理により、組織が微細化し
たためであると考えられる。
たT6処理を施したAC4C合金鋳物材の疲労試験結果
を示す。微粒子ショットピーニングを施す前の未ショッ
ト材の疲労限は、65Mpaである。それに対して一段
ピーニングを施すと疲労限が77Mpaとなり、未ショ
ット材と比較して約18%向上した。また、二段ピーニ
ングでは疲労限が83Mpaとなり、未ショット材とし
て比較して約28%向上した。AC4C合金鋳物生材と
比較してT6処理を施したAC4C合金鋳物材の方が疲
労限が高いが、これはT6処理により、組織が微細化し
たためであると考えられる。
【0023】以上のように、アルミニウム合金の表面に
本発明による微粒子ショットピーニング処理を施すこと
によって、表面の硬さが母材と比べ20〜100HV程
度向上し、また、表面に圧縮残留応力(−50〜−11
0Mpa)も導入できる。これにより、微粒子ショット
ピーニングを行っていない物と比べ、約30%程度の疲
労強度の向上が図れた。
本発明による微粒子ショットピーニング処理を施すこと
によって、表面の硬さが母材と比べ20〜100HV程
度向上し、また、表面に圧縮残留応力(−50〜−11
0Mpa)も導入できる。これにより、微粒子ショット
ピーニングを行っていない物と比べ、約30%程度の疲
労強度の向上が図れた。
【0024】
【発明の効果】アルミニウム合金鋳物AC4Cの疲労強
度を向上させることを目的として、試験片に本発明によ
る微粒子ショットピーニングを施し、残留応力、硬さ、
疲労強度等を調査した結果、以下のような結論が得られ
た。 (1)微粒子ショットピーニングにより、アルミニウム
合金の表面に圧縮残留応力を導入することができた。 (2)微粒子ショットピーニングにより表面部の硬さ
が、一段ピーニングでは約20HV、二段ピーニングで
は30〜50HV程度向上した。 (3)微粒子ショットピーニングにより疲労限が20〜
30%向上した。
度を向上させることを目的として、試験片に本発明によ
る微粒子ショットピーニングを施し、残留応力、硬さ、
疲労強度等を調査した結果、以下のような結論が得られ
た。 (1)微粒子ショットピーニングにより、アルミニウム
合金の表面に圧縮残留応力を導入することができた。 (2)微粒子ショットピーニングにより表面部の硬さ
が、一段ピーニングでは約20HV、二段ピーニングで
は30〜50HV程度向上した。 (3)微粒子ショットピーニングにより疲労限が20〜
30%向上した。
【0025】このことにより、アルミニウム合金鋳物の
疲労強度を向上させる強化方法およびその方法を実施す
るための装置を提供することができた。さらに、アルミ
ニウム合金鋳物の表面の面粗さを低下させることなく、
表面硬さの向上と圧縮残留応力の導入を可能にしたアル
ミニウム合金鋳物の疲労強度を向上させる強化方法およ
びその方法を実施するための装置を提供することができ
た。
疲労強度を向上させる強化方法およびその方法を実施す
るための装置を提供することができた。さらに、アルミ
ニウム合金鋳物の表面の面粗さを低下させることなく、
表面硬さの向上と圧縮残留応力の導入を可能にしたアル
ミニウム合金鋳物の疲労強度を向上させる強化方法およ
びその方法を実施するための装置を提供することができ
た。
【図1】 本発明のアルミニウム鋳物の疲労強度向上方
法の効果を確認するための試験片の形状を説明する図。
法の効果を確認するための試験片の形状を説明する図。
【図2】 本発明のアルミニウム鋳物の疲労強度向上方
法のピーニング条件を説明する表図。
法のピーニング条件を説明する表図。
【図3】 本発明のアルミニウム鋳物の疲労強度向上方
法による圧縮残留応力を説明する表図。
法による圧縮残留応力を説明する表図。
【図4】 本発明のアルミニウム鋳物の疲労強度向上方
法による表面硬化を説明する図。
法による表面硬化を説明する図。
【図5】 本発明のアルミニウム鋳物の疲労強度向上方
法による表面粗さの変化を説明する表図。
法による表面粗さの変化を説明する表図。
【図6】 本発明のアルミニウム鋳物の疲労強度向上方
法による疲労試験結果(AC4C合金鋳物生材)を説明
する図。
法による疲労試験結果(AC4C合金鋳物生材)を説明
する図。
【図7】 本発明のアルミニウム鋳物の疲労強度向上方
法による疲労試験結果(T6処理AC4C合金鋳物材)
を説明する図。
法による疲労試験結果(T6処理AC4C合金鋳物材)
を説明する図。
Claims (2)
- 【請求項1】 アークハイトが約0.05mmNである
一段ショットピーニングを施すことを特徴とするアルミ
ニウム鋳物の疲労強度向上方法。 - 【請求項2】 一回目のアークハイトが約0.25mm
Nであり、二回目のアークハイトが約0.12mmNで
ある二段ショットピーニングを施すことを特徴とするア
ルミニウム鋳物の疲労強度向上方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001105937A JP2002301663A (ja) | 2001-04-04 | 2001-04-04 | アルミニウム鋳物の疲労強度向上方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001105937A JP2002301663A (ja) | 2001-04-04 | 2001-04-04 | アルミニウム鋳物の疲労強度向上方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002301663A true JP2002301663A (ja) | 2002-10-15 |
Family
ID=18958536
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001105937A Pending JP2002301663A (ja) | 2001-04-04 | 2001-04-04 | アルミニウム鋳物の疲労強度向上方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002301663A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007116871A1 (ja) | 2006-04-03 | 2007-10-18 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 金属部材の製造方法及び構造部材 |
JP2008307679A (ja) * | 2007-06-15 | 2008-12-25 | Alstom Technology Ltd | フェライト/マルテンサイト9〜12%Cr鋼の表面処理方法 |
US7934407B2 (en) | 2006-03-15 | 2011-05-03 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Process for producing metallic component and structural member |
WO2014057935A1 (ja) * | 2012-10-09 | 2014-04-17 | アート金属工業株式会社 | 内燃機関用ピストンの表面改質方法及び内燃機関用ピストン |
-
2001
- 2001-04-04 JP JP2001105937A patent/JP2002301663A/ja active Pending
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