JP2619339B2 - 鉄系ショット粒の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車用歯車等の強度
を向上させるショットピ−ニング加工において使用され
る鉄系ショット粒の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用歯車等の疲労強度を向上させる
べく、これらに有効な残留圧縮応力を付与するために
は、高硬度のショット粒を使用することが望ましいこと
が知られている（「Ｓｈｏｔ Ｐｅａｎｉｎｇ Ａｐｐ
ｌｉｃａｔｉｏｎｓ」ＭｅｔａｌＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎ
ｔ社（１９８０））。このため、例えば浸炭焼入れした
部品を強化する場合には、部品の表面硬度（Ｈｖ６５０
〜８５０））と同程度の硬度のショット粒が必要であ
り、従来、かかる高硬度のショット粒として、Ｈｖ７０
０程度までのものは一部実用化されている（「材料試験
技術」Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．２（１９８９．４））。

【０００３】従来の高硬度のショット粒は、カットワイ
ヤショットの製造方法として、鋼線素材を伸線加工する
ことにより所定径の伸線とし、この伸線を所定長さに切
断した後、壁等へ投射を行なうことによりエッジ部に丸
みを付与し、この後焼入れ・焼き戻しの熱処理を行なう
ことにより、得られていた（特開昭６３−１９６３８０
号公報）。

【０００４】また、スチ−ルショットの製造方法とし
て、鋳鉄をアトマイズ法により造粒し、この後焼入れ・
焼き戻しの熱処理を行ない、その後ふるい分けすること
によっても、得られていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の製
造方法により得られるショット粒は、実用上Ｈｖ７００
程度が限度であり、かつこの程度の高硬度であっても硬
度及び粒径のバラツキが大きかったり、割れやすいもの
であった。すなわち、従来のカットワイヤショットの製
造方法では、所定径及び所定長さに切断したショット粒
素材に高硬度化を目的とした熱処理を施していため、各
ショット粒素材が熱処理時に凝集しやすかった。このた
め、この方法では、凝集体の内部に存在するショット粒
素材に熱が及びにくかったり、熱処理時の蒸気等の付着
状態が凝集の程度によって異なり、熱処理が不完全とな
って、Ｈｖ７００程度のものしか製造しにくく、かつ硬
度のバラツキが大きなものを製造しやすかった。そし
て、こうして得られたショット粒は、高硬度のものが低
硬度のものよりも早期に割れやすいものであったため、
硬度の大きなバラツキにより粒径にも大きなバラツキを
生じやすいものであった。

【０００６】また、従来のスチ−ルショットの製造方法
では、鋳鉄からアトマイズ法により造粒するため、デン
ドライト組織及びこれによる欠陥が避けられず、鋳鉄中
に高硬度化を目的として炭素を多く含ませれば一層欠陥
が生じやすくなり、やはりＨｖ７００程度までのものし
か製造できず、かつ割れやすいものを製造しやすかっ
た。そして、こうして得られた高硬度のショット粒は、
製造時及び使用時に割れやすいため、やはり粒径にも大
きなバラツキを生じやすいものであった。

【０００７】従って、従来の製造方法では、適用部品が
限られるショット粒しか製造できず、かかるショット粒
を適用したとしても、硬度及び粒径の大きなバラツキの
ため、ショットピ−ニング品質がバラツキ、ピ−ニング
効果の目安となるア−クハイト測定・管理を頻繁に行な
わなければならないという不具合があった。また、従来
の製造方法では、粒径を均一化するために規格外のショ
ット粒をふるい出す必要があるため、製造コストが高騰
し、かつ製造されたショット粒は、使用時にふるい出す
必要があるため消耗量が増加し、加工コストも高騰する
という不具合もあった。

【０００８】本発明は上記した不具合に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、従来よりも高硬度であり、か
つ硬度及び粒径のバラツキが小さいとともに割れにくい
ショット粒を安定して製造できる製造方法の提供にあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の鉄系ショット粒
の製造方法は、鋼線素材を熱処理することにより、組織
全体がほぼパ−ライト化された伸線素材を得る熱処理工
程と、該伸線素材を所定径まで縮小する伸線加工を行な
うことにより、加工硬化された伸線を得る引抜工程と、
該伸線を所定長さに切断することにより、ショット粒素
材を得る切断工程と、該ショット粒素材に外部圧力を加
えることにより、エッジ部に丸みを付与するとともに加
工硬化してＨｖ７００以上のショット粒を得る外圧工程
とからなることを特徴とするものである。

【００１０】熱処理工程では、鋼線素材を熱処理するこ
とにより、組織全体がほぼパ−ライト化された伸線素材
を得る。鋼線素材は市販のものを採用することができ
る。鋼線素材が熱処理に適さないほど太い径のものであ
る場合には、伸線加工により鋼線素材を径の細いものと
してから熱処理を行なうことができる。また、Ｈｖ７０
０程度以上のショット粒を製造するためには、炭素０．
７〜１．０重量％を含む鋼線素材を採用することができ
る。鋼線素材中の炭素が０．７重量％未満では組織全体
がほぼパ−ライト化されにくいため硬度の向上が充分で
はなく、炭素が１．０重量％を超えると引抜工程が困難
になる。また、熱処理はパテンティングにより行なうこ
とができる。

【００１１】引抜工程では、伸線素材を所定径まで縮小
する伸線加工を行なうことにより、加工硬化された伸線
を得る。伸線加工は常温により行なうことができる。本
工程により目的とする径まで細い伸線とすることができ
る。切断工程では、伸線を所定長さに切断することによ
り、ショット粒素材を得る。なお、この後、外圧工程に
引き続いて低温熱処理工程を行なう場合には、このショ
ット粒素材を第１ショット粒素材という。

【００１２】外圧工程では、ショット粒素材又は第１シ
ョット粒素材に外部圧力を加えることにより、エッジ部
に丸みを付与するとともに加工硬化させる。外部圧力を
加える手段としては、壁等へショット粒素材又は第１シ
ョット粒素材を投射する手段を採用することができる。
こうしてショット粒が得られる。但し、この後、さらに
低温熱処理工程を行なう場合には、ここで得られるショ
ット粒を第２ショット粒素材という。低温熱処理工程で
は、第２ショット粒素材を再結晶温度以下の温度で加熱
し、歪時効硬化する。この低温熱処理工程としては、ブ
ルーイングを採用することができる。

【００１３】こうして本発明の製造方法により、Ｈｖ７
００以上の鉄系ショット粒が得られる。

【００１４】

【作用】本発明の鉄系ショット粒の製造方法で製造され
るショット粒は、熱処理工程において組織全体がほぼパ
−ライト化されることにより靱性に富み、割れにくい。
すなわち、アトマイズ法により造粒するものではないた
め、デンドライト組織及びこれによる欠陥を有さない。
また、引抜工程における引張り応力により加工硬化が生
じ、加えて外圧工程における圧縮応力によりさらに加工
硬化が生じる。従って、製造されるショット粒は、パ−
ライト化されることと、引張り応力の加工硬化と、圧縮
応力の加工硬化とにより、高硬度が保証され、かつ割れ
にくい。また、この製造方法では、粒状化前に熱処理を
行なうため、熱処理時に各ショット粒素材の凝集を誘発
して硬度のバラツキを大きくすることはなく、熱処理工
程におけるパ−ライト化の程度の調整と、引抜工程時の
断面減少率の調整と、外圧工程の加工硬化の程度の調整
とにより、各粒の硬度の均一化が保証される。また、引
抜工程及び切断工程における伸線の径及び長さの調整に
より粒径の均一化が保証される。 なお、上記引抜工程
及び外圧工程を経て得られるショット粒（第２ショット
粒素材）内には多数の転移が導入されているが、外圧工
程後に低温熱処理工程を行なう場合には、空気中又は第
２ショット粒素材中の窒素や炭素等が溶質原子としてこ
の転移線に移動し、転移がこの溶質原子によって固着さ
れるため、硬度がより一層上昇する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例を図面を参
照しつつ説明する。 （実施例１）まず、炭素０．８１重量％、マンガン０．
４８重量％、珪素０．２３重量％、リン０．０１２重量
％、イオウ０．００４重量％、鉄残重量％からなる円柱
状の鋼線素材（Φ５．５ｍｍ）を用意した。この鋼線素
材は熱処理に適さないほど太い径のものであるため、機
械的に脱スケ−ルを行ない、その後、ほう酸からなる被
膜処理を施した後、伸線加工として３５０ｍ／ｍｉｎの
条件で引抜いてΦ２．９２ｍｍの細い鋼線素材とした。
この細い鋼線素材に、オ−ステナイト化温度９００℃、
鉛浴温度５５０℃の条件で、熱処理としての鉛パテンテ
ィング加工を施した。こうして、組織全体がほぼパ−ラ
イト化された伸線素材を得た。この伸線素材の硬度は、
Ｈｖ３９５であった。

【００１６】次に、引抜工程として、伸線素材に伸線加
工を施した。まず、塩酸を用いた常温酸洗により脱スケ
−ルを行ない、その後、りん酸塩からなる被膜処理を施
した後、伸線加工として４００ｍ／ｍｉｎの条件で引抜
いてΦ０．８７ｍｍの伸線とした。この伸線の硬度は、
最大Ｈｖ６７８、最小Ｈｖ６０５、平均Ｈｖ６４４、バ
ラツキ（Ｒ＝レンジ）７３であり、加工硬化されている
ことがわかる。

【００１７】この後、切断工程として伸線を切断機を用
いて長さ０．８７ｍｍに切断することにより、Φ０．８
７ｍｍ、長さ０．８７ｍｍの（第１）ショット粒素材を
得た。そして、（第１）ショット粒素材に外圧工程とし
て外部圧力を加えた。外部圧力としては、耐磨耗鋼から
なる壁へ５７ｍ／ｓの条件で（第１）ショット粒素材を
２００回投射した。こうしてエッジ部に丸みを付与し、
加工硬化させたショット粒（第２ショット粒素材）を得
た。このショット粒の硬度は、最大Ｈｖ７５９、最小Ｈ
ｖ７０５、平均Ｈｖ７２７、Ｒ５４であり、十分加工硬
化されていることがわかる。 （実施例２）炭素０．８２重量％、マンガン０．４９重
量％、珪素０．１８重量％、リン０．００７重量％、イ
オウ０．００３重量％、鉄残重量％からなる円柱状の鋼
線素材（Φ５．５ｍｍ）を実施例１と同様にΦ２．８５
ｍｍの細い鋼線素材とした。そして、実施例１と同様
に、熱処理を施した。熱処理後の伸線素材の硬度は、Ｈ
ｖ４１０であった。

【００１８】また、実施例１と同様に、Φ０．８０ｍｍ
の伸線とした。この伸線の硬度は、最大Ｈｖ６８４、最
小Ｈｖ６０３、平均Ｈｖ６４７、Ｒ８１であった。次い
で、実施例１と同様に、長さ０．８０ｍｍに切断し、シ
ョット粒素材を得た。このショット粒素材に実施例１と
同様に外圧工程を施し、ショット粒を得た。このショッ
ト粒の硬度は、最大Ｈｖ７７０、最小Ｈｖ７０３、平均
Ｈｖ７３５、Ｒ６７であり、ショット粒は十分加工硬化
されていることがわかる。 （実施例３）壁への投射回数を１００回とした以外は実
施例２と同様にショット粒を製造した。このショット粒
の硬度は、最大Ｈｖ７２９、最小Ｈｖ６３０、平均Ｈｖ
６７８、Ｒ９９であった。

【００１９】（実施例４）実施例１と同じ鋼線素材を実
施例１と同様にΦ２．２７ｍｍの細い鋼線素材とし、実
施例１と同様に熱処理を施した。熱処理後の伸線素材の
硬度は、Ｈｖ４３９であった。また、実施例１と同様
に、Φ０．６０ｍｍの伸線とした。この伸線の硬度は、
最大Ｈｖ６５６、最小Ｈｖ６０７、平均Ｈｖ６３１、Ｒ
４９であった。

【００２０】次いで、実施例１と同様に、長さ０．６０
ｍｍに切断し、ショット粒素材を得た。このショット粒
素材に実施例１と同様に外圧工程を施し、ショット粒を
得た。このショット粒の硬度は、最大Ｈｖ７４４、最小
Ｈｖ７０９、平均Ｈｖ７３１、Ｒ６５であり、ショット
粒は十分加工硬化されていることがわかる。従って、実
施例１〜４の製造方法で製造されたショット粒は、Ｈｖ
７００以上であり、種々の部品に適用可能であることが
わかる。 （実施例５）実施例１で得られたショット粒（第２ショ
ット粒素材）を低温熱処理工程として、３００℃、２０
分間均一に熱した後、空冷した。こうして得られたショ
ット粒の硬度は、最大Ｈｖ８０９、最小Ｈｖ７５２、平
均Ｈｖ７７４、Ｒ５７であった。このため、実施例５に
より低温熱処理工程を行ったショット粒の硬度は、実施
例１のショット粒と比較して、平均でＨｖ４７上昇して
いることがわかる。 （評価） （１）実施例１の製造方法で得られたショット粒の金属
組織を図７に示す。従来の高硬度スチ−ルショット（以
下、比較例１のショット粒とする。）の金属組織を図８
に示す。また、従来の高硬度カットワイヤショット（以
下、比較例２のショット粒とする。）の金属組織を図９
に示す。

【００２１】図７から、実施例１のショット粒は、組織
全体が加工硬化されたほぼパ−ライト組織であり、割れ
にくいことがわかる。一方、図８から、比較例１のショ
ット粒では、デンドライト組織からなる鋳造欠陥の引巣
が存在することがわかる。また、図９から、比較例２の
ショット粒では、不完全な焼入れ・焼戻し組織が存在す
ることがわかる。 （２）実施例１、実施例５、比較例１及び比較例２のシ
ョット粒を用いて、硬度及びその硬度の均一性を比較し
た。実施例１のショット粒の硬度分布を図１、実施例５
のショット粒の硬度分布を図２、比較例１のショット粒
の硬度分布を図３、比較例２のショット粒の硬度分布を
図４に示す。

【００２２】この結果、実施例１、実施例５のものの方
が両比較例１、２のものと比較して硬度のバラツキが小
さいことがわかる。また、実施例５のものの方が実施例
１のものと比較して硬度がより一層上昇していることが
わかる。 （３）実施例１及び比較例１のショット粒を用いて、粒
径の均一性を比較した。実施例１及び比較例１のショッ
ト粒の粒度分布を併せて図５に示す。

【００２３】この結果、実施例１のショット粒は比較例
１のものと比較して粒径のバラツキが小さいことがわか
る。従って、実施例１の製造方法では、粒径を均一化す
るために割れたショット粒をふるい出す必要がなく、製
造コストを低下できることがわかる。 （４）実施例１及び比較例１のショット粒を用いて、ハ
イポイドギア（Ｈｖ７５０）に同一の条件でショットピ
−ニングを行ない、入力トルク（ｋｇｆ・ｍ）と破断ま
での負荷繰返し数（回）とにより疲労強度を測定した。
結果を図６に示す。

【００２４】この結果から、実施例１のショット粒は、
比較例１のものと比較してやや優れた疲労強度を付与で
きることがわかる。 （５）実施例１及び比較例１のショット粒を用いて、実
機テストにより、ア−クハイトの安定度及び消耗量を確
認した。この結果、実施例１のショット粒ではア−クハ
イトの変動範囲が０．０６であり、比較例１のショット
粒と比較して２／３に低減していることがわかった。従
って、実施例１のショット粒を適用すれば、ショットピ
−ニング品質が安定し、ア−クハイト測定・管理を頻繁
に行なわなければならないという不具合を解決できるこ
とがわかる。

【００２５】また、実施例１のショット粒の消耗量は比
較例１のものと比較して１／７程度であった。これは、
実施例１のショット粒が比較例１のものと比較して使用
時に割れにくくかつ均一な硬度及び粒径を有しているた
めふるい出しによって減量しにくいからである。従っ
て、加工コストを低下できることがわかる。 （６）実施例１、実施例５及び比較例１のショット粒を
用いて、実機テストにより、消耗量を確認した。

【００２６】この結果、実施例５のショット粒は、実施
例１のものより平均Ｈｖ５０程度高いにもかかわらず、
比較例１のものと比較して１／７程度の消耗量であり、
実施例１のものとほぼ同等の消耗量であった。これは、
実施例５のショット粒も実施例１のものと同様に比較例
１のものと比較して使用時に割れにくくかつ均一な硬度
及び粒径を有しているためふるい出しによって減量しに
くいからである。従って、実施例５のショット粒も加工
コストを低下できることがわかる。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の鉄系ショ
ット粒の製造方法では、組織全体をほぼパ−ライト化し
た後、伸線加工を行なうことにより引張り応力により加
工硬化し、この後で切断し、次いで外部圧力を加えてエ
ッジ部に丸みを付与するとともに圧縮応力により加工硬
化するため、硬度のバラツキが小さくかつ割れにくい高
硬度のショット粒を製造することができる。

【００２８】従って、この製造方法では、ショット粒が
パ−ライト組織及び加工硬化により靱性及び硬度を維持
しているため、炭素量をさほど多くしなくてもＨｖ７０
０程度以上のショット粒を製造することができ、製造し
たショット粒を種々の部品に適用することができる。ま
た、製造されたショット粒を繰返し使用しても、製造ロ
ットにおいて硬度及び粒径のバラツキが小さいことか
ら、ショットピ−ニング品質を好適に維持でき、ア−ク
ハイト測定・管理を頻繁に行なう必要がない。

【００２９】さらに、この製造方法では、粒径を均一化
するためにふるい出す必要がないため、製造コストを低
下させることができ、かつ製造されたショット粒が割れ
にくく使用時にもふるい出す必要のないものであるた
め、ショット粒の磨耗量が減少し、加工コストも低減さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のショット粒の硬度分布を示すグラフ
である。

【図２】実施例５のショット粒の硬度分布を示すグラフ
である。

【図３】比較例１のショット粒の硬度分布を示すグラフ
である。

【図４】比較例２のショット粒の硬度分布を示すグラフ
である。

【図５】実施例１と比較例１のショット粒の粒度分布を
示すグラフである。

【図６】実施例１と比較例１とのショット粒とを用いた
ハイポイドギアの疲労強度を示すグラフである。

【図７】実施例１のショット粒の金属組織を示す３２０
倍の顕微鏡写真である。

【図８】比較例１のショット粒の金属組織を示す３２０
倍の顕微鏡写真である。

【図９】比較例２のショット粒の金属組織を示す３２０
倍の顕微鏡写真である。

フロントページの続き (72)発明者 秦野 精吉 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 鈴木 道弘 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 鬼頭 和巳 愛知県海部郡十四山村大字馬ケ地新田字 大鳥481番地 東洋精鋼株式会社内 (72)発明者 渡邊 吉弘 愛知県海部郡十四山村大字馬ケ地新田字 大鳥481番地 東洋精鋼株式会社内

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼線素材を熱処理することにより、組織全
   体がほぼパーライト化された伸線素材を得る熱処理工程
   と、 該伸線素材を所定径まで縮小する伸線加工を行なうこと
   により、加工硬化された伸線を得る引抜工程と、 該伸線を所定長さに切断することにより、ショット粒素
   材を得る切断工程と、 該ショット粒素材に外部圧力を加えることにより、エッ
   ジ部に丸みを付与するとともに加工硬化してＨｖ７００
   以上のショット粒を得る外圧工程とからなることを特徴
   とする鉄系ショット粒の製造方法。