ショットピーニング

ショットピーニングとは、金属や非金属の小さな球状粒子を金属表面へ高速で衝突させ、表面近傍に圧縮残留応力を与える表面処理方法です。
表面を単に削る処理ではなく、衝突によって表面層をわずかに塑性変形させ、その結果として疲労き裂が発生しにくい状態をつくるのが大きな特徴です。
表面処理や機械材料の分野では、疲労強度を高める代表的な方法として広く知られています。

ショットピーニングの主な目的は、部品の疲労強度向上です。
繰り返し荷重を受ける部品では、表面から微小なき裂が発生して破損へ進むことがありますが、ショットピーニングで表面に圧縮残留応力を与えると、このき裂の発生や進展を抑えやすくなるとされています。
実際に、ばねや歯車などの疲労部品で広く使用されていることや、圧縮残留応力の効果によって疲労限度が向上することが報告されています。

この処理は、ばね、歯車、シャフト、ピン、航空機部品、自動車部品など、繰り返し応力や衝撃を受ける部品に向いています。
表面近くの硬さや残留応力状態が変わることで、耐久性の向上が期待できるため、安全性や長寿命化を重視する部品で特に重要です。
また、条件によっては表面組織が微細化し、表面硬さの向上につながる場合もあります。

よく似た用語にショットブラストがありますが、目的は同じではありません。
ショットブラストは、さび取り、スケール除去、粗面化、表面清浄化などを主目的とすることが多いのに対し、ショットピーニングは表面に圧縮残留応力を与えて機械的性質を改善することが主目的です。
どちらも粒子を表面へ当てる処理ですが、仕上げや前処理が主眼なのか、疲労強度向上が主眼なのかで使い分けられます。

選定時には、ショットの材質、粒径、投射速度、投射角度、カバレージなどの条件が重要になります。
これらの条件によって、表面粗さ、残留応力の大きさ、硬化の程度が変わるため、部品の材質や形状、求める寿命に合わせた設定が必要です。
強すぎる条件では表面粗さが悪化して逆効果になる場合もあり、弱すぎる条件では十分な効果が得られません。
ショットピーニングは、部品表面を“鍛える”ようにして耐久性を高める、実用性の高い表面処理の一つです。