JP2010030036A - ショットピーニング用投射材の材料、及びショットピーニング用投射材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】線材に伸線する工程と、該線材を焼鈍及び冷間引抜きを繰り返して仕上げ線とする工程と、によって、該仕上げ線での粒径2μm以下である炭化物の占める面積が仕上げ線全体の面積の80%以上であるショットピーニング用投射材の仕上げ線。質量%で、炭素を0.95〜1.10%、珪素を0.15〜0.30%、マンガンを0.40%以下、リンを0.020%以下、硫黄を0.010%以下、クロムを1.40〜1.60%、酸素を0.0015%以下、を含有し、残部が鉄及び不可避不純物とからなるショットピーニング用投射材の材料。これを用いたショットピーニング用投射材の製造方法とその製法による投射材。
【選択図】 図1
Description
つまり、本発明のショットピーニング用投射材の製造方法は、まず、断線を防止して清浄度を確保するために、特定のショットピーニング用投射材の材料を用い、この材料から適正な仕上げ線を確保し、焼入れ前の炭化物微細状態を維持し、焼入れ焼戻し後の適正組織を確保する。更に、本発明は、ショットピーニング投射材の寿命と適正な圧縮残留応力付与ができるショットピーニング用投射材を提供する。加えて、本発明は、焼入れ性が良くショットピーニングに適したショットピーニング用投射材の製造方法を提供する。
このような材料にしたのは、伸線での割れによる断線の防止のために基地の結合性を劣化させる非金属介在物の量を低減するためである。すなわち、特開2001−79766号公報の製造方法と比較して、酸化物を安定的に減らすためには酸化量を低くする必要があり、酸素を0.0015%以下に極めて低くした。また、珪素量の上限を17%下げている。更に、硫化物、特にMnS量低減のため、マンガンと硫黄を低減した。総じて全体的に鉄以外の成分の含有量の上限を厳しくした。基本的な炭化物量は一定にするため、炭素量は同じとした。
すなわち、本発明においては、インゴットから引抜加工により「伸線」されて線材が製造され、次いで、この線材は「焼鈍」及び「冷間引抜き」を繰り返して伸線加工されて仕上げ線にされる。そして、このときの仕上げ線での炭化物の状態は、粒径2μm以下である炭化物の占める面積が仕上げ線全体の面積の80%以上となっている。
本発明の第2の態様では、本発明の第1の態様に記載のショットピーニング用投射材の材料を伸線して得られた線材を、焼鈍及び冷間引抜きを繰り返して仕上げ線とする工程としたのは、伸線減面率が高いと、線材は伸びがなくなり、破断しやすくなるので、少なくとも伸びが鈍化して一定になってきた状態で焼鈍して加工硬化を除去して、再度延性を回復した状態で伸線を行なうことが好ましいからである。
冷間引抜きとしたのは、熱間では結晶粒の延展が生じ微細化効果が得られないので、加工硬化と結晶粒の微細化が伴う冷間としたのである。
焼鈍の回数は3回から5回が好ましい。伸線減面率は、10%乃至40%が好ましい。
仕上げ線において、粒径2μm以下である炭化物の占める面積が仕上げ線全体の面積の80%以上としたのは、細い仕上げ線において適正な組織を得ることによって、その後のショットピーニング用投射材に最適な組織を確保するためである。また、仕上げ線での性質の確認により、最終製品の品質の向上に繋がり、材料の無駄を生じることがなくなる。
本発明によれば、伸線性の優れた、性質の確認された仕上げ線を用いているので、生産性が高く、また、品質のよいショットピーニング用投射材を提供することができる。
また、更に塑性加工する工程を有しても良い。本発明によれば、投射材の角がなくなるのでピーニング時に破壊の起点が生じにくいという利点がある。なおここで、塑性加工してショットピーニング素材とするとは、短い線材形状を有する、切断した仕上げ線を、塑性加工により丸いショットピーニング素材の形状とすることをいう。すなわち、ショットピーニング素材は、切削、研磨等により丸い形状にされるのではない。
本発明によれば、熱処理後に結晶粒の微細化と靭性の回復という利点がある。
本発明によれば、残留オーステナイトが生成しにくくなり、材料全体において均一なマルテンサイト組織が得られるという利点がある。
一方、炭化物の粒径は粒径2μmより小さいことが好ましい。より好ましくは1から0.1μmである。なぜなら、粒径が2μm以上であるとショットピーニング用投射材のショットでのクラックの起点としての影響が大きくなるからである。粒径が1から0.1μmの大きさならば、基地からの露出が少なくなるので炭化物の影響が少なくなり好ましい。
また、本発明のショットピーニング用投射材は、質量%で、炭素を0.95〜1.10%、珪素を0.15〜0.30%、マンガンを0.40%以下、リンを0.020%以下、硫黄を0.010%以下、クロムを1.40〜1.60%、酸素を0.0015%以下、を含有し、残部が鉄及び不可避不純物とからなるショットピーニング用投射材の材料を、線材に伸線し、該伸線を焼鈍及び冷間引抜きを繰り返して仕上げ線とし、該仕上げ線を切断し塑性加工してショットピーニング素材とし、該ショットピーニング素材を焼入れ焼戻することにより製造するショットピーニング用投射材であって、組織が微細炭化物と焼戻しマルテンサイトからなること、また、炭化物の面積率が70%から95%であること、さらに、塑性加工をすることによって硬度を調整してビッカース硬度が950HV乃至1050HVとすることが好ましい。そのビッカース硬度が950HV乃至1050HVであると、高硬度の製品に好適なピーニング処理ができる。
第5工程で塑性加工する。第6工程で焼入れ焼戻しする。第7工程で場合により空打ちする。
サイズ変遷は、例えば、
径1.6mm〜1.5mm〜1.4mm→(BA焼鈍)→1.3mm〜1.2mm〜1.1mm〜1.0mm →(BA焼鈍)→0.9mm〜0.8mm〜0.75mm〜0.7mm →(BA焼鈍)→ 0.6mm〜0.55mm〜0.5mm〜0.45mm〜0.4 mm→(BA焼鈍)→ 0.35mm〜0.3mm(終了)であり、計4回の焼鈍が入っている。
本発明のショットピーニング用投射材用の仕上げ線(直径0.3mmのナイタール腐食後)のSEMを用いたミクロ組織を図2に示す。
これにより、ショットピーニング用投射材に優れた仕上げ線の組織が得られたことを確認できた。
このときの仕上げ線の直径は、焼鈍及び冷間引抜きを繰り返して、最終径が0.6mm以下0.25mm以上になるようにする。最終径が0.3mmのとき、ビッカース硬度はHV350であった。ビッカース硬度がHV350であっても、材料があまり加工硬化していないため、細線においても切断が容易にできる。
なお、本実施例1では、ショットピーニング用投射材としては、直径が0.3mm乃至0.6mmのものを製造した例を挙げた。しかし、1.0mm程度までの直径のものはショットピーニングに使用される。但し、本発明の実施例1を使わなくても、すなわち、冷間引抜きと焼鈍とを繰り返さなくても、1.0mmのものは比較的容易に製造が可能である。この意味で、伸線工程は線径が小さくなるほど面倒であることから、本発明は、0.6mm以下の直径のショットピーニング用投射材(0.6mm以下の線径の仕上げ線)に好適である。なお、ショットピーニング用投射材の粒径は、たとえば、日本工業規格JIS G5904に規定された粒度試験方法を用いて測定する。
本実施例2によれば、本発明の投射材(ビッカース硬度がHV950)は、高硬度のワークに対して削食する量が少なく、かつ、ワークを加工硬化させやすく、大きな残留応力を導入できた。(実験番号11乃至17)。
なお、実験番号11乃至17においては、投射材のビッカース硬度は当初950HVであったが、使用により1050HVまで硬化することがあった。
<削食量測定方法>
レーザー寸法測定装置を用い、ショットピーニング処理前および処理後の被処理材の直径を測定し、削食量は、次式によって計算された値を使用した。なお削食量はn=10回測定した平均値を用い、測定部位はショットピーニング狙い位置中心(最大削食量発生箇所)とした。
削食量=(D1-D2)/2
Dl=ショットピーニング処理前の直径
D2=ショットピーニング処理後の直径
<圧縮残留応力測定方法>
ショットピーニング処理後の処理品の圧縮残留応力測定方法は、非破壊的方法として一般的な「JIS B2711」に規定されているX線回折を利用したX線応力測定法を用いた。今回のサンプルは、マルテンサイト組織の鋼である為、測定は特性X線の種類=CrKα線、X線応力係数k=−318[MPa/°]を用いて行った。
また、測定部位はショットピーニング狙い位置中心とした。
尚、圧縮残留応力のピーク値(=最大値)は、入射X線束の断面寸法のほぼ2倍の範囲を、電解研磨によって、所定の深さになるように除去した後、残留応力分布を測定することにより求めた。
<断面硬度測定方法>
表中にあるHV0.3は、断面の表面から50μm位置を300gの押し込み力で測定したときの断面のビッカース硬度の値を示す。
一般に、ガス浸炭品の表面には浸炭異常層が25μm程度の深さまであって、硬度が非常に低い状態となっている。そのような状態の場所を測っても、材料と熱処理の評価はできないため、断面硬度を測ることとしている。
表中にある相対硬さは、処理品の表面から測定した表面の硬度から、投射材の硬さを減算した値である相対硬さの値を示す。材料と熱処理の評価を行なう断面硬度に対し、投射材硬度を選択するためには表面の硬度が重要になるので、表面に直接圧子を落として測定する。なお、硬度の測定はマイクロビッカース硬さ試験機(荷重500g)を使用した。
したがって、ガス浸炭品の場合は、表面異常層の硬さを含んだ値となる。なお、真空浸炭品は表面異常層ができないことが特徴とされているが、焼き入れの特性によっては表面の硬度が落ちる場合もある。
これらのグラフから、炭化物の面積率が70%から95%であると、ビッカース硬度は920HV乃至1030HVであることがわかる。尚、950HVの場合には、炭化物の面積率は、70%乃至78%である。
すなわち、ショットピーニング用投射材の硬さHV(m)は、下記式(1)〜(3)で与えられる。
更に、熱処理時に残る残留オーステナイトγRを次のように考慮した。
比較例2である超硬製投射材(ビッカース硬さがHV1380)は硬過ぎて、ワーク(SCM420H:焼き入れ鋼)を削食する量が多いという欠点があるので、ピーニング用としては使用圧力に限界がある(実験番号10番)。尚、本発明では実験番号11が対応する。
また、本発明によれば、ショットピーニング投射材の寿命と適正な圧縮残留応力付与ができるショットピーニング用投射材を提供できる。加えて、本発明によれば、焼入れ性が良くショットピーニングに適したショットピーニング用投射材の製造方法を提供できる。
また、本発明は以下の詳細な説明により更に完全に理解できるであろう。しかしながら、詳細な説明および特定の実施例は、本発明の望ましい実施の形態であり、説明の目的のためにのみ記載されているものである。この詳細な説明から、種々の変更、改変が、当業者にとって明らかだからである。
出願人は、記載された実施の形態のいずれをも公衆に献上する意図はなく、開示された改変、代替案のうち、特許請求の範囲内に文言上含まれないかもしれないものも、均等論下での発明の一部とする。
本明細書あるいは請求の範囲の記載において、名詞及び同様な指示語の使用は、特に指示されない限り、または文脈によって明瞭に否定されない限り、単数および複数の両方を含むものと解釈すべきである。本明細書中で提供されたいずれの例示または例示的な用語(例えば、「等」)の使用も、単に本発明を説明し易くするという意図であるに過ぎず、特に請求の範囲に記載しない限り本発明の範囲に制限を加えるものではない。
Claims (3)
- 質量%で、炭素を0.95〜1.10%、珪素を0.15〜0.30%、マンガンを0.40%以下、リンを0.020%以下、硫黄を0.010%以下、クロムを1.40〜1.60%、酸素を0.0015%以下、を含有し、残部が鉄及び不可避不純物とからなるショットピーニング用投射材の材料。
- 請求項1に記載のショットピーニング用投射材の材料を、
線材に伸線する工程と、
焼鈍及び冷間引抜きを繰り返して仕上げ線とする工程と、
該仕上げ線を切断し塑性加工してショットピーニング素材とする工程と、
該ショットピーニング素材を焼入れ焼戻する工程と、
を有することを特徴とするショットピーニング用投射材の製造方法。 - 前記焼入れの焼入れ温度が820〜850℃であることを特徴とする請求項2に記載のショットピーニング用投射材の製造方法。
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