JP2013532583A

JP2013532583A - ショットピーニング方法

Info

Publication number: JP2013532583A
Application number: JP2012531147A
Authority: JP
Inventors: 祐次小林; 俊哉辻
Original assignee: Sintokogio Ltd
Current assignee: Sintokogio Ltd
Priority date: 2010-08-05
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2013-08-19
Anticipated expiration: 2031-08-04
Also published as: JP5790656B2; US20130160510A1; EP2601320A1; EP2601320B1; WO2012017656A1; CN102906282A

Abstract

ストレスショットピーニングを用いることなく、０．２％耐力に対して６０％以上の最大圧縮残留応力を付与するショットピーニング方法を提供する。５〜３０％の範囲の残留オーステナイト量を有する被加工材に対して投射材を投射し、前記被加工材の残留オーステナイト量の投射前後の変化量が２〜３０％の範囲となるようにしつつ圧縮残留応力を付与する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ショットピーニング方法に関し、具体的には鉄鋼材料を対象としたショットピーニング方法に関する。

従来、鉄鋼材料からなる部品の疲労強度向上のため、ショットピーニングによって圧縮残留応力を付与することは公知である（ショットピーニング技術協会「金属疲労とショットピーニング」現代工学社（２００４）参照）。また、部品の疲労強度を向上させるためには、圧縮残留応力の最大値を増加させることが非常に有効であることも公知である（三林雅彦、宮田隆司、相原秀雄、ショットピーニング材と疲労強度推定と最適処理条件の検討、日本機械学会論文集（Ａ編）６１巻５８６号（１９９５−６）参照）。

しかしながら、ショットピーニングによって付与される圧縮残留応力の最大値は、材料の０．２％耐力に対して約６０％程度しかないことも公知である（岡田秀樹、丹下彰、安藤柱、ショットピーニング方法の違いによる材料硬さと残留応力分布と降伏応力の関係、圧力技術第４１巻第５号（２００３）参照）。このため、部品に対して予応力を加えてショットピーニングを行うストレスショットピーニングを行い、結果として０．２％耐力の６０％以上の最大圧縮残留応力を付与するショットピーニング方法が行われている（岡田秀樹、丹下彰、安藤柱、ショットピーニング方法の違いによる材料硬さと残留応力分布と降伏応力の関係、圧力技術第４１巻第５号（２００３）参照）。

バネのような引っ張り若しくは圧縮の予応力を付与できる形状の部品に対してはストレスショットピーニングを行うことが可能であるが、歯車のような形状の場合予応力を付与できないという問題があった。

そこで、本発明は、ストレスショットピーニングを用いることなく、被加工材の材料特性ないしは熱処理条件およびショットピーニング条件を考慮することにより、０．２％耐力に対して６０％以上の最大圧縮残留応力を付与するショットピーニング方法を提供することを課題とする。

本発明の第１の態様のショットピーニング方法は、５〜３０％の範囲の残留オーステナイト量を有する被加工材に対して投射材を投射し、前記被加工材の残留オーステナイト量の投射前後の変化量が２〜３０％の範囲となるようにしつつ圧縮残留応力を付与することを特徴とする。

本発明の第２の態様のショットピーニング方法は、前記被加工材の最大圧縮残留応力を示す深さ位置における残留オーステナイト量の投射前後の変化量が２〜３０％の範囲となるようにしつつ圧縮残留応力を付与することを特徴とする。

本発明の第３の態様のショットピーニング方法は、前記被加工材が、浸炭材であることを特徴とする。

本発明の第１の態様のショットピーニング方法によれば、０．２％耐力に対して６０％以上の最大圧縮残留応力を付与することができる。そのため、ストレスショットピーニングで必要とされる予応力を付加するための冶具を設置する必要がない。また、歯車のような複雑形状の部品に対しても有効にショットピーニングを行うことができる。

本発明の第２の態様のショットピーニング方法によれば、上記した第１の態様に係る発明の効果を確実に得ることができる。

本発明の第３の態様のショットピーニング方法によれば、浸炭条件を変化させることで所望の残留オーステナイト量を有する被加工材を容易に得ることができる。

この出願は、日本国で２０１０年８月５日に出願された特願２０１０−１７６６８２号に基づいており、その内容は本出願の内容として、その一部を形成する。
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。

本発明に係る実施形態で用いた被加工材の諸性質を示す表である。本発明に係る実施形態で用いたショットピーニングの条件を示す表である。ショットピーニング後の被加工材の諸性質（投射後性質）を示す表である。図３と同様なデータを補足的に示す表である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明に係る実施形態で用いた被加工材の諸性質を示す表である。被加工材として鋼種ＡからＧの７種を準備した。各鋼種ＡからＧの炭素量（ｗｔ％）、熱処理条件、材料特性としての０．２％耐力（ＭＰａ）、引張強さ（ＭＰａ）、表面硬さ（ＨＶ０．３）および残留オーステナイト量γ_Ｒ（％）は、表に示すとおりである。即ち、被加工材として、クロム鋼あるいはクロムモリブデン鋼をベースとして炭素量を０．２〜０．８ｗｔ％の範囲で変化させた材料、およびクロムモリブデン鋼をベースとして炭素量を０．８ｗｔ％として焼戻し条件を異ならせた材料を準備した。尚、これら被加工材は浸炭材からなる。

図２は、本発明に係る実施形態で用いたショットピーニングの条件を示す表である。ショットピーニング条件（投射条件）として２パターンのショットピーニングを被加工材に施した。投射方式はいずれもエア式であり、投射材硬さ（ＨＶ）、投射材粒径（ｍｍ）およびエア圧（ＭＰａ）は、表に示すとおりである。また、投射量を示すカバレージはいずれも３００％とした。

図３は、ショットピーニング後の被加工材の諸性質（投射後性質）を示す表である。尚、ショットピーニング前の被加工材の諸性質（投射前性質）も共に示される。また、表の上下段において、投射条件を異ならせた場合の各鋼種ＡからＧのそれら諸性質が示される。

この表にはショットピーニング後の被加工材の諸性質（投射後性質）として、最大圧縮残留応力σ_Ｒ（ＭＰａ）、ピーク位置γ_Ｒ（％）、σ_{ｒ，ｍａｘ}／σ_０．２、ピーク位置γ_Ｒ変化量（％）が示される。

最大圧縮残留応力σ_Ｒ（ＭＰａ）とは、材料表面からの各深さで圧縮残留応力を測定した場合の最大値（圧縮残留応力は通常負値で示されるため、絶対値をとった場合の最大値）である。圧縮残留応力の測定には、リガク製微小Ｘ線応力測定機（管球：Ｃｒ−Ｋα、回折面：（２２０）、応力定数：−３１８ＭＰａ／ｄｅｇ、無歪み角２θ：１５６．４°）を用いた。

ピーク位置γ_Ｒ（％）とは、最大圧縮残留応力を示す深さ位置における残留オーステナイト量である。残留オーステナイト量の測定にも、リガク製微小Ｘ線応力測定機（管球：Ｃｒ−Ｋα、α回折面：（２２０）、γ回折面：（３１１）、α面測定時間：６０ｓｅｃ、γ面測定時間：６０ｓｅｃ、α面回折範囲：１５６．４°）を用いた。

σ_{ｒ，ｍａｘ}／σ_０．２とは、０．２％耐力に対する最大圧縮残留応力である。ピーク位置γ_Ｒ変化量（％）とは、最大圧縮残留応力を示す深さ位置における残留オーステナイト量のショットピーニング前後の変化量である。

図３から分かるように、鋼種Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｇにおいてσ_{ｒ，ｍａｘ}／σ_０．２が所望とされる６０％を大きく超えた。また、図４に図３と同様なデータを補足的に示す。

これらデータから、５〜３０％の範囲の残留オーステナイト量を有する被加工材に対して投射材を投射し、被加工材の最大圧縮残留応力を示す深さ位置における残留オーステナイト量のショットピーニング前後の変化量（減少量）が２〜３０％の範囲であれば、０．２％耐力に対する最大圧縮残留応力が６０％以上であることが分かった。

尚、残留オーステナイト量に関する５〜３０％の臨界値は、工業材料として有益に存在し得る最大範囲を規定したものである。また、変化量に関する３０％の上限臨界値は、残留オーステナイト量の最大量３０％に対応して規定したものである。また、変化量に関する２％の下限臨界値は、ピーク位置γ_Ｒ変化量（％）に対してσ_{ｒ，ｍａｘ}／σ_０．２をプロットし、そのプロットに沿う近似曲線を最小二乗法によって定めた上で既定したものである。

被加工材の最大圧縮残留応力を示す深さ位置における残留オーステナイト量のショットピーニング前後の変化量（減少量）が２〜３０％の範囲であれば、０．２％耐力に対する最大圧縮残留応力が６０％以上となるのは、残留オーステナイトの変化に伴い、加工誘起マルテンサイト変態による膨張が発生し、加工誘起マルテンサイト変態に伴う機械的性質が向上するためである。

このように、本発明に係る実施形態にあっては、５〜３０％の範囲の残留オーステナイト量を有する被加工材に対して投射材を投射し、前記被加工材の残留オーステナイト量の投射前後の変化量が２〜３０％の範囲となるようにしつつ圧縮残留応力を付与することで、０．２％耐力に対して６０％以上の最大圧縮残留応力を付与することができる。そのため、ストレスショットピーニングで必要とされる予応力を付加するための冶具を設置する必要がない。また、歯車のような複雑形状の部品に対しても有効にショットピーニングを行うことができる。

また、前記被加工材の最大圧縮残留応力を示す深さ位置における残留オーステナイト量の投射前後の変化量が２〜３０％の範囲となるようにしつつ圧縮残留応力を付与するようにしたので、上記した効果を確実に得ることができる。

また、前記被加工材が、浸炭材からなるようにしたので、浸炭条件を変化させることで所望の残留オーステナイト量を有する被加工材を容易に得ることができる。

尚、被加工材としての鉄鋼材料はその種類を問わないが、残留オーステナイト量を多く有する浸炭材が最適である。

Claims

５〜３０％の範囲の残留オーステナイト量を有する被加工材に対して投射材を投射し、前記被加工材の残留オーステナイト量の投射前後の変化量が２〜３０％の範囲となるようにしつつ圧縮残留応力を付与することを特徴とするショットピーニング方法。
前記被加工材の最大圧縮残留応力を示す深さ位置における残留オーステナイト量の投射前後の変化量が２〜３０％の範囲となるようにしつつ圧縮残留応力を付与することを特徴とする請求項１に記載のショットピーニング方法。
前記被加工材が、浸炭材からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のショットピーニング方法。