JP2745487B2 - ショット加工用ボール - Google Patents

ショット加工用ボール

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JP2745487B2 JP12570594A JP12570594A JP2745487B2 JP 2745487 B2 JP2745487 B2 JP 2745487B2 JP 12570594 A JP12570594 A JP 12570594A JP 12570594 A JP12570594 A JP 12570594A JP 2745487 B2 JP2745487 B2 JP 2745487B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非鉄金属材料,鉄系金
属材料,焼結合金に代表される被加工物の表面にショッ
ト加工を施して、被加工物の表面を改質ための最適なシ
ョット加工用ボールに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から非鉄金属材料,鉄系金属材料ま
たは焼結合金の被加工物、具体的には、例えば軸受部品
でなる被加工物の表面部に冷間転造,ショットピーニン
グ,ショットブラスト,タンブラーなどの機械的加工を
施して、被加工物の表面に残留圧縮応力を付与して硬化
処理することが行われている。これらの処理方法の内、
ショットピーニングに用いられるショット材は、鋼球,
ガラス球またはアルミナや炭化ケイ素に代表される研掃
材が一般的なショット材質である。
【0003】これらの従来のショット材質を用いて、シ
ョットピーニングを施すと、被加工物の表面にショット
を衝突させたときに、発生するエネルギが弱く、したが
ってショットピーニング効果も弱いという問題がある。
この問題を解決しようとした代表的なものに、特開昭5
5−77474号公報がある。
【0004】一方、超硬合金でもって球径1mm以下の
微小ボールを形成することは、大変困難なことである
が、この微小ボールに関する代表的なものに、特公昭4
2−24728号公報,特開平6−108117号公報
および特開平6−108258号公報がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ショット加工に関する
先行技術の内、特開昭55−77474号公報には、硬
さが900HV以上であり、密度が10g/cm3以上
であるショットを、用いてショットピーニング加工する
方法について記載されており、具体的には、ショットと
しては、材質が70%WC−30%Co超硬合金または
87.5WC−2.5%TiC−10%Co超硬合金
(以上wt%)からなり、その粒径が0.5mmからな
るものが記載されている。
【0006】同公報に記載されている超硬合金のショッ
トの内、70%WC−30%Co超硬合金は、硬さおよ
びヤング率が低いことから、これを用いてショット加工
する場合、特に被加工物が超硬合金やサーメットのよう
な高硬質物質であると、短時間でショット表面に変形が
生じて、被加工物の表面粗度を低下させること、および
被加工物の表面部に付与する残留圧縮応力が低く、被加
工物へのショット効果が弱いという問題がある。一方、
87.5%WC−2.5%TiC−10%Co超硬合金
のショットは、脆弱なTiCが含有されていることか
ら、ショット加工時に破損しやすく、短寿命になるとい
う問題がある。
【0007】また、特公昭42−24728号公報に
は、Co−W−Cの複合炭化物を含有したWC−Co系
超硬合金のペンボールについて記載されており、特開平
6−108117号公報には、球径0.3〜1.8mm
のWC−Co系超硬合金のペンボールの製造方法につい
て記載されている。
【0008】これら両公報の内、前者は、インクに対す
る耐腐食性を高めようとした超硬合金であるが、Co−
W−Cの複合炭化物を含有しているために低靭性で、こ
れをショットとして用いると、ショット加工時に破損し
やすく、短寿命になるという問題があること、また、後
者は、微小粒を核として、その周囲に粉末の付着層を形
成した成長粒を篩別,焼結して得た微小ボール素材また
はこれを研摩した研摩ボールについて記載されている
が、真球度の高いペンボールを製造するための工程を経
ていることから、非常に高価になり、これをショット加
工に必要な多数個のボールにすると、さらに高価格にな
るという問題がある。
【0009】さらに、特開平6−108258号公報に
は、被覆超硬合金の被加工物、球径0.1〜1.0mm
の超硬合金のショットについて記載されているが、ショ
ット材質によっては、ショット加工時にショット球表面
の変形またはショット球の破損から短寿命になるという
問題がある。
【0010】本発明は、上述のような問題点を解決した
もので、具体的には、被加工物の表面部を改質するのに
最適なショット、特に高硬度鋼や焼結合金のように高硬
質物質でなる被加工物の場合に、被加工物の表面部に高
い圧縮応力を残存させ得ることが可能で、かつ耐欠損性
に優れる超硬合金製のショット加工用ボールの提供を目
的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、高硬質物
質の焼結合金からなる被加工物の表面を破損することな
く、その表面部に高い残留圧縮応力を付与するためのシ
ョット加工を行っていた所、超硬合金のショットが好ま
しいこと、超硬合金の中でも、硬さが所定値以上を有す
る焼肌面の超硬合金が残留圧縮応力の付与および工業的
なコスト面において適しているという知見を得て、本発
明を完成するに至ったものである。
【0012】すなわち、本発明のショット加工用ボール
は、超硬合金で形成された球状体の微小ボールにおい
て、該超硬合金がCoおよび/またはNiを主成分とす
る結合相5〜15重量%と、周期律表の4a,5a,6
a族金属の炭化物,窒化物およびこれらの相互固溶体か
ら選ばれた少なくとも1種の立方晶系化合物2重量%以
下と、残りが炭化タングステンと不可避不純物からな
り、該超硬合金の硬さが1200HV以上でなり、該微
小ボールが焼肌面でなることを特徴とするものである。
【0013】本発明のショット加工用ボールにおけるボ
ール材質としての超硬合金は、結合相と炭化タングステ
ンと不可避不純物とからなる場合、または結合相と立方
晶系化合物と炭化タングステンと不可避不純物とからな
る場合があり、特に前者の方が少しヤング率を高くする
ことができて、ショット加工時における耐欠損性にも優
れることから好ましい。
【0014】この超硬合金を構成している結合相は、具
体的には、例えばCo,Ni,Co−Ni合金またはこ
れらにCr,Fe,W,Mo,Ti,Zr,Hf,T
a,Nb,Vの中の少なくとも1種を微量固溶した合金
からなっており、特に結合相に対してCrが10体積%
以下含有していると、硬さおよび耐食性が高くなり好ま
しく、また結合相に対してCo,Ni以外の上述の元素
が5体積%以下含有していると、硬さが高くなることか
ら好ましいことである。この結合相が超硬合金全体に対
して5重量%未満になると、強度の低下が著しく、ショ
ット加工時に欠損しやすくなること、逆に15重量%を
超えて多くなると、硬さおよび耐塑性変形性の低下が著
しく、高硬質物質の被加工物をショット加工するときに
ショット表面部に変形が生じやすくなる。
【0015】超硬合金を構成する立方晶系化合物は。具
体的には、例えばTiC,ZrC,HfC,VC,Nb
C,TaC,TiN,ZrN,HfN,VN,NbN,
TaN,(Ti,W)C,(Ti,Mo)C,(Ti,
Zr)C,(Ti,Ta)C,(Ti,Ta,W)C,
(Ti,Nb,Ta,W)C,(Ti,Zr)(C,
N),(Ti,Ta)(C,N),(Ti,Ta,W)
(C,N)を挙げることができる。この立方晶系化合物
が超硬合金全体に対して2重量%を超えて多くなるとヤ
ング率の低下およびショット加工時における耐欠損性の
低下が顕著になる。
【0016】この超硬合金の諸特性の内、硬さが120
0HV未満になると、組成成分が同一の超硬合金であっ
たとしても被加工物の表面部へ付与する残留圧縮応力値
が低くなる。特に、ヤング率が500GPa以上でなる
超硬合金の場合には、ショット加工時での耐欠損性に優
れることから好ましいことである。
【0017】本発明のショット加工用ボールにおける微
小ボールの表面状態を現わす焼肌面とは、焼結後の表面
状態の場合、または焼結後にボールを入れる容器とボー
ルとの付着またはボール間の付着を防止するために使用
する物質を除去するのにバレル研摩処理またはサンドブ
ラスト処理を行うことがあるが、これらの処理を行った
ボールの表面状態をも含めたボール表面状態を現わす。
【0018】この微小ボールは、形状的にはラフな真球
度、具体的には、例えばラグビーボール状または円筒状
ボールの形状でもよいが、特に平均球径0.2mm以下
で最大球径と最小球径の比が1.5以下でなる場合に
は、被加工物の表面部に高い残留圧縮応力を付与するこ
とができるので好ましいことである。
【0019】また、従来の鋼球または球径が0.2〜1
mmの超硬合金製微小ボールのショットで被加工物表面
をショット加工した後に、再度被加工物表面をショット
加工するダブルショット加工、もしくは被加工物のショ
ット加工を施す表面部が微細部分である場合には、平均
球径0.05mm以下でなる本発明のショット加工ボー
ルを用いると被加工物の損傷が生じ難く、かつ被加工物
表面部に高い残留圧縮応力を付与することができること
から好ましいことである。この微小ボールは、強度およ
びヤング率からすると気孔のない緻密な超硬合金である
ことが好ましいが、50体積%以下の気孔率を有する微
小ボールにすることも以下の理由から好ましいことであ
る。50体積%以下の気孔率でなる微小ボールの場合に
は、同一比重のボール材質を用いて、気孔率を調整する
と、同一重量でもってボールの大きさを変えることがで
きること、ボールの大きさを変えたショットでもってシ
ョット加工を施すと被加工物の表面部への最大残留応力
の深さ位置を微調整できることから好ましいことであ
る。特に、この気孔率は、ボールの強度および耐欠損性
から10体積%以下が好ましい。
【0020】本発明のショット加工用ボールは、各種の
鉄系材料または焼結合金からなる被加工物の表面にショ
ット加工するために用いることができるもので、これら
の被加工物の中でも焼入れ,または焼入れ焼戻しされた
高硬度鉄系材料、もしくは超硬合金やサーメットの焼結
合金、あるいはこれらの表面に、化学蒸着法や物理蒸着
法でもって、例えば周期律表の4a,5a,6a族金属
の炭化物,窒化物,炭酸化物,窒酸化物,酸化アルミニ
ウムおよびこれらの相互固溶体の中の少なくとも1種の
被膜が被覆された被覆鉄系材料,被覆焼結合金でなる被
加工物の表面をショット加工するのに用いることが高残
留圧縮応力に結びつくことから特に好ましいことであ
る。
【0021】本発明のショット加工用ボールは、従来の
微小ボールの製造方法を応用して作製することもできる
が、以下の方法でもって作製することが工業上好ましい
ことである。すなわち、出発物質である各種の粉末を所
定量配合し、これにパラフィンに代表される滑剤を少量
添加し、これらに有機溶媒を加えて混合し泥ショウ物を
得る工程と、この泥ショウ物を噴霧機に挿入し、高圧空
気でもって泥ショウ物をノズルから噴霧化し、球状の造
粒粉体を得る工程、この造粒粉体を相互に付着しないよ
うにアルミナ粉末や窒化アルミニウム粉末に埋設した状
態で、真空または非酸化性雰囲気中で加熱焼結し、微小
ボールを得る工程により作製する方法である。このと
き、特に重要な点は、噴霧化におけるノズルの径と泥シ
ョウ物の粘度と噴霧化時の温度であり、これらをコント
ロールすることによって球状の造粒粉体の大きさが制御
される。
【0022】
【作用】本発明のショット加工用ボールは、超硬合金の
組成成分と、超硬合金の特性である硬さがショット加工
時のエネルギを大きくし、かつそのときの衝突に耐える
強度および靭性を保持する作用をしているものである。
【0023】
【実施例1】市販されているWC,(W,Ti,Ta)
C複合炭化物,TiC,Co,Niの各粉末を用いて、
それぞれを所定量に配合し、これらに外掛けで2〜5w
t%のパラフィンと、アセトンを加えて混合した後、そ
れぞれを噴霧機に挿入し、150〜400℃に加熱しな
がらArガス圧力でもって噴霧機のノズルを通過させて
球状の造粒粉体を作製した。
【0024】この造粒粉体をカーボン含有アルミナ粉末
中に埋設した状態で真空中で1320〜1420℃に加
熱焼結して、平均球径0.1mmの焼肌面でなる微小ボ
ールを多数個作製した。こうして得た各配合組成からな
る微小ボールの焼結後の組成成分を表1に示した。表1
に示した本発明品1〜8と比較品1〜4の微小ボールお
よび同一組成成分の各試料を用いて、硬さ、ヤング率お
よび比重を調べて、その結果を表1に併記した。
【0025】表1に示した本発明品1〜8および比較品
1〜4の微小ボールをショット材として用いて、93%
WC−7%Co(wt%)超硬合金の被加工物の表面に
空気式ショットピーニング機で投射圧力3kgf/cm
2でもってショットピーニング加工を施した。このショ
ット加工後、被加工物の抗折力と、その表面部の残留圧
縮応力、面粗度および損傷状態を調べて、その結果を表
2に示した。また、このショット加工後に、用いた本発
明品1〜8および比較品1〜4のボールの損傷状態を調
べて、その結果を表2に併記した。
【0026】被加工物の表面部の残留圧縮応力は、結晶
X線回折装置を用いて、Cr管球,Vフィルター,30
KV電圧,30mA電流の条件により回折して得たWC
の(111)結晶面から求めた。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
【実施例2】実施例1の内、造粒粉体を作製するときに
用いた噴霧機のノズル径とそのときの混合物の粘度を調
整する以外は、本発明品2および比較品1〜3と同様に
行って、表3に示した焼肌面でなる各平均球径の本発明
品9〜15および比較品5〜7を得た。(但し、比較品
5は比較品1相当、比較品6は比較品2相当、比較品7
は比較品3相当である) こうして得た本発明品9〜15および比較品5〜7をシ
ョット材として用いて、被加工物を90%WC−10%
Co(wt%)超硬合金とした以外は、実施例1と同様
の条件でもってショットピーニング加工を施し、ショッ
ト加工後の被加工物および本発明品9〜15,比較品5
〜7の損傷状態を実施例1と同様にして調べて、その結
果を表3に併記した。
【0030】
【表3】
【0031】
【実施例3】実施例1の内、造粒粉体を作製するときの
パラフィンおよびアセトン含有量による混合物の粘度
と、Arガス圧力との調整以外は、略本発明品2と同様
に行って、表4に示した焼肌面でなる平均球径0.1m
mの本発明品16〜23を得た。
【0032】こうして得た本発明品16〜23をショッ
ト材として用いて、実施例2と同様にしてショットピー
ニング加工を施し、ショット加工後の被加工物および本
発明品16〜23の損傷状態を実施例1と同様にして調
べて、その結果を表4に併記した。
【0033】
【表4】
【0034】
【発明の効果】本発明のショット加工用ボールは、従来
の超硬合金製ショット加工用ボールまたは本発明のショ
ット加工用ボールから外れた比較品に比べて、ショット
加工時に損傷し難く、かつ被加工物、特に超硬合金のよ
うに高硬質物質でなる被加工物の場合には、被加工物の
表面部に高い残留圧縮応力を付与できること、高い残留
圧縮応力により被加工物の強度が優れること、被加工物
自体の損傷が生じ難く、被加工物の表面粗度も優れてい
るという効果を発揮するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−77474(JP,A) 特開 平6−108258(JP,A) 特開 平6−108117(JP,A) 特開 平2−228448(JP,A) 特開 昭62−99080(JP,A) 特開 昭62−96601(JP,A) 特開 昭55−148701(JP,A)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超硬合金で形成された球状体の微小ボー
    ルにおいて、該超硬合金がCoおよび/またはNiを主
    成分とする結合相5〜15重量%と、周期律表の4a,
    5a,6a族金属の炭化物,窒化物およびこれらの相互
    固溶体から選ばれた少なくとも1種の立方晶系化合物2
    重量%以下と、残りが炭化タングステンと不可避不純物
    からなり、該超硬合金の硬さが1200HV以上でな
    り、該微小ボールが焼肌面でなることを特徴とするショ
    ット加工用ボール。
  2. 【請求項2】 上記超硬合金は、ヤング率が500GP
    a以上でなることを特徴とする請求項1記載のショット
    加工用ボール。
  3. 【請求項3】 上記微小ボールは、平均球径0.2mm
    以下の球状体でなり、該球状体の最大球径と最小球径の
    比が1.5以下でなることを特徴とする請求項1または
    2記載のショット加工用ボール。
  4. 【請求項4】 上記微小ボールは、50体積%以下の気
    孔率を有することを特徴とする請求項1,2または3記
    載のショット加工用ボール。
  5. 【請求項5】 上記微小ボールは、高硬度鉄系材料,焼
    結合金または被覆焼結合金でなる被加工物の表面をショ
    ットピーニングするときに用いることを特徴とする請求
    項1,2,3または4記載のショット加工用ボール。
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