JP6929535B2 - 鉄鋼成品の表面処理方法 - Google Patents
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Description
基地の状態に関する特性としては,金属材料の強度が結晶粒径の平方根の逆数に比例して増大することがホールペッチ(Hall-Petch)の関係として知られており,このような効果をもたらす結晶粒径の微細化は,金属成品の表面強化において利用されている。
鉄鋼材料の基地中には,前述したように炭化物や非金属介在物が存在するところ,このうちの炭化物は基地よりも高硬度であることから,このような炭化物の存在は,鉄鋼材料の耐摩耗性向上に貢献することが知られている。
Cr系炭化物を含有する鉄鋼成品の表面のうち,表面処理を行う領域である処理領域に対し,アルミナであってメディアン径d50が1〜20μmの略球状の噴射粒体を,0.5MPaの噴射圧力の圧縮気体と共に噴射して,前記処理領域に対するカバレージが100%となるようショットピーニングを行うことにより,前記鉄鋼成品の表面付近における二次炭化物の析出量を増加させ,及び,炭化物の破砕により生じたボイド(空隙)を減少又は消滅させることを特徴とする(請求項1)。
本発明の表面処理方法で処理対象とする成品は,基地中に炭化物が析出され得る組成の鉄鋼材料によって製造されたものであれば如何なるものも対象とすることができ,一例としてSKD11,SKD61,SKH51,SUJ2はいずれも本願の処理対象である。
前述した金属成品の表面のうち,表面処理を行う領域である処理領域に対し,略球状の噴射粒体を圧縮気体と共に噴射して,前述した領域に衝突させる,所謂「ショットピーニング」を行う。
本発明の表面処理方法で使用する略球状の噴射粒体における「略球状」とは,厳密に「球」である必要はなく,一般に「ショット」として使用される,角のない形状の粒体であれば,例えば楕円形や俵型等の形状のものであっても本発明で使用する「略球状の噴射粒体」に含まれる。
前述した噴射粒体を鉄鋼成品の表面に向けて噴射する噴射装置としては,圧縮気体(空気,アルゴン,窒素等)と共に研磨材の噴射を行う既知のブラスト加工装置を使用することができる。
以上で説明した鉄鋼成品に対し,前述した材質等からなるメディアン径d50が1〜20μmの略球状の噴射粒体を,0.01MPa以上,0.7MPa以下の噴射圧力の圧縮気体と共に噴射することにより行う。
〔ボイド(空隙)の変化状態の確認〕
(1)試験の目的
本発明の表面処理により,炭化物に生じているボイド(空隙)が減少又は消滅することを確認する。
未処理のSKD11製の試験片と,本発明の表面処理を行った後の同一試験片に基づいて,ボイドの変化状態を観察した。
試験片の処理条件を以下の表1に示す。
本発明の表面処理を行う前後の試験片を撮影した電子顕微鏡像を図1(観察箇所1)及び図2(観察箇所2)に示す。
また,表面処理前後におけるボイドの投影面積とその減少率を下記の表2に示す。
前述したボイド(空隙)の減少や消滅が生じた原因は必ずしも明らかではないが,本発明では噴射粒体が鉄鋼成品に衝突したことによる金属表層の急熱急冷と強加工が生じ,この強加工により結晶に転移が蓄積されるため,結晶が歪む一方,歪むのは最表層のみであるために,その下の基地は歪ませないよう力が働く結果,最表層に圧縮応力が働くことで,炭化物の粒界に生じたボイドも圧縮されて減少あるいは消滅したものと考えられる。
(1)試験の目的
本発明の表面処理により鉄鋼成品の表面付近における二次炭化物の発生状態が変化していること(特に,二次炭化物の増加)を確認する。
前述した〔ボイド(空隙)の変化状態の確認〕に使用したと同一の電子顕微鏡像を使用して,本発明の表面処理の前後において試料の同一箇所で二次炭化物の発生状態がどのように変化しているかを確認した。
観察は,図3中に枠線で示した観察領域(380μm2)において行った。
表面処理前後の試料を撮影した電子顕微鏡像を図3に示す。
図3から明らかなように,未処理の試料を撮影した電子顕微鏡像〔図3(A)〕に表れている二次炭化物と,処理後の試料を撮影した電子顕微鏡像〔図3(B)〕に表れている二次炭化物では,二次炭化物が表れている位置,二次炭化物の形状,個数がいずれも異なるものとなっており,本発明の方法で表面処理を行ったことで,未処理の状態で撮影されていた二次炭化物は一つとして残っておらず,元の二次炭化物が一旦消滅した後,新たな二次炭化物が再析出されていることが判る。
本発明の表面処理方法で二次炭化物を増加させることができた理由は明らかではないが,敢えて理由を付けるとすれば,以下のような理由が考えられる。
なお,試験片であるSKD11はCr系の炭化物が多くを占めていることで知られているため,ここではCr系炭化物に焦点をおいて検討する。
(1)試験の目的
本発明の表面処理方法を実施した鉄鋼成品の耐摩耗性が向上していることを確認する。
未処理のSKD11製試験片(HRC60)と,本発明の表面処理を行ったSKD11製試験片に対し,ボールオンディスク式摩擦摩耗試験機を用いて耐摩耗性の試験を行った。試験条件を表4に示す。
摩擦摩耗試験の結果を,下記の表5に示す。
炭化物の増加が耐摩耗性の向上に有効であることは公知であり,前述したように二次炭化物を増加させる効果のある本発明の表面処理を行った試験片では,二次炭化物の増加による耐摩耗性の向上が得られていると考えられる。
(1)試験の目的
本発明の方法で表面処理を行うことで,鉄鋼成品の耐久性(疲労強度)が維持又は向上していることを確認する。
未処理のSKD11製プレス用ダイ(比較例)と,前掲の表1に示したと同一条件で表面処理を行ったSKD11製のプレス用ダイ(実施例)を使用して,SUS304材のU曲げ加工を行った。
試験結果を,表6に示す。
前述したように,炭化物の増加は,一般に,耐摩耗性を向上させる効果がある一方で,耐久性(疲労強度)を低下させるものであるにも拘わらず,本発明の方法で表面処理を行ったプレス用ダイでは,耐久性の大幅な向上が確認された。
Claims (2)
- Cr系炭化物を含有する鉄鋼成品の表面のうち,表面処理を行う領域である処理領域に対し,アルミナであってメディアン径d50が1〜20μmの略球状の噴射粒体を,0.5MPaの噴射圧力の圧縮気体と共に噴射して,前記処理領域に対するカバレージが100%となるようショットピーニングを行うことにより,前記鉄鋼成品の表面付近における二次炭化物の析出量を増加させ,及び,炭化物の破砕により生じたボイドを減少又は消滅させることを特徴とする鉄鋼成品の表面処理方法。
- 前記ショットピーニングにより,前記鉄鋼成品の表面付近における結晶粒をナノ結晶組織に微細化させることを特徴とする請求項1記載の鉄鋼成品の表面処理方法。
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