JPS61170551A - 金属材料およびチタン合金等の表面処理法 - Google Patents

金属材料およびチタン合金等の表面処理法

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JPS61170551A
JPS61170551A JP60013257A JP1325785A JPS61170551A JP S61170551 A JPS61170551 A JP S61170551A JP 60013257 A JP60013257 A JP 60013257A JP 1325785 A JP1325785 A JP 1325785A JP S61170551 A JPS61170551 A JP S61170551A
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compressive stress
residual compressive
treatment
stage
peening
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Hideo Toshino
俊野 英男
Kimihiko Shigeno
重野 公彦
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TOUGOU SEISAKUSHO KK
Togo Seisakusho Corp
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TOUGOU SEISAKUSHO KK
Togo Seisakusho Corp
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は薄板ばねやコイルばね等に使用される金属材
料およびチタン合金等に対し耐疲労特性や耐応力腐食特
性などを向上させるために適用される表面処理方法に関
する。
(従来の技術) 従来の金属材料の表面処理方法の一つとしてショットピ
ーニング処理や、細かいガラスピーズ等を噴射ノズルか
ら圧縮空気とともに吹きつけるドライホーニング処理や
、液体と細かい鋼球やガラスピーズ等との混合物を同様
にして吹きつける液体ホーニング処理等のピーニング処
理法が採用されている。ピーニング処理による加工度は
JSMAkl (1982)、5AEJ808aで規定
されているように例えば試験板の片面をピーニング処理
し、処理後の板ぞりの弧の高さを測定するアークハイト
値(amA)で判定される(但し、mAは試験板A種を
使用し、若しくは試験板A種に換算したときのM数を示
す)。また、ピーニング処理による処理効果の判断基準
としては残留圧縮応力の分布状態、処理層の加工硬化度
1表面粗さ等があり、相対的にアークハイトが大きい場
合には表面の残留圧縮応力値および残留圧縮応力の最大
値は低くなるが、残留圧縮応力値のピーク点および残留
圧縮応力値がOとなるクロッシングポイントが深くなっ
て残菌圧縮応力層の厚さが増大する一方、アークハイト
が小さい場合には表面の残留圧縮応力値は高くなるが残
留圧縮応力層の厚さが低減する。
そして、従来のピーニング処理法による残留圧縮応力層
は被処理材の表面から離隔した内層部に残留圧縮応力値
のピーク点があり、このピーク点からクロッシングポイ
ントに向かって残留圧縮応力値が漸減状に変化するよう
に形成される。通常、強度にピーニング処理を施すと、
処理深度は増大するが、表面およびピーク点の残留圧縮
応力値が低下するため、従来のピーニング処理の場合に
はとくに表面残留圧縮応力値の低下によって過大負荷条
件下で被処理材の表面から亀裂が発生して破壊しやすい
問題点があった。
本発明の目的は残留圧縮応力層の厚さを増大し、しかも
、表面の残留圧縮応力値を増大しうる表面処理方法を提
供することである。
(問題点を解決するだめの手段) 本発明は第1段階として残留圧縮応力層の厚さを増大す
るために処理深度を増大しうるピーニング条件で被処理
材をピーニング処理してから、第2段階として100℃
〜300℃の温度条件で被処理材を熱処理し、次に、第
3段階として表面の残留圧縮応力値を増大するために表
面の残留圧縮応力値が最大となるピーニング条件で被処
理材をピーニング処理し、さらに、最終段階の処理後の
表面残留圧縮応力値が最終段階以前の表面残留圧縮応力
値以上となるように前記第2段階の処理と前記第3段階
の処理とを反復する表面処理方法を要旨とするものであ
る。
(作用) 本発明方法は第1段階のピーニング処理で被処理材に深
い残留圧縮応力層を形成し、第2段階の熱処理でこの残
留圧縮応力層の可動転位を固着し、第3段階のピーニン
グ処理で表面の残留圧縮応力値を高め、さらに、前記第
2段階および第3段階の処理を反復して残留圧縮応力層
の厚さおよび表面の残留圧縮応力値を増大し、金属材料
の耐疲労特性等を向上するように構成したものである。
(実施例) 続いて、本発明の一実施例について説明する。
先づ、金属材料を被処理材として表面処理を行うに際し
、第1段階として残留圧縮応力層の厚さを増大するため
に処理深度を増大しうるピーニング条件で被処理材をピ
ーニング処理する。この様なピーニング条件としてはア
ークハイト値が望ましくは0.20amA以上、さらに
望ましくは0.30Aa++以上となるようなピーニン
グ処理を行うことが必要で、0.20履A以下では目的
とする深い残留圧縮応力層を形成することができない。
次に、第1段階のピーニング処理で形成された残留圧縮
応力層の可動転位を固定しかつ時効強化するために第2
段階として100〜300℃の温度条件で被処理材を熱
処理する。この温度条件は炭素および窒素による歪時効
現象を利用して可動転位を固定するため、最低潤度を1
00℃とし、残留圧縮応力の消失を抑止するために最高
温度を300℃とする。
続いて、前段階で形成された残留圧縮応力層の表面の残
留圧縮応力値を増大するために、第3段階として第1段
階のピーニング処理でのアークハイト値より小さく、表
面の残留圧縮応力値が最大となるピーニング条件で被処
理材をピーニング処理する。この様なピーニング条件と
してはアークハイト値が望ましくは0.30amA以下
、さらに、望ましくは0.20amA以下となるピーニ
ング条件が推奨される。0.30amA以上のアークハ
イトとなるピーニング条件の場合には表面の残留圧縮応
力値が第1段階での単独のピーニング処理による表面残
留圧縮応力値と同等となるので目的とする処理効果を達
成することができない。
さらに、第4段階として、第2段階の処理と第3段階の
処理とを、最終段階でのピーニング処理による表面の残
留圧縮応力値が常に最終段階の前段階のピーニング処理
による表面の残留圧縮応力1以上となるように反復し、
最終的に処理深度が大きくかつ表面の残留圧縮応力値が
大きい残留圧縮応力層を形成する。
次に、本発明の方法による処理効果を従来法、比較法の
処理効果と対比づ゛るために実施した比較試験結果につ
いて具体的に説明する。供試材は弁ばね用シリコンクロ
ム鋼オイルテンパー線(SWosc−v種、線径4.O
m)“である。
第1表は本発明法、従来法、比較法(1) 、 (2)
の処理条件を一覧表にしたもので、第1段階のピーニン
グ処理は各法の試料A、B、C,Dを同時に処理しであ
る。比較法(1)の試料Cは本発明法における第2段階
の工程の有効性を確認するために処理したものである。
第1表 そして、第1表に示す処理履歴を経た4つの試料A、B
、C,Dについて表面からの深さく E as )に対
する残留圧縮応力値(FK9 f /s+2)をX線法
により計測した結果では、第1図に示すように、比較法
(1)の試料Cは本発明法の試料Aと同様にショットピ
ーニング処理後ドライホーニング処理しているにも拘ら
ず、第2段階の熱処理を経ていないため、残留圧縮応力
曲線は従来法の試料Bとほぼ一致しており、表面の残留
圧縮応力値が最大値より低減している。これに対し本発
明法の試料Aでは第1段階のショットピーニング処理に
よる残留圧縮応力曲線と、第3段階のドライホーニング
処理とによる残留圧縮応力曲線とが合成された曲線を描
いて残留圧縮応力値が変化し、しかも、表面の残留圧縮
応力値も従来法および比較法(1)の試料B、Cより高
い数値を示している。比較法(2)の試料りは加工エネ
ルギーが小さいため、表面の残留圧縮応力値は大きいが
処理深度が浅く残留圧縮応力層の厚さが本発明法の試料
Aより著しく小さい。
第2表は上記4試料A、B、C,Dについて表面粗さく
μ)を測定した結果を示したものである。
比較法(2)の試料りは加工エネルギーが小さいホーニ
ング処理を行っているため、表面粗さは最も優れている
。本発明法、比較法(1)の試料A、Cはドライホーニ
ング処理を行っているにも拘らず表面粗さは従来法の試
料Bと同等である。すなわち、最初の段階で加工エネル
ギーが大きいピーニング処理を行うと表面粗さはその段
階で決定され、その後のピーニング処理による影響がす
くないことを示している。
第3表は各試料A、B、C,Dの疲れ強さを回転曲げ疲
れ試験機によって測定したものである。
10 回におけるrR間強さく幻f/5w2)の平均値
はステアケース法により求めた。
第  3  表 本発明法の試料Aは従来法および比較法(1)。
(2)の試料B、C,Dに比較して一段と高い疲れ強さ
を示している。比較法(1)の試料Cは第1段階、第3
段階のピーニング処理を経ているにも拘らず第2段階の
熱処理を経ていないため、有効な残留圧縮応力層が形成
されず、疲れ強さは従来法と同等である。また、比較法
(2)の試料りは表面の残留圧縮応力値が高くても残留
圧縮応力層が薄いため、疲れ強さは向上していない。
さらに、本発明の試料Aと、従来法の試料Bとの寿命を
比較するために回転曲げ疲れ試験機を使用して破壊まで
の繰返し回数Gに対する累積破壊率(H%)を測定した
結果では第2図に示すように本発明法の試料Aの破壊ま
での寿命が格段に優れていることが実証された。この試
験時の両試料A、Bの破壊形態は表面に破壊起点を持つ
ものと、内部の非金属介在物を破壊起点とするものとの
2種類に分類され、第4表はこの寿命試験における2種
類の破壊形態の出現度を示したものである。
第4表 従来法の試料Bでは表面の残留圧縮応力値が低いため、
すべて表面から破壊し、かつ、寿命も短いものが多い。
一方、本発明法の試料Aでは内部に破壊起点をもつもの
が約30%出現し、かつ、寿命も増大している。試料A
、Bは第2表に示したように表面粗さはほぼ同等である
から、この差は表層部の残留圧縮応力値の差異に起因し
ていることが明らかである。
また、第1表に示す処理履歴を経た本発明法の試料Aに
対し更に第2段階の熱処理および第3段階の液体ホーニ
ング処理を加え、3回のピーニング処理を行った試料A
′の残留圧縮応力層の残留圧縮応力曲線を第4図に示す
。なお、液体ホーニング処理におけるピーニング条件は
アークハイト0.04麿Aである。この試料へ−の残留
圧縮応力分布はショットピーニング処理、ドライホーニ
ング処理、および液体ホーニング処理の3回の処理によ
る各残留圧縮応力曲線を合成した分布曲線を描いて変化
し、表面の残留圧縮応力値は更に高くなっている。
なお、加工エネルギーが小さいピーニング処理の場合、
アークハイトの測定は通常試験板N種が使用され、本実
施例の各試料についても試験板N種を使用したが、試験
板N種による測定値は試験板A種の測定値に換算するこ
とができるため、アークハイト値はすべて試験板Aの値
に換算して表示した。
また、上記試験結果では耐疲れ特性に関連する効果をと
くに例示したが、ピーニング処理による残留圧縮応力層
の形成は耐応力腐食に対しても有効であることが知られ
ており、本発明方法が耐応力腐食に対しても有効である
ことが自明である。
(発明の効果) ずなわら、本発明は第1段階として残留圧縮応力層の厚
さを増大するために処理深度を増大しうるピーニング条
件で被処理材をピーニング処理してから、第2段階とし
て100℃〜300℃の温度条件で被処理材を熱処理し
、次に、第3段階として表面の残留圧縮応力値を増大す
るために表面の残留圧縮応力値が最大となるピーニング
条件で被処理材をピーニング処理し、さらに、最終段階
の処理後の表面残留圧縮応力値が最終段階以前の表面残
留圧縮応力値以上となるように前記第2段階の処理と前
記第3段階の処理とを反復することによって、優れた残
留圧縮応力分布をもつ残留圧縮応力層を形成して金属材
料の耐疲労特性、耐応力腐食特性、寿命等を良化向上し
うる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明法、従来法、比較法でそれぞれ処理した
各試料について表面からの深さに対する残留圧縮応力値
をプロットした残留圧縮応力曲線図、第2図は本発明法
および従来法でそれぞれ処理した試料について破壊まで
の繰返し回数に対する累積破壊率を試験した結果をワイ
プル確率紙上にプロットした特性図、第3図は3回のピ
ーニング処理を実施した本発明法の試料の残留圧縮応力
曲線図である。 出願人   株式会社 東郷製作所 代理人   弁理士 岡 1)英 彦 第1!!I

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第1段階として残留圧縮応力層の厚さを増大するために
    処理深度を増大しうるピーニング条件で被処理材をピー
    ニング処理してから、第2段階として100℃〜300
    ℃の温度条件で被処理材を熱処理し、次に、第3段階と
    して表面の残留圧縮応力値を増大するために表面の残留
    圧縮応力値が最大となるピーニング条件で被処理材をピ
    ーニング処理し、さらに、最終段階の処理後の表面残留
    圧縮応力値が最終段階以前の表面残留圧縮応力値以上と
    なるように前記第2段階の処理と前記第3段階の処理と
    を反復することを特徴とする金属材料およびチタン合金
    等の表面処理法。
JP60013257A 1985-01-25 1985-01-25 金属材料およびチタン合金等の表面処理法 Granted JPS61170551A (ja)

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JPH0580544B2 JPH0580544B2 (ja) 1993-11-09

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005121387A1 (en) * 2004-06-10 2005-12-22 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Titanium alloy part and method for producing the same
JP2006022402A (ja) * 2004-06-10 2006-01-26 Yamaha Motor Co Ltd チタン合金部材およびその製造方法
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