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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
加工温度 / ℃
図 圧痕深さ比と加工温度の関係
400
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 0.5
（表面） 表面からの深さ/ mm
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
350
0
未加工材
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