專(zhuān)利名稱(chēng)：一種噴丸硬化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴丸硬化的方法。特別是涉及一種噴丸硬化鋼的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，已知噴丸硬化用來(lái)產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力以改善由鋼制成的部件的疲勞強(qiáng)度(見(jiàn) 2004 年由日本噴丸技術(shù)協(xié)會(huì)(the Society of Shot PeeningTechnology of Japan)創(chuàng)作，Gendai Kogaku_sha出版的金屬疲勞與噴丸硬化)。此外，已知提高壓縮殘余應(yīng)力的最大值對(duì)改善部件疲勞強(qiáng)度非常有效(見(jiàn)Masahiko Mitsubayashi, Takashi Miyata,和 Hideo Aihara ；Prediction of Improvement in Fatigue Strength by Shot PeeningandSelection of Most Effective Peening Conditions !Transactions of JSME,Vol. 61,No.586 (June,1995)pp. 28-34)。
然而，還已知由噴丸硬化產(chǎn)生的壓縮殘余應(yīng)力的最大值約為在0.2%殘余應(yīng)變(offset)下屈服強(qiáng)度的 60% (Hideki Okada, Akira Tange,和 Kotoji Ando !Relationshipamong Specimen' s Hardness, Residual StressDistribution and Yield Stress onthe Difference of Shot Peening Methods ;Journal of High Pressure Institute ofJapan，Vol. 41，No. 5 (2003) pp. 233-242)。因而，通過(guò)應(yīng)用所述應(yīng)力噴丸硬化(stress shotpeening)，即噴丸硬化在預(yù)加應(yīng)力的條件下的部件，可獲得超過(guò)在O. 2%殘余應(yīng)變下屈服強(qiáng)度的60%的最大壓縮殘余應(yīng)力(見(jiàn)上面的參考文獻(xiàn))。盡管應(yīng)力噴丸硬化可用于部件，如可在噴丸硬化時(shí)施加應(yīng)力的彈簧，可是問(wèn)題在于應(yīng)力噴丸硬化不能用于類(lèi)似齒輪這種在噴丸硬化時(shí)不能施加應(yīng)力的部件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種噴丸硬化的方法，用于通過(guò)控制材料性質(zhì)或處理的鋼的熱處理?xiàng)l件以及噴丸硬化的條件而產(chǎn)生超過(guò)在O. 2%殘余應(yīng)變下屈服強(qiáng)度的60%的最大壓縮殘余應(yīng)力，而不使用應(yīng)力噴丸硬化。本發(fā)明第一方面的噴丸硬化方法是通過(guò)丸粒介質(zhì)噴射在含有5%至30%量的殘余奧氏體的處理的鋼上，以在所述處理的鋼中產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力。殘余奧氏體的量在噴丸硬化之前和之后的變化被控制在2%至30%的范圍內(nèi)。在本發(fā)明第二方面的噴丸硬化方法中，控制噴丸硬化使得在產(chǎn)生最大壓縮殘余應(yīng)力的深度下殘余奧氏體的量在噴丸硬化之前和之后的變化保持在2%至30%范圍內(nèi)。在本發(fā)明第三方面的噴丸硬化方法中，所述處理的鋼為氣體滲碳鋼。通過(guò)第一方面的噴丸硬化方法，可獲得超過(guò)在O. 2%殘余應(yīng)變下屈服強(qiáng)度的60%的最大壓縮殘余應(yīng)力。因而，不需要為噴丸硬化的所述處理的鋼施加應(yīng)力的夾具。此外，有效噴丸硬化可用于具有復(fù)雜形狀的部件如齒輪上。通過(guò)第二方面的噴丸硬化方法，可始終實(shí)現(xiàn)第一方面的噴丸硬化方法。通過(guò)第三方面的噴丸硬化方法，通過(guò)改變滲碳，可容易地獲得具有所期望量的殘余奧氏體的處理的鋼。2010年8月5日提交的基礎(chǔ)日本專(zhuān)利申請(qǐng)No. 2010-176682，在此通過(guò)引用其全文并入本申請(qǐng)中。由下面給出的詳細(xì)描述可更加充分地理解本發(fā)明。然而，詳細(xì)的描述和具體實(shí)施方案是本發(fā)明所期望的實(shí)施方案的說(shuō)明，且只用于解釋說(shuō)明。在此詳細(xì)描述的基礎(chǔ)上，各種可能的變化和修改對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。申請(qǐng)人:并無(wú)將任何公開(kāi)的實(shí)施方案無(wú)償奉獻(xiàn)給公眾的意圖。因此，在公開(kāi)的變更和修改方案之中，那些可能未在字面意義上落入本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)的技術(shù)方案在等同原則的意義上也構(gòu)成了本發(fā)明的一部分。在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中沒(méi)有數(shù)量詞限定的名詞以及所述和類(lèi)似對(duì)象應(yīng)被解釋為包含單數(shù)和復(fù)數(shù)兩種含義，除非在此另外地指出或明顯地與上下文相矛盾。本文所提供的任何以及所有例子、或示例性用語(yǔ)(例如“如”)，僅僅旨在對(duì)本發(fā)明較好地說(shuō)明，因而 不是限定本發(fā)明的范圍，除非另有主張。


圖I為表示在本發(fā)明實(shí)施方案中使用的處理的鋼的性質(zhì)的表。圖2為表示本發(fā)明實(shí)施方案中所使用的噴丸硬化的條件的表。圖3為表示噴丸硬化之后的所述處理的鋼的性質(zhì)的表。圖4為給出與表3類(lèi)似數(shù)據(jù)的補(bǔ)充表。本發(fā)明的最佳實(shí)施方式 下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施方案。圖I為表示在本發(fā)明實(shí)施方案中使用的處理的鋼的性質(zhì)的表。制備A鋼至G鋼作為所述處理的鋼。作為材料性質(zhì)，碳含量(wt%)、熱處理?xiàng)l件及O. 2%殘余應(yīng)變下的屈服強(qiáng)度(MPa)，拉伸強(qiáng)度(MPa)、表面硬度(HV0. 3)，以及殘余奧氏體的量)均示出在表中。處理的鋼是由如下鋼制備成基于鉻鋼或鉻鑰鋼以及具有不同的碳含量例如O. 2wt%至O. Swt %的鋼，具有O. Swt %的碳含量以及在不同條件中回火的基于鉻鑰鋼的鋼。這些處理的鋼為氣體滲碳鋼。圖2為表示本發(fā)明實(shí)施方案中所使用的噴丸硬化條件的表。使用兩類(lèi)噴丸硬化的條件(丸粒介質(zhì)噴射在處理的鋼上的條件)。在兩類(lèi)條件中均使用壓縮空氣噴丸系統(tǒng)。用于噴射丸粒介質(zhì)的硬度(HV)、直徑(mm)和氣壓均示出在表中。覆蓋度(coverage)表示噴射的丸粒介質(zhì)的量，在所有情形中均為300%。圖3為表示噴丸硬化之后所述處理的鋼的性質(zhì)的表。該表還示出了噴丸硬化前的性質(zhì)。該圖在上側(cè)和下側(cè)中分別示出了兩種噴丸硬化的條件下A鋼至G鋼的性質(zhì)。該表示出了最大壓縮殘余應(yīng)力σ K (MPa)、峰值深度下的Υκ(%)、Y E (max) / Y 0.2>以及在峰值深度下的Yk變化率)，作為噴丸硬化之后處理的鋼的性質(zhì)。最大壓縮殘余應(yīng)力YK(MPa)指在離表面不同深度處測(cè)量的壓縮殘余應(yīng)力的最大值(由于壓縮殘余應(yīng)力通常表示為負(fù)值，其為絕對(duì)值形式的最大值)。壓縮殘余應(yīng)力使用顯微應(yīng)力分析儀來(lái)測(cè)量，所述顯微應(yīng)力分析儀可從Rigaku公司得到(X射線管=Cr-Ka ;衍射面(220);應(yīng)力常數(shù)_318MPa/度；無(wú)應(yīng)力布拉格角2 Θ :156. 4° )。
在峰值深度處的)表示在產(chǎn)生最大壓縮殘余應(yīng)力的深度上殘余奧氏體的量。殘余奧氏體的量同樣可用顯微應(yīng)力分析儀測(cè)量，所述顯微應(yīng)力分析儀可從Rigaku公司得到(X射線管Cr-Ka ;衍射面(220) ; Y-衍射面(311) ； α面的測(cè)量時(shí)間60sec ； α面的衍射范圍156. 4° )。Y E (max) / Y α 2表示最大壓縮殘余應(yīng)力與O. 2 %殘余應(yīng)變下的屈服強(qiáng)度之比。在峰值深度的Yk變化率(％)表示噴丸硬化之前和之后在產(chǎn)生最大壓縮殘余應(yīng)力的深度下殘余奧氏體的量的變化率。如圖3所示，B、C、D、E、G鋼的YK(max)/YQ.2超過(guò)目標(biāo)值60%。圖4表示圖3的補(bǔ)充數(shù)據(jù)。從這些數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了可通過(guò)如下方法獲得具有超過(guò)在O. 2%殘余應(yīng)變下屈服強(qiáng)度的60%的最大壓縮殘余應(yīng)力的處理過(guò)的鋼，S卩，將丸粒介質(zhì)噴射在含有5%至30%量的殘余奧氏體的處理的鋼上。在產(chǎn)生最大壓縮殘余應(yīng)力的深度處殘余奧氏體的量的變化率(減少)控制在2%至30%的范圍內(nèi)。·殘余奧氏體的量的閾值，即5%至30%，是基于代表工業(yè)材料的范圍內(nèi)的最大值而確定。殘余奧氏體的量的變化率上限，即30%，是基于殘余奧氏體的最大值而規(guī)定的。殘余奧氏體的量的變化率下限，即2%，是通過(guò)對(duì)Yk(max)/γα2相對(duì)于峰值深度處Yk變化率(%)繪圖，并用最小二乘法畫(huà)擬合曲線而確定。如果在產(chǎn)生最大壓縮殘余應(yīng)力的深度處處理的鋼的殘余奧氏體的量的變化率(減小)控制在2%至30%范圍內(nèi)，最大壓縮殘余應(yīng)力將超過(guò)O. 2%殘余應(yīng)變下屈服強(qiáng)度的60%。這是由于殘余奧氏體通過(guò)變形誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變而膨脹，因而殘余奧氏體的膨脹改善了機(jī)械性能。如上文討論，在本發(fā)明實(shí)施方案中，含有5%至30%量的殘余奧氏體的處理的鋼進(jìn)行噴丸硬化。在噴丸硬化前后的殘余奧氏體的量的變化被控制在2%至30%范圍內(nèi)，從而在處理的鋼中產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力。因而，可產(chǎn)生超過(guò)在O. 2%殘余應(yīng)變下屈服強(qiáng)度的60%的最大壓縮殘余應(yīng)力。因而，不需要用于應(yīng)力噴丸硬化的為處理的鋼施加應(yīng)力的夾具。另外，具有復(fù)雜形狀的如齒輪的部件可被有效地噴丸硬化。此外，通過(guò)在2%至30%的范圍內(nèi)改變?cè)谧畲髩嚎s殘余應(yīng)深度處噴丸硬化前后殘余奧氏體的量，可始終產(chǎn)生超過(guò)在O. 2%殘余應(yīng)變下屈服強(qiáng)度的60%的最大壓縮殘余應(yīng)力。另外，由于處理的鋼為氣體滲碳鋼，通過(guò)調(diào)節(jié)滲碳條件可容易地獲得含有所期望的殘余奧氏體的量的處理的鋼。任何鋼均可用作所述處理的鋼，但是優(yōu)選含有大量殘余奧氏體的氣體滲碳鋼。
權(quán)利要求
1.一種噴丸硬化的方法， 其中將丸粒介質(zhì)噴射在具有5%至30%量的殘余奧氏體的處理的鋼上，和其中所述殘余奧氏體的量在噴丸硬化之前和之后的變化控制在2%至30%，以在所述處理的鋼中產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力。
2.權(quán)利要求I中所述的噴丸硬化的方法，其中在產(chǎn)生最大壓縮殘余應(yīng)力的深度下所述殘余奧氏體的量在噴丸硬化之前和之后的變化控制在2%至30%，以在所述處理的鋼中產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力。
3.權(quán)利要求I或2中所述的噴丸硬化的方法，其中所述處理的鋼為氣體滲碳鋼。
全文摘要
本發(fā)明是為了提供一種噴丸硬化的方法，用于產(chǎn)生超過(guò)在0.2％殘余應(yīng)變下屈服強(qiáng)度的60％的壓縮殘余應(yīng)力，而不使用應(yīng)力噴丸硬化。丸粒介質(zhì)噴射在含有5％至30％的殘余奧氏體的處理的鋼上，且殘余奧氏體的量的任何變化在噴丸硬化之前和之后控制在2％至30％的范圍內(nèi)，以在處理的鋼中產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力。
文檔編號(hào)C23C8/22GK102906282SQ20118002160
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者小林祐次, 辻俊哉 申請(qǐng)人:新東工業(yè)株式會(huì)社