JP2010214494A - Surface treatment method of metal part - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば自動車用トランスミッションのギヤのような金属部品の表面処理方法に関する。 The present invention relates to a surface treatment method for a metal part such as a gear of an automobile transmission.
例えば、自動車用トランスミッションのギヤのように、常時大きな曲げ応力及び捩じり応力を発生するような金属部品には、曲げ疲労強度及び捩じり疲労強度を向上させる目的で、ショットピーニング加工が施される。
従来技術では、粒径が０．０５〜１．０ｍｍの鋼球を用いて１回若しくは複数回、ショットピーニングを行っている。
For example, metal parts that constantly generate large bending stress and torsional stress, such as gears for automobile transmissions, are subjected to shot peening for the purpose of improving bending fatigue strength and torsional fatigue strength. Is done.
In the prior art, shot peening is performed once or a plurality of times using a steel ball having a particle diameter of 0.05 to 1.0 mm.
ショットピーニングを施した金属部品は、その表面に存在する圧縮残留応力及び加工硬化によって曲げ疲労強度及び捩じり疲労強度は向上する。その一方で、金属部品の表面の面粗度が悪化してしまうので、ショットピーニングを施した金属部品には、表面に対して研削加工を行っている。
例えば、金属部品がギヤである場合に、ギヤ歯面に研削加工を施すことで、ショットピーニングによって荒れたギヤ歯面の面粗度は改善される。しかしながら、ショットピーニングにより付加された圧縮残留応力積分値は、研削加工により金属部品表面から除去された領域の分だけ減少してしまう。そして、圧縮残留応力積分値が減少するため、疲労強度が低下してしまうと言う問題があった。
また、ショットピーニングで使用される鋼球の大きさが大きいと、圧縮残留応力は金属部品の表面から内側の領域がピークとなり、金属部品の表面に十分な圧縮残留応力が存在しないという問題も存在する。
A metal part subjected to shot peening has improved bending fatigue strength and torsional fatigue strength due to compressive residual stress and work hardening existing on the surface thereof. On the other hand, since the surface roughness of the surface of the metal part deteriorates, the metal part subjected to shot peening is ground on the surface.
For example, when the metal part is a gear, the surface roughness of the gear tooth surface roughened by shot peening is improved by grinding the gear tooth surface. However, the compression residual stress integrated value added by shot peening is reduced by the amount of the region removed from the surface of the metal part by grinding. And since the compressive residual stress integral value decreased, there was a problem that the fatigue strength was lowered.
In addition, if the size of the steel balls used in shot peening is large, the compressive residual stress peaks in the region inside the surface of the metal part, and there is a problem that sufficient compressive residual stress does not exist on the surface of the metal part. To do.
また、自動車用トランスミッションのギヤのように、常時大きな曲げ応力及び捩じり応力を受けるような金属部品では、切削加工した金属部品の表面の曲げ疲労強度及び捩じり疲労強度を向上させるだけではなく、摺動部である表面の摩擦係数や磨耗量の低減が求められている。
ショットピーニングで使用される鋼球の大きさが大きいと、金属部品表面が粗くなり、摺動部である表面の摩擦係数や磨耗量の低減が困難である。
Also, for metal parts that constantly receive large bending stresses and torsional stresses, such as gears for automobile transmissions, simply improving the bending fatigue strength and torsional fatigue strength of the surface of the machined metal parts. There is also a need for a reduction in the coefficient of friction and the amount of wear on the surface that is the sliding part.
If the size of the steel ball used in shot peening is large, the surface of the metal part becomes rough, and it is difficult to reduce the friction coefficient and the amount of wear of the surface that is the sliding portion.
その他の従来技術として、例えば、ショットピーニング処理を２段階に分けて行い、ギヤの歯元部の曲げ疲労強度を向上させるギヤの製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、特許文献１では、２段階に分けて行われるショットピーニングで用いられる鋼球には大きな差が無く、図１０、図１１で後述する鋼球の大きさによる残留応力の増大領域の特性を十分に活かしきれていない。そのため、上述した各種問題点を解決することは出来ない。
As another prior art, for example, a gear manufacturing method is disclosed in which shot peening is performed in two stages to improve the bending fatigue strength of the gear root (see, for example, Patent Document 1).
However, in
また、ショットピーニングに関する従来技術として、その他にも種々提案されているが（例えば、特許文献２〜特許文献５参照）、上述した問題点を解消することは出来ない。
In addition, various other proposals have been proposed as conventional techniques related to shot peening (see, for example,
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、ショットピーニングが施された金属部品（例えばギヤ）の曲げ疲労強度及び捩じり疲労強度を向上させ、且つ、摺動部である表面の摩擦係数や磨耗量を低減させることのできる金属部品の表面処理方法の提供を目的としている。 The present invention has been proposed in view of the above-described problems of the prior art, and improves the bending fatigue strength and torsional fatigue strength of metal parts (for example, gears) subjected to shot peening, and slides. An object of the present invention is to provide a surface treatment method for metal parts that can reduce the friction coefficient and the amount of wear of the surface, which is a part.
発明者は、ショットピーニングの条件（例えば鋼球の粒径等）によって、残留応力の分布が異なることに着目した。図１０において、粒径が０．６〜０．８ｍｍの比較的大径の鋼球を用いて、加工対象物（例えばギヤ）にショットピーニングを施した場合における、ショットピーニング処理された表面からの深さと、その深さにおける残留応力との特性を、符号σＡで模式的に示している。一方、図１１においては、粒径が０．０５〜０．２ｍｍの比較的小径の鋼球を用いて、加工対象物にショットピーニングを施した場合における、ショットピーニング処理された表面からの深さと、その深さにおける残留応力との特性を、符号σＢで模式的に示している。
ショットピーニングに用いられる鋼球の粒径の違いや、鋼球が金属に衝突する際の速度等によって、残留応力の絶対値や、残留応力の及ぶ深さ方向の領域には相違が出ることも確認されている。図１０の特性曲線σＡと、図１１の特性曲線σＢとを比較すれば明らかなように、鋼球の粒径が大きい場合（図１０）は、表面よりも内側に離隔した領域に残留圧縮応力のピークが生じており、鋼球の粒径が小さい場合（図１１）は、表面に近い領域に残留圧縮応力のピークが生じている。
本発明は、ショットピーニングの条件（例えば鋼球の粒径等）と、残留圧縮応力のピークが生じる領域（加工対象物表面からの距離）との関係に着目して、創作された。
The inventor has paid attention to the fact that the distribution of residual stress differs depending on the conditions of shot peening (for example, the particle size of steel balls). In FIG. 10, when a shot peening is applied to a workpiece (for example, gear) using a steel ball having a relatively large diameter of 0.6 to 0.8 mm, the surface from the shot peened surface is used. The characteristic of the depth and the residual stress at that depth is schematically indicated by the symbol σA. On the other hand, in FIG. 11, the depth from the surface subjected to the shot peening treatment when the shot peening is performed on the workpiece using a steel ball having a relatively small diameter of 0.05 to 0.2 mm. The characteristic with the residual stress at the depth is schematically indicated by the symbol σB.
Depending on the difference in the particle size of the steel balls used for shot peening and the speed at which the steel balls collide with the metal, there may be differences in the absolute value of the residual stress and in the depth direction where the residual stress is applied. It has been confirmed. As is clear from a comparison between the characteristic curve σA in FIG. 10 and the characteristic curve σB in FIG. 11, when the particle size of the steel ball is large (FIG. 10), the residual compressive stress is applied to the region separated inward from the surface. When the particle diameter of the steel ball is small (FIG. 11), the peak of residual compressive stress is generated in a region close to the surface.
The present invention was created by paying attention to the relationship between shot peening conditions (for example, the particle diameter of a steel ball) and a region where the peak of residual compressive stress occurs (distance from the surface of the workpiece).
本発明の金属部品の表面処理方法は、金属部品における機械加工した金属部品の表面に１回目のショットピーニングを行う工程（Ｓ１、図１）と、１回目のショットピーニングを施した金属部品の表面を所定量研削する工程（Ｓ２、図２）と、所定量研削した金属部品の表面に２回目のショットピーニングを行う工程（Ｓ３、図３）とを有することを特徴としている（請求項１）。
ここで、所定量研削する工程（Ｓ２）における研削量（所定量）とは、加工される金属材料の組成と、１回目のショットピーニングの施工条件（例えば、使用される鋼球の径や素材等）によって、ケース・バイ・ケースで設定される。
また、金属製品の材質としては、ショットピーニングにより、その表面に圧縮残留応力が生じて、曲げ疲労強度及び捩じり疲労強度が向上する部材が好ましく、そして、ＨＲＣ４５以上の硬度を有する鋼材等が好ましい。ただし、ＨＲＣ４５以上の硬度を有する鋼材以外の金属材料であっても、本発明の表面処理方法を適用する余地がある。
The surface treatment method for a metal part according to the present invention includes a step (S1, FIG. 1) of performing a first shot peening on the surface of a machined metal part in the metal part, and a surface of the metal part subjected to the first shot peening. And a step (S3, FIG. 3) of performing a second shot peening on the surface of the metal part ground by a predetermined amount (Claim 1). .
Here, the grinding amount (predetermined amount) in the step of grinding a predetermined amount (predetermined amount) refers to the composition of the metal material to be processed and the conditions for the first shot peening (for example, the diameter and material of the steel ball used) Etc.) is set on a case-by-case basis.
Further, as a material of the metal product, a member in which compressive residual stress is generated on the surface by shot peening and bending fatigue strength and torsional fatigue strength are improved, and a steel material having a hardness of HRC 45 or more is preferable. preferable. However, there is room for applying the surface treatment method of the present invention even for a metal material other than steel having a hardness of HRC45 or higher.
本発明において、前記２回目のショットピーニングを行う工程（Ｓ３）で用いる鋼球の大きさは、１回目のショットピーニングを行う工程（Ｓ１）で用いる鋼球よりも小さいことが好ましい（請求項２）。
例えば、１回目のショットピーニングを行う工程で用いる鋼球の径は０．４ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲が好ましく、２回目のショットピーニングを行う工程で用いる鋼球の径は、０．０１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であるが好ましい。
In the present invention, the size of the steel ball used in the second shot peening step (S3) is preferably smaller than the steel ball used in the first shot peening step (S1). ).
For example, the diameter of the steel ball used in the first shot peening step is preferably in the range of 0.4 mm to 1.0 mm, and the diameter of the steel ball used in the second shot peening step is 0.01 mm to 0 mm. It is preferably in the range of 3 mm.
ただし、１回目のショットピーニングを行う工程で用いる鋼球の径と、２回目のショットピーニングを行う工程で用いる鋼球の径とを、同程度の寸法に設定することも可能である。 However, the diameter of the steel ball used in the first shot peening process and the diameter of the steel ball used in the second shot peening process can be set to the same size.
また本発明は、長時間高負荷で稼動する金属部品であって、例えば、自動車のトランスミッション用ギヤ等の様に、常時大きな曲げとねじりが同時に作用する金属部品に適用されることが好ましい。
例えば、前記金属部品は、歯車（例えば、自動車のトランスミッション用ギヤ等）であるのが好ましい（請求項３）。
ただし、本発明は歯車の表面処理にのみ適用されるものではなく、その他の金属部品一般の表面処理に適用可能である。
In addition, the present invention is preferably applied to a metal part that operates at a high load for a long time, such as a gear for a transmission of an automobile, and the like that always undergoes large bending and twisting simultaneously.
For example, it is preferable that the metal part is a gear (for example, a transmission gear of an automobile, etc.).
However, the present invention is not only applied to the surface treatment of gears, but can be applied to the surface treatment of other metal parts in general.
上述した構成を具備する本発明によれば、比較的大径の１回目のショットピーニングを行う工程（Ｓ１、図１）では金属部品（例えば、鋼製品、自動車用トランスミッションのギヤ等）の表面から内部側に離隔した領域に残留圧縮応力のピークが生じるので、金属部品の表面を所定量研削する工程（Ｓ２、図２）では、１回目のショットピーニングを施した表面から残留圧縮応力のピークまでの領域を（研削により）除去する。
研削加工の結果、金属部品表面の残留圧縮応力が高くなる。その様な状態で、２回目のショットピーニング（Ｓ３、図３）を行えば、残留圧縮応力が高い金属部品表面は、２回目のショットピーニング（Ｓ３、図３）により、さらに残留圧縮応力が高くなり、十分な加工硬化が生じる。そして、金属部品の曲げ疲労強度及び捩じり疲労強度を十分に向上させることが出来る。
According to the present invention having the above-described configuration, the first shot peening with a relatively large diameter (S1, FIG. 1) is performed from the surface of a metal part (for example, a steel product, a gear of an automobile transmission, etc.). Since a residual compressive stress peak occurs in a region separated on the inner side, in the step of grinding the surface of the metal part by a predetermined amount (S2, FIG. 2), from the surface subjected to the first shot peening to the peak of the residual compressive stress. This area is removed (by grinding).
As a result of grinding, the residual compressive stress on the surface of the metal part is increased. If the second shot peening (S3, FIG. 3) is performed in such a state, the surface of the metal part having a high residual compressive stress is further increased by the second shot peening (S3, FIG. 3). And sufficient work hardening occurs. And the bending fatigue strength and torsional fatigue strength of a metal part can fully be improved.
ここで、２回目のショットピーニングを行う工程（Ｓ３）で用いる鋼球の大きさを、１回目のショットピーニングを行う工程（Ｓ１）で用いる鋼球よりも小さくすれば（請求項２）、小径の鋼球を用いたショットピーニング（２回目のショットピーニングＳ３）による残留圧縮応力のピークは対象物（金属部品）表面近傍になるので、１回目のショットピーニングの後に研削加工されて表面における残留圧縮応力が高くなった金属部品表面は、小径の鋼球を用いた２回目のショットピーニング（Ｓ３）により、さらに残留圧縮応力が高くなる。その結果、曲げ疲労強度及び捩じり疲労強度が更に向上する。 If the size of the steel ball used in the second shot peening step (S3) is smaller than that used in the first shot peening step (S1) (Claim 2), the small diameter Since the peak of residual compressive stress due to shot peening using the steel ball (second shot peening S3) is near the surface of the object (metal part), it is ground after the first shot peening and is subjected to residual compression on the surface. Residual compressive stress is further increased on the surface of the metal part having increased stress by the second shot peening (S3) using a small-diameter steel ball. As a result, bending fatigue strength and torsional fatigue strength are further improved.
また、小径の鋼球を用いた２回目のショットピーニング（Ｓ３）により、金属部品表面における加工硬化がより顕著になる。それと共に、２回目のショットピーニング（Ｓ３）が比較的小径の鋼球により行なわれるため、２回目のショットピーニング後の金属部品の表面における面粗度が細かくなり、潤滑剤による潤滑作用が発揮され易い状態になる。その結果、金属部品表面における摩擦係数が低下して、金属部品の耐摩耗性が向上する。 Moreover, the work hardening on the surface of a metal part becomes more remarkable by the second shot peening (S3) using a steel ball with a small diameter. At the same time, since the second shot peening (S3) is performed with a steel ball having a relatively small diameter, the surface roughness on the surface of the metal part after the second shot peening becomes fine, and the lubricating action by the lubricant is exhibited. Easy state. As a result, the coefficient of friction on the surface of the metal part is reduced, and the wear resistance of the metal part is improved.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
最初に図１に基づいて、且つ、図２〜図４をも参照して、実施形態に係る金属部品の表面処理の手順について説明する。
図１のステップＳ１では、成形されたギヤに１回目のショットピーニングを施す。この時のショットピーニングに使用する鋼球の粒径は、後述する２回目のショットピーニングに使用する鋼球の粒径よりも大きなものが使用される。図示の実施形態では、１回目のショットピーニングを行う工程で用いる鋼球の粒径は、０．４〜１．０ｍｍに設定されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, based on FIG. 1 and with reference to FIGS. 2 to 4 as well, the procedure of the surface treatment of the metal part according to the embodiment will be described.
In step S1 of FIG. 1, the first shot peening is performed on the formed gear. The particle diameter of the steel ball used for the shot peening at this time is larger than the particle diameter of the steel ball used for the second shot peening described later. In the illustrated embodiment, the particle diameter of the steel balls used in the first shot peening process is set to 0.4 to 1.0 mm.
図２は、１回目のショットピーニングを施した場合において、被加工金属部品の表面からの深さ（横軸）と、残留応力（縦軸：残留圧縮応力）との特性（曲線σＡ）を示している。
図２において、金属部品の表面から深さλｘの位置において、残留圧縮応力の値σｐａは最大となる。係る最大残留圧縮応力σｐａに比較して、金属部品の表面（図２における左端の位置）では残留圧縮応力の値σｆａは大きくない。すなわち、金属部品の表面から深さλｘの位置に至るまでの領域では、金属部品の表面から離れるほど（或いは、深さが深くなるほど）残留圧縮応力は大きくなる。
FIG. 2 shows the characteristics (curve σA) of the depth (horizontal axis) from the surface of the metal part to be processed and the residual stress (vertical axis: residual compressive stress) when the first shot peening is performed. ing.
In FIG. 2, the value σ pa of the residual compressive stress is maximized at the position of the depth λ x from the surface of the metal part. Compared to such maximum residual compressive stress σ pa , the value σ fa of the residual compressive stress is not large on the surface of the metal part (the leftmost position in FIG. 2). That is, in the region up to the position of the depth lambda x from the surface of metal parts, increasing distance from the surface of the metal part (or, as the depth increases) residual compression stress increases.
図２において（図３〜図７、図１０、図１１でも同様）、残留圧縮応力は縦軸がゼロの直線よりも下側の領域であり、縦軸がゼロの直線よりも上側の領域は残留引張応力を示す。
そして、図示の実施形態や実験例において、残留圧縮応力が大きい場合には、その絶対値も大きいので、縦軸がゼロの直線から離れて表示されることになる。
In FIG. 2 (the same applies to FIGS. 3 to 7, 10, and 11), the residual compressive stress is a region below the straight line with the vertical axis being zero, and the region above the straight line having the vertical axis is zero. Indicates residual tensile stress.
In the illustrated embodiment and experimental example, when the residual compressive stress is large, the absolute value is also large, so that the vertical axis is displayed away from the zero straight line.
図１におけるステップＳ２では、金属部品の表面から所定量の深さλ１まで研削する（図３参照）。ここで、金属部品の表面から所定量の深さλ１に相当する位置は、図２において、最大残留圧縮応力σｐａの位置となる金属部品の表面からの深さλｘの近傍の位置であり、金属部品の表面からの深さλｘの位置よりも金属部品の表面よりも位置である。
換言すれば、金属部品の表面から所定量の深さλ１は、最大残留圧縮応力σｐａの位置となる金属部品の表面からの深さλｘよりも浅い（短い）。
In step S2 in FIG. 1, it is ground from the surface of metal parts to a depth lambda 1 of the predetermined amount (see FIG. 3). Here, the position corresponding to the predetermined amount of depth λ 1 from the surface of the metal part is a position in the vicinity of the depth λ x from the surface of the metal part which is the position of the maximum residual compressive stress σ pa in FIG. Yes, the position is more than the surface of the metal part than the position of the depth λ x from the surface of the metal part.
In other words, the predetermined amount of depth λ 1 from the surface of the metal part is shallower (shorter) than the depth λ x from the surface of the metal part where the maximum residual compressive stress σ pa is located.
図２を参照して上述した様に、金属部品の表面から深さλｘの位置に至るまでの領域では、金属部品の表面から離れるほど、その深さにおける残留圧縮応力は大きくなる。すなわち、深さλ１における残留圧縮応力は、金属製品の表面における残留圧縮応力よりも大きくなる。
従って、ステップＳ２の研削加工を施した後、新たに形成される金属部品の表面における残留圧縮応力の値σｆａ１は、研削加工を施す前における金属部品の表面における残留圧縮応力の値σｒａよりも大きくなる。
なお、ステップＳ２における研削量、或いは所定量の深さλ１は、加工される金属材料の組成、１回目のショットピーニングにおける処理条件（例えば、鋼球の大きさや、衝突の速度等）その他の条件によって、ケース・バイ・ケースで設定するべき量である。
Referring to as described above with FIG. 2, in the region up to the position of the depth lambda x from the surface of metal parts, increasing distance from the surface of the metal part, the residual compressive stress in the depth increases. That is, the residual compressive stress at the depth λ 1 is larger than the residual compressive stress on the surface of the metal product.
Therefore, after the grinding process of step S2, the value σ fa1 of the residual compressive stress on the surface of the newly formed metal part is based on the value σ ra of the residual compressive stress on the surface of the metal part before the grinding process. Also grows.
Incidentally, the grinding amount in step S2, or a predetermined amount of depth lambda 1, the composition of the metallic material to be processed, processing conditions in the first shot peening (e.g., and the steel ball size, the collision speed, etc.) Other This is the amount to be set on a case by case basis.
ステップＳ３では、研削加工を施した金属部品の表面Ｍｆに、２回目のショットピーニングを施す。図示の実施形態では、２回目のショットピーニングを行う工程Ｓ３で用いる鋼球の粒径は、０．０１〜０．３ｍｍの範囲である。
係る２回目のショットピーニングを施した金属部品における、表面Ｍｆからの距離（深さ）と、残留圧縮応力との特性が、図４の特性曲線σＣで示されている。
なお、図４においては、１回目のショットピーニングＳ１を施さずに、２回目のショットピーニングＳ３と同じ条件でショットピーニングを１回だけ施した金属部品における、表面Ｍｆからの深さと残留圧縮応力との特性を、本発明との比較のために破線σＢで示している。
In step S3, the second shot peening is performed on the surface Mf of the metal part subjected to the grinding process. In the illustrated embodiment, the particle diameter of the steel balls used in the step S3 of performing the second shot peening is in the range of 0.01 to 0.3 mm.
The characteristic of the distance (depth) from the surface Mf and the residual compressive stress in the metal part subjected to the second shot peening is shown by a characteristic curve σC in FIG.
In FIG. 4, the depth from the surface Mf and the residual compressive stress in a metal part that was shot peened only once under the same conditions as the second shot peening S3 without the first shot peening S1. This characteristic is indicated by a broken line σB for comparison with the present invention.
図４から明らかなように、金属部品の表面Ｍｆにおける残留圧縮応力は、１回目のショットピーニング前の残留圧縮応力の値σｆａ１から、残留圧縮応力値σｆａ２に、大幅に増加している。
また、金属部品の表面からの深さがλ２よりも深い領域でも、残留圧縮応力は、１回目のショットピーニングを施した後における残留圧縮応力（図２参照）よりも、大きくなる。
なお、ショットピーニングに使用される鋼球は、ビッカース硬度が４００〜１４００のものを選択する。
As apparent from FIG. 4, the residual compressive stress in the surface Mf of the metal parts, the first shot values of peening prior to the residual compressive stress sigma fa1, the residual compressive stress value sigma fa2, has increased greatly.
Further, even in a region deeper than the depth lambda 2 from the surface of the metal part, the residual compressive stress than the residual compressive stress in the after performing first shot peening (see FIG. 2), increases.
In addition, the steel ball used for shot peening has a Vickers hardness of 400 to 1400.
[実験例]
図５〜図９を参照して、上述した実施形態に係る表面処理方法により、自動車のトランスミッション用ギヤの表面処理を実行した場合の実験例について説明する。
実験例で用いられたトランスミッション用ギヤの素材として、ＳＣＭ４２０Ｈ材（ＪＩＳ Ｇ ４０５２）に浸炭焼入れを施したものを使用した。
そして、ショットとして使用される鋼球は、ビッカース硬度８５０のものを選択した。
[Experimental example]
With reference to FIGS. 5-9, the experiment example at the time of performing the surface treatment of the gear for transmission of a motor vehicle by the surface treatment method which concerns on embodiment mentioned above is demonstrated.
As a material for the transmission gear used in the experimental example, an SCM420H material (JIS G 4052) subjected to carburizing and quenching was used.
And the steel ball used as a shot selected the thing of 850 Vickers hardness.
図５において、実験例で１回目のショットピーニング加工を施した場合における、対象金属部品である自動車のトランスミッション用ギヤの表面からの深さと、残留圧縮応力との関係（特性）が、符号σＡで示されている。
実験例で用いられた鋼球の粒径は、０．６ｍｍ〜０．８ｍｍである。より具体的には、ショットをエアで噴射する場合（いわゆる「エアショット」）には粒径０．６ｍｍの鋼球をショットとして使用し、はずみ車を用いてショットを噴射する場合（いわゆる「インペラショット」）には粒径０．８ｍｍの鋼球をショットとして使用した。
１回目のショットピーニング加工では、ギヤ表面の残留圧縮応力の値σｆａは約３５０ＭＰａであり、残留圧縮応力の最大値σｐａは深さ５０〜７５μｍの範囲にあり、その値は約１１００ＭＰａである。
In FIG. 5, the relationship (characteristic) between the depth from the surface of the transmission gear of the automobile, which is the target metal part, and the residual compressive stress when the first shot peening process is performed in the experimental example is denoted by σA. It is shown.
The particle diameter of the steel ball used in the experimental example is 0.6 mm to 0.8 mm. More specifically, when a shot is injected with air (so-called “air shot”), a steel ball having a particle diameter of 0.6 mm is used as the shot, and when a shot is injected using a flywheel (so-called “impeller shot”) )), A steel ball having a particle diameter of 0.8 mm was used as a shot.
In the first shot peening process, the value σ fa of the residual compressive stress on the gear surface is about 350 MPa, the maximum value σ pa of the residual compressive stress is in the range of a depth of 50 to 75 μm, and the value is about 1100 MPa. .
図５における点線σＢは、上述した１回目のショットピーニングは行わずに、後述する２回目のショットピーニングと同一条件でショットピーニングを施した場合における、ギヤ表面からの深さと残留圧縮応力との関係（特性）を、参考までに示している。
換言すれば、特性曲線σＢは、粒径が小さな鋼球（２回目のショットピーニングで用いられる鋼球）により、自動車のトランスミッション用ギヤの表面処理を行なった場合における、ギヤ表面からの深さと残留圧縮応力との関係（特性）を示している。
The dotted line σB in FIG. 5 represents the relationship between the depth from the gear surface and the residual compressive stress when shot peening is performed under the same conditions as the second shot peening described later without performing the first shot peening described above. (Characteristics) are shown for reference.
In other words, the characteristic curve σB is the depth and residual from the gear surface when the surface treatment of the transmission gear of the automobile is performed with a steel ball having a small particle size (steel ball used in the second shot peening). The relationship (characteristic) with compression stress is shown.
図５では、特性σＡ、σＢは、共に、ギヤ表面からの深さ１５０μｍの領域で示されている。
実験例ではギヤ表面からの深さ１５０μｍ以上の領域についても、残留圧縮応力を計測したが、実験データとしての表示は省略した。
In FIG. 5, the characteristics σA and σB are both shown in a region having a depth of 150 μm from the gear surface.
In the experimental example, the residual compressive stress was also measured in a region having a depth of 150 μm or more from the gear surface, but the display as experimental data was omitted.
図６は、１回目のショットピーニング施工の後に、符号Ｍｆ０で示すギヤ表面から、深さ２５μｍの領域を研削した状態を示している。ここで、図６では、研削後のギヤ表面（研削前のギヤ表面から深さ２５μｍのレベル）が、符号Ｍｆで示されている。
すなわち、図６は、研削加工後におけるギヤ表面からの深さ（図６における下段の距離：符号Ｍｆで示す縦軸がギヤ表面となっている）と、残留圧縮応力との特性σＡを示している。
図６において、研削後におけるギヤ表面Ｍｆの残留圧縮応力値σｆａ１は、約９００ＭＰａである。
FIG. 6 shows a state in which a region having a depth of 25 μm is ground from the gear surface indicated by the symbol Mf0 after the first shot peening operation. Here, in FIG. 6, the gear surface after grinding (level of depth of 25 μm from the gear surface before grinding) is indicated by a symbol Mf.
That is, FIG. 6 shows the characteristic σA between the depth from the gear surface after grinding (the lower distance in FIG. 6; the vertical axis indicated by the symbol Mf is the gear surface) and the residual compressive stress. Yes.
In FIG. 6, the residual compressive stress value σ fa1 of the gear surface Mf after grinding is about 900 MPa .
図７は、自動車のトランスミッション用ギヤを研削加工した後、その表面Ｍｆに対して、２回目のショットピーニングを施工した場合における、ギヤ表面Ｍｆからの深さと残留圧縮応力との特性σＣを示している。
２回目のショットピーニングは、粒径０．２ｍｍの鋼球をショットとして使用した。
FIG. 7 shows a characteristic σC between the depth from the gear surface Mf and the residual compressive stress when the second shot peening is applied to the surface Mf after grinding the transmission gear of the automobile. Yes.
In the second shot peening, a steel ball having a particle diameter of 0.2 mm was used as a shot.
図７において、ギヤ表面の残留圧縮応力値σｆ２は、約１３５０ＭＰａを示している。
図７では、ギヤ表面Ｍｆでは、残留圧縮応力値σｆ２（約１３５０ＭＰａ）は、１回目のショットピーニングのみの場合（約３５０ＭＰａ：σｆａ）、或いは１回目のショットピーニングの表面を所定量研削した場合（約９００ＭＰａ：σｆａ１）に比べて、十分に大きくなっている。
また、ギヤ表面よりも内部の領域においても、図５、図６で示す残留圧縮応力の最大値σｐａ（約１１００ＭＰａ）或いはそれ以上の残留圧縮応力が計測された。
そして、図８から明らかなように、係る大きな残留圧縮応力は、実験例におけるギヤの疲労強度を向上している。
In FIG. 7, the residual compressive stress value σ f2 on the gear surface indicates about 1350 MPa.
In FIG. 7, on the gear surface Mf, the residual compressive stress value σ f2 (about 1350 MPa) is the case of only the first shot peening (about 350 MPa: σ fa ), or the surface of the first shot peening is ground by a predetermined amount. Compared to the case (about 900 MPa: σ fa1 ), it is sufficiently large.
Further, in the region inside the gear surface, the residual compressive stress maximum value σ pa (about 1100 MPa) or more shown in FIGS. 5 and 6 was measured.
As is apparent from FIG. 8, such a large residual compressive stress improves the fatigue strength of the gear in the experimental example.
図８は、実験例の表面処理方法を施工した場合の疲労強度を示すＳ−Ｎ線図である。
図８では、実験例の疲労特性（符号ＮＡ）以外に、比較対象として、２種類のサンプルの疲労特性（符号ＮＢ、符号ＮＣで示す）を示している。
疲労特性ＮＢのサンプルは、１回目のショットピーニングの後、研削加工のみを行い、２回目のショットピーニングを施していないサンプルである。
疲労特性ＮＣのサンプルは、１回目及び２回目のショットピーニングを行っておらず、研削加工も行っていないサンプル（単なる浸炭材料品）である。
FIG. 8 is a SN diagram showing fatigue strength when the surface treatment method of the experimental example is applied.
In FIG. 8, in addition to the fatigue characteristics (symbol NA) of the experimental example, the fatigue characteristics (indicated by NB and NC) of two types of samples are shown as comparison targets.
The sample of the fatigue characteristics NB is a sample that is subjected to only grinding after the first shot peening and not subjected to the second shot peening.
The sample of fatigue characteristics NC is a sample (simple carburized material) that has not been subjected to the first and second shot peening and has not been subjected to grinding.
図８によれば、実験例では、疲労特性ＮＡで示すように、繰り返し回数Ｎが１０７における応力振幅σａは約５５０ＭＰａであり、疲労特性ＮＣのサンプルの約４２０ＭＰａに対して、大幅に向上している。
また、実験例において、繰り返し回数Ｎが１０６における応力振幅σａは約６８０ＭＰａであり、疲労特性ＮＢのサンプルの約６００ＭＰａに対して、大幅に向上している。
According to FIG. 8, in the experimental example, as indicated by the fatigue characteristic NA, the stress amplitude σ a when the number of repetitions N is 10 7 is about 550 MPa, which is significantly improved compared to about 420 MPa of the fatigue characteristic NC sample. is doing.
In the experimental example, the stress amplitude σ a when the number of repetitions N is 10 6 is about 680 MPa, which is a significant improvement over the sample of fatigue characteristics NB of about 600 MPa.
図９は、実験例に係るサンプルＡの摩擦係数（μ）と、１回目のショットピーニングの後、研削加工のみを行い、２回目のショットピーニングを施していないサンプルＢの摩擦係数（μ）とを比較して示している。
図９によれば、サンプルＡの摩擦係数（μ＝０．１６）は、サンプルＢの摩擦係数よりも大きいが、非常に大きな数値とは言い得ない。すなわち、実験例における摩擦係数の増大は、問題にはならない程度であることが分かった。
FIG. 9 shows the friction coefficient (μ) of sample A according to the experimental example, and the friction coefficient (μ) of sample B that is subjected to grinding only after the first shot peening and not subjected to the second shot peening. Is shown in comparison.
According to FIG. 9, the friction coefficient (μ = 0.16) of sample A is larger than that of sample B, but cannot be said to be a very large value. That is, it has been found that the increase in the friction coefficient in the experimental example is not a problem.
図示の実施形態に係る表面処理方法によれば、１回目のショットピーニングにより、対象金属部品（例えば、自動車用トランスミッションのギヤ）の表面から内部側に残留圧縮応力が付加される。そして、係る金属部品の表面を所定量研削することにより、金属部品内部側の残留圧縮応力が高い部分が表面となる。その状態で、さらに２回目のショットピーニングを行うことにより、金属部品表面及びその内側領域の残留圧縮応力が更に高くなる。 According to the surface treatment method according to the illustrated embodiment, residual compressive stress is applied from the surface to the inside of the target metal part (for example, a gear of an automobile transmission) by the first shot peening. Then, by grinding a predetermined amount of the surface of the metal part, a portion having a high residual compressive stress on the inner side of the metal part becomes the surface. In this state, the second shot peening is further performed to further increase the residual compressive stress on the metal part surface and the inner region.
その結果、例えば自動車用トランスミッションのギヤのように、常時高負荷が作用して、曲げと捩じりが同時に作用する部材において、曲げ疲労強度及び捩じり疲労強度を十分に向上させることが出来る。
そして、２回目のショットピーニングが粒径の小さな鋼球で行われる結果、図示の実施形態に係る表面処理方法が施された金属部品の表面の摩擦係数はさほど大きくならない。
そのため、潤滑剤による潤滑効果が十分に発揮され、摩擦係数を低減して、摩耗量を減少することが出来る。
As a result, the bending fatigue strength and the torsional fatigue strength can be sufficiently improved in a member in which a high load is always applied and bending and torsion act simultaneously, such as a gear of an automobile transmission. .
As a result of performing the second shot peening with a steel ball having a small particle size, the friction coefficient of the surface of the metal part subjected to the surface treatment method according to the illustrated embodiment does not increase so much.
Therefore, the lubricating effect by the lubricant is sufficiently exhibited, the friction coefficient can be reduced, and the wear amount can be reduced.
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
例えば、図示の実施形態では、繰り返し曲げ、捩じりが作用する金属材料（例えば、トランスミッション用ギヤ）に適用する場合を記載している。しかしながら、本発明は、例えば、繰り返し引張荷重が作用する金属部品、繰り返し圧縮荷重が作用する金属部品に対しても適用可能である。
It should be noted that the illustrated embodiment is merely an example, and is not a description to limit the technical scope of the present invention.
For example, the illustrated embodiment describes a case where the present invention is applied to a metal material (for example, a transmission gear) that is repeatedly bent and twisted. However, the present invention can be applied to, for example, a metal part to which a repeated tensile load is applied and a metal part to which a repeated compressive load is applied.
Ｍｆ、Ｍｆ０・・・金属部品の表面
σＡ・・・１回目のショットピーニングを施した際における、金属部品の表面からの深さと残留圧縮応力との関係を示す特性線
σＢ・・・２回目のショットピーニングと同一の条件でショットピーニングを施した際における、金属部品の表面からの深さと残留圧縮応力との関係を示す特性線
σｆａ・・・１回目のショットピーニング施工時の金属部品表面における残留圧縮応力値
σｆａ１・・・所定の深さまで研削加工をした後の金属部品表面における残留圧縮応力値
σｆ２・・・１回目のショットピーニング施工後に所定の深さまで研削を行い、更にその表面に２回目のショットピーニングを施工した場合の金属部品の表面における残留圧縮応力値
Mf, Mf0... Surface of metal part .sigma.A... Characteristic line .sigma.B showing the relationship between the depth from the surface of the metal part and residual compressive stress when the first shot peening is performed. Characteristic line σ fa that indicates the relationship between the depth from the surface of the metal part and the residual compressive stress when shot peening is performed under the same conditions as shot peening, on the surface of the metal part during the first shot peening operation Residual compressive stress value σ fa1 ... Residual compressive stress value σ f2 on the surface of the metal part after grinding to a predetermined depth. Grinding to a predetermined depth after the first shot peening is performed, and then the surface. Residual compressive stress value on the surface of metal parts when second shot peening is applied
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