TW544376B - Shot peening processing method and processed article thereof, peening material and the use thereof - Google Patents

Description

544376 A7 B7 -一- ----___ 五、發明說明（/ ) 【發明之詳細說明】 【技術領域】 本發明，係關於珠擊法及使用該方法處理所得之被處 理品。 【習知技術】 以前，爲延長金屬製品之壽命’ 一般對金屬素材施加 珠擊處理。該珠擊時所使用之珠擊材已知有各種材料，其 中鑄鋼製之珠擊材從以前就一直被廣泛使用。該鑄鋼製之 珠擊材，雖然藉由投射速度之增加而能對金屬素材賦予高 壓縮殘留應力，然而卻有金屬素材之表面變成粗糙之問題 Ο 藉由在金屬素材施以熱處理等，.來提高其表面硬度時 ，在使用鑄鋼製之珠擊材之情形’即使提高投射速度，也 難以對金屬素材賦予高壓縮殘留應力。這是因爲珠擊材會 破碎。因此，使用所謂超硬製之珠擊材之情形正逐漸增加 中（例如參照日本專利之特開平8-323626號公報）。在使用 超硬製之珠擊材之情形，亦能對表面硬度高之金屬素材賦 予高壓縮殘留應力。然而，在該情形亦有金屬素材之表面 變成粗糙的問題。 又，先以大直徑之珠擊材處理後，再以小直徑之珠_ 材處理的所謂雙珠擊處理雖係慣用技術，但是在這樣處11 上有需要複數台珠擊裝置之問題。雖有人提案一種使用X 直徑之珠擊材與小直徑之珠擊材之兩者來進行珠擊的#§胃 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨--------訂---------線赢 544376 A7 _____ B7___ 五、發明說明（> ) 混合珠擊，但這種技術仍有兩種珠擊材之混合比率及粒度 之管理等各種未解決之問題，而尙未實用化。 【發明之槪要】 本發明，係爲解決上述問題者，故提供一種珠擊法、 以該方法處理而得的被處理品、珠擊材及其使用方法，其 不僅對低硬度而且對較高硬度之金屬素材亦能賦予高壓縮 殘留應力，並且能使被處理品之表面粗度容易減小。 本發明，係從珠擊材料著手而解決了習知珠擊處理上 之問題。本發明，包含以下1)至8)之發明。 1) 本發明之珠擊法之特徵在於，使用維克氏硬度(Hv) 爲900至1100、而且楊氏模數在200/)001^0^以下(楊氏模 數以5〇000至l^OOOMPa者爲佳)之珠擊材。 2) 本發明之珠擊法之特徵在於，使用鐵系非晶質球狀 粒子作爲具有上述範圍之維克氏硬度與楊氏模數之珠擊材 〇 3) 本發明之珠擊法之特徵在於，使用具有上述範圍之 維克氏硬度與楊氏模數之珠擊材(以鐵系非晶質球狀粒子爲 佳），來對維克氏硬度(Hv)950以下(以650至950者爲佳） 之素材施以珠擊處理。 4) 本發明之珠擊法之特徵在於，使用具有上述範圍之 維克氏硬度與楊氏模數之珠擊材，來對上述素材以投射速 度100m/S(以50〜70 m/s爲佳)施以珠擊處理。 5) 本發明，係對維克氏硬度(Hv)在950以下之鋼製素 4 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線* 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 544376 A7 ___—_B7_______ 五、發明說明（> ) 材施以珠撃處理之方法，該方法，係使用鐵系非晶質球狀 粒子作爲珠擊材，以使被處理品具有1600MPa以上之最大 壓縮殘留應力、及5#m以下之表面粗度(Rz)之特性。 6) 本發明之被處理品爲經上述珠擊法所處理者。 7) 本發明之珠擊材，係維克氏硬度（Hv)在900至 11〇〇、而且楊氏模數在200000MPa以下(平均粒徑以〇.〇2 至1.5mm者爲佳）之珠擊材。 8) —種把珠擊材用於本發明之方法爲珠擊處理，其使 用維克氏硬度（Hv)爲900至1100、而且楊氏模數在 200/OOOMPa以下之珠擊材。 【發明之說明】 本發明中所謂之“素材”，係指待實施珠擊處理之金 屬製材料或構件，所謂“被處理品”，係指對該素材實施 本發明之珠擊處理而成者。 本發明中之珠擊處理一詞，係爲同業者所周知，爲一 種常溫加工，表示素材之機械性質之改善。 本發明所使用之珠擊材包含鐵系非晶質(amorphous)者 ’其中鐵系非晶質球狀粒子由於能較容易且低成本地生產 ’故適合作爲本發明之珠擊材。 本發明所使用之鐵系非晶質球狀粒子之平均粒徑雖沒 有特別限疋’但是平均粒徑只要在〇·〇5至0.5mm之範圍， 就能利用粉末化（atomize)法以較低的成本製造楊氏模數 50〇〇〇至1500000之非晶質珠擊材。若平均粒徑在0.05至 5 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ϋ n n ϋ I— —1 n 一 ον I n n n n n m I I ▲ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 544376 A7 ____B7 五、發明說明（斗） 0.3mm之範圍就更容易製造。但是只要平均粒徑在0·02至 1.5mm之範圍內都會g製造。粒徑愈大就愈不會g取得球狀非 晶質，結果難以形成1.5mm以上之球形。因此，在本發明 所使用之珠撃材之較佳平均粒徑在0.05至1.5mm之間。 本發明所使用之鐵系非晶質球狀粒子之較佳鐵含量在 45wt%至55wt%之間。又，本發明所使用之鐵系非晶質球 狀粒子中亦可含有其他金屬，例如鎳、鈷等。 本發明所使用之素材，係以珠擊處理前維克氏硬度在 950以下者爲佳。若在這硬度下使用本發明之處理方法， 將能容易地賦予高的壓縮殘留應力，並且能容易地實現小 的表面粗度。另一方面，素材之維克氏硬度在650以下亦 能得到與上述同樣之效果，又，即使這種素材使用本發明 以外之材質之珠擊材，亦能賦予殘留應力。 本發明所使用之素材中，若例如在齒輪等滲碳淬火構 件及各種模具等的場合，則例如有SKD、SUP、SCM、 SNCM(JIS規格)等。又，不必限定該素材之形狀、熱處理 之有否及種類。 本發明中所謂之投射速度，係不僅包含離心投射上之 投射速度之槪念，亦包含各種空氣式噴射上之噴射速度之 槪念。又，投射速度50〜70m/s，係比通常之離心投射速 度爲小之投射速度。進行珠擊處理之方式包含加壓式、重 力式。本發明中能使用任何方式。 又以本發明之噴射條件爲例，有噴射壓爲0.3MPa、噴 射距離爲1500mm、噴射量爲4kg/min。這些條件係將本發 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------訂·-------· ▲ 544376 A7 _____B7___ 五、發明說明（Υ ) 明適用於齒輪或彈簧時之代表例，同業者不應該解釋此爲 限定本發明之範圍。 【發明之效果】 若利用本發明1)及2)，則能得到具有高壓縮殘留應力 、表面粗度小之被處理品，而且其被處理品之壽命長。 若藉由發明2)之珠擊處理，則作爲珠擊材之粒子因與 具結晶構造之粒子不相同而是低彈性係數體(低楊氏模數體 )，故被處理品上，其表面粗度被抑制在一定量以下（保持 平滑），且其具有高壓縮殘留應力。即，在維持著表面平滑 下，也能達成硬度、降伏強度及抗拉強度之增大。 又，根據本發明2)，鐵系非晶質粒子係因高硬度，故 能有效進行既定之噴砂(blast)加工。，‘ 又，根據本發明3)，對維克氏硬度950以下之素材(例 如’鋼材)施加珠擊處理時’被處理品能容易得最大壓縮殘 留應力在1600MPa以上，且表面粗度(Rz)在5//m以下之 特性。 又，根據本發明4)，雖然使用較低的投射速度，但被 處理品仍能容易得最大壓縮殘留應力在1600MPa以上，以 及表面粗度(Rz)在5//m以下之特性。因此，本發明4)， 係具有節省能源效果之珠擊法。然而，本發明使用高速投 射亦能使表面粗度變小。 根據本發明5)，因對鋼材亦能容易賦予最大壓縮殘留 應力在1600MPa以上，以及表面粗度(Rz)在以下之 7 --------------------訂-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 544376 A7 ___B7__ 五、發明說明（^ ) 特性，故使鋼製被處理品之壽命延長。 從上述說明所明瞭，本發明係使用具有900至1100之 維克氏硬度(Hv)，以及200/)00MPa以下之楊氏模數之珠擊 材的珠擊法，藉此，即使將高硬度之鋼材使用作爲素材來 使用，亦能抑制表面粗度在一定程度以下，並賦予具有高 壓縮殘留應力之特性。 若欲賦予高壓縮殘留應力時，一般可選擇硬度比珠擊 材爲高者作爲素材。然而，若使用如超硬珠擊材之高硬度 粒子，則因其彈性係數高，故素材，甚至於連被處理品之 表面都變得非常粗糙。但是，非晶質珠擊材，因高硬度且 低彈性係數（低楊氏模數），故藉由使用非晶質珠擊材能在 表面不變粗糙下賦予大壓縮殘留應力。 【實施例】 以下，以測試例來說明發明之實施形態。 測試例1 在測試例1調查了珠擊材採用鐵系非晶質粒子後之效 果。鐵系非晶質粒子而言，其材質之組成係6°/。之鈷、25% 之鎳、5%之矽，3%之硼、4%之鉬、殘餘57%爲鐵，使用 維克氏硬度爲900至1000、楊氏模數爲80,000MPa、粒徑 爲〇.3mmp者，又，使用於超硬珠擊之珠擊材而言，其材 質係碳化鎢，維克氏硬度爲1400、楊氏模數爲 600,000MPa、粒徑爲0.3mm(/)者。使用於鑄鋼珠擊之珠擊 材’其材質係碳鋼，維克氏硬度爲730、楊氏模數爲 210,000MPa、粒徑爲0.3mm φ者。噴砂裝置，係新東咅力 8 --------------------訂---------線^^· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 544376 A7 ________ _B7____ 五、發明說明（]) 達公司製『空氣噴砂裝置MY30』，素材，係模具(材質： SKD11(材質之組成，係1.5%之碳、12%之鉻、1%之鉬、 殘餘Μ·5。/。爲鐵），維克氏硬度(Hv) : wo)，處理條件，係 採用噴射壓〇.4MPa，噴嘴口徑6mm，噴射距離150mm， 噴射量l.3kg/min，噴射速度80m/s，而進行珠擊處理。 $ 1顯示其結果。 表1 被處理品之 維克氏硬度 被處理品之 表面粗度Um) 被處理品之 最大壓縮殘留應力 實 —珠擊 900 2.702 1900 施 ^珠擊 900 2.546 1850 例 珠擊 950 3.123 1850 質珠擊 1000 3.416 1800 比 珠擊 1400 8.042 1950 較 例 鑄鋼珠擊 730 1.261 1500 由表1得知如下。根據使用鑄鋼製珠擊材之鑄鋼珠擊 ’雖然被處理品之表面粗度小，但未賦予壓縮殘留應力。 另一方面，若欲對被處理品賦予高壓縮殘留應力，而使用 超硬製珠擊材（超硬珠擊），表面粗度就變成非常大。然而 ’若使用鐵系非晶質珠擊材之非晶質珠擊，則能使被處理 品之壓縮殘留應力提高且表面粗度變小。 測試例2 其次說明測試例2。爲要調查珠擊處理時之珠擊材之 種類與投射速度(噴射速度）之影響，使用加壓式珠擊裝置( 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨 — — — — — — 表2顯示該結果。 表2 544376 A7 _ B7 ____ 五、發明說明（f ) 裝置名稱「MY_30」新東菩力達公司製）來處理彈簧材 SCM420(材質之組成，係〇·2%之碳、〇·25%之矽、0.75%之 錳、1.1 %之鉻、0.25%之鉬、殘餘爲鐵，Hv爲370)，以調 查被處理品之最大壓縮殘留應力及表面粗度。 本測試中所使用之非晶質珠擊材之材質雖與測試例1 所使用者相同，但其中維克氏硬度爲1000、楊氏模數在 75,000 至 83,000MPa、粒徑在 〇_〇5 至 者。又，鑄 鋼及超硬珠擊材之材質亦分別與測試例1所使用者相同。 投射條件 結果 _一 珠撃材種類 壓縮殘留 應力 表面粗度 平均粒徑 硬度 楊氏模數 投射速度 (m/s) (mm) (Hv) (MPa) (MPa) 0.05 1000 83,000 80 1600 2.5 0.2 1000 80,000 80 1800 3.0 非晶質 0.5 1000 80,000 80 1900 4.0 1.0 1000 78,000 80 1950 X5. ιοοα 75,000 80 1950 6.0 0.2 800 210,000 100 1100 3.0 鑄鋼 0.3 800 210,000 100 1300 5.0 0.3 800 210,000 120 1350 7.0 0.6 800 210,000 100 1200 5.0 .—--- 超硬 0.06 1500 600,000 40 1900 li.o 0.2 1500 600,000 40 1900 13.5 10 本紙張尺度適用> 國國家標準（CNs)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4^^--------訂---------線羞 544376 A7 _ B7____ 五、發明說明（q ) 由表2所明瞭，把使用滿足本發明之條件之珠擊材(非 晶質球狀粒子）時，與通常所使用之鋼球之珠擊材（鑄鋼）時 相比較，則能以較低之投射速度，來賦予使用鋼球（珠擊) 時所不能賦予之1600MPa以上之高壓縮殘留應力。 又，將使用上述非晶質球狀粒子之場合’與使用爲賦 予壓縮殘留應力而使用之超硬珠擊材之場合相比較’則較 能在表面不變粗糙下處理完成。根據本發明，被處理品因 將達到一般所要求之表面粗度約5/zm以下’故不需進行 二次加工等再處理。 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --I I---訂---------

Claims (1)

1. 544376 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 t、申請專利範圍 ι·一種珠擊法，其特徵在於，使用具有900至1100之 維克氏硬度(Ην)、及200000MPa以下之楊氏模數之珠擊％ 2. 如申請專利範圍第1項之珠擊法，係使用楊氏模敷 在50000至150000MPa之珠擊材。 3. 如申請專利範圍第1項之珠擊法，其中前述珠擊％ 係鐵系非晶質球狀粒子。 4. 如申請專利範圍第2項之珠擊法，其中前述珠擊衬 係鐵系非晶質球狀粒子。 5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之珠擊& ，係將維克氏硬度(Hv)950以下之素材用於珠擊處理。 6·如申請專利範圍第5項之珠擊法，其中素材之維& 氏硬度(Ην)係在650至950之間。 7·如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之珠擊_ ，係以100m/S以下之投射速度進行。 8·如申請專利範圍第5項之珠擊法，係以100m/s以1 之投射速度進行。 9·如申請專利範圍第6項之珠擊法，係以i〇0m/s以下 之投射速度進行。 1〇·如申請專利範圍第7項之珠擊法，係以50〜7〇m/s 之投射速度進行。 11.如申請專利範圍第8項之珠擊法，係以50〜7〇m/s 之投射速度進行。 I2·如申請專利範圍第9項之珠擊法，係以50〜7〇m/s (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------綠· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 544376 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 之投射速度進行。 13•一種珠擊法，係對維克氏硬度(Hv)在950以下之鋼 製素材施以珠擊處理，其使用鐵系非晶質球狀粒子作爲珠 擊材，以使被處理品具有1600MPa以上之最大壓縮殘留應 力、及5//m以下之表面粗度(Rz)之特性。 14· —種被處理品，係經申請專利範圍第1項至第13 項中任一項之珠擊法所處理者，其具有1600MPa以上之最 大壓縮殘留應力、及5/zm以下之表面粗度(Rz)之特性。 15. —種珠擊材，其維克氏硬度(Hv)爲900至1100，而 / 且楊氏模數在200000MPa以下。 16. 如申請專利範圍第15項之珠擊材，其平均粒徑爲 0.02 至 μ麵。_ —種珠擊材，係在珠擊處理中’使用維克氏 硬度(Hv)爲900至11|翁¥而且楊氏模數在200000MPa以下 1' -ψ Κ ? 之珠擊材。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 --------tl---------il1^.-------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐）