本発明は以上のような事情を背景とし、� ��処理鋼材の削食を抑制しつつ表層に高い圧� ��残留応力を付与することができ、疲労強度� ��その高い圧縮残留応力によって効果的に高� ��ることのできるショットピーニング方法を� ��供することを目的としてなされたものであ� ��。

 而して本発明の第1の態様では、下記式(1)~(3 )で与えられる硬さHV(m)が750HV以上の被処理鋼� ��に対して、該被処理鋼材の硬さHV(m)よりも50 HV~250HVの範囲内で高いビッカース硬さを有す� ��投射材を投射し、該被処理鋼材の削食量を5 μm以下に抑制することを特徴とする。
   HV(m)={f(C)-f(T,t)}(1-γ _R /100)+400×γ _R /100  式(1)
    f(C)=-660C ² +1373C+278             式(2)
   f(T,t)=0.05T(logt+17)-318             式 (3)
 但し C:浸炭による表層C(カーボン)濃度(質� �%)
    T:焼戻し温度(K)
    t:焼戻し保持時間(hr)
    γ _R :残留オーステナイト量(体積%)
 なお、HV(m)は式(1)で算定される数値であり� �推定ビッカース硬さを意味する。この数値� �ビッカース硬さと等価となるため、本書で� �該数値の後ろにもHVを付して表記する。

 本発明の第2の態様では、第1の態様にお� �て、前記表層C濃度を0.60~1.0%の範囲内とする� ��とを特徴とする。

 本発明の第3の態様では、第1あるいは第2の� ��様の何れかにおいて、前記投射材の粒径を� �0.05~0.6mmの範囲内とし、該投射材をエア圧力0 .4~0.6MPaで前記被処理鋼材に投射することを特 徴とする。
 なおここで、投射材の粒径は、たとえば、� ��本工業規格JIS G5904に規定された粒度試験方 法を用いて測定する。

 以上のように本発明は、式(1)~(3)で与えら れる被処理鋼材の硬さHV(m)を750HV以上となし� �そしてこの被処理鋼材に対し、これよりも50 HV~250HV高いビッカース硬さを有する投射材を� ��処理鋼材に投射して、被処理鋼材の削食量� ��5μm以下に抑制しつつ、その表層に圧縮残留 応力を付与するもので、かかる本発明によれ ば、被処理鋼材に従来に増して高いたとえば 1800MPa以上の圧縮残留応力を付与することが� �き、これにより自動車の歯車その他の高強� �部品の疲労強度を効果的に高めることがで� �る。

 本発明において、被処理鋼材の硬さHV(m)が75 0HV未満であると、ショットピーニングによっ て被処理鋼材の表層に十分な圧縮残留応力を 付与することができない。
 圧縮残留応力を付与できる限界は、被処理� ��材の降伏強度(ほぼ0.2%耐力)までとされてお� ��、その降伏強度は被処理鋼材の硬さと比例� ��係にある。
 従って被処理鋼材の硬さHV(m)が750HV未満の場 合、圧縮残留応力を付与できる限界が低く、 十分な高圧縮残留応力を付与することができ ない。
 そのため本発明では被処理鋼材の硬さHV(m)� �750HV以上となしておくことが必要である。

 本発明ではまた、投射材のビッカース硬さH Vを被処理鋼材の硬さHV(m)よりも大きくしてお くことが必要である。
 投射材のビッカース硬さHVが被処理鋼材の� �さHV(m)よりも低いと投射材が塑性変形(降伏)� ��てしまい、被処理鋼材に対して圧縮残留応� ��を付与するためのエネルギーが十分加えら� ��ない。また、投射材の寿命低下を招く。
 特に本発明においては、投射材のビッカー� ��硬さHVを被処理鋼材の硬さHV(m)に対して50HV� �上高くしておくことが、被処理鋼材に高い� �縮残留応力を付与するために必要であると� �知見が得られた。

 逆に投射材のビッカース硬さHVが被処理鋼� �の硬さHV(m)よりも250HVを超えて高いと、投射� ��エネルギーが削食に使われてしまい、効果� ��且つ安定的に高圧縮残留応力を付与するこ� ��ができない。
 また例え被処理鋼材に高い圧縮残留応力を� ��与できたとしても、投射材の硬さが被処理� ��材に比べて硬過ぎるために、被処理鋼材の� ��層の削食量が過大となり、そのことが高強� ��部品の寸法の規格外れをもたらす原因とな� ��のみならず、その大きな削食によって被処� ��鋼材の表面粗さを大きくし、疲労破壊の起� ��となる可能性がある。

 また高圧縮残留応力を付与し得たとして� ��その圧縮残留応力は一定以上には高くなら� ��、即ち投射材の硬さが硬くなった分に見合� ��て圧縮残留応力が高くなるわけではなく、� ��るところで飽和してしまう。

 一方で硬さが著しく硬い投射材はコスト的� ��も高いものであり、処理費用が高くなって� ��まう。
 この意味において、本発明では被処理鋼材� ��硬さHV(m)と投射材のビッカース硬さHVとの差 を250HV以下に規制することが必要的である。

 本発明では、削食量を5μm以下と規定して いるのは、その理由は削食量がこれよりも多 くなると、投射エネルギーが削食に使われて しまって、圧縮残留応力の付与に効果的に利 用されず、また削食が大きく生じることで高 強度部品の寸法が大きく減少悪化してしまう ことによる。

 尚本発明において、被処理鋼材の硬さHV(m )は浸炭処理後の被処理鋼材の表面から深さ0. 050mmまでの表層の硬さを意味している。即ち� ��(1)~(3)で規定される被処理鋼材硬さHV(m)は深� ��0.050mmまでの表層の硬さを意味している。

 本発明では、浸炭等の条件を制御すること� ��よって被処理鋼材の硬さHV(m)を750HVとするこ とができるように、被処理鋼材の硬さを上記 式(1)~式(3)で規定している(この硬さは非破壊� ��予測できる硬さであり、ビッカース硬さに� ��当する値を与える)。
 式(1)において、前半の{f(C)-f(T,t)}(1-γ _R /100)は焼戻し処理後のマルテンサイトによる� ��さへの寄与度を表しており、また式(1)の後� ��の400×γ _R /100は残留オーステナイトによる硬さへの寄� �度を表している。

 被処理鋼材において、マルテンサイトへの� ��態は常温までの冷却では完了せず、実際に� ��焼入れ(マルテンサイト)組織と未変態の残� �オーステナイトとの混合組織となる。
 そのため、被処理鋼材の硬さHV(m)の推定は� �れらに基づいて行う必要がある。
 ここで式(1)の前半における{f(C)-f(T,t)}は、焼 戻し後のマルテンサイト硬さを表しており、 f(C)は焼戻し前のマルテンサイトの硬さを、f( T,t)は焼戻しによる硬さ低下量をそれぞれ表� �ている。更に(1-γ _R /100)はマルテンサイトの体積比率を表してい� ��。

 ここでf(C)は式(2)、即ちf(C)=-660C ² +1373C+278で表される。
 この式は、炭素濃度の種々異なったマルテ� ��サイトについて、炭素濃度と硬さとの関係� ��二次曲線回帰による近似式として求めたも� ��である。

 一方、焼戻し状態は焼戻し温度と焼戻しの� ��持時間とによって定まってくることから、� ��戻しによる硬さ低下量f(T,t)をそれら焼戻し� ��度T、保持時間tを用いて、(Hollomon等による)� ��戻しパラメータと実測硬さに基づく近似式0 .05T(logt+17)-318で表したものである。
 尚式(1)の後半における数値400は残留オース� ��ナイト硬さ(ビッカース硬さ)を表している� �

 本発明の第2の態様では、第1の態様の条� �を満たす上で、上記の表層C濃度を0.60~1.0%の� ��囲内としておく。

 C濃度が0.60%未満であると、C量が低いため に被処理鋼材の硬さが低くなってしまい、被 処理鋼材の硬さを第1の態様に規定する条件� �満たすようにすることが難しい。

 逆にC濃度が1.0%超であるとC量が過剰とな� ��、残留オーステナイトが多量に生じて被処� ��鋼材の硬さを低下させ、被処理鋼材の硬さ� ��第1の態様に規定する条件を満たすようにす ることが難しい。またC量が過剰であると粒� �炭化物が多量に析出し、疲労強度の低下を� �く原因となる。

 更に、C濃度は0.60~0.85%の範囲にしておく� �とが好ましい。0.85%を超えると、残留オース テナイトが多量になり、被処理鋼材硬さが低 下し始める。しかし、鋼材を室温以下の低温 (-80℃以下)に冷却するサブゼロ処理を施すこ� ��により、鋼材の残留γがマルテンサイト変� �し、これにより焼入れ後に10~40vol%あった残� �γ量が5~15vol%以下に低減される。その結果、� ��処理鋼材の硬さが改善される。

 尚、浸炭は真空共析浸炭が好ましい。
 ガス浸炭の場合、表面酸化に伴う軟質な浸� ��異常層(粒界酸化発生による焼入性低下)が� �生するため、被処理鋼材硬さを低下せしめ� �被処理鋼材の硬さを第1の態様の条件を満た� ��ような硬さとすることが難しい。但し、ガ� ��浸炭の場合には、焼入れ性の高い材料を用� ��るか、浸炭後(ショットピーニング処理前)� �異常層を除去することで、被処理鋼材の硬� �を満足させることが可能である。

 本発明の第3の態様では、投射材として粒 径がφ0.05~0.6mmのものを用い、またその投射材 をエア圧力0.4~0.6MPaで被処理鋼材に投射する� �うになす。

 投射材の粒径が0.05mm未満の場合、投射材の� ��製自体が困難となる。
 一方粒径が0.6mm超の場合、圧縮残留応力の� �ーク値が深くなり過ぎ、疲労強度向上に有� �な圧縮残留応力分布が得られ難い。
 疲労強度に有効なピーク位置は表面から深� ��100μmまでの部位である。

 またエア圧が0.4MPa未満の場合、ピーニング� ��度が低下し、たとえば1800MPa以上の高圧縮残 留応力を付与することが困難となる。
 逆に0.6MPa超の場合、ピーニング強度が過剰� ��なって削食量を多くしてしまう可能性があ� ��。更に通常のショットピーニング処理装置� ��は投射圧(エア圧)0.6MPa以上とすることが難� �い。

 この出願は、日本国で2007年11月28日に出願� �れた特願2007-308049号に基づいており、その内 容は本出願の内容として、その一部を形成す る。
 また、本発明は以下の詳細な説明により更� ��完全に理解できるであろう。しかしながら� ��詳細な説明および特定の実施例は、本発明� ��望ましい実施の形態であり、説明の目的の� ��めにのみ記載されているものである。この� ��細な説明から、種々の変更、改変が、当業� ��にとって明らかだからである。
 出願人は、記載された実施の形態のいずれ� ��も公衆に献上する意図はなく、開示された� ��変、代替案のうち、特許請求の範囲内に文� ��上含まれないかもしれないものも、均等論� ��での発明の一部とする。
 本明細書あるいは請求の範囲の記載におい� ��、名詞及び同様な指示語の使用は、特に指� ��されない限り、または文脈によって明瞭に� ��定されない限り、単数および複数の両方を� ��むものと解釈すべきである。本明細書中で� ��供されたいずれの例示または例示的な用語( 例えば、「等」)の使用も、単に本発明を説� �し易くするという意図であるに過ぎず、特� �請求の範囲に記載しない限り本発明の範囲� �制限を加えるものではない。