JPH073427A - 部分強化用の溶射方法 - Google Patents
部分強化用の溶射方法Info
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- JPH073427A JPH073427A JP5173660A JP17366093A JPH073427A JP H073427 A JPH073427 A JP H073427A JP 5173660 A JP5173660 A JP 5173660A JP 17366093 A JP17366093 A JP 17366093A JP H073427 A JPH073427 A JP H073427A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 自動車など薄鋼板製のプレス成形品の軽量化
に伴い、板厚減少を補なうべく、部分的に溶射皮膜で補
強する。 【構成】 高周波プラズマ溶射法またはハイブリッドプ
ラズマ溶射法により、鋼板製のプレス成形品に対し部分
的に溶射を行って溶射皮膜を形成し、当該部分の板厚を
増加させる。またこの皮膜が鉄、炭素鋼、鉄基合金、Ｎ
ｉ基合金、Ｃｏ基合金、Ａｌ、Ａｌ合金のいずれか１種
または２種以上よりなることを特徴とする。
に伴い、板厚減少を補なうべく、部分的に溶射皮膜で補
強する。 【構成】 高周波プラズマ溶射法またはハイブリッドプ
ラズマ溶射法により、鋼板製のプレス成形品に対し部分
的に溶射を行って溶射皮膜を形成し、当該部分の板厚を
増加させる。またこの皮膜が鉄、炭素鋼、鉄基合金、Ｎ
ｉ基合金、Ｃｏ基合金、Ａｌ、Ａｌ合金のいずれか１種
または２種以上よりなることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は鋼板製品、特に薄鋼板製
のプレス成形品の軽量化に伴ない板厚減少した部材の部
分的な補強に関するものである。
のプレス成形品の軽量化に伴ない板厚減少した部材の部
分的な補強に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の成形品は板厚一定の薄鋼板をプレ
ス成形して作製しており、元の薄鋼板の厚みは成形後の
最も強度が要求される部位の板厚を確保する厚みに設定
されている。そのため、これ以外の部位の板厚は本来必
要とされる厚みよりも厚くなっているのが現状である。
したがって、成形品全体としては余分な鋼板を用いてい
ることになり軽量化の妨げとなっている。特に自動車用
に使用される薄鋼板プレス成形品は、軽量化のために強
度が確保できる最低の板厚にする必要がある。このため
特開昭６１−６０２２２号では強度の要求される部位に
高硬度溶融ビードを形成し、これによって必要な強度を
確保しようとしている。
ス成形して作製しており、元の薄鋼板の厚みは成形後の
最も強度が要求される部位の板厚を確保する厚みに設定
されている。そのため、これ以外の部位の板厚は本来必
要とされる厚みよりも厚くなっているのが現状である。
したがって、成形品全体としては余分な鋼板を用いてい
ることになり軽量化の妨げとなっている。特に自動車用
に使用される薄鋼板プレス成形品は、軽量化のために強
度が確保できる最低の板厚にする必要がある。このため
特開昭６１−６０２２２号では強度の要求される部位に
高硬度溶融ビードを形成し、これによって必要な強度を
確保しようとしている。
【０００３】一方、厚膜（０．５ｍｍ程度）を形成する
手法として溶射法は最適な手法の一つに挙げられる。溶
射プロセスには従来のフレーム溶射、大気プラズマ溶射
をはじめ、減圧プラズマ溶射、ＨＶＯＦ、高周波プラズ
マ溶射など様々なものがある。従来の金属溶射は鉄系基
材の耐摩耗性、耐熱性、耐腐食性の機能を高めることを
目的としたものが多く、鉄を皮膜材として適用した例は
球状黒鉛鋳鉄と軟鋼棒の接合、鉄アルミナイド金属間化
合物の創製、溶射における凝固現象の解析用などに限ら
れている。すなわち基材の強化用として適用された例は
なかった。
手法として溶射法は最適な手法の一つに挙げられる。溶
射プロセスには従来のフレーム溶射、大気プラズマ溶射
をはじめ、減圧プラズマ溶射、ＨＶＯＦ、高周波プラズ
マ溶射など様々なものがある。従来の金属溶射は鉄系基
材の耐摩耗性、耐熱性、耐腐食性の機能を高めることを
目的としたものが多く、鉄を皮膜材として適用した例は
球状黒鉛鋳鉄と軟鋼棒の接合、鉄アルミナイド金属間化
合物の創製、溶射における凝固現象の解析用などに限ら
れている。すなわち基材の強化用として適用された例は
なかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記の高硬度溶融ビー
ドを形成した場合、板厚が不十分なため強度の上昇が十
分とは言い難い。また、曲げ剛性の向上は期待できな
い。なぜなら曲げモーメントは断面２次モーメントに比
例するからである。
ドを形成した場合、板厚が不十分なため強度の上昇が十
分とは言い難い。また、曲げ剛性の向上は期待できな
い。なぜなら曲げモーメントは断面２次モーメントに比
例するからである。
【０００５】また、溶射により厚みを増大する場合の問
題点としては、皮膜内部に多数の気孔を含んでいるため
に皮膜の引張り強度や疲労特性が母材である薄鋼板より
極めて低いこと、減圧プラズマ溶射法やＰＴＡ法では溶
射・肉盛時に薄鋼板を高温に上げたり、溶融させるため
に薄鋼板が変形してしまうこと、ＨＶＯＦ系の溶射では
粒子速度が速いために溶射時の衝撃によりやはり薄鋼板
が変形するおそれがあることが挙げられる。近年開発が
なされつつある高周波プラズマ溶射やハイブリッドプラ
ズマ溶射は緻密な皮膜の形成が可能であり、大きな粒子
の使用が可能なために薄鋼板の温度を上げなくても粒子
の熱容量を利用して高い密着力を得ることが原理的には
できるが、高周波入力が低かったために従来溶射法より
も１桁以上大きい粒子を使用することができなかった。
題点としては、皮膜内部に多数の気孔を含んでいるため
に皮膜の引張り強度や疲労特性が母材である薄鋼板より
極めて低いこと、減圧プラズマ溶射法やＰＴＡ法では溶
射・肉盛時に薄鋼板を高温に上げたり、溶融させるため
に薄鋼板が変形してしまうこと、ＨＶＯＦ系の溶射では
粒子速度が速いために溶射時の衝撃によりやはり薄鋼板
が変形するおそれがあることが挙げられる。近年開発が
なされつつある高周波プラズマ溶射やハイブリッドプラ
ズマ溶射は緻密な皮膜の形成が可能であり、大きな粒子
の使用が可能なために薄鋼板の温度を上げなくても粒子
の熱容量を利用して高い密着力を得ることが原理的には
できるが、高周波入力が低かったために従来溶射法より
も１桁以上大きい粒子を使用することができなかった。
【０００６】本発明は上記のような課題を解決し、溶射
方法を利用して鋼板のプレス成形品の部分的強化を達成
する方法を提供することを目的とする。
方法を利用して鋼板のプレス成形品の部分的強化を達成
する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】本発明は前記課題を解決
するものであって、高周波プラズマ溶射法またはハイブ
リッドプラズマ溶射法により、鋼板製のプレス成形品に
対し部分的に溶射を行って溶射皮膜を形成し、当該部分
の板厚を増加させることを特徴とする部分強化用の溶射
方法である。またここにおいて、溶射皮膜が鉄、炭素
鋼、鉄基合金、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金、Ａｌ、Ａｌ合
金のいずれか１種または２種以上よりなること、高周波
入力が１５０〜３００ｋＷのハイブリッドプラズマ溶射
装置により、粒径０．１〜１ｍｍの金属粒子を溶射する
ことも特徴とする。
するものであって、高周波プラズマ溶射法またはハイブ
リッドプラズマ溶射法により、鋼板製のプレス成形品に
対し部分的に溶射を行って溶射皮膜を形成し、当該部分
の板厚を増加させることを特徴とする部分強化用の溶射
方法である。またここにおいて、溶射皮膜が鉄、炭素
鋼、鉄基合金、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金、Ａｌ、Ａｌ合
金のいずれか１種または２種以上よりなること、高周波
入力が１５０〜３００ｋＷのハイブリッドプラズマ溶射
装置により、粒径０．１〜１ｍｍの金属粒子を溶射する
ことも特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明は強度が要求される部位にのみ部分的に
板厚を増加し、曲げ剛性を含む強度を確保してプレス前
の薄鋼板の厚みを低減して軽量化を実現する溶射製品お
よび溶射方法を提供する。本発明では部分的な溶射皮膜
の形成を大出力の高周波またはハイブリッドプラズマ溶
射法により成形品が変形することなく行なって、成形品
の軽量化を達成する。このプロセスを用い鋼板製品のプ
レス成形品に部分的に溶射皮膜を形成し、部分的に板厚
が増加している溶射製品を形成する。
板厚を増加し、曲げ剛性を含む強度を確保してプレス前
の薄鋼板の厚みを低減して軽量化を実現する溶射製品お
よび溶射方法を提供する。本発明では部分的な溶射皮膜
の形成を大出力の高周波またはハイブリッドプラズマ溶
射法により成形品が変形することなく行なって、成形品
の軽量化を達成する。このプロセスを用い鋼板製品のプ
レス成形品に部分的に溶射皮膜を形成し、部分的に板厚
が増加している溶射製品を形成する。
【０００９】部分的に板厚を増加させることにより部分
的に引張り荷重、曲げ剛性、座屈荷重などの強度が上昇
する。安価な鉄、炭素鋼を溶射する場合の板厚は、通常
のプレス成形品の板厚は３ｍｍ程度であるので、強度を
確保するために皮膜の厚みは０．３ｍｍ以上必要であ
る。一方、皮膜厚みが板厚以上になると延性に劣る皮膜
部での荷重負担が鋼板部より大きくなるため、皮膜の厚
みは板厚より薄くする必要がある。またＡｌやＡｌ合
金、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金は皮膜と基材の弾性率を変
える必要がある時に使用し、厚みは応力分布計算に基づ
く最適値にすることが望ましい。溶射皮膜材質や厚みを
制御し、ヤング率や厚みをプレス成形品の形状に最適化
させることにより、さらなる強度の上昇が期待できる。
的に引張り荷重、曲げ剛性、座屈荷重などの強度が上昇
する。安価な鉄、炭素鋼を溶射する場合の板厚は、通常
のプレス成形品の板厚は３ｍｍ程度であるので、強度を
確保するために皮膜の厚みは０．３ｍｍ以上必要であ
る。一方、皮膜厚みが板厚以上になると延性に劣る皮膜
部での荷重負担が鋼板部より大きくなるため、皮膜の厚
みは板厚より薄くする必要がある。またＡｌやＡｌ合
金、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金は皮膜と基材の弾性率を変
える必要がある時に使用し、厚みは応力分布計算に基づ
く最適値にすることが望ましい。溶射皮膜材質や厚みを
制御し、ヤング率や厚みをプレス成形品の形状に最適化
させることにより、さらなる強度の上昇が期待できる。
【００１０】従来の溶射に使用されている粒子径は１０
〜４４μｍが一般的である。高周波プラズマ溶射ではプ
ラズマのガス速度が通常の溶射より１〜２桁遅く、粒子
のプラズマ内部での滞留時間が長いために粒子の十分な
溶融ができ、大きな粒子の使用が可能である。しかしな
がら現行の高周波プラズマ溶射の出力は高々１００ｋＷ
であるために通常の溶射よりも１桁以上大きい粒子を溶
融することは困難であり、これを達成するには高周波入
力は１５０ｋＷ以上必要となる。一方経済性の点から高
周波入力の上限は３００ｋＷとし、粒径が小さすぎると
溶射中に蒸発してしまうので粒径は１００μｍ以上必要
で、上限値は３００ｋＷで溶融可能な大きさの１ｍｍと
なる。ただし、材料の融点、比熱、熱伝導度によって溶
射材料の溶融のしやすさが変わるので、材料によっては
適宜粉末を分級して使用することが望ましい。
〜４４μｍが一般的である。高周波プラズマ溶射ではプ
ラズマのガス速度が通常の溶射より１〜２桁遅く、粒子
のプラズマ内部での滞留時間が長いために粒子の十分な
溶融ができ、大きな粒子の使用が可能である。しかしな
がら現行の高周波プラズマ溶射の出力は高々１００ｋＷ
であるために通常の溶射よりも１桁以上大きい粒子を溶
融することは困難であり、これを達成するには高周波入
力は１５０ｋＷ以上必要となる。一方経済性の点から高
周波入力の上限は３００ｋＷとし、粒径が小さすぎると
溶射中に蒸発してしまうので粒径は１００μｍ以上必要
で、上限値は３００ｋＷで溶融可能な大きさの１ｍｍと
なる。ただし、材料の融点、比熱、熱伝導度によって溶
射材料の溶融のしやすさが変わるので、材料によっては
適宜粉末を分級して使用することが望ましい。
【００１１】プラズマ操業時の溶射条件は高周波入力：
１５０〜３００ｋＷ、半径方向の窒素ガス：３０〜１５
０ｌ／ｍｉｎ、同水素ガス：０〜２０ｌ／ｍｉｎ、同ア
ルゴンガス：０〜１５０ｌ／ｍｉｎ、回転方向の窒素ガ
ス：０〜２０ｌ／ｍｉｎ、同アルゴンガス：０〜３０ｌ
／ｍｉｎをプラズマが安定しつつかつプラズマトーチを
破損しないように設定する。またハイブリッドプラズマ
溶射の場合は上記に加え、ＤＣプラズマ条件としてＤＣ
入力（電流値）：１００〜７００Ａ、ＤＣアルゴンガ
ス：８〜２０ｌ／ｍｉｎであり、粒子の速度が溶射時に
最適になるように設定する。
１５０〜３００ｋＷ、半径方向の窒素ガス：３０〜１５
０ｌ／ｍｉｎ、同水素ガス：０〜２０ｌ／ｍｉｎ、同ア
ルゴンガス：０〜１５０ｌ／ｍｉｎ、回転方向の窒素ガ
ス：０〜２０ｌ／ｍｉｎ、同アルゴンガス：０〜３０ｌ
／ｍｉｎをプラズマが安定しつつかつプラズマトーチを
破損しないように設定する。またハイブリッドプラズマ
溶射の場合は上記に加え、ＤＣプラズマ条件としてＤＣ
入力（電流値）：１００〜７００Ａ、ＤＣアルゴンガ
ス：８〜２０ｌ／ｍｉｎであり、粒子の速度が溶射時に
最適になるように設定する。
【００１２】
【実施例】図１に示すように、２００×２００×ｔ０．
８ｍｍのＳＳ４５鋼板１の中心部の直径１００ｍｍの範
囲にＣｏＮｉＣｒＡｌＹの溶射部分２を形成した。成分
を表１に示す。溶射方法はハイブリッドプラズマ溶射法
で溶射条件は以下の通りである。
８ｍｍのＳＳ４５鋼板１の中心部の直径１００ｍｍの範
囲にＣｏＮｉＣｒＡｌＹの溶射部分２を形成した。成分
を表１に示す。溶射方法はハイブリッドプラズマ溶射法
で溶射条件は以下の通りである。
【００１３】
【表１】
【００１４】高周波入力 ２５０ｋＷ 直流入力 ３００Ａ プラズマガス条件 半径方向 窒素 １００ｌ
／ｍｉｎ 回転方向 アルゴン １５ｌ／ｍｉｎ ＤＣガス アルゴン １０ｌ／ｍｉｎ キャリア アルゴン ４ｌ／ｍｉｎ 粉末供給量 １５０〜５００μｍ ２０ｇ
／ｍｉｎ 基板位置（プラズマトーチから基板までの距離）
２５ｃｍ
／ｍｉｎ 回転方向 アルゴン １５ｌ／ｍｉｎ ＤＣガス アルゴン １０ｌ／ｍｉｎ キャリア アルゴン ４ｌ／ｍｉｎ 粉末供給量 １５０〜５００μｍ ２０ｇ
／ｍｉｎ 基板位置（プラズマトーチから基板までの距離）
２５ｃｍ
【００１５】また、この鋼板からＪＩＳ１３号Ｂ試験片
３を図２のように切り出し、引張り試験を行なった結果
を表２に示す。この表からわかるように降伏、破断時の
荷重が板厚の増加に伴い大きくなっている。
３を図２のように切り出し、引張り試験を行なった結果
を表２に示す。この表からわかるように降伏、破断時の
荷重が板厚の増加に伴い大きくなっている。
【００１６】
【表２】
【００１７】
【発明の効果】本発明では余分な板厚を除去できるとと
もに、溶射皮膜の形成範囲、厚み、ヤング率を任意に形
成することによりプレス成形品の強度分布を任意に設計
することができる。そしてたとえば自動車において必要
な強度を確保しつつ、総重量の軽量化が達成され、ひい
ては燃費の向上が可能となる。
もに、溶射皮膜の形成範囲、厚み、ヤング率を任意に形
成することによりプレス成形品の強度分布を任意に設計
することができる。そしてたとえば自動車において必要
な強度を確保しつつ、総重量の軽量化が達成され、ひい
ては燃費の向上が可能となる。
【図１】実施例における溶射の方法を示す図
【図２】実施例における引張り試験片の切出し状況を示
す図
す図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 亨 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 宮崎 康信 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 小原 昌弘 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内
Claims (3)
- 【請求項１】 高周波プラズマ溶射法またはハイブリッ
ドプラズマ溶射法により、鋼板製のプレス成形品に対し
部分的に溶射を行って溶射皮膜を形成し、当該部分の板
厚を増加させることを特徴とする部分強化用の溶射方
法。 - 【請求項２】 溶射皮膜が鉄、炭素鋼、鉄基合金、Ｎｉ
基合金、Ｃｏ基合金、Ａｌ、Ａｌ合金のいずれか１種ま
たは２種以上よりなることを特徴とする請求項１に記載
の部分強化用の溶射方法。 - 【請求項３】 高周波入力が１５０〜３００ｋＷのハイ
ブリッドプラズマ溶射装置により、粒径０．１〜１ｍｍ
の金属粒子を溶射することを特徴とする請求項１または
２に記載の部分強化用の溶射方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05173660A JP3093527B2 (ja) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | 部分強化用の溶射方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05173660A JP3093527B2 (ja) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | 部分強化用の溶射方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH073427A true JPH073427A (ja) | 1995-01-06 |
| JP3093527B2 JP3093527B2 (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=15964741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05173660A Expired - Fee Related JP3093527B2 (ja) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | 部分強化用の溶射方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3093527B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004013094B4 (de) * | 2003-03-17 | 2006-09-14 | Toyota Jidosha K.K., Toyota | Verfahren und Vorrichtung zur Festigkeitssteigerung von Teilen eines metallischen Werkstoffs durch Kaltverfestigung |
-
1993
- 1993-06-22 JP JP05173660A patent/JP3093527B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004013094B4 (de) * | 2003-03-17 | 2006-09-14 | Toyota Jidosha K.K., Toyota | Verfahren und Vorrichtung zur Festigkeitssteigerung von Teilen eines metallischen Werkstoffs durch Kaltverfestigung |
| US7240529B2 (en) | 2003-03-17 | 2007-07-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Partially reinforcing method and apparatus of metal material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3093527B2 (ja) | 2000-10-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000718 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |