JPH0211644B2

JPH0211644B2 -

Info

Publication number: JPH0211644B2
Application number: JP58145618A
Authority: JP
Inventors: Baanzu Rarii; Gaburirusen Jon
Original assignee: Federal Mogul LLC
Current assignee: Federal Mogul LLC
Priority date: 1982-08-09
Filing date: 1983-08-09
Publication date: 1990-03-15
Also published as: CA1225536A; MX156818A; EP0105138B1; DE3380264D1; ATE44983T1; EP0105138A1; JPS59133301A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は予備合金にした、鉄ベース粉末金属鍛
造プレフオームを還元し、焼結しそして浸炭させ
る方法に関する。

高強度の鉄ベース粉末金属部品の製造において
は、予備合金にした粉末を冷圧し、焼結し、そし
て次に鍛造する。焼結中に粉末中の酸化物は受容
できる水準にまで還元される。硬化層（case）浸
炭を要する部品に対しては鍛造の前に、好ましく
は焼結炉中で部品を浸炭させることが有利である
ことが判明した。従つて、焼結炉は仕掛り製品を
生産しこれを焼結しそして浸炭した鍛造予備成形
物と記載することができる。この鍛造予備成形物
は潤滑し、妥当な鍛造温度に加熱し、そして精密
な許容誤差の形状に鍛造する。鍛造後、部品は普
通は急冷しそして応力を除去する。

多数の粉末金属部品は研硝のような後鍛造機操
作を必要とする。そのような場合、浸炭中に導入
される炭素硬化層は妥当な深さと構造を有して指
定した表面炭素含量を保ちながら加工中に材料の
除去を許容することを保証することが必要であ
る。現在の粉末冶金技法によつて生じる炭素勾配
は比較的高い後−機械加工表面炭素が要求される
ある種の適用に対しては適切でなかつた。

鍛造した粉末金属部品の物理的性質に加えて、
今一つの重要な考慮事項は原価である。粉末金属
部品の人気の増大は、多くの場合、錬鉄から加工
した部品のようなより普通に製造される製品と比
べてより低い製造原価のためである。換言すれ
ば、粉末金属および機械加工した部品は、多くの
場合、物理的性質においては匹敵するけれども、
粉末金属部品はより低い製造原価のために機械加
工部品に置き代りまたは競争することができた。
低製造原価が一般にその例であるが、伝動装置お
よび車軸用の部品のような高強度用途に対する粉
末金属および機械加工部品間の原価上の差はずつ
と少ない。原価上の強みのこのような狭小化は、
ある程度は、鍛造した粉末金属部品の製造に使用
するより複雑な工程のためである。従つて、この
ような用途に対する鍛造した粉末部品と機械加工
部品間の競争は痛烈である。鍛造する粉末金属部
品の製造原価を引き下げる改良はこれらの製品が
機械加工製品との競争に成功するためには甚だ重
要である。

従つて本発明の目的は予備成形物の還元、焼結
および浸炭のための時間および温度が十分縮小さ
れた高強度鉄ベース合金の粉末金属鍛造予備成形
物をつくる方法を提供することである。

本発明は従つて予備合金にした、鉄ベースの、
粉末金属鍛造予備成形物を同時に焼結しそして浸
炭する方法において、連続炉の予熱帯域中で潤滑
剤が燃え尽きるのに要するものよりも長くない時
間予備成形物を予熱して焼結／浸炭温度に近い温
度にまで予備成形物の急速加熱を誘導し、同時に
浸炭雰囲気中でそして希望する表面炭素含量より
も大きい炭素ポテンシアルを有する炉の熱帯域中
において実質的に1093℃（2000〓）よりも低くそ
して大気の炭素ポテンシヤルにおけるオーステナ
イト鉄中の炭素の溶解温度よりも高い範囲内の温
度においておよび酸化物を還元しそして希望する
硬化層炭素含量にほぼ等しい表面炭素含量を有し
そしてそれが約0.050cm（0.020インチ）の深さま
で比較的一定に減じている硬化層炭素勾配を予備
成形物中に生じるのに十分な時間予備成形物を焼
結しそして浸炭し、予備成形物を炉の第一冷却帯
域中で硬化層中のオーステナイト相の転移が開始
するだけ十分早い速度で冷却させそれによつて硬
化層炭素勾配を凍結させ、そして予備成形物を炉
の第二冷却帯域中で約260℃（500〓）よりも低い
温度にさらに冷却し、それによつて焼結しそして
硬化層浸炭をした予備成形物が最短時間中にオー
ステナイト温度よりも高い温度であつてそして約
1093℃（2000〓）よりも低い最高温度において生
産される各段階を特徴とする方法を提供する。

本発明は鍛造予備成形物、即ち鍛造段階のため
の調製において冷間加圧し焼結し、そして浸炭さ
せた粉末金属部品を生産するための改良方法を含
む。本発明の一実施態様においてこの方法は受容
しうる炭素勾配を有する鍛造予備成形物を生産す
るが、ときどきおよび温度によつてはそのように
することが必要であると一般に認められるものよ
りも低くなる。この事に関しては、本発明はモリ
ブデン、ニツケル、マンガン、クロウムおよびこ
れに類するものの一つまた一つ以上の合金用付加
物を含む硬化しうる合金鋼に導かれることが指摘
される。浸炭された鍛造予備成形物はこの方法に
よつてAISI4600シリーズ鋼と類似の組成で予備
合金にした粉末から1093℃（2000〓）よりも低い
温度においてオーステナイト温度より上で約35分
またはそれ以下で生産された。その上適した炭素
硬化層を生じさせるために、この方法は酸化物を
受容できる水準、即ち、1000ppmO₂より少なく
減じることができる。この事は1121℃（2050〓）
においてオーステナイト温度より上でおよそ60分
の時間で実施される匹滴する合金に対する現行の
焼結／浸炭法と対照的である。従つて、鍛造予備
成形物の生産原価は、生産時間が実質的に縮減さ
れそしてエネルギー所要量が減じるため実質的に
減少される。

本発明の今一つの実施態様においては、その方
法は機械加工後に比較的高い表面炭素含量を必要
とする用途に対する改良した鍛造予備成形物を生
産するために炭素勾配を変更する段階を含む。炭
素勾配は少なくとも0.025cm（0.010インチ）の深
さを有しそれを越えても炭素含量は約0.10％より
多くは減じない平坦域（plateau）を生産するよ
うに改良される。（組成は全体を通して重量％で
与えられる）。この炭素勾配は表面炭素含量を受
容しうる水準以下に減じることなく機械加工中に
素材の約0.025cm（0.010インチ）までの除去を許
容する。本発明のこの特徴は粉末金属から転り接
触ベヤリング用のレース（race）の生産に特に重
要であると思われるそれはこれらのレースは比較
的高い後研削表面硬度を要求する研削表面を有す
るからである。

本発明に係わる焼結／浸炭法は全く通例のベル
ト−型焼結炉中で行なわれこれは予熱帯域、熱帯
域、および冷却帯域を含む。焼結および浸炭は同
時に熱帯域中で行なう。炭素勾配を熱帯域中での
最初の浸炭中に得られるものから変えることを望
む場合には熱帯域に直ぐ続いて短かい拡散帯域を
加えることができる。

予熱帯域中で冷圧予備成形物は熱せられてステ
アリン酸亜鉛、ステアリン酸、およびワツクスの
ような潤滑剤が燃え尽くされ、これは予熱帯域の
慣用機能である。

慣用の実施と対照的に、予熱帯域は通例のもの
よりも著しく高い温度に維持して予備成形物を予
め定めた焼結／浸炭温度に急速に加熱する。さら
に特に、予熱帯域は通例の実施においては典型的
には816℃（1500〓）までの温度に加熱されるが、
本発明に従えば1093℃（2000〓）もの高温度を使
うことができる。しかし、予熱帯域の温度は加工
温度の光によつて測定されることに注意すべきで
ある。従つて、焼結／浸炭温度を954℃（1750〓）
に低める場合には、予熱帯域中の温度もまた下げ
るべきである。予熱帯域中の時間もまた減じる。
通例の焼結の実施では予熱帯域中の時間は約15か
ら30分までと明記するが、本発明に係わる予熱帯
域中での時間は10分またはそれ以下でよい。

予熱の後、予備成形物は熱帯域中に移動しその
中で同時に焼結されそして浸炭される。熱帯域は
1093℃（2000〓）よりも低い温度に保たれこれは
この型の予備合金粉末に対して普通提示される温
度よりも少なくとも27℃（50〓）低い。熱帯域中
では高炭素ポテンシヤルを有する雰囲気が使用さ
れる、即ち、希望する表面炭素含量よりも高い炭
素ポテンシヤルを有する雰囲気である。予備成形
物は熱帯域中におよそ20分間保たれる。

本発明の一実施態様においては予備成形物は熱
帯域から第一冷却帯域に移動されその中で予備成
形物は急速に冷却（約５分以内に）してオーステ
ナイト転移が始まつて浸炭中に得られる硬化層炭
素勾配を凍結させる。予備成形物は次いで第二冷
却帯域中で約260℃（500〓）より低い温度に冷却
されて不利な酸化を防ぐ。

本発明の今一つの実施態様においては予備成形
物は熱帯域中で得られた炭素勾配の形状を変化さ
せるために熱帯域から拡散帯域に移動させる。拡
散帯域は帯域を通つて移動する生成物によつて熱
せられそれによつて進入時の温度は熱帯域の温度
におよそ等しい。拡散帯域は予備成形物の温度が
オーステナイト転移温度より下に下らないように
断熱する。希望する炭素ポテンシヤルの浸炭雰囲
気が拡散帯域中で維持される。その雰囲気は焼
結／浸炭帯域中の雰囲気から独立して管理されそ
して熱帯域の炭素ポテンシヤルよりも低くそして
予備成形物の希望する表面炭素含量に等しいか、
または僅かに低い炭素ポテンシヤルを有する。予
備成形物は拡散帯域中に約５分間まで保たれて少
なくとも0.025cm（0.010インチ）の深さにまで延
びそして約0.10％よりも多くない炭素含量域の平
坦域を有する炭素勾配にまで変化させる。次いで
予備成形物を第一冷却帯域中で急速に冷却してオ
ーステナイト化転移を開始させそしてそれによつ
て硬化層中の炭素勾配を凍結させる。その後、予
備成形物を第二冷却帯域を通つて第一実施態様に
関して記載したところと類似の条件下で移動させ
る。

焼結／浸炭工程中の時間および温度の双方を減
少させる概念は通例の冶金学的原則と反対であ
る。時間および温度は焼結および浸炭工程に関し
て逆比例的に関連すべきものと考えられている。
即ち、もしも温度が減小すると、時間は増加しな
ければならず、そして逆もまた同様である。

発明者等による研究は、この法則は、錬鉄材料
の浸炭に対しては適用されるが、冷圧した粉末金
属圧縮粉の浸炭に対しては総ての温度範囲に亘つ
て適用されないことを示した。発明者等は粉末金
属予備成形物中の炭素の拡散速度は増加しない
が、843℃から1066℃（1550〓から1950〓）まで
の温度範囲に亘つてかなり一定であることを発見
した。その上、そしてより示唆的に、拡散速度は
この温度範囲に亘つて錬鉄材料中の拡散速度より
も粉末金属予備成形物中で実質的に高い。1066℃
（1950〓）より高い温度において拡散速度は急速
に増加し始めそして1093℃（2000〓）以上におい
て拡散速度は双方の材料に対してほとんど等しく
なりそれゆえ低温度において達成した利点は失な
われる。従つて、本発明は約843℃から約1066℃
（約1550〓から約1950〓）までの温度範囲に亘つ
て操作するように立案される。

これらの研究の結果は第１図中に要約されこれ
は粉末金属と錬鉄材料中の炭素の拡散速度と温度
の関数として示す。錬鉄材料における拡散速度は
温度に対して予想されるように、著しく左右され
るが、粉末金属における拡散速度は843℃−1066
℃（1550〓−1950〓）の温度範囲に亘つて温度に
対して無感覚に近い。その上、粉末金属予備成形
物中の拡散速度はこの温度範囲に亘つて錬鉄材料
中よりも実質的に高い。1066℃（1950〓）以上に
おいて粉末金属中の拡散速度は錬鉄材料中のもの
と同様にふるまうものと思われる。

第１図中に例解された現象は焼結／浸炭法に対
する若干の著しい制約が和らげる。拡散速度に重
大な低下を引き起こすことなく温度を減じること
ができる。それ以上に、比較的高い拡散速度を達
成できるので、浸炭のための時間を減じることが
できる。この方法に対する時間および温度は従つ
てこの方法の二つの残つた目的、即ち酸化物の還
元と適切な焼結にだけ基づいて樹てることができ
る。

鉄ベースの、予備合金にした粉末の製造におけ
る最近の改良のために、酸化物水準は実質的に低
減された。もしもそのような改良が続けば、酸化
物水準は鍛造した粉末金属部品に対して指定され
る最高水準以下、即ち1000ppm O₂以下に低減で
きることが全く確実であると思われる。この事が
実現する場合には酸化物の還元もまた無視でき
る。一方、温度は還元雰囲気と関連させて酸化物
を要求される水準にまで減じうるように選ばれ
る。例えば、1010℃（1850〓）において粉末中の
酸化物は約900ppm O₂の水準にまで減じること
ができこれは指定される最大値以下である。。そ
の温度における時間もまたより低い酸化物水準に
よつて出発する改良された粉末のために短縮する
ことができる。

上記に基いて、受容された実地が示すよりもよ
り低い温度とより短かい時間において満足すべき
鍛造予備形成物を生産することができた。その結
果、鉄ベースの鍛造予備成形物を還元し、焼結し
そして浸炭するための新規の方法が開発された。
この新規の方法はこれまでの公知の方法よりも著
しく短かい時間および低いエネルギー所要量にお
いて鍛造予備成形物の生産が可能である。

この方法を実施するために使用する炉は、ほと
んどの部分について、粉末金属部品工業において
使われる型の慣用の、ベルト型の連続式炉であ
る。特殊の改良および特徴は下記のより詳細な炉
の記述から明らかになるであろう。

本発明の一実施態様に従えば、炉は四つの機能
帯域に分けられる。第４図中に示す略図を参照す
れば、これらは予熱帯域１０、焼結／浸炭帯域１
２、第一冷却帯域１４および第二冷却帯域１６を
含む。炉は電気的にまたはガスによつて加熱する
ことができ、加工物はそれを通つて連続的メツシ
ユベルト上で移動する。炉はまた焼結／浸炭帯域
１２中に必要な浸炭雰囲気を維持するために必要
な給配管設備を有する。炉のその他の特徴は方法
の記述との関連で記載されるであろう。

予備合金にした鉄ベース粉末金属は最終鍛造部
品を一般に類似した形状を有する未加工鍛造予備
成形物にまず冷圧する。これは標準の粉末冶金実
地に従つて行なわれるのでより詳細には記述しな
い。予備合金にした粉末はAISI4600シリーズと
類似の高強度鉄ベース合金の一つで予め測定した
炭素含量0.15と0.25％の間を一般に有する。前に
注記したように、これらの粉末は合金付加物を含
みこれらは高温度と比較的長い加工時間を要する
と信じられる。好ましくは、粉末は商業的に達成
できる最低の酸化物含量、現在のところ1500−
2500ppm O₂を有する。冷圧したブリケツトは典
型的には6.2−6.8ｇ／cm³の密度を有する。

未加工鍛造予備成形物は炉の供給端上に積みそ
して予備帯域１０中に運ぶ。予熱帯域中でワツク
スおよび滑剤を未加工予備成形物外に燃焼除去す
る。その上、予備成形物は少なくとも焼結／浸炭
温度に近い温度に急速に加熱される。例えば、も
しも1066℃（1950〓）の焼結／浸炭温度を選ぶと
きは、予熱帯域は少なくとも1010℃（1850〓）に
熱せられそれによつて未加工予備成形物の温度は
それが予熱帯域を横切るまでにはこの温度に近く
なる。少なくとも毎分30.5cm（12インチ）のベル
ト速度が維持されそれによつて各未加工予備成形
物は約10分よりも長くない時間予熱帯域内に存在
する。

予熱帯域内の雰囲気中にはワツクス中の炭化水
素のために高メタン含量が観察される。従つて加
熱エレメント上に炭素の煤が集まる傾向がある。
もしも電気的加熱エレメントを使う場合は、煤は
結局短絡を引き起こす。この問題を救うために、
被覆した炭化珪素加熱エレメント（グローバー）
を予熱帯域に使用する。これらの加熱エレメント
は通例の加熱エレメントよりも炭素浸透を受けに
くい。後記するように焼結／浸炭帯域においても
また高メタン条件が存在するのでこの型の加熱エ
レメントがそこでも同様に使はれる。

予熱の後、鍛造予備成形物は焼結／浸炭帯域１
２中に移動する。この帯域は慣用の焼結炉におい
ては「熱」帯域と称される。この帯域中で予備成
形物は焼結され、浸炭されそして還元される。浸
炭雰囲気、例えば、吸熱ガスは希望する表面炭素
含量よりも大きい炭素ポテンシヤルを維持する。
しかし、その他の浸炭雰囲気も使用できることを
認識すべきである。例えば、もしも0.85％−1.00
％Ｃの表面炭素含量が要求されるならば、明記し
た温度においてオーステナイト中の炭素の飽和水
準までの炭素ポテンシヤルを焼結／浸炭帯域中に
維持する；例えば1066℃（1950〓）においておよ
そ1.9％である。雰囲気の炭素ポテンシヤルは、
例えば、赤外線分析器を使用して帯域内に一定の
分析したメタン水準を維持することを含めて多数
の公知の方法によつて管理することができる。焼
結炉は設計および作業特性に変化があるため、実
験的にメタン水準と炭素ポテンシヤルを相関連さ
せることが必要であろう、しかし一度この関連性
が確立されると標準の制御装置を使用して希望す
るメタン水準を維持することは全く容易である。

焼結／浸炭帯域１２の温度は上限で1093℃
（2000〓）以下の温度に維持する。温度の下限は
二つの主要考察事項を考慮して決める：即ち焼結
した予備成形物の強度および酸化物を受容できる
水準に還元する能力である。現在利用できる粉末
の酸化物水準のために、酸化物を還元する能力は
より制限的考慮である。現在利用できる粉末をも
つてすれば、1010℃（1850〓）より低い温度は推
奨できない。もしも酸化物還元を1000ppm O₂よ
り述分低く保証するために1066℃（1950〓）の温
度が選ばれるならば、引き続く鍛造に対して適切
な強度を有する予備成形物が生産される。しか
し、粉末の酸化物含量が出発粉末中で減少してい
ると、予備成形物強度限界は窮極的に温度に対す
る低限を管理するであろう。いずれにしても、
我々の研究からこの方法に対する最適温度範囲は
約843℃−1066℃（1550〓−1950〓）であると
我々は結論する。

雰囲気の高メタン含量に起因する煤発生の問題
は、予熱帯域中におけるように、被覆した炭化珪
素加熱エレメントの使用によつて避けられる。言
及しなければならない今一つの問題は雰囲気の一
貫性である。焼結／浸炭帯域中の高炭素ポテンシ
ヤルのために、この帯域を通して一貫した雰囲気
を維持することは困難である。一貫した覆囲気は
予期できる炭素勾配を生じるために必要であると
信じられる。従つてこの帯域は一貫した雰囲気を
保証するために強制循還が必要であるとさらに信
じられる。高温度の水冷フアンが使われそして引
制循還のためおよび一貫した雰囲気を維持するた
めに適切であることが判明した。

鍛造予備成形物が焼結／浸炭帯域中に存在する
時間は認められている実地と比べて短かい。ベル
ト速度は少なくとも毎分30.5cm（12インチ）であ
るから、この帯域内の時間は20分より長くはな
い。

記載した条件下で、雰囲気の炭素ポテンシヤル
よりも低い表面炭素含量を有する硬化層炭素勾配
を鍛造予備成形物中に生成するが、それは希望す
る表面炭素含量におよそ等しい。炭素含量は表面
から少なくとも0.050cm（0.020インチ）の深さま
で比較的一定に減少しそれから後は炭素含量はよ
りおそい速度でそして非直線的に心の炭素含量ま
で落ちる。第２図中の曲線Ａは焼結／浸炭帯域中
において生じるこの形状の炭素勾配の特性であ
る。

鍛造予備成形物の浸炭および酸化物の還元に加
えて、予備成形物は焼結される。焼結は時間と温
度から独立するけれども、適切な強度は受容でき
る鍛造予備成形物を生産するために記載した条件
下で与えられることが判明した。

焼結／浸炭帯域の後、予備成形物は第一冷却帯
域１４中に移動しその中でそれは急冷されてオー
ステナイトの転移が始まつて熱帯域中で得られた
炭素勾配が固定または凍結する。希望する炭素勾
配を得るために予備成形物の炭素硬化層中の温度
はオーステナイト転移温度より低い温度におよそ
５分よりも長くない時間内に引き下げねばならな
い。これは第一冷却区域の周りに水ジヤケツトを
備えることによつて達成される。毎分30.5cm（12
インチ）のベルト速度において、水ジヤケツトは
この区域の最初の５フイート以内においてオース
テナイト転移温度よりも低い温度に減じるのに充
分な冷却を提供する。本発明のこの実施態様にお
いては、雰囲気は別々に制御されないが、焼結／
浸炭帯域から流れる雰囲気によつて構成される。
一度炭素勾配が固定されると、予備成形物は何れ
の速度においても希望する出口温度で冷却するこ
とができる。

第一冷却帯域の後鍛造予備成形物は第二予備帯
域１６中に移動する。第二冷却帯域は逐次的に残
りの水ジヤケツトを施した区域、引制循還区域お
よび今一つの水ジヤケツト区域を含む。第二冷却
帯域中において予備成形物は約260℃（500〓）よ
りも低い温度に徐々に冷却する。もしも鍛造予備
成形物が約260℃（500〓）よりも高い温度におい
て酸化雰囲気にさらされると、受容できない酸化
およびスケール発生が起きるであろう。

毎分30.5cm（12インチ）のベルト速度において
鍛造予備成形物は記載した方法によつておよび87
分またはそれ以下で与えられる。毎分12インチを
越えるベルト速度も使用して成功した。毎分24分
までのベルト速度が達成できると信じられる。本
発明に従つてつくつた鍛造予備成形物は引き続き
鍛造して優れた成功を得た。

本発明の今一つの実施態様、および第５図の参
照において、焼結／浸炭帯域２０と第一冷却帯域
２４との間に拡散帯域２２を加える。炉の残余は
第一実施態様に関して記載したものと同一であ
る。即ち、それは予熱帯域１８および第二冷却帯
域２６を同様に含む。予備成形物を加工する方法
もまた焼結／浸炭帯域を同様に通すので反復記述
は行なわない。拡散帯域２２は焼結／浸炭帯域２
０において得た炭素勾配を少なくとも0.025cm
（0.010インチ）の深さにまで延びる平坦域をつく
ることによつて変更する。この平坦域は高炭素の
硬化層を生じこれは0.025cm（0.010インチ）の深
さまでの平面研削を許容するほど充分深くしかも
なお要求される表面炭素含量を維持し、従つて必
要な表面硬度を維持する。

拡散帯域２２は熱損失を防ぐために断熱される
炉区域を含む。これは焼結設計において普通に使
われる緩衝帯域と類似の構造である。しかし、通
例の焼結炉設計と異なり、拡散帯域は雰囲気を制
御するための手段を含む。拡散帯域中の雰囲気は
希望する表面炭素含量と同一または僅かに下の炭
素ポテンシヤルを生じるように制御される。典型
的には、拡散帯域中の雰囲気の炭素ポテンシヤル
は焼結／浸炭帯域中の雰囲気の炭素ポテンシヤル
よりも低い。AISI4618合金鋼に類似する予備合
金にした粉末でつくつた鍛造予備成形物を使用し
て行つた試験において、焼結／浸炭帯域の炭素ポ
テンシヤルは1.2％炭素以上の表面炭素含量を生
じることを確立した。拡散帯域２２中の雰囲気は
1.00％と1.10％炭素の間の表面における最終炭素
含量を生じるように制御した。

第３図は予備成形物中の深さの関数としての炭
素含量を示すグラフである。曲線Ａは炉の焼結／
浸炭帯域中に生じる炭素勾配の典型である。即
ち、炭素含量は予備成形物の表面からおよそ
0.050cm（0.020インチ）の深さまで比較的一定に
減少しその後炭素含量は非直線的に心の炭素含量
に向つて減少する。

拡散帯域においては予備成形物の表面において
は希望する炭素含量を有しそしておよそ0.025cm
（0.010インチ）の深さまで延びそして約10ポイン
ト（0.1％）よりも多くない炭素含量を有する平
坦域を生じるように変化させる。拡散帯域中で生
じる典型的炭素勾配は第３図の曲線Ｂによつて示
される。この炭素勾配の特徴は鍛造後に例えば研
削によつて加工されるべきある種の鍛造部品に対
してよりよく受容される。

拡散帯域を通つて移動した後予備成形物は第一
冷却帯域２４中に入りそこで少なくとも炭素硬化
層は約５分よりも長くない時間以内にオーステナ
イト転移温度以下に冷却されて硬化層炭素勾配を
凍結させる。予備成形物は次いで第二冷却帯域２
６中20から25分までの間に約260℃（500〓）以下
の温度にさらに冷却される。

概括すれば、本発明は粉末金属鍛造予備成形物
をつくる著しく改良した方法を提供する。本発明
はそのような予備成形物を現在用いられているも
のよりも実質的に少ない時間と温度において生産
することを可能にし、従つて生産原価を減少させ
る。しかし、本発明の一実施態様においては、予
備成形物中に改良した炭素勾配を生じさせこれは
予備成形物の引き続く機械加工を促進させる。

本発明は例解的方法で記述したそして使用した
術語はむしろ限定ではなく記述用語の性質として
意図したことは云うまでもない。本発明の修正お
よび変化はその中に含まれる教示によつて可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

添付した図面中の第１図は760゜−1093℃
（1400゜−2000〓）の範囲の温度に亘つて錬鉄およ
び粉末金属予備成形品中の炭素の拡散速度におけ
る変化を示すグラフであり；第２図は本発明の第
一実施態様に従つた粉末金属予備成形物中に得ら
れる炭素勾配を示すグラフであり；第３図は本発
明の第二実施態様に従つた粉末金属予備成形物中
に得られる炭素勾配を示すグラフであり；第４図
は本発明に係わる第一の焼結／浸炭方法の流れ図
であり；そして第５図は本発明に係わる第二の焼
結／浸炭方法の流れ図である。

Claims

【特許請求の範囲】１予備合金にした、鉄ベースの粉末金属鍛造予
備成形物を同時に焼結しそして浸炭する方法にお
いて、連続炉の予熱帯域中で潤滑剤が燃え尽きる
のに要するものよりも長くない時間予備成形物を
予熱して燃結／浸炭温度に近い温度まで予備成形
物の急速加熱を誘導し、同時に浸炭雰囲気中でそ
して希望する表面炭素含量よりも大きい炭素ポテ
ンシヤルを有する炉の熱帯域中において実質的に
1093℃（2000〓）よりも低くそして大気の炭素ポ
テンシヤルにおけるオーステナイト鉄中の炭素の
溶解温度よりも高い範囲内の温度において、およ
び酸化物を還元しそして希望する硬化層炭素含量
にほぼ等しい表面炭素含量を有しそしてそれが約
0.050cm（0.020インチ）の深さまで比較的一定に
減じている硬化層炭素勾配を予備成形物中に生じ
るのに十分な時間予備成形物を焼結しそして浸炭
し、予備成形物を炉の第一冷却帯域中で硬化層中
のオーステナイト相の転移が開始するだけ十分早
い速度で冷却させそれによつて硬化層炭素勾配を
凍結させ、そして予備成形物を炉の第二冷却帯域
中で約260℃（500〓）よりも低い温度にさらに冷
却し、それによつて焼結しそして硬化層浸炭をし
た予備成形物が最短時間中にオーステナイト温度
よりも高い温度でそして約1093℃（2000〓）より
も低い最高温度において生産される各段階を特徴
とする方法。２予備成形物を予熱帯域中で約10分よりも長く
ない時間予熱し、予備成形物が熱帯域中で20分よ
りも長くない時間焼結しそして浸炭し、そして予
備成形物を第一冷却帯域中で約５分の間冷却し、
それによつて焼結しそして硬化層が浸炭された予
備成形物を生産することを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の方法。３熱帯域中に雰囲気の循還を強制することを特
徴とする特許請求の範囲第１または２項に記載の
方法。４予備合金にした、鉄ベースの粉末金属鍛造予
備成形物を同時に焼結しそして浸炭する方法にお
いて、連続炉の予熱帯域中で潤滑剤が燃え尽きる
のに要するよりも長くない時間予備成形物を予熱
して焼結／浸炭温度に近い温度にまで予備成形物
の急速加熱を誘導し、同時に浸炭雰囲気中でそし
て希望する表面炭素含量よりも大きい炭素ポテン
シヤルを有する炉の熱帯域中において実質的に
1093℃（2000〓）よりも低くそして大気の炭素ポ
テンシヤルにおけるにおけるオーステナイト鉄中
の炭素の溶解温度よりも高い範囲内において、お
よび酸化物を還元しそして希望する硬化層炭素含
量にほぼ等しい表面炭素含量を有しそしてそれが
約0.050cm（0.020インチ）の深さまで比較的一定
に減じている硬化層炭素勾配を予備成形物中に生
じるのに十分な時間予備成形物を焼結しそして浸
炭し、進入時に熱帯域の温度とほぼ等しい温度を
有しそして熱帯域からの距離と共に低下してオー
ステナイト温度よりも低くない温度になる温度を
有する炉の拡散帯域中において希望する表面炭素
含量におけるまたはそれ以下の炭素ポテンシヤル
を有する浸炭雰囲気中において予備成形物の表面
において希望する炭素含量を有しそしておよそ
0.025cm（0.010インチ）の深さにまで延びそして
約10ポイント（0.10％）よりも多くない炭素含量
減を有する炭素平坦域を有する最終硬化層炭層勾
配を生じるのに十分な時間をかけて炭素勾配を変
化させ予備成形物を炉の第一冷却帯域中で硬化層
中のオーステナイト相の転移が開始するのに充分
な速度で冷却しそれによつて最終炭素勾配を前記
の炭素平坦域の水準において凍結し、そして予備
成形物を炉の第二冷却帯域中で約500〓より低い
温度までさらに冷却させる各段階を特徴とする方
法。５予備成形物を予熱帯域中で約10分よりも長く
ない時間予熱し、予備成形物を熱帯域中で20分よ
りも長くない時間焼結しそして浸炭し、そして予
備成形物を第一冷却帯域中で約５分間冷却し、そ
れによつて焼結しそして硬化層浸炭した予備成形
物を生産することを特徴とする特許請求の範囲第
４項に記載の方法。６熱帯域中に雰囲気の循還を強制することを特
徴とする特許請求の範囲第４または５項に記載の
方法。