1月 4, 2025

航空宇宙およびエネルギー分野の主要部品であるタービン部品は、その性能と信頼性に対して極めて高い要求があります。ショットピーニングは、残留圧縮応力を導入して材料の疲労寿命と耐食性を向上させることにより、タービン部品の表面を最適化する重要な技術手段です。

セラミックショットピーニングビーズとスチールショットは、最も一般的に使用される2つのショットピーニング媒体です。どちらも一定の強化効果を得ることができますが、性能、耐久性、コストに大きな違いがあります。この記事では、ユーザーが適切なショットピーニング媒体をより適切に選択できるよう、これらの比較ポイントについて説明します。

1. 表面粗さ

セラミックショットピーニングビーズは高硬度ですが、表面に損傷を与えず、加工効率を維持しながら低い表面粗さを得ることができます。通常、航空機エンジンのタービンブレードなど、高い表面粗さが要求されるタービン部品に適しています。

衝撃力は強いが、高い粗さが出やすく、繊細な表面処理が必要なタービン部品には向かない。

2. 表面仕上げ

ジルコニアセラミックショットの表面は滑らかで、衝撃後に傷やへこみができにくく、均一な表面処理効果を得ることができる。

スチールショットは通常、高炭素鋼または合金鋼で作られている。鋼は高い硬度を持つが、その粒子構造は比較的壊れやすい。高強度または頻繁な使用下で変形または崩壊しやすく、衝撃効果が不均一になり、全体的な仕上がりに影響する可能性があります。

3. 応力分布

セラミックビーズはサイズが均一で、表層に均一で適度な深さの残留圧縮応力を導入することができ、疲労寿命の向上に役立ちます。圧縮応力分布の深さは通常 0.1-0.15 mmで、応力の影響を受けやすい部品に適している。

スチールショットは、より深い残留圧縮応力分布をもたらすことができる。 0.2以上 mm）は、衝撃力が高いが、応力分布の均一性はセラミックショットピーニングビーズほど良くない可能性があり、部品の寿命に一定の影響を与える。

4. カバレッジ

セラミックビーズはサイズと形状の一貫性が高く、ショットピーニング工程は高い被覆率を容易に達成することができ、被覆効率は通常次のとおりです。 10%-15% スチールショットよりも高い。

鋼材のショットでは、形状や硬さの違いにより、局所的な被覆が不十分になりやすく、要件を満たすために余分な時間や複数回のショットピーニングが必要になる場合があります。

5. 均一性

セラミックショットピーニング用メディアは、主に酸化ジルコニウムで構成されています。 60%-70%)を他の酸化物と組み合わせたものである。ユニークな結晶構造は、優れた耐圧縮性と靭性を持ち、壊れにくく、特に高強度で繰り返し衝撃を受ける作業環境に適しています。ショットピーニング処理中に一貫した衝撃効果を維持し、処理の均一性を向上させることができます。

しかし、スチールショットの破損率は高く、ショットピーニング後に異なるサイズの粒子が生成される可能性があり、これはショットピーニングプロセスの一貫性に影響する。

1. 耐食性

セラミックショットピーニングビーズは耐食性に優れ、水分や化学物質の影響を受けにくい。腐食環境に長時間さらされる部品に適しています。たとえば、海洋や高湿度の環境では、ジルコニアセラミックショットはタービン部品の表面の完全性を効果的に保護することができます。

スチールショットは水分や化学物質の影響を受けやすい。長期間の使用は錆の原因となり、タービン部品の表面品質を損なう。追加の防錆処理が必要となり、コストと使用の複雑さが増す。

2. 適用温度範囲

セラミック材料は耐熱性が高く、通常、高温環境下でも安定した構造を維持する。材料の軟化や形状の変化はない。航空機エンジンのタービンブレードのような高温部品に適している。

スチールショットは、超高温環境では酸化や性能劣化により破損する可能性があり、超高温ショットピーニング作業には適さない。

1. 耐久性

セラミックショットピーニングビーズは、耐摩耗性が高く、スチールショットよりも耐用年数がはるかに長い。研究によると、同じ条件下では、セラミックショットピーニングビーズはスチールショットよりも2～3倍多く使用できます。

構造上の理由から、スチールショットは高周波の使用中にクラックが発生しやすく、故障につながりやすいため、その寿命はセラミックショットピーニングビーズに比べて著しく低い。

2. リサイクル率

セラミックビーズはリサイクル率が高く、簡単な洗浄で再び使用できます。損失率が低いため、ショットピーニング作業全体の媒体消費量の削減に役立ちます。

スチールショットのリサイクル率は、ジルコニアセラミックショットに比べて低い。割れや変形のため、損失が大きく、交換や取り扱いの頻度が高くなり、メンテナンスが複雑でコストが高くなる。

3. 経済

ジルコニア・セラミック・ショットの単価は高いが、耐久性が高く、リサイクル率が高いため、長期的に使用する場合には経済的である。スチールショットは初期購入コストが低く、予算が限られているプロジェクトや短期プロジェクトに適している。高強度ショットピーニング作業にもっと注意を払うべきである。

1. 高精度の要求

セラミックショットピーニングビーズは、タービンブレードや航空機エンジン部品などの高精度部品の加工に適しています。適度な硬度と均一な粒子径により、表面を傷つけることなく高品質の表面強化効果を得ることができます。

特に、タービンブレードの溝やエッジのような複雑な細部や高い表面品質が要求されるワークピースの場合、これらの部品は通常、ショットピーニング媒体の衝撃力や均一性を細かく制御する必要があります。

2. 高強度要件

スチールショットは、衝撃力が大きいため、大型タービン軸受や圧力軸受部品など、高強度のショットピーニングが必要な部品に大きな利点があります。

厚く重い金属部品の表面強化に適しており、深い残留圧縮応力を素早く達成できるため、部品の疲労寿命を延ばすことができる。

3. 環境保護要件

セラミックビーズは鉄系成分を含まず、粉塵や汚染物質の発生が少なく、環境保護基準を満たしている。また、使用時に発生する廃棄物も比較的少ないため、工場の環境保護管理コストを削減することができる。

スチールショットは摩耗後に酸化鉄粒子が発生する可能性があり、高い環境管理が求められる。また、頻繁な交換は廃棄物処理量を増加させるため、グリーンなモノづくりを重視する生産環境には適さない。

セラミックショットピーニングビーズとスチールショットにはそれぞれ独自の利点があり、タービン部品のショットピーニングのさまざまなニーズに適しています。

セラミックビーズは、高い精度が要求されるタービンブレードや複雑な部品の表面処理で優れた性能を発揮し、均一で詳細な表面強化効果を提供できるため、高い表面品質と長寿命を必要とする用途に適しています。一方、スチールショットは、大型タービン軸受や圧力軸受部品など、深い圧縮応力を必要とする部品を処理する際に、より強い衝撃力で比類のない利点を発揮します。

この2つの媒体にはそれぞれ重点があり、タービン部品の特定の性能要件、環境要件、経済予算に基づいて選択する必要がある。

ショットピーニング技術と材料の継続的な進歩に伴い、将来的にはさらに革新的なショットピーニング媒体が登場し、タービン部品の効率的な処理のためのより精密で環境に優しいソリューションが提供される可能性があります。