JPH02310310A - 高疲労強度金属素材および金属素材の表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、たとえば金属ベローズ等の繰り返し応力の加
わる成形品等に用いられる金属素材に関し、特に疲労強
度を高めたものに関する。

（従来の技術および発明が解決しようとする課題）従来
から金属素材の硬さを上昇させることにより材料強度を
高め、繰り返し応力に対する疲労強度を高める方法が知
られている。

ところが、硬度と耐疲労強度との関係を検討すると、硬
度が高いとかえって耐疲労強度が低下してしまうことが
わかった。第３図には耐疲労強度と硬さとの関係を示し
ており、ある硬さで疲労強度が最大となるピークがあり
、それ以上硬さを硬くすると疲労強度は低下していく傾
向にある。

一般に、耐熱性、耐食性、耐摩耗性に優れた金属素材、
たとえばインコネル材や析出硬化型のＳＵＳ材等の高価
な材料は組織が緻密で硬く、第３図に示したピークより
硬さが硬い領域にあり、表面硬化等の処理によっては疲
労強度を改善することができなかった。

本発明は、上記した従来技術の課題を解決するためにな
されたもので、その目的とするところは、耐熱性、耐食
性等の優れた特質を損なうことなく、疲労強度を高め得
る高疲労強度金属素材および金属素材の表面処理方法を
提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明に係る高疲労強度金
属素材は、耐熱性、耐食性、耐摩耗性に優れた緻密な金
属素材の表面に、金属素材の芯部よりも軟化させた疲労
強度の高い高疲労強度層を設けて成ることを特徴とする
。

また金属素材の表面処理方法は、耐熱性、耐食性、耐摩
耗性に優れた緻密な金属素材表面を熱処理を施して軟化
させて疲労強度の高い高疲労強度層を生成するものであ
る。

さらに、熱処理はレーザービーム照射により行なうこと
が効果的である。

（作　用） 本発明に係る高疲労強度金属素材は、硬質で緻密な金属
としての耐熱性、耐食性、耐摩耗性の優れた特質を有し
、かつ表面に設けられた軟質の高疲労強度層によって疲
労強度も高い。

また、金属表面を熱処理して表面を軟化させることによ
り、簡単に疲労強度を改善することができる。

さらに、レーザービーム照射により表面処理を行なえば
処理厚さを精密に制御することができる。

（実施例） 以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明する。第１
図は本発明の一実施例に係る金属素材の概略断面図であ
る。この金属素材１は耐熱性、耐食性、耐摩耗性に優れ
た緻密な組織を有する芯部２と、この芯部２よりも軟化
させた疲労強度の高い高疲労強度層３とを有する積層構
造となっている。

金属素材１の材質としては、たとえばインコネル材、析
出硬化型のＳＵＳ材等の高級材に有効である。そして高
疲労強度層３の厚さは任意であり、材質２寸法等に応じ
て適宜設定される。金属素材１としては、形材、線材、
板材、管材等の種々の素材に適用することができる。

この金属素材１表面の高疲労強度層３の生成は、焼なま
し等の熱処理による。焼なましの際の金属素材１表面の
加熱方法としては、高周波誘動加熱による方法、火炎に
よる方法、レーザービーム照射による方法等積々の方法
を適用することができる。このうち、レーザービーム照
射による方法は、そのレーザービームの照射時間３強度
等を制御することにより、高疲労強度層３の生成深さを
容易に管理することができ、さらに高疲労強度層３を局
部的に形成することができる点で効果的である。

この表面軟化処理の基本原理は次の通りである。

金属素材１の硬さと疲労強度との間には、従来例で指摘
した通り、第３図に示すような関係があり、硬さを横軸
に疲労強度を縦軸にとると、ある硬さで疲労強度がビー
クＰとなる山形の曲線となる。

すなわち、素材１の硬さが低い場合には、硬さを上昇さ
せることにより材料強度を上昇させる表面硬化法がある
のは衆知の通りであるが、第３図中疲労強度のビークＰ
から硬さの低い側のＡ　ｗ４域の材料の場合には、表面
を硬化することにより疲労強度は上昇する。

本発明の特徴とするところは、材質的に第３図中のビー
クＰよりも高硬度のＢ　ｆｉｌ域の材料に対して表面を
軟化処理することにより疲労強度が上昇することを利用
している点にある。

第２図は、本発明の金属素材の表面処理方法を金属製ベ
ローズに適用した具体例が示されている。

すなわち、この金属ベローズは、耐熱性、耐食性。

耐摩耗性に優れた素材が用いられており、その山部５．
谷部６の形状１曲率を全て同一に設定した蛇腹部７を備
えている。

この蛇腹部７の金属材料は芯部８と高疲労強度層９との
２層構造となっており、高疲労強度層９は芯部８よりも
組織が粗く軟質に設定されている。

この高疲労強度層９は、金属材料表面を軟化処理するこ
とによって生成される０表面の軟質化方法としては、上
記したように高周波加熱やレーザービーム照射等の熱処
理等積々の方法が適用できる。

このうち、レーザービームによる表面処理は、１ミクロ
ン程度の単位で軟化層を生成することが可能であり、高
疲労強度層９の厚さの管理を精密に行なうことができる
。したがって、板厚の極く薄い電着ベローズの表面軟化
処理に最適である。

本考案は、プレス成形による成形ベローズ、電着ベロー
ズあるいは溶接ベローズのいずれにも適用できるもので
、ベローズの蛇腹部を成形した後工程で表面処理が施さ
れる。

また、表面処理する部位としては蛇腹部１の全周に施し
てもよく、また応力が特に集中しやすい蛇腹部７の付は
根部に部分的に生成することも可能である。さらに表面
の高疲労強度層９の厚さを蛇腹部７の中央部より両端部
で厚くなるように変化させてもよい。

本実施例の高疲労強度ベローズにあっては、蛇腹部７の
伸縮に伴なってその山、谷部５．６に応力が集中しても
金属材料が高疲労強度層９を含んで補強されているので
、長寿命化を図ることができる。したがって、耐熱性、
耐食性、耐摩耗性等の優れた特質を有し、かつ疲労強度
の高いベローズを実現することができる。

そして、このようにベローズ成形後の後工程で表面処理
を行なうだけでベローズの疲労強度を高めることができ
るので、成形時におけるベローズの形状、山、谷部５．
６の曲率等は疲労強度を考慮することなく任意の形状に
成形することができ成形自由度を増大させることができ
る。

また、従来と同様の同一形状、同一曲率のベローズの場
合には、板厚をより薄くすることが可能になり、長寿命
で信鯨性の高い薄型のベローズを実現することができる
。

一方、蛇腹部１の伸縮時に最も圧縮および引張り応力の
加わるのは蛇腹部１の表面部位であるので、表面層に高
疲労強度層を設けることが最も効果的である。

尚、この実施例では、ベローズの金属素材の構造として
２１ｉｉｔｌｌ造を例にとって説明したが、２層構造で
ある必要は無く、３層構造以上の構成としてもよい、ま
た、この例では蛇腹部７の外周面を硬化処理した場合に
ついて説明したが、蛇腹部７の内周面を軟化処理しても
よく、内、外周面の両端を軟化処理してもよい。

（発明の効果） 本発明は以上の構成および作用を存するもので、耐熱性
、耐食性、耐摩耗性に優れた緻密な金属素材の表面に、
金属素材の芯部よりも軟化させた疲労強度の高い高疲労
強度層を設けたので、耐熱性。

耐食性等の優れた特質を損うことなく疲労強度を高める
ことができる。

また、本発明の表面処理方法によれば、素材成形後の後
工程にて簡単に疲労強度を改善することができる。

さらに、レーザービーム照射により表面処理するように
すれば、処理される高疲労強度層の厚さ等を精密に制御
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高疲労強度金属素材の一例を示す縦断
面図、第２図は本発明の金属素材の表面処理方法によっ
て処理された金属製ベローズの要部縦断面図、第３図は
金属材料の疲労強度と硬さとの関係を示すグラフである
。 符　　号　　の　　説　　明

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）耐熱性、耐食性、耐摩耗性に優れた緻密な金属素
   材の表面に、金属素材の芯部よりも軟化させた疲労強度
   の高い高疲労強度層を設けて成ることを特徴とする高疲
   労強度金属素材。
2. （２）耐熱性、耐食性、耐摩耗性に優れた緻密な金属素
   材表面を熱処理を施して軟化させて疲労強度の高い高疲
   労強度層を生成する金属素材の表面処理方法。
3. （３）熱処理はレーザービーム照射により行なう請求項
   ２に記載の金属素材の表面処理方法。