晶体层生成方法、具有该晶体层的机械部件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种超微细晶体层生成方法等，其能以低成本在金属制品的表层稳定地生成超微细晶体层等。通过对被加工物（Ｗ）进行利用钻头（Ｄ）实施的孔部（１）的开孔加工，对该孔部（１）的内周面赋予较大的应变而生成超微细晶体层（Ｃ１）。在这种情况下，对孔部（１）的内周面实施产生至少１以上的真应变的塑性加工，并且，将孔部（１）的加工面的材料温度维持在Ａｃ１相变点以上且低于熔点的温度范围内。另外，维持在不超过Ａｃ１相变点的温度下。由此，能够以低成本在孔部（１）的内周面上稳定地生成超微细晶体层（Ｃ１）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及超微细晶体层生成方法、具有利用该超微细晶体层生成方法生成的超微细晶体层的机械部件、制造该机械部件的机械部件制造方法、及纳米晶体层生成方法、具有利用该纳米晶体层生成方法生成的纳米晶体层的机械部件、制造该机械部件的机械部件制造方法。
技术介绍
近年来，判明了下述事实通过在金属材料的表层部生成超微细晶体层或纳米晶体层，能得到具有以往没有的优良特性的材料。所谓超微细晶体层指晶粒的大小为100nm～1μm的晶体层，所谓纳米晶体层指晶粒的大小为100nm以下的晶体层。超微细晶体层具有比母材的硬度更高的硬度，而且具有适于机械部件的优良特性，例如具有高压缩残余应力等。同样，纳米晶体层具有比母材的硬度高得多的硬度，即使在高温下也很难发生晶粒成长，而且具有适于机械部件的优良特性，例如具有高压缩残余应力等。若能将该超微细晶体层及纳米晶体层用于工业，则可实现由金属材料构成的制品的强度和性能的提高。鉴于此，提出了多种在金属材料的表层部生成超微细晶体层或纳米晶体层(以下，称为“纳米晶体层等”)的技术。例如，在特开2003-39398号公报中记载有下述技术使设置于金属制重锤的末端面上的突起与金属制品的表面冲撞，而在突起冲撞的金属制品表面部位生成纳米晶体层等(专利文献1)。另外，作为另一现有技术，有利用喷丸处理的技术。图16是就喷丸处理进行展示的示意图。该喷丸处理，如图16所示，是利用从喷射装置100喷射的压缩空气的喷射压力，而使钢或陶瓷等硬质粒子G高速与金属材料101的加工面101a冲撞，借助该冲撞，而使加工面101a的表面产生塑性变形，生成纳米晶体层等。专利文献1特开2003-39398号公报(段落 、图2等)但是，在上述使金属制重锤的突起进行冲撞的技术中，例如，在要生成纳米晶体层的面为角部或孔的内周面等的情况下，不能使金属制重锤的突起与该面冲撞，所以不能生成纳米晶体层等，存在很难用于具有复杂形状的实际工业制品中的问题。另外，在上述现有技术中，另外需要金属制重锤的冲撞装置或硬质粒子G的喷射装置100等特殊设备，存在装置成本增大的问题，并且需要另外追加使用这些装置的工序，所以还存在加工成本(生成纳米晶体层等的成本)增大的问题。进而，在使金属制重锤的突起进行冲撞的技术中，一次冲撞所能生成的纳米晶体层等的面积狭小，所以若要在较大的范围内生成纳米晶体层，则需要反复多次进行加工，加工时间变长，所以相应地有加工成本(生成纳米晶体层等的成本)增大的问题。另外，上述现有技术，是通过使突起或硬质粒子G与制品的表面冲撞，而使该冲撞面塑性变形，来生成纳米晶体层等，所以纳米晶体层等的生成面粗糙，存在不仅不能得到平滑的加工面，而且不能得到均匀的纳米晶体层等的问题。例如，在使突起进行冲撞的技术中，由于突起的中心部与外缘部向制品表面冲撞的压力不同，所以形成于制品的冲撞面上的纳米晶体层的厚度和特性在突起的径向上不均匀。另外，在利用喷丸处理的技术中，不能使硬质粒子G与孔的内周面等处均匀地冲撞，所以与孔的底部附近相比，在口部附近会更为集中地产生纳米晶体层。另一方面，近年来，提出了利用轧制或拉丝加工等加强加工，得到纳米晶体层等的技术。但是，该技术是在坯料状态下强化，所以具有下述问题由于轧制等加工后的热处理而导致高硬度化等效果消失的问题、和由于需要特殊的设备和加热工序而导致成本增大的问题，所以很难用于实际的工业制品。与此相对，本专利技术人就这些问题进行了专心研究，结果提出了利用钻孔加工等将纳米晶体层等形成为制品形状的技术(特愿2003-300354号、及特愿2004-13487号，均未公开)，能实现纳米晶体层等的工业利用。但是，该技术是将加工面的材料温度维持在低温状态下赋予高的应变，所以在加工高硬度材料的被加工物的情况下，刀具的负荷变高，存在引起刀具破损的问题、和不能加工的问题。
技术实现思路
本专利技术是为解决上述问题而作成的，其目的在于提供能在金属制品的表面上以低成本稳定地生成纳米晶体层的超微细晶体层生成方法、具有利用该超微细晶体层生成方法生成的超微细晶体层的机械部件、制造该机械部件的机械部件制造方法、及纳米晶体层生成方法、具有利用该纳米晶体层生成方法生成的纳米晶体层的机械部件、制造该机械部件的机械部件制造方法。为达到该目的，技术方案1所述的超微细晶体层生成方法，通过对由金属材料构成的被加工物实施使用加工刀具进行的机械加工，对其加工面赋予局部的较大应变，而在前述加工面的表层部生成超微细晶体层，前述使用加工刀具进行的机械加工，对前述被加工物的加工面实施产生至少1以上的真应变的塑性加工。技术方案2所述的超微细晶体层生成方法，在技术方案1所述的超微细晶体层生成方法中，前述使用加工刀具进行的机械加工，是维持前述被加工物的加工面的材料温度低于规定的上限温度而进行的，在前述被加工物由钢铁材料构成的情况下，该规定的上限温度为该钢铁材料的Ac1相变点，在前述被加工物由钢铁材料以外的其他金属材料构成的情况下，该规定的上限温度为该金属材料的换算成绝对温度的熔点的大约1/2的温度。技术方案3所述的超微细晶体层生成方法，在技术方案1所述的超微细晶体层生成方法中，前述使用加工刀具进行的机械加工是将前述被加工物的加工面的材料温度维持在规定的温度范围内进行的，在前述被加工物由钢铁材料构成的情况下，该规定的温度范围为该钢铁材料的Ac1相变点以上且低于熔点的温度范围，在前述被加工物由钢铁材料以外的其他金属材料构成的情况下，该规定的温度范围为下述温度范围该金属材料的换算成绝对温度的熔点的大约1/2的温度以上且低于熔点。技术方案4所述的超微细晶体层生成方法，在技术方案3所述的超微细晶体层生成方法中，在前述被加工物由钢铁材料构成的情况下，在实施前述使用加工刀具进行的机械加工后，以比前述被加工物的淬火所需的冷却速度快的速度冷却前述加工面。技术方案5所述的超微细晶体层生成方法，在技术方案2至4中任一项所述的超微细晶体层生成方法中，前述使用加工刀具进行的机械加工，将前述被加工物的加工面的材料温度维持在低于前述规定的上限温度的温度下或维持在前述规定的温度范围内，并且，使前述被加工物的加工面下层部或前述加工面附近的表层部的非超微细晶体层的材料温度达到大约500℃以上的时间在大约1秒以内，确保母材硬度的大约80％的硬度。技术方案6所述的机械部件，由金属材料构成，在其表层部的至少一部分上具有利用前述技术方案1至5中任一项所述的超微细晶体层生成方法生成的超微细晶体层。技术方案7所述的机械部件制造方法，制造由金属材料构成且在其表层部的至少一部分上生成有超微细晶体层的机械部件，至少包括超微细晶体层生成工序，在所述超微细晶体层生成工序中，利用前述技术方案1至5中任一项所述的超微细晶体层生成方法在前述机械部件上生成超微细晶体层。技术方案8所述的纳米晶体层生成方法，通过对由金属材料构成的被加工物实施使用加工刀具进行的机械加工，对其加工面赋予局部的较大应变，而在前述加工面的表层部生成纳米晶体层，前述使用加工刀具进行的机械加工，对前述被加工物的加工面实施产生至少7以上的真应变的塑性加工，并且，是将前述被加工物的加工面的材料温度维持在规定的温度范围内进行的，在前述被加工物由钢铁材料构成的情况下，该规定的温度范围为该钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超微细晶体层生成方法，通过对由金属材料构成的被加工物实施使用加工刀具进行的机械加工，对其加工面赋予局部的较大应变，而在前述加工面的表层部生成超微细晶体层，其特征在于，前述使用加工刀具进行的机械加工，对前述被加工物的加工面实施产生 至少１以上的真应变的塑性加工。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅本实，户高义一，铃木正，太田利一，山下晃浩，田中修二，
申请(专利权)人：国立大学法人丰桥技术科学大学，株式会社尤尼万斯，
类型：发明
国别省市：JP[日本]