JPH0741806A - 焼結チタン合金の表面処理方法 - Google Patents
焼結チタン合金の表面処理方法Info
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- JPH0741806A JPH0741806A JP19061493A JP19061493A JPH0741806A JP H0741806 A JPH0741806 A JP H0741806A JP 19061493 A JP19061493 A JP 19061493A JP 19061493 A JP19061493 A JP 19061493A JP H0741806 A JPH0741806 A JP H0741806A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、ＨＩＰ法により緻密化処理を行っ
た焼結チタン合金製品において、クラックなどの新たな
欠陥を発生させることなく、残留する表層空隙を完全に
除去する安価な表面処理方法を提供し、チタン合金の本
来有する優れた疲労特性を発揮させる。 【構成】 焼結チタン合金の表面を改質するにあたり、
焼結チタン合金にＨＩＰ処理を施した後に、１回目のシ
ョットピーニング処理により製品の表層空隙を研削除去
し、さらに２回目のショットピーニング処理により製品
の表層を平坦化する、都合２回のショットピーニング処
理を施すことを特徴とする焼結チタン合金の表面処理方
法。
た焼結チタン合金製品において、クラックなどの新たな
欠陥を発生させることなく、残留する表層空隙を完全に
除去する安価な表面処理方法を提供し、チタン合金の本
来有する優れた疲労特性を発揮させる。 【構成】 焼結チタン合金の表面を改質するにあたり、
焼結チタン合金にＨＩＰ処理を施した後に、１回目のシ
ョットピーニング処理により製品の表層空隙を研削除去
し、さらに２回目のショットピーニング処理により製品
の表層を平坦化する、都合２回のショットピーニング処
理を施すことを特徴とする焼結チタン合金の表面処理方
法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は焼結チタン合金の表面改
質方法に関する。さらに詳しくはショットピーニング法
による焼結チタン合金の表面改質方法に関する。
質方法に関する。さらに詳しくはショットピーニング法
による焼結チタン合金の表面改質方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】チタンおよびチタン合金は比強度が高
く、また靭性、耐蝕性、耐熱性などの優れた材料であ
る。しかしチタン合金は溶解や加工性、切削性などに難
点があり、高価格化が免れない。そのためにいわゆるニ
アネット型（Near Net Shape）加工技術による低価格化
の検討が種々試みられており、そのうち有力な技術の一
つとして、粉末冶金法がある。チタン合金の粉末冶金法
としては、原料粉末を純チタン粉末に所定の合金成分の
粉末を混合したものを、圧粉成形し、真空もしくは不活
性雰囲気下で焼結し、緻密化と合金化を同時に行う素粉
末混合法が代表的なものである。かかる素粉末混合法に
より製造した材料は９５％以上の相対密度を持ち、これ
にＨＩＰ処理（熱間静水圧成形）を施して、内部空孔を
除去した材料は、通常の溶解圧延法で製造した同じ成分
のチタン合金とほぼ同等の引張特性、破壊特性、疲労特
性を有する材質を持つことが明らかになっている。
く、また靭性、耐蝕性、耐熱性などの優れた材料であ
る。しかしチタン合金は溶解や加工性、切削性などに難
点があり、高価格化が免れない。そのためにいわゆるニ
アネット型（Near Net Shape）加工技術による低価格化
の検討が種々試みられており、そのうち有力な技術の一
つとして、粉末冶金法がある。チタン合金の粉末冶金法
としては、原料粉末を純チタン粉末に所定の合金成分の
粉末を混合したものを、圧粉成形し、真空もしくは不活
性雰囲気下で焼結し、緻密化と合金化を同時に行う素粉
末混合法が代表的なものである。かかる素粉末混合法に
より製造した材料は９５％以上の相対密度を持ち、これ
にＨＩＰ処理（熱間静水圧成形）を施して、内部空孔を
除去した材料は、通常の溶解圧延法で製造した同じ成分
のチタン合金とほぼ同等の引張特性、破壊特性、疲労特
性を有する材質を持つことが明らかになっている。
【０００３】ところで、機械稼働部品は軽量、比強度の
高いことが要求され、チタン合金材の適用に向いた分野
である。このような稼働部品では疲労特性が優れること
が必要である。しかしながら、上述の素粉末混合法によ
り製造した焼結チタン合金では、焼結後に外部と連結し
た空隙があり、これはＨＩＰ処理では除去不可能である
ため、ＨＩＰ後の製品の表層部分には約２００μｍの深
さまで空隙が残留する。この表層の残留欠陥は疲労亀裂
の発生点となりやすく、製品の疲労特性を非常に低下さ
せる。したがって疲労強度を重視する部材に適用するに
は、表面近傍の空隙を除去、もしくは無害化することが
必須である。さらに粉末冶金法はコストダウンが特徴で
あるプロセスであることを考慮すれば、表層欠陥の除去
もしくは無害化の方法も安価であることが望ましい。
高いことが要求され、チタン合金材の適用に向いた分野
である。このような稼働部品では疲労特性が優れること
が必要である。しかしながら、上述の素粉末混合法によ
り製造した焼結チタン合金では、焼結後に外部と連結し
た空隙があり、これはＨＩＰ処理では除去不可能である
ため、ＨＩＰ後の製品の表層部分には約２００μｍの深
さまで空隙が残留する。この表層の残留欠陥は疲労亀裂
の発生点となりやすく、製品の疲労特性を非常に低下さ
せる。したがって疲労強度を重視する部材に適用するに
は、表面近傍の空隙を除去、もしくは無害化することが
必須である。さらに粉末冶金法はコストダウンが特徴で
あるプロセスであることを考慮すれば、表層欠陥の除去
もしくは無害化の方法も安価であることが望ましい。
【０００４】まず表層の残留空隙の除去の方法として第
１に製品表層部の機械切削加工が考えられる。Near Net
Shape加工を特徴とする焼結チタン合金は複雑な３次元
形状を持っていることが多いため、機械加工には高価な
機械や複雑な工程が必要となり多大なコスト負担となる
こと、製品全面を切削加工する必要があるため、切削に
多大な時間がかかること、またこの他にもチタン合金自
身が機械切削が困難であること、などの理由で望ましい
表面加工法とはいえない。次に通常溶製材の表面スケー
ルの除去方法である酸洗処理が挙げられるが、表層に開
空隙を含む材料では、空隙内で酸洗液が濃化し、選択的
に空隙が溶かされ空隙を助長する結果となる。また酸洗
液の処理などの問題もある。
１に製品表層部の機械切削加工が考えられる。Near Net
Shape加工を特徴とする焼結チタン合金は複雑な３次元
形状を持っていることが多いため、機械加工には高価な
機械や複雑な工程が必要となり多大なコスト負担となる
こと、製品全面を切削加工する必要があるため、切削に
多大な時間がかかること、またこの他にもチタン合金自
身が機械切削が困難であること、などの理由で望ましい
表面加工法とはいえない。次に通常溶製材の表面スケー
ルの除去方法である酸洗処理が挙げられるが、表層に開
空隙を含む材料では、空隙内で酸洗液が濃化し、選択的
に空隙が溶かされ空隙を助長する結果となる。また酸洗
液の処理などの問題もある。
【０００５】一方、表面加工の技術の一つにショットピ
ーニング法がある。このショットピーニング法は、鋼球
などの硬質の粒子を被加工物表面に衝突させ、表層近傍
を微小に塑性変形し、圧縮残留応力や加工硬化を与え疲
労寿命を高める方法で、ランニングコストが安く、複雑
な形状に対しても若干の改良で均一な加工が可能な技術
である。従来より、バネ材や線材の疲労寿命を向上させ
る目的でショットピーニング加工を施すことが行われ、
チタン合金材では航空機部品の特殊用途材の最終表面仕
上げ加工処理として利用されている。
ーニング法がある。このショットピーニング法は、鋼球
などの硬質の粒子を被加工物表面に衝突させ、表層近傍
を微小に塑性変形し、圧縮残留応力や加工硬化を与え疲
労寿命を高める方法で、ランニングコストが安く、複雑
な形状に対しても若干の改良で均一な加工が可能な技術
である。従来より、バネ材や線材の疲労寿命を向上させ
る目的でショットピーニング加工を施すことが行われ、
チタン合金材では航空機部品の特殊用途材の最終表面仕
上げ加工処理として利用されている。
【０００６】しかし、従来は粉末冶金材へのショットピ
ーニング処理の適用はあまり普及していない。これは製
品内部に空隙を含む材料に従来の鋼球を使用したショッ
トピーニング加工を行った場合、表層近傍５０〜１００
μｍの深さのみが圧縮変形し加工硬化され、圧縮硬化層
の下には依然として空隙が残留すること、圧縮層の内部
にも潰された空隙が切り欠き状の欠陥として残留するこ
と、またショットピーニング処理が製品表面に局所的な
応力を発生させる処理があるので、研掃材が当たった表
面の直下に空隙がある場合、空隙よりクラックが発生す
ること、などの理由により、粉末冶金材へのショットピ
ーニング処理は、疲労強度を低下させる場合が多い。チ
タン合金の疲労強度は表面性状に大きく影響され、この
ような表層欠陥の残留は特に好ましくないと考えられ
る。
ーニング処理の適用はあまり普及していない。これは製
品内部に空隙を含む材料に従来の鋼球を使用したショッ
トピーニング加工を行った場合、表層近傍５０〜１００
μｍの深さのみが圧縮変形し加工硬化され、圧縮硬化層
の下には依然として空隙が残留すること、圧縮層の内部
にも潰された空隙が切り欠き状の欠陥として残留するこ
と、またショットピーニング処理が製品表面に局所的な
応力を発生させる処理があるので、研掃材が当たった表
面の直下に空隙がある場合、空隙よりクラックが発生す
ること、などの理由により、粉末冶金材へのショットピ
ーニング処理は、疲労強度を低下させる場合が多い。チ
タン合金の疲労強度は表面性状に大きく影響され、この
ような表層欠陥の残留は特に好ましくないと考えられ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＨＩＰ法に
より緻密化処理を行った焼結チタン合金製品において、
クラックなどの新たな欠陥を発生させることなく残留す
る表層空隙を完全に除去する安価な表面処理方法を提供
し、チタン合金の本来有する優れた疲労特性を発揮させ
ることを目的とする。
より緻密化処理を行った焼結チタン合金製品において、
クラックなどの新たな欠陥を発生させることなく残留す
る表層空隙を完全に除去する安価な表面処理方法を提供
し、チタン合金の本来有する優れた疲労特性を発揮させ
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、（１）焼結チタン合金の表面を改質する方
法において、焼結チタン合金をＨＩＰ処理を施した後
に、２回のショットピーニング処理を施すことを特徴と
し、（２）焼結チタン合金の表面を改質する方法におい
て、上記（１）に記載のショットピーニング処理におい
て、１回目の処理が平均粒径で０．５mm以上、１．２mm
以下の大きさで、なおかつ被加工物であるチタン合金の
硬さに対しヴィッカース硬さで２００を加えた値以上の
硬さを持つグリット形状の研掃材を使用し、投射速度を
６０m/s 以上、１００m/s 以下とし、投射量を２０００
kg/m2 以上であることを特徴とし、（３）焼結チタン合
金の表面を改質する方法において、上記（１）に記載の
ショットピーニング処理において、２回目の処理が平均
粒径で０．２mm以上、０．６mm以下の大きさで、なおか
つ被加工物であるチタン合金の硬さ以上、かつチタン合
金に対しヴィッカース硬さで３００を加えた値以下の硬
さを持つ球形の研掃材を使用し、投射速度を３０m/s 以
上、６０m/s 以下とし、投射量を１０００kg/m2 以上で
あることを特徴とする。
の本発明は、（１）焼結チタン合金の表面を改質する方
法において、焼結チタン合金をＨＩＰ処理を施した後
に、２回のショットピーニング処理を施すことを特徴と
し、（２）焼結チタン合金の表面を改質する方法におい
て、上記（１）に記載のショットピーニング処理におい
て、１回目の処理が平均粒径で０．５mm以上、１．２mm
以下の大きさで、なおかつ被加工物であるチタン合金の
硬さに対しヴィッカース硬さで２００を加えた値以上の
硬さを持つグリット形状の研掃材を使用し、投射速度を
６０m/s 以上、１００m/s 以下とし、投射量を２０００
kg/m2 以上であることを特徴とし、（３）焼結チタン合
金の表面を改質する方法において、上記（１）に記載の
ショットピーニング処理において、２回目の処理が平均
粒径で０．２mm以上、０．６mm以下の大きさで、なおか
つ被加工物であるチタン合金の硬さ以上、かつチタン合
金に対しヴィッカース硬さで３００を加えた値以下の硬
さを持つ球形の研掃材を使用し、投射速度を３０m/s 以
上、６０m/s 以下とし、投射量を１０００kg/m2 以上で
あることを特徴とする。
【０００９】本発明において、焼結チタン合金とは、Ｔ
ｉにＡｌ，Ｖ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｚｒ，Ｆｅやこれら
以外の合金成分と０．７重量％未満のＦｅ，Ｏ，Ｃ，
Ｎ，Ｈの不純物を含み、なおかつ９５％以上の相対密度
を有する粉末冶金法により製造されたチタン合金であ
り、例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金や、Ｔｉ−１５Ｖ−
３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ合金などの合金が挙げられる。
ｉにＡｌ，Ｖ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｚｒ，Ｆｅやこれら
以外の合金成分と０．７重量％未満のＦｅ，Ｏ，Ｃ，
Ｎ，Ｈの不純物を含み、なおかつ９５％以上の相対密度
を有する粉末冶金法により製造されたチタン合金であ
り、例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金や、Ｔｉ−１５Ｖ−
３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ合金などの合金が挙げられる。
【００１０】
【作用】以下、本発明を詳細に説明する。本発明者等
は、焼結チタン合金の製造、利用に関して研究を重ねた
結果、ＨＩＰ処理を行った焼結チタン合金に対して、ま
ず製品表層部分の研削もしくは磨耗を目的とした条件で
のショットピーニング処理を行い、製品表面から２００
μｍ程度までに含まれる空隙を除去し、その後１回目の
ショットピーニング処理で荒らされた製品表面を平坦化
し、なおかつ表面への圧縮残留応力の付加や加工硬化を
起こさせるなどにより疲労寿命を高めることを目的とし
た条件で２回目のショットピーニング処理を行うことに
より、クラックや圧縮された空隙などの欠陥を発生させ
ることなく、表層近傍の内部空隙を除去し、製品の疲労
特性を向上し得ることを見出した。本発明はこれら新規
知見に基づいてなされたものである。
は、焼結チタン合金の製造、利用に関して研究を重ねた
結果、ＨＩＰ処理を行った焼結チタン合金に対して、ま
ず製品表層部分の研削もしくは磨耗を目的とした条件で
のショットピーニング処理を行い、製品表面から２００
μｍ程度までに含まれる空隙を除去し、その後１回目の
ショットピーニング処理で荒らされた製品表面を平坦化
し、なおかつ表面への圧縮残留応力の付加や加工硬化を
起こさせるなどにより疲労寿命を高めることを目的とし
た条件で２回目のショットピーニング処理を行うことに
より、クラックや圧縮された空隙などの欠陥を発生させ
ることなく、表層近傍の内部空隙を除去し、製品の疲労
特性を向上し得ることを見出した。本発明はこれら新規
知見に基づいてなされたものである。
【００１１】本発明において、焼結チタン合金に対して
上記２回のショットピーニング処理を行う理由は以下の
通りである。第１に、ＨＩＰ処理を行った焼結チタン合
金は、従来技術で述べたように、表層下２００μｍの範
囲に空隙を含み、この空隙が従来のショットピーニング
処理においてはクラックなどの欠陥の発生原因となるた
め、まずこれを除去することが必要である。このため、
始めに製品の表層部分の研削を目的としたショットピー
ニング処理を行い表層部分の空隙を除去する。第２に、
研削ショットピーニング処理を行った製品表面は、表層
部分が研掃材により荒らされ非常に大きな凹凸が残留
し、この凹凸も疲労破壊の起点となり易く、製品の外観
上も望ましい状態でない。またショットピーニング処理
本来の効果である、残留応力付加や表面加工硬化などは
ほとんど発生しない。これを補うべく２回目のショット
ピーニング処理により、表面を平坦化し表面粗さを良好
にし、なおかつ残留応力を付与し、疲労特性を向上させ
る。
上記２回のショットピーニング処理を行う理由は以下の
通りである。第１に、ＨＩＰ処理を行った焼結チタン合
金は、従来技術で述べたように、表層下２００μｍの範
囲に空隙を含み、この空隙が従来のショットピーニング
処理においてはクラックなどの欠陥の発生原因となるた
め、まずこれを除去することが必要である。このため、
始めに製品の表層部分の研削を目的としたショットピー
ニング処理を行い表層部分の空隙を除去する。第２に、
研削ショットピーニング処理を行った製品表面は、表層
部分が研掃材により荒らされ非常に大きな凹凸が残留
し、この凹凸も疲労破壊の起点となり易く、製品の外観
上も望ましい状態でない。またショットピーニング処理
本来の効果である、残留応力付加や表面加工硬化などは
ほとんど発生しない。これを補うべく２回目のショット
ピーニング処理により、表面を平坦化し表面粗さを良好
にし、なおかつ残留応力を付与し、疲労特性を向上させ
る。
【００１２】本発明者は、１回目および２回目の研掃材
の特性およびショットピーニング条件と表面粗さ、研削
量、疲労強度の関係を種々検討して以下の結論を得た。
まず、本発明の研削目的とする１回目のショットピーニ
ング処理においては、研掃材の形状は研削効果の高いグ
リット形状のものが望ましい。研掃材の平均粒径を０．
５mm以上、１．２mm以下とするのは、平均粒径が０．５
mmに満たない研掃材では、研掃材当たりの研削範囲が小
さく、時間当たりの研削効果が十分でないためであり、
平均粒径が１．２mmを超える研掃材では、研削後の表面
の凹凸が激しく、２回目の平坦化のためのショットピー
ニング処理では粗さの改善が非常に困難となることや、
通常使用される投射装置では装置への負担が大きいこと
で、実際的な処理でないためである。研掃材の硬さを被
加工物の硬さにヴィッカース硬さで２００を加えた値以
上としたのは、これに満たない硬さでは表層研削の効果
が弱いか、もしくは効果が生じないからである。
の特性およびショットピーニング条件と表面粗さ、研削
量、疲労強度の関係を種々検討して以下の結論を得た。
まず、本発明の研削目的とする１回目のショットピーニ
ング処理においては、研掃材の形状は研削効果の高いグ
リット形状のものが望ましい。研掃材の平均粒径を０．
５mm以上、１．２mm以下とするのは、平均粒径が０．５
mmに満たない研掃材では、研掃材当たりの研削範囲が小
さく、時間当たりの研削効果が十分でないためであり、
平均粒径が１．２mmを超える研掃材では、研削後の表面
の凹凸が激しく、２回目の平坦化のためのショットピー
ニング処理では粗さの改善が非常に困難となることや、
通常使用される投射装置では装置への負担が大きいこと
で、実際的な処理でないためである。研掃材の硬さを被
加工物の硬さにヴィッカース硬さで２００を加えた値以
上としたのは、これに満たない硬さでは表層研削の効果
が弱いか、もしくは効果が生じないからである。
【００１３】研掃材の投射速度は６０m/s 以上、１００
m/s 以下とすることが望ましい。６０m/s より遅い投射
速度では研削の効果が十分でなく、１００m/s より速い
速度ではショットピーニング処理後の表面の凹凸が非常
に激しくなり、２回目のショットピーニング処理を行っ
ても、製品表面の粗さを回復できなくなるためである。
研掃材の投射量は２０００kg/m2 以上とする。これは研
掃材の投射量が２０００kg/m2 に満たない場合は研削量
は２００μｍに到達せず、表層下に空隙が残留し、疲労
強度の回復はできないからである。
m/s 以下とすることが望ましい。６０m/s より遅い投射
速度では研削の効果が十分でなく、１００m/s より速い
速度ではショットピーニング処理後の表面の凹凸が非常
に激しくなり、２回目のショットピーニング処理を行っ
ても、製品表面の粗さを回復できなくなるためである。
研掃材の投射量は２０００kg/m2 以上とする。これは研
掃材の投射量が２０００kg/m2 に満たない場合は研削量
は２００μｍに到達せず、表層下に空隙が残留し、疲労
強度の回復はできないからである。
【００１４】次いで、本発明の表面平坦化、残留応力付
与を目的とする２回目のショットピーニング処理におい
ては、研掃材は球形のものが望ましい。研掃材の粒径を
０．２mm以上、０．６mm以下とする理由は、粒径が０．
２mmに満たない場合は、表面が平坦化する以前に加工硬
化が進むため、製品表面の凹凸を十分に回復できず、ま
た粒径が０．６mmを超える場合は、圧痕の大きさが必要
以上のものとなり、表面粗さを逆に悪化させるためであ
る。研掃材の硬さをチタン合金の硬さ以上としたのは、
被加工物の硬度に満たない硬さの場合は、残留応力付与
というショットピーニングの効果が現れないからであ
り、上限値を被加工物に対しヴィッカース硬さで３００
を加えた値としたのは、これを超える硬さでは、表層を
研削する効果が高くなるためである。研掃材の投射速度
を３０m/s 以上、６０m/s 以下としたのは、３０m/s 未
満の投射速度では、研掃材の投射時に付与される運動エ
ネルギーが小さく、製品表面に十分な塑性変形を与える
ことができず、６０m/s を超える投射速度では研掃材の
エネルギーが大きすぎ、製品表層にクラックなどの欠陥
を与え疲労強度を逆に低下させるためである。研掃材の
投射量を１０００kg/m2 以上としたのは、１０００kg/m
2 に満たない場合、製品の表面全体に研掃材が当たる確
率が低く、均一なショット処理ができないためである。
与を目的とする２回目のショットピーニング処理におい
ては、研掃材は球形のものが望ましい。研掃材の粒径を
０．２mm以上、０．６mm以下とする理由は、粒径が０．
２mmに満たない場合は、表面が平坦化する以前に加工硬
化が進むため、製品表面の凹凸を十分に回復できず、ま
た粒径が０．６mmを超える場合は、圧痕の大きさが必要
以上のものとなり、表面粗さを逆に悪化させるためであ
る。研掃材の硬さをチタン合金の硬さ以上としたのは、
被加工物の硬度に満たない硬さの場合は、残留応力付与
というショットピーニングの効果が現れないからであ
り、上限値を被加工物に対しヴィッカース硬さで３００
を加えた値としたのは、これを超える硬さでは、表層を
研削する効果が高くなるためである。研掃材の投射速度
を３０m/s 以上、６０m/s 以下としたのは、３０m/s 未
満の投射速度では、研掃材の投射時に付与される運動エ
ネルギーが小さく、製品表面に十分な塑性変形を与える
ことができず、６０m/s を超える投射速度では研掃材の
エネルギーが大きすぎ、製品表層にクラックなどの欠陥
を与え疲労強度を逆に低下させるためである。研掃材の
投射量を１０００kg/m2 以上としたのは、１０００kg/m
2 に満たない場合、製品の表面全体に研掃材が当たる確
率が低く、均一なショット処理ができないためである。
【００１５】
【実施例】焼結チタン合金に本発明を適用した場合に基
づいて、本発明の内容をさらに詳しく説明する。合金成
分がＴｉ−６Ａｌ−４Ｖとなるように調整した混合粉末
をＨＩＰ処理を行った後に平行部が１０mmφの径の疲労
試験片となるように圧粉成形し、この粉末成形体を真空
度１０-4Torr、１２５０℃で焼結処理後、９００℃、１
００MPaの条件でＨＩＰ処理を行った。各種条件でショ
ットピーニング処理を行った試験片について、表層の研
削量および表面粗さの測定と疲労試験を行った。試験片
の硬度は３５０Ｈｖであり、疲労試験条件は、軸力、応
力比−１、ｆ＝２０Hz、大気中、室温である。これらの
試験結果を表１および表２に示す。
づいて、本発明の内容をさらに詳しく説明する。合金成
分がＴｉ−６Ａｌ−４Ｖとなるように調整した混合粉末
をＨＩＰ処理を行った後に平行部が１０mmφの径の疲労
試験片となるように圧粉成形し、この粉末成形体を真空
度１０-4Torr、１２５０℃で焼結処理後、９００℃、１
００MPaの条件でＨＩＰ処理を行った。各種条件でショ
ットピーニング処理を行った試験片について、表層の研
削量および表面粗さの測定と疲労試験を行った。試験片
の硬度は３５０Ｈｖであり、疲労試験条件は、軸力、応
力比−１、ｆ＝２０Hz、大気中、室温である。これらの
試験結果を表１および表２に示す。
【００１６】表１は研削目的の１回目のショットピーニ
ング処理条件を変化した試験結果である。表１中では２
回目の表面の平坦化を目的としたショットピーニング条
件は、研掃材の粒径を０．５mmφ、硬度を４５０Ｈｖと
した球形の鋼球を使用し、投射速度４０m/s 、投射量１
５００kg/m2 一定とした、本発明の範囲の条件である。
ング処理条件を変化した試験結果である。表１中では２
回目の表面の平坦化を目的としたショットピーニング条
件は、研掃材の粒径を０．５mmφ、硬度を４５０Ｈｖと
した球形の鋼球を使用し、投射速度４０m/s 、投射量１
５００kg/m2 一定とした、本発明の範囲の条件である。
【００１７】
【表１】
【００１８】試験番号１は、ＨＩＰ処理後に疲労試験を
行った場合で従来法に相当する。表面粗さはＲａ＝８．
０μｍで疲労限は１４０MPa である。試験番号２は、従
来のショットピーニング処理を行った場合で、表面粗さ
はＲａ＝２．０μｍと表面状態は改善されるが、表層下
での空隙の残留や、表層部のクラックや空隙の潰れた後
の発生のため疲労限は１５０MPa 程度にしか上昇しな
い。
行った場合で従来法に相当する。表面粗さはＲａ＝８．
０μｍで疲労限は１４０MPa である。試験番号２は、従
来のショットピーニング処理を行った場合で、表面粗さ
はＲａ＝２．０μｍと表面状態は改善されるが、表層下
での空隙の残留や、表層部のクラックや空隙の潰れた後
の発生のため疲労限は１５０MPa 程度にしか上昇しな
い。
【００１９】試験番号３，４，５，６，７は、本発明の
請求範囲で１回目のショットピーニング処理の条件を変
化させた場合で本発明の実施例である。条件により表面
粗度および疲労強度は若干の違いがあるが、従来法の疲
労強度が１５０MPa であるのに対し約３００MPa と２倍
に上昇している。これは研削目的のショットピーニング
処理で表層欠陥が完全にでき、さらに平坦化、表面加工
硬化の効果が十分に発揮された結果である。
請求範囲で１回目のショットピーニング処理の条件を変
化させた場合で本発明の実施例である。条件により表面
粗度および疲労強度は若干の違いがあるが、従来法の疲
労強度が１５０MPa であるのに対し約３００MPa と２倍
に上昇している。これは研削目的のショットピーニング
処理で表層欠陥が完全にでき、さらに平坦化、表面加工
硬化の効果が十分に発揮された結果である。
【００２０】一方、本発明の比較例である試験番号８で
は、表１に示すように表面粗さは２．８μｍと良好であ
るものの疲労強度は１６０MPa と従来材とほとんど変化
がない。この理由は、本発明の範囲の研掃材硬度の下限
値の被処理物Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの硬度＋２００である
５５０Ｈｖ未満の４００Ｈｖであるため、研削が十分で
なく表層空隙が残留したからである。試験番号９は、本
発明の請求範囲の研掃材の平均粒径の下限である０．５
mmに満たないため、表層空隙が残留し疲労強度は低下す
る結果となった。試験番号１０は、本発明の請求範囲の
投射速度の下限値である６０m/s 未満であり、また試験
番号１１は本発明の請求範囲の投射量の下限値である２
０００kg/m2 未満であるため、研削量が十分でなく、表
層空隙が残留し、疲労強度が低下する結果となってい
る。
は、表１に示すように表面粗さは２．８μｍと良好であ
るものの疲労強度は１６０MPa と従来材とほとんど変化
がない。この理由は、本発明の範囲の研掃材硬度の下限
値の被処理物Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの硬度＋２００である
５５０Ｈｖ未満の４００Ｈｖであるため、研削が十分で
なく表層空隙が残留したからである。試験番号９は、本
発明の請求範囲の研掃材の平均粒径の下限である０．５
mmに満たないため、表層空隙が残留し疲労強度は低下す
る結果となった。試験番号１０は、本発明の請求範囲の
投射速度の下限値である６０m/s 未満であり、また試験
番号１１は本発明の請求範囲の投射量の下限値である２
０００kg/m2 未満であるため、研削量が十分でなく、表
層空隙が残留し、疲労強度が低下する結果となってい
る。
【００２１】
【表２】
【００２２】表２は表面の平坦化を目的とした２回目の
ショットピーニング処理を変化した試験結果である。１
回目の表層の研削を目的としたショットピーニング条件
は、粒径を０．８mmφ、硬度を６５０Ｈｖとしたグリッ
ト形状の研掃材を使用し、投射速度６５m/s 、投射量３
０００kg/m2 一定とした、本発明の請求範囲内の処理で
ある。表２中の試験番号１４，１５は、表層研削目的の
ショットピーニング処理を行った後、本発明の請求範囲
で平坦化を目的とした２回目のショットピーニング処理
の条件を変化させた場合で本発明の実施例に当たる。本
実施例では２回目のショットピーニング処理の効果が十
分であり、表面が平坦化して表面粗さは２．３μｍとな
り、疲労強度は３００MPa と従来法と比べて約２倍以上
に向上する。
ショットピーニング処理を変化した試験結果である。１
回目の表層の研削を目的としたショットピーニング条件
は、粒径を０．８mmφ、硬度を６５０Ｈｖとしたグリッ
ト形状の研掃材を使用し、投射速度６５m/s 、投射量３
０００kg/m2 一定とした、本発明の請求範囲内の処理で
ある。表２中の試験番号１４，１５は、表層研削目的の
ショットピーニング処理を行った後、本発明の請求範囲
で平坦化を目的とした２回目のショットピーニング処理
の条件を変化させた場合で本発明の実施例に当たる。本
実施例では２回目のショットピーニング処理の効果が十
分であり、表面が平坦化して表面粗さは２．３μｍとな
り、疲労強度は３００MPa と従来法と比べて約２倍以上
に向上する。
【００２３】試験番号１３は、２回目の平坦化を目的と
したショットピーニング処理を省略した試験である。こ
の場合、表層近傍の空隙を除去した効果により疲労強度
は、ＨＩＰ処理まま材の１４０MPa から２００MPa まで
上昇しているが、表面粗さは８．２μｍとＨＩＰ処理ま
ま材とほぼ同等であり、２回目のショットピーニング処
理をした材料の特性には及ばない。試験番号１６〜２２
は本発明の比較例である。試験番号１６は研掃材の硬度
が不足し、試験番号１８は研掃材の粒径が小さく、試験
番号２０は投射速度の不足、試験番号２２は投射量が不
十分とそれぞれの理由で、２回目のショットピーニング
処理の効果が不十分となり、表面粗さが５．７〜６．９
μｍと改善されておらず、疲労強度が上昇しない結果と
なっている。試験番号１７は本発明の請求範囲の硬度以
上の研掃材を使用したため、表層を研削する効果が高く
なり、表面を荒らすもしくは表層にクラックなどを発生
させる原因と、十分なショットピーニングの効果が得ら
れないため、疲労強度は本発明の実施例まで上昇しない
結果となっている。また試験番号１９は研掃材粒径が大
きすぎ、試験番号２１は投射速度が速すぎるため、平坦
化目的の２回目のショットピーニング処理が、表面を荒
らし、表層にクラックを発生させる原因となり、疲労強
度を低下させる結果となっている。
したショットピーニング処理を省略した試験である。こ
の場合、表層近傍の空隙を除去した効果により疲労強度
は、ＨＩＰ処理まま材の１４０MPa から２００MPa まで
上昇しているが、表面粗さは８．２μｍとＨＩＰ処理ま
ま材とほぼ同等であり、２回目のショットピーニング処
理をした材料の特性には及ばない。試験番号１６〜２２
は本発明の比較例である。試験番号１６は研掃材の硬度
が不足し、試験番号１８は研掃材の粒径が小さく、試験
番号２０は投射速度の不足、試験番号２２は投射量が不
十分とそれぞれの理由で、２回目のショットピーニング
処理の効果が不十分となり、表面粗さが５．７〜６．９
μｍと改善されておらず、疲労強度が上昇しない結果と
なっている。試験番号１７は本発明の請求範囲の硬度以
上の研掃材を使用したため、表層を研削する効果が高く
なり、表面を荒らすもしくは表層にクラックなどを発生
させる原因と、十分なショットピーニングの効果が得ら
れないため、疲労強度は本発明の実施例まで上昇しない
結果となっている。また試験番号１９は研掃材粒径が大
きすぎ、試験番号２１は投射速度が速すぎるため、平坦
化目的の２回目のショットピーニング処理が、表面を荒
らし、表層にクラックを発生させる原因となり、疲労強
度を低下させる結果となっている。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明を適用する
ことにより、焼結チタン合金製品において、安価な表面
処理方法によりクラックなどの新たな欠陥を発生させる
ことなく残留する表層空隙を完全に除去し、チタン合金
の本来有する優れた疲労特性を発揮させることができ
る。
ことにより、焼結チタン合金製品において、安価な表面
処理方法によりクラックなどの新たな欠陥を発生させる
ことなく残留する表層空隙を完全に除去し、チタン合金
の本来有する優れた疲労特性を発揮させることができ
る。
Claims (3)
- 【請求項１】 焼結チタン合金の表面を改質する方法に
おいて、焼結チタン合金をＨＩＰ処理を施した後に、２
回のショットピーニング処理を施すことを特徴とする焼
結チタン合金の表面改質方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載のショットピーニング処
理において、１回目の処理が平均粒径で０．５mm以上、
１．２mm以下の大きさで、なおかつ被加工物であるチタ
ン合金の硬さに対しヴィッカース硬さで２００を加えた
値以上の硬さを持つグリット形状の研掃材を使用し、投
射速度を６０m/s 以上、１００m/s 以下とし、投射量を
２０００kg/m2 以上とすることを特徴とする焼結チタン
合金の表面改質方法。 - 【請求項３】 請求項１に記載のショットピーニング処
理において、２回目の処理が平均粒径で０．２mm以上、
０．６mm以下の大きさで、なおかつ被加工物であるチタ
ン合金の硬さ以上、かつチタン合金に対しヴィカース硬
さで３００を加えた値以下の硬さを持つ球形の研掃材を
使用し、投射速度を３０m/s 以上、６０m/s 以下とし、
投射量を１０００kg/m2 以上とすることを特徴とする焼
結チタン合金の表面改質方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19061493A JPH0741806A (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 焼結チタン合金の表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19061493A JPH0741806A (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 焼結チタン合金の表面処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0741806A true JPH0741806A (ja) | 1995-02-10 |
Family
ID=16261007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19061493A Withdrawn JPH0741806A (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 焼結チタン合金の表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0741806A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005121387A1 (en) * | 2004-06-10 | 2005-12-22 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Titanium alloy part and method for producing the same |
| CN101886235A (zh) * | 2010-06-13 | 2010-11-17 | 东北大学 | 一种铜铬合金选择性表面纳米化的方法 |
| JP2012255192A (ja) * | 2011-06-09 | 2012-12-27 | Nhk Spring Co Ltd | チタン合金部材およびその製造方法 |
-
1993
- 1993-07-30 JP JP19061493A patent/JPH0741806A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005121387A1 (en) * | 2004-06-10 | 2005-12-22 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Titanium alloy part and method for producing the same |
| US7560000B2 (en) | 2004-06-10 | 2009-07-14 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Titanium alloy part and method for producing the same |
| CN101886235A (zh) * | 2010-06-13 | 2010-11-17 | 东北大学 | 一种铜铬合金选择性表面纳米化的方法 |
| JP2012255192A (ja) * | 2011-06-09 | 2012-12-27 | Nhk Spring Co Ltd | チタン合金部材およびその製造方法 |
| US9920399B2 (en) | 2011-06-09 | 2018-03-20 | Nhk Spring Co., Ltd. | Titanium alloy member and production method therefor |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20001003 |