JP4505779B2 - 鉄鋼材の表面処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄鋼材の表面金属組織を微細化させると共に表面を滑らかにし、さらに鉄鋼材の表面に大きな残留圧縮応力を生成させる鉄鋼材の表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に鉄鋼材を表面処理する方法としてショットピ−ニングが広く知られている。ショットピ−ニングは鉄鋼材の表面部分圧延に相当するため、その伸び率が大きく関係し、鉄鋼材の表面に大きな残留圧縮応力を生成させるためには鉄鋼材の伸び率は小さい方がよい。したがって大きな残留圧縮応力を生成させる目的の際には、鉄鋼材の常温（伸び率１５〜２５％）の特性領域でショットピ−ニングを行っている。これに対し鉄鋼材の表面金属組織を微細化させたり、表面を滑らかに仕上げるためには鉄鋼材の伸び率が大きい方がよく、それぞれの目的に合わせた種々のショットピ−ニングが特開昭５８−１９２６４３号、特公平５−５１４３３号、特開平５−２７７９４４号、特公平６−９９７３９号、特公平６−７２２５４号、特開平５−２７７９４５号の各公報により公知にされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年ショットピ−ニング処理に対し、製品の多様化に伴い、鉄鋼材の表面に大きな残留圧縮応力を生成させる他に、鉄鋼材の表面金属組織を微細化させたり、表面を滑らかにする仕上げ効果を求められるようになり、対応できないという問題が起こっている。
本発明は上記の問題に鑑みて成されたもので、鉄鋼材の表面金属組織の微細化及び表面を滑らかに仕上げ、さらに鉄鋼材の表面に大きな残留圧縮応力を生成させる鉄鋼材の表面処理方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明における第１の発明は、鉄鋼材をＡ 3 変態点の温度に対して−１００℃以上＋５０℃以下の範囲の温度まで加熱し、該加熱された鉄鋼材に対して、ショットを投射することを特徴とする。
【０００５】
また第２の発明は、鉄鋼材をＡ 3 変態点の温度に対して−１００℃以上＋５０℃以下の範囲の温度まで加熱し、該加熱された鉄鋼材に対して、先端にショットを固着させたハンマ−により繰り返しハンマリングすることを特徴とする。
【０００６】
さらに第３の発明は、鉄鋼材をＡ 3 変態点の温度に対して−１００℃以上＋５０℃以下の範囲の温度まで加熱した後、Ａ3変態点を中心に昇温及び降温を繰り返し、該昇温及び降温を繰り返している間に鉄鋼材に対して、ショットを投射することを特徴とする。
【０００７】
加えて第４の発明は、鉄鋼材をＡ 3 変態点の温度に対して−１００℃以上＋５０℃以下の範囲の温度まで加熱した後、Ａ3変態点を中心に昇温及び降温を繰り返し、該昇温及び降温を繰り返している間に鉄鋼材に対して、先端にショットを固着させたハンマ−により繰り返しハンマリングすることを特徴とする。
【０００８】
加えて第５の発明は、前記請求項１乃至４のいずれかに記載の鉄鋼材の表面処理の後に、二次処理として鉄鋼材に常温のショットピ−ニングを施すことを特徴とする。
【０００９】
加えて第６の発明は、前記ショットの大きさが、半径０．０３〜１．０ｍｍであることを特徴とする。
【００１０】
なお本発明においてＡ3変態点近傍とは、Ａ3変態点の温度に対して−１００℃以上＋５０℃以下の範囲の温度のことをいう。
【００１１】
【作用】
本発明は、上記のような方法を採用することにより、鉄鋼材の伸び率を数１００％にも大きくした領域でショットを投射又はハンマリングするため、鉄鋼材の表面金属組織が微細化されると共に表面を滑らかに仕上げることもできる。さらに二次処理として常温のショットピ−ニングを施すことで、鉄鋼材の表面に大きな残留圧縮応力が生成されるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳しく説明する。表１は以下のテストにおいて使用した鉄鋼材の化学成分を示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】
（伸び率テスト）
鉄鋼材を恒温室で温度管理しながら鋼球ショット１個による圧痕をつけ、そのときの圧痕の中央断面の所定位置の表面線の長さを測定し、特定の温度での伸びに対する比を示したのが図１である。該鉄鋼材のＡ3変態点（体心立方格子の結晶構造をもつフェライト組織から面心立方格子のオ−ステナイト組織への相転移）は９００℃を少し超したところにあり、Ａ3変態点近傍で伸び率が極大となった。
【００１５】
（金属組織の微細化テスト）
Ａ3変態点近傍の温度まで加熱された鉄鋼材に対して、エアノズル式で鋼球ショットを投射して鉄鋼材の表面金属組織を調べた。ここでは半径０．３ｍｍの鋼球ショットを用いた。また鋼球ショットは、熱による硬度低下の少ない材質のものが好ましく、ここでは超硬ショットを用いた。さらに鋼球ショットが熱を奪って鉄鋼材の温度が不安定になることを防ぐために処理室及びショット貯蔵室並びに供給エアの温度コントロ−ルを行った。
【００１６】
その結果、塑性流動が幾重にもみられ、金属組織の微細化に近いものがうかがわれた。上記テストで測定した表面粗さと温度の関係を図２に示す。表面粗さもＡ3変態点近傍で極小になっており、Ａ3変態点近傍での高い伸び率による塑性流動の容易性の結果により表面を滑らかに仕上げることが可能になった。
【００１７】
次にＡ3変態点近傍の温度まで加熱された鉄鋼材に対して、先端に鋼球ショットを固着させたハンマ−で繰り返しハンマリングして鉄鋼材の表面金属組織を調べた。ここでは半径０．３ｍｍの鋼球ショットを用いた。また鋼球ショットは、熱による硬度低下の少ない材質のものが好ましく、ここでは超硬ショットを用いた。さらに鋼球ショットが熱を奪って鉄鋼材の温度が不安定になることを防ぐために処理室の温度コントロ−ルを行った。
【００１８】
その結果、ハンマリングによる繰り返しの圧痕付けを行うことで塑性流動が幾重にも生成され、金属粒界が複雑に変化して金属組織は微細化に近いものになった。
【００１９】
（温度管理）
鉄鋼材の温度管理の方法は、上記の方法以外に鉄鋼材を両端から通電して加熱する方法もある。この場合、鉄鋼材の大きさが決まると通電量と鉄鋼材温度との相関関係が求められ、コントロ−ルが可能になる。
また鋼球ショットと鉄鋼材との間に直流の電流を通して鋼球ショットが鉄鋼材に食い込む局所部のみを加熱する方法もある。
【００２０】
なお上記テストでは半径０．３ｍｍのショットを用いたが、ショットの大きさは、これに限定されるものではなく、好ましくは半径０．０３〜１．０ｍｍの範囲内のものがよい。これは、半径０．０３ｍｍ以上だと塑性流動が生成されやすく、半径１．０ｍｍ以下だと鉄鋼材の表面の凹凸が大きくなりにくいという効果があるためである。
【００２１】
また鉄鋼材がＡ3変態点で変態を進行する過程で低作用応力を与えることで伸び率の伸長をはかろうとするのが本発明の基本的な考えであり、この現象をさらに促進するためにＡ3変態点を中心に昇温と降温を繰り返すことが有効である。
【００２２】
さらに上記鉄鋼材の表面処理の後に、二次処理として鉄鋼材に常温のショットピ−ニングを施すことで鉄鋼材の表面近傍に大きな残留圧縮応力を生成させることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、上記の説明から明らかなように、鉄鋼材をＡ 3 変態点の温度に対して−１００℃以上＋５０℃以下の範囲の温度まで加熱し、該加熱された鉄鋼材に対して、ショットを投射又は先端にショットを固着させたハンマ−により繰り返しハンマリングするようにしたから、また鉄鋼材をＡ 3 変態点の温度に対して−１００℃以上＋５０℃以下の範囲の温度まで加熱した後、Ａ3変態点を中心に昇温及び降温を繰り返し、該昇温及び降温を繰り返している間に鉄鋼材に対して、ショットを投射又は先端にショットを固着させたハンマ−により繰り返しハンマリングするようにしたから、鉄鋼材の表面金属組織の微細化及び表面を滑らかに仕上げることができる。さらに上記鉄鋼材の表面処理の後に、二次処理として鉄鋼材に常温のショットピ−ニングを施すようにしたから、鉄鋼材の表面に大きな残留圧縮応力を生成させることができる等種々の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉄鋼材の比伸び率と温度の関係を示すグラフである。
【図２】鉄鋼材の表面粗さと温度の関係を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄鋼材の表面金属組織を微細化させると共に表面を滑らかにし、さらに鉄鋼材の表面に大きな残留圧縮応力を生成させる鉄鋼材の表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に鉄鋼材を表面処理する方法としてショットピ−ニングが広く知られている。ショットピ−ニングは鉄鋼材の表面部分圧延に相当するため、その伸び率が大きく関係し、鉄鋼材の表面に大きな残留圧縮応力を生成させるためには鉄鋼材の伸び率は小さい方がよい。したがって大きな残留圧縮応力を生成させる目的の際には、鉄鋼材の常温（伸び率１５〜２５％）の特性領域でショットピ−ニングを行っている。これに対し鉄鋼材の表面金属組織を微細化させたり、表面を滑らかに仕上げるためには鉄鋼材の伸び率が大きい方がよく、それぞれの目的に合わせた種々のショットピ−ニングが特開昭５８−１９２６４３号、特公平５−５１４３３号、特開平５−２７７９４４号、特公平６−９９７３９号、特公平６−７２２５４号、特開平５−２７７９４５号の各公報により公知にされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年ショットピ−ニング処理に対し、製品の多様化に伴い、鉄鋼材の表面に大きな残留圧縮応力を生成させる他に、鉄鋼材の表面金属組織を微細化させたり、表面を滑らかにする仕上げ効果を求められるようになり、対応できないという問題が起こっている。
本発明は上記の問題に鑑みて成されたもので、鉄鋼材の表面金属組織の微細化及び表面を滑らかに仕上げ、さらに鉄鋼材の表面に大きな残留圧縮応力を生成させる鉄鋼材の表面処理方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明における第１の発明は、鉄鋼材をＡ 3 変態点の温度に対して−１００℃以上＋５０℃以下の範囲の温度まで加熱し、該加熱された鉄鋼材に対して、ショットを投射することを特徴とする。
【０００５】
また第２の発明は、鉄鋼材をＡ 3 変態点の温度に対して−１００℃以上＋５０℃以下の範囲の温度まで加熱し、該加熱された鉄鋼材に対して、先端にショットを固着させたハンマ−により繰り返しハンマリングすることを特徴とする。
【０００６】
さらに第３の発明は、鉄鋼材をＡ 3 変態点の温度に対して−１００℃以上＋５０℃以下の範囲の温度まで加熱した後、Ａ3変態点を中心に昇温及び降温を繰り返し、該昇温及び降温を繰り返している間に鉄鋼材に対して、ショットを投射することを特徴とする。
【０００７】
加えて第４の発明は、鉄鋼材をＡ 3 変態点の温度に対して−１００℃以上＋５０℃以下の範囲の温度まで加熱した後、Ａ3変態点を中心に昇温及び降温を繰り返し、該昇温及び降温を繰り返している間に鉄鋼材に対して、先端にショットを固着させたハンマ−により繰り返しハンマリングすることを特徴とする。
【０００８】
加えて第５の発明は、前記請求項１乃至４のいずれかに記載の鉄鋼材の表面処理の後に、二次処理として鉄鋼材に常温のショットピ−ニングを施すことを特徴とする。
【０００９】
加えて第６の発明は、前記ショットの大きさが、半径０．０３〜１．０ｍｍであることを特徴とする。
【００１０】
なお本発明においてＡ3変態点近傍とは、Ａ3変態点の温度に対して−１００℃以上＋５０℃以下の範囲の温度のことをいう。
【００１１】
【作用】
本発明は、上記のような方法を採用することにより、鉄鋼材の伸び率を数１００％にも大きくした領域でショットを投射又はハンマリングするため、鉄鋼材の表面金属組織が微細化されると共に表面を滑らかに仕上げることもできる。さらに二次処理として常温のショットピ−ニングを施すことで、鉄鋼材の表面に大きな残留圧縮応力が生成されるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳しく説明する。表１は以下のテストにおいて使用した鉄鋼材の化学成分を示す。
【００１３】
【表１】
（伸び率テスト）
鉄鋼材を恒温室で温度管理しながら鋼球ショット１個による圧痕をつけ、そのときの圧痕の中央断面の所定位置の表面線の長さを測定し、特定の温度での伸びに対する比を示したのが図１である。該鉄鋼材のＡ3変態点（体心立方格子の結晶構造をもつフェライト組織から面心立方格子のオ−ステナイト組織への相転移）は９００℃を少し超したところにあり、Ａ3変態点近傍で伸び率が極大となった。
【００１５】
（金属組織の微細化テスト）
Ａ3変態点近傍の温度まで加熱された鉄鋼材に対して、エアノズル式で鋼球ショットを投射して鉄鋼材の表面金属組織を調べた。ここでは半径０．３ｍｍの鋼球ショットを用いた。また鋼球ショットは、熱による硬度低下の少ない材質のものが好ましく、ここでは超硬ショットを用いた。さらに鋼球ショットが熱を奪って鉄鋼材の温度が不安定になることを防ぐために処理室及びショット貯蔵室並びに供給エアの温度コントロ−ルを行った。
【００１６】
その結果、塑性流動が幾重にもみられ、金属組織の微細化に近いものがうかがわれた。上記テストで測定した表面粗さと温度の関係を図２に示す。表面粗さもＡ3変態点近傍で極小になっており、Ａ3変態点近傍での高い伸び率による塑性流動の容易性の結果により表面を滑らかに仕上げることが可能になった。
【００１７】
次にＡ3変態点近傍の温度まで加熱された鉄鋼材に対して、先端に鋼球ショットを固着させたハンマ−で繰り返しハンマリングして鉄鋼材の表面金属組織を調べた。ここでは半径０．３ｍｍの鋼球ショットを用いた。また鋼球ショットは、熱による硬度低下の少ない材質のものが好ましく、ここでは超硬ショットを用いた。さらに鋼球ショットが熱を奪って鉄鋼材の温度が不安定になることを防ぐために処理室の温度コントロ−ルを行った。
【００１８】
その結果、ハンマリングによる繰り返しの圧痕付けを行うことで塑性流動が幾重にも生成され、金属粒界が複雑に変化して金属組織は微細化に近いものになった。
【００１９】
（温度管理）
鉄鋼材の温度管理の方法は、上記の方法以外に鉄鋼材を両端から通電して加熱する方法もある。この場合、鉄鋼材の大きさが決まると通電量と鉄鋼材温度との相関関係が求められ、コントロ−ルが可能になる。
また鋼球ショットと鉄鋼材との間に直流の電流を通して鋼球ショットが鉄鋼材に食い込む局所部のみを加熱する方法もある。
【００２０】
なお上記テストでは半径０．３ｍｍのショットを用いたが、ショットの大きさは、これに限定されるものではなく、好ましくは半径０．０３〜１．０ｍｍの範囲内のものがよい。これは、半径０．０３ｍｍ以上だと塑性流動が生成されやすく、半径１．０ｍｍ以下だと鉄鋼材の表面の凹凸が大きくなりにくいという効果があるためである。
【００２１】
また鉄鋼材がＡ3変態点で変態を進行する過程で低作用応力を与えることで伸び率の伸長をはかろうとするのが本発明の基本的な考えであり、この現象をさらに促進するためにＡ3変態点を中心に昇温と降温を繰り返すことが有効である。
【００２２】
さらに上記鉄鋼材の表面処理の後に、二次処理として鉄鋼材に常温のショットピ−ニングを施すことで鉄鋼材の表面近傍に大きな残留圧縮応力を生成させることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、上記の説明から明らかなように、鉄鋼材をＡ 3 変態点の温度に対して−１００℃以上＋５０℃以下の範囲の温度まで加熱し、該加熱された鉄鋼材に対して、ショットを投射又は先端にショットを固着させたハンマ−により繰り返しハンマリングするようにしたから、また鉄鋼材をＡ 3 変態点の温度に対して−１００℃以上＋５０℃以下の範囲の温度まで加熱した後、Ａ3変態点を中心に昇温及び降温を繰り返し、該昇温及び降温を繰り返している間に鉄鋼材に対して、ショットを投射又は先端にショットを固着させたハンマ−により繰り返しハンマリングするようにしたから、鉄鋼材の表面金属組織の微細化及び表面を滑らかに仕上げることができる。さらに上記鉄鋼材の表面処理の後に、二次処理として鉄鋼材に常温のショットピ−ニングを施すようにしたから、鉄鋼材の表面に大きな残留圧縮応力を生成させることができる等種々の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉄鋼材の比伸び率と温度の関係を示すグラフである。
【図２】鉄鋼材の表面粗さと温度の関係を示すグラフである。
Claims (6)
- 鉄鋼材をＡ 3 変態点の温度に対して−１００℃以上＋５０℃以下の範囲の温度まで加熱し、該加熱された鉄鋼材に対して、ショットを投射することを特徴とする鉄鋼材の表面処理方法。
- 鉄鋼材をＡ 3 変態点の温度に対して−１００℃以上＋５０℃以下の範囲の温度まで加熱し、該加熱された鉄鋼材に対して、先端にショットを固着させたハンマ−により繰り返しハンマリングすることを特徴とする鉄鋼材の表面処理方法。
- 鉄鋼材をＡ 3 変態点の温度に対して−１００℃以上＋５０℃以下の範囲の温度まで加熱した後、Ａ3変態点を中心に昇温及び降温を繰り返し、該昇温及び降温を繰り返している間に鉄鋼材に対して、ショットを投射することを特徴とする鉄鋼材の表面処理方法。
- 鉄鋼材をＡ 3 変態点の温度に対して−１００℃以上＋５０℃以下の範囲の温度まで加熱した後、Ａ3変態点を中心に昇温及び降温を繰り返し、該昇温及び降温を繰り返している間に鉄鋼材に対して、先端にショットを固着させたハンマ−により繰り返しハンマリングすることを特徴とする鉄鋼材の表面処理方法。
- 前記請求項１乃至４のいずれかに記載の鉄鋼材の表面処理の後に、二次処理として鉄鋼材に常温のショットピ−ニングを施すことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の鉄鋼材の表面処理方法。
- 前記ショットの大きさが、半径０．０３〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の鉄鋼材の表面処理方法。
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| JP2001154503A JP4505779B2 (ja) | 2001-05-23 | 2001-05-23 | 鉄鋼材の表面処理方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001154503A JP4505779B2 (ja) | 2001-05-23 | 2001-05-23 | 鉄鋼材の表面処理方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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ID=18998833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2001154503A Expired - Fee Related JP4505779B2 (ja) | 2001-05-23 | 2001-05-23 | 鉄鋼材の表面処理方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10508316B2 (en) | 2017-03-31 | 2019-12-17 | General Electric Company | Method and fixture for counteracting tensile stress |
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|---|---|---|---|---|
| JPS62278224A (ja) * | 1986-05-28 | 1987-12-03 | Fuji Seisakusho:Kk | 金属成品の表面加工熱処理法 |
| JPH04173918A (ja) * | 1990-11-06 | 1992-06-22 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 浸炭肌焼鋼の製造方法 |
| JP3212433B2 (ja) * | 1993-12-28 | 2001-09-25 | 株式会社不二機販 | 金属成品の摺動部の摩耗防止方法 |
| JP3379824B2 (ja) * | 1994-06-14 | 2003-02-24 | 株式会社不二機販 | 表面硬化金属ショットの製造方法 |
| JP3730015B2 (ja) * | 1998-06-02 | 2005-12-21 | 株式会社不二機販 | 金属成品の表面処理方法 |
-
2001
- 2001-05-23 JP JP2001154503A patent/JP4505779B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10508316B2 (en) | 2017-03-31 | 2019-12-17 | General Electric Company | Method and fixture for counteracting tensile stress |
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| JP2002348608A (ja) | 2002-12-04 |
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