KR101237915B1

KR101237915B1 - 강재 제품의 쇼트 피닝 처리법

Info

Publication number: KR101237915B1
Application number: KR1020127007622A
Authority: KR
Inventors: 유지 코바야시
Original assignee: 신토고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2013-02-27
Also published as: EP2484493A1; US9056386B2; CN102574273B; US20120180539A1; EP2484493B1; CN102574273A; KR20120080582A; WO2011040243A1; EP2484493A4; JP4775525B2; JPWO2011040243A1

Abstract

열경화 처리 후의 강재 제품인 피가공품의 피처리면에 쇼트 피닝(이하, 「SP」라고 약기함) 처리를 행하는 방법으로서, 상기 강재 제품의 처리면의 내구성(특히, 내열 사이클성)을 현격하게 향상시킬 수 있는 SP 처리법을 제공한다.　 열경화 처리 후의 강재 제품인 피가공품에 SP 처리를 행하는 방법으로서, 열경화 처리에 의해 발생한 화합물층(백층)을 제거하는 제 1 SP 처리와, 상기 제 1 SP 처리 후의 제 1 SP 처리면에 압축 잔류 응력을 부여하는 제 2 SP 처리를 포함하며, 제 1 SP 처리 후의 처리면의 화합물층 제거 유무에 대해 비파괴 검사에 의한 합격 여부 판정을 거쳐, 합격품만 상기 제 2 SP 처리를 행한다.

Description

강재 제품의 쇼트 피닝 처리법{SHOT PEENING TREATMENT METHOD FOR STEEL PRODUCT}

본 발명은, 열경화 처리 후의 강재 제품인 피가공품에, 압축 잔류 응력을 부여하는 쇼트 피닝(이하, 「SP」라고 약기함) 처리를 행하는 강재 제품의 쇼트 피닝 처리법에 관한 것이다.

여기에서는, 열경화 처리로서 질화(질소화) 처리 후의 금형(강재 제품)을 예로 들어 설명한다. 금형, 특히, 경합금(Al나 Mg)의 다이캐스트용 금형은, 성형마다 가열과 냉각이 반복됨에 따라, 작은 크랙(열 균열(heat check))이 발생한다. 따라서, 상기 금형의 부형면(附形面)에는 내열 균열성(내열 응력 피로 균열성) 및 고정밀도가 요구된다.

그러나, 본 발명은, 다른 단조용 금형(냉간·열간)이나, 또한, 물론, 고도의 내구성이 요구되는 기어나 스프링 등의 강재 제품에 대해서도 적용할 수 있다.

참고로, 본 명세서에서 「비커스 경도(HV)」는, 「JIS Z 2244」에 근거하는 것이다.

또한, 기술 용어 「쇼트 피닝」에는, 본래의 「피닝」을 목적으로 하지 않아도, 「쇼트 피닝」과 마찬가지로, 쇼트로 대표되는 투사재(그릿(grit), 컷 와이어(cut wire)를 포함)를 피가공물에 투사하여 「연삭/연마」를 목적으로 하는 분사 가공법(냉간 가공법)도 포함한다.

상기와 같이, 종래, 금형(강재 제품)의 열 응력 피로 균열(열 크랙)을 가급적 방지하기 위하여, 압축 잔류 응력을 부여하는 SP 처리를 행하는 것은, 공지이다(예를 들면, 특허문헌 1·2 참조).

특허문헌 1에는, 열처리 후의 금형(강재 제품)에 대하여, 소정 경도·입자 직경의 구형상 투사재(쇼트)에 의해, 적당하게 그 경도·입자 직경을 변경하여, 복수회의 피닝 처리를 행하는 것이 기재되어 있다(청구항 3 등).

특허문헌 2에는, 특허문헌 1의 피닝 처리에 있어서, 고경도이며 또한 저영률의 비정질 투사재(쇼트)를 이용하는 것이 기재되어 있다(청구항 3 등).

그러나, 특허문헌 1·2 모두, 단조(鍛造) 내지 프레스용 금형을 대상으로 하고 있으며(특허문헌 1의 단락 [0001], 특허문헌 2의 단락 [0002]), 본 발명의 최적 대상 제품인 다이캐스트용 금형을 예정하는 것은 아니다. 게다가, 특허문헌 1·2에는, 적극적으로 열처리(열경화 처리)에 의해 발생하는 화합물층(고탄화물층)을 제거한 후에, 압축 잔류 응력을 부여하는 SP 처리를 행하는 것에 대해서는, 어떠한 개시 혹은 시사도 되어 있지 않다.

한편, 금형의 부형면에 대한 SP 처리에 관한 기술은 아니지만, SP 처리에 앞서, 질화 처리 후의 강재 제품인 코일 스프링이나 기어에 있어서, 표면 이상층(백층, 화합물층)을 제거하는 기술이 특허문헌 3~5 등에 기재되어 있다. 표면 이상층의 제거는, 압축 잔류 응력을 부여하는 SP 처리 효과를 증대시키기 위함이다.

특허문헌 3에는, 질화 처리 후의 코일 성형품의 백층을 전해 처리로 제거한 후, SP 처리를 실시하는 코일 스프링의 제조 방법이 기재되어 있다(청구항 1 등 참조). 본 특허문헌에 기재된 화합물층(백층)의 제거 기술은, 본 발명과 달리, 쇼트에 의한 제거는 아니다.

특허문헌 4에는, 질화 처리를 포함하는 열경화 처리 후의 기어의 톱니 바닥 및 톱니 뿌리에 페룰(ferrule, 先角) 형상의 고경도 입재(粒材)를 투사(쇼트)하여 제거한 후, 쇼트 피닝하는 기술이 기재되어 있다(청구항 1 등). 본 특허문헌에는, 질화 처리층의 제거 양태에 의한 내구성 향상에 관한 정보는 기재되어 있지 않다.

특허문헌 5에는, 질화 처리 후의 강제(鋼製) 기어(강재 제품)의 기어 톱니면에, 비커스 경도가 100 이상인 단단한 쇼트 입자를 이용함으로써, 화합물층을 제거하여, 기어의 톱니면에 질소의 확산층을 노출시키는 기술이 기재되어 있다(특허청구범위 등). 본 특허문헌에 기재된 것은, 본 발명과 같이, 화합물층 제거를 위한 쇼트 피닝과, 압축 잔류 응력 부여의 쇼트 피닝을 명료하게 구별한 2단 처리를 행하는 것과는 다르다.

게다가, 비특허문헌 1의 제103~104페이지의 「4.2.3 표면 처리 금형에 요구되는 특성」의 항에, 다이캐스트용 금형의 질화 처리에 관하여, 하기 기재가 있다.

「질화물층이 명확하게 형성되어 있는 처리의 경우에는, 처리 단계에서 표면은 질화 처리층에서의 압축 응력의 영향으로부터 좌굴(坐屈)하여 잔류 응력이 저하하며, 그 후 최대 응력이 되는 분포 형태를 취한다. 또한, 가스 질화물의 형성이 적은 경우는, 최표면으로부터 압축 잔류 응력 최대값을 취해, 서서히 저하하는 분포 형태를 나타낸다. 이 상태가 경사 기능을 가진 표면 처리의 형태이며, 열 사이클이 부하되는 다이캐스트 금형에는 질화물의 분해에 의한 잔류 응력의 변화가 적고, 가열-냉각의 열 사이클 시에도 표면층의 응력 구배가 완만하게 변화하여 양호한 결과를 나타내게 된다. 참고로, 두꺼운 질화물이 형성된 처리에서는, 열 사이클 과정에서 표면의 질화물의 분해에 따라, 인장 응력에 변화하는 것이 확인되고 있다. 따라서, 질화부를 두껍게 한 질화 처리 금형은 조업 과정에서의 크랙의 발생 시기가 빨라, 금형 표면에 결함으로서 확인되게 된다. 그러나, 분해 과정에서는 명확하게 크랙 확대나 진전은 없고, 개구 폭도 사이클 수가 증가해도 명확하게 변화하지 않는다.」

상술한 바와 같이, 적어도 금형에 있어서, 적극적으로 쇼트 처리에 의한 화합물층의 제거에 관련하는, 선행 기술 문헌은 보이지 않는다.

게다가, 금형은 물론, 기어나 코일을 포함하는 강재 제품에 있어서도, 쇼트 처리로 충분히 화합물층이 제거되었는지, 그 판정·확인 수단이 확립되어 있지 않아, 화합물층이 충분히 제거되어 있는지의 여부를 확인하는 정보도 실용 레벨에서는 사용되고 있지 않았다.

일본국 공개특허공보 평10-217122호 일본국 공개특허공보 제2003-191166호 일본국 공개특허공보 평5-156351호 일본국 공개특허공보 제2002-166366호 일본국 공개특허공보 제2006-131922호

히바라 마사히코 저 「다이캐스트용 금형의 수명 대책」일간 공업 신문사, 2003년, p103~104

그리고, 요즈음, 다이캐스트용 금형 등에 있어서, 내열 응력 피로 균열성(내열 균열성)의 향상이 더욱 요망되어 오고 있다.

본 발명은, 상기를 감안하여, 열경화 처리 후의 강재 제품인 피가공품의 피처리면에 쇼트 피닝(이하, 「SP」라고 약기함) 처리를 행하는 방법으로서, 상기 강재 제품의 처리면의 내구성(특히, 내열 사이클성)을 현격하게 향상시킬 수 있는 SP 처리법을 제공하는 것을 목적(과제)으로 한다.

따라서, 본 발명자 등은, 다이캐스트용 금형 등에 있어서, 압축 잔류 응력을 부여하는 쇼트 피닝에 앞서, 질화 처리 후의 질화물층(화합물층)을, 고경도의 쇼트내지 예각 형상의 투사재(그릿)를 이용한 쇼트 피닝에 의해 제거하는 것을 시도하였다.

그리고, 본 발명자 등은, 금형의 열응력 피로 균열(열 크랙)에 관하여 쇼트 피닝이 미치는 현상을 면밀히 연구하는 과정에서, 제 1 회째의 쇼트 처리에서 화합물층이 충분히 제거되어 있는 것(화합물층의 흔적이 실질적으로 관측되지 않는 것)이 중요함을 파악하여, 본 발명에 따른 하기 구성의 강재 제품의 쇼트 피닝 처리법에 도달한 것이다.

열경화 처리 후의 강재(鋼材) 제품인 피(被)가공품에 쇼트 피닝(이하, 「SP」라고 약기함) 처리를 행하는 방법으로서,

열경화 처리에 의해 발생한 화합물층을 제거하는 제 1 SP 처리와,

상기 제 1 SP 처리 후의 제 1 SP 처리면에 압축 잔류 응력을 부여하는 제 2 SP 처리를 포함하며,

제 1 SP 처리면의 화합물층 제거의 유무에 대해 비파괴 검사에 의한 합격 여부 판정을 거쳐, 합격품만 상기 제 2 SP 처리를 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 강재 제품의 쇼트 피닝 방법은, 제 1 SP 처리에 의해 화합물층이 충분히 제거됐는지의 합격 여부 판정을 거침으로써, 후술하는 실시예에서 나타내는 바와 같이, 금형이 열 균열(열응력 피로)에 기인하는 균열(열 크랙)이 발생하는 것을 종래에 비해 현저하게 방지할 수 있다. 예를 들면, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 제 1 SP 처리를 했다고 해도, 그것이 불충분하다면, 제 1 SP 처리를 하지 않는 경우에 비교하여, 균열(크랙)수가 약 1/4에 머무는데 비해, 제 1 SP 처리에 의해 완전 제거하면, 균열수가 약 1/30이 된다(도 10 참조).

결과적으로, 열 사이클에 의한 열 균열(열응력 피로 균열)이 발생하는 문제를 가능한 한 안정적으로 해결할 수 있다.

합격 여부 판정 후의 불합격품은, 모아 두고, 정리하여, 제 1 SP 처리를 행해도 되지만, 불합격품은, 연속적으로 제 1 SP 처리로 되돌릴 수도 있다.

상기 합격 여부 판정을, 와전류(渦電流) 센서에 의한 비파괴 검사법으로 행하는 것이 바람직하다. 피가공품 전점(全点)의 판정이 가능해진다는 이점이 있다. 즉, 화합물층 잔존 유무의 검사에는 파괴 검사와 비파괴 검사가 있는데, 파괴 검사는 실용화에 적합하지 않다. 왜냐하면, 실용 레벨에서는 전점의 검사가 필요한데, 파괴를 이용한 계측 방법에서는 전점의 검사는 할 수 없기 때문이다. 예를 들면, 경도를 측정하면 측정 시에 압흔(壓痕)이 생겨 버린다.

또한, 와전류 센서에 의한 비파괴로 검사를 행함으로써, 공정수를 저감할 수 있어, 장치가 간이해진다는 이점이 있다. 예를 들면, 비파괴 검사로서 조직 관찰도 고려할 수 있는데, 금형과 같이 큰 제품에서는 조직 관찰에 공정수가 걸린다는 문제가 있다. 또한, X선 검사에서는 장치가 지나치게 대형화된다는 문제가 있다.

참고로, 비파괴로 압축 잔류 응력을 계측하는 것은 공지이지만, 압축 잔류 응력은 화합물층의 잔존률과는 상관 관계가 없음을 본 발명자 등은 확인하고 있다.

또한, 강재 제품은, 질화 처리된 것으로 한정되는 것은 아니며, 침탄(carburizing), 담금질(quenching) 등의 열경화 처리된 강재 제품에도 적용 가능하다.

도 1은 본 발명의 쇼트 피닝 처리법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 2는 본 발명에서 사용하는 쇼트 피닝 장치의 일례인 공기식 가속 장치에서의 (A)는 흡입식(중력식), (B)는 직압식을 각각 도시하는 모델도이다.
도 3은 와전류 센서의 와전류의 발생 원리도 및 정상 상태와 이상 상태에서의 와전류 형태를 도시하는 모델도이다.
도 4는 마찬가지로 검출시에 있어서의 정상 상태와 이상 상태의 검출 파형의 모델도이다.
도 5는 와전류 검사 장치에 의한 화합물층 제거의 유무 판별의, 3σ 판정원 및 2.5σ 판정원을 도시한 디스플레이 모델도이다.
도 6은 본 발명의 쇼트 피닝 처리 시스템의 일례를 도시하는 평면 모델도이다.
도 7은 도 6의 쇼트 피닝 처리 시스템의 정면 모델도이다.
도 8은 내열 균열성의 시험 방법을 도시하는 모델도이다.
도 9는 상기 시험 방법에 사용한 열 사이클의 모델도이다.
도 10은 내열 균열성 시험 결과를 도시하는 단면 사진이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다.

여기에서는, 열경화 처리 후의 강재 제품인 피가공품으로서, 질화 처리 후의 경합금 다이캐스트용 금형(예를 들면, SKD제)을 예로 들어 설명한다.

본 발명에 있어서, 「질화 처리」란, Al, Cr, Mo, Ti 및 V 중 어느 1종 이상을 함유하는 합금강을, NH₃ 가스 중에서 약 500℃ 부근의 저온으로 가열함으로써, 그 표면에 매우 단단한 질화층이 얻어지는 열처리를 말한다.

현재 질화법에는 가스법·염욕(鹽浴)법·플라즈마(이온)법이 있다.

각 질화 처리법은 처리물의 가열 방법과 질화에 필요한 활성 질소의 공급법에 따라 크게 차이가 나고 있다.

질화는 침탄 담금질 및 고주파 담금질과는 달리, NH₃ 가스 중에서 약 500℃로 가열하고 강(鋼)의 표면에 질소를 침투시켜 질화철의 경화층을 생성시키는 것이 특징이며, 그 후 담금질 등의 조작을 필요로 하지 않는다.

따라서, 질화의 처리 온도는 다른 표면 경화법과는 달리, 500~600℃의 저온이며, α-Fe 영역의 처리이므로 질화 처리를 실시해도 질화에 의한 직접적인 치수 변형이 적으며, 또한 질화층의 최표면층에는 안정한 압축 응력이 존재하므로 내마모성과 내피로성을 가져, 약 600℃ 근처까지 온도가 상승해도 연화(軟化)가 일어나지 않고, 열에 대해서도 비교적 안정하며, 내식성(耐蝕性)도 비교적 양호하여 공업적으로 널리 응용되고 있다.

가스 질화법은 활성 질소의 확산에 의해, 강 표면에 고경도의 확산층을 얻는 것인데, 그 질화 기구는,

[화학식 1]

의 반응에서 NH₃ 가스의 분해에 의해 발생한 발생 기체 중의 N을 강재 중에 확산시켜 질화층을 얻는다.

강은 분자 형상의 질소(N₂)도 매우 미량으로 흡수하는데, 그 양은 0.0005% 전후에 불과하다. 따라서 분자 형상의 질소로는 사실상 전혀 질화하지 않는다고 생각해도 된다. NH₃는 질화의 처리 온도에서 용이하게 분해하고, 이에 따라 발생한 N이 강에 확산하여 질화물을 만든다. 순수 철·탄소강 또는 Ni·Co 등의 금속 원소를 함유하는 합금강은 질화해도 경화하지 않지만, Al, Cr, Mo, Ti, V 등의 금속 원소를 함유하는 합금강은 안정하고 단단한 질화물을 만들어 경화한다. 즉, N과 화합하여 높은 경도의 질화물을 생성하는 금속 원소의 합금강은 현저한 경도의 증대가 확인된다.

바꾸어 말하면, 질화법은 조직의 변화에 의해 경화하는 것이 아니라, 경도가 높은 질화물을 만드는 것에 의해 현저하게 경화하는 현상이므로, 질화 처리 후도 담금질 등과 달리 급냉할 필요는 없다.

여기서, 「화합물층(백층)」이란, 질소의 확산층보다 표면 가까이에 형성되는 질화물·탄화물·탄화질화 등을 주체(主體)로 하는 층을 말하며, 매우 단단하고 무른 특징이 있다.

그리고, 본 발명의 SP 처리는, 도 1에 도시한 바와 같이, 기본적으로, 화합물층(백층)을 제거하는 제 1 SP 처리와, 상기 제 1 SP 처리 후의 제 1 SP 처리면에 압축 잔류 응력을 부여하는 제 2 SP 처리를 포함하며, 제 1 SP 처리에 의한 화합물층 제거 유무의 비파괴 검사에 의한 합격 여부 판정을 거쳐, 합격품만을 상기 제 2 SP 처리를 행하는 것이다.

여기서, 「제 1 SP 처리」란, 질화 처리를 행했을 때 생성되는 표면의 화합물층(백층)을 절삭 제거하는 것을 목적으로 하여, 알란덤(alandum)·카보란덤(carborandum)과 같은 경질·날카로운 형상의 투사재(그릿, 컷 와이어)나 고경도의 구형상 투사재(쇼트)를 이용하여 행하는 처리이다.

제 1 SP 처리로 표면의 화합물층을 제거할 때, 화합물층의 하부에 위치하는 확산층까지 제거하지 않도록 투사재의 경도나 입자 직경, 및 투사 속도를 선정할 필요가 있다. 예를 들면, 투사재의 경도는, 비커스 경도(JISZ2244) HV1200~3000(바람직하게는 HV1700~3000), 입도(粒度) 번호(JISR6001) 20~220(바람직하게는 30~100)의 범위로부터 적당하게 선정한다. 또한, 투사 속도는, 예를 들면, 공기식 가속 장치를 이용하여 상기 투사재를 투사하는 경우, 투사 에어압으로서 0.05~1MPa(바람직하게는 0.1~0.5MPa)의 범위로부터 적당하게 선정한다.

「제 2 SP 처리」란, 압축 잔류 응력의 부여를 목적으로 한 쇼트 피닝 처리이다. 제 2 SP에 사용하는 쇼트는, 범용의 피닝용 쇼트, 예를 들면, 경도 HV500~1200(바람직하게는 HV900~1200)이고, 입자 직경은 0.02~1㎜(바람직하게는 0.05~0.2㎜)의 범위로부터 적당하게 선정한다. 또한, 투사 속도는, 예를 들면, 공기식 가속 장치를 이용하여 상기 쇼트를 투사하는 경우, 투사 에어압으로서 0.05~1MPa(바람직하게는 0.1~0.5MPa)의 범위로부터 적당하게 선정한다.

참고로, 제 1 SP 처리 및 제 2 SP 처리에 사용하는 SP 장치로서는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 2의 (A)·(B)에 도시하는 공기식 가속 장치(흡입식(중력식)·직압식(가압식))이나, 도시하지 않지만 고속 회전하는 임펠러(impeller)에 투사재를 공급하여 투사하는 원심식 가속 장치 등을 사용할 수 있다.

「와전류」란, 코일로부터 교류 자속을 재료에 조사함으로써 발생하는 소용돌이 형상의 전류를 말한다(도 3의 (A)). 이 와전류는, 코일로부터의 자속을 상쇄(negate)하는 자속을 방출하고 있으며(도 3의 (B)), 재료에 불연속부(흠이나 균열이나 왜곡 등)의 이상 상태가 있으면, 정상 상태와는 달리 그 부분을 우회하여 흐른다(도 3의 (C)). 따라서, 화학 성분이나 결정 구조 등이 정상품과 비교하여, 다른 변화가 있었을 경우, 출력은 파형이 상이하다(도 4). 따라서, 이 출력의 변화를 판독함으로써, 판정 대상이 소망하는 처리가 되어 있는지의 여부를 판정할 수 있는 것이다.(카이세이 엔지니어(주) 홈페이지 「MDK 센서 측정 원리」로부터 인용)

표 1은 전도율과 투자율에 부여되는 조직의 영향 인자의 일람이다.

[표 1]

표 1에 있어서, ◎는 영향의 정도가 큰 것을 나타낸다. ○은 영향은 부여되는 것을 나타낸다. ×는 영향을 부여하지 않는 것을 나타낸다.

따라서, 화학 성분은, 전도율에 큰 영향을 부여함을 알 수 있다. 또한, 결정 구조, 내부 응력, 잔류 오스테나이트는 투자율에 큰 영향을 부여함을 알 수 있다. 즉, 와전류 검사 장치에 있어서, 전도율, 결정 구조, 내부 응력, 잔류 오스테나이트의 변화를, 간접적으로 판독할 수 있다.

따라서, 와전류 센서에 의해, 제 1 SP 처리 전의 조직 상태를 복수점(예를 들면, 20 부분)에서 계측하며, 제 1 SP 처리 후의 조직 상태를 마찬가지로 복수점(예를 들면, 20 부분)에서 계측했을 경우, 유의차(화합물층 제거의 유무)를 판정할 수 있다.

즉, 피가공품에서의 미(未)처리품 또는 처리완료품의 비(非)처리 부위의, 복수점에 있어서의 교류의 자속으로부터 발생하는 전류에서의 진폭차(전압)와 위상차(시간)의 쌍방(雙方)을 측정하고, 와전류 센서에 계측 회로를 통해 접속된 디스플레이에, 확률 변수(벡터) X가 μ-nσ<X<μ＋nσ(단, μ: 평균값, σ: 표준 편차, n: 2.5~~3.5)에 대응하는 상기 위상차 및 진폭차의 범위를 판정원(判定圓)으로서 표시시키며, 상기 판정원의 외측(外側)에, 처리완료 부위의 대응하는 복수점 모두가 플롯팅(plotting)되는 경우를 합격품으로서 판정함으로써, 화합물층 제거의 유무를 용이하게 판정할 수 있다(도 5 참조).

즉, 판정원의 외측에 복수 부분의 측정점 모두가 표시되면, 화합물층과는 이질의 조직 상태(화합물층이 완전하게 제거되어 있음)로 결론지을 수 있다. 각 판정원 내에 화합물층이 포함되는 기대값(P: 구간 확률)은, n=2.5, 3, 3.5에 대해, 각각, 하기와 같이 된다.

P(μ-2.5σ<X<μ+2.5σ)=0.9879,

P(μ-3σ<X<μ+3σ)=0.9973,

P(μ-3.5σ<X<μ+3.5σ)=0.9996

따라서, 오판정을 회피하기 위해서는, 3σ의 판정원이 타당하지만, n=2.5~3.5로부터 적당하게 선택한 확률 변수(X)의 범위로 표시되는 판정원을 사용할 수도 있다.

<쇼트 피닝 시스템>

도 6~7에, 강재 제품의 SP 처리 시스템의 일례를 도시한다. 제 1 반송 장치(10)에 의해 피가공물(W, 워크)을 제 1 SP 장치(50)의 제 1 SP 처리실(51) 내로 반송하고, 피가공물(W)에 대해 투사 노즐(52)로부터 투사재를 분사하여 제 1 SP 처리를 실시한다.

제 1 SP 처리를 실시한 피가공물(W)은, 제 1 반송 장치(10)에 의해 제 1 SP 장치(50)로부터 합격 여부 판정 장치(70)로 반송하고, 피가공물(W) 표면의 화합물층이 적정하게 제거됐는지의 여부를 판정한다.

합격 여부 판정 장치(70)는, 프로브(71, 측정자)와 해석 장치(72)를 구비하고 있다. 프로브(71)를 통해 피가공물(W)의 표면 상태를 측정하고, 표면의 화합물층이 적정하게 제거되어 있다고 판정된 피가공물(W)은 제 2 반송 장치(20)에 의해 제 2 SP 장치(60)의 제 2 SP 장치(61) 내로 반송하며, 피가공물(W)에 대해 투사 노즐(62)로부터 투사재를 분사하여 제 2 SP 처리를 실시한다. 상기 제 2 SP 처리의 완료 후, 제 2 반송 장치(20)에 의해 제 2 SP 장치(60)로부터 소정 위치로 반송 집적한다. 이와 같이 하여, 일련의 쇼트 피닝 처리가 완료한다.

한편, 합격 여부 판정 장치(70)에 의해, 피가공물(W) 표면의 화합물층이 적정하게 제거되어 있지 않은 「불합격품」으로 판정된 피가공물(W)은, 합격 여부 배분(sorting) 제어 장치(73)로부터의 신호에 의해 합격 여부 배분 장치(30)에 의해 불합격품 반송 장치(40)로 배분하고, 불합격품 반송 장치(40)에 의해 다시 제 1 SP 장치(50)로 반송하여, 제 1 SP 처리를 실시한다. 다시, 제 1 SP 처리를 실시한 피가공물(W)은, 전술한 바와 같이 합격 여부 판정 장치(70)에 의해 판정을 거치고, 합격품이면 제 2 SP 처리를 실시하여, 일련의 쇼트 피닝 처리가 완료한다.

참고로, 각 투사 노즐(52, 62)에는, 투사 동력원이 되는 압축 공기 공급 장치(53, 63)가 접속되어 있는 동시에, 투사재 호퍼(54, 64)가 상기 호퍼(54, 64)로부터 투사재를 공급 가능하게 하도록 접속되어 있다. 게다가, 사용이 완료된 투사재를 재사용하기 위하여 투사재를 분급 장치(55, 65)를 통해 투사재 호퍼(54, 64)로 순환시켜 부분 순환 사용이 가능해지도록 되어 있다. 또한, 도면 중, "56, 66"은 집진기이다.

참고로, 상기 쇼트 피닝 시스템은, 도 6~7에 한정되지 않고, 적당하게 변경이 가능하다.

예를 들면, 합격 여부 판정 장치(70)에 의해 불합격품으로 판정된 피가공물(W)은, 제 1 SP 장치(50)로 직접 반송하지 않고, 일시적으로, 다른 장소에 집적해 두고, 어느 정도의 수량이 모아진 시점에서, 제 1 SP 처리를 실시할 수도 있다. 또한, 제 1 SP 장치와 제 2 SP 장치는 겸할 수도 있다.

실시예

다음으로, 본 발명을, 실시예(화합물층이 제거되었는지에 대한 검증 시험)에 근거하여, 보다 상세하게 설명한다.

시험편은, 가스 질화 처리 후(화합물층 두께: 5㎛)의 SKD61재(직경 15㎜×높이 20㎜)를 이용하였다.

제 1 SP 처리·제 2 SP 처리의 각 조건은, 표 2에 나타내는 것으로 하였다.

[표 2]

와전류 검사 장치는, 「마그나테스트D　HF　프로브」(니혼 훼르스터 가부시키가이샤)를 이용하였다.

그리고, 제 1 SP 처리에 있어서, 실시예는 투사량 0.56㎏/min로 30s 처리를 행하고, 비교예는 동일한 투사량으로 15s 처리를 행하였다.

그리고, 미처리품 및 비교예, 실시예의 각 제 1 SP 처리품에 대하여, 상기 와전류 장치를 이용하여, 각각 20 부분(측정 피치 5~10㎜)에서의 조직의 변화를 와전류에 의해 판독하며, 그 결과를 위상차(시간)와 전압을 나타내는 2차원 좌표 위에 표시하는 동시에 표준 편차(σ)를 구하여, 도 5에 예시하는 확률 변수 X가 μ-3σ<X<μ+3σ의 범위에 대응하는 판정원을 표시시켰다.

따라서, 본 검증 실험에 의해, 화합물층이 제거되어 있는지의 여부를 효율적으로 판별할 수 있음을 알 수 있었다.

질화 화합물층의 유무 및 쇼트 피닝이 열응력 피로 균열 발생에 대해 부여하는 영향에 대해서는, 열 균열 시험을 행하여 확인하였다.

열 균열 시험은 알루미늄의 용탕과 이형재(離型材)에 의한 가열·냉각을 반복하여 받는 다이캐스트 금형의 열 피로를 모의하기 위한 시험이며, 고주파 코일을 사용하여 단시간에 가열하고, 수냉하는 사이클을 소정 회수 반복했을 때, 시험편에 발생하는 균열을 평가하는 시험이다. 도 8에 내열 균열성 시험의 개념도를 도시하며, 도 9에 그 열 패턴을 도시한다.

1) 질화인 상태(5~10㎛의 화합물층 있음), 2) 제 1 SP(화합물층 제거 불완전: 상기 비교예(단락 [0070] 참조))＋제 2 SP, 3) 제 1 SP(상기 실시예)+제 2 SP, 의 각 시험편을 준비하고, 1만회 열 피로를 부여한 후에 발생하는 균열수를 조사하였다. 균열수가 많은 것이, 열 피로 특성이 악화되었다고 할 수 있다. 그 결과를 도 10에 도시한다.

도 10으로부터, 질화한 상태에서의 내열 균열성 시험 후의 균열수는 3490개인데 비해, 쇼트 피닝을 실시함으로써, 균열이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 화합물층을 완전하게 제거한 후 쇼트 피닝하는 것이 보다 효과가 높은 것을 알 수 있다.

다음으로, μ-2.5σ<X<μ+2.5σ의 범위에 대응하는 판정원을 이용한 경우에 대해, 검증하였다. 그 결과는, 도 5에 도시한 바와 같이, 미처리 부위가 처리 부위로서 판정되는 것은 없었다. 이로부터, 금형에 한정하지 않고, 기어나 스프링 등의 강재 제품에 적용할 때, 사용 시의 요구 강도나 요구 정밀도 등을 고려하여, 확률 변수 X가 μ-nσ<X<μ+nσ의 범위로 나타나는 판정원에 있어서, n=2.5~3.5로부터 n의 수치를 적당하게 선정하는 것이 가능함을 알 수 있다.

이 출원은, 일본에서 2009년 9월 30일에 출원된 특허출원 제2009-227935호에 근거하고 있으며, 그 내용은 본 출원의 내용으로서 그 일부를 형성한다.

또한, 본 발명은 본 명세서의 상세한 설명에 의해 보다 완전하게 이해할 수 있을 것이다. 그렇지만, 상세한 설명 및 특정의 실시예는, 본 발명의 바람직한 실시의 형태이며, 설명의 목적을 위해서만 기재되어 있는 것이다. 이 상세한 설명으로부터, 다양한 변경, 개변이 당업자에게 있어서 자명하기 때문이다.

출원인은, 기재된 실시형태 중 어느 것도 공중에 헌상하려는 의도는 없으며, 개시된 개변, 대체안 중, 특허청구범위 내에 문언상 포함되지 않을 수도 있는 것도, 균등론 하에서의 발명의 일부로 한다.

본 명세서 혹은 청구범위의 기재에 있어서, 명사 및 동일한 지시어의 사용은, 특별한 지시가 없는 한, 또는 문맥에 의해 명료하게 부정되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 것으로 해석해야 한다. 본 명세서 중에서 제공된 어떠한 예시 또는 예시적인 용어(예를 들면, 「등 」)의 사용도, 단지 본 발명을 설명하기 용이하게 하려는 의도에 불과하며, 특히 청구범위에 기재하지 않는 한 본 발명의 범위에 제한을 가하는 것은 아니다.

Claims

열경화 처리 후의 강재(鋼材) 제품인 피(被)가공품에 쇼트 피닝(이하, 「SP」라고 약기함) 처리를 행하는 방법으로서,
상기 열경화 처리에 의해 발생한 화합물층을 제거하는 제 1 SP 처리와,
상기 제 1 SP 처리 후의 제 1 SP 처리면에 압축 잔류 응력을 부여하는 제 2 SP 처리를 포함하고,
상기 제 1 SP 처리면의 화합물층 제거의 유무에 대해 비파괴 검사에 의한 합격 여부 판정을 거쳐, 합격품만 상기 제 2 SP 처리를 행하는 것이며,
상기 합격 여부 판정은, 피가공품에서의 미(未)처리품 또는 처리완료품의 비(非)처리 부위의, 복수점에 있어서의 교류 전류의 위상차(시간) 및 진폭차(전압)의 쌍방(雙方)을 측정하고, 와전류(渦電流) 센서로부터의 측정 신호를, 계산 회로를 통해 접속된 표시 회로에 입력하여, 확률 변수 X가 μ-nσ＜X＜μ+nσ(단, μ: 평균값, σ: 표준 편차, n: 2.5~~3.5)인 상기 위상차 및 진폭차의 범위를, 이차원 좌표에 판정원(判定圓)으로서 표시하고,
상기 판정원의 외측(外側)에, 처리완료 부위의 대응하는 복수점에 있어서의 상기 위상차·진폭차의 측정점 좌표의 모두가 플롯팅(plotting)되는 경우를 합격품으로서 판정하는 것을 특징으로 하는 강재 제품의 쇼트 피닝 처리법.
제 1 항에 있어서,
또한, 상기 합격 여부 판정 후의 불합격품을 제 1 SP 처리로 되돌리는 것을 특징으로 하는 강재 제품의 쇼트 피닝 처리법.
제 1 항에 있어서,
상기 합격 여부 판정에 사용하는 비파괴 검사를, 와전류 센서를 이용하여 행하는 것을 특징으로 하는 강재 제품의 쇼트 피닝 처리법.
제 1 항에 있어서,
확률 변수 X가 μ-3σ＜X＜μ+3σ인 상기 위상차 및 진폭차의 범위를 상기 판정원으로 한 것을 특징으로 하는 강재 제품의 쇼트 피닝 처리법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열경화 처리 후의 강재 제품이, Al, Cr, Mo, Ti 및 V 중 어느 1종 이상을 함유하는 강재 제품의 질화 처리품인 것을 특징으로 하는 강재 제품의 쇼트 피닝 처리법.
제 5 항에 있어서,
상기 강재 제품이, 경합금(輕合金) 다이캐스트(diecast)용 금형인 것을 특징으로 하는 강재 제품의 쇼트 피닝 처리법.
열경화 처리 후의 강재 제품인 피가공품에 쇼트 피닝(이하, 「SP」라고 약기함) 처리를 행하는 방법에 사용하는 쇼트 피닝 시스템으로서,
상기 열경화 처리에 의해 발생한 화합물층을 제거하는 제 1 SP 처리에 사용하는 제 1 SP 장치와,
상기 제 1 SP 처리 후의 제 1 SP 처리면에 압축 잔류 응력을 부여하는 제 2 SP 처리에 사용하는 제 2 SP 장치와,
상기 제 1 SP 처리면의 화합물층 제거의 유무에 대해 합격 여부 판정을 하는 판정 장치를 포함하며,
상기 판정 장치는, 피가공품에서의 미처리품 또는 처리완료품의 비처리 부위의, 복수점에 있어서의 교류 전류의 위상차(시간) 및 진폭차(전압)의 쌍방을 측정하고, 와전류 센서로부터의 측정 신호를, 계산 회로를 통해 접속된 표시 회로에 입력하여, 확률 변수 X가 μ-nσ＜X＜μ+nσ(단, μ: 평균값, σ: 표준 편차, n: 2.5~~3.5)인 상기 위상차 및 진폭차의 범위를, 이차원 좌표에 판정원으로서 표시하고,
상기 판정원의 외측에, 처리완료 부위의 대응하는 복수점에 있어서의 상기 위상차·진폭차의 측정점 좌표의 모두가 플롯팅되는 경우를 합격품으로서 판정하며,
상기 판정 장치에서의 판정이 합격인 경우, 피가공품을 제 2 SP 장치로 반송하는 반송 장치와, 판정이 불합격인 경우, 피가공품을 제 1 SP 장치로 반송하는 불합격품 반송 장치가 부설(付設)되어 있는 것을 특징으로 하는 강재 제품의 쇼트 피닝 처리 시스템.
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