JPH0240735B2 - TETSUUTANSOGOKINSEIHINNIKAKUSANTANKABUTSUHIFUKUBUTSUOFUCHAKUSURUHOHO - Google Patents
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-
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-
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の利用分野
本発明は、治金、金属および合金の熱化学処
理、またより詳細には、鉄−炭素合金製品(iron
−carbon alloy articles)に拡散炭化物被覆物
(depositing diffusion carbide coatings)を付
着(depositing)せしめる方法に係る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Application of the Invention The present invention relates to metallurgy, thermochemical processing of metals and alloys, and more particularly to iron-carbon alloy products.
- a method of depositing diffusion carbide coatings on carbon alloy articles.
激しい摩耗を受ける機械部品および機構部品の
耐久性ならびに実用寿命をのばすためには、それ
ら部品を拡散飽和せしめ、かくしてそれら部品の
表面に拡散被覆(diffusion coating)を生成せ
しめる。この被覆物は、該製品の材料の場合より
も硬度および耐摩耗性が高いことを特徴とすべき
である。これらの要件は、炭化物タイプの拡散被
覆物によつて最も充分に満たされる。 In order to extend the durability and service life of mechanical and mechanical parts that are subjected to severe wear, these parts are diffusion saturated, thus creating a diffusion coating on the surfaces of those parts. This coating should be characterized by higher hardness and wear resistance than in the material of the product. These requirements are most fully met by carbide type diffusion coatings.
従来技術
鉄−炭素合金から造つた製品を含む種々の製品
上に、金属炭化物の被覆物を付着せしめる最も普
通の方法の1つは、炭化物を蒸気相から化学的に
付着せしめる方法(化学的蒸着法)である。“プ
ランシー(Plansee)”(オーストリア)、“ベルナ
エージー(Berna AG)”(スイス)、“コンサー
ク”(米国)、サイエンステイフイツク コーテイ
ングス インコーポレーテツド(Scientific
Coatings Inc.)(米国)、トロイ(Troy)(米
国)、ピーイーデイ リミテツド(PED Ltd.)
(英国)、コレスヒル(Coleshill)(英国)、“サン
ドヴイツク(Sandvic)”(スウエーデン)等によ
つて大規模に生産された炭化物のおよび他のタイ
プの被覆物を付着せしめるための装置には、多様
なモジユールの装置を導入し、そして反応容器の
活性容積(active volume)を増大せしめること
によつて、大いに有効な工程が確保される。かく
して、化学量論的組成物Cr23C6もしくはCr7C3ま
たはこれら炭化物の混合物の炭化クロム被覆を鋼
製工具上に付着せしめることにより、950℃まで
の温度で工具を使用することが可能になり、また
工具の実用寿命が20〜25倍延びる。炭化物層は、
ハロゲン化クロムとメタンとの化学的相互作用に
より、製品の加熱表面上に生産される。製品を反
応容器内に置き、真空にし、加熱し、そして温度
が850〜1050℃に上昇したら、ハロゲン化クロム、
メタン(CH4)およびキヤリヤーガスのガス状混
合物を反応容器内へ導入する。PRIOR ART One of the most common methods for depositing metal carbide coatings on various products, including those made from iron-carbon alloys, is to chemically deposit the carbide from the vapor phase (chemical vapor deposition). law). “Plansee” (Austria), “Berna AG” (Switzerland), “Concirc” (USA), Scientific Coatings Inc.
Coatings Inc. (USA), Troy (USA), PED Ltd.
Equipment for depositing carbide and other types of coatings, produced on a large scale by such companies as Co., Ltd. (UK), Coleshill (UK), “Sandvic” (Sweden), etc., includes a wide variety of By introducing modular equipment and increasing the active volume of the reaction vessel, a highly efficient process is ensured. Thus, by depositing a chromium carbide coating of the stoichiometric composition Cr 23 C 6 or Cr 7 C 3 or a mixture of these carbides on a steel tool, it is possible to use the tool at temperatures up to 950°C. , and the useful life of the tool is extended by 20 to 25 times. The carbide layer is
It is produced on the heated surface of the product due to the chemical interaction of chromium halides and methane. Place the product in the reaction vessel, apply vacuum, heat, and when the temperature rises to 850-1050℃, chromium halide,
A gaseous mixture of methane (CH 4 ) and carrier gas is introduced into the reaction vessel.
12μmまでの厚さの炭化物層により、高い耐摩
耗性が確保される。12μmを超える炭化物層の厚
さは、ある場合には、製品のより良い作業上のお
よび摩擦学上の性質のために必要とされるが、こ
の厚さは、下層帯域すなわち炭化物層のすぐ下に
ある基材の層の脱炭をもたらし、これは該性質に
悪影響を及ぼす。その上、炭化物被覆物を付着せ
しめる上記工程においては、炭化物層の成長速度
は、一般に2μm/hを超えず、このため成長時
間が増大する。 A carbide layer with a thickness of up to 12 μm ensures high wear resistance. A carbide layer thickness of more than 12 μm is required in some cases for better working and tribological properties of the product, but this thickness is limited to the lower zone, i.e. just below the carbide layer. leads to decarburization of the layers of the base material that are present, which has an adverse effect on the properties. Moreover, in the above-mentioned process of depositing the carbide coating, the growth rate of the carbide layer generally does not exceed 2 μm/h, which increases the growth time.
炭化クロムCr7C3の被覆物は、真空内における
加工物の加熱表面上でのビス−エチルベンゼン蒸
気の分解にによつて、かなり高い速度でかつ低い
温度で付着する。被覆物内における樹枝状結晶の
形成を防ぐために、該工程は非等温性条件(non
−isothermic condition)下、すなわち第一段階
では10分の間300−350℃で次いで50分の間500−
600℃で行われる。作業チヤンバー(working
chamber)内の圧力は1.33Paである。この方法に
おいて付着した炭化クロム層の厚さは340μmで
あり、この層は高い耐摩耗性および2500NVの微
小硬度(micro hardness)を特徴とする。しか
しながら、かかる被覆物は、高い比荷重
(specific loads)、特に交番荷重(atternative
loads)およびかなりの接線応力の下では不適当
である。なぜならば、これは、ベースの金属との
境界での低い接着強度のために、炭化物層の剥離
を生じせしめるからである。 The coating of chromium carbide Cr 7 C 3 is deposited at a fairly high rate and at low temperature by decomposition of bis-ethylbenzene vapor on the heated surface of the workpiece in vacuum. To prevent the formation of dendrites within the coating, the process is conducted under non-isothermal conditions (non-isothermal conditions).
-isothermic condition), i.e. in the first stage at 300-350°C for 10 minutes and then at 500-350°C for 50 minutes.
Performed at 600℃. working chamber
The pressure inside the chamber is 1.33Pa. The thickness of the chromium carbide layer deposited in this way is 340 μm, and this layer is characterized by high wear resistance and a micro hardness of 2500 NV. However, such coatings are subject to high specific loads, especially alternating loads.
loads) and significant tangential stresses. This is because this leads to delamination of the carbide layer due to the low adhesion strength at the interface with the base metal.
より高温において付着した炭化クロム被覆物
は、ベースの金属へのかなり高い接着強度のため
に注目されている。従来技術の方法のうちの1つ
は、5−20%HNO3および10%フツ化物を含んで
いる溶液による加工物表面の前処理、次いでこれ
ら表面をクロム粉末に基づく懸濁液で被覆するこ
とから成つている。この懸濁液は、有機バインダ
ーの溶液、例えばアクリル樹脂を溶媒(例えば、
メチルクロロホルム)に溶解した溶液から調整さ
れる。ところで、拡散被覆は、粉末混合物で満た
されたレトルト内に加工物を浸漬し、アルゴンま
たは水素を2〜10時間の間900−950℃で通すこと
によつて付着される。しかしながら、この技術
は、ほとんど生産的でなく、多大の労力を要し、
また揮発性有機化合物を使用することにより、余
分の労力消費および環境保護が必要とされる(米
国特許第4347267号、IPC B05D 7/22、D05D
7/14、NPC 427/237、1982年8月31日発行)。 Chromium carbide coatings deposited at higher temperatures are of interest because of their significantly higher bond strength to the base metal. One of the prior art methods is to pre-treat the workpiece surfaces with a solution containing 5-20% HNO3 and 10% fluoride and then coat these surfaces with a suspension based on chromium powder. It consists of This suspension combines a solution of an organic binder, e.g. an acrylic resin, with a solvent (e.g.
prepared from a solution in methylchloroform). Incidentally, the diffusion coating is applied by immersing the workpiece in a retort filled with the powder mixture and passing argon or hydrogen through it for 2 to 10 hours at 900-950°C. However, this technique is largely unproductive, labor-intensive, and
Also, the use of volatile organic compounds requires extra labor and environmental protection (US Pat. No. 4,347,267, IPC B05D 7/22, D05D
7/14, NPC 427/237, published August 31, 1982).
拡散炭化クロム被覆物を付着するために必要と
される労働量は、HF流れで表面を加熱すること
によつてかなり削減することができる。クロムお
よびハロゲン含有化合物を含んでいる飽和混合物
は、処理された表面上に自由にまき散らされる。
この工程に使用される装置には、水冷誘導器およ
び必要な場合、非金属材料で作られたセパレータ
ーが含まれている。この方法は、加熱表面の局在
化および被覆物の付着に利用された材料を再生利
用する可能性のために経済的である。同時に、こ
のようにして付着した炭化物被覆物は、HF流れ
による加工物の加熱が処理表面上での均一な温度
分布を配慮していないために、厚さ、化学組成お
よび相組成に関して不均一であることが指摘され
るべきである(1983年6月8日に公開された英国
特許出願第2109822号、IPC C23C 9/02)。 The amount of labor required to deposit a diffused chromium carbide coating can be significantly reduced by heating the surface with a stream of HF. A saturated mixture containing chromium and halogen-containing compounds is sprinkled freely over the treated surface.
The equipment used for this process includes a water-cooled inductor and, if necessary, a separator made of non-metallic materials. This method is economical due to the localization of the heating surface and the possibility of recycling the material utilized for the application of the coating. At the same time, the carbide coating deposited in this way is non-uniform with respect to thickness, chemical composition and phase composition, since the heating of the workpiece by the HF flow does not take into account a uniform temperature distribution over the treated surface. It should be pointed out that (UK Patent Application No. 2109822, published 8 June 1983, IPC C23C 9/02).
上記方法は、すべて、被覆部品のその後の作業
の間に、強化表面に対する許容接触圧力を低下さ
せる下層帯域の脱炭へと導くことが注目に値す
る。これは、炭化物を形成する付着した炭化物形
成元素の層へと、鉄−炭素合金に含まれた炭素が
拡散されることに帰する。 It is noteworthy that all the above methods lead to decarburization of the lower zone, which reduces the permissible contact pressure to the reinforcement surface during subsequent working of the coated part. This is due to the diffusion of carbon contained in the iron-carbon alloy into the layer of deposited carbide-forming elements forming carbides.
下層帯域の脱炭作用を全体的にみて減じるかま
たは除く目的で、表面を二段階で、すなわち表面
層を炭素または窒素で予備飽和せしめ、次いで炭
化物形成元素を付着せしめて飽和することが一般
的に実施されている。第一段階で表面層へ導入さ
れた炭素または窒素が、第二段階で炭化物、窒化
物または炭化窒化物(carbonitride)を生成し、
かくして下層帯域の脱炭が防止される。 In order to reduce or eliminate the decarburization effects of the lower zone as a whole, it is common to saturate the surface in two stages, i.e. by presaturating the surface layer with carbon or nitrogen and then by depositing carbide-forming elements. It has been implemented. Carbon or nitrogen introduced into the surface layer in the first stage forms carbides, nitrides or carbonitrides in the second stage,
Decarburization of the lower zone is thus prevented.
少なくとも0.2%の炭素を含んでいる鋼製品の
表面に、炭化クロムを基材とした拡散被覆物を付
着する方法が、米国において特許になつている。
窒素−水素混合物の雰囲気内で、450−650℃で、
5−40時間の間、100−350μmの深さまで予備精
密窒化(preliminary fine nitriding)を行つて、
窒化された層内に1.5−2.5%の窒素を生成せしめ
ている。この方法の第二段階は、850−1100℃で
5−30時間の間気体クロマイジング
(chromizing:xpoMNpoBaHNN)することに
あるが、この第二段階においては、炭化クロムの
生成層は、40μmまでの厚さであり、高い耐摩耗
性を特徴とする。かかる被覆物の付着
(deposition)工程は、非常に長く、かなりの電
力消費を必要とし、また非常に有効な工程とみな
し得ないことが注目されるべきである(1980年12
月30日発行の米国特許第4242151号、IPC C23C
11/04、11/16)。 A method for applying a chromium carbide-based diffusion coating to the surface of steel products containing at least 0.2% carbon is patented in the United States.
At 450-650°C in an atmosphere of nitrogen-hydrogen mixture,
Perform preliminary fine nitriding to a depth of 100-350 μm for 5-40 hours.
1.5-2.5% nitrogen is generated within the nitrided layer. The second step of the method consists in gas chromizing (xpoMNpoBaHNN) at 850-1100°C for 5-30 hours; thick and characterized by high wear resistance. It should be noted that such a coating deposition process is very long, requires considerable power consumption, and cannot be considered a very efficient process (December 1980).
U.S. Patent No. 4242151, IPC C23C, issued March 30th
11/04, 11/16).
水素に基づく還元雰囲気中、フエロクロム、
0.4−1.0%の塩化アンモニウムおよびクロム(50
−75%)の微粉細混合物内でクロマイジングする
ことは、従来技術において知られている。0.35%
より多い炭素を含んでいる鋼製品を処理している
間に、クロムめつき用混合物に0.5−1.5%のフツ
化アンモニウムを添加する。加熱の間水素雰囲気
を用いなければならないことにより、かかる工程
の経済性が減じ、また特別の火災および爆発の予
防手段の用意が必要とされる(フランス特許出願
1/18第2439824号、Cl.C23F 17/00、1980年5
月23日公開;フランス特許第2483468号、Cl.
C23C 9/00、1981年12月4日公開)。 In a reducing atmosphere based on hydrogen, ferrochrome,
0.4−1.0% ammonium chloride and chromium (50
-75%) is known in the prior art. 0.35%
While processing steel products containing higher carbon content, 0.5-1.5% ammonium fluoride is added to the chromium plating mixture. The necessity of using a hydrogen atmosphere during heating reduces the economics of such a process and requires the provision of special fire and explosion precautions (French Patent Application No. 1/18 2439824, Cl. C23F 17/00, 1980 5
Published on March 23rd; French Patent No. 2483468, Cl.
C23C 9/00, released December 4, 1981).
該工程の第一段階において、溶融硝酸塩媒体中
で、約400〜800℃で、12−150時間の間、工程効
率をはつきりと減じる液中窒化を行なうことによ
つて同様な結果が達成される(フランス特許出願
第2454471号、Cl.C23C 11/04、11/14、1980年
11月14日公開)。 A similar result was achieved in the first stage of the process by performing submerged nitridation in a molten nitrate medium at about 400-800°C for 12-150 hours, which significantly reduces process efficiency. (French Patent Application No. 2454471, Cl.C23C 11/04, 11/14, 1980
(Released on November 14th).
工程の第一段階において、浸炭、ボロナイジン
グまたは浸硫を使用することも可能であり;この
ようにして生成した炭化クロム被覆物は、高い耐
摩耗性を有している。 In the first stage of the process it is also possible to use carburizing, boronizing or sulfurizing; the chromium carbide coatings produced in this way have high wear resistance.
いくつかの場合には、液体または気体媒体内で
の窒化あるいは浸炭工程は、処理表面上に、炭化
物または窒化物形成元素の層を付着した後に行な
われる。炭化物、窒化物または炭化窒化物の層も
また、高い耐摩耗性を特徴としているが、しかし
かかる被覆物の接着強さは、前途した被覆物の場
合よりも実質的に低い(東ドイツ特許第2005730
号、IPC C23F 17/00、1983年5月18日公告)。 In some cases, a nitriding or carburizing step in a liquid or gaseous medium is performed after depositing a layer of carbide or nitride-forming elements on the treated surface. Carbide, nitride or carbonitride layers are also characterized by high wear resistance, but the adhesive strength of such coatings is substantially lower than in the case of previous coatings (East German Patent No. 2005730).
No., IPC C23F 17/00, published May 18, 1983).
しかしながら、炭素、窒素またはホウ素による
加工物表面層の飽和および炭化物または窒化物形
成元素の付着のような逐次操作からなる二段階処
理は、いずれの順序でも、工程の経済的および技
術的パラメーターを全体として悪化させる非常に
長い期間を必要とする。 However, a two-step process consisting of sequential operations such as saturation of the workpiece surface layer with carbon, nitrogen or boron and deposition of carbide- or nitride-forming elements, in either order, improves the overall economic and technical parameters of the process. As it worsens, it requires a very long period of time.
鋼製品の炭化物層の迅速な生成は、炭化物形成
元素例えばクロムを含めて合金化の添加粒子によ
るアンチモン溶融物内での拡散飽和によつても、
また達成できる。加工物を溶融物に浸漬し、1090
℃に加熱しそして5時間の間保持する。これに
は、加工物表面への合金元素の原子の移行、その
後の製品の材料への拡散が伴われる[ジーンウオ
ルフエ ブレークスルー イン デユフユージヨ
ンアロイイング(Gene Wolfe Breakthrough in
diffusion alloying).“プラント エンジニアリ
ング(Plant Engineering)”(米国)、1976、30、
No.25、p.127−128]。なお、かかる技術的工程は、
経済的観点からみて、普遍的かつ見込みあるもの
とはみなされ得ない。 The rapid formation of carbide layers in steel products is also due to diffusion saturation in the antimony melt by alloying additive particles containing carbide-forming elements such as chromium.
It can be achieved again. Immerse the workpiece in the melt, 1090
℃ and hold for 5 hours. This involves the migration of atoms of the alloying elements to the workpiece surface and subsequent diffusion into the product material [Gene Wolfe Breakthrough in Diffuse Alloying].
diffusion alloying). “Plant Engineering” (USA), 1976, 30,
No. 25, p. 127-128]. In addition, this technical process is
From an economic point of view, it cannot be considered universal and promising.
日本において開発された拡散炭化物被覆物の生
産方法[“トヨタ拡散法(Toyota−Diffusion)”
と称する]は、充分高い生産能力と生産への適合
性とを組合せてある。無水ホウ砂(Na2B4O7)、
無水ホウ酸すなわち酸化ホウ素(B2O3)または
化合物K2B4O7の溶融物で満たされたるつぼ内へ
加工物が配置される。炭化物被覆物の所要組成に
依つて、ホウ砂溶融物を、1−60%の量の微粉砕
化合物の形のこれらの合金炭化物形成元素
(alloying carbide−forming elements)と混合
する。炭化物形成化合物の含量は、30%以上のホ
ウ砂含量であるべきである。炭化物形成元素の機
能は、クロムならびにメンデレーエフの周期律の
第Va族の金属、すなわちバナジウム、ニオブお
よびタンタルによつて果されてもよい。これら元
素の化合物は、フエロアロイまたは酸化物の形
(米国特許第4158578号、IPCC23C 9/10、1979
年6月19日発行)、7−40%以内のホウ素および
酸化物の質量関係において酸化物および純金属と
してのクロムまたはその合金の形(米国特許第
4230751号、IPC C23C 9/16、C25D 3/66、
1980年10月28日発行;米国特許第4202705号、
IPC C23C 9/10、1980年5月13日発行)を取
ることができる。この工程は、850−1100℃で、
1−20時間以内で行なわれる。このようにして生
成された被覆物は高い耐摩耗性を有しているが、
この方法は加工物表面のその後の仕上げ
(dressing)を必要条件としており、その上、被
覆物の付着後のかかる製品の表面は、必然的に酸
化されてそして多くの場合に、必要な表面荒さを
製品に与えるための追加の機械加工を要する。 A production method for diffusion carbide coatings developed in Japan [“Toyota-Diffusion”]
] combines sufficiently high production capacity with suitability for production. Anhydrous borax (Na 2 B 4 O 7 ),
The work piece is placed into a crucible filled with a melt of boric anhydride, boron oxide ( B2O3 ) or the compound K2B4O7 . Depending on the desired composition of the carbide coating, the borax melt is mixed with an amount of 1-60% of these alloying carbide-forming elements in the form of finely divided compounds. The content of carbide-forming compounds should be at least 30% borax content. The function of carbide-forming elements may be performed by chromium and the metals of group Va of Mendeleev's periodic law, namely vanadium, niobium and tantalum. Compounds of these elements may be used in the form of ferroalloys or oxides (US Pat. No. 4,158,578, IPCC 23C 9/10, 1979).
(Published June 19, 2013), Forms of Chromium or Its Alloys as Oxides and Pure Metals in a Mass Relationship of Boron and Oxides Within 7-40% (U.S. Pat.
No. 4230751, IPC C23C 9/16, C25D 3/66,
Published October 28, 1980; U.S. Patent No. 4,202,705;
IPC C23C 9/10, published May 13, 1980). This process is carried out at 850-1100℃.
It is done within 1-20 hours. The coatings produced in this way have high abrasion resistance, but
This method requires a subsequent dressing of the workpiece surface; moreover, the surface of such a product after application of the coating is necessarily oxidized and often has the required surface roughness. additional machining is required to impart this to the product.
発明により解決すべき問題点
本発明の目的は、鉄−炭素合金製品上に拡散炭
化物被覆物を付着、析出、沈積等すなわち付着
(depositing)せしめる方法であつて、被覆の物
理機械的性質を改良し、また特に、硬さおよび耐
摩耗性を改良し、それによつて該製品の実用寿命
を延ばすような方法を提供することにある。Problems to be Solved by the Invention It is an object of the present invention to provide a method for depositing, precipitating, depositing, etc. a diffusion carbide coating on an iron-carbon alloy product, which improves the physico-mechanical properties of the coating. In particular, the object is to provide a method for improving the hardness and abrasion resistance, thereby increasing the service life of the product.
問題点を解決するための手段
上記問題点は、
−固体成分、すなわち炭化物形成元素、炭素保有
化合物、活性剤、不活性充てん剤を含んでいる
粉末混合物を容器に装入し、そして該混合物内
に鉄−炭素合金製品を浸漬し;
−該製品をそれらの表面の浸炭温度まで加熱し;
−製品表面の浸炭を行ない;
−浸炭された製品を、それらの製品表面が炭化物
形成元素で飽和される温度まで加熱し;
−950乃至1100℃の範囲の温度において、炭化物
形成元素により製品表面を拡散飽和することか
らなる鉄−炭素合金製品上に拡散
炭化物被覆物を付着するための方法において、
本発明によれば、
−加工物表面の浸炭が、560−720℃の範囲の温度
で0.6乃至1.2時間から選ばれた期間内に起こる
こと;
−浸炭製品を拡散飽和の温度まで加熱すること
が、950乃至1100℃の範囲から選ばれた温度で、
0.8乃至2.4度/秒(゜/s)で変動する速度で
行なわれること;
−炭化物形成元素による加工物表面の拡散飽和が
950乃至1100℃の温度で、1.2乃至1.8時間の期
間内に起こること;
−炭化物形成元素による加工物表面の拡散飽和後
に、加工物が、1.2−2.4゜/sの速度で、300−
500℃の範囲から選ばれた温度まで冷却される
こと;
−製品を浸炭温度まで加熱することから始まる上
記操作が少なくとも一度繰返されること
を特徴とする鉄−炭素合金製品上に拡散炭化物被
覆物を付着するための方法を提供することによつ
て解決された。Means for Solving the Problems The above problems are solved by: - charging a powder mixture containing solid components, i.e. carbide-forming elements, carbon-bearing compounds, activators, inert fillers, into a container; - heating the products to the carburizing temperature of their surfaces; - carrying out carburization of the product surfaces; - removing the carburized products so that their product surfaces are saturated with carbide-forming elements; in a method for depositing a diffusion carbide coating on an iron-carbon alloy product, comprising diffusion saturating the product surface with carbide-forming elements at temperatures ranging from -950 to 1100°C; According to the invention: - carburization of the workpiece surface takes place within a period selected from 0.6 to 1.2 hours at a temperature in the range 560-720°C; - heating the carburized product to the temperature of diffusion saturation; At a temperature selected from the range of 950 to 1100℃,
be carried out at a rate varying from 0.8 to 2.4 degrees per second (°/s); - diffusion saturation of the workpiece surface by carbide-forming elements;
occurs within a period of 1.2 to 1.8 hours at a temperature of 950 to 1100°C; - after diffusion saturation of the workpiece surface with carbide-forming elements, the workpiece is heated at a rate of 300 - 2.4°/s;
- applying a diffusion carbide coating onto an iron-carbon alloy product characterized in that the above operations are repeated at least once, starting with heating the product to the carburizing temperature; solved by providing a method for attaching.
製品に最高の表面硬さおよび耐摩耗性を付与す
る拡散炭化物被覆物を付着するためには、上記操
作は7回まで繰返される。 The above operation is repeated up to seven times in order to deposit a diffused carbide coating which gives the product maximum surface hardness and abrasion resistance.
発明についての詳細なる記述
鉄−炭素合金製品上に拡散炭化物被覆物を付着
する方法の詳細な説明を以下に与える。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A detailed description of a method for depositing a diffusion carbide coating on an iron-carbon alloy article is provided below.
鉄−炭素合金製品上への拡散炭化物被覆物の付
着は、製品表面の浸炭、次いで炭化物形成元素に
よる拡散飽和からなる粉末混合物内での気相から
の接触付着(contact deposition)に基づいてい
る。この方法での粉末混合物は、次の固体成分:
炭化物形成元素、炭素含有化合物、活性剤および
不活性充てん剤を含んでいるべきである。炭化物
形成元素は、クロム、モリブデン、タングステ
ン、ニオブ、ジルコニウム、タンタル、珪素また
はそれらの混合物によつて構成されていてもよ
い。炭素含有化合物は、ジフエニル、ナフタレ
ン、アントラセン、ピレン、トリフエニレン、
3.4−ベンゾピレンであつてもよい。上記有機化
合物に加えて、炭化水素類の別の固体有機化合物
を使用してもよく;この有機化合物は室温で固体
状態であるべきであり、その沸点または昇華温度
は100乃至700℃の範囲である。活性剤の機能は、
塩化アンモニウム、フツ化アンモニウム、ヨウ化
アンモニウム、臭化アンモニウムによつて果たさ
れてもよい。酸化アルミニウム、酸化グネシウム
または二酸化珪素が、不活性充てん剤のために使
用されてもよい。 The deposition of diffusion carbide coatings on iron-carbon alloy products is based on contact deposition from the gas phase within a powder mixture consisting of carburization of the product surface and subsequent diffusion saturation with carbide-forming elements. The powder mixture in this method consists of the following solid components:
It should contain carbide-forming elements, carbon-containing compounds, activators and inert fillers. The carbide-forming elements may be constituted by chromium, molybdenum, tungsten, niobium, zirconium, tantalum, silicon or mixtures thereof. Carbon-containing compounds include diphenyl, naphthalene, anthracene, pyrene, triphenylene,
It may also be 3.4-benzopyrene. In addition to the above organic compounds, other solid organic compounds of the hydrocarbon class may be used; this organic compound should be in the solid state at room temperature and its boiling point or sublimation temperature should be in the range 100 to 700°C. be. The function of the activator is
This may be accomplished by ammonium chloride, ammonium fluoride, ammonium iodide, ammonium bromide. Aluminum oxide, magnesium oxide or silicon dioxide may be used for inert fillers.
粉末混合物は、粉末の形で別々に取つた成分を
総て50μm以下のメツシユの振動篩によりふるい
分けることによつて調製される。ふるい分けられ
た部分の粒度は50μmを超えるべきではない。こ
の粒径の粒子によつて、浸炭段階においては炭素
による、また拡散飽和段階においては炭化物形成
元素による表面の高い飽和比率がが確保される。
その上、この粒径の粒子を有する粉末混合物を用
いると、加工物の表面への混合物粒子の他着性
(sticking)が防がれる。ふるい分けた後、各成
分を次の質量%の割合で計り分ける。 The powder mixture is prepared by sieving the components, taken separately in powder form, through a vibrating sieve with a mesh size of less than 50 μm. The particle size of the sieved portion should not exceed 50 μm. Particles of this size ensure a high degree of saturation of the surface with carbon during the carburizing stage and with carbide-forming elements during the diffusion saturation stage.
Moreover, using a powder mixture with particles of this particle size prevents sticking of the mixture particles to the surface of the workpiece. After sieving, each component is weighed out in the following mass percentages.
炭化物形成元素 40−70
炭素含有化合物 0.5−2.5
活性剤 0.2−5.0
不活性充てん剤 残
計量後、粉末混合物の各成分を、成分の性質に
依つて、一定条件下で乾燥する。炭化物形成元素
の粉末は、140℃で4時間の間乾燥する。不活性
充てん剤の粉末は、1200℃で2時間の間か焼す
る。炭素含有化合物は60℃で0.5−1.0時間以内で
乾燥する。そして、活性剤粉末は、140℃で、4
時間の間乾燥する。次いで、全成分を40℃まで冷
却し、双円錐ミキサー内で1−2時間の間十分に
混合する。Carbide-forming elements 40-70 Carbon-containing compounds 0.5-2.5 Activators 0.2-5.0 Inert fillers remainder After weighing, each component of the powder mixture is dried under certain conditions, depending on the nature of the components. The carbide-forming element powder is dried at 140° C. for 4 hours. The inert filler powder is calcined at 1200° C. for 2 hours. Carbon-containing compounds are dried within 0.5-1.0 hours at 60°C. Then, the activator powder was heated at 140℃ for 4 hours.
Dry for an hour. All ingredients are then cooled to 40°C and thoroughly mixed in a bicone mixer for 1-2 hours.
拡散炭化物被覆物の調製工程で使用することを
意図した粉末混合物中の含水率
(moisturecontent)は、5−6%を超えてはな
らない。該粉末混合物をステンレススチール製容
器内に置く。製品は、容器の底から製品まで少な
くとも20mmの距離、容器の側壁から容器まで10mm
の距離、製品間を少なくとも15mmの距離そして製
品から第一の容器カバーまで少なくとも30mmの距
離を離すように、混合物内に浸漬される。 The moisture content in powder mixtures intended for use in the preparation process of diffusion carbide coatings should not exceed 5-6%. Place the powder mixture into a stainless steel container. The product must have a distance of at least 20 mm from the bottom of the container to the product and 10 mm from the side wall of the container to the container.
, a distance of at least 15 mm between the products and a distance of at least 30 mm from the products to the first container cover.
製品を粉末混合物内に浸漬した後、容器をステ
ンレススチール製の第一カバーでふたをし、そし
て少なくとも30mm厚の珪砂層をその頂部に注ぐ。
次いで、第二カバーを閉じ、酸化ホウ素B2O3(約
450℃の融解温度を有する物質)をその頂部に注
ぐ。 After immersing the product into the powder mixture, the container is capped with a first cover made of stainless steel and a layer of silica sand at least 30 mm thick is poured on top.
Then close the second cover and add boron oxide B 2 O 3 (approx.
A substance with a melting temperature of 450 °C) is poured on top of it.
粉末混合物および製品の入つた容器を抵抗炉内
へ置き、そして560乃至720℃の温度まで加熱し;
次いで製品の表面を浸炭し;本発明によれば、該
浸炭は、所定の温度で、0.6乃至1.2時間の限界内
で行なわれる。この工程中に容器内部で起こる化
学反応の機構は、クロム、ジフエニル、フツ化ア
ンモニウム、および酸化アルミニウムからなる飽
和用粉末混合物の例によつて説明することができ
る。酸化アルミニウムは、不活性充てん剤であ
り、化学反応には加わらない。 placing the container containing the powder mixture and product in a resistance furnace and heating to a temperature of 560 to 720°C;
The surface of the product is then carburized; according to the invention, the carburization is carried out at a given temperature within the limits of 0.6 to 1.2 hours. The mechanism of the chemical reactions that take place inside the vessel during this process can be illustrated by the example of a saturating powder mixture consisting of chromium, diphenyl, ammonium fluoride, and aluminum oxide. Aluminum oxide is an inert filler and does not participate in chemical reactions.
加熱の間に、ジフエニルは約256℃の温度から
分解を始める:
2C12H10→5CH4+19C (1)
炭素は、容器内部の酸素と相互に作用する:
C+O2→CO2 (2)
フツ化アンモニウムは、335℃の温度から分解
が始まる:
NH4F→NH3+HF (3)
2NH3→N2+3H2 (4)
次いで、ジフエニルの分解中に生成する飽和炭
化水素(メタン)は、フツ化水素の一部と相互作
用し、かくして、四フツ化炭素を生成する。この
四フツ化炭素は、製品の表面に吸着され、製品の
表面を飽和する活性炭素原子を生成する:
CH4+4HF→CF4+4H2 (5)
CF4+4Fe→2FeF2+C (6)
反応(5)および(6)は、おもに、浸炭の時間内に起
こる。 During heating, diphenyl begins to decompose from a temperature of about 256°C: 2C 12 H 10 →5CH 4 +19C (1) The carbon interacts with the oxygen inside the container: C+O 2 →CO 2 (2) The decomposition of ammonium chloride starts at a temperature of 335°C: NH 4 F→NH 3 +HF (3) 2NH 3 →N 2 +3H 2 (4) Then, the saturated hydrocarbon (methane) produced during the decomposition of diphenyl is It interacts with some of the hydrogen fluoride, thus producing carbon tetrafluoride. This carbon tetrafluoride is adsorbed on the surface of the product and produces active carbon atoms that saturate the surface of the product: CH 4 +4HF→CF 4 +4H 2 (5) CF 4 +4Fe→2FeF 2 +C (6) Reaction ( 5) and (6) mainly occur during carburization.
炉内の温度が450℃に達すると、酸化ホウ素
B2O3は、融解して、容器を密閉するち密な層を
形成し、そして空気が含まれている酸素と一緒に
容器内に浸透することが防止される。 When the temperature in the furnace reaches 450℃, boron oxide
The B 2 O 3 melts to form a dense layer that seals the container and prevents air from penetrating into the container along with the contained oxygen.
温度が814℃まで上昇すると、容器内のクロム
が蒸発し始め、フツ化水素と相互反応しそして拡
散飽和のための活性ガス状媒体を作り出す。 As the temperature rises to 814° C., the chromium in the container begins to evaporate, interacts with hydrogen fluoride and creates an active gaseous medium for diffusion saturation.
Cr+2HF→CrF2+H2 (7)
フツ化クロムは製品の表面に吸着されて、活性
クロム原子を生成し、このクロム原子は製品の表
面層へ拡散する:
CrF2+Fe→FeF2+C (8)
CrF2+H2→2HF+Cr (9)
活性クロム原子は、浸炭段階において製品の表
面に拡散した炭素と相互作用して、拡散炭化物被
覆物を形成する:
23Cr+6C→Cr23C6 (10)
反応(7)−(10)は、950−1100℃の範囲から選ばれ
た温度で極めて激しく進む。 Cr+2HF→CrF 2 +H 2 (7) Chromium fluoride is adsorbed on the surface of the product to form active chromium atoms, which diffuse into the surface layer of the product: CrF 2 +Fe→FeF 2 +C (8) CrF 2 + H 2 → 2HF + Cr (9) Activated chromium atoms interact with the carbon diffused on the surface of the product during the carburizing stage to form a diffused carbide coating: 23Cr + 6C → Cr 23 C 6 (10) Reaction (7 )−(10) proceeds extremely vigorously at temperatures chosen from the range 950−1100°C.
浸炭により、製品の表面層が、粉末混合物から
製品へと拡散する炭素で飽和されることが可能に
なり、かくして次の加熱の間、拡散炭化物層の生
成促進が確保される。拡散炭化物層は、粉末混合
物から製品の表面へ拡散した炭素によつてのみ形
成される。製品の材料内に含まれていた炭素は、
炭化物層を作り出すために製品の表面へ拡散しな
い。これは、他の従来技術の方法において存在し
ている被覆物の下の脱炭帯域の形成を実際的に妨
げる。浸炭段階では、炭素含有化合物は、分解さ
れて、多量のガス状飽和炭化水素発生し、また空
気中の酸素とおよびスチームと相互に作用して得
られるある量の二酸化炭素を発生するが、これら
の炭化水素および二酸化炭素は、反応(1)および(2)
に従つて、容器内に少量存在している。反応(3)に
従つて活性剤の分解中に生成するハロゲン化水素
と炭素含有成分の分解生成物との相互作用によ
り、炭素とハロゲンの1つとのガス状化合物、例
えば四フツ化炭素の生成がもたらされ、これは炭
素による表面の飽和を強める。製品をこれらの温
度に保持して、炭素による表面層の飽和をもたら
し、これによつて、次の加熱中に炭化物層の早い
形成が確保される。上記温度および時間の限界が
堅持されない場合には、所望の効果は達成されな
い。560℃より低い温度における浸炭では、混合
物の炭素含有化合物の分解生成物から製品の表面
層への充分な炭素の拡散流が確保されない。720
℃より高い温度における浸炭により、製品の表面
での炭化物形成元素の早すぎる沈積およびその後
の拡散がもたらされる。浸炭時間が0.6時間より
短い場合、製品表面上の炭素濃度は減少して、拡
散被覆物の下で脱炭帯域の形成を引き起こす。脱
炭帯域は、拡散炭化物被覆物を有する製品の強度
および摩擦学上の特性を減少する。浸炭段階が
1.2時間より長くかかる場合、これは経済的観点
から不適当である。なぜならば、強度および摩擦
学上の特性がもはや増大せず、また電力の不当な
消費があるからである。 Carburizing allows the surface layer of the product to be saturated with carbon that diffuses from the powder mixture into the product, thus ensuring enhanced formation of a diffused carbide layer during subsequent heating. A diffused carbide layer is formed solely by carbon that has diffused from the powder mixture to the surface of the product. The carbon contained in the material of the product is
Does not diffuse to the surface of the product to create a carbide layer. This practically prevents the formation of a decarburization zone under the coating that is present in other prior art methods. During the carburization stage, carbon-containing compounds are decomposed to produce large amounts of gaseous saturated hydrocarbons and also some amount of carbon dioxide which is obtained by interacting with the oxygen in the air and with the steam. hydrocarbons and carbon dioxide in reactions (1) and (2)
Therefore, a small amount is present in the container. The interaction of the hydrogen halide formed during the decomposition of the activator according to reaction (3) with the decomposition products of the carbon-containing component results in the formation of gaseous compounds of carbon and one of the halogens, e.g. carbon tetrafluoride. , which increases the saturation of the surface with carbon. The product is held at these temperatures to bring about saturation of the surface layer with carbon, thereby ensuring early formation of a carbide layer during subsequent heating. If the above temperature and time limits are not adhered to, the desired effect will not be achieved. Carburizing at temperatures below 560° C. does not ensure sufficient carbon diffusion flow from the decomposition products of the carbon-containing compounds of the mixture to the surface layer of the product. 720
Carburizing at temperatures higher than 0.degree. C. results in premature deposition and subsequent diffusion of carbide-forming elements at the surface of the product. If the carburization time is shorter than 0.6 hours, the carbon concentration on the product surface will decrease, causing the formation of a decarburized zone under the diffusion coating. The decarburization zone reduces the strength and tribological properties of products with diffused carbide coatings. The carburizing stage
If it takes longer than 1.2 hours, this is unsuitable from an economic point of view. This is because the strength and tribological properties are no longer increased and there is an unreasonable consumption of power.
浸炭時間が満了したら、製品を拡散飽和温度ま
で加熱する。加熱は0.8乃至2.4゜/sから選ばれた
速度で行われる。この処理手順により、浸炭段階
において粉末混合物から製品へ拡散した炭素で飽
和された該製品の表面層の上で、一定濃度の炭素
が確保され、そして拡散飽和段階において拡散炭
化物被覆(diffusion carbide coating)の下での
脱炭帯域の形成が防止される。2.4゜/sより高い
速度で拡散飽和温度まで加熱することは、より強
力なヒーターによつて消費される多量のエネルギ
ーを必要とするから、経済性の観点からは実際的
でない。逆に、0.8゜/sより低い速度で行なわれ
る加熱では、表面層からの炭素の拡散分散が生
じ;該炭素は製品へ、すなわち母材へ拡散し始
め、それによつて表面層における炭素の濃度が減
少する。拡散飽和段階においては、これは、浸炭
段階において表面層へ拡散した炭素の量が拡散炭
化物層を形成するためには不充分であることに帰
し;その結果として、炭素が鋼から拡散し始め、
それによつて炭化物層の下に脱炭帯域が作り出さ
れる。 Once the carburization time has expired, the product is heated to the diffusion saturation temperature. Heating is carried out at a rate selected from 0.8 to 2.4°/s. This treatment procedure ensures a constant concentration of carbon on the surface layer of the product, saturated with carbon diffused from the powder mixture into the product during the carburization stage, and a diffusion carbide coating during the diffusion saturation stage. The formation of decarburization zones under the conditions is prevented. Heating to the diffusion saturation temperature at a rate higher than 2.4°/s is not practical from an economic point of view since it requires a large amount of energy which would be consumed by more powerful heaters. Conversely, heating carried out at a rate lower than 0.8°/s results in a diffusive dispersion of carbon from the surface layer; the carbon begins to diffuse into the product, i.e. into the matrix, thereby reducing the concentration of carbon in the surface layer. decreases. In the diffusion saturation stage, this results in the amount of carbon diffused into the surface layer in the carburizing stage being insufficient to form a diffusion carbide layer; as a result, carbon begins to diffuse out of the steel;
A decarburization zone is thereby created below the carbide layer.
950乃至1100℃の拡散飽和温度範囲(bracket)
内にある温度に達したら、加熱を中止して、1.2
乃至1.8時間から選ばれた期間内で拡散飽和を行
なう。この手順により、製品の表面上に拡散炭化
物層が作り出される。拡散炭化物層の形成は、表
面に付着した炭化物形成元素と、反応(1)に従つて
製品の表面層を飽和した炭素との相互作用によつ
て確保される。製品の材料内に含まれていた炭素
は、上記期間内では、拡散炭化物層の下での脱炭
帯域の形成を妨げる拡散炭化物層の形成に実際上
加わつていない。製品の表面層が炭素で飽和され
ているので、炭化物層が従来知られていた方法に
おける場合よりもより活発に形成されることに注
目すべきである。上記温度および時間間隔が守ら
れていない場合、所望の効果は得られない。950
℃より低い温度で行なわれる拡散飽和の結果、被
覆への炭化物形成元素の不充分な拡散による拡散
炭化物層の厚さの減少がもたらされ、これは被覆
の強度および摩擦学上の特性を減じる。1100℃よ
り高い温度で行なわれる拡散飽和は同様に不適当
である。なぜならば、かかる温度では、製品材料
の粒子の寸法が増大し、それによつて製品の機械
的性質、すなわちその衝撃強度が減じるからであ
る。拡散飽和を1.2時間より短い時間内で行なう
場合、製品の表面上での炭化物形成元素の不充分
な付着速度(deposition rate)およびより薄い
拡散飽和層の形成がもたらされ、それによつて被
覆の強度および摩擦学上の特性が害される。逆
に、拡散飽和の時間が、1.8時間を超えて延びる
と、より低い濃度の炭素による拡散炭化物層の形
成がもたらされる。なぜならば、これらの条件下
では、炭素はすでに形成されていた炭化物層を通
つて拡散し、この拡散工程は、表面層内の炭素濃
度が減少するために、その強さを失なうからであ
る。それに加えて、かかる拡散飽和時間において
は、炭素が母材から被覆へと拡散することが起こ
るかもしれない。なぜならば、浸炭段階において
表面へ導入された炭素の全量は、炭化物形成元素
の拡散が続いている間に、炭化物層を作り出すた
めにすでに使い尽くされていたであろうからであ
る。この効果により、被覆の下に脱炭帯域の形成
が引き起こされる。 Diffusion saturation temperature range (bracket) from 950 to 1100℃
When the temperature within 1.2 is reached, stop heating and
Diffusion saturation is performed within a period selected from 1 to 1.8 hours. This procedure creates a diffused carbide layer on the surface of the product. The formation of the diffused carbide layer is ensured by the interaction between the carbide-forming elements attached to the surface and the carbon that has saturated the surface layer of the product according to reaction (1). The carbon contained within the material of the product does not practically take part in the formation of the diffused carbide layer during this period, which prevents the formation of a decarburized zone below the diffused carbide layer. It should be noted that since the surface layer of the product is saturated with carbon, the carbide layer is formed more actively than in previously known methods. If the above temperature and time intervals are not observed, the desired effect will not be obtained. 950
Diffusion saturation carried out at temperatures below °C results in a decrease in the thickness of the diffused carbide layer due to insufficient diffusion of carbide-forming elements into the coating, which reduces the strength and tribological properties of the coating. . Diffusion saturation carried out at temperatures above 1100°C is likewise unsuitable. This is because at such temperatures the size of the particles of the product material increases, thereby reducing the mechanical properties of the product, ie its impact strength. If the diffusion saturation is carried out within a time period shorter than 1.2 hours, this will lead to an insufficient deposition rate of carbide-forming elements on the surface of the product and the formation of a thinner diffusion saturation layer, thereby reducing the coating. Strength and tribological properties are impaired. Conversely, extending the time of diffusion saturation beyond 1.8 hours results in the formation of a diffuse carbide layer with a lower concentration of carbon. This is because under these conditions carbon diffuses through the carbide layer that was already formed and this diffusion process loses its strength due to the reduced carbon concentration in the surface layer. . Additionally, at such diffusion saturation times, carbon may diffuse from the matrix to the coating. This is because the entire amount of carbon introduced to the surface during the carburization stage would have already been used up to create the carbide layer while the diffusion of the carbide-forming elements continues. This effect causes the formation of a decarburized zone under the coating.
拡散飽和時間が満了したら、製品の入つた容器
は、本発明によれば、1.2乃至2.4゜/sの限界内で
選ばれた速度で、300乃至500℃から選ばれた温度
まで冷却される。 Once the diffusion saturation time has expired, the container containing the product is cooled according to the invention to a temperature selected from 300 to 500° C. at a rate selected within the limits of 1.2 to 2.4°/s.
この技術により、拡散炭化物層の下での炭素再
分配および被覆の下での脱炭帯域の形成の効果を
回避することが可能になる。これらの冷却速度に
おいて、炭化物形成元素および炭素は、粉末混合
物から製品の表面に沈澱するのを止め、その結果
母材から製品の表面への炭素のどんな拡散もな
い。2.4゜/sより高い速度における拡散飽和後の
冷却は、それが特別の冷却系の使用を必要とする
ので、経済的に実用的でない。逆に、1.2゜/sよ
り低い速度で拡散飽和後に容器を冷却することに
より、該表面上に炭化物形成元素の付着がもたら
されるが、炭化物を形成するために表面に、より
低い速度ではあるが拡散する炭化物層内での炭素
の拡散再分配を生じて、炭化物被覆物の下に大い
に好ましくない脱炭帯域を生成する。 This technique makes it possible to avoid the effects of carbon redistribution under the diffused carbide layer and the formation of decarburized zones under the coating. At these cooling rates, carbide-forming elements and carbon stop precipitating from the powder mixture onto the surface of the product, so that there is no diffusion of carbon from the matrix to the surface of the product. Cooling after diffusion saturation at rates higher than 2.4°/s is not economically practical as it requires the use of special cooling systems. Conversely, cooling the vessel after diffusion saturation at a rate lower than 1.2°/s results in the deposition of carbide-forming elements on the surface, although at a lower rate it This results in a diffusive redistribution of carbon within the diffusing carbide layer, creating a highly undesirable decarburization zone beneath the carbide coating.
300乃至500℃の区間から選ばれた温度まで冷却
した後、上記処理の全工程が、本発明によれば、
少なくとも1回から7回に達するサイクル数まで
繰り返される。これらの限界内のサイクル数は、
拡散被覆物を有する製品の使用条件に適うように
選ばれるべきである。サイクルを6回または7回
繰り返した場合、得られた被覆物は高い強度と摩
擦学上の特性とを特徴としている。 After cooling to a temperature selected from the range 300 to 500°C, all steps of the above treatment are carried out according to the invention.
It is repeated for a number of cycles ranging from at least 1 to 7. The number of cycles within these limits is
It should be selected to suit the conditions of use of the product with the diffusion coating. If the cycle is repeated 6 or 7 times, the resulting coating is characterized by high strength and tribological properties.
560−720℃以内の浸炭による上記処理工程を循
環すると、前サイクルで作り出された拡散炭化物
層は、粉末混合物からの炭素で飽和され、そして
その上の加熱の間に、付着した炭化物形成元素の
層へと拡散し、次いでその炭化物が形成される。
循環により、下層帯域における炭素の濃度を減少
せずに拡散炭化物層の成長を促進させる。加え
て、300−500℃の区間から選ばれた温度への定期
的冷却を伴なう飽和の温度条件の循環特性によ
り、より分散した構造の拡散炭化物層が形成され
る。これは、300−500℃の温度まで冷却した後に
二段階加熱のサイクルを繰り返すことにより、す
でに存在している炭化物結晶の成長ではなくて、
処理される表面上での炭化物形成元素の結晶化の
新しい該種の形成および炭化物の発達がもたらさ
れるという事実のためである。これにより、製品
の強度および摩擦学上の特性を改良する多数の微
細炭化物結晶が生産される。 Upon cycling the above treatment steps by carburizing within 560-720 °C, the diffused carbide layer created in the previous cycle becomes saturated with carbon from the powder mixture, and during heating on it, the deposited carbide-forming elements are removed. It diffuses into the layer and then its carbide is formed.
The circulation promotes the growth of the diffused carbide layer without reducing the concentration of carbon in the lower zone. In addition, the cyclic nature of the saturated temperature conditions with periodic cooling to a temperature chosen from the range 300-500° C. results in the formation of a diffused carbide layer with a more dispersed structure. This is achieved by repeating the two-stage heating cycle after cooling to a temperature of 300-500°C, rather than the growth of pre-existing carbide crystals.
This is due to the fact that this results in the formation of new species of crystallization of carbide-forming elements on the treated surface and the development of carbides. This produces a large number of fine carbide crystals that improve the strength and tribological properties of the product.
500℃より高い温度における冷却工程の完了に
より、新しい結晶化該種の形成の可能性が否定さ
れ、その結果、その上の加熱および浸炭により、
微細な分散構造が作り出されることなく、存在す
る炭化物結晶の成長のみが引き起こされる。 Completion of the cooling step at temperatures above 500 °C precludes the possibility of the formation of new crystallized species, so that subsequent heating and carburization
Only the growth of the existing carbide crystals is induced, without the creation of fine dispersed structures.
300℃より低い温度での冷却の完了は、これが
次の加熱のための余分の電力量を伴なうので、経
済的観点から不適当である。サイクル数が2回未
満であると、“循環工程”という概念の意義が失
なわれる。8回を超えるサイクル数においては、
粉末混合物が消耗されるようになり、すなわち粉
末混合物から製品表面へ拡散する炭素の量が減少
し、引き続いて各サイクルの間の保持時間がより
長くなりそして全体からみて工程の不当な延長お
よび電力の追加的消費がもたらされる。 Completing the cooling at temperatures below 300° C. is unsuitable from an economic point of view, since this involves an extra amount of power for the subsequent heating. If the number of cycles is less than two, the concept of a "cyclic process" loses its meaning. For more than 8 cycles,
The powder mixture becomes depleted, i.e. the amount of carbon that diffuses from the powder mixture to the product surface decreases, which subsequently leads to longer holding times between each cycle and overall unreasonable prolongation of the process and power consumption. This results in additional consumption of
所要とされるサイクル数が完了したら、加熱を
やめて、容器を空気中で室温まで冷却する。次い
で、容器を開けて製品および粉末混合物を取り除
く。製品は顧客へ発送され、一方飽和用粉末混合
物は再生に向けられる。再生は、粉末混合物をボ
ールミル内で磨砕し、それを振動篩(50μmメツ
シユ)を通してふるい分け、140℃で4時間乾燥
し、そして乾燥した活性剤および炭素含有化合物
を次の割合(質量%):炭素含有化合物0.5−2.5、
活性剤0.2−5.0で添加することにある。使用され
た混合物は、活性剤および炭素含有物質と注意深
く混合する。次いで、新たに調製しそして乾燥し
た粉末混合物を、混合物の初期重量の10%の比率
で添加し、そして注意深く再度混合する。なお、
粉末混合物は要求に応じて使用することができ
る。混合物は、廃棄前に15回まで再生可能であ
る。 Once the required number of cycles have been completed, heating is discontinued and the container is allowed to cool to room temperature in air. The container is then opened and the product and powder mixture removed. The product is shipped to the customer, while the saturating powder mixture is sent for recycling. Regeneration involves grinding the powder mixture in a ball mill, sieving it through a vibrating sieve (50 μm mesh), drying it at 140 °C for 4 hours, and dissolving the dried activator and carbon-containing compound in the following proportions (% by mass): carbon-containing compounds 0.5−2.5,
The active agent should be added at 0.2-5.0. The mixture used is carefully mixed with the activator and the carbon-containing substance. The freshly prepared and dried powder mixture is then added in a proportion of 10% of the initial weight of the mixture and carefully mixed again. In addition,
Powder mixtures can be used upon request. The mixture can be recycled up to 15 times before disposal.
本明細書で提案した方法は、21.0−40.0μmの
厚さのち密な非孔質拡散炭化物被覆で、21.5−
27.0GPaの微小硬度、4.2−5.4μmの炭化物結晶の
平均高さ、4.2−7.4GPaの基材硬度、4.2−
7.4GPaの下層帯域における最小硬度、炭化物被
覆の下に脱炭帯域がないことおよび12.5−15.6
g/m2sの滑り摩擦における相対的摩耗率を有す
るような被覆を生産する。 The method proposed herein is based on a dense non-porous diffusion carbide coating with a thickness of 21.0-40.0 μm;
Microhardness of 27.0GPa, average height of carbide crystals of 4.2−5.4μm, substrate hardness of 4.2−7.4GPa, 4.2−
Minimum hardness in the lower zone of 7.4 GPa, no decarburized zone under the carbide coating and 12.5−15.6
A coating is produced having a relative wear rate at sliding friction of g/m 2 s.
炭化物被覆は魅力的な銀灰色の表面を有し、そ
の表面荒さRaは0.32μm以下である。従つて、工
程が完了すると、製品にはどんな仕上げ処理もそ
の後の機械加工も必要とされない。被覆は、内部
空間を含めて製品の全表面にわたつて均一に広が
つており、そして製品の材料に有効に接着してい
る。 The carbide coating has an attractive silver-gray surface with a surface roughness Ra of less than 0.32 μm. Therefore, once the process is completed, the product does not require any finishing treatment or subsequent machining. The coating is evenly spread over the entire surface of the product, including the interior space, and effectively adheres to the material of the product.
該工程は真空装置の使用を必要としないし、ま
た特別の火災および爆発の予防設備の準備を必要
とするガス(水素およびアルゴン)も使用しな
い。工程は、取扱う作業員および環境に対してい
かなる実質的な危険も伴なわない。 The process does not require the use of vacuum equipment, nor does it use gases (hydrogen and argon) that require the provision of special fire and explosion protection equipment. The process does not involve any substantial hazards to handling personnel or the environment.
工程は7回まで繰り返すことが可能であるけれ
ども、その全期間は、その個々の段階の期間が短
いために、20−22時間を超えない。 Although the process can be repeated up to 7 times, its total duration does not exceed 20-22 hours due to the short duration of its individual stages.
本発明は、鉄−炭素合金製品上に炭化物の拡散
被覆物を付着する方法の具体化の例によつて、さ
らに明らかとされるだろう。 The invention will be further elucidated by an example embodiment of a method for depositing a carbide diffusion coating on an iron-carbon alloy article.
例 1
内径80mm、高さ110mm、壁の厚さ5mmのステン
レススチール製容器に、クロム粉195g(65%)、
ジフエニルC12H103g(1%)、塩化アンモニウ
ムNH4Cl1.5g(0.5%)および酸化アルミニウム
Al2O3100.5g(33.5%)を含んでいる粉末混合物
300gを装入した。これらの成分は、前もつて磨
砕され、50μmより下の粒度の部分を生じるよう
にふるい分けされ、配合に従つて計り分けられそ
してミキサー内で混合されてあつた。Example 1 In a stainless steel container with an inner diameter of 80 mm, a height of 110 mm, and a wall thickness of 5 mm, 195 g (65%) of chromium powder is placed.
Diphenyl C 12 H 10 3 g (1%), ammonium chloride NH 4 Cl 1.5 g (0.5%) and aluminum oxide
Powder mixture containing 100.5 g (33.5%) of Al 2 O 3
300g was charged. These components had previously been milled, sieved to yield a particle size fraction below 50 μm, weighed out according to formulation and mixed in a mixer.
次いで、直径15mm、高さ5mmの炭素および合金
鋼の試験片を、容器底と試験片との間を20mm、容
器側壁と試験片との間を10mm、試験片同士の間を
15mmそして試験片と容器の第一カバーとの間を30
mmの距離残して該混合物内に浸漬した。試験片
は、一列に配置した。試験片を粉末混合物内に置
いたら、容器を第一のステンレススチール製カバ
ーで閉じ、該カバーの頂部に珪砂の30mm厚さの層
(layer)を流し込んだ。次いで容器の第二のステ
ンレススチール製カバーを閉じ、該カバーの頂部
に10mm厚さの酸化ホウ素の層を流し込み、そして
容器を抵抗炉内に移動した。容器を650℃まで加
熱し、この温度で1.0時間浸炭を行なつた。試験
片の表面が炭素で飽和された。浸炭試験片を、次
いで1.5゜/sの速度で拡散飽和温度(1000℃)ま
で加熱した。 Next, carbon and alloy steel test pieces with a diameter of 15 mm and a height of 5 mm were placed with a distance of 20 mm between the container bottom and the test piece, a distance of 10 mm between the container side wall and the test piece, and a distance between the test pieces.
15 mm and 30 mm between the specimen and the first cover of the container.
It was immersed into the mixture leaving a distance of mm. The test pieces were arranged in a line. Once the specimens were placed in the powder mixture, the container was closed with a first stainless steel cover and a 30 mm thick layer of silica sand was poured on top of the cover. The second stainless steel cover of the vessel was then closed, a 10 mm thick layer of boron oxide was poured on top of the cover, and the vessel was moved into a resistance furnace. The container was heated to 650°C, and carburization was performed at this temperature for 1.0 hour. The surface of the specimen was saturated with carbon. The carburized specimen was then heated to the diffusion saturation temperature (1000°C) at a rate of 1.5°/s.
1000℃の温度が達成されるや否や、クロムによ
る試験片表面の拡散飽和のために、この温度を
1.5時間維持した。クロムによる拡散飽和が完了
したら、試験片を1.8゜/sの速度で400℃まで冷
却した。次いで、浸炭温度までの加熱、本来の浸
炭(caburization proper)、拡散飽和点までの加
熱、拡散飽和および冷却のような上記操作をもう
一度繰り返し、その後試験片の入つた容器を空気
中で周囲温度まで冷却した。そこで、容器を開け
粉末飽和混合物は再生のために向けられ、そして
試験片は、生成した炭化物−クロム被覆の物理機
械的および物理化学的特性を測定するために通常
の方法によつて試験した。 As soon as a temperature of 1000°C is achieved, this temperature is
It was maintained for 1.5 hours. Once diffusion saturation with chromium was completed, the specimen was cooled to 400°C at a rate of 1.8°/s. Then, the above operations like heating up to carburization temperature, carburization proper, heating up to diffusion saturation point, diffusion saturation and cooling are repeated once again, after which the container containing the specimen is brought to ambient temperature in air. Cooled. The container was then opened, the powder-saturated mixture was directed for regeneration, and the specimens were tested by conventional methods to determine the physico-mechanical and physico-chemical properties of the resulting carbide-chromium coating.
試験結果:
−炭化物被覆はち密であり、すなわち実際上細孔
がない;
−炭化物被覆の厚さ、21.0μm;
−炭化物被覆の微小硬度、21.6GPa;
−炭化物結晶の平均高さ、5.2μm;
−基材の硬度、5.6GPa;
−下層帯域の最小硬度、5.6GPa;
−相対摩耗率、12.5g/m2s。Test results: - the carbide coating is dense, ie practically pore-free; - the thickness of the carbide coating, 21.0 μm; - the microhardness of the carbide coating, 21.6 GPa; - the average height of the carbide crystals, 5.2 μm; - Hardness of the substrate, 5.6 GPa; - Minimum hardness of the lower zone, 5.6 GPa; - Relative wear rate, 12.5 g/m <2> s.
例 2
例1に記載した容器内で拡散炭化物被覆物を調
製した。容器にチタン粉195g(65%)、アントラ
センC14H103g(1%)、臭化アンモニウム
NH4Br1.5g(0.5%)および酸化マグネシウム
100.5g(33.5%)を含む混合物300gを装入し
た。粉末混合物は例1におけるようにして調製さ
れていた。試験片は、例1におけるよう用いかつ
容器内に配置した。粉末混合物および試験片の入
つた容器を抵抗炉内に置き、560℃まで加熱した。
この温度において、試験片は1.2時間の間浸炭さ
れ、その結果それらの表面の浸炭が得られた。Example 2 A diffusion carbide coating was prepared in the vessel described in Example 1. Container contains 195 g of titanium powder (65%), 3 g of anthracene C 14 H 10 (1%), and ammonium bromide.
NH 4 Br 1.5g (0.5%) and magnesium oxide
300 g of a mixture containing 100.5 g (33.5%) was charged. A powder mixture was prepared as in Example 1. The specimens were used as in Example 1 and placed in a container. The container containing the powder mixture and specimen was placed in a resistance furnace and heated to 560°C.
At this temperature, the specimens were carburized for 1.2 hours, resulting in carburization of their surfaces.
浸炭された試験片を2.4゜/sの速度で950℃ま
で加熱した。この温度は、製品の表面がチタンで
拡散飽和される温度である。拡散飽和は1.8時間
続いた。チタンによる拡散飽和が完了するや、試
験片を1.2゜/sの速度で500℃まで冷却した。次
いで、浸炭温度まで加熱、本来の浸炭、拡散飽和
の段階までの加熱、本来の拡散飽和(diffusion
saturation proper)および冷却のような上記操
作をさらに3回繰り返した。次に、容器を開け、
飽和用粉末混合物は再生のために向けられ、そし
て試験片は、付着したチタン−炭化物の被覆の物
理機械的および物理化学的特性を測定するための
通常の方法で試験した。 The carburized specimen was heated to 950°C at a rate of 2.4°/s. This temperature is the temperature at which the surface of the product becomes diffusion saturated with titanium. Diffusion saturation lasted for 1.8 hours. Once diffusion saturation with titanium was completed, the specimen was cooled to 500°C at a rate of 1.2°/s. Next, heating to the carburizing temperature, original carburization, heating to the diffusion saturation stage, and original diffusion saturation.
The above operations such as saturation proper) and cooling were repeated three more times. Then open the container and
The saturating powder mixture was subjected to regeneration and the specimens were tested in the usual manner to determine the physico-mechanical and physico-chemical properties of the deposited titanium-carbide coating.
試験結果:
−炭化物被覆はち密であり、すなわち実際的に細
孔がなかつた;
−炭化物被覆の厚さ、28.8μm;
−炭化物被覆の微小硬度、26.8GPa;
−炭化物結晶の平均高さ、4.7μm;
−基材の硬度、4.2GPa;
−下層帯域における最小硬度、4.2GPa;
−相対摩耗率、18.2g/m2s。Test results: - the carbide coating was dense, i.e. virtually pore-free; - the thickness of the carbide coating, 28.8 μm; - the microhardness of the carbide coating, 26.8 GPa; - the average height of the carbide crystals, 4.7 μm; - Hardness of the substrate, 4.2 GPa; - Minimum hardness in the lower zone, 4.2 GPa; - Relative wear rate, 18.2 g/m 2 s.
例 3
例1に記載された容器内で拡散炭化物被覆物を
調製した。容器に、珪素粉195g(65%)、ナフタ
レンC10H83g(1%)、ヨウ化アンモニウム
NH4I1.5g(0.5%)および酸化アルミニウム
Al2O3100.5g(33.5%)を含む粉末混合物300g
を装入した。粉末混合物は例1におけるように調
製されていた。試験片は、丁度例1におけるよう
に、容器内で使用しかつ配置した。次いで、粉末
混合物およびその中に浸漬された試験片の入つた
容器を抵抗炉内へ置き、720℃まで加熱した。こ
の温度において、試験片を0.6時間浸炭せしめて、
それら試験片の表面が浸炭されるようにした。次
いで、浸炭した試験片を0.8゜/sの速度で1100℃
まで加熱した。この温度は、試験片表面の珪素に
よる拡散飽和の温度である。拡散飽和を1.2時間
の間行なつた。珪素による拡散飽和が完了した
ら、試験片を2.4゜/sの速度で300℃まで冷却し
た。次いで、浸炭温度までの加熱、本来の浸炭、
拡散飽和の段階までの加熱、本来の拡散飽和およ
び冷却という上記操作をさらに7回繰り返した。
次いで、容器を開け、粉末混合物は再生のために
向け、そして試験片は、付着した炭化珪素被覆の
物理機械的および物理化学的特性を測定するため
に試験した。Example 3 A diffusion carbide coating was prepared in the vessel described in Example 1. In a container, silicon powder 195g (65%), naphthalene C 10 H 8 3g (1%), ammonium iodide
NH 4 I 1.5g (0.5%) and aluminum oxide
300 g of powder mixture containing 100.5 g (33.5%) of Al 2 O 3
was loaded. A powder mixture was prepared as in Example 1. The test specimens were used and placed in a container just as in Example 1. The container containing the powder mixture and the test piece immersed therein was then placed in a resistance furnace and heated to 720°C. At this temperature, the specimen was carburized for 0.6 hours.
The surfaces of these test pieces were carburized. Next, the carburized specimen was heated to 1100°C at a speed of 0.8°/s.
heated to. This temperature is the temperature at which diffusion is saturated by silicon on the surface of the test piece. Diffusion saturation was performed for 1.2 hours. Once diffusion saturation with silicon was completed, the specimen was cooled to 300°C at a rate of 2.4°/s. Then heating to carburizing temperature, original carburizing,
The above operations of heating to the stage of diffusion saturation, original diffusion saturation, and cooling were repeated seven more times.
The container was then opened, the powder mixture was directed for regeneration, and the specimens were tested to determine the physico-mechanical and physico-chemical properties of the deposited silicon carbide coating.
試験結果:
−炭化物被覆はち密であり、すなわち実際的に細
孔がなかつた;
−炭化物被覆の厚さ、39.8μm;
−炭化物被覆の微小硬度、22.3GPa;
−炭化物結晶の平均高さ、4.3μm;
−基材の硬度、7.4GPa;
−下層帯域の最小硬度、7.4GPa;
−相対摩耗率、20.9g/m2s。Test results: - the carbide coating was dense, i.e. practically pore-free; - the thickness of the carbide coating, 39.8 μm; - the microhardness of the carbide coating, 22.3 GPa; - the average height of the carbide crystals, 4.3 μm; - Hardness of the substrate, 7.4 GPa; - Minimum hardness of the lower zone, 7.4 GPa; - Relative wear rate, 20.9 g/m 2 s.
例 4
例1に記載された容器内で拡散炭化物被覆物を
付着せしめた。容器にクロム粉195g(65%)、ポ
リ塩化ビニル3g(1%)、フツ化アンモニウム
NH4F1.5g(0.5%)および塩化マグネシウム
MgO100.5g(33.5%)を含む粉末混合物300gを
装入した。粉末混合物は例1におけるようにして
調製された。試験片は、また例1におけるように
容器内で使用しかつ配置した。粉末混合物および
試験片の入つた容器を抵抗炉内へ置き、600℃ま
で加熱した。この温度において、試験片を1.1時
間の間浸炭せしめて、そして浸炭された試験片を
2.1゜/sの速度で1000℃まで加熱した。この温度
において、試験片の表面はクロムにより拡散飽和
した。拡散飽和は1.7時間の間行なつた。クロム
による拡散飽和が完了したら、試験片を2.1゜/s
の速度で450℃まで冷却した。次いで、浸炭温度
までの加熱、本来の浸炭、拡散飽和の段階までの
加熱、本来の拡散飽和および冷却という上記操作
をさらに4回繰り返した。次いで、容器を開け
て、飽和用粉末混合物は再生のために向け、そし
て試験片は、付着した炭化クロム被覆の物理機械
的および物理化学的特性を測定するために試験し
た。Example 4 A diffusion carbide coating was deposited in the container described in Example 1. Container contains chromium powder 195g (65%), polyvinyl chloride 3g (1%), ammonium fluoride
NH 4 F 1.5g (0.5%) and magnesium chloride
300 g of a powder mixture containing 100.5 g (33.5%) of MgO was charged. A powder mixture was prepared as in Example 1. The specimens were also used and placed in a container as in Example 1. The container containing the powder mixture and specimen was placed in a resistance furnace and heated to 600°C. At this temperature, the specimen was allowed to carburize for 1.1 hours, and the carburized specimen
It was heated to 1000°C at a rate of 2.1°/s. At this temperature, the surface of the specimen was diffusion saturated with chromium. Diffusion saturation was performed for 1.7 hours. After diffusion saturation with chromium is completed, the specimen is moved at 2.1°/s.
It was cooled down to 450°C at a rate of . Next, the above operations of heating to the carburizing temperature, original carburizing, heating to the stage of diffusion saturation, original diffusion saturation, and cooling were repeated four more times. The container was then opened, the saturating powder mixture was directed for regeneration, and the specimens were tested to determine the physico-mechanical and physico-chemical properties of the deposited chromium carbide coating.
試験結果:
−炭化物被覆はち密であり、すなわち実際的に細
孔がなかつた;
−炭化物被覆の厚さ、23.7μm;
−炭化物被覆の微小硬度、22.0GPa;
−炭化物結晶の平均高さ、5.4μm;
−基材の硬度、5.6GPa;
−下層帯域の最小硬度、5.6GPa;
−相対摩耗率、15.6g/m2s。Test results: - the carbide coating was dense, i.e. virtually pore-free; - the thickness of the carbide coating, 23.7 μm; - the microhardness of the carbide coating, 22.0 GPa; - the average height of the carbide crystals, 5.4 μm; - Hardness of the substrate, 5.6 GPa; - Minimum hardness of the lower zone, 5.6 GPa; - Relative wear rate, 15.6 g/m 2 s.
例 5
この例は、例1に従つた組成の再生粉末混合物
を使用する例であつて、例1に従つて利用されて
いる。Example 5 This example uses a regenerated powder mixture of composition according to Example 1 and is utilized according to Example 1.
工程が完了したら、粉末混合物を再生した。こ
のために、粉末混合物をジヨークラツシヤー内で
磨砕しそして50μmより下でない粒度を有する粉
末部分を得るために50μmを超えない篩目の寸法
を有する振動篩を通してふるい分けた。混合物を
ふるい分けたら、140℃で4時間乾燥した。次い
で、この混合物266.5g(88.8%)に、次の成
分:60℃で0.5時間の間予め乾燥したジフエニル
C12H103.3g(1.1%)、140℃で4時間の間まず乾
燥した塩化アンモニウム1.65g(10%)、乾燥ク
ロム粉19.5g(6.5%)および乾燥酸化アルミニ
ウム9.05g(3%)を添加した。次いで、全成分
を注意して混合し、そして調製した粉末混合物を
例1記載の容器内に装入した。例1記載の試験片
を粉末混合の入つた容器内に配置し、そしてこの
容器を抵抗炉内に置いた。容器を630℃に加熱し、
この温度で0.9時間の間試験片を浸炭せしめた。
試験片の表面を炭素で飽和した。次いで浸炭した
試験片を1.5゜/sの速度で1020℃まで加熱した。
この温度は、試験片の表面がクロムによる拡散飽
和を受ける温度である。クロムによる拡散飽和の
工程は、1.4時間の間行なわれる。次いで、試験
片を2.2゜/sの速度で350℃まで冷却した。最後
に浸炭温度までの加熱、浸炭、拡散飽和の段階ま
での加熱、本来の拡散飽和および冷却という上記
操作をもう1回繰り返した。次いで、容器を開
け、飽和用粉末混合物は再生のために向け、そし
て試験片は、付着したクロム−炭化物被覆の物理
機械的および物理化学的特性について試験した。 Once the process was completed, the powder mixture was regenerated. For this purpose, the powder mixture was ground in a geocrusher and sieved through a vibrating sieve with a mesh size not exceeding 50 .mu.m in order to obtain a powder portion with a particle size not below 50 .mu.m. Once the mixture was sieved, it was dried at 140°C for 4 hours. 266.5 g (88.8%) of this mixture was then added with the following ingredients: diphenyl pre-dried for 0.5 h at 60°C.
3.3 g (1.1%) of C 12 H 10 , 1.65 g (10%) of ammonium chloride first dried at 140° C. for 4 hours, 19.5 g (6.5%) of dry chromium powder and 9.05 g (3%) of dry aluminum oxide. Added. All ingredients were then carefully mixed and the prepared powder mixture was charged into the container described in Example 1. The specimen described in Example 1 was placed in a container containing the powder mixture, and the container was placed in a resistance furnace. Heat the container to 630℃,
The specimens were carburized at this temperature for 0.9 hours.
The surface of the specimen was saturated with carbon. The carburized specimen was then heated to 1020°C at a rate of 1.5°/s.
This temperature is the temperature at which the surface of the specimen undergoes diffusion saturation with chromium. The step of diffusion saturation with chromium is carried out for 1.4 hours. The specimen was then cooled to 350°C at a rate of 2.2°/s. Finally, the above operations of heating to the carburizing temperature, carburizing, heating to the stage of diffusion saturation, original diffusion saturation, and cooling were repeated once more. The container was then opened, the saturating powder mixture was directed for regeneration, and the specimens were tested for physico-mechanical and physico-chemical properties of the deposited chromium-carbide coating.
試験結果:
−炭化物被覆はち密であり、すなわち実際的に細
孔がなかつた;
−炭化物被覆の厚さ、20.9μm;
−炭化物被覆の微小硬度、22.5GPa;
−炭化物結晶の平均高さ、5.1μm;
−基材の硬度、4.2GPa;
−下層帯域の最小硬度、4.2GPa;
−相対摩耗率、14.1g/m2s。Test results: - the carbide coating was dense, i.e. virtually pore-free; - the thickness of the carbide coating, 20.9 μm; - the microhardness of the carbide coating, 22.5 GPa; - the average height of the carbide crystals, 5.1 μm; - Hardness of the substrate, 4.2 GPa; - Minimum hardness of the lower zone, 4.2 GPa; - Relative wear rate, 14.1 g/m 2 s.
例 6
この例は、以前に知られた方法に従つて行なつ
た拡散炭化物被覆の付着を示す。Example 6 This example shows the deposition of a diffusion carbide coating carried out according to previously known methods.
例1におけるように、粉末混合物を調製し、容
器内に装入し、また試験片を容器内に配置した。 As in Example 1, a powder mixture was prepared and charged into a container, and a test specimen was placed into the container.
粉末混合物および試験片の入つた容器を抵抗炉
内に置き、800℃まで加熱した。この温度におい
て、試験片を3.5時間の間浸炭せしめ、そしてこ
れらの表面が浸炭されるようにした。浸炭期間が
完了したら、試験片を拡散飽和の温度、すなわち
1050℃まで加熱した。この温度において、表面を
3.5時間の間拡散飽和せしめた。次いで、炉から
容器を取り出し、室温まで自然に冷却した。冷却
後、容器を開けて、粉末混合物は再生のために送
り、そして試験片は、付着した炭化クロム被覆の
物理機械的および物理化学的特性を測定するため
に試験した。 The container containing the powder mixture and specimen was placed in a resistance furnace and heated to 800°C. At this temperature, the specimens were carburized for 3.5 hours, allowing their surfaces to become carburized. Once the carburizing period is completed, the specimen is heated to the temperature of diffusion saturation, i.e.
Heated to 1050°C. At this temperature, the surface
Diffusion saturation was allowed for 3.5 hours. The container was then removed from the oven and allowed to cool to room temperature. After cooling, the container was opened, the powder mixture was sent for regeneration, and the specimens were tested to determine the physico-mechanical and physico-chemical properties of the deposited chromium carbide coating.
試験結果:
−炭化物被覆はち密であり、すなわち実際的にど
んな細孔も持つていない;
−炭化物被覆の厚さ、12.3μm;
−炭化物被覆の微小硬度、21.3GPa;
−炭化物結晶の平均高さ、7.1μm;
−基材の硬度、6.4GPa;
−下層(脱炭された)帯域内の最小硬度、
5.8GPa;
−脱炭帯域の深さ、17μm:
−相対摩耗率、36.4g/m2s。Test results: - the carbide coating is dense, i.e. does not have practically any pores; - the thickness of the carbide coating, 12.3 μm; - the microhardness of the carbide coating, 21.3 GPa; - the average height of the carbide crystals. , 7.1 μm; - hardness of the substrate, 6.4 GPa; - minimum hardness in the lower (decarburized) zone,
5.8 GPa; - Depth of decarburization zone, 17 μm: - Relative wear rate, 36.4 g/m 2 s.
本明細書に提案された方法と以前から知られて
いた方法とによつて付着された拡散炭化物被覆を
有する試験片の物理機械的および物理化学的特性
を比較すると、本発明に従つて得られた被覆の物
理機械的特性が、以前から知られていた方法に従
つて付着された被覆の場合よりもかなり高いと結
論することができる。 Comparing the physico-mechanical and physico-chemical properties of specimens with diffused carbide coatings deposited by the method proposed here and previously known methods, it is found that the physico-mechanical and physico-chemical properties obtained according to the invention It can be concluded that the physico-mechanical properties of the coated coatings are significantly higher than in the case of coatings applied according to previously known methods.
かくして、開示された本発明に従つて生産され
た拡散炭化物被覆の磨損条件下での耐摩耗性は、
既知方法によつて生産された拡散炭化物被覆の耐
摩耗性よりも2.8−3.3倍高い。その上、本発明の
方法によつて付着された拡散炭化物被覆を有する
製品は、被覆物の下にどんな脱炭帯域も有してい
ない。 Thus, the wear resistance under abrasive conditions of a diffusion carbide coating produced in accordance with the disclosed invention is
The wear resistance is 2.8-3.3 times higher than that of diffusion carbide coatings produced by known methods. Moreover, products with diffused carbide coatings deposited by the method of the invention do not have any decarburization zone beneath the coating.
発明の効果
開示された本発明の方法に従つて付着した被覆
を有する鉄−炭素合金の製品は、24.0GPaまでの
高い表面硬度、既知方法によつて付着した被覆物
を有して滑り摩擦を受ける製品の場合よりも、
1.3−1.5倍高い滑り摩擦における耐摩耗性、既知
方法によつて造られた被覆の場合よりも、2.8−
3.3倍高い磨損抵抗性を特徴とする。本発明方法
により得られた被覆は、35μmまでの厚さを有
し、実際上どんな細孔も有せずまた該被覆の下に
はどんな脱炭帯域もない。EFFECTS OF THE INVENTION Iron-carbon alloy articles with coatings deposited according to the disclosed method of the invention have high surface hardness up to 24.0 GPa, and have low sliding friction with coatings deposited by known methods. than in the case of products that receive
Wear resistance at sliding friction 1.3−1.5 times higher than in the case of coatings made by known methods, 2.8−
Features 3.3 times higher abrasion resistance. The coatings obtained by the process of the invention have a thickness of up to 35 μm and are virtually free of any pores and without any decarburization zone beneath the coating.
本発明により、特に肝要な部品を造るために、
高価な高合金の代りに、普通の炭素鋼を利用する
ことが可能になつた。これは、得にくい高合金の
節約になる。製品の使用法および使用条件に依つ
て、製品の実用寿命は2−10倍延びる。 According to the invention, in order to make particularly important parts,
It became possible to use ordinary carbon steel instead of expensive high alloys. This saves on hard-to-obtain high alloys. Depending on the usage and conditions of use of the product, the service life of the product can be extended by a factor of 2-10.
Claims (1)
よび不活性充てん剤のような固体成分を含んでい
る粉末混合物を容器に装入し、そして該混合物内
に鉄−炭素合金製品を浸漬し; 該製品をそれらの表面の浸炭温度まで加熱し; 製品の表面を該浸炭温度において浸炭せしめ; 浸炭した製品を、炭化物形成元素によるそれら
の製品表面の拡散飽和の温度まで加熱し; 950乃至1100℃の区間内から選ばれた温度にお
いて、炭化物形成元素により製品の表面を拡散飽
和することを包含する鉄−炭素合金製品に拡散炭
化物被覆物を付着する方法において、 製品の表面の浸炭が、560乃至720℃から選ばれ
た温度において、0.6乃至1.2時間から選ばれた期
間内で行われること; 950乃至1100℃以内から選ばれた拡散飽和温度
まで浸炭製品を加熱することが0.8乃至2.4゜/s速
度で行われること; 炭化物形成元素による製品表面の拡散飽和が、
950乃至1100℃の区間内で選ばれた温度で、1.2乃
至1.8時間から選ばれた時間の間行われること; 製品表面の拡散飽和後に、製品が、1.2乃至
2.4゜/sから選ばれた速度で、300乃至500℃の区
間内で選ばれた温度まで冷却されること; 上記操作が、製品を浸炭温度まで加熱すること
から始めて、少なくとも1回繰り返されることを
特徴とする鉄−炭素合金製品に拡散炭化物被覆物
を付着する方法。 2 前記操作が、7回まで繰り返されることを特
徴とする特許請求の範囲第1項に記載の鉄−炭素
合金製品に拡散炭化物被覆物を付着する方法。[Claims] 1. A powder mixture containing solid components such as carbide-forming elements, carbon-containing compounds, activators, and inert fillers is charged to a container, and an iron-carbon alloy product is placed in the mixture. heating the products to a carburizing temperature of their surfaces; causing the surfaces of the products to be carburized at the carburizing temperature; heating the carburized products to a temperature of diffusion saturation of their product surfaces with carbide-forming elements; A method for applying a diffusion carbide coating to an iron-carbon alloy product comprising diffusion saturating the surface of the product with a carbide-forming element at a temperature selected within the range from 950 to 1100°C, comprising: carburizing the surface of the product; heating the carburized product to a diffusion saturation temperature selected from within 950 to 1100°C at a temperature selected from 560 to 720°C for a period of time selected from 0.6 to 1.2 hours; be carried out at a speed of 2.4°/s; the diffusion saturation of the product surface by carbide-forming elements is
carried out at a temperature selected within the range of 950 to 1100°C for a time selected from 1.2 to 1.8 hours; after diffusion saturation of the product surface, the product
be cooled to a selected temperature within the range 300 to 500°C at a rate selected from 2.4°/s; the above operations are repeated at least once, starting with heating the product to the carburizing temperature; A method for depositing a diffusion carbide coating on an iron-carbon alloy product characterized by: 2. A method for applying a diffusion carbide coating to an iron-carbon alloy product according to claim 1, characterized in that said operation is repeated up to seven times.
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