JPH0957629A - ショットピーニング用投射材、ショットピーニング方法および処理物品 - Google Patents

ショットピーニング用投射材、ショットピーニング方法および処理物品

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JPH0957629A
JPH0957629A JP21754695A JP21754695A JPH0957629A JP H0957629 A JPH0957629 A JP H0957629A JP 21754695 A JP21754695 A JP 21754695A JP 21754695 A JP21754695 A JP 21754695A JP H0957629 A JPH0957629 A JP H0957629A
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JP
Japan
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shot
peening
shot peening
specific gravity
projection
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JP21754695A
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English (en)
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Hitoshi Rokutanda
等 六反田
Hitoshi Takeda
仁 竹田
Masakazu Okubo
昌和 大久保
Takeshi Sadahiro
孟史 貞広
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Sintokogio Ltd
Tungaloy Corp
Original Assignee
Sintokogio Ltd
Toshiba Tungaloy Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮残留応力の最大値が被処理品の表面に生
じ、従来以上の圧縮残留応力値が得られ、しかも被処理
品の表面を荒らさず、疲労強度のばらつきをもたらさな
いショットピーニング材、それを用いるショットピーニ
ング方法、およびそれによって得られる被処理品を提供
する。 【解決手段】 比重が16を越えて20以下の無機物質
からなり、かつ平均径が1mm以下の球状体であることを
特徴とするショットピーニング用投射材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ショットピーニン
グに用いられる投射材に関し、また、該投射材を用いる
ショットピーニング方法、およびそれによって得られる
処理物品に関する。
【0002】
【従来の技術】ショットピーニング用の投射材には、一
般的な鋼系のカットワイヤ、鋳鋼球、白銑球などの金属
が用いられる。またガラス、アルミナ、ジルコニアなど
のセラミックス系があり、まれに超硬合金が用いられる
こともある。
【0003】近年、金属部品の軽量高強度化が求めら
れ、それに伴ってショットピーニングの需要が増加し、
かつ過酷な条件によるハードショットピーニングが多用
されてきている。たとえば、特開平2−149616号
公報には、50〜120m/s の高速で投射材を投射する
ショットピーニング方法が開示されている。しかし、投
射速度を高くすると、被処理品の表面を大きく荒らす。
また大きな圧縮残留応力がその表面に得られず、疲労強
度のばらつきが多くなる。
【0004】ショットピーニングにおける衝突エネルギ
ーを増加させるためには、投射材の重量を増加させても
よいが、球状の投射材の直径を大きくすると、小径部品
の表面を均一に処理することができない。
【0005】そこで、投射材の比重を大きくすることに
より、衝突エネルギーを増加させることが試みられてい
る。たとえば特開昭55−77474号公報には、ビッ
カース硬さ(HV)が900以上で、比重が10以上の投
射材を用いるショットピーニング方法が開示されてい
る。しかし、このような比重の投射材を用いてさらに大
きな衝突エネルギーを与えるには、投射速度を一定以上
に大きくするか、球径を大きくしなければならず、どち
らも表面の破壊につながるという問題が残る。
【0006】比重の高い投射材としては、特開昭58−
34522号公報および特開昭59−19981号公報
に示されるような、W基焼結合金がある。しかしなが
ら、高比重物質であるW基焼結合金は、ショットピーニ
ング用の投射材として用いても、その形状によっては投
射が困難なこと、被処理品の表面を大きく荒らすこと、
および投射材の表面が破壊されることが問題として挙げ
られ、さらに、投射材の硬さが十分でない場合には処理
の際に投射材が変形してしまい、十分な衝突エネルギー
を付与することが困難であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上述
のような従来技術のもつ欠点を克服して、圧縮残留応力
の最大値が被処理品の表面に生じ、従来以上の圧縮残留
応力値が得られ、しかも被処理品の表面を荒らさず、疲
労強度のばらつきをもたらさないショットピーニング
材、それを用いるショットピーニング方法、およびそれ
によって得られる被処理品を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、高比重を有
し、かつ投射材として実用可能な高強度を有する材料と
して、Wおよび/またはW2 Cを80重量%以上含有す
る材料、たとえばW、W2 C、W−W2 C、W−W2
−WCまたはW2 C−WCに、他の金属および/または
金属化合物を添加した焼結合金が適していることを見出
した。さらに、本発明者らは、特定範囲の高比重の、特
定範囲の平均径の球状体である投射材を、好ましくは特
定範囲の低い投射速度で被処理品に衝突させることによ
り、その課題を解決しうることを見出して、本発明を完
成させるに至った。
【0009】すなわち、本発明のショットピーニング用
投射材は、比重が16を越えて20以下の無機物質から
なり、かつ平均径が1mm以下の球状体であることを特徴
とする。また、本発明のショットピーニング方法は、上
記の投射材を被処理品に衝突させることを特徴とし、本
発明の処理物品は、そのようにして得られたものであ
る。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の投射材は、無機物質であ
る。その比重は、16を越えて20以下であり、好まし
くは16を越えて19以下である。ここで比重とは、真
比重をいう。投射材の比重が16以下では、被処理品の
材質によってはその表面に十分な圧縮残留応力を付与す
るのが困難である。また、20を越えると、投射材に適
する強度のものが得にくく、また貴金属系の材料を使用
しなければならず、非常に高価になるため実用的ではな
い。
【0011】本発明の投射材において、球状体という形
状は、具体的には、実質的な球体、エッジがR状になっ
た柱状体、またはラグビーボール状の楕円体であっても
よい。その平均径は1mm以下であり、好ましくは平均径
が0.005〜0.5mm、特に好ましくは平均径が0.
01〜0.2mmである。平均径が1mmを越えると、被処
理品に与える衝突エネルギーが高すぎるのみではなく、
その表面を破壊してしまい、被処理品の表面を大きく荒
らし、また大きな圧縮残留応力を適正な位置、すなわち
被処理品の表面に得られず、疲労強度のばらつきが大き
い。本発明においては、平均径1mm以下の範囲内で、投
射材の平均径を任意に設定することにより、被処理品の
処理後の表面あらさを制御することが可能である。
【0012】投射材の硬さは、ビッカース硬さ(HV)で
好ましくは900以上であり、さらに好ましくは1,0
00以上である。硬さが900未満では、処理の際に投
射材が変形してしまい、被処理品に十分な衝突エネルギ
ーを付与することが困難であり、また残留応力が付加で
きず、疲労強度の向上が望めない。
【0013】このような投射材の材質は、具体的には、
たとえばWおよび/またはW2 Cを主成分として、80
重量%以上含有するのが好適である。その他の成分とし
ては、比重を調整するために、Ta、Re、Os、I
r、Pt、Auおよびこれらの合金の1種または2種以
上の高比重金属を添加することが好ましい。また、強度
を向上させるために、Ni、Co、Fe、Mo、Cr、
Mn、Ag、Ti、Zr、Hf、Nb、Vおよびこれら
の合金の中の1種または2種以上を添加することが好ま
しい。さらに、硬さを高めるために、主成分としてW2
Cを用いるか、周期律表の4a、5aもしくは6a族金
属の炭化物、窒化物およびこれらの相互固溶体(主成分
であるW2 Cを除く)の1種または2種以上の無機物質
を添加することもまた好ましい。
【0014】投射材の投射速度は、被処理品の形状およ
び材質、ならびに投射材の形状および材質により、選定
する必要があるが、一般に好ましい投射速度は10〜3
0m/s であり、より好ましくは10〜25m/s である。
投射速度が10m/s 未満では、ショットピーニングによ
って十分な圧縮残留応力が得られず、疲労強度の向上が
望めない。一方、投射速度が30m/s を越えると、被処
理品の材質によっては、その表面を大きく荒らし、ま
た、大きな圧縮残留応力を被処理品の表面に得られず、
疲労強度のばらつきが大きくなる。
【0015】本発明の投射材を用いるショットピーニン
グによって、超硬合金をはじめとする広範囲の処理物品
が得られる。本発明のショットピーニング方法は、歯
車、ドライブシャフトなどの浸炭材料;コイルばね、板
ばねなどのばね部材;および内燃機関のピストン,コン
ロッド,ロッカアームなど各種の機械部品、切削工具、
耐摩耗工具などとして用いられる焼結合金に、特に適し
ている。
【0016】
【発明の効果】本発明によって、被処理品の表面を荒ら
すことなく、圧縮残留応力の最大値が被処理品の表面に
生ずるようなショットピーニング用投射材が得られ、そ
れを用いるショットピーニングが可能になった。このよ
うなショットピーニングで得られる処理物品は、優れた
疲労強度を有し、そのばらつきが少ない。したがって、
本発明は、浸炭材料、ばね部材および焼結合金の疲労強
度の向上にきわめて有用である。
【0017】
【実施例】以下、実施例および比較例によって、本発明
をさらに詳細に説明する。本発明は、これらの実施例に
よって限定されるものではない。
【0018】被処理品として、表1に示す浸炭材料SC
M420と超硬合金94%WC−6%Co(以下、WC
−Coと略記する)を用いた。
【0019】
【表1】
【0020】本発明のショットピーニング用投射材とし
て、表2に示すような、比重16.5〜18.3、硬さ
1,200〜2,250、平均粒径0.05〜0.1mm
の超硬合金製投射材A〜Cを用いた。また比較のため
に、従来から用いられている鋳鋼製投射材DおよびW基
焼結合金E、Fを用いた。
【0021】
【表2】
【0022】実施例1〜6、比較例1〜8 表3に示すように、本発明の投射材A〜Cを用いて、被
覆率(カバレージ)を200%とし、投射速度10〜2
5m/s でショットピーニングを行った(実施例1〜
5)。また、同様に本発明の投射材Cを、汎用の投射速
度である50m/s でショットピーニングを行った(実施
例6)。さらに、比較のための投射材D〜Fを用いて、
投射速度50〜75m/s でショットピーニングを行った
(比較例1〜4)。また、投射材D、Eを用いて、投射
速度5〜10m/s でショットピーニングを行った(比較
例5〜7)。
【0023】ショットピーニングされた処理物品の圧縮
残留応力を、表面から内部にかけて測定して、その最大
値およびその位置を求めた。また、表面あらさの測定を
行った。これらの結果を表3に示す。また、実施例1お
よび比較例1で得られた処理物品についての、残留圧縮
応力と表面からの深さの関係を、図1に示す。
【0024】
【表3】
【0025】表3および図1に示すように、本発明の投
射材を用いて低い投射速度でショットピーニングされた
処理物品は、大きな圧縮残留応力を示し、またその位置
も表面あるいは表面近傍に存在しており、処理後の表面
あらさも良好である。汎用の投射速度による場合は、表
面あらさおよび圧縮残留応力最大値の表面からの距離に
おいては従来の投射材を用いた場合と同程度であった
が、応力最大値は3,600MPa と、大きな水準が得ら
れた。それに対して、比較例の投射材を用いた処理物品
は、投射速度が小さいとショットピーニングを行った効
果がなく、投射速度を上げても圧縮残留応力値が低く、
その値は表面より深い位置に形成され、かつ表面あらさ
も大きい。
【0026】また、実施例4、5および比較例2、4で
得られた処理物品、ならびにショットピーニング処理を
しなかったWC−Co(比較例8)について、抗折力の
測定を行った。その結果を表4に示す。
【0027】
【表4】
【0028】表4から明らかなように、本発明による投
射材Cを用いた処理物品は、ショットピーニング処理を
しなかったもの、および投射材E、Fによる比較品に比
べて、抗折力が著しく増加している。
【0029】さらに、実施例1および比較例1で得られ
た処理物品を疲労試験にかけ、その疲労強度を測定し
た。その結果を図2に示す。本発明による処理物品は、
従来法によるものに比べて、疲労強度の著しい上昇が認
められる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ショットピーニング処理物品の圧縮残留圧力曲
線である。
【図2】ショットピーニング処理物品の疲労試験結果で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹田 仁 愛知県豊川市穂ノ原3−1 新東工業株式 会社内 (72)発明者 大久保 昌和 神奈川県川崎市幸区塚越1丁目7番地 東 芝タンガロイ株式会社内 (72)発明者 貞広 孟史 神奈川県川崎市幸区塚越1丁目7番地 東 芝タンガロイ株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 比重が16を越えて20以下の無機物質
    からなり、かつ平均径が1mm以下の球状体であることを
    特徴とするショットピーニング用投射材。
  2. 【請求項2】 上記球状体が、0.005〜0.5mmの
    平均径を有する請求項1記載のショットピーニング用投
    射材。
  3. 【請求項3】 上記無機物質が、Wおよび/またはW2
    Cを80重量%以上含有し、かつ硬さがビッカース硬さ
    (HV)で900以上である請求項1または2記載のショ
    ットピーニング用投射材。
  4. 【請求項4】 比重が16を越えて20以下の無機物質
    からなり、かつ平均径が1mm以下の球状体であるショッ
    トピーニング用投射材を、被処理品に衝突させることを
    特徴とするショットピーニング方法。
  5. 【請求項5】 上記投射材が、0.005〜0.5mmの
    平均径を有する球状体であり、かつ硬さがビッカース硬
    さ(HV)で900以上である請求項4記載のショットピ
    ーニング方法。
  6. 【請求項6】 上記投射材の投射速度が、10〜30m/
    s である請求項4または5記載のショットピーニング方
    法。
  7. 【請求項7】 上記被処理品が、浸炭材料、ばね部材ま
    たは焼結合金である請求項4〜6のいずれか一項に記載
    のショットピーニング方法。
  8. 【請求項8】 比重が16を越えて20以下の無機物質
    からなり、かつ平均径が1mm以下の球状体であるショッ
    トピーニング用投射材を、被処理品に衝突させて得られ
    たショットピーニング処理物品。
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Cited By (4)

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