JPH01142001A - 硬質鉄粉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主としてショットピーニングやショツトブラス
ト、粉末冶金に用いるに好適な硬質鉄粉に関する。

〔従来の技術〕

現在、様々な材質、粒度の鉄粉がショット用粉、粉末冶
金用材料、脱酸素材料、カイロの発熱材等多岐にわたり
活用されているが、中でも硬さが特に要求されるのがシ
ョット用鉄粉である。金属表面への鉄粉のショットは、
鋳物の砂落しや鋳鋼板、鋳物の黒皮落しや錆落し等表面
研掃の為行なわれたり、鋼部品の疲労強度を高める手段
として行なわれる。鉄粉の大きさは用途によりまちまち
で、通常０．　１〜３．５ｍｍのものが用いられるが、
いづれの目的であってもショット効果を高め、且つ安定
したショット効果を得る為にはできるだけ硬くして使用
時の衝撃で割れ難く寿命が長く、繰り返し使用に耐え得
るものが望ましい。特に鋼部品の疲労強度を高めるショ
ットピーニングでは、そのピーニング効果が鉄粉、すな
わちショット粉とショットピーニングされる部品との相
対的な硬さに依存し、ショット粉の硬さが被処理品の硬
さに比べて高い程より大きなピーニング効果が得られる
為硬さが特に重要である。

この様にショット粉には硬くて割れ難いという相反する
性質が要求されており、例えば滲炭焼人品や高周波焼入
品の様に被処理物の表面が非常に硬い場合、それらに大
きなピーニング効果を得る為には少なくともビッカース
硬度用ＨＶ７００以上の硬さのショット粉が望ましいが
、この様な硬いショット粉は通常、焼入れすることによ
り製造されるので粒子全体が硬く、脆い為、割れ易く寿
命が短い。この為、実際のショットピーニングの工程に
おいて、安定したショット品質を維持することが難しく
、効果はある程度犠牲にしても硬さの低い（ＩＩＩ１１
ｖ３００〜４００）、すなわち寿命の長いショット粉を
使用せざるを得ないのが現状である。また、粉末冶金用
硬質金属粉としてはタングステンカーバイドか主として
用いられるが非常にコストが高い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上の様に、金属表面の研掃やショットピーニングを効
果的に行なう為には、硬くて割れ難いショット粉か必要
であるが、焼入れしたショット粉は硬いが脆く割れ易い
為、寿命が短く、一方、寿命を長くする為には、柔かい
ショット粉を使用せざるを得す、ブラスト効果に乏しい
という問題点を有している。又、粉末冶金においては、
鉄粉の低コスト性は、硬度を必要とする分野には活かさ
れていないのが現状である。

かくて本発明は上記問題点を解決するもので、硬くて、
しかも割れ難くショット粉として又粉末冶金用金属粉と
して適当な硬質鉄粉を提供することを目的とするもので
ある。

〔問題点を解決する為の手段〕

本発明者等は、鉄粉にクロマイジング処理してその表層
部又は内部にクロム拡散層を形成した後、冷戻処理して
そのクロム拡散層の硬度を著しく高めることにより上記
問題点を解決しうることを見出したのである。

まず本発明の硬質鉄粉を開発するに至るまでの経緯を詳
しく説明する。

クロマイジング処理が鉄鋼の表面硬化方法として有効な
手段であることは、周知の通りで、例えば特公昭５７−
３８６６９号公報及び特開昭６１−２６４１７０号公報
に開示されている如く、耐摩耗性向上の為、チェーンピ
ンにクロマイジング処理しｍＨｖ１７００〜１８００と
いう非常に高い硬度を得ている。この様な硬度を高める
性質はチェーンピンのみならず、耐摩耗性を必要とする
機械装置部品の表面硬化方法としても、極めて有効で、
種々のローラーや岩石・鉱石等の粉砕機部品、珪砂投入
機のパケット等にも適用され、被処理物の材質により異
なるが、およそｍ１ｌｖ３００〜１５００の表面硬度を
得ている。

クロマイジング処理について概略説明すれば、金属クロ
ム粉末とアルミナ粉末及び塩化アンモニウム粉末を混合
した滲透剤中に被処理物を埋置し、非酸化性又は還元性
雰囲気下で加熱することにより、被処理物にクロムを拡
散させる方法であって、滲透剤のクロム濃度、加熱温度
、加熱時間等を調節することにより、生成するクロム拡
散層の厚み、クロム含有率を変化させることができる。

この様にクロマイジング処理により、被処理物にはクロ
ムが拡散するが、前述の如く高い硬度が得られるのは、
クロム自身の硬度が高いからではなく、予め素材に含ま
れている炭素と拡散したクロムが結合し、非常に硬い炭
化クロムを生成する為であり、素材の炭素含有量はクロ
ム拡散層の硬度と密接な関係がある。例えば炭素量の異
なる厚さ１０關の鋼板をある条件にてクロマイジング処
理した場合、−膜構造用圧延鋼材５Ｓ４１　（Ｃ＝０．
１５％）では、厚さ１．５０μｍ、硬度ｍｔｌｖ３００
〜４００のクロム拡散層が得られ、機械構造用炭素鋼鋼
材８４０Ｃ（Ｃ＝０．４０％）では厚さ５０μｍ、硬度
ｍ１（ｖＬ２００〜１３００のクロム拡散層が、高炭素
クロム軸受鋼鋼材５ＵＪ（Ｃ＝１．０２％）では、厚さ
３０　ｕ　ｍ　％硬度ｍ１ｌｖ１５００〜１７００のク
ロム拡散層を得ることができる。即ち、素材の炭素量が
多い程、クロム拡散層の厚みは薄く、硬度は高くなって
おり、より多量の炭化クロムが高濃度に生成しているこ
とが判る。

そこで本発明者等は、鉄粉の場合においても炭素含有率
は通常０．０３〜１．２０％の間で、種々異なり、クロ
マイジング処理後の硬度にも差があることは、予想した
が、前述の鋼板の例より、いづれの炭素含有率の場合に
おいても、相当な効果を有すると判断し、次の実験を行
なった。

先ずｍＨｖ１０００以上の硬度を目標とし、粒径２００
〜１．０００　ｕ　ｒｎの鉄粉（Ｃ＝０．４０％）にク
ロマイジング処理し厚さ３０〜５０μｍのクロム拡散層
を得たが、拡散層の硬度はｍ１ｌｖ１５０〜３００と低
く、たいした効果は得られなかった。

即ち、鋼板（Ｃ＝０．４０％）ではｍＨｖｌ　２００〜
１３００という高い硬度が得られるのに比べ、鉄粉（Ｃ
＝０．４０％）の場合、炭素含有率は同じであっても、
はるかに低い硬度しか得られないという際立った違いが
生じていた。そこでその原因を解明すべく種々実験の結
果、従来はクロム拡散層の硬度を高める要因としては、
素材の炭素含有率に着目していたが、鉄粉の様に、板と
比べて比表面積（重量当りの表面積）がはるかに大きい
い場合には、それだけでは不充分で、粒の表面積当りの
炭素量が硬度を左右する決定的要因であることを見い出
したのである。

ここで表面積当りの炭素量とは粒子１個の炭素量を粒子
の表面積で除した値でｍｇ／ｃ−で表示され、第１図に
粒径と表面積当りの炭素量との関係を炭素含有率が０．
１５％、０．４０％、１．０％の場合につき記載した。

第１図より明らかな様に粒径と表面積当りの炭素量は正
比例の関係にあり、粒径が小さくなるにつれて表面積当
りの炭素量も減少するが、この事がクロマイジング処理
をしても硬度が高くならない原因であり、この値が４ｍ
ｇ　／　ｃＩＩＩ以下の場合、クロマイジング処理だけ
では。

ｍ１ｌｖ７００以上の高い硬度を得ることは困難である
。

クロムの拡散は被処理物が板、粒等形状の如何を問わず
、その表面において生じ、クロム拡散量はその表面積に
比例するので、板の場合、広さが大きくても小さくても
、単位表面積当りのクロム拡散量は、変らず、従って拡
散層中に生成する表面積当りの炭化クロム量も一定であ
るが、粒の場合、粒径が小さくなるにつれて表面積当り
の炭素量が減少する為、たとえ板の場合と同量のクロム
が拡散しても、生成する炭化クロム量は減少し、硬度は
低下していくのである。更に、例えば炭素含有率が０，
１５％の充分に広い、厚さ１＋ｎｍの鋼板と粒径１ｍｍ
の鉄粉の表面積当りの炭素量を比較すれば、鋼板の場合
０．５８５■／　ｃ／　、鉄粉の場合０．１９５ｍｇ／
ｃシと３：１の割合となり、この比率は厚さと粒径が同
一の場合、常に一定であるが、粒でもミクロ的にはその
表面は板と同様、はぼ平面であることを考えれば、粒の
場合、表面積当りの炭素量がもともと少ないことが判る
。

以上よりクロマイジング処理によって鉄粉の硬度を高め
る為には、表面積当りの炭素量か多いことが望ましく、
従って粒径は大きく炭素含有率は高いことが望ましいが
、実際には種々様々な炭素含有率、粒径の鉄粉が用いら
れる為、結局、クロマイジング処理だけでは、硬化方法
として不充分であるとの結論に至った。例えば粒径３ｍ
ｔｎ、炭素含有率が１．０％の鉄粉の場合、クロム拡散
層の硬度はｍ１ｌｖ５００〜７００であるが、炭素含有
率が０．０５％の場合はｍ１ｌｖｌ　ＯＯ〜１３０　Ｌ
かなく、炭素含有率が１．０％と高くても粒径か２００
μｍの場合には、ｍ１ｌｖｌ　１０−１２０と低くり西
マイジング処理の効果は殆んど無いのである。

そこで硬度を高める方法として、鉄粉の炭素量を高める
べく、冷戻処理した後、クロマイジングを試みたが尚不
充分であった。即ち粒径５００μｍの鉄粉にクロマイジ
ング処理し、厚さ３０〜５０μｍ、硬度ｍ）ｌｖ８００
以上のクロム拡散層を得る場合であっても、鉄粉の炭素
含有率は４〜５％以上に高めねばならないが、この様な
多量の炭素を滲炭させることは不可能だからである。

次いでクロムと炭素との結合力が炭素と鉄のそれより強
いことに着目し、鉄粉のクロマイジング処理によりクロ
ムを拡散させた後、滲炭したところ、拡散層のクロムと
滲炭した炭素が優先的に結合し、炭化クロムが生成しｍ
１ｌｖｌ　５００〜１９００といった高い硬度の硬質鉄
粉を得ることが可能となることが見出されたのである。

かくして、本発明は、鉄粉をクロマイジング処理してそ
の表層部又は内部にクロム拡散層を形成した後、冷戻処
理して前記クロム拡散層の硬度を高めてえられたことを
特徴とする硬質鉄粉を提供するものである。

ここにおける鉄粉としては上述のように一般に１００〜
３５００μｍの粒径、０．０３〜１．２０％の範囲の炭
素含量を有するものを用いることができるが、その中で
も３００〜２５００μｍの範囲の粒径、０．３０〜１．
００％の範囲の炭素量を有するものが好んで用いられる
。

このような鉄粉をまず前述のような滲透剤とともに鋼板
製半密閉容器に充填して非酸化性又は還元性雰囲気下に
約８００〜１１００℃の温度に約１〜２０時間加熱して
クロマイジング処理して表層部又は内部にクロム拡散層
を形成する。この処理を終え冷却した後容器から取出し
て磁選により滲透剤と鉄粉とを分離し、えられた鉄粉を
次いで別の容器で席次処理する。この処理は常法に従っ
て、この鉄粉を窒素、水素、−酸化炭素とメタンを任意
割合で含有する冷戻性ガス雰囲気中で約８５０〜１００
０℃の温度に約１〜５時間加熱することによって行なう
。

−１１＝ このようにして硬度ｍＨｖ１５００〜１９００の硬質鉄
粉かえられるのであるが、上記の如き例えば滲透剤中の
クロム量、加熱温度、加熱時間等のクロマイジング処理
条件を調整して、クロム拡散層の厚みを調整することが
でき、鉄粉の表層部にのみクロム拡散層を設けたり又そ
の全体芯部に至るまでクロムを拡散したりすることがで
きる。又冷戻ガス中の炭素量、加熱温度、加熱時間等の
冷戻条件を変えて冷戻量を調整することによって鉄粉の
炭素量の多少、粒径の大小に関係なく炭化クロムの生成
量を調整して、硬度を上記範囲内で任意に調整すること
ができる。

〔作　用〕

かくして本発明によれば鉄粉の表層部のみ硬化させるこ
とによって、表層部が硬く、内部は柔がく従って強靭で
割れ難く、寿命も長い、例えばショツトブラスト又はシ
ョットピーニング用のショット粉末として好適な硬質鉄
粉を得ることができ、一方鉄粉全体を硬化することによ
って、コストが安く効果も大きな硬質部品用の粉末冶金
原料とし＝　　１２　− て好適な硬質鉄粉を得ることもできる。かくて本発明に
よればクロム拡散層厚や硬度の異なった硬質鉄粉を容易
に得ることができる。

〔実施例〕

実施例１゜ 粒径０．２〜１．０ｍｍ、平均粒径０．７關の鉄粉（Ｃ
＝０．９２％）と金属クロム粉７５　ｗ　ｔ％。

アルミナ粉２４．５ｗｔ％、塩化アンモニウム粉０．５
ｗｔ％を混合してなる滲透剤とをそれぞれ５０：５０（
重量比）の割合にて混合したものを鋼板製半密閉容器に
充填し、９００℃にて８ｈｒ加熱してクロマイジング処
理を行なった。冷却後容器より取り出し、磁選により滲
透剤と鉄粉とを分離し、表層に厚さ２０〜５０Ｉｉｍ、
硬度ｒＩＩＨｖ１１０〜４００のクロム拡散層を有する
鉄粉を得た。次いで該鉄粉を席次性ガスであるＡ　Ｇ　
Ａ　Ｎｏ。

３０２ガス（Ｎ２＝３９．８％、Ｃ０＝２０．７％、Ｎ
２＝３８．７％、ＣＨ４＝０．８％）雰囲気中で９００
℃にて２ｈｒ加熱して席次処理し、厚さ２０〜５０μｍ
、硬度ｌｌ１ｌＩｖ１５００〜１８００のクロム拡散層
を有する、本発明の硬質鉄粉を得た。この時の素材部（
非クロム拡散層部）の硬度はＩＩＩＨｖ２００〜３５０
であった。

これとは別に比較のために同じ鉄粉を８００℃に加熱し
た後、焼入れ焼戻しを行ない表面から中心に至るまで、
全体にわたりｍＨｖ７００〜８００の硬度を有する従来
品の鉄粉を得た。

この様にして得た本発明と従来品２種類の硬質鉄粉を用
いて冷戻品（Ｓ　ＣＭ４３５）にショットピーニング処
理を施し、曲げ疲労試験を行ない、耐久限を測定して比
較した結果、本発明品は、従来品の１．４〜１．７倍の
耐久限を示した。硬質鉄粉の寿命は粉の粒度分布が明ら
かに変化するまでとした場合、本発明品は従来品の１．
５〜２．５倍の寿命を有していることが確認できた。

実施例２゜ 次に１０〜４０μｍ　（Ｃ＝０．０３％）の鉄粉に例１
と同じ滲透剤を混合し８００℃で２ｈｒ加熱してクロマ
イジング処理し、粒全体にクロムを拡散させた後、冷戻
性のＡＧＡＮｏ、３０２ガス雰囲気下で８５０℃にて２
ｈｒ加熱して席次処理した。得られた鉄粉は粒全体にわ
たり、ｍＨｖｌ　７００〜１９００という超硬合金もし
くはそれ以上の非常に高い硬度を有していた。

〔発明の効果〕

本発明の硬質鉄粉は表層部のみを著しく硬く、内部を柔
かくすることによりショット粉として用いれば、ショツ
トブラスト　ショットピーニングの効果は絶大で、且つ
割れ難いものである為、寿命か長く、ショット工程を安
定化させると共にコストダウンを計ることができる。又
芯部まで硬くすることにより高い硬度を必要とする焼結
合金の材料として好適な硬質鉄粉を低コストで提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は鉄粉の粒径と表面積当りの炭素量との関係を図
示したものである。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鉄粉をクロマイジング処理してその表層部又は内部にク
   ロム拡散層を形成した後、滲炭処理して前記クロム拡散
   層の硬度を高めてえられることを特徴とする硬質鉄粉。