JPH0413573A - 金属製品の表面仕上げ方法 - 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、金属製品の表面硬化処理方法に関するもので
、例えば、歯車、スプライン構造品、シャフト等の高面
圧を受ける構造部品に適用される。

（従来の技術） 従来より、金属製品の表面仕上げ方法としてショットピ
ーニング法が知られている。このショットピーニング法
は、ショツト粒を金属製品の表面に噴射して表面層に残
留圧縮応力を生じさせ、かつ加工硬化により表面層を強
化する表面硬化法である。

般にショットピーニングを施した金属製品は、特に疲れ
強さが増大するので、バネ、シャフト、ビンなどの表面
硬化品に使用される。ショットピニング法に用いるショ
ツト粒は、鋳鉄のチルショット、鋼粒ショット、カット
ワイヤショット、マルテンショット等の種類があり、こ
れらのショツト粒の平均粒径は、０．２ｍｍ以上のもの
が殆どである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来のショットピーニング法によると、
表面処理した金属製品は、一般に最表層よりやや深い位
置で残留圧縮応力が最大になり、この位置よりも最表層
部のほうが圧縮応力がやや低くなるという問題がある。

この問題を第４図にもとづいて説明すると、記号［Ａ］
および記号［Ｂ］で示す浸炭後にショットピーニングし
たアークバイト０．４ｍｍＡ、アークハイトＱ、７ｍｍ
Ａの試験片は、金属製品の表面からの距離が深（なるに
したがい残留圧縮応力が次第に増大し、さらに深さが深
くなると残留圧縮応力が低下するようになっており、最
表層部の残留圧縮応力が最大残留圧縮応力よりも低下す
る現象がみられる。ここに、「アークハイト」とは、シ
ョットピーニングの程度を定量的に表現する指標であっ
て、アルメンゲージを用い試験片の盛上がり高さを表示
するものである。また記号［Ｃ］に比較例として示す浸
炭したままの試験片は、金属製品の表面からの距離にさ
ほど影響なく残留圧縮応力が小さい。このように金属表
面の残留圧縮応力の低下を生じていることが、硬さを低
下させ、ピッチングの発生を顕著にし、高面圧部品とし
て用いた場合に表面損傷が著しい。

また従来のショットピーニング法によるものは、金属製
品の表面粗さが相対的に粗いため、高面圧部品として軸
受等に用いた場合焼付きを起こしやすく、またこの製品
を可動部に使用すると騒音が大きいという問題がある。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
ので、表面に近い部分の圧縮残留応力を大にし最表層の
表面硬化度を増大し、かつ表面粗さを低減し、金属製品
の耐久寿命を長くするようにした金属製品の表面処理方
法を提供するものである。

（課題を解決するための手段） そのために、本発明の第１発明の金属製品の表面仕上げ
方法は、金属製品の表面に平均粒径が３５０μｍ以下の
球状鉄粉を衝突させることにより金属表面の残留応力と
表面粗さを制卸することを特徴とする。

本発明の第２発明の金属製品の表面仕上げ方法は、前記
球状鉄粉の平均ビッカース硬さが７００〜９５０Ｈｖの
範囲にあることを特徴とする。

ここにワークとしての金属製品は、浸炭用鋼材、非鉄金
属材、プレス用金型材、Ｎｉ材、ＡＪ２材等であるが、
これらの材料に限らない。

ショツト粒に「鉄粉」を用いたのは、ガラスピーズ、セ
ラミックビーズ等のものに比べ高靭性であり破壊しにく
く球形の粒子が得られ表面粗さを低減できるからである
。鉄粉は、高炭素鋼のものを用いるのが望ましい。「球
状ｊの鉄粉を用いたのは、ショツト粒の衝突により表面
粗さを低減できる程度が大であり、ショツト粒の「平均
粒径」を３５０μｍ以下としたのは、粒径が３５０μｍ
を超えると通常の機械加工による加工面より表面粗さが
粗くなり易いためである。鉄粉の「硬さ」をビッカース
硬さで７００〜９５０Ｈｖとしたのは、表面処理される
ワークが日本工業規格ＳＣＭ４２０浸炭焼入れ材のよう
に表面硬さが７００ＨＶ以上の硬いものである場合に７
００Ｈｖ以上の硬さをもたないとワークの表面に充分な
残留圧縮応力を与えられない恐れがあり、あるいは充分
な残留圧縮応力を与えるのに長時間の作業時間を必要と
するためである。鉄粉に十分な硬さを与えることにより
短時間で表面処理が可能となる。鉄粉の硬さを９５０Ｈ
ｖ以下としたのは、これよりも鉄粉が硬いとワークの表
面粗さが粗（なりワーク表面が表面損傷を起こしてしま
うからである。

（実施例） 本発明の実施例について述べる。

まず本発明による金属製品の表面仕上げ方法について次
のような試験を行った。試験は、■残留応力測定、０表
面粗さ測定、■耐久性試験である。

現鼓妄力慮亙 試験片を次のように作成した。ＪＩＳ規格ＳＣＭ４２０
の板材を大きさ８Ｘ２０Ｘ７５ｍｍに切断し、浸炭し焼
入れ焼戻しし試験片を作成した。

次にショツト粒としての微細球状鉄粉の平均粒径な変化
させ、他の条件を同一条件でショットピニングした。実
施例１．２．３および４は、それぞれショツト粒の粒径
が、５０μｍ、１００μｍ、１８０μｍ、３００ｇｍで
ある。比較例１はショツト粒の粒径が０．８ｍｍである
。

測定の結果、試験片の表面からの深さと残留応力との関
係は第１図に示すとおりである。

実施例１〜４は、いずれもショツト粒としての球状鉄粉
の平均粒径が３５０μｍ以下のものであり、最表層部の
残留応力が−１４０〜−１３０ｋｇ　ｆ　／　ｍ　ｍ　
”程度であり、金属の表面に近い部分で、比較例１に比
べ、大きな残留圧縮応力を示す。

この高い残留圧縮応力により表面硬化が顕著になり、金
属表面の破壊が起こりにくくなっている。

これに対し比較例１は、表面の残留応力が一８０ｋｇｆ
／ｍｍ”程度であって実施例１〜４に比べ小さいことが
解る。

Ｌ証旦皇１淀 試験片を次のように作成した。ＪＩＳ規格ＳＣＭ４２０
の板材を大きさ８Ｘ２０Ｘ７５ｍｍに切断し、浸炭し焼
入れ焼戻しし試験片を作成した。

実施例５は、この試験片に平均粒径１００μｍの微細球
状鉄粉をショツト粒としショットピーニングをしたもの
の表面粗さを測定した。比較例２は試験片を浸炭後ショ
ットピーニングしないで取り出したものの表面粗さを測
定した。

第２図は、前記実施例５と比較例２の表面粗さを表すも
ので、横軸に表面の面方向距離を示し、縦軸に表面に垂
直方向の面高さを示した。第２図の（Ａ）と（Ｂ）とを
比較すると解るように、　（Ｂ）に示す実施例５は表面
の凹凸が小さいことが解る。平均高さ位置からの最大高
さについては、実施例５は２，３０μｍ、比較例２は７
．９０μｍであり、中心線粗さについては、実施例５は
０３２μｍ、比較例２は０，４６μｍであった。両者の
比較から実施例５は比較例２に比べ表面粗さが均一であ
り粗さが改善されていることが解った。

紅久ユ試皇 耐久性試験は、ローラーピッチング寿命試験番こより行
った。試験片はＪＩＳ規格５ＣＲ４２０浸炭材を用いた
。試験片１０本を試験し、そのワイブル分布を取った。

ローラーピッチング寿命試験の条件は、滑り率４０％、
面圧３７５ｋｇｆ／ｍｍ２に設定した。試験結果を第３
図に示す。

ここに実施例６は、前記浸炭材からなる試験片に平均粒
径１００μｍの微細球状鉄粉をショツト粒としてショッ
トピーニングしたものを使い、比較例３は、ショットピ
ーニングを行わず浸炭材のままのものを使った。

試験結果は第３図に示すとおりである。第３図から解る
ように、実施例６は、同じローラ回転数であれば累積破
損確率が比較例３に比べかなり低いことが解る。反対に
累積破損確率が同じであれば耐久寿命は実施例６では比
較例３に比べがなり長いことが解る。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の金属製品の表面仕上げ方
法によれば、従来のショットピーニング法に比べ表面に
近い部分の残留圧縮応力を大にし、表面硬化が図れると
ともに、表面粗さの低減が図れ、かつ高面圧部品として
使用した場合の耐久寿命がかなり長（なるという効果が
ある。

また本発明によれば従来のショットピーニング法に比べ
表面層の残留圧縮応力を自在に制御することが可能とな
り、また従来のショットピーニング法との併用により表
面層から内部までの残留圧縮応力を一層高めることも可
能となる。さらに、従来のショットピーニングを行った
後に本発明を適用することにより、表面粗さが改善され
、しかも耐久寿命としての耐ピツチング性ががなり向上
するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は表面仕上した金属製品の残留応力分布を表す特
性図、第２図は表面粗さを表す特性図、第３図はローラ
ーピッチング寿命試験の結果を表す特性図、第４図は従
来の浸炭材および本発明によるショットピーニングを施
した材料の残留応力と表面からの深さの関係を示す特性
図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属製品の表面に平均粒径が３５０μｍ以下の球
   状鉄粉を衝突させることにより金属表面の残留応力と表
   面粗さを制御することを特徴とする金属製品の表面仕上
   げ方法。
2. （２）前記球状鉄粉の平均ビッカース硬さが７００〜９
   ５０Ｈｖの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載
   の金属製品の表面仕上げ方法。