ばね鋼の温間ショットピーニング加工に関する研究 塑性加工研究室 福 岡 義 晃 鋼球 材料 塑性変形 加工硬化 圧縮残留応力 図 ショットピーニング加工 ばね鋼の温間ショットピーニング加工に関する研究 塑性加工研究室 福 岡 義 晃 疲労強度向上 塑性変形 加工硬化 圧縮残留応力 材料 図 ショットピーニング加工 加熱温度 高 鋼球 鋼球 変形抵抗 小 加熱温度 250℃～300℃ 塑性変形 大 材料 材料 圧縮残留応力 大 （a）冷間加工 加工硬化 圧縮残留応力 （b）温間加工 図 温間と冷間ショットピーニング加工の違い 試験片 台車 治具 レール 治具回転用モーター 台車送り用モーター 図 ショットピーニング加工におけるモデル装置 実験条件 鋼球直径 ：10mm カバレージ ：100% 投射速度 ：36m/s 加工温度 ：室温～400℃ カバー 軸受鋼 （HV700） 治具 投射速度 鎖 試験片 投射角度 （30° ） 台車 ヒーター 台車送り 図 治具の構造 ばね鋼（SUP9） 焼入れ温度 焼戻し温度 930℃ 400℃（HV510） 500℃（HV420） 12 加工面 25 図 試験片形状 高温硬さ HV 600 500 400 300 200 100 0 焼戻し温度 ●：400℃ ▲：500℃ 100 200 300 400 加熱温度 / ℃ 図 高温ビッカース硬さ 500 0.03 焼戻し温度 ●：400℃ ▲：500℃ 0.02 0.01 h 圧痕深さ比 h/D 0.04 0 100 200 300 400 加工温度 / ℃ 図 圧痕深さ比と加工温度の関係 800 加工温度 ●：20℃ ▲：100℃ ■：200℃ ▼：300℃ ◆：400℃ ◆：450℃ 硬さ HV 700 600 500 400 未加工材 300 0 0.1 0.2 0.3 0.4 （表面） 表面からの深さ / mm 0.5 図 硬さ分布測定（500℃焼戻し材） 0 残留応力 / MPa -200 -400 加工温度 ●：20℃ ▲：100℃ ■：200℃ ▼：300℃ -600 -800 -1000 -1200 0 0.5 1 1.5 （表面） 表面からの深さ / mm 2 図 残留応力分布測定（500℃焼戻し） 残留応力 / MPa 0 -200 焼戻し温度 ●：400℃ ▲：500℃ -400 -600 -800 -1000 0 100 200 300 400 加熱温度 / ℃ 500 図 温度を変化させた場合の残留応力の解放 加工温度の与える影響 加工温度 変形量 大 圧縮残留応力 加工硬化 高 回復 大 圧縮残留応力 加工硬化 残留応力 変形量 最 適 加 工 温 度 回復 加工温度 大 小 治具 鋼球 試験片 図 軸受鋼と治具の接続 X線残留応力測定 球：Cr 管電圧：30kV 入射X線 法線 ψ 管電流：10mA 電解研磨面積：5×5mm X線照射面積：3×3mm ブラッグ反射 nλ=2dsinθ 回折X線 θ 圧縮応力 格子面 2θ 2θ 管 引張り応力 格子間隔 d 2 sinψ 図 X線回折とひずみ測定の概念図 図 2 2θー sinψ 線図 1000 硬さ HV 800 焼入れ材 600 400 200 焼戻し温度 ●：400℃ ▲：500℃ 0 0.5 1 1.5 （表面） 表面からの深さ / mm 図 試験材料硬さ分布 2 表 実際加工の材料表面温度 加工前温度 加工時温度 加工後温度 400℃ 300℃→250℃ 280℃→R.T. 300℃ 200℃→150℃ 190℃→R.T. 200℃ 130℃→100℃ 130℃→R.T. 残留応力 / MPa 0 加熱温度 ●：20℃ ▲：100℃ ■：200℃ ▼：300℃ ◆：400℃ -200 -400 -600 -800 0 （表面） 0.1 0.2 0.3 表面からの深さ / mm 図 実際加工における板厚方向残留応力と 加工温度の関係 硬さ HV 550 加熱温度 ●：20℃ ▲：100℃ ■：200℃ ▼：300℃ ◆：400℃ ×：500℃ 500 450 400 未加工材 350 0 0.1 （表面） 0.2 0.3 0.4 0.5 表面からの深さ / mm 図 実際加工における板厚方向硬さと 加工温度の関係 中心線平均粗さ / μm 5 4 3 2 1 0 100 200 300 400 500 加熱温度 / ℃ 図 実際加工における表面粗さと 加工温度の関係
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