专利名称：：金属部件的制造方法和结构部件的制作方法
技术领域：
：本发明涉及提高疲劳特性的金属部件的制造方法和结构部件。
背景技术：
：作为用于提高飞机和汽车等使用的结构部件等金属材料疲劳强度的表面改质方法，知道有喷丸硬化处理。所谓的喷丸硬化处理是例如通过把粒径0.8mm前后的无数粒子(投射材料)与压缩空气一起进行喷射，向金属材料表面撞击来提高金属材料表面的硬度，以一定的深度形成具有压缩残留应力的层的方法。由铸钢等铁系材料构成的粒子价格便宜，且与玻璃等锐利的材料不同，即使在破碎的情况下也难于损伤金属材料表面，所以作为投射材料一直被广泛使用。关于提高喷丸硬化处理的铝材料的疲劳强度，有以下的方法被公开(参照非专利文献l)。[非专利文献1]T.Dorr及其他四人、"InfluenceofShotPeeningonFatiguePerformanceofHigh-StrengthAluminiumandMagnesiumAlloys"(The7thInternationalConferenceonShotPeening)1999年、(InstituteofPrecisionMechanics)华沙波兰互耳关网〈URL:http//www.shotpeening.org/ICSP/icsp-7-20.pdf〉。在使用由铁系材料构成的投射材料来进行喷丸硬化处理时，投射材料的一部分残存在喷丸硬化处理对象的金属材料表面上。这样，由于残存在金属材料表面的投射材料中的铁分产生腐蚀，所以为了防止该腐蚀而在喷丸硬化处理后要把金属材料表面附着的投射材料的铁分除去，需要进行除去铁分处理。作为该除去铁分处理而采用把喷丸硬化处理后的金属材料浸渍在溶解铁的溶剂中的方法(湿式法)。但使用湿式法难于仅把铁分有效地除去。若想用湿式法把铁分完全除去，则要把金属材料原料的表面也溶解数jum左右，因此，有尺寸产生变化或表面形状变粗糙等问题。
发明内容本发明是鉴于这种情况而开发的，目的在于伴随金属材料表面的喷丸硬化处理而在飞机和汽车等使用的结构部件等金属部件的制造中，几乎不产生金属材料的尺寸变化和表面形状变粗糙而把该金属材料表面附着的铁分有效地除去，且提高制造的金属部件的疲劳特性。为了解决上述课题，本发明采用以下的方法。即本发明金属部件的制造方法具有向包括轻合金的金属材料的表面投射平均粒径0.lmm以上5mm以下且以铁为主要成分的第一粒子的第一投射工序、在所述第一投射工序后向所述金属材料的表面投射平均粒径200iam以下且实质上不含有铁的第二粒子的第二投射工序。本发明中，"平均粒径"是作为相对频度分布曲线的峰值的粒径来求得，也被叫做频度最高径(最大频度径)或最频值径。另外，平均粒径也可以按以下的方法来求。(1)从大于筛孔的颗粒曲线来求的方法(与11=50%相当的粒径；中位径，叫做中径或50%粒子径，以dp5o表示)。(2)从洛津-姆拉(口-y—厶，一)分布来求的方法。(3)其他方法(个数平均径、长度平均径、面积平均径、体积平均径、平均表面积径、平均体积径等)。根据本方法，在金属部件的制造中，能够保持现有喷丸硬化处理所具有的提高疲劳特性的效果，且能够防止由除去铁分而引起的金属材料的尺寸变4b和表面变相4造。本发明的结构部件具有所述制造方法制造的金属部件。该结构部件具有优良的疲劳特性，且没有由除去铁分而引起的金属材料的尺寸变化和表面变粗糙。该结构部件在飞机和汽车等交通机器领域以及对材料的疲劳特性有要求的其他领域中，能够被恰当地使用。根据本发明，在伴随金属材料表面的喷丸硬化处理而在飞机和汽车等使用的结构部件等金属部件的制造中，能够保持现有使用铁系投射材料的喷丸硬化处理所具有的提高疲劳特性的效果，且由于以干式能够除去铁分，所以能够大幅度降低作业成本。而且几乎没有由除去铁分而引起的金属材料的尺寸变化和表面变粗糙，由于表面形状也被均勻化，且利用微粒子喷丸而能够在最表面产生高的压缩残留应力，所以能够期待有比现有喷丸硬化更大的提高疲劳特性的效果。图1是表示由铝合金材料构成的试件在喷丸硬化处理后的试件处理面残留铁分浓度分布的图2是表示表面处理前铝合金材料表面形状的图3是表示比较例l表面处理后铝合金材料表面形状的图4是表示实施例1表面处理后铝合金材料表面形状的图5是表示比较例2表面处理后铝合金材料表面形状的图6是表示由钛合金材料构成的试件在喷丸硬化处理后的试件处理面残留铁分浓度分布的图7是表示表面处理前钛合金材料表面形状的图；图8是表示比较例3表面处理后钛合金材料表面形状的图；图9是表示实施例2表面处理后钛合金材料表面形状的图；图IO是表示比较例4表面处理后钛合金材料表面形状的图。具体实施例方式以下参照本发明金属部件制造方法的实施例。在本发明金属部件的制造方法中，轻合金作为成为基体材料的金属材料被采用。作为金属材料所使用的轻合金能够举出铝合金、钛合金等。在本发明金属部件的制造方法中，作为以铁为主要成分的第一粒子(第一投射材料)能够举出铸钢和钢丝切制圓粒(，夕yK力:y卜7^亇一)。作为实质上不含有铁的第二粒子(第二投射材料)能够举出金属、陶瓷、玻璃等硬质粒子，特别是优选矾土、硅石粒子等陶瓷粒子。第一4殳射材料的平均粒径是O.lmm以上5mm以下，特别优选0,2mm以上2mm以下。若第一投射材料的平均粒径比O.lmm小，则压缩残留应力小，由于喷丸硬化的效果少而不理想。若第一投射材料的平均粒径比5mm大，则表面严重变粗糙且还容易产生损伤，喷丸硬化的效果减少且变形量也大而不理想。第二4殳射材料的平均粒径是200iam以下，特别优选lO)im以上100jum以下。若第二投射材料的平均粒径比200ium大，则微粒子喷丸硬化的效果变小而不理想。若第二投射材料的平均粒径比lOiam小，则难于得到稳定的喷射状态，不能期待有足够的除去铁分的效果。投射材料的喷射速度由压缩空气的喷射压力所规定。本发明第一投射工序(第一喷丸^f更化处理)中的喷射压力优选O.lMPa以上lMPa以下，更优选0.2MPa以上0.5MPa以下。若喷射压力比1MPa大，则粒子的过大运动能量会使材料表面受到损伤，所以不能得到足够的疲劳寿命被提高的效果。若喷射压力比0.1MPa小，则难于得到稳定的喷射状态。投射材料的喷射速度由压缩空气的喷射压力所规定。本发明第二投射工序(第二喷丸硬化处理)中的喷射压力优选O.lMPa以上lMPa以下，更优选0.3MPa以上0.6MPa以下。若喷射压力比lMPa大，则粒子的过大运动能量会使材料表面受到损伤，所以不能得到足够的疲劳寿命被提高的效果。若喷射压力比0.1MPa小，则难于得到稳定的喷射状态。在本发明第一投射工序(第一喷丸硬化处理)中，可以使用喷嘴方式的喷丸硬化装置，而且也可以使用涡轮(叶轮)方式的喷丸硬化装置。这时喷丸硬化的条件由叶轮的转速来调整。另一方面，当以规定喷丸硬化强度的阿尔曼测量系统的弧高值(强度)来表现时，第一喷丸硬化处理优选的条件范围在使用喷嘴的喷射方式和涡轮方式的任何情况下都是O.lOmmA以上0.30mmA以下。投射材料粒子的形状，第一投射材料和第二投射材料都优选具有平滑表面的球形。这是由于若投射材料粒子有尖，则有时会把金属部件的表面弄伤的缘故。第一喷丸硬化处理的有效区域优选100%以上1000%以下，更优选100%以上500。/q以下。若有效区域不到100%,则由于残存有没-故喷丸的部分，所以不能得到足够的疲劳强度被提高的效果。若有效区域超过1000%，则材料表面的严重变粗糙，且材料表面的温度上升，最表面的压缩残留应力减少，不能得到足够的疲劳强度被提高的效果，所以不被优选。第二喷丸石更化处理的有效区域优选100%以上1000%以下，更优选100%以上500%以下。若有效区域不到100%,则不能得到充分的除去铁分效果和足够的疲劳强度被提高的效果。若有效区域超过1000°/。，则材料表面的温度上升，最表面的压缩残留应力减少，不能得到足够的疲劳强度被提高的效果，所以不被优选。被以上述条件进行了喷丸硬化处理的金属部件优选具有以下的表面特性(表面压缩残留应力和表面粗糙度)。在进行了本发明的第一喷丸硬化处理和第二喷丸硬化处理后的金属部件中，150MPa以上的高压缩残留应力存在于最表面或其近旁。其结果是表面被强化，疲劳破坏不是在表面而是产生在材料内部，所以疲劳寿命大为提高。通过这样以上述条件对金属材料实施第一喷丸硬化处理和第二喷丸硬化处理，则能得到本发明的实施了表面处理的金属部件。下面使用实施例和比较例来进一步详述本发明金属部件的制造方法。(实施例1)把板状的铝合金材料(7050-T7451，尺寸19mmx76醒x2.4mm)作为试件使用，使用由平均粒径500inm800ilim的铸钢粒子S230构成的投射材料，使用涡轮方式的装置，以弧高值0.15mmA的条件对其单面进行第一喷丸-更化处理。然后，使用由平均粒径500ium以下的矾土/硅石陶瓷粒子构成的投射材料，以喷射压力0.4MPa、投射时间30秒，对所述实施了第一喷丸硬化处理的面进行第二喷丸硬化处理。这时的弧高值是0.08mmN。在所述第一喷丸硬化处理和第二喷丸硬化处理中，作为喷丸硬化装置，使用重力式微粒子发射装置((日本)不二制作所制气动喷丸机-型号P-SGF-4ATCM-401)。在第二喷丸硬化处理后，使用EPMA(电子探针微测定器)来测定试件处理面的残留铁分浓度分布。把结果由图1的曲线表示。该曲线中横轴表示实施了喷丸硬化处理的面上的某点的铁分4企测强度Lv,纵轴以百分率表示铁分的附着面积(铁分残留量)(在图6的曲线中也一样)。由于由本发明记载的EPMA分析方法得到的值不是表示绝对量的值，所以仅能够评价相对的铁分残留量(在以下的实施例和比较例中也一样)。把由EPMA得到的有关实施例1试件的铁分浓度分布进行图像处理，在得到的解析像中几乎看不见残留铁分。在第二喷丸硬化处理后，由目视观察处理面的表面形状，结果没产生变粗糙。把实施例1喷丸硬化处理前后铝合金材料的表面形状(曲线)的测定结果分别表示在图2和图4。把实施例1喷丸硬化处理前后铝合金材料的表面粗糙度(Ra)的测定结果与其他实施例和比较例进行对比并表示在表1中。如表1所示，应该说通过第二喷丸硬化处理能够得到粗糙度变小的良好结果。(比较例1)不进行实施例1的第二喷丸硬化处理，在第一喷丸硬化处理后使用EPMA来测定试件处理面的残留铁分浓度分布。把结果由图1的曲线表示。从图1所示的结果了解到，在实施例1的处理后，处理面上几乎不残留铁分，相对地在比较例1的处理后，处理面上残留有铁分。把由EPMA得到的有关比较例1试件的铁分浓度分布进行图像处理，在得到的解析像中看到残留铁分为高浓度的区域。把比较例1喷丸硬化处理后铝合金材料的表面形状(曲线)的测定结果表示在图3中。把比较例1喷丸硬化处理后铝合金材料的表面粗糙度(Ra)的测定结果与其他实施例和比较例进行对比并表示在表1中。(比较例2)在比较例1的第一喷丸硬化处理后把试件在硝酸、无水铬酸和氬氟酸的混合液中浸渍30分钟，进行除去《失分处理。把由EPMA得到的有关比较例2试件的铁分浓度分布进行图像处理，在得到的解析像中看到残留铁分的区域。在除去铁分处理后由目视观察处理面的表面形状，结果是基体材料即铝合金的一部分被溶解，产生了变粗糙。把比较例2喷丸硬化处理后铝合金材料的表面形状(曲线)的测定结果表示在图5中。把比较例2喷丸硬化处理后铝合金材料的表面粗糙度(Ra)的测定结果与其他实施例和比较例进行对比并表示在表1中。(实施例2)把试件使用的金属材料以板状的钛合金材料(Ti-6A1-4V(退火材料)，尺寸19mmx76mmx2.4mm)作为试件使用，使用由平均粒径120|am~300jum的铸钢粒子构成的l殳射材料，使用涡轮方式的装置，以弧高值0.18mmN的条件对其单面进行第一喷丸硬化处理。在第二喷丸硬化处理后，使用EPMA来测定试件处理面的残留铁分浓度分布。把结果由图6的曲线表示。图6中虽然看到稍微有铁分残留，但通过把第二喷丸硬化处理的条件适当化就能够把铁分完全除去。把由EPMA得到的有关实施例2试件的铁分浓度分布进行图像处理，在得到的解析像中几乎看不见残留铁分。在第二喷丸硬化处理后，由目视观察处理面的表面形状，结果没产生变粗糙。把实施例2喷丸硬化处理前后钛合金材料的表面形状(曲线)的测定结果分别表示在图7和图9中。把实施例2喷丸硬化处理前后钛合金材料的表面粗糙度(Ra)的测定结果与其他实施例和比较例进行对比并表示在表1中。如表1所示，应该说通过第二喷丸硬化处理能够得到粗糙度变小的良好结果。(比较例3)不进行实施例2的第二喷丸硬化处理，在第一喷丸硬化处理后使用EPMA来测定试件处理面的残留铁分浓度分布。把结果由图6的曲线表示。^Mv图6所示的结果了解到，在实施例2的处理后，处理面上几乎不残留铁分，相对地在比较例3的处理后，处理面上残留有铁分。把由EPMA得到的有关比较例3试件的铁分浓度分布进行图像处理，在得到的解析像中看到残留铁分为高浓度的区域。把比较例3喷丸硬化处理后钛合金材料的表面形状(曲线)的测定结果表示在图8中。把比较例3喷丸硬化处理后钛合金材料的表面粗糙度(Ra)的测定结果与其他实施例和比较例进行对比并表示在表1中。(比较例4)在比较例3的第一喷丸硬化处理后把试件在硝酸水溶液中浸渍30分钟，进行除去铁分处理。把由EPMA得到的有关比较例4试件的铁分浓度分布进行图像处理，在得到的解析像中看到残留铁分的区域。在除去铁分处理后由目视观察处理面的表面形状，结果是基体材料即钛合金的一部分被溶解，变粗糙。把比较例4喷丸硬化处理后钛合金材料的表面形状(曲线)的测定结果表示在图10中。把比较例4喷丸硬化处理后钛合金材料的表面粗糙度(Ra)的测定结果与其他实施例和比较例进行对比并表示在表1中。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>权利要求1、一种金属部件的制造方法，其中，具有向包括轻合金的金属材料的表面投射平均粒径0.1mm以上5mm以下且以铁为主要成分的第一粒子的第一投射工序、在所述第一投射工序后向所述金属材料的表面投射平均粒径200μm以下且实质上不含有铁的第二粒子的第二投射工序。2、一种结构部件，其为由权利要求1所述制造方法制造的金属部件。全文摘要一种金属部件的制造方法及结构部件，目的在于伴随金属材料表面喷丸硬化处理的金属部件的制造中，几乎不产生金属材料的尺寸变化和表面形状变粗糙而把该金属材料表面附着的铁分有效地除去，且提高制造的金属部件的疲劳特性。向包括轻合金的金属材料的表面投射平均粒径0.1mm以上5mm以下且以铁为主要成分的第一粒子，接着向所述金属材料的表面投射平均粒径200μm以下且实质上不含有铁的第二粒子。文档编号B24C1/10GK101410225SQ20078001152公开日2009年4月15日申请日期2007年4月3日优先权日2006年4月3日发明者井上明子,关川贵洋,小栗和幸申请人:三菱重工业株式会社