JP2016044335A - Surface treatment method - Google Patents

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斎藤 大蔵
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大蔵 斎藤
吉岡 洋明
Hiroaki Yoshioka
洋明 吉岡
千田 格
Itaru Senda
格 千田
犬飼 隆夫
Takao Inukai
隆夫 犬飼
伊藤 勝康
Katsuyasu Ito
勝康 伊藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface treatment method that, when the surface of a metal member used in a high-temperature use environment is polished after being subjected to peening treatment, can maintain compressive residual stress imparting effect caused by the peening treatment.SOLUTION: A surface treatment method for treating the surface of a metal member includes: a first step of imparting a compressive residual stress to the surface of the metal member; and a second step of smoothly polishing the surface of the metal member, to which a compressive residual stress has been imparted in the first step, so that the surface roughness of the metal member becomes 1 μm or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、表面処理方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a surface treatment method.

一般に、金属部材の表面にピーニング処理を行うことで、金属部材に圧縮残留応力を付与し金属部材の疲労強度向上や応力腐食割れの発生を予防する技術がある。   In general, there is a technique for imparting compressive residual stress to a metal member by performing a peening treatment on the surface of the metal member to prevent fatigue strength of the metal member and occurrence of stress corrosion cracking.

ピーニング処理の技術としては、例えばショットピーニング、レーザショックピーニング、レーザピーニング、ウォータジェットピーニング、超音波ピーニングなどがある。   Examples of peening processing techniques include shot peening, laser shock peening, laser peening, water jet peening, and ultrasonic peening.

特開2011−115853号公報JP 2011-115853 A 特許第4985644号公報Japanese Patent No. 4985644

従来技術は、レーザピーニングまたは超音波ピーニングにより金属部材に圧縮残留応力を付与する技術であるが、圧縮残留応力を付与した部材の表面は通常ピーニングを施したままのため部材の表面が粗くなることがある。   The conventional technology is a technology for applying compressive residual stress to a metal member by laser peening or ultrasonic peening. However, the surface of the member to which compressive residual stress is applied usually remains peened and the surface of the member becomes rough. There is.

金属部材の使用環境が例えば常温から100℃程度の使用環境であればピーニング処理により疲労強度向上や応力腐食割れの発生を予防するだけで済むものの、この技術を数百℃〜千℃を超えるような高温の使用環境下で用いられる機器、例えば発電所のガスタービンなどに適用することが考えられており、このような高温環境下で使用される機器の場合、金属部材の表面が粗くなることで割れが発生し易くなることが考えられる。   If the usage environment of the metal member is, for example, from room temperature to about 100 ° C., it is only necessary to prevent fatigue strength and stress corrosion cracking from occurring by peening, but this technology will exceed several hundred to 1000 ° C. It is considered to be applied to equipment used in a high temperature environment such as a gas turbine of a power plant. In the case of equipment used in such a high temperature environment, the surface of the metal member becomes rough. It is considered that cracks are likely to occur.

そこで、一度ピーニング処理した金属部材の表面を滑らかに加工する必要があるが、表面を単純に磨いただけではせっかく金属部材に付与した圧縮残留応力の効果がなくなることがある。   Therefore, it is necessary to process the surface of the metal member once peened, but the effect of the compressive residual stress applied to the metal member may be lost by simply polishing the surface.

本発明が解決しようとする課題は、高温の使用環境下で用いられる金属部材に対してピーニング処理を施した後に金属部材の表面を磨く場合にピーニング処理による圧縮残留応力の付与効果を維持することができる表面処理方法を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is to maintain the effect of imparting compressive residual stress by peening when polishing the surface of a metal member after peening the metal member used in a high-temperature environment. An object of the present invention is to provide a surface treatment method capable of performing

実施形態の表面処理方法は、金属部材に対する表面処理方法において、前記金属部材の表面に圧縮残留応力を付与する第1の工程と、前記第1の工程で圧縮残留応力を付与した前記金属部材の表面粗さが1μm以下になるように前記金属部材の表面を滑らかに磨く第2の工程とを有する。   In the surface treatment method for a metal member, the surface treatment method of the embodiment includes: a first step of applying compressive residual stress to the surface of the metal member; and the metal member of which the compressive residual stress is applied in the first step. And a second step of smoothly polishing the surface of the metal member so that the surface roughness is 1 μm or less.

(a)は表面処理を行う対象の部材(処理対象部材)としてのタービンホイールを示す斜視図、(b)は(a)のタービンホイールの部分拡大図である。(A) is a perspective view which shows the turbine wheel as a member (process target member) of the object which performs surface treatment, (b) is the elements on larger scale of the turbine wheel of (a). 第1実施形態の表面処理方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the surface treatment method of 1st Embodiment. 第1実施形態の表面処理をした場合の内部の残留応力分布を示す図である。It is a figure which shows the internal residual stress distribution at the time of performing the surface treatment of 1st Embodiment. 第1実施形態の表面粗さの変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the surface roughness of 1st Embodiment. 第1実施形態の第1工程によるクリープ破断時間の改善の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the improvement of the creep rupture time by the 1st process of 1st Embodiment. 第1実施形態において表面粗さとクリープ破断時間の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between surface roughness and creep rupture time in 1st Embodiment. 第2実施形態の表面処理をした場合の内部の残留応力分布を示す図である。It is a figure which shows internal residual stress distribution at the time of performing the surface treatment of 2nd Embodiment. 第2実施形態の表面粗さの変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the surface roughness of 2nd Embodiment.

以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1〜図6を参照して第1実施形態を説明する。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
The first embodiment will be described with reference to FIGS.

図1は表面処理を行う処理対象部材としてのタービンホイールを示す図、図2はタービンホイールに対する表面処理の手順を示すフローチャート、図3はタービンホイールに表面処理を施した場合の内部の残留応力分布の変化を示す図、図4はタービンホイールに表面処理を施した場合の表面粗さの変化を示す図、図5は第1工程の表面処理を行った試験片でクリープ試験を実施した結果を示す図、図6は表面粗さの異なる試験片でクリープ試験を実施した結果を示す図である。   FIG. 1 is a view showing a turbine wheel as a member to be surface-treated, FIG. 2 is a flowchart showing a surface treatment procedure for the turbine wheel, and FIG. 3 is an internal residual stress distribution when the surface treatment is performed on the turbine wheel. FIG. 4 is a diagram showing a change in surface roughness when the turbine wheel is subjected to surface treatment, and FIG. 5 is a diagram showing a result of the creep test performed on the test piece subjected to the surface treatment in the first step. FIG. 6 and FIG. 6 are diagrams showing the results of a creep test performed on test pieces having different surface roughnesses.

図1(a)に示すように、処理対象の金属部材としてのタービンホイール1は、図示しないガスタービン動翼を嵌合させて固着するための植込み部2(溝部)と、この植込み部2(溝部)の内面に設けられた冷却口3とを備える。植込み部2はクリスマスツリー部と呼ばれる溝形状を呈しており、その付け根の部分に冷却口3が存在する。   As shown in FIG. 1A, a turbine wheel 1 as a metal member to be processed includes an implanted portion 2 (groove portion) for fitting and fixing a gas turbine rotor blade (not shown), and the implanted portion 2 ( And a cooling port 3 provided on the inner surface of the groove portion). The implantation part 2 has a groove shape called a Christmas tree part, and a cooling port 3 is present at the base part.

このタービンホイールの植込み部2の内面に設けられた冷却口3から冷却用ガスをガスタービン動翼の内部の冷却口に導出することにより、運転中のガスタービン動翼の内部を冷却する。   The inside of the gas turbine rotor blade in operation is cooled by deriving the cooling gas from the cooling port 3 provided on the inner surface of the implanted portion 2 of the turbine wheel to the cooling port inside the gas turbine rotor blade.

実機プラント(実際のプラント)においては、ガスタービンはその出力により異なるものの運転中に数百℃程度まで温度が上昇し、冷却口3においても500℃近くまで温度が上昇する。このような温度環境では、結晶粒界の応力腐食酸化現象に起因するクラック(Hold Time Cracking)と言われるき裂が冷却口3に発生する事例が確認されている。き裂の発生を防止するためには、冷却口3を含む植込み部2の表面に圧縮残留応力を形成するのが効果的である。   In an actual plant (actual plant), although the gas turbine varies depending on its output, the temperature rises to about several hundred degrees Celsius during operation, and the temperature at the cooling port 3 also rises to nearly 500 degrees Celsius. In such a temperature environment, it has been confirmed that a crack called “Hold Time Cracking” due to a stress corrosion oxidation phenomenon at a grain boundary occurs in the cooling port 3. In order to prevent the occurrence of cracks, it is effective to form a compressive residual stress on the surface of the implanted portion 2 including the cooling port 3.

そこで、この実施形態では、タービンホイール1の植込み部2の冷却口3の部分に対して、図2に示すように、第1工程ではレーザピーニング処理を行うことにより圧縮残留応力を付与する。   Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 2, a compressive residual stress is applied to the portion of the cooling port 3 of the implanted portion 2 of the turbine wheel 1 by performing a laser peening process in the first step.

そして、第2工程では第1工程でレーザピーニングを行うことで圧縮残留応力を付与した植込み部2の冷却口3の部分に対してフラップホイールにより磨き加工(フラップホイール仕上げ)を行うことで表面粗さが1μm以下になるように植込み部2の表面を滑らかにする。   In the second step, the surface roughening is performed by polishing (flap wheel finishing) with a flap wheel on the cooling port 3 portion of the implanted portion 2 to which compressive residual stress is applied by performing laser peening in the first step. The surface of the implantation part 2 is smoothed so that the thickness becomes 1 μm or less.

より詳細には、図1(b)に示すように、タービンホイール1の植込み部2の冷却口3の淵の約2mm程度の施工範囲Aにレーザピーニング処理(レーザピーニング施工)を行い(図2のステップS101)、施工後、その面にレーザピーニングが施工されていることを目視で確認する(ステップS102)。   More specifically, as shown in FIG. 1 (b), a laser peening process (laser peening) is performed on a construction range A of about 2 mm in the flange of the cooling port 3 of the implanted portion 2 of the turbine wheel 1 (FIG. 2). Step S101) After the construction, it is visually confirmed that the laser peening is performed on the surface (Step S102).

この第1工程におけるタービンホイール1(金属部材)の植込み部2の表面に対する加工条件(圧縮残留応力の値、深さ、表面粗さなどの条件)はクリープ試験、クリープ疲労試験および高温疲労試験のうちの少なくとも一つの結果に基づいて決定するものとする。   The processing conditions (conditions such as compressive residual stress, depth, and surface roughness) for the surface of the implanted portion 2 of the turbine wheel 1 (metal member) in the first step are the creep test, creep fatigue test, and high temperature fatigue test. The decision shall be based on at least one of the results.

その後、フラップホイールで表面を磨き(ステップS103)、冷却口3の部分の表面を圧縮残留応力を残しつつ表面処理前の表面粗さの値とほぼ同じ程度の滑らかな状態に仕上げる。   Thereafter, the surface is polished with a flap wheel (step S103), and the surface of the cooling port 3 is finished in a smooth state substantially equal to the surface roughness value before the surface treatment while leaving a compressive residual stress.

その後、再び目視で表面の磨き状態を確認する(ステップS104)。フラップホイールとはアルミナ砥材の研磨布を軸付きホイールの中心から放射状に配設した回転研磨装置である。   Thereafter, the polished state of the surface is again visually confirmed (step S104). The flap wheel is a rotary polishing device in which a polishing cloth made of an alumina abrasive is arranged radially from the center of the wheel with a shaft.

フラップホイールの仕上げ工程では、表面粗さを表す算術平均粗さRaが例えば1.0μm以下となるように仕上げる。なお、第1の工程と第2の工程は異なる工程のため、第1の工程が終了した処理対象部材については、第2の工程であるフラップホイールによる磨きを順次、迅速に実施する。   In the finishing process of the flap wheel, the arithmetic average roughness Ra representing the surface roughness is finished to be, for example, 1.0 μm or less. In addition, since a 1st process and a 2nd process are different processes, about the process target member which the 1st process was complete | finished, the polishing by the flap wheel which is a 2nd process is implemented sequentially and rapidly.

続いて、図3を参照してこの表面処理方法による効果について説明する。
図3に示すグラフは、処理対象部材と同じ素材の試験体を用いてその表面を処理対象部材と同様の加工を実施し、試験体の残留応力を各工程毎にX線回折法で測定した値をグラフ化したものである。
Next, the effect of this surface treatment method will be described with reference to FIG.
The graph shown in FIG. 3 is obtained by performing the same processing as the processing target member on the surface using a test specimen made of the same material as the processing target member, and measuring the residual stress of the test specimen for each step by the X-ray diffraction method. It is a graph of values.

具体的には試験体の表面の直径約10mmの範囲について表面処理前と第1の工程後と第2の工程後についてそれぞれ残留応力を測定し残留応力分布の各曲線4,5,6として表したものである。なお測定する際、表面処理した試験体の表面に電解研磨をしてその面の残留応力を測定する。   Specifically, the residual stress was measured before the surface treatment, after the first step, and after the second step in the range of about 10 mm in diameter of the surface of the test specimen, and expressed as curves 4, 5 and 6 of the residual stress distribution. It is a thing. In the measurement, the surface of the surface-treated specimen is electropolished and the residual stress on the surface is measured.

同図において、応力は(+)の方向が引張応力であり(−)の方向が圧縮応力である。表面処理前の残留応力分布の曲線4を見ると、表面処理前の残留応力は機械加工により表面の浅い部分のみに引張残留応力が生じており、それより深い部分の残留応力はほぼ0であった。   In the figure, the direction of (+) is tensile stress and the direction of (−) is compressive stress. Looking at the curve 4 of the residual stress distribution before the surface treatment, the residual stress before the surface treatment shows that the tensile residual stress is generated only in the shallow part of the surface by machining, and the residual stress in the deeper part is almost zero. It was.

この面に第1の工程であるレーザピーニングを実施すると、残留応力分布の曲線5のように表面の残留応力は圧縮残留応力になり、その深さも500μmを超える値であった。   When laser peening, which is the first step, is performed on this surface, the residual stress on the surface becomes a compressive residual stress as indicated by curve 5 of the residual stress distribution, and the depth is also a value exceeding 500 μm.

そして、このレーザピーニングを施した面に第2の工程であるフラップホイールによる磨き処理(仕上げの処理)を行う。   Then, a polishing process (finishing process) using a flap wheel, which is the second process, is performed on the surface subjected to the laser peening.

ホイールで生じる表面の残留応力は圧縮であるものの、その深さはレーザピーニングよりも浅く、通常100μmよりも浅い。このため残留応力分布の曲線6を見ると、100μmよりも浅い位置では、フラップホイールの影響が現れ、それよりも深い位置では第1の工程とほぼ同じ分布になっていることが判る。   Although the surface residual stress generated by the wheel is compression, its depth is shallower than laser peening, usually less than 100 μm. Therefore, looking at the curve 6 of the residual stress distribution, it can be seen that the influence of the flap wheel appears at a position shallower than 100 μm, and the distribution is substantially the same as that in the first step at a position deeper than that.

第1の工程の影響深さは、第2の工程の影響深さよりも深いが、表面近くの残留応力に関しては、第2の工程の圧縮残留応力が第1の工程の残留応力よりも、条件次第では高くなることもあり、表面近傍の分布に関しては、この結果と異なることもある。   The influence depth of the first step is deeper than the influence depth of the second step. However, regarding the residual stress near the surface, the compressive residual stress of the second step is less than the residual stress of the first step. It may be higher depending on the situation, and the distribution near the surface may be different from this result.

図4は試験体(試験片)の測定結果であり、図3と同様の方法で求めた結果であり、各工程における表面粗さの変化を示している。図4では表面粗さを示す値として算術平均粗さRaを示している。   FIG. 4 shows the measurement results of the test specimen (test piece), the results obtained by the same method as in FIG. 3, and shows the change in surface roughness in each step. FIG. 4 shows the arithmetic average roughness Ra as a value indicating the surface roughness.

図4に示すように、表面処理前の表面粗さは1μm以下であり、第1の工程であるレーザピーニングを実施すると、やや上昇し、第2の工程であるフラップホイールよる磨き処理を行うと表面処理前の値とほぼ同じになっている。   As shown in FIG. 4, the surface roughness before the surface treatment is 1 μm or less, and when the laser peening that is the first step is performed, the surface roughness rises slightly, and when the polishing treatment by the flap wheel that is the second step is performed. It is almost the same as the value before the surface treatment.

図5と図6は試験体によるクリープ試験結果を示す図、図5は第1工程であるレーザピーニングの効果を示す図、図6は表面粗さがクリープ破断時間に及ぼす影響を示す図である。   FIGS. 5 and 6 are diagrams showing the results of a creep test using a specimen, FIG. 5 is a diagram showing the effect of laser peening, which is the first step, and FIG. 6 is a diagram showing the effect of surface roughness on the creep rupture time. .

図5は500℃におけるクリープ試験結果であり、2つの試験片51、52に一定の荷重を付加して、破断時間を確認した結果である。この図5では表面処理前の2つの試験片51、52の破断時間はおおよそ7000時間程度であり、第1工程を実施した試験片51、52は、共に11000時間を超えても破断せず、この時点で試験を中止したものである。この結果を見ると、第1工程を実施した試験片は表面処理前の試験片よりも破断時間が確実に延長され、第1工程による改善効果が認められる。   FIG. 5 is a result of a creep test at 500 ° C., which is a result of confirming a fracture time by applying a constant load to the two test pieces 51 and 52. In FIG. 5, the rupture time of the two test pieces 51 and 52 before the surface treatment is about 7000 hours, and both the test pieces 51 and 52 subjected to the first step do not break even if they exceed 11000 hours. The test was stopped at this point. When this result is seen, the test piece which implemented the 1st process extended the fracture | rupture time reliably rather than the test piece before surface treatment, and the improvement effect by a 1st process is recognized.

図6は複数の試験片(この例では4つの試験片)に対して2本ずつ600℃のクリープ試験を行った結果であり、表面粗さと破断時間の関係を示している。この試験では第1工程後の状態とは異なり圧縮残留応力はほとんどない状態の試験片の結果である。   FIG. 6 shows the result of a creep test performed at 600 ° C. for each of a plurality of test pieces (four test pieces in this example), and shows the relationship between the surface roughness and the rupture time. In this test, unlike the state after the first step, the test piece has almost no compressive residual stress.

この図6では表面粗さRaの数値が小さくなると破断時間が長くなり、試験片の表面を滑らかにすることで破断時間を長くすることができ、フラップホイール仕上げ(第2工程)による改善効果が判る。   In FIG. 6, when the numerical value of the surface roughness Ra is reduced, the breaking time becomes longer. By making the surface of the test piece smooth, the breaking time can be lengthened, and the improvement effect by the flap wheel finishing (second process) is achieved. I understand.

図5と図6は効果を確認するために、実際の使用温度よりも高い温度で試験をした結果であり、これらの結果に基づいて、第1工程と第2工程の表面処理条件を決めた。   FIG. 5 and FIG. 6 are the results of testing at a temperature higher than the actual use temperature in order to confirm the effect. Based on these results, the surface treatment conditions of the first step and the second step were determined. .

以上のようにこの第1実施形態によれば、第1工程のレーザピーニング処理によりタービンホイール1の植込み部2の冷却口3の部分の表面に対して圧縮残留応力を付与した後に、第2工程ではフラップホイール仕上げにより植込み部2の冷却口3の部分の表面を、表面処理前の表面粗さである1μm以下に滑らかに磨くことで、植込み部2の表面および内部に圧縮残留応力を保持したまま、500℃を超えるような高温環境下で使用可能な所定の粗さに植込み部2の冷却口3の部分の面を滑らかにすることができる。   As described above, according to the first embodiment, after applying the compressive residual stress to the surface of the cooling port 3 of the implanted portion 2 of the turbine wheel 1 by the laser peening process in the first step, the second step Then, the surface of the cooling port 3 portion of the implanted portion 2 is smoothly polished to 1 μm or less, which is the surface roughness before the surface treatment, by the flap wheel finish, so that the compressive residual stress is maintained on the surface and inside of the implanted portion 2. The surface of the cooling port 3 portion of the planting part 2 can be smoothed to a predetermined roughness that can be used in a high temperature environment exceeding 500 ° C.

上記実施形態では、第2工程をフラップホイール仕上げとしたが、これ以外に、例えばベルトサンダ、Nストリップなどによる磨き加工(処理)を施してもよい。つまり第2の工程は、フラップホイール、ベルトサンダ、Nストリップのうちのいずれか一つの磨き処理を行ってもよい。   In the said embodiment, although the 2nd process was made into flap wheel finishing, you may give the polishing process (process) by a belt sander, N strip, etc. other than this, for example. That is, in the second step, any one of the flap wheel, the belt sander, and the N strip may be polished.

(第2実施形態)
図7を参照して第2実施形態を説明する。
図7は試験体による内部の残留応力分布の変化を示す図、図8は表面処理を行った場合の表面粗さの変化を示す図である。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a diagram showing changes in internal residual stress distribution due to the test specimen, and FIG. 8 is a diagram showing changes in surface roughness when surface treatment is performed.

試験体の表面は、実際の処理対象部材と同様の加工を実施したものであり、この第2実施形態では、第1工程および第2工程ともレーザピーニング処理を行った場合の例であるが、施工条件を変えてレーザピーニングを実施した。   The surface of the test body is subjected to the same processing as the actual processing target member. In the second embodiment, the laser peening process is performed in both the first step and the second step. Laser peening was carried out under different construction conditions.

第1工程のレーザピーニングの出力は第1実施形態とほぼ同じとし、第2工程のレーザピーニングのレーザ出力を第1工程のレーザピーニングのレーザ出力よりも小さくした。この試験体の残留応力をX線回折法で測定した。残留応力の測定では試験片(試験体)の測定する直径約10mmの範囲に対して電解研磨をしてその範囲の面の残留応力を測定した。   The output of the laser peening in the first step is almost the same as that in the first embodiment, and the laser output of the laser peening in the second step is made smaller than the laser output of the laser peening in the first step. The residual stress of this specimen was measured by the X-ray diffraction method. In the measurement of the residual stress, electrolytic polishing was performed on a range of about 10 mm in diameter measured by the test piece (test body), and the residual stress of the surface in the range was measured.

図7では、応力は(+)の方向が引張応力であり(−)の方向が圧縮応力である。表面処理前の残留応力分布曲線4では、応力は表面の浅い部分のみに引張残留応力が存在し、それより深い部分の残留応力はほぼ0であった。   In FIG. 7, the (+) direction is tensile stress and the (−) direction is compressive stress. In the residual stress distribution curve 4 before the surface treatment, the tensile residual stress exists only in the shallow portion of the surface, and the residual stress in the deeper portion is almost zero.

この面に第1の工程であるレーザピーニングを実施すると、第1工程後の残留応力分布曲線7のように、表面の残留応力が圧縮残留応力になり、その深さも500μmを超える値であった。   When laser peening, which is the first step, is performed on this surface, the residual stress on the surface becomes a compressive residual stress as shown in the residual stress distribution curve 7 after the first step, and the depth is also a value exceeding 500 μm. .

さらに、この面に第2工程である異なる条件のレーザピーニングを行った。第2工程のレーザピーニングの圧縮残留応力の深さは、第1工程の残留応力の深さよりも浅い。このため、第2工程後の残留応力分布曲線8では、500μmよりも浅い位置(200μm前後の位置)では、その影響が現れ残留応力が低下し第1の工程の残留応力分布とやや差があるものの、それよりも深い位置では第1の工程とほぼ同じ分布になり、残留応力維持の効果があることが判る。   Further, laser peening under different conditions as the second step was performed on this surface. The depth of the compressive residual stress of the laser peening in the second step is shallower than the depth of the residual stress in the first step. For this reason, in the residual stress distribution curve 8 after the second step, at a position shallower than 500 μm (position around 200 μm), the effect appears and the residual stress is lowered, which is slightly different from the residual stress distribution in the first step. However, at a deeper position, the distribution is almost the same as in the first step, and it can be seen that there is an effect of maintaining the residual stress.

図8は図7と同様に試験体の測定結果であり、算術平均粗さRaである。図8に示すように、表面処理前の表面粗さが1μm以下で、第1工程であるレーザピーニングを実施すると、やや上昇し、表面粗さが1.6μm程度になり、第2工程である異なる条件のレーザピーニング施工を行うと、表面処理前の値とほぼ同じで1μm以下になっている。このような施工において、圧縮残留応力の深さが深く、試験体の表面が滑らかな表面処理を行うことができた。   FIG. 8 shows the measurement result of the test specimen as in FIG. 7, and the arithmetic average roughness Ra. As shown in FIG. 8, when the surface roughness before the surface treatment is 1 μm or less and the laser peening as the first step is performed, the surface roughness rises slightly and the surface roughness becomes about 1.6 μm, which is the second step. When laser peening is performed under different conditions, the value is approximately 1 μm or less, which is almost the same as the value before the surface treatment. In such construction, the depth of the compressive residual stress was deep, and the surface of the test specimen could be smooth.

以上のように上述した実施形態によれば、高温の使用環境下で用いられる機器の部材としてのタービンホイール1の植込み部2に対して第1工程でレーザピーニングを施した後に第2工程でその植込み部2の表面をフラップホイール仕上げ(第1実施形態)やレーザ出力を弱めたレーザピーニング(第2実施形態)にて磨くことで第1工程のピーニング処理による圧縮残留応力の付与効果を維持しつつ植込み部2の表面を滑らかにすることができる。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、高温の使用環境下で用いられる金属部材に対してピーニング処理を施した後に金属部材の表面を磨く場合にピーニング処理による圧縮残留応力の付与効果を維持することができる。
As described above, according to the above-described embodiment, the laser peening is performed in the first step on the implanted portion 2 of the turbine wheel 1 as a member of the equipment used in a high temperature use environment, and then in the second step. By maintaining the surface of the implanted portion 2 by flap wheel finishing (first embodiment) or laser peening (second embodiment) with weak laser output, the effect of applying compressive residual stress by the peening process in the first step is maintained. While the surface of the implantation part 2 can be smoothed.
According to at least one embodiment described above, the effect of applying compressive residual stress by peening is maintained when the surface of a metal member is polished after peening is performed on a metal member used in a high-temperature use environment. can do.

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although the embodiment of the present invention has been described, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

A…施工範囲、1…タービンホイール、2…植込み部、3…冷却口。   A ... Construction range, 1 ... Turbine wheel, 2 ... Implanted part, 3 ... Cooling port.

Claims (8)

金属部材に対する表面処理方法において、
前記金属部材の表面に圧縮残留応力を付与する第1の工程と、
前記第1の工程で圧縮残留応力を付与した前記金属部材の表面粗さが1μm以下になるように前記金属部材の表面を滑らかに磨く第2の工程と
を有する表面処理方法。
In the surface treatment method for metal members,
A first step of applying compressive residual stress to the surface of the metal member;
And a second step of smoothly polishing the surface of the metal member so that the surface roughness of the metal member to which compressive residual stress is applied in the first step is 1 μm or less.
前記第2の工程の表面粗さは、第1の工程後の表面粗さよりも滑らかで、第2の工程の圧縮残留応力の深さが第1の工程後の圧縮残留応力の深さよりも浅いことを特徴とする請求項1に記載の表面処理方法。   The surface roughness of the second step is smoother than the surface roughness after the first step, and the depth of the compressive residual stress in the second step is shallower than the depth of the compressive residual stress after the first step. The surface treatment method according to claim 1. 前記第1の工程は、ピーニングにより前記金属部材の表面に圧縮残留応力を付与する請求項1または請求項2のいずれかに記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to claim 1, wherein the first step applies compressive residual stress to the surface of the metal member by peening. 前記第2の工程は、フラップホイール、ベルトサンダ、Nストリップ、レーザピーニングのうちのいずれか一つによる磨き処理とする請求項1乃至請求項3いずれか1項に記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to any one of claims 1 to 3, wherein the second step is a polishing treatment by any one of a flap wheel, a belt sander, an N strip, and laser peening. 前記第1の工程のピーニングがレーザピーニングである請求項3または4いずれかに記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to claim 3, wherein the peening in the first step is laser peening. 前記第1の工程と前記第2の工程の処理をともにレーザピーニングとした場合、前記第2の工程の施工条件を、前記第1の工程のレーザピーニングのレーザ出力よりも小さいレーザ出力とする請求項1乃至請求項5いずれか1項に記載の表面処理方法。   When both the process of the said 1st process and the said 2nd process are made into laser peening, the construction conditions of the said 2nd process are made into laser output smaller than the laser output of the laser peening of the said 1st process. The surface treatment method according to any one of claims 1 to 5. 前記金属部材の表面に付与する圧縮残留応力の値と深さと表面粗さとを表面処理の条件とする請求項1乃至請求項6いずれか1項に記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to any one of claims 1 to 6, wherein a value, a depth, and a surface roughness of the compressive residual stress applied to the surface of the metal member are conditions for the surface treatment. 前記第1工程における前記金属部材の表面に対する加工条件を、クリープ試験、クリープ疲労試験および高温疲労試験のうちの少なくとも一つの結果に基づいて決定する請求項1乃至請求項7いずれか1項に記載の表面処理方法。   8. The processing condition for the surface of the metal member in the first step is determined based on a result of at least one of a creep test, a creep fatigue test, and a high temperature fatigue test. Surface treatment method.
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