JPH05279816A - 金属製部材のショットピーニング条件設定法 - Google Patents

金属製部材のショットピーニング条件設定法

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JPH05279816A
JPH05279816A JP10883692A JP10883692A JPH05279816A JP H05279816 A JPH05279816 A JP H05279816A JP 10883692 A JP10883692 A JP 10883692A JP 10883692 A JP10883692 A JP 10883692A JP H05279816 A JPH05279816 A JP H05279816A
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JP
Japan
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shot peening
compressive stress
residual compressive
stress
maximum value
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Pending
Application number
JP10883692A
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English (en)
Inventor
Masaru Takato
勝 高藤
Kazuhiko Shirai
和彦 白井
Yoshihisa Miwa
能久 三輪
Yukihiro Sugimoto
幸弘 杉本
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属製部材のショットピーニング条件を、簡
便かつ短時間で設定し得るようにすることを目的とす
る。 【構成】 金属製部材の引張強度に対応する目標残留圧
縮応力を設定して、該金属製部材にショットピーニング
処理を施すと共に、その後残留圧縮応力を測定してその
最大値と上記目標残留圧縮応力とを比較し、上記最大値
が目標残留圧縮応力に一致するようにショットピーニン
グ処理条件を変更すると共に、残留圧縮応力の最大値が
目標残留圧縮応力にほぼ一致するショットピーニング処
理条件を上記金属製部材のショットピーニング処理条件
に設定する

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は金属製部材のショット
ピーニング条件設定法に関する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム合金などの金属製部材を強
化するためにショットピーニング処理が行われることが
ある(例えば特開平2−277751号公報参照)。こ
れは、砂などの研磨剤を金属製部材の表面に激しく打ち
付けることにより、金属製部材の表面に微小な変形を生
じさせて圧縮残留応力を発生させるようにしたもので、
疲労強度が向上するなどの優れた利点がある。
【0003】しかしながら、金属製部材、特にアルミニ
ウム合金製部材においては、ショットピーニング処理を
施した場合の材質の変化が不明であり、したがって、従
来においては、アークハイトなどのショットピーニング
処理条件を変化させた多数のテストピースを作成して、
回転曲げ疲労試験機を用いて疲労試験を行って最適とな
るショットピーニング処理条件を設定するようになって
いた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
この種のショットピーニング処理条件を設定するために
用いられていた回転曲げ疲労試験機による疲労試験にお
いては、荷重を付加しながらテストピースを回転させ、
所定の回転回数(例えば107 回)で破断しない最大の
応力値(疲労強度)を示すテストピースに施したショッ
トピーニング条件を最適のショットピーニング条件とし
て設定するようになっていたので、ショットピーニング
条件を設定するのに膨大な手間と時間とを要するという
問題があった。
【0005】この発明は金属製部材のショットピーニン
グ条件を求める場合の上記の問題に対処するもので、簡
便かつ短時間でショットピーニング条件を設定し得るよ
うにすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】すなわち、本願の請求項
1の発明(以下、第1発明という)に係る金属製部材の
ショットピーニング条件設定法は、金属製部材の引張強
度に対応する目標残留圧縮応力を設定して、該金属製部
材にショットピーニング処理を施すと共に、その後残留
圧縮応力を測定してその最大値と上記目標残留圧縮応力
とを比較し、上記最大値が目標残留圧縮応力に一致する
ようにショットピーニング処理条件を変更すると共に、
残留圧縮応力の最大値が目標残留圧縮応力にほぼ一致す
るショットピーニング処理条件を上記金属製部材のショ
ットピーニング条件に設定することを特徴とする。
【0007】また、本願の請求項2の発明(以下、第2
発明という)に係る金属製部材のショットピーニング条
件設定法は、第1発明における金属製部材がアルミニウ
ム合金製部材であることを特徴とする。
【0008】
【作用】すなわち、第1発明によれば、金属製部材の引
張強度に対応する目標残留圧縮応力を設定して、該金属
製部材にショットピーニング処理を施すと共に、その後
残留圧縮応力を測定してその最大値と上記目標残留圧縮
応力とを比較して、上記最大値が目標残留圧縮応力にほ
ぼ一致するショットピーニング処理条件を上記金属製部
材のショットピーニング条件に設定するようにしている
ので、疲労試験を行うことなく最適なショットピーニン
グ条件を簡便かつ短時間で設定することができる。
【0009】なお、残留圧縮応力は、例えば金属製部材
のX線に対する回折面間隔の変化に基づいて測定され
る。
【0010】また、第2発明によれば、ショットピーニ
ング処理後の材質の変化が的確に捕らえられないアルミ
ニウム合金製部材についても、簡便かつ短時間でショッ
トピーニング条件を設定することができることになる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例に基づいて説明する。
【0012】すなわち、この実施例においては、図1の
フローチャートに従ってショットピーニング条件を設定
するようになっている。なお、金属製部材としては、J
ISで規定されたアルミニウム合金(連続鍛造材)であ
るAC4C材(以下、A材という)についてT6処理を
施したものを使用した。
【0013】先ず、ステップS1で目標圧縮残留応力σ
0を設定する。この目標圧縮残留応力σ0は、例えばA材
についてJISで規定された引張強度σBと耐力σ0.2
ほぼ一致するように設定される。
【0014】次いで、ステップS2でショット材の種
類、大きさ、ショット投射圧力や投射時間などのショッ
トピーニング処理条件を設定した後、ステップS3でシ
ョットピーニング処理を実行する。
【0015】その場合に、A材を、図2、図3に示すよ
うな概略円柱形状の試験体1に成形して、その外周面の
一部に扁平な残留応力測定部2…2を形成する。そし
て、図3に示すように、上記試験体1をサンドブラスト
装置3に設けた支持具4にセットした上で、上方に配置
されたサンドタンク5に貯留された研磨材6を、通路7
を介して先端のノズル8aを上記試験体に臨ませたエア
供給路8に導いて、該エア供給路8を介して圧送された
圧縮空気によって上記ノズル8aから高速で噴射させて
上記試験体1に投射する。
【0016】なお、上記研磨材6はダクト9を介してサ
ンドタンク5の上部に回収されると共に、投射の際に生
じた粉塵を含む排ガスがダクト10を介して粉塵回収装
置11へ導かれるようになっている。また、上記エア供
給路8には圧縮空気の供給を制御する電磁制御弁12が
設けられている。
【0017】そして、ショットピーニング処理を行った
試験体1についてステップS4で残留圧縮応力の測定を
行うのであるが、この実施例においてはX線応力測定法
を用いて残留圧縮応力を測定する。
【0018】すなわち、図5に示すように、試料保持具
13に上記試験体1をセットした上で、上方に配置され
たX線管14から照射されるX線がコリメータ15に設
けたスリット16を通過して残留圧縮応力測定部2に入
射されるように位置関係を調整する。そして、試験体1
から反射される回折X線を検知器17で検出して、その
検出強度に基づいて残留圧縮応力を間接的に検出するの
である。
【0019】ここで、X線応力測定法による残留応力の
測定原理について説明すると、材料に力が加わると弾性
限界の範囲内においては、応力に応じて結晶の原子間距
離が延びたり縮んだりする。したがって、原子間距離の
変化を検出すれば、その値が応力に対応することにな
る。
【0020】すなわち、図6に示すように、結晶18の
格子面間隔をd、回折角をθとすれば、ブラッグの回折
条件により、次の関係式(1)が成立する。
【0021】 n・λ=2d・sinθ ……(1) ここで、λはX線の波長、nは整数である。
【0022】したがって、応力による歪み量をεとする
と、次の関係式(2)が成立する。
【0023】 ε=δd/d=−cotθ0 ……(2) ここで、θ0は材料によって規定される基準回折角であ
る。
【0024】したがって、回折角θの変化量δθから、
歪み量εが計算されることになる。そして、試料面法線
Nと結晶18の回折面法線N'とがなす角度をψとする
と、試料面方向の応力σ Xは、次の関係式(3)で求め
られることになる。
【0025】 σX=E・δε(ψ)/(1+ν)・δsin2 ψ ……(3) ここで、Eはヤング率、νはポアソン比である。
【0026】そして、上記式(3)を変形すれば、試料
面方向の応力σ Xは、最終的に次の関係式(4)で求め
られることになる。
【0027】 σ X=δ2θ/δsin2 ψ ……(4) ここで、Kは被測定材によって一義的に定められた応力
定数である。
【0028】そして、最外層の残留圧縮応力が求まる
と、次に電解研磨によって深さを変えては次々と残留圧
縮応力を測定して、深さ方向の圧縮応力分布を求める。
【0029】次に、上記図1のフローチャートのステッ
プS5を実行して、残留圧縮応力の最大値σが目標残留
圧縮応力σ0とほぼ等しいか否かを判定して、等しくな
ければステップS2に戻ってショットピーニング条件を
変更して上記の各処理を実行すると共に、上記最大値σ
が残留圧縮応力σ。とほぼ等しくなったときのショット
ピーニング処理条件をショットピーニング条件として設
定する。
【0030】その結果を図7〜図9に示す。
【0031】すなわち、図7に示すように、アークハイ
トに応じて残留圧縮応力分布が変化することになった。
なお、図において、はショットピーニング処理を施さ
ない場合、はアークハイトが0.05mmAの場合、
はアークハイトが0.10mmAの場合、はアーク
ハイトが0.20mmAの場合、はアークハイトが
0.30mmAの場合、はアークハイトが0.40m
mAの場合をそれぞれ示している(以下、同じ)。そし
て、残留圧縮応力の最大値σは、図8の○印に示すよう
に、アークハイトが0.3mmAのときが最も大きくな
り、図の●印で示すA材の引張強度σBに最も近くなる
ことが判明した。したがって、アークハイトが0.3m
mAをショットピーニング条件として設定するのが有効
であることが判明した。なお、図の○を半分塗りつぶし
た印はA材の耐力σ0.2を示し、この耐力σ0.2の付近で
残留圧縮応力がほぼ飽和することも判明した。
【0032】図9は、図7における残留圧縮応力分布線
図から求めた圧縮領域の積分値とアークハイトとの関係
を示し、この場合においても残留圧縮応力の最大値σに
対応してアークハイトが0.3mmAのときの積分値が
最も大きくなることが判明した。すなわち、上記積分値
をショットピーニング条件を設定する際に補完的に使用
するようにしても良いことが推察されることになる。
【0033】なお、JIS規定のA6061材(以下、
B材という)、重量比でSiが19.9%、Cuが2.
00%、Mgが1.05%、残部がAlの急冷強固材で
あるPA401材(以下、C材という)及び重量比でS
iが8.00%、Feが4.90%、Cuが4.40
%、Mgが0.45%、残部がAlで2重量%のSiC
粒子を含有した急冷凝固複合材であるPAX08材(以
下、D材という)についてA材と同様にショットピーニ
ング処理条件を変えて深さ方向の残留圧縮応力分布を求
めた実験結果を、図10、図11、図12にそれぞれ示
すと共に、残留圧縮応力の最大値とアークハイトとの関
係を上記図8に重ねて表示した。なお、図において、△
印はB材、□印はC材、◇印はD材の残留圧縮応力の最
大値をそれぞれ示している。したがって、この場合にお
いても、圧縮残留応力の最大値のときのアークハイトを
ショットピーニング条件として設定することの有効性が
確認された。
【0034】なお、B、C、D材についての圧縮領域の
積分値とアークハイトとの関係を、上記図9に重ねて表
示した。この場合においても、積分値とアークハイトと
の関係が残留圧縮応力の最大値に相関することが確認さ
れた。
【0035】次に、本方法の効果確認のために行った疲
労試験について説明する。
【0036】すなわち、A、B、C材を、図13に示す
ように、中央部分にノッチ20を有するテストピース2
1に成形し、上記のようにして設定したショットピーニ
ング条件でショットピーニング処理を行った後、図14
に示すように回転曲げ疲労試験機22にセットして疲労
試験を行った。そして、107 回で破断する直前の応力
を疲労強度として、この疲労強度を圧縮残留応力の最大
値と圧縮領域の積分値とそれぞれ比較した。
【0037】そうすると、図15に示すように、A、
B、C材いずれについても、残留圧縮応力の最大値と疲
労強度とが高い精度で相関することが判明した。これに
より、圧縮残留応力の最大値が引張強度とほぼ一致する
ようなアークハイトをショットピーニング条件として設
定することの有効性が確認された。
【0038】また、図16に示すように、A、B、C材
いずれについても、圧縮領域の積分値と疲労強度とが高
い精度で相関することが判明した。
【0039】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、金属製
部材の引張強度に対応する目標残留圧縮応力を設定し
て、該金属製部材にショットピーニング処理を施すと共
に、その後残留圧縮応力を測定してその最大値と上記目
標残留圧縮応力とを比較して、上記最大値が目標残留圧
縮応力にほぼ一致するショットピーニング処理条件を上
記金属製部材のショットピーニング条件に設定するよう
にしているので、疲労試験を行うことなく最適なショッ
トピーニング条件を簡便かつ短時間で設定することがで
きることになる。
【0040】また、第2発明によれば、ショットピーニ
ング処理後の材質の変化が的確に捕らえられないアルミ
ニウム合金製部材についても、簡便かつ短時間でショッ
トピーニング条件を設定することができることになる実
益がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例に係るショットピーニング条件の設定
手順を示すフローチャート図である。
【図2】 残留応力の測定に用いる試験体の正面図であ
る。
【図3】 図2の右側面図である。
【図4】 ショットピーニング処理に用いるサンドブラ
スト装置の模式図である。
【図5】 X線応力測定装置の要部概略断面図である。
【図6】 X線応力測定法の原理を示す模式図である。
【図7】 AC4C材についてアークハイトを変更して
それぞれ求めた深さ方向の残留圧縮応力分布を示す特性
図である。
【図8】 圧縮残留応力の最大値とアークハイトとの関
係を示す特性図である。
【図9】 圧縮領域の最大値とアークハイトとの関係を
示す特性図である。
【図10】 A6061材についてアークハイトを変更
してそれぞれ求めた深さ方向の残留圧縮応力分布を示す
特性図である。
【図11】 PA401材についてアークハイトを変更
してそれぞれ求めた深さ方向の残留圧縮応力分布を示す
特性図である。
【図12】 PAX材についてアークハイトを変更して
それぞれ求めた深さ方向の残留圧縮応力分布を示す特性
図である。
【図13】 曲げ慰労試験に用いるテストピースの正面
図である。
【図14】 回転曲げ疲労試験機を示す概略正面図であ
る。
【図15】 圧縮残留応力の最大値と疲労強度との関係
を示す特性図である。
【図16】 圧縮領域の最大値と疲労強度との関係を示
す特性図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 幸弘 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属製部材の引張強度に対応する目標残
    留圧縮応力を設定して、該金属製部材にショットピーニ
    ング処理を施すと共に、その後残留圧縮応力を測定して
    その最大値と上記目標残留圧縮応力とを比較し、上記最
    大値が目標残留圧縮応力に一致するようにショットピー
    ニング処理条件を変更すると共に、残留圧縮応力の最大
    値が目標残留圧縮応力にほぼ一致するショットピーニン
    グ処理条件を上記金属製部材のショットピーニング条件
    に設定することを特徴とする金属製部材のショットピー
    ニング条件設定法。
  2. 【請求項2】 金属製部材がアルミニウム合金製部材で
    あることを特徴とする請求項1に記載の金属製部材のシ
    ョットピーニング条件設定法。
JP10883692A 1992-03-31 1992-03-31 金属製部材のショットピーニング条件設定法 Pending JPH05279816A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018211879A1 (ja) 2017-05-16 2018-11-22 新東工業株式会社 表面処理加工方法及び表面処理加工装置
KR20190008182A (ko) 2016-05-16 2019-01-23 신토고교 가부시키가이샤 표면 처리 가공 방법 및 표면 처리 가공 장치

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