JPH0580544B2 - - Google Patents

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JPH0580544B2
JPH0580544B2 JP1325785A JP1325785A JPH0580544B2 JP H0580544 B2 JPH0580544 B2 JP H0580544B2 JP 1325785 A JP1325785 A JP 1325785A JP 1325785 A JP1325785 A JP 1325785A JP H0580544 B2 JPH0580544 B2 JP H0580544B2
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JP
Japan
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compressive stress
residual compressive
treatment
stress value
peening
Prior art date
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JP1325785A
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English (en)
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JPS61170551A (ja
Inventor
Hideo Toshino
Kimihiko Shigeno
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Togo Seisakusho Corp
Original Assignee
Togo Seisakusho Corp
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Publication date
Application filed by Togo Seisakusho Corp filed Critical Togo Seisakusho Corp
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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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  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野) この発明は薄板ばねやコイルばね等に使用され
る金属材料およびチタン合金等に対し耐疲労特性
や耐応力腐食性などを向上させるために適用され
る表面処理方法に関する。 (従来の技術) 従来の金属材料の表面処理方法や一つとしてシ
ヨツトピーニング処理や、細かいガラスビーズ等
を噴射ノズルから圧縮空気とともに吹きつけるド
ライホーニング処理や液体と細かい鋼球やガラス
ビーズ等との混合物を同様にして吹きつける液耐
ホーニング処理等のピーニング処理法が採用され
ている。ピーニング処理による加工度はJSMANo.
1(1982)、SAEJ808aで規定されているように例
えば試験板の片面をピーニング処理し、処理後の
板ぞりの弧の高さを測定するアークハイト値(mm
A)で判定される(但し、mmAは試験板A種を使
用し、若しくは試験板A種に換算したときのmm数
を示す。)また、ピーニング処理による処理効果
の判断基準としては残留圧縮応力の分布状態、処
理層の加工硬化度、表面粗さ等があり、相対的に
アークハイトが大きい場合には表面の残留圧縮応
力値および残留圧縮応力の最大値は低くなるが、
残留圧縮応力値のピーク点および残留圧縮応力値
が0となるクロツシングポイントが深くなつて残
留圧縮応力層の厚さが増大する一方、アークハイ
トが小さい場合には表面の残留圧縮応力値は高く
なるが残留圧縮応力層の厚さが低減する。 そして、従来のピーニング処理法による残留圧
縮応力層は被処理材の表面から離隔した内部層に
残留圧縮応力値のピーク点があり、このピーク点
からクロツシンクポントに向かつて残留圧縮応力
値が漸減状に変化するように形成される。通常、
強度にピーニング処理を施すと、処理深度は最大
するが、表面およびピーク点の残留圧縮応力値が
低下するため、従来のピーニング処理の場合には
とくに表面残留圧縮応力値の低下によつて過大負
荷条件下で被処理材の方面から亀裂が発生して破
壊しやすい問題点があつた。 本発明の目的は反残留圧縮応力層の厚さを増大
し、しかも、表面の残留圧縮応力値を増大しうる
表面処理方法を提供することである。 (問題点を解決するための手段) 本発明は第1段階として残留圧縮応力層の厚さ
を増大するために処理深度を増大しうるピーニン
グ条件で被処理材をピーニング処理してから、第
2段階として100℃〜300℃の温度条件で被処理材
を熱処理し、次に、第3段階として表面の残留圧
縮圧力値を増大するために表面の残留圧縮応力値
が最大となるピーニング条件で被処理材をピーニ
ング処理し、さらに最終段階の処理後の表面残留
圧縮応力値が最終段階以前の表面残留圧縮応力値
以上となるように前記第2段階の処理と前記第3
段階の処理とを反復する表面処理法を要旨とする
ものである。 (作用) 本発明方法は第1段階のピーニング処理で被処
理材に深い残留圧縮応力層を形成し、第2段階の
熱処理でこの残留圧縮応力層の可動転位を固着
し、第3段階のピーニング処理で表面の残留圧縮
応力値を高め、さらに、前記第2段階および第3
段階の処理を反復して残留圧縮応力層の厚さおよ
び表面の残留圧縮応力値を増大し、金属材料の耐
疲労特性等を向上するように構成したものであ
る。 (実施例) 続いて、本発明の一実施例について説明する。 先づ、金属材料を被処理材として表面処理を行
うに際し、第1段階として残留圧縮応力層の厚さ
を増大するために処理深度を増大しうるピーニン
グ条件で被処理材をピーニング処理する。この様
なピーニング条件としてはアークハイト値が望ま
しくは0.20mmA以上、さらに望ましくは0.30Amm
以上となるようなピーニング処理を行うことが必
要で、0.20mmA以下では目的とする深い残留圧縮
応力層を形成することができない。 次に、第1段階のピーニング処理で形成された
残留圧縮応力層の可動転位を固定しかつ時効強化
するために第2段階として100〜300℃の温度条件
で被処理材を熱処理する。この温度条件は炭素お
よび窒素による歪時効現象を利用して可動転位を
固定するため、最低温度を100℃とし、残留圧縮
応力力の消失を抑止するために最高温度を300℃
とする。 続いて、前段階で形成された残留圧縮応力層の
表面の残留圧縮応力値を増大するために、第3段
階として第1段階のピーニング処理でのアークハ
イト値より小さく、表面の残留圧縮応力値が最大
となるピーニング条件で被処理材をピーニング処
理する。この様なピーニング条件としてはアーク
ハイト値が望ましくは0.30mmA以下、さらに、望
ましくは0.20mmA以下となるピーニング条件が推
奨される。0.30mmA以上のアークハイトとなるピ
ーニング条件の場合には表面の残留圧縮応力値が
第1段階での単独のピーニング処理による表面残
留圧縮応力値と同等となるので目的とする処理効
果を達成することができない。 さらに、第4段階として、第2段階の処理と第
3段階の処理とを、最終段階でのピーニング処理
による表面の残留圧縮応力値が常に最終段階の前
段階のピーニング処理による表面の残留圧縮応力
値以上となるように反復し、最終的に処理深度が
大きくかつ表面の残留圧縮応力値が大きい残留圧
縮応力層を形成する。 次に、本発明の方法による処理効果を従来法、
比較法の処理効果と対比するために実施した比較
試験結果について具体的に説明する。供試材は弁
ばね用シリコンクロム鋼オイルテンパー線
(SWOSC−V種、線径、4.0mm)である。 第1表は本発明法、従来法、比較法(1)、(2)の処
理条件を一覧表にしたもので、第1段階のピーニ
ング処理は各法の試料A、B、C、Dを同時に処
理してある。比較法(1)の試料Cは本発明法におけ
る第2段階の工程の有効性を確認するために処理
したものである。
【表】 そして、第1表に示す処理履歴を経た4つの試
料A、B、C、Dについて表面からの深さ(E
mm)に対する残留圧縮応力値(FKgf/mm2)をX
線法により計測した結果では、第1図に示すよう
に、比較法(1)の試料Cは本発明法の試料Aと同様
にシヨツトピーニング処理後ドライホーニング処
理しているにも拘らず、第2段階の熱処理を経て
いないため、残留圧縮応力曲線は従来法の試料B
とほぼ一致しており、表面の残留圧縮応力値が最
大値より低減している。これに対し本発明法の試
料Aでは第1段階のシヨツトピーニング処理によ
る残留圧縮応力曲線と、第3段階のドライホーニ
ング処理とによる残留圧縮応力曲線とが合成され
た曲線を描いて残留圧縮応力値が変化し、しか
も、表面の残留圧縮応力値も従来法および比較法
(1)の試料B、Cより高い数値を示している。比較
法(2)の試料Dは加工エネルギーが小さいため、表
面の残留圧縮応力値は大きいが処理深度が浅く残
留圧縮応力層の厚さが本発明法の試料Aよりも著
しく小さい。 第2表は上記4試料A、B、C、Dについて表
面粗さ(μ)を測定した結果を示したものであ
る。
【表】 比較法(2)の試料Dは加工エネルギーが小さいホ
ーニング処理を行つているため、表面粗さは最も
優れている。本発明法、比較法(1)の試料A、Cは
ドライホーニング処理を行つているにも拘らず表
面粗さは従来法の試料Bと同等である。すなわ
ち、最初の段階で加工エネルギーが大きいピーニ
ング処理を行うと表面粗さはその段階で決定さ
れ、その後のピーニング処理による影響がすくな
いことを示している。 第3表は各試料A、B、C、Dの疲れ強さを回
転曲げ疲れ試験機によつて測定したものである。
107回における時間強さ(Kgf/mm2)の平均値は
ステアケース法により求めた。
【表】 本発明法の試料Aは従来法および比較法(1)、(2)
の試料B、C、Dに比較して一段と高い疲れ強さ
を示している。比較法(1)の試料Cは第1段階、第
3段階のピーニング処理を経ているにも拘らず第
2段階の熱処理を経ていないため、有効な残留圧
縮応力層が形成されず、疲れ強さは従来法と同等
である。また、比較法(2)の試料Dは表面の残留圧
縮応力値が高くても残留圧縮応力層が薄いため、
疲れ強さは向上していない。 さらに、本発明の試料Aと、従来法の試料Bと
の寿命を比較するために回転曲げ疲れ試験機を使
用して破壊までの繰返し回数Gに対する累積破壊
率(H%)を測定した結果では第2図に示すよう
に本発明法の試料Aの破壊までの寿命が格段に優
れていることが実証された。この試験時の両試料
A、Bの破壊形態は表面に破壊起点を持つもの
と、内部の非金属介在物を破壊起点とするものと
の2種類に分類され、第4表はこの寿命試験にお
ける2種類の破壊形態の出現度を示したものであ
る。
【表】 従来法の試料Bでは表面の残留圧縮応力値が低
いため、すべて表面から破壊し、かつ、寿命も短
いものが多い。一応、本発明法の試料Aでは内部
に破壊起点をもつものが約30%出現し、かつ、寿
命も増大している。試料A、Bは第2表に示した
ように表面粗さはほぼ同等であるから、この差は
表層部の残留圧縮応力値の差異に起因しているこ
とが明らかである。 また、第1表に示す処理履歴を経た本発明法の
試料Aに対し更に第2段階の熱処理および第3段
階の液体ホーニング処理を加え、3回のピーニン
グ処理を行つた試料A′の残留圧縮応力層の残留
圧縮応力曲線を第4図に示す。なお、液体ホーニ
ング処理におけるピーニング条件はアークハイト
0.04mmAである。この試料A′の残留圧縮応力分布
はシヨツトピーニング処理、ドライホーニング処
理、および液体ホーニング処理の3回の処理によ
る各残留圧縮応力曲線を合成した分布曲線を描い
て変化し、表面の残留圧縮応力値は更に高くなつ
ている。 なお、加工エネルギーが小さいピーニング処理
の場合、アークハイトが測定は通常試験板N種が
使用され、本実施例の各試料についても試験板N
種を使用したが、試験板N種による測定値は試験
板A種の測定値に換算することができるため、ア
ークハイト値はすべて試料板Aの値に換算して表
示した。 また、上記試験結果では態疲れ特性に関連する
効果をとくに例示したが、ピーニング処理による
残留圧縮応力層の形成は対応力腐食に対しても有
効であることが知られており、本発明方法が耐応
力腐食に対しても有効であることが自明である。 (発明の効果) すなわち、本発明は第1段階として残留圧縮応
力層の厚さを増大するために処理深度を増大しう
るピーニング条件で被処理材をピーニング処理し
てから、第2段階として100℃〜300℃の温度条件
で被処理材を熱処理し、次に、第3段階として表
面の残留圧縮応力値を増大するために表面の残留
圧縮応力値が最大となるピーニング条件で被処理
材をピーニング処理し、さらに、最終段階の処理
後の表面残留圧縮応力値が最終段階以前の表面残
留圧縮応力値以上となるように前記第2段階の処
理と前記第3段階の処理とを反復することによつ
て、優れた残留圧縮応力分布をもつ残留圧縮応力
層を形成して金属材料の耐疲労特性、耐応力腐食
特性、寿命等を良化向上しうる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明法、従来法、比較法でそれぞれ
処理した各試料について表面からの深さに対する
残留圧縮応力値をプロツトした残留圧縮応力曲線
図、第2図は本発明法および従来法でそれぞれ処
理した試料について破壊までの繰返し回数に対す
る累積破壊率を試験した結果をワイブル確率紙上
にプロツトした特性図、第3図は3回のピーニン
グ処理を実施した本発明法の試料の残留圧縮応力
曲線図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 第1段階として残留圧縮応力層の厚さを増大
    するために処理深度を増大しうるピーニング条件
    で被処理材をピーニング処理してから、第2段階
    として100℃〜300℃の温度条件で被処理材を熱処
    理し、次に、第3段階として表面の残留圧縮圧力
    値を増大するために表面の残留圧縮応力値が最大
    となるピーニング条件で被処理材をピーニング処
    理し、さらに、最終段階の処理後の表面残留圧縮
    応力値が最終段階以前の表面残留圧縮応力値以上
    となるように前記第2段階の処理と前記第3段階
    の処理とを反復することを特徴とする金属材料お
    よびチタン合金等の表面処理法。
JP60013257A 1985-01-25 1985-01-25 金属材料およびチタン合金等の表面処理法 Granted JPS61170551A (ja)

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EP1646733B1 (en) * 2004-06-10 2010-11-03 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Titanium alloy part and method for producing the same
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