JPH0447006B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、鋳鉄部材の表面部にチル層を形成す
ることにより該表面部の硬度を高めてその耐摩耗
性の向上を図るようにした鋳鉄部材の表面硬化方
法に関するものである。 （従来技術） この種の鋳鉄部材の表面硬化方法としては種々
の方法が知られており、例えば鋳鉄部材の表面に
溶融樹脂等のバインダと炭化物生成元素粉末との
混合液を塗布したのち、バインダを一部除去して
電子ビーム等を用いて溶融チル化処理を施し、該
表面部にチル層を形成する方法がある。 ところが、この公知方法によれば、 (1) 炭化物生成元素粉末が母材表面上に塗布され
ているため該炭化物生成元素粉末の母材内部へ
の拡散状態が悪く、その結果、形成されるチル
層が不均一な組織になり易い、 (2) レーザビーム等を用いて溶融チル化処理を行
なう際、保護ガスの噴流によつて炭化物生成元
素粉末が飛散するのを防止する必要上からバイ
ンダを完全に取り除くことができず、このた
め、バインダの焼成時に発生するガスによりチ
ル層内に気泡が発生し、その強度が低下する、 等の問題がある。 なお、鋳鉄を酸化処理して形成した鋳鉄のポー
ラス部に低融点金属を含浸するものは、特開昭49
−65316号公報で知られている。 （発明の目的） 本発明は、上記の如き従来の表面硬化方法の問
題に鑑み、ガス欠陥が少なく致密で均一な組織を
もつたチル層が形成でき、しかも炭化物生成元素
粉末の歩留りも良好な鋳鉄部材の表面硬化方法を
提案することを目的としてなされたものである。 （発明の構成） 本発明の鋳鉄部材の面硬化方法は、鋳鉄で形成
された鋳鉄部材の表面に、大気加熱法等による脱
黒鉛処理を施して該表面上に露出している黒鉛を
適度に除去し、しかる後、該表面上に有機系バイ
ンダに混合した炭化物生成元素粉末を塗布してこ
れをすり込み処理により前記黒鉛除去後の凹穴内
にすり込み、その後該凹穴内にすり込まれたバイ
ンダを焼失させて除去したのち前記表面部にレー
ザビーム等の熱源を用いて溶融チル化処理を施し
て該表面部にチル層を形成することを特徴として
いる。 さらに本発明の鋳鉄部材の表面硬化方法を詳し
く説明すると、本発明の表面硬化方法は、先ず第
１図Ａに示す如く表面１ａ上に黒鉛（片状黒鉛で
も球状黒鉛でもよい）２，２……を露出させた鋳
造製の母材１を用意し、この母材１に大気加熱法
等により脱黒鉛処理を施して第１図Ｂに示す如く
該表面１ａ上に除去黒鉛跡による凹穴３，３……
を多数形成する。次に、この母材表面１ａ上に残
つた凹穴３，３……内に、炭化物生成元素粉末と
バインダの混合液をすり込み、その後、該バイン
ダを除去（焼失）して該凹穴３，３……内に炭化
物生成元素粉末４を残留させる（第１図Ｃ）。 次に、この母材１の表面部分に電子ビームある
いはレーザビーム等の熱源を用いて溶融チル化処
理を施し、第１図Ｄに示す如く表面部分にチル層
５を形成するものである。 尚、大気加熱法による脱黒鉛処理は、母材１を
加熱炉にて大気中で600℃〜950℃に加熱し、母材
１の表面に露出している黒鉛２，２……を酸化さ
せて除去するものである。この黒鉛の除去深さ
は、処理時間が長くなるほど深くなる。従つて、
処理時間は、必要なチル層の厚さに応じて適宜に
設定してやる必要がある。又、処理温度は、600
℃以下になると脱炭速度が鈍り黒鉛が除去されに
くくなり、また950℃以上になると母材表面の酸
化スケールの生成が増長され表面に厚い酸化膜が
できて内部の黒鉛が除去されにくくなるところか
ら上記の如く600℃〜950℃とするのが望ましい。 又、炭化物生成元素粉末としては例えば、ほう
素(B)、炭素(c)、パナジウム(v)、クロム（Cr）、マ
ンガン（Mn）、コバルト（Co）、ニツケル（Ni）、
ニオブ（Nb）、モリブデン（Mo）、タンタル
（Ta）、タングステン(W)等の元素粉末あるいはこ
れらの金属元素を２種類以上含む合金粉末とか炭
化タングステン（Wc）、炭化ニオブ（NbC）等
の炭化物が採用可能であり、実際に使用する場合
は、２種類以上の混合粉末とされる。又、粉末の
粒度は黒鉛除去穴へのすり込み性を良好ならしめ
る意味から200メツシユ以下が適当であり、さら
に粉末に硬度としては、粉末の塑性変形によるす
り込み性の悪化を防止するという点から鋳鉄素地
より少なくとも高い硬度を有する必要があり、通
常Hv250以上の硬度を有していることが望まし
い。 又、バインダとしては、下記第１表に示した樹
脂等が適用可能である。

【表】 さらに、この樹脂（バインダ）と炭化物生成元
素粉末との配合比率は、樹脂５〜20体積％に対し
て炭化物生成元素粉末80〜95体積％とするのが望
ましい。即ち、樹脂量が５体積％以下になると母
材１と炭化物生成元素粉末との結合性が低下して
凹穴３へのすり込み（充填）が困難となり、逆に
樹脂量が20体積％以上になると凹穴３内にすり込
まれる炭化物生成元素粉末の絶体量が減少しその
効果がうすれる。尚、溶剤の添加量は、樹脂と炭
化物生成元素粉末の配合比率に応じて適宜に設定
する。また、すり込み処理の圧力としては1.0
Kg／cm²以上が好ましい。 上述の如くして形成されたチル層５は、後述す
る如くガス欠陥が少なく、しかも緻密で均一な組
織を有し、従つて耐摩耗性に優れているものであ
るが以下、これを下記する実施例及び該実施例に
対する耐摩耗性試験結果等から論証することにす
る。 （実施例） 先ず、炭素3.5％、けい素4.0％、マンガン0.5
％、リン0.05％、硫黄0.06％、鉄91.89％の成分を
もつ材料を鋳造及び機械加工して30mm×50mm×20
mmの試験片を得る。この試験片の黒鉛形態は片状
黒鉛である。 次に、この試験片に対して、シヨツトの材質を
アルミナサイド（粒度150）、ガラスビーズ（粒度
80）とし、噴射圧力Ｐ＝1.0〜3.0Kg／cm²、シヨツ
ト角度90゜の条件の下でシヨツトピーニングを行
なう。 次に、この試験片に対して大気加熱法により黒
鉛除去処理を行なう。即ち、電気炉を用いて試験
片を大気中で800℃に２時間加熱した後、これを
大気中で放冷する（第１図Ｂ参照）。 次に、アクリル樹脂（バインダ）と、鉄とほう
素と炭素を鉄95.5％、ほう素1.5％、炭素３％配
合比率で混合した混合粉末と、アセトン（溶剤）
とをアクリル樹脂７体積％、混合粉末93体積％
（アセトンは適当量）の配合比率で混合してなる
塗布液を用意し、これを試験片の表面にはけ塗り
（スプレー方式でもよい）で塗布した後、約10分
間自然乾燥させて溶剤を拡散させる。 次に、試験片の表面上に塗布された上記塗布液
を、ラバー砥石を用いて2.0Kg／cm²の圧力で該表
面上の黒鉛除去跡（凹穴）内にすり込み（すり込
み処理）、その後、該試験片を300℃で一時間加熱
して該凹穴内にすり込まれた塗布液中のアクリル
樹脂を焼失させて（バインダの除去）、該凹穴内
に混合粉末（即ち、炭化物生成元素粉末）を残留
させる（第１図Ｃ参照）。 次に、熱源としてレーザビームを用いて試験片
の前記混合粉末がすり込まれた表面に溶融チル化
処理を施して該表面部分にチル層を形成した（第
１図Ｄ参照）。尚、この溶融チル化処理の処理条
件としては、ビーム出力……3KW、レンズ径…
…５インチ、ab値……１，２、加工速度……
0.55m／min、アシストガス……N₂、ビームモー
ド……シングルモードとした。 上記製造工程に従つて表面硬化処理を行なつた
試験片の組織写真（倍率×100）を第３図に示し
ている。この第３図の組織写真において白く写つ
ている部分（試験片表面１ａから深さＸの範囲）
がチル層であり、また該チル層の内側（深部側）
に位置する黒い部分（符号Ｙの部分）はチル化さ
れていない素材組織部分である。この第３図から
は、このチル層はガス欠陥もなくしかも緻密で均
一な組織であることがわかる。 さらに、本発明の表面硬化方法による表面硬化
効果（耐摩耗性効果）を調べるために、本発明の
表面硬化方法によつて処理が行なわれた上記試験
片（試験片Ａという）と、本発明の表面硬化方法
以外の方法によつて表面硬化処理が行なわれた２
つの試験片即ち、脱黒鉛処理を行なつていない試
験片の表面に試験片Ａに使用した塗布液を塗布し
た後、レーザビームを使用して溶融チル化処理を
施した試験片Ｂと、脱黒鉛処理を行なつていない
試験片の表面に塗布液を塗布することなくそのま
まレーザビームを使用して溶融チル化処理を施し
た試験片ｃの合計３個の試験片を用意し、これら
３個の試験片のチル層を形成した表面の硬度を調
べ、その結果を第２図に示したが、この試験結果
から、本発明の表面硬化方法によつて表面処理を
行なつた試験片Ａの表面硬度が他の方法によつて
表面処理を行なつた試験片Ｂ及び試験片Ｃに較べ
て高く、十分な表面硬化効果があつたことがわか
る。ここのように、本発明の表面硬化方法によつ
て形成されたチル層はガス欠陥がほとんどなくし
かも緻密で均一な組織とされ従つてその硬度（耐
摩耗性）も高いわけであるが、これは素材表面の
黒鉛を除去して該表面上に残つた凹欠内に炭化物
生成元素粉末をすり込むようにしたことによるも
のである。即ち、ガス欠陥の少ないチル層が得ら
れるのは、素材表面上の凹穴内に炭化物生成元素
粉末とバインダの混合液をすり込むようにしてい
るため、該素材表面部にレーザビームを使用して
溶融チル化処理を施す場合に酸化防止用の保護ガ
スによつて炭化物生成元素粉末が飛散されるとい
うおそれが少なく、それだけバインダの除去率を
向上させる、換言すれば凹穴内に残留するバイン
ダ量を可及的に減少させることが可能であり、後
工程の溶融チル化処理時にバインダの焼成によつ
て発生するガスが可及的に少なくなるためであ
る。 又、緻密で且つ均一なチル層が得られるのは、
炭化物生成元素粉末が、素材表面上でなく該素材
表面に形成された凹穴内にすり込まれているため
（換言すれば、炭化物生成元素粉末が素材の深部
に存在しているため）、該素材表面部に溶融チル
化処理を行なつた場合に該炭化物生成元素粉末の
の拡散が促進されるためである。 尚、上記実施例においては、第１図Ｂに示す如
く素材表面に露出する黒鉛を部分的に除去して凹
穴の底部に若干量黒鉛を残すようにしているが、
（炭化物生成作用を促進させるため）、本発明の他
の実施例においては素材表面に露出する黒鉛を全
て除去するようにしてもよい。 また、脱黒鉛処理は水酸化ナトリウム水溶液に
鋳鉄部材を浸漬して行う電解法であつてもよい。 （発明の効果） 本発明の鋳鉄部材の表面硬化方法によれば、鋳
鉄部材の表面に露出している黒鉛を除去してその
あとに残つた凹穴内に炭化物生成元素粉末を充填
するものであるため、該鋳鉄部材の表面にガス欠
陥が少なくしかも緻密で均一な組織をもつたチル
層を形成することができ、鋳鉄部部材の耐摩耗性
が向上するという効果がある。 さらに、鋳鉄部材の表面に残つた黒鉛除去後の
凹穴内に炭化物生成元素粉末を充填した状態でレ
ーザビーム等の熱源を使用して溶融チル化処理を
施すものであるため、素材表面に炭化物生成元素
粉末を塗布したままの状態で溶融チル化処理を施
す従来方法の場合の如く溶融チル化処理時に炭化
物生成元素粉末が多量に飛散するというようなこ
とがなく、それだけ炭化物生成元素粉末の歩留り
が向上し、コストダウンを図り得るという効果も
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図各図は本発明の表面硬化方法によつて表
面処理を行なう場合の処理進行状態図、第２図は
表面硬度試験の試験結果を示す線図、第３図は本
発明の表面硬化方法によつて形成されたチル層の
組織写真である。 １……鋳鉄部材、２……黒鉛、３……凹穴、４
……炭化物生成元素粉末、５……チル層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鋳鉄で形成された鋳鉄部材の表面に、大気加
   熱法等による脱黒鉛処理を施して該表面上に露出
   している黒鉛を適度に除去し、しかる後、該表面
   上に有機系バインダに混合した炭化物生成元素粉
   末を塗布してこれをすり込み処理により前記黒鉛
   除去後の凹穴内にすり込み、その後該凹穴内にす
   り込まれたバインダを焼失させて除去したのち前
   記表面部にレーザビーム等の熱源を用いて溶融チ
   ル化処理を施して該表面部にチル層を形成するこ
   とを特徴とする鋳鉄部材の表面硬化方法。