专利名称：钢材制品的喷丸处理法的制作方法
技术领域：
本发明涉及对热硬化处理后的钢材制品即被加工品进行赋予压缩残留应力的喷丸(以下简称为“SP”)处理的钢材制品的喷丸处理法。在此，作为热硬化处理，采用氮化(nitriding)处理后的模具(钢材制品)为例进行说明。就模具、尤其是轻合金(Al、Mg)的模铸用模具而言，每次成型都会反复进行加热和冷却，从而导致产生小的裂纹(热裂，heat check)。因此，对上述模具的赋形面要求耐热裂性(耐热应力疲劳龟裂性)和高精度。但是，本发明对其它锻造用模具(冷、热)也适用，进而自不必说对要求高度耐久性的齿轮、弹簧等钢材制品也适用。应予说明，本说明书中“维氏硬度(HV)”基于“JIS Z 2244”。另外，在技术用语“喷丸”中，即使不以本来的“喷砂”为目的，也与“喷丸”同样地还包括将由丸粒所代表的投射材(包括砂粒、切制钢丝)投射到被加工物上并以“磨削/研磨”为目的的喷射加工法(冷加工法)。
背景技术：
如上所述，以往，为了尽可能地防止模具(钢材制品)的热应力疲劳龟裂(热裂纹)，进行赋予压缩残留应力的SP处理，这是公知的(例如，参照专利文献1、2)。在专利文献1中记载有利用规定硬度、粒径的球状投射材(丸粒)适当改变其硬度、粒径地对热处理后的模具(钢材制品)进行多次喷砂处理(权利要求3等)。在专利文献2中记载有在专利文献1的喷砂处理中使用高硬度且低杨氏模量的非晶型投射材(丸粒)(权利要求3等)。但是，专利文献1、2均以锻造乃至压制用模具为对象(专利文献1的第0001段、 专利文献2的第0002段)，并非以本发明最适对象制品的模铸用模具作为预定对象。进而， 在专利文献1、2中未对如下内容给予任何公开或启示在积极地除去由热处理(热硬化处理)产生的化合物层(高碳化物层)后进行赋予压缩残留应力的SP处理。另一方面，在专利文献3 5等中记载有如下技术其并非与对模具赋形面进行 SP处理有关的技术，但是在SP处理之前在作为氮化处理后的钢材制品的螺旋弹簧、齿轮中除去表面异常层(白层、化合物层)的技术。表面异常层的除去用于使赋予压缩残留应力的SP处理效果增大。在专利文献3中记载有用电解处理除去氮化处理后卷曲成型品的白层后，实施SP 处理的螺旋弹簧的制造方法(参照权利要求1等)。在本专利文献中所记载的化合物层(白层)的除去技术与本发明不同，不是利用丸粒的除去。在专利文献4中记载有对包括氮化处理的热硬化处理后的齿轮的齿底和齿根投射(发射)尖角形状的高硬度粒材并除去后进行喷丸的技术(权利要求1等)。在本专利文献中未记载与利用氮化处理层除去方式提高耐久性有关的信息。在专利文献5中记载有对于氮化处理后的钢制齿轮(钢材制品)齿轮的齿面通过使用维氏硬度为100以上的硬丸粒粒子而除去化合物层，使氮扩散层在齿轮的齿面露出的技术(专利权利要求的范围等)。在该专利文献中记载的技术与像本发明这样的进行清楚区别用于除去化合物层的喷丸和赋予压缩残留应力的喷丸的二阶段处理的技术不同。进而，在非专利文献1的第103 104页的“4. 2. 3表面处理模具要求的特性”一项中，关于模铸用模具的氮化处理，有下述记载。“在明确地形成氮化物层的处理的情况下，处理阶段中表面由于氮化处理层中的压缩应力的影响而纵向弯曲，残留应力降低，之后取得成为最大应力的分布形态。另外，气体氮化物的形成少时，显示出从最表面起取得压缩残留应力最大值并缓慢降低的分布形态。该状态是具有倾斜功能的表面处理的形态，在承受热循环的模铸模具中由氮化物分解而导致的残留应力的变化少，即使在加热-冷却的热循环时表面层的应力梯度也会缓慢地变化而显示出良好的结果。应予说明，在形成有厚氮化物的处理中，认为在热循环过程中伴随着表面氮化物的分解，拉伸应力发生变化。因此氮化部分增厚的氮化处理模具在操作过程中裂纹产生时间早，在模具表面会被认为是缺陷。但是，在分解过程中裂纹没有明确地扩大、发展，即使循环数增加开口宽度也未明确地发生变化”。如上所述，至少在模具中，未看到与积极地利用丸粒处理除去化合物层有关的现有技术文献。进而，模具自不必说，即使在包括齿轮、线圈的钢材制品中，对于用丸粒处理是否充分地除去了化合物层，也未确立其判定、确认方法，查明是否充分地除去化合物层的信息也未在实用水平上得到使用。专利文献专利文献1 日本特开平10-217122号公报专利文献2 日本特开2003-191166号公报专利文献3 日本特开平5-156351号公报专利文献4 日本特开2002-166366号公报专利文献5 日本特开2006-131922号公报非专利文献非专利文献1 日原政彦著“模铸用模具的寿命对策”日刊工业新闻社，2003年，第 103 104页
[图1]是用于说明本发明的喷丸处理法的流程图。[图2]是分别表示本发明中使用的喷丸装置的一例即空气式加速装置中的㈧吸入式(重力式)、(B)直压式的模型图。[图3]是涡电流传感器的涡电流产生原理图及表示在正常状态和异常状态中的涡电流形态的模型图。[图4]同是在检测时正常状态和异常状态的检测波形的模型图。[图5]是示出利用涡电流检查装置判别是否除去化合物层的3σ判定圆和2. 5 σ 判定圆的显示模型图。[图6]是表示本发明的喷丸处理系统的一例的平面模型图。
[图7]同是正面模型图。[图8]是表示耐热循环性的试验方法的模型图。[图9]是用于上述试验方法的热循环的模型图。[图10]是表示耐热循环性试验结果的截面照片。
发明内容
于是，近来在模铸用模具等中期望着进一步提高耐热应力疲劳龟裂性(耐热裂性)。鉴于上述，本发明的目的(课题)在于，提供在对热硬化处理后的钢材制品即被加工品的被处理面进行喷丸(以下简称为“SP”)处理的方法中，能够使上述钢材制品的处理面的耐久性(尤其是耐热循环性)显著提高的SP处理法。因此，本发明人等尝试如下在模铸用模具等中，在赋予压缩残留应力的喷丸之前，通过使用高硬度丸粒乃至锐角状投射材(砂粒)的喷丸而除去氮化处理后的氮化物层 (化合物层)。然后，本发明人等在对于模具的热应力疲劳龟裂(热裂)深入研究喷丸造成的现象的过程中认识到在第一次丸粒处理中充分除去化合物层(实质上未观测到化合物层的痕迹)是重要的，想到本发明所涉及的下述构成的钢材制品的喷丸处理法。其特征在于，是一种对热硬化处理后的钢材制品即被加工品进行喷丸(以下简称为“SP”)处理的方法；包括除去由热硬化处理产生的化合物层的第一 SP处理、和对该第一 SP处理后的第一 SP处理面赋予压缩残留应力的第二 SP处理，对于第一 SP处理面的化合物层是否被除去，经过基于非破坏检查的合格与否判定，仅对合格品进行上述第二 SP处理。就本发明的钢材制品的喷丸处理方法而言，经过化合物层是否由第一 SP处理充分地除去的合格与否判定，从而如后述实施例所示，能够与以往相比显著地防止模具发生起因于热裂(热应力疲劳)的龟裂(热裂)。例如，如后述实施例所示，即使进行了第一 SP 处理，如果其不充分，则与不进行第一 SP处理时相比，龟裂(裂纹)数停留在约1/4，与此相对，如果利用第一 SP处理完全除去，则龟裂数变为约1/30(参照图10)。作为结果，能够尽可能稳定地解决由热循环导致的热裂(热应力疲劳龟裂)产生的问题。可以将合格与否判定后的不合格品预先收集、汇总，进行第一 SP处理，但是也能将不合格品连续地退回至第一 SP处理。优选通过利用涡电流传感器的非破坏检查法进行上述合格与否判定。其具有可对被加工品的全部点进行判定这样的优点。即，在是否残留化合物层的检查中存在破坏检查和非破坏检查，但破坏检查不适合实用。原因是在实用水平上需要进行全部点的检查而在使用破坏性的测量方法中不能进行全部点的检查的缘故。例如，如果测定硬度，则会在测定时残留压痕。进而，通过利用涡电流传感器非破坏地进行检查，从而具有能够减少工时数、装置变得简易这样的优点。例如，作为非破坏检查，还考虑到组织检查，但在像模具这样的大型制品中组织观察存在耗费工时数这样的问题。另外，X射线检查中存在装置变得非常大规模这样的问题。应予说明，虽然公知非破坏地测量压缩残留应力是公知的，但本发明人等确认压缩残留应力与化合物层的残留率无相关关系。另外，钢材制品不限定于经氮化处理的钢材制品，也能适用于经渗碳、淬火等热硬化处理的钢材制品。
具体实施例方式下面，对用于实施本发明的方式进行说明。在此，作为热硬化处理后的钢材制品即被加工品，采用氮化处理后的轻合金模铸用模具(例如SKD制造)为例进行说明。在本发明中，“氮化处理”是指通过将含有Al、Cr、Mo、Ti和V中的任意一种以上的合金钢在NH3气中于500°C附近的低温进行加热而在其表面获得极其坚硬的氮化层的热处理。目前，氮化法有气体法、盐浴法、等离子体(离子)法。各氮化处理法根据处理物的加热方法和氮化中所需活性氮的供给法不同而有很大的不同。氮化与渗碳淬火和高频淬火不同，其特征是在NH3气中加热至约500°C，使氮渗透到钢的表面而使氮化铁的硬化层生成，之后不需要淬火等操作。因此，氮化的处理温度与其它表面硬化法不同，由于是500 600°C的低温、是 α -Fe区域的处理，因此即使实施氮化处理，由氮化导致的直接尺寸变形也少，此外由于在氮化层的最表面层存在稳定的压缩应力，因此具有耐磨损性和耐疲劳性，即使温度上升到接近约600°C也不会引起软化，对热也比较稳定，耐腐蚀性也比较良好，因此在工业上得到广泛应用。气体氮化法利用活性氮的扩散在钢表面获得高硬度的扩散层，其氮化机理为使得通过以如下反应
权利要求
1.一种钢材制品的喷丸处理法，其特征在于，是对热硬化处理后的钢材制品即被加工品进行喷丸处理的方法，其中，喷丸以下简称为“SP”；其包括除去由所述热硬化处理产生的化合物层的第一 SP处理，及对该第一 SP处理后的第一 SP处理面赋予压缩残留应力的第二 SP处理； 对于第一 SP处理面的化合物层是否被除去，经过基于非破坏检查的合格与否判定，仅对合格品进行所述第二 SP处理。
2.根据权利要求1所述的钢材制品的喷丸处理法，其特征在于，进一步将所述合格与否判定后的不合格品退回第一 SP处理。
3.根据权利要求1所述的钢材制品的喷丸处理法，其特征在于，用涡电流传感器进行用于所述合格与否判定的非破坏检查。
4.根据权利要求3所述的钢材制品的喷丸处理法，其特征在于，所述合格与否判定如下进行对被加工品中的未处理品或者处理完成品的非处理部位的多个点的交流电流的相位差(时间)和振幅差(电压)两者进行测定，将来自涡电流传感器的测定信号输入到介由计算电路连接的显示电路，将随机变量X为μ-ησ <Χ< μ+ησ 的所述相位差和振幅差的范围在二维坐标中以判定圆的形式来表示，其中，μ 平均值，σ 标准偏差，η 2. 5 3. 5 ；将与处理完成部位对应的多个点的所述相位差、振幅差的测定点坐标全部被标绘在该判定圆的外侧的情况判定为合格品。
5.根据权利要求4所述的钢材制品的喷丸处理法，其特征在于，将随机变量X为 μ -3 σ < X < μ +3 σ的所述相位差和振幅差的范围设为所述判定圆。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的钢材制品的喷丸处理法，其特征在于，所述热硬化处理后的钢材制品是含有Al、Cr、Mo、Ti及V中的任意一种以上的钢材制品的氮化处理PΡΠ O
7.根据权利要求6所述的钢材制品的喷丸处理法，其特征在于，所述钢材制品是轻合金模铸用模具。
8.一种钢材制品的喷丸处理系统，其特征在于，是用于对热硬化处理后的钢材制品即被加工品进行喷丸处理的方法的喷丸处理系统，其中，喷丸以下简称为“SP” ；其包括在除去由所述热硬化处理产生的化合物层的第一 SP处理中使用的第一 SP装置， 在对所述第一 SP处理后的第一 SP处理面赋予压缩残留应力的第二 SP处理中使用的第二 SP装置，及对于所述第一 SP处理面的化合物层是否被除去进行合格与否判定的判定装置； 附设有如下装置在所述判定装置中判定为合格时，将被加工品传送到第二 SP装置的传送装置；及在判定为不合格时，将被加工品传送到第一 SP装置的不合格品传送装置。
全文摘要
本发明提供在对热硬化处理后的钢材制品即被加工品的被处理面进行喷丸(以下简称为“SP”)处理的方法中，能够使上述钢材制品的处理面的耐久性(尤其是耐热循环性)显著提高的SP处理法。在对热硬化处理后的钢材制品即被加工品进行SP处理的方法中，包括除去由热硬化处理产生的化合物层(白层)的第一SP处理、及对该第一SP处理后的第一SP处理面赋予压缩残留应力的第二SP处理，对于第一SP处理面的化合物层是否被除去，经过基于非破坏检查的合格与否判定，仅对合格品进行上述第二SP处理。
文档编号B24C1/10GK102574273SQ201080043369
公开日2012年7月11日 申请日期2010年9月15日 优先权日2009年9月30日
发明者小林祐次 申请人:新东工业株式会社