專利名稱：鋼材制品的噴丸處理法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對熱硬化處理后的鋼材制品即被加工品進行賦予壓縮殘留應力的噴丸(以下簡稱為“SP”)處理的鋼材制品的噴丸處理法。在此，作為熱硬化處理，采用氮化(nitriding)處理后的模具(鋼材制品)為例進行說明。就模具、尤其是輕合金(Al、Mg)的模鑄用模具而言，每次成型都會反復進行加熱和冷卻，從而導致產(chǎn)生小的裂紋(熱裂，heat check)。因此，對上述模具的賦形面要求耐熱裂性(耐熱應力疲勞龜裂性)和高精度。但是，本發(fā)明對其它鍛造用模具(冷、熱)也適用，進而自不必說對要求高度耐久性的齒輪、彈簧等鋼材制品也適用。應予說明，本說明書中“維氏硬度(HV)”基于“JIS Z 2244”。另外，在技術用語“噴丸”中，即使不以本來的“噴砂”為目的，也與“噴丸”同樣地還包括將由丸粒所代表的投射材(包括砂粒、切制鋼絲)投射到被加工物上并以“磨削/研磨”為目的的噴射加工法(冷加工法)。
背景技術：
如上所述，以往，為了盡可能地防止模具(鋼材制品)的熱應力疲勞龜裂(熱裂紋)，進行賦予壓縮殘留應力的SP處理，這是公知的(例如，參照專利文獻1、2)。在專利文獻1中記載有利用規(guī)定硬度、粒徑的球狀投射材(丸粒)適當改變其硬度、粒徑地對熱處理后的模具(鋼材制品)進行多次噴砂處理(權利要求3等)。在專利文獻2中記載有在專利文獻1的噴砂處理中使用高硬度且低楊氏模量的非晶型投射材(丸粒)(權利要求3等)。但是，專利文獻1、2均以鍛造乃至壓制用模具為對象(專利文獻1的第0001段、 專利文獻2的第0002段)，并非以本發(fā)明最適對象制品的模鑄用模具作為預定對象。進而， 在專利文獻1、2中未對如下內(nèi)容給予任何公開或啟示在積極地除去由熱處理(熱硬化處理)產(chǎn)生的化合物層(高碳化物層)后進行賦予壓縮殘留應力的SP處理。另一方面，在專利文獻3 5等中記載有如下技術其并非與對模具賦形面進行 SP處理有關的技術，但是在SP處理之前在作為氮化處理后的鋼材制品的螺旋彈簧、齒輪中除去表面異常層(白層、化合物層)的技術。表面異常層的除去用于使賦予壓縮殘留應力的SP處理效果增大。在專利文獻3中記載有用電解處理除去氮化處理后卷曲成型品的白層后，實施SP 處理的螺旋彈簧的制造方法(參照權利要求1等)。在本專利文獻中所記載的化合物層(白層)的除去技術與本發(fā)明不同，不是利用丸粒的除去。在專利文獻4中記載有對包括氮化處理的熱硬化處理后的齒輪的齒底和齒根投射(發(fā)射)尖角形狀的高硬度粒材并除去后進行噴丸的技術(權利要求1等)。在本專利文獻中未記載與利用氮化處理層除去方式提高耐久性有關的信息。在專利文獻5中記載有對于氮化處理后的鋼制齒輪(鋼材制品)齒輪的齒面通過使用維氏硬度為100以上的硬丸粒粒子而除去化合物層，使氮擴散層在齒輪的齒面露出的技術(專利權利要求的范圍等)。在該專利文獻中記載的技術與像本發(fā)明這樣的進行清楚區(qū)別用于除去化合物層的噴丸和賦予壓縮殘留應力的噴丸的二階段處理的技術不同。進而，在非專利文獻1的第103 104頁的“4. 2. 3表面處理模具要求的特性”一項中，關于模鑄用模具的氮化處理，有下述記載?！霸诿鞔_地形成氮化物層的處理的情況下，處理階段中表面由于氮化處理層中的壓縮應力的影響而縱向彎曲，殘留應力降低，之后取得成為最大應力的分布形態(tài)。另外，氣體氮化物的形成少時，顯示出從最表面起取得壓縮殘留應力最大值并緩慢降低的分布形態(tài)。該狀態(tài)是具有傾斜功能的表面處理的形態(tài)，在承受熱循環(huán)的模鑄模具中由氮化物分解而導致的殘留應力的變化少，即使在加熱-冷卻的熱循環(huán)時表面層的應力梯度也會緩慢地變化而顯示出良好的結果。應予說明，在形成有厚氮化物的處理中，認為在熱循環(huán)過程中伴隨著表面氮化物的分解，拉伸應力發(fā)生變化。因此氮化部分增厚的氮化處理模具在操作過程中裂紋產(chǎn)生時間早，在模具表面會被認為是缺陷。但是，在分解過程中裂紋沒有明確地擴大、發(fā)展，即使循環(huán)數(shù)增加開口寬度也未明確地發(fā)生變化”。如上所述，至少在模具中，未看到與積極地利用丸粒處理除去化合物層有關的現(xiàn)有技術文獻。進而，模具自不必說，即使在包括齒輪、線圈的鋼材制品中，對于用丸粒處理是否充分地除去了化合物層，也未確立其判定、確認方法，查明是否充分地除去化合物層的信息也未在實用水平上得到使用。專利文獻專利文獻1 日本特開平10-217122號公報專利文獻2 日本特開2003-191166號公報專利文獻3 日本特開平5-156351號公報專利文獻4 日本特開2002-166366號公報專利文獻5 日本特開2006-131922號公報非專利文獻非專利文獻1 日原政彥著“模鑄用模具的壽命對策”日刊工業(yè)新聞社，2003年，第 103 104頁


[圖1]是用于說明本發(fā)明的噴丸處理法的流程圖。[圖2]是分別表示本發(fā)明中使用的噴丸裝置的一例即空氣式加速裝置中的㈧吸入式(重力式)、(B)直壓式的模型圖。[圖3]是渦電流傳感器的渦電流產(chǎn)生原理圖及表示在正常狀態(tài)和異常狀態(tài)中的渦電流形態(tài)的模型圖。[圖4]同是在檢測時正常狀態(tài)和異常狀態(tài)的檢測波形的模型圖。[圖5]是示出利用渦電流檢查裝置判別是否除去化合物層的3σ判定圓和2. 5 σ 判定圓的顯示模型圖。[圖6]是表示本發(fā)明的噴丸處理系統(tǒng)的一例的平面模型圖。
[圖7]同是正面模型圖。[圖8]是表示耐熱循環(huán)性的試驗方法的模型圖。[圖9]是用于上述試驗方法的熱循環(huán)的模型圖。[圖10]是表示耐熱循環(huán)性試驗結果的截面照片。

發(fā)明內(nèi)容
于是，近來在模鑄用模具等中期望著進一步提高耐熱應力疲勞龜裂性(耐熱裂性)。鑒于上述，本發(fā)明的目的(課題)在于，提供在對熱硬化處理后的鋼材制品即被加工品的被處理面進行噴丸(以下簡稱為“SP”)處理的方法中，能夠使上述鋼材制品的處理面的耐久性(尤其是耐熱循環(huán)性)顯著提高的SP處理法。因此，本發(fā)明人等嘗試如下在模鑄用模具等中，在賦予壓縮殘留應力的噴丸之前，通過使用高硬度丸粒乃至銳角狀投射材(砂粒)的噴丸而除去氮化處理后的氮化物層 (化合物層)。然后，本發(fā)明人等在對于模具的熱應力疲勞龜裂(熱裂)深入研究噴丸造成的現(xiàn)象的過程中認識到在第一次丸粒處理中充分除去化合物層(實質(zhì)上未觀測到化合物層的痕跡)是重要的，想到本發(fā)明所涉及的下述構成的鋼材制品的噴丸處理法。其特征在于，是一種對熱硬化處理后的鋼材制品即被加工品進行噴丸(以下簡稱為“SP”)處理的方法；包括除去由熱硬化處理產(chǎn)生的化合物層的第一 SP處理、和對該第一 SP處理后的第一 SP處理面賦予壓縮殘留應力的第二 SP處理，對于第一 SP處理面的化合物層是否被除去，經(jīng)過基于非破壞檢查的合格與否判定，僅對合格品進行上述第二 SP處理。就本發(fā)明的鋼材制品的噴丸處理方法而言，經(jīng)過化合物層是否由第一 SP處理充分地除去的合格與否判定，從而如后述實施例所示，能夠與以往相比顯著地防止模具發(fā)生起因于熱裂(熱應力疲勞)的龜裂(熱裂)。例如，如后述實施例所示，即使進行了第一 SP 處理，如果其不充分，則與不進行第一 SP處理時相比，龜裂(裂紋)數(shù)停留在約1/4，與此相對，如果利用第一 SP處理完全除去，則龜裂數(shù)變?yōu)榧s1/30(參照圖10)。作為結果，能夠盡可能穩(wěn)定地解決由熱循環(huán)導致的熱裂(熱應力疲勞龜裂)產(chǎn)生的問題?？梢詫⒑细衽c否判定后的不合格品預先收集、匯總，進行第一 SP處理，但是也能將不合格品連續(xù)地退回至第一 SP處理。優(yōu)選通過利用渦電流傳感器的非破壞檢查法進行上述合格與否判定。其具有可對被加工品的全部點進行判定這樣的優(yōu)點。即，在是否殘留化合物層的檢查中存在破壞檢查和非破壞檢查，但破壞檢查不適合實用。原因是在實用水平上需要進行全部點的檢查而在使用破壞性的測量方法中不能進行全部點的檢查的緣故。例如，如果測定硬度，則會在測定時殘留壓痕。進而，通過利用渦電流傳感器非破壞地進行檢查，從而具有能夠減少工時數(shù)、裝置變得簡易這樣的優(yōu)點。例如，作為非破壞檢查，還考慮到組織檢查，但在像模具這樣的大型制品中組織觀察存在耗費工時數(shù)這樣的問題。另外，X射線檢查中存在裝置變得非常大規(guī)模這樣的問題。應予說明，雖然公知非破壞地測量壓縮殘留應力是公知的，但本發(fā)明人等確認壓縮殘留應力與化合物層的殘留率無相關關系。另外，鋼材制品不限定于經(jīng)氮化處理的鋼材制品，也能適用于經(jīng)滲碳、淬火等熱硬化處理的鋼材制品。
具體實施例方式下面，對用于實施本發(fā)明的方式進行說明。在此，作為熱硬化處理后的鋼材制品即被加工品，采用氮化處理后的輕合金模鑄用模具(例如SKD制造)為例進行說明。在本發(fā)明中，“氮化處理”是指通過將含有Al、Cr、Mo、Ti和V中的任意一種以上的合金鋼在NH3氣中于500°C附近的低溫進行加熱而在其表面獲得極其堅硬的氮化層的熱處理。目前，氮化法有氣體法、鹽浴法、等離子體(離子)法。各氮化處理法根據(jù)處理物的加熱方法和氮化中所需活性氮的供給法不同而有很大的不同。氮化與滲碳淬火和高頻淬火不同，其特征是在NH3氣中加熱至約500°C，使氮滲透到鋼的表面而使氮化鐵的硬化層生成，之后不需要淬火等操作。因此，氮化的處理溫度與其它表面硬化法不同，由于是500 600°C的低溫、是 α -Fe區(qū)域的處理，因此即使實施氮化處理，由氮化導致的直接尺寸變形也少，此外由于在氮化層的最表面層存在穩(wěn)定的壓縮應力，因此具有耐磨損性和耐疲勞性，即使溫度上升到接近約600°C也不會引起軟化，對熱也比較穩(wěn)定，耐腐蝕性也比較良好，因此在工業(yè)上得到廣泛應用。氣體氮化法利用活性氮的擴散在鋼表面獲得高硬度的擴散層，其氮化機理為使得通過以如下反應
權利要求
1.一種鋼材制品的噴丸處理法，其特征在于，是對熱硬化處理后的鋼材制品即被加工品進行噴丸處理的方法，其中，噴丸以下簡稱為“SP”；其包括除去由所述熱硬化處理產(chǎn)生的化合物層的第一 SP處理，及對該第一 SP處理后的第一 SP處理面賦予壓縮殘留應力的第二 SP處理； 對于第一 SP處理面的化合物層是否被除去，經(jīng)過基于非破壞檢查的合格與否判定，僅對合格品進行所述第二 SP處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的鋼材制品的噴丸處理法，其特征在于，進一步將所述合格與否判定后的不合格品退回第一 SP處理。
3.根據(jù)權利要求1所述的鋼材制品的噴丸處理法，其特征在于，用渦電流傳感器進行用于所述合格與否判定的非破壞檢查。
4.根據(jù)權利要求3所述的鋼材制品的噴丸處理法，其特征在于，所述合格與否判定如下進行對被加工品中的未處理品或者處理完成品的非處理部位的多個點的交流電流的相位差(時間)和振幅差(電壓)兩者進行測定，將來自渦電流傳感器的測定信號輸入到介由計算電路連接的顯示電路，將隨機變量X為μ-ησ <Χ< μ+ησ 的所述相位差和振幅差的范圍在二維坐標中以判定圓的形式來表示，其中，μ 平均值，σ 標準偏差，η 2. 5 3. 5 ；將與處理完成部位對應的多個點的所述相位差、振幅差的測定點坐標全部被標繪在該判定圓的外側的情況判定為合格品。
5.根據(jù)權利要求4所述的鋼材制品的噴丸處理法，其特征在于，將隨機變量X為 μ -3 σ < X < μ +3 σ的所述相位差和振幅差的范圍設為所述判定圓。
6.根據(jù)權利要求1 5中任一項所述的鋼材制品的噴丸處理法，其特征在于，所述熱硬化處理后的鋼材制品是含有Al、Cr、Mo、Ti及V中的任意一種以上的鋼材制品的氮化處理PΡΠ O
7.根據(jù)權利要求6所述的鋼材制品的噴丸處理法，其特征在于，所述鋼材制品是輕合金模鑄用模具。
8.一種鋼材制品的噴丸處理系統(tǒng)，其特征在于，是用于對熱硬化處理后的鋼材制品即被加工品進行噴丸處理的方法的噴丸處理系統(tǒng)，其中，噴丸以下簡稱為“SP” ；其包括在除去由所述熱硬化處理產(chǎn)生的化合物層的第一 SP處理中使用的第一 SP裝置， 在對所述第一 SP處理后的第一 SP處理面賦予壓縮殘留應力的第二 SP處理中使用的第二 SP裝置，及對于所述第一 SP處理面的化合物層是否被除去進行合格與否判定的判定裝置； 附設有如下裝置在所述判定裝置中判定為合格時，將被加工品傳送到第二 SP裝置的傳送裝置；及在判定為不合格時，將被加工品傳送到第一 SP裝置的不合格品傳送裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供在對熱硬化處理后的鋼材制品即被加工品的被處理面進行噴丸(以下簡稱為“SP”)處理的方法中，能夠使上述鋼材制品的處理面的耐久性(尤其是耐熱循環(huán)性)顯著提高的SP處理法。在對熱硬化處理后的鋼材制品即被加工品進行SP處理的方法中，包括除去由熱硬化處理產(chǎn)生的化合物層(白層)的第一SP處理、及對該第一SP處理后的第一SP處理面賦予壓縮殘留應力的第二SP處理，對于第一SP處理面的化合物層是否被除去，經(jīng)過基于非破壞檢查的合格與否判定，僅對合格品進行上述第二SP處理。
文檔編號B24C1/10GK102574273SQ201080043369
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月15日 優(yōu)先權日2009年9月30日
發(fā)明者小林祐次 申請人:新東工業(yè)株式會社