JPH0551629A - 表面硬化方法 - Google Patents
表面硬化方法Info
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- JPH0551629A JPH0551629A JP24044191A JP24044191A JPH0551629A JP H0551629 A JPH0551629 A JP H0551629A JP 24044191 A JP24044191 A JP 24044191A JP 24044191 A JP24044191 A JP 24044191A JP H0551629 A JPH0551629 A JP H0551629A
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- sliding
- overlapping portion
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 摺動軸を高エネルギービームを用いて焼き入
れる際に発生するビームオーバーラップ部分に対し小鋼
球を衝突させることによって硬さを回復させ、耐摩耗性
や疲労強度を高める。 【構成】摺動軸を一定速度で回転させ、同時に静止レー
ザビームを摺動軸の摺動面に照射する。続いて照射開始
点と終了点のオーバーラップ部分に対して小鋼球を空気
を吹き付けながら衝突させて微細な凹凸をつける。オー
バーラップ部分は微小な塑性変形を受けて転位などの格
子欠陥が密集するため、また残留オーステナイトがマル
テンサイト変態するため硬化する。また表面には圧縮残
留応力も発生する。それらの結果、摺動軸の耐摩耗性お
よび疲労強度が高められ、寿命がのびる。さらに摺動軸
表面を覆う酸化スケールが除去されるので仕上げ加工が
軽減される。
れる際に発生するビームオーバーラップ部分に対し小鋼
球を衝突させることによって硬さを回復させ、耐摩耗性
や疲労強度を高める。 【構成】摺動軸を一定速度で回転させ、同時に静止レー
ザビームを摺動軸の摺動面に照射する。続いて照射開始
点と終了点のオーバーラップ部分に対して小鋼球を空気
を吹き付けながら衝突させて微細な凹凸をつける。オー
バーラップ部分は微小な塑性変形を受けて転位などの格
子欠陥が密集するため、また残留オーステナイトがマル
テンサイト変態するため硬化する。また表面には圧縮残
留応力も発生する。それらの結果、摺動軸の耐摩耗性お
よび疲労強度が高められ、寿命がのびる。さらに摺動軸
表面を覆う酸化スケールが除去されるので仕上げ加工が
軽減される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高エネルギービームに
よる表面焼き入れ方法に係り、特に機械部品等金属部材
の疲労強度や耐摩耗性を向上させる表面硬化方法に関す
る。
よる表面焼き入れ方法に係り、特に機械部品等金属部材
の疲労強度や耐摩耗性を向上させる表面硬化方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】機械部品等の表面硬化方法には、高周波
焼き入れ、浸炭焼き入れ、窒化法等の方法があるが、近
年、局所的に焼き入れを必要とする部材や、熱歪を嫌う
精密部材にはレーザー、電子ビーム等の高エネルギービ
ームが広く使われるようになってきた。しかし、ビーム
照射跡が重なったオーバーラップ部分は、焼き戻し層が
できて著しく硬さが低下する欠点がある。
焼き入れ、浸炭焼き入れ、窒化法等の方法があるが、近
年、局所的に焼き入れを必要とする部材や、熱歪を嫌う
精密部材にはレーザー、電子ビーム等の高エネルギービ
ームが広く使われるようになってきた。しかし、ビーム
照射跡が重なったオーバーラップ部分は、焼き戻し層が
できて著しく硬さが低下する欠点がある。
【０００３】例えば、特開平１ー３０６５２６号公報に
記載されている溝付き摺動軸の表面硬化方法では、摺動
軸の摺動面を溝をはさんでレーザー加工機によって焼き
入れする。その際、複数個の摺動面の円周方向に沿って
移動するレーザー光の照射開始と照射終了時のオーバー
ラップ受光部の位相を、摺動面ごとに円周方向へずらし
ている。すなわち、レーザー照射の開始および、終了に
伴うオーバーラップ受光部の円周方向位相を摺動面ごと
にずらして、数値制御用テーブルフォーマットの記憶情
報を改めるのみで、集中的な摩耗を回避しレーザー焼き
入れを行なうものである。
記載されている溝付き摺動軸の表面硬化方法では、摺動
軸の摺動面を溝をはさんでレーザー加工機によって焼き
入れする。その際、複数個の摺動面の円周方向に沿って
移動するレーザー光の照射開始と照射終了時のオーバー
ラップ受光部の位相を、摺動面ごとに円周方向へずらし
ている。すなわち、レーザー照射の開始および、終了に
伴うオーバーラップ受光部の円周方向位相を摺動面ごと
にずらして、数値制御用テーブルフォーマットの記憶情
報を改めるのみで、集中的な摩耗を回避しレーザー焼き
入れを行なうものである。
【０００４】図１２、図１３に示すように摺動軸１の摺
動部２のレーザー光４照射開始Ａ部と照射終了Ｂ部のオ
ーバーラップ部ＡＢは、溝３を挟んで、円周方向に３０
度の位相を保って隣接するオーバーラップ部分ＡＢがず
らされている。摺動軸はステッピングモーターによって
駆動され、数値指令によって回転角、回転速度の各動作
が正確に制御され、オーバーラップ部分ＡＢの位相とそ
の長さはきわめて高い精度で配設される。
動部２のレーザー光４照射開始Ａ部と照射終了Ｂ部のオ
ーバーラップ部ＡＢは、溝３を挟んで、円周方向に３０
度の位相を保って隣接するオーバーラップ部分ＡＢがず
らされている。摺動軸はステッピングモーターによって
駆動され、数値指令によって回転角、回転速度の各動作
が正確に制御され、オーバーラップ部分ＡＢの位相とそ
の長さはきわめて高い精度で配設される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、摺動軸
の焼き入れオーバーラップ部は低硬度である。そのため
摺動面にボールベアリング球が転動する場合や不均一な
荷重や急な衝撃が加わった場合は摩耗痕や打痕傷が発生
し、精度が悪くなったり、その部分を起点として摺動軸
は疲労破壊することがある。
の焼き入れオーバーラップ部は低硬度である。そのため
摺動面にボールベアリング球が転動する場合や不均一な
荷重や急な衝撃が加わった場合は摩耗痕や打痕傷が発生
し、精度が悪くなったり、その部分を起点として摺動軸
は疲労破壊することがある。
【０００６】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、高エネルギービーム焼き入れ時
に発生するオーバーラップ部分の硬さを低下させること
のない耐摩耗性や疲労強度のすぐれた表面処理方法を提
供することを目的とする。
になされたものであり、高エネルギービーム焼き入れ時
に発生するオーバーラップ部分の硬さを低下させること
のない耐摩耗性や疲労強度のすぐれた表面処理方法を提
供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の表面硬化方法は、摺動軸の摺動面を高エネル
ギービームで焼き入れ後、摺動面の焼き入れオーバーラ
ップ部分にショットピーニング加工を施すことを特徴と
する。
に本発明の表面硬化方法は、摺動軸の摺動面を高エネル
ギービームで焼き入れ後、摺動面の焼き入れオーバーラ
ップ部分にショットピーニング加工を施すことを特徴と
する。
【０００８】
【作用】上記の構成を有する本発明によれば、高エネル
ギービームとして、レーザービーム、電子ビーム、ＴＩ
Ｇアーク、プラズマアークなどの中から適当なものを選
び、摺動部材表面を局所的に照射し焼き入れ硬化層を形
成する。
ギービームとして、レーザービーム、電子ビーム、ＴＩ
Ｇアーク、プラズマアークなどの中から適当なものを選
び、摺動部材表面を局所的に照射し焼き入れ硬化層を形
成する。
【０００９】次に上記焼き入れオーバーラップ部分をシ
ョットピーニング処理を施して硬さを高め、耐摩耗性を
付与する。
ョットピーニング処理を施して硬さを高め、耐摩耗性を
付与する。
【００１０】本発明のショットピーニング処理は被処理
材表面の硬さの低いオーバーラップ部分に対し鋼鉄等の
小粒子を衝突させミクロな凹凸を付与するものである。
オーバーラップ部内では転位等の格子欠陥が多量に発生
し、加工硬化する。さらに軟化層に残存している未変態
オーステナイトも衝撃により再マルテンサイト変態する
ため、硬化して耐摩耗性が向上する。さらにオーバーラ
ップ部分には圧縮の残留応力が発生するので疲労強度も
向上する。
材表面の硬さの低いオーバーラップ部分に対し鋼鉄等の
小粒子を衝突させミクロな凹凸を付与するものである。
オーバーラップ部内では転位等の格子欠陥が多量に発生
し、加工硬化する。さらに軟化層に残存している未変態
オーステナイトも衝撃により再マルテンサイト変態する
ため、硬化して耐摩耗性が向上する。さらにオーバーラ
ップ部分には圧縮の残留応力が発生するので疲労強度も
向上する。
【００１１】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例として溝
３付き摺動軸１の摺動面２を代表的な高エネルギービー
ムであるレーザ光４を用いて焼き入れする場合について
図１に基づいて説明する。
３付き摺動軸１の摺動面２を代表的な高エネルギービー
ムであるレーザ光４を用いて焼き入れする場合について
図１に基づいて説明する。
【００１２】摺動軸１は材質がＳＫ３で直径１５ｍｍと
し、摺動面２の幅７ｍｍ、溝３を２ｍｍとした。これを
速度０．５ｍ／ｍｉｎで回転させ、出力１．２ｋｗ、直
径φ７ｍｍのレーザ光４を照射する。Ａ点から照射を開
始し、Ｂ点で照射を終了させる。したがってＡ、Ｂ間は
２度照射される。図２は摺動軸１の側面を示す。この焼
き入れ操作をすべての摺動面２に対し繰り返す。
し、摺動面２の幅７ｍｍ、溝３を２ｍｍとした。これを
速度０．５ｍ／ｍｉｎで回転させ、出力１．２ｋｗ、直
径φ７ｍｍのレーザ光４を照射する。Ａ点から照射を開
始し、Ｂ点で照射を終了させる。したがってＡ、Ｂ間は
２度照射される。図２は摺動軸１の側面を示す。この焼
き入れ操作をすべての摺動面２に対し繰り返す。
【００１３】次に図３に示すように、一列に並んだオー
バーラップ部分ＡＢとその周辺部分に対して鋼球照射ノ
ズル６を向けて粒径０．０５ｍｍ〜１ｍｍ、硬さＨｖ３
００〜６００程度の鋼球７を圧力３ｋｇｆ／ｃｍ2〜７
ｋｇｆ／ｃｍ2の空気流５とともに数十秒間吹き付け
る。この操作を順次、他のオーバーラップ部分ＡＢとそ
の周辺部分に対し行う。
バーラップ部分ＡＢとその周辺部分に対して鋼球照射ノ
ズル６を向けて粒径０．０５ｍｍ〜１ｍｍ、硬さＨｖ３
００〜６００程度の鋼球７を圧力３ｋｇｆ／ｃｍ2〜７
ｋｇｆ／ｃｍ2の空気流５とともに数十秒間吹き付け
る。この操作を順次、他のオーバーラップ部分ＡＢとそ
の周辺部分に対し行う。
【００１４】その結果、オーバーラップ部分ＡＢ近傍に
おいて深さが５〜１０μｍ程度の凹凸部分が形成され
る。そしてオーバーラップ部分ＡＢとその周辺部分の硬
さは図４に示すように、ショットピーニング処理前は、
焼き入れ要求限度であるＨｖ５５０を下回るところがあ
った。しかしショットピーニング処理後は図５のように
硬さはＨｖ６００〜７００まで回復し、焼き入れ硬化層
の硬さＨｖ６５０〜７３０とほぼ同等となった。
おいて深さが５〜１０μｍ程度の凹凸部分が形成され
る。そしてオーバーラップ部分ＡＢとその周辺部分の硬
さは図４に示すように、ショットピーニング処理前は、
焼き入れ要求限度であるＨｖ５５０を下回るところがあ
った。しかしショットピーニング処理後は図５のように
硬さはＨｖ６００〜７００まで回復し、焼き入れ硬化層
の硬さＨｖ６５０〜７３０とほぼ同等となった。
【００１５】また、本実施例のショットピーニング処理
を施した摺動軸１の２００時間耐久摩耗試験結果を図６
に示す。本発明の摺動面３のオーバーラップ部分ＡＢ近
傍での摩耗深さは従来例のショットピーニング処理をし
ていない摺動軸１と比べて約１／３に減少した。なおシ
ョットピーニング処理は一般に被加工部材の疲労強度を
向上させる働きがあるので、オーバーラップ部分ＡＢだ
けでなく焼き入れ部分全体に対しておこなってもよい。
さらに摺動面３に発生する焼き入れ酸化層は、きれいに
除去されるだけでなく、従来行っていた焼き入れ後の酸
洗いが不要となる。
を施した摺動軸１の２００時間耐久摩耗試験結果を図６
に示す。本発明の摺動面３のオーバーラップ部分ＡＢ近
傍での摩耗深さは従来例のショットピーニング処理をし
ていない摺動軸１と比べて約１／３に減少した。なおシ
ョットピーニング処理は一般に被加工部材の疲労強度を
向上させる働きがあるので、オーバーラップ部分ＡＢだ
けでなく焼き入れ部分全体に対しておこなってもよい。
さらに摺動面３に発生する焼き入れ酸化層は、きれいに
除去されるだけでなく、従来行っていた焼き入れ後の酸
洗いが不要となる。
【００１６】本実施例による表面硬化方法によると、焼
き戻しされ軟化したオーバーラップ部分の硬さを焼き入
れ硬化層なみに回復することができる。従って摺動面の
局部的な摩耗を防止することができ、また破壊の起点を
つくらない。
き戻しされ軟化したオーバーラップ部分の硬さを焼き入
れ硬化層なみに回復することができる。従って摺動面の
局部的な摩耗を防止することができ、また破壊の起点を
つくらない。
【００１７】つぎに第２の実施例として摺動軸１を全周
に渡ってスパイラル状にレーザー焼き入れる場合につい
て図７に基づき次に述べる。
に渡ってスパイラル状にレーザー焼き入れる場合につい
て図７に基づき次に述べる。
【００１８】図において、焼き入れ条件はビームサイズ
がφ６ｍｍとし、レーザ光４の移動速度２．０ｍ／ｍｉ
ｎで出力０．８ｋｗとしてφ１６ｍｍ摺動軸１を一定速
度で回転させ、焼き入れ照射跡が互いに重なりあうよう
にレーザ光４を摺動軸１の軸方向に送りピッチ３ｍｍで
移動させながら照射する。
がφ６ｍｍとし、レーザ光４の移動速度２．０ｍ／ｍｉ
ｎで出力０．８ｋｗとしてφ１６ｍｍ摺動軸１を一定速
度で回転させ、焼き入れ照射跡が互いに重なりあうよう
にレーザ光４を摺動軸１の軸方向に送りピッチ３ｍｍで
移動させながら照射する。
【００１９】図８は上記レーザー焼き入れ条件で焼き入
れした後の摺動軸１の断面写真で、ワンパスめのビーム
とツウパスめのビームが重なったオーバーラップ部分８
において陰になった部分が焼き戻されたカ所に相当す
る。図９に上記摺動軸１の焼き入れオーバーラップ部分
８断面の５００倍顕微鏡写真を示す。硬さの低い未変態
オーステナイトとマルテンサイトの混合組織となってい
ることが分かる。また、図１０は上記摺動軸１のショッ
トピーニング処理前の硬さ分布を示す。図からもオーバ
ーラップ部分は焼き入れ要求限度のＨｖ５５０（ＪＩＳ
規格における一般的焼き入れ部分の硬さ）に軟化してい
る。
れした後の摺動軸１の断面写真で、ワンパスめのビーム
とツウパスめのビームが重なったオーバーラップ部分８
において陰になった部分が焼き戻されたカ所に相当す
る。図９に上記摺動軸１の焼き入れオーバーラップ部分
８断面の５００倍顕微鏡写真を示す。硬さの低い未変態
オーステナイトとマルテンサイトの混合組織となってい
ることが分かる。また、図１０は上記摺動軸１のショッ
トピーニング処理前の硬さ分布を示す。図からもオーバ
ーラップ部分は焼き入れ要求限度のＨｖ５５０（ＪＩＳ
規格における一般的焼き入れ部分の硬さ）に軟化してい
る。
【００２０】この摺動軸１のオーバーラップ部分８に対
し第１の実施例で行なった同じ諸条件でショットピーニ
ング処理を施す。図１１はショットピーニング処理後の
摺動軸１断面の硬さ分布を示す。Ｈｖ５５０未満であっ
たオーバーラップ部の硬さはＨｖ５５０以上に回復し
た。
し第１の実施例で行なった同じ諸条件でショットピーニ
ング処理を施す。図１１はショットピーニング処理後の
摺動軸１断面の硬さ分布を示す。Ｈｖ５５０未満であっ
たオーバーラップ部の硬さはＨｖ５５０以上に回復し
た。
【００２１】本発明は摺動軸だけでなく、高エネルギー
ビームで焼き入れした平鋼板や一般的な複雑形状の鋼材
に発生した焼き入れオーバーラップ部分に対しても効果
的で硬さや疲労強度が回復する。
ビームで焼き入れした平鋼板や一般的な複雑形状の鋼材
に発生した焼き入れオーバーラップ部分に対しても効果
的で硬さや疲労強度が回復する。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明は、高エネルギービームで焼き入れされた被処理材
の焼き入れオーバーラップ部分に対し、ショットピーニ
ング処理を施すものである。係る表面処理によれば、金
属部材表面のオーバーラップ部分の硬さを高めるので耐
摩耗性を向上でき局所的な摩耗を防止できる。同時に高
い圧縮残留応力が与えられるので亀裂が発生しにくく金
属部材の疲労強度を向上することができる。さらに、焼
き入れ部分全体に対しショットピーニング処理を行なう
と表面を覆う焼き入れ酸化層がショット作用により除去
されるため後の除去作業を必要としなくなるといった効
果がある。
発明は、高エネルギービームで焼き入れされた被処理材
の焼き入れオーバーラップ部分に対し、ショットピーニ
ング処理を施すものである。係る表面処理によれば、金
属部材表面のオーバーラップ部分の硬さを高めるので耐
摩耗性を向上でき局所的な摩耗を防止できる。同時に高
い圧縮残留応力が与えられるので亀裂が発生しにくく金
属部材の疲労強度を向上することができる。さらに、焼
き入れ部分全体に対しショットピーニング処理を行なう
と表面を覆う焼き入れ酸化層がショット作用により除去
されるため後の除去作業を必要としなくなるといった効
果がある。
【図１】本発明の摺動軸のレーザー焼き入れの一実施例
の図である。
の図である。
【図２】本発明の摺動軸のレーザー焼き入れの様子を示
す図である。
す図である。
【図３】本実施例のショットピーニング処理を説明する
図である。
図である。
【図４】本実施例のショットピーニング処理前の摺動軸
の硬さ分布を示す図である。
の硬さ分布を示す図である。
【図５】本実施例のショットピーニング処理後の摺動軸
の硬さ分布を示す図である。
の硬さ分布を示す図である。
【図６】摺動軸の摩耗特性を示す図である。
【図７】第２の実施例におけるレーザー焼き入れを示す
図である。
図である。
【図８】第２の実施例におけるレーザー焼き入れ後の摺
動軸の金属組織を示す断面写真である。
動軸の金属組織を示す断面写真である。
【図９】焼き入れ摺動軸の金属組織を示す拡大断面写真
である。
である。
【図１０】第２の実施例におけるショットピーニング前
の摺動軸断面の硬さ分布の図である。
の摺動軸断面の硬さ分布の図である。
【図１１】第２の実施例におけるショットピーニング後
の摺動軸断面の硬さ分布の図である。
の摺動軸断面の硬さ分布の図である。
【図１２】従来例を示す図である。
【図１３】従来例を示す図である。
１ 摺動軸 ２ 摺動面 ３ 溝 ７ 鋼球 ＡＢ レーザ光のオーバーラップ部
Claims (1)
- 【請求項１】 金属部材の表面を高エネルギービームで
焼き入れするに際して、高エネルギービームのオーバー
ラップ部分に対し、ショットピーニング加工を施すこと
を特徴とする表面硬化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24044191A JPH0551629A (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 表面硬化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24044191A JPH0551629A (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 表面硬化方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0551629A true JPH0551629A (ja) | 1993-03-02 |
Family
ID=17059542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24044191A Pending JPH0551629A (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 表面硬化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0551629A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10509336A (ja) * | 1994-10-07 | 1998-09-14 | ザ、プロクター、エンド、ギャンブル、カンパニー | 吸収衛生装置 |
| EP3498425A1 (en) * | 2017-12-15 | 2019-06-19 | United Technologies Corporation | Laser assisted surface finishing apparatus and method |
| US10619222B2 (en) * | 2015-04-08 | 2020-04-14 | Metal Improvement Company, Llc | High fatigue strength components requiring areas of high hardness |
| CN112730121A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 江苏徐工工程机械研究院有限公司 | 销轴加工和质量检测装置及方法 |
| US11584969B2 (en) * | 2015-04-08 | 2023-02-21 | Metal Improvement Company, Llc | High fatigue strength components requiring areas of high hardness |
-
1991
- 1991-08-26 JP JP24044191A patent/JPH0551629A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10509336A (ja) * | 1994-10-07 | 1998-09-14 | ザ、プロクター、エンド、ギャンブル、カンパニー | 吸収衛生装置 |
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| US10807214B2 (en) | 2017-12-15 | 2020-10-20 | Raytheon Technologies Corporation | Laser assisted surface finishing apparatus and method |
| CN112730121A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 江苏徐工工程机械研究院有限公司 | 销轴加工和质量检测装置及方法 |
| CN112730121B (zh) * | 2020-12-24 | 2024-04-02 | 江苏徐工工程机械研究院有限公司 | 销轴加工和质量检测装置及方法 |
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