JPH064906B2 - 金属加工物の浸炭法 - Google Patents
金属加工物の浸炭法Info
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- JPH064906B2 JPH064906B2 JP58093392A JP9339283A JPH064906B2 JP H064906 B2 JPH064906 B2 JP H064906B2 JP 58093392 A JP58093392 A JP 58093392A JP 9339283 A JP9339283 A JP 9339283A JP H064906 B2 JPH064906 B2 JP H064906B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
- C23C8/20—Carburising
- C23C8/22—Carburising of ferrous surfaces
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は金属加工物特に鋼加工物の浸炭法に関する。
１０５０〜８００℃の温度で鋼を浸炭するのに炭素富化
雰囲気を用いると表面から或る深さの硬化層中の炭素量
を増大させかくして硬化層の硬度及び耐摩耗性を増大さ
せることは公知である。
雰囲気を用いると表面から或る深さの硬化層中の炭素量
を増大させかくして硬化層の硬度及び耐摩耗性を増大さ
せることは公知である。
一般に用いる雰囲気は約２０％のＣＯと４０％のＨ２と
４０％のＮ２ときわめて少量のＣＯ２と水蒸気とを含有
している。かゝる雰囲気は吸熱(endo)ガス発生器として
知られる発生器により又はガス又はガス・アルコール混
合物から合成により製造される。これらの混合物のうち
の最も普通の混合物はメタノール−窒素である。実際上
用いた処理温度ではメタノールは次の反応：CH3OH→CO
＋2H2により分解し、前記組成のガス状混合物が得られ
る。
４０％のＮ２ときわめて少量のＣＯ２と水蒸気とを含有
している。かゝる雰囲気は吸熱(endo)ガス発生器として
知られる発生器により又はガス又はガス・アルコール混
合物から合成により製造される。これらの混合物のうち
の最も普通の混合物はメタノール−窒素である。実際上
用いた処理温度ではメタノールは次の反応：CH3OH→CO
＋2H2により分解し、前記組成のガス状混合物が得られ
る。
浸炭法は次の要領で実施される：雰囲気中に存在する一
酸化炭素は次の反応式： により反応し、次いで炭素原子は金属へ移行する。雰囲
気中に存在する水素は次の反応式： により一酸化炭素と反応する故に浸炭処理速度の見地か
ら浸炭に関与する。
酸化炭素は次の反応式： により反応し、次いで炭素原子は金属へ移行する。雰囲
気中に存在する水素は次の反応式： により一酸化炭素と反応する故に浸炭処理速度の見地か
ら浸炭に関与する。
現在まで用いられている若干の浸炭処理、特に複数の帯
域を有する炉中で実施する浸炭処理は２つの連続的な段
階を包有し：即ち浸炭段階と呼ばれる第一段階と続いて
の拡散段階と呼ばれる第二段階とを包有する。更に詳し
く言えば、かゝる処理は０．９〜１．２重量％の炭素濃
度（ポテンシヤル）を有する炭素富化雰囲気中で、浸炭
帯域で処理すべき加工物を或る期間９００〜９４０℃の
温度にかけ、次いで浸炭処理を進行させる拡散帯域に該
加工物を配置し、その際温度は８８０〜８００℃に徐々
に低下し雰囲気の炭素濃度は０．７〜０．９重量％の値
に低下するものとする。次いで加工物を気相又は液相中
で例えば油浴中で急冷する。拡散段階中の温度の降下は
急冷中の変形の支障を最小とする。
域を有する炉中で実施する浸炭処理は２つの連続的な段
階を包有し：即ち浸炭段階と呼ばれる第一段階と続いて
の拡散段階と呼ばれる第二段階とを包有する。更に詳し
く言えば、かゝる処理は０．９〜１．２重量％の炭素濃
度（ポテンシヤル）を有する炭素富化雰囲気中で、浸炭
帯域で処理すべき加工物を或る期間９００〜９４０℃の
温度にかけ、次いで浸炭処理を進行させる拡散帯域に該
加工物を配置し、その際温度は８８０〜８００℃に徐々
に低下し雰囲気の炭素濃度は０．７〜０．９重量％の値
に低下するものとする。次いで加工物を気相又は液相中
で例えば油浴中で急冷する。拡散段階中の温度の降下は
急冷中の変形の支障を最小とする。
かゝる浸炭処理に伴なう支障は、処理の開始時に煤が加
工物上に付着してしまう炭素濃度限界値を炭素濃度が超
えることなしに、炭素量を増大させるように高い炭素濃
度を提供するようなことである。この限界値１〜１．６
％は用いた温度の関数である。また処理の終了時には、
加工物表面上の炭素量を減少させるように低い炭素濃度
を有するのが適当である。もしそうでないならば次後の
急冷中に加工物の冶金特性は満足なものでなくなる。何
故ならばその時は残留オーステナイト相が存在するから
でありそれ故加工物の表面硬度が低くなるからである。
浸炭処理中に見られる如く、２段階の処理の各々の間既
定の炭素濃度を与え且つ監視する問題が生起する。
工物上に付着してしまう炭素濃度限界値を炭素濃度が超
えることなしに、炭素量を増大させるように高い炭素濃
度を提供するようなことである。この限界値１〜１．６
％は用いた温度の関数である。また処理の終了時には、
加工物表面上の炭素量を減少させるように低い炭素濃度
を有するのが適当である。もしそうでないならば次後の
急冷中に加工物の冶金特性は満足なものでなくなる。何
故ならばその時は残留オーステナイト相が存在するから
でありそれ故加工物の表面硬度が低くなるからである。
浸炭処理中に見られる如く、２段階の処理の各々の間既
定の炭素濃度を与え且つ監視する問題が生起する。
従来法によると、２段階の各々の間所望の炭素濃度並び
にＣＯ，Ｈ２及びＮ２成分を形成する混合物を得るに
は、メタン、プロパン又はブタンの如き炭化水素を２つ
の帯域の各々に注入し、炭化水素の流速を雰囲気中のＣ
Ｏ２量の関数として調節する。実際上処理される加工物
がＣＯを消耗する反応（反応式(1)を参照）及び処理室
への空気の取込みが与えたならば、雰囲気中のＣＯ２濃
度は増大する傾向を有しそれ故炭素濃度は減少する傾向
がある。これが雰囲気中のＣＯ２量を監視し炭化水素の
注入流速を求める炭素濃度の関数として調節する故であ
る。この調節は雰囲気中のＨ２Ｏ又はＯ２の量を監視す
ることにより行い得る。
にＣＯ，Ｈ２及びＮ２成分を形成する混合物を得るに
は、メタン、プロパン又はブタンの如き炭化水素を２つ
の帯域の各々に注入し、炭化水素の流速を雰囲気中のＣ
Ｏ２量の関数として調節する。実際上処理される加工物
がＣＯを消耗する反応（反応式(1)を参照）及び処理室
への空気の取込みが与えたならば、雰囲気中のＣＯ２濃
度は増大する傾向を有しそれ故炭素濃度は減少する傾向
がある。これが雰囲気中のＣＯ２量を監視し炭化水素の
注入流速を求める炭素濃度の関数として調節する故であ
る。この調節は雰囲気中のＨ２Ｏ又はＯ２の量を監視す
ることにより行い得る。
合成雰囲気即ち窒素と、メタノールとの出現以来、処理
雰囲気中のＣＯとＨ２との量の増大が探求されてきた。
この点に関して米国特許第４，３０６，９１８号明細書
に開示された方法が特に参照される。この方法は純メタ
ノールを処理炉に注入し加工物を炭素濃度０．８〜１．
１％の雰囲気に維持する第一段階と次いで処理が余り高
価でないように窒素（これは一般にメタノールよりも余
り高価でない）を炉に注入し、加工物を同じ炭素濃度
０．８〜１．１％の雰囲気に維持する第二段階とよりな
る。この方法は第一段階中にＣＯ及びＨ２の如き燃料成
分の増大によりかなり迅速に多大の浸炭した硬化層の深
さを与える。米国特許第４，３０６，９１８号明細書に
よると用いた雰囲気の炭素濃度の範囲は慣用の範囲即ち
０．８〜１．１％であり、全ての場合に、１．１％より
低いことが見出される。
雰囲気中のＣＯとＨ２との量の増大が探求されてきた。
この点に関して米国特許第４，３０６，９１８号明細書
に開示された方法が特に参照される。この方法は純メタ
ノールを処理炉に注入し加工物を炭素濃度０．８〜１．
１％の雰囲気に維持する第一段階と次いで処理が余り高
価でないように窒素（これは一般にメタノールよりも余
り高価でない）を炉に注入し、加工物を同じ炭素濃度
０．８〜１．１％の雰囲気に維持する第二段階とよりな
る。この方法は第一段階中にＣＯ及びＨ２の如き燃料成
分の増大によりかなり迅速に多大の浸炭した硬化層の深
さを与える。米国特許第４，３０６，９１８号明細書に
よると用いた雰囲気の炭素濃度の範囲は慣用の範囲即ち
０．８〜１．１％であり、全ての場合に、１．１％より
低いことが見出される。
本発明によると、硬化層の硬化と短時間の処理で満足な
浸炭した硬化層の深さとを得るのに金属加工物を浸炭す
る方法が提供される。
浸炭した硬化層の深さとを得るのに金属加工物を浸炭す
る方法が提供される。
本発明によると、金属加工物特に鋼加工物の浸炭法にお
いて、浸炭すべき加工物を炉に装填し、一酸化炭素と水
素と窒素とを含有する炭素富化雰囲気中に維持し、浸炭
処理の第一段階は８５０〜１０５０℃の温度で実施し、
浸炭処理の第二段階は７００〜９５０℃（好ましくは８
００〜９５０℃）の温度で実施し、第一段階については
約２０〜約５０容量％の一酸化炭素と約４０〜約７５容
量％の水素とを含有し且つ約１．１〜約１．６重量％の
炭素濃度（この炭素濃度は煤付着物を生ずる限界値にき
わめて近い）を有する雰囲気を用い、第二段階での炭素
濃度が第一段階の炭素濃度よりも少くとも約０．５重量
％低いように第二段階の雰囲気中の窒素量を第一段階の
雰囲気中の窒素量の２〜３０倍に増大させることからな
る金属加工物の浸炭法が提供される。
いて、浸炭すべき加工物を炉に装填し、一酸化炭素と水
素と窒素とを含有する炭素富化雰囲気中に維持し、浸炭
処理の第一段階は８５０〜１０５０℃の温度で実施し、
浸炭処理の第二段階は７００〜９５０℃（好ましくは８
００〜９５０℃）の温度で実施し、第一段階については
約２０〜約５０容量％の一酸化炭素と約４０〜約７５容
量％の水素とを含有し且つ約１．１〜約１．６重量％の
炭素濃度（この炭素濃度は煤付着物を生ずる限界値にき
わめて近い）を有する雰囲気を用い、第二段階での炭素
濃度が第一段階の炭素濃度よりも少くとも約０．５重量
％低いように第二段階の雰囲気中の窒素量を第一段階の
雰囲気中の窒素量の２〜３０倍に増大させることからな
る金属加工物の浸炭法が提供される。
第一段階中の雰囲気の窒素の割合はせいぜい４０容量％
であり、第二段階中の雰囲気の窒素の割合は約３０〜約
８０容量％であるのが好ましい。
であり、第二段階中の雰囲気の窒素の割合は約３０〜約
８０容量％であるのが好ましい。
当業者には理解される通り浸炭の生産性を向上させるに
は、本発明者は加工物の炭素富化を促進させるのに第一
段階中の炭素濃度を増大させることを探求した。
は、本発明者は加工物の炭素富化を促進させるのに第一
段階中の炭素濃度を増大させることを探求した。
なお、良好な冶金学的特性を得るには、加工物表面近く
の炭素の割合(%)を低下させることが必要である。これ
を達成するには第二段階中の雰囲気の炭素濃度をかなり
減少させねばならない。しかも炉中への炭化水素の注入
速度を調節する如き慣用の手段により炭素濃度のかなり
大巾でしかも突然の変更を行うのは困難であり、雰囲気
がＣＯ及びＨ２にきわめて富化されている時には尚更困
難である。
の炭素の割合(%)を低下させることが必要である。これ
を達成するには第二段階中の雰囲気の炭素濃度をかなり
減少させねばならない。しかも炉中への炭化水素の注入
速度を調節する如き慣用の手段により炭素濃度のかなり
大巾でしかも突然の変更を行うのは困難であり、雰囲気
がＣＯ及びＨ２にきわめて富化されている時には尚更困
難である。
前記の注目点から見て本発明者は処理雰囲気を窒素の如
き不活性ガスで希釈することにより第二段階中の炭素濃
度を低下させることを意図した。
き不活性ガスで希釈することにより第二段階中の炭素濃
度を低下させることを意図した。
実際上反応式(1)により示した如く、炭素濃度（ポテン
シャル）(P.C)は比率(PCO)2/PCO2と共に減少する。炭素
濃度(P.C.)の定義は次の如くである； 但し K(T)＝炉内の温度に応じて決まる定数 PCO＝雰囲気中のCOの分圧 PC02＝雰囲気中のCO2の分圧 雰囲気を窒素で希釈することによりCO及びCO2の分圧は
同じ割合で低下し；他方比率(PCO)2/PCO2は減少しそれ
故炭素濃度は減少する。
シャル）(P.C)は比率(PCO)2/PCO2と共に減少する。炭素
濃度(P.C.)の定義は次の如くである； 但し K(T)＝炉内の温度に応じて決まる定数 PCO＝雰囲気中のCOの分圧 PC02＝雰囲気中のCO2の分圧 雰囲気を窒素で希釈することによりCO及びCO2の分圧は
同じ割合で低下し；他方比率(PCO)2/PCO2は減少しそれ
故炭素濃度は減少する。
添附図面の第１図の図表は多量の窒素を炉に注入した時
にＣＯ，Ｈ２及びＮ２の最初の雰囲気下で一定の温度で
炉中の炭素濃度の理論的な変化（炉の液密性の影響及び
炉の内壁の材質を考慮することなく）を示す。この図表
は比率がそれぞれＤ／Ｖ＝５及びＤ／Ｖ＝１０（但しＤ
は炉に注入された窒素の割合（m3／時）でありＶは炉の
溶積（m3）である）について時間の関数として炭素濃度
を与えた２つの曲線(I)及び(II)を示す。これらの曲線
が示す所によれば、本発明者によつて開発された如く拡
散段階中に浸炭雰囲気を窒素で希釈すると炭素濃度をき
わめて迅速に低下させ得る。即ち本発明の方法による
と、第一段階中に高い炭素濃度を有する雰囲気を用いる
ことができ、燃料成分に富む雰囲気を用いる時でさえ前
記の雰囲気を用いることができ、炭素濃度は第二段階中
に十分に低下させ得る。
にＣＯ，Ｈ２及びＮ２の最初の雰囲気下で一定の温度で
炉中の炭素濃度の理論的な変化（炉の液密性の影響及び
炉の内壁の材質を考慮することなく）を示す。この図表
は比率がそれぞれＤ／Ｖ＝５及びＤ／Ｖ＝１０（但しＤ
は炉に注入された窒素の割合（m3／時）でありＶは炉の
溶積（m3）である）について時間の関数として炭素濃度
を与えた２つの曲線(I)及び(II)を示す。これらの曲線
が示す所によれば、本発明者によつて開発された如く拡
散段階中に浸炭雰囲気を窒素で希釈すると炭素濃度をき
わめて迅速に低下させ得る。即ち本発明の方法による
と、第一段階中に高い炭素濃度を有する雰囲気を用いる
ことができ、燃料成分に富む雰囲気を用いる時でさえ前
記の雰囲気を用いることができ、炭素濃度は第二段階中
に十分に低下させ得る。
本発明の好ましい実施形式によると、浸炭雰囲気は、Ｃ
ＯとＨ２との所望の割合(%)が得られるような割合で窒
素とメタノール（メタノールはガス状窒素の気流により
噴霧される）との混合物を炉に導入することにより形成
される。本発明によると浸炭雰囲気はまた吸熱ガスを炉
に導入することにより形成し得る。
ＯとＨ２との所望の割合(%)が得られるような割合で窒
素とメタノール（メタノールはガス状窒素の気流により
噴霧される）との混合物を炉に導入することにより形成
される。本発明によると浸炭雰囲気はまた吸熱ガスを炉
に導入することにより形成し得る。
本発明の別の実施形式によると、メタン、プロパン又は
ブタンの如きガス状炭化水素を、導入したガス状混合物
について少量ずつ（０．５〜５％）導入する。
ブタンの如きガス状炭化水素を、導入したガス状混合物
について少量ずつ（０．５〜５％）導入する。
本法は２つの相異なる仕方で実施し得る； (1)処理中に反応条件を測定し、即ちメタノール−窒素
混合物の注入及び炭化水素の注入中に、ＣＯとＣＯ２と
の濃度又はＣＯとＯ２との濃度又はＣＯとＨ２Ｏとの濃
度又はＣＯ２とＯ２との濃度、形成した雰囲気の濃度及
び場合によっては温度を測定し、これによって炭素濃度
を誘導することができ、しかも２つの段階の各々につい
て所望の炭素濃度を得るように炉に注入する窒素の割合
を変化させる。
混合物の注入及び炭化水素の注入中に、ＣＯとＣＯ２と
の濃度又はＣＯとＯ２との濃度又はＣＯとＨ２Ｏとの濃
度又はＣＯ２とＯ２との濃度、形成した雰囲気の濃度及
び場合によっては温度を測定し、これによって炭素濃度
を誘導することができ、しかも２つの段階の各々につい
て所望の炭素濃度を得るように炉に注入する窒素の割合
を変化させる。
(2)浸炭すべき鋼、炉の寸法等を考慮して予備試験によ
りが雰囲気が各段階について所望の炭素濃度値を得るよ
うに有しなければならない窒素濃度値を測定し、次いで
かくして測定した窒素濃度が得られるような割合で２つ
の段階の各々中にメタノール−窒素混合物を注入しなが
ら真の浸炭を実施し、炉に注入した炭素水素の割合を調
節することにより炭素濃度を調節する。
りが雰囲気が各段階について所望の炭素濃度値を得るよ
うに有しなければならない窒素濃度値を測定し、次いで
かくして測定した窒素濃度が得られるような割合で２つ
の段階の各々中にメタノール−窒素混合物を注入しなが
ら真の浸炭を実施し、炉に注入した炭素水素の割合を調
節することにより炭素濃度を調節する。
更には好ましくはアンモニアガスを、導入した全ガス状
混合物について０．１〜１０容量％の割合で炉に注入で
き、これによつて炭窒素化が提供される。この変更例は
処理した加工物の硬化層に追加の硬化を与えるものであ
る。炉に導入したアンモニアの量は処理した鋼及び所望
の窒化度を関数として選択される。
混合物について０．１〜１０容量％の割合で炉に注入で
き、これによつて炭窒素化が提供される。この変更例は
処理した加工物の硬化層に追加の硬化を与えるものであ
る。炉に導入したアンモニアの量は処理した鋼及び所望
の窒化度を関数として選択される。
次の２つの実施例により本発明の浸炭法を説明するが、
該実施例は本発明の特徴及び利点を生起する。
該実施例は本発明の特徴及び利点を生起する。
実施例１ 本法は第２図に図示したバッチ式炉中に18CD4鋼の加工
物について実施する。
物について実施する。
炉１は耐火材料で裏張りした金属閉鎖容器よりなる。炉
は加工物を装填するドア３付きの処理帯域２と、急冷用
油浴５と浸炭済みの加工物を取出す出口ドア６とを有す
る玄関部４とを包有してなる。処理帯域２及び玄関部４
は内部ドア７により分離される。浸炭すべき加工物は処
理帯域２の底部に支持したバスケット８に配置する。炉
中の雰囲気を絶えず混合する作用のファン９はバスケッ
ト８の上方にかなり離れて配置する。窒素、メタノール
及びメタン貯蔵タンク１０，１１及び１２はそれぞれ弁
１６，１７及び１８を有する管路１３，１４及び１５に
より管路１９に接続され、この管路１９は処理帯域２の
上部に開放してある。ガス状流出物は火炎２０として燃
焼させることによりガス抜きする。
は加工物を装填するドア３付きの処理帯域２と、急冷用
油浴５と浸炭済みの加工物を取出す出口ドア６とを有す
る玄関部４とを包有してなる。処理帯域２及び玄関部４
は内部ドア７により分離される。浸炭すべき加工物は処
理帯域２の底部に支持したバスケット８に配置する。炉
中の雰囲気を絶えず混合する作用のファン９はバスケッ
ト８の上方にかなり離れて配置する。窒素、メタノール
及びメタン貯蔵タンク１０，１１及び１２はそれぞれ弁
１６，１７及び１８を有する管路１３，１４及び１５に
より管路１９に接続され、この管路１９は処理帯域２の
上部に開放してある。ガス状流出物は火炎２０として燃
焼させることによりガス抜きする。
前記の炉を９２０℃の温度に加熱し、次いで炉中に形成
された雰囲気が主成分として約１０％のＮ２と３０％の
ＣＯと６０％のＨ２とを含有するような割合でメタノー
ル−窒素混合物を導入する。ある期間後に、加工物を処
理帯域２に装填し、この帯域では温度を９２０℃に昇温
させ、雰囲気の炭素濃度を１．３％に達しさせ、加工物
をこの雰囲気中に２時間２５分維持する，この段階中は
雰囲気のＣＯ２の量は０．２０％である。
された雰囲気が主成分として約１０％のＮ２と３０％の
ＣＯと６０％のＨ２とを含有するような割合でメタノー
ル−窒素混合物を導入する。ある期間後に、加工物を処
理帯域２に装填し、この帯域では温度を９２０℃に昇温
させ、雰囲気の炭素濃度を１．３％に達しさせ、加工物
をこの雰囲気中に２時間２５分維持する，この段階中は
雰囲気のＣＯ２の量は０．２０％である。
次いで閉鎖容器中に形成される雰囲気が次の主成分：約
７０％のＮ２，１０％のＣＯ及び２０％のＨ２を含有し
且つ炭素濃度が０．７％であるように処理帯域２に注入
した窒素の増大させることにより第二段階を８６０℃で
実施する。加工物をこの雰囲気中に４５分間維持する。
この段階中は雰囲気中のＣＯ２の量は０．０９５％であ
る。
７０％のＮ２，１０％のＣＯ及び２０％のＨ２を含有し
且つ炭素濃度が０．７％であるように処理帯域２に注入
した窒素の増大させることにより第二段階を８６０℃で
実施する。加工物をこの雰囲気中に４５分間維持する。
この段階中は雰囲気中のＣＯ２の量は０．０９５％であ
る。
これらの２段階中は、少量のメタン（導入したガス状混
合物の全量について０．５〜５％）を注入し、メタンの
注入流速を調節して炭素濃度を既定の値に調整する。
合物の全量について０．５〜５％）を注入し、メタンの
注入流速を調節して炭素濃度を既定の値に調整する。
２段階の間で炭素濃度のかなりの変化が、窒素の希釈効
果により何らの支障なしに達成でき、所望の炭素濃度を
得るのに必要なＣＯ２の量は希釈の指示で論理的に変化
する。
果により何らの支障なしに達成でき、所望の炭素濃度を
得るのに必要なＣＯ２の量は希釈の指示で論理的に変化
する。
浸炭した加工物を油浴５中で急冷した後に、浸炭硬化層
の硬度を測定する。得られた結果は次の通りである： 表面でのビッカース硬度：８９０ＶＨ ５５０ＶＨのビッカース硬度について硬化層の深さ：
０．８６mm。
の硬度を測定する。得られた結果は次の通りである： 表面でのビッカース硬度：８９０ＶＨ ５５０ＶＨのビッカース硬度について硬化層の深さ：
０．８６mm。
比較例１ 比較として、第二段階中に窒素の注入を変えない以外は
即ち一定の雰囲気を用いる以外は実施例１に記載した処
理の第一段階の組成と正確に同じ組成を有し且つ燃料成
分に富む雰囲気を用いて浸炭を実施する。この比較処理
は実施例１の加工物と同一の１８ＣＤ４鋼加工物につい
て同じ炉で行う。それ故第一段階は、主成分の濃度が１
０％のＮ２，３０％のＣＯ及び６０％のＨ２である雰囲
気を用いて、少量のメタンを注入し且つメタンの注入流
率を調節して炭素濃度を１％に調整しながら９２０℃の
温度で行う。雰囲気中のＣＯ２の量は０．２８％であ
る。加工物を該雰囲気に３時間維持する，次いで炭素濃
度を０．８％に調整しながら第二段階は前記と同じ雰囲
気中で１時間８６０℃で行う。雰囲気中のＣＯ２の量は
０．７２％である。
即ち一定の雰囲気を用いる以外は実施例１に記載した処
理の第一段階の組成と正確に同じ組成を有し且つ燃料成
分に富む雰囲気を用いて浸炭を実施する。この比較処理
は実施例１の加工物と同一の１８ＣＤ４鋼加工物につい
て同じ炉で行う。それ故第一段階は、主成分の濃度が１
０％のＮ２，３０％のＣＯ及び６０％のＨ２である雰囲
気を用いて、少量のメタンを注入し且つメタンの注入流
率を調節して炭素濃度を１％に調整しながら９２０℃の
温度で行う。雰囲気中のＣＯ２の量は０．２８％であ
る。加工物を該雰囲気に３時間維持する，次いで炭素濃
度を０．８％に調整しながら第二段階は前記と同じ雰囲
気中で１時間８６０℃で行う。雰囲気中のＣＯ２の量は
０．７２％である。
この浸炭処理によると、１％より大きい炭素濃度を有す
る雰囲気は第一段階中に用い得ない。実際上、２段階は
一定の雰囲気で実施するので、良好な冶金特性を有する
硬化層を得るのに必要な炭素濃度の減少を第二段階で生
起するのに十分な量のＣＯ２を増大させることはできな
い。即ち前記の炭素濃度(P.C.)の定義からも明らかな通
りCO2濃度(PCO2)が増大する時にはP.C.は減少するから
である。
る雰囲気は第一段階中に用い得ない。実際上、２段階は
一定の雰囲気で実施するので、良好な冶金特性を有する
硬化層を得るのに必要な炭素濃度の減少を第二段階で生
起するのに十分な量のＣＯ２を増大させることはできな
い。即ち前記の炭素濃度(P.C.)の定義からも明らかな通
りCO2濃度(PCO2)が増大する時にはP.C.は減少するから
である。
かくして処理した加工物を油浴中で急冷した後に、浸炭
硬化層の硬度を測定する。得られた結果は次の通りであ
る： 表面でのビッカース硬度：８８７ＶＨ ５５０ＶＨのビッカース硬度について硬化層の深さ：
０．８５mm。
硬化層の硬度を測定する。得られた結果は次の通りであ
る： 表面でのビッカース硬度：８８７ＶＨ ５５０ＶＨのビッカース硬度について硬化層の深さ：
０．８５mm。
それ故本発明の浸炭法によると、拡散段階中に雰囲気を
窒素で希釈することにより、燃料成分に富み且つ一定の
組成を有する雰囲気を用いて得られた結果と同様な結果
を浸炭済みの硬化層について得られることが見られる
が、他方本発明の浸炭法（190分間）は全処理期間につ
いて比較例１の浸炭法（240分間）と比較すると20％の
時間短縮を生ずる。
窒素で希釈することにより、燃料成分に富み且つ一定の
組成を有する雰囲気を用いて得られた結果と同様な結果
を浸炭済みの硬化層について得られることが見られる
が、他方本発明の浸炭法（190分間）は全処理期間につ
いて比較例１の浸炭法（240分間）と比較すると20％の
時間短縮を生ずる。
実施例２ 本発明の浸炭法を、第３図に図示した強制循環連続炉中
で１８ＣＤ２鋼加工物について実施する。
で１８ＣＤ２鋼加工物について実施する。
炉２１は浸炭すべき加工物の装填ドア２３を有する入口
玄関部２２と、浸炭帯域２４と、拡散帯域２５と、浸炭
済み加工物の出口ドア２７を有する出口玄関部２６とを
包有してなる。入口玄関部２２、浸炭帯域２４、拡散帯
域２５及び出口玄関部２６は内部ドア２８により互いに
分離される。浸炭すべき加工物は、炉２１の底部に沿っ
て配置し得るバスケット２９に定置される。浸炭帯域は
２つの部分Ａ及びＢよりなる。部分Ａでは加工物を所望
の温度に加熱し、部分Ｂでは真の浸炭を実施する。炉中
の雰囲気を絶えず混合する作用を有するファン３０は浸
炭帯域２４の部分Ｂにおいて且つ拡散帯域２５において
バスケット２９の上方にかなり離れて配置される。それ
ぞれ３１，３２及び３３で図示した窒素，メタノール及
びメタンタンクは弁３７，３８及び３９を有する管路３
４，３５及び３６を経由して管路４０に接続しており、
この管路４０は浸炭帯域２４の部分Ｂに開放してある。
弁４２を備え且つ窒素タンク４３に接続した管路４１は
拡散帯域２５に開放してある。ガス状流出物は火炎４４
として燃焼させることによりガス抜きする。次いで浸炭
した加工物を油浴（図示せず）で冷却する。
玄関部２２と、浸炭帯域２４と、拡散帯域２５と、浸炭
済み加工物の出口ドア２７を有する出口玄関部２６とを
包有してなる。入口玄関部２２、浸炭帯域２４、拡散帯
域２５及び出口玄関部２６は内部ドア２８により互いに
分離される。浸炭すべき加工物は、炉２１の底部に沿っ
て配置し得るバスケット２９に定置される。浸炭帯域は
２つの部分Ａ及びＢよりなる。部分Ａでは加工物を所望
の温度に加熱し、部分Ｂでは真の浸炭を実施する。炉中
の雰囲気を絶えず混合する作用を有するファン３０は浸
炭帯域２４の部分Ｂにおいて且つ拡散帯域２５において
バスケット２９の上方にかなり離れて配置される。それ
ぞれ３１，３２及び３３で図示した窒素，メタノール及
びメタンタンクは弁３７，３８及び３９を有する管路３
４，３５及び３６を経由して管路４０に接続しており、
この管路４０は浸炭帯域２４の部分Ｂに開放してある。
弁４２を備え且つ窒素タンク４３に接続した管路４１は
拡散帯域２５に開放してある。ガス状流出物は火炎４４
として燃焼させることによりガス抜きする。次いで浸炭
した加工物を油浴（図示せず）で冷却する。
浸炭帯域２４中の温度を９００℃に昇温させる。この帯
域で形成された雰囲気が主成分として約１０％のＮ２と
３０％のＣＯと６０％のＨ２を含有し並びに少量のメタ
ン（導入したガス状混合物の全量について０．５〜５
％）を含有するような割合でメタノール−窒素混合物を
この帯域に注入して１．２％の炭素濃度に相当する量の
０．２７％のＣＯ２を得る。浸炭帯域２４の部分Ｂは５
個のバスケットを収容し得る。
域で形成された雰囲気が主成分として約１０％のＮ２と
３０％のＣＯと６０％のＨ２を含有し並びに少量のメタ
ン（導入したガス状混合物の全量について０．５〜５
％）を含有するような割合でメタノール−窒素混合物を
この帯域に注入して１．２％の炭素濃度に相当する量の
０．２７％のＣＯ２を得る。浸炭帯域２４の部分Ｂは５
個のバスケットを収容し得る。
拡散帯域２５は８６０℃である。拡散帯域中の雰囲気が
約１０％のＣＯと２０％のＨ２とを含有するような量で
窒素のみをこの帯域に注入する（ＣＯ及びＨ２の如き燃
料成分は浸炭帯域から直接入来する）。雰囲気中のＣＯ
２の割合は０．１１５％でありこれは０．６％の炭素濃
度に対応する。拡散帯域２５は２個のバスケットを収容
し得る。
約１０％のＣＯと２０％のＨ２とを含有するような量で
窒素のみをこの帯域に注入する（ＣＯ及びＨ２の如き燃
料成分は浸炭帯域から直接入来する）。雰囲気中のＣＯ
２の割合は０．１１５％でありこれは０．６％の炭素濃
度に対応する。拡散帯域２５は２個のバスケットを収容
し得る。
浸炭すべき加工物を収容するバスケツトを１１分１５秒
毎に炉に導入する。それ故加工物は浸炭帯域に５６分１
５秒滞留し拡散帯域に２２分３０秒滞留する。
毎に炉に導入する。それ故加工物は浸炭帯域に５６分１
５秒滞留し拡散帯域に２２分３０秒滞留する。
浸炭した加工物を油浴中で急冷した後に、浸炭済み硬化
層の硬度を測定すると次の結果を得る： 表面でのビッカース硬度：９２５ＶＨ ５５０ＶＨのビッカース硬度について硬化層の深さ：
０．４５mm。
層の硬度を測定すると次の結果を得る： 表面でのビッカース硬度：９２５ＶＨ ５５０ＶＨのビッカース硬度について硬化層の深さ：
０．４５mm。
比較例２ 比較として、前記実施例２の浸炭法中に浸炭帯域で用い
た雰囲気とＮ２，ＣＯ及びＨ２（１０％Ｎ２，３０％Ｃ
Ｏ及び６０％Ｈ２）について同じ組成を有し且つ燃料成
分に富む雰囲気中で浸炭を実施するが；比較処理では雰
囲気は浸炭帯域及び拡散帯域において同じである。
た雰囲気とＮ２，ＣＯ及びＨ２（１０％Ｎ２，３０％Ｃ
Ｏ及び６０％Ｈ２）について同じ組成を有し且つ燃料成
分に富む雰囲気中で浸炭を実施するが；比較処理では雰
囲気は浸炭帯域及び拡散帯域において同じである。
浸炭した加工物及び浸炭帯域と拡散帯域との温度は実施
例２におけるのと同じである。他方、雰囲気中のＣＯ２
の量は浸炭帯域で０．３７％であり、これは０．９％の
炭素濃度に対応し、拡散帯域の雰囲気中のＣＯ２の量は
０．８５％でありこれは０．７％の炭素濃度に対応す
る。２つの帯域即ち浸炭と拡散との帯域におけるＣＯ２
の量の大きな差異は意図し得ず、それ故第一の帯域にお
けるより高い炭素濃度は意図し得ない。何故ならば全体
の雰囲気に変化はないからである。
例２におけるのと同じである。他方、雰囲気中のＣＯ２
の量は浸炭帯域で０．３７％であり、これは０．９％の
炭素濃度に対応し、拡散帯域の雰囲気中のＣＯ２の量は
０．８５％でありこれは０．７％の炭素濃度に対応す
る。２つの帯域即ち浸炭と拡散との帯域におけるＣＯ２
の量の大きな差異は意図し得ず、それ故第一の帯域にお
けるより高い炭素濃度は意図し得ない。何故ならば全体
の雰囲気に変化はないからである。
これらの浸炭条件下では、作業の時間サイクルを延長す
ることが必要である。浸炭すべき加工物を収容するバス
ケットを１５分毎に炉に装入する。それ故加工物は浸炭
帯域に１時間１５分滞留し拡散帯域に３０分滞留する。
ることが必要である。浸炭すべき加工物を収容するバス
ケットを１５分毎に炉に装入する。それ故加工物は浸炭
帯域に１時間１５分滞留し拡散帯域に３０分滞留する。
かくして浸炭した加工物を油浴で急冷した後に、浸炭硬
化層の硬度を測定して次の結果を得る； 硬化層の表面硬度；９２３ＶＨ ５５０ＶＨのビッカース硬度について硬化層の深さ；
０．４５mm。
化層の硬度を測定して次の結果を得る； 硬化層の表面硬度；９２３ＶＨ ５５０ＶＨのビッカース硬度について硬化層の深さ；
０．４５mm。
かくして本発明の浸炭法により、浸炭加工物の冶金特性
について、燃料成分に富む雰囲気でしかも炉の両帯域で
同じ雰囲気での浸炭処理について得られた結果と同様な
結果が得られるが；他方本発明の浸炭法は処理の全期間
について２５％の時間節約を生ずる。
について、燃料成分に富む雰囲気でしかも炉の両帯域で
同じ雰囲気での浸炭処理について得られた結果と同様な
結果が得られるが；他方本発明の浸炭法は処理の全期間
について２５％の時間節約を生ずる。
第１図は炉中の炭素濃度（％，縦軸）の経時（分，横
軸）変化を示す図表であり、曲線Ｉ及びIIはD/V＝５及
びD/V＝１０（但しＤは窒素の割合、Ｖは炉の容積であ
る）について時間の関数として炭素濃度を与えてある。
第２図は本発明の浸炭法を行うに適した回分式装置の断
面図解図であり、第３図は本発明の浸炭法を行うに適し
た連続式装置の断面図解図であり、図中１及び２１は
炉、２は処理帯域、４は玄関部、１０及び３１は窒素タ
ンク、１１及び３２はメタノールタンク、１２及び３３
はメタンタンク、２４は浸炭帯域、２５は拡散帯域、及
び４３は窒素タンクをそれぞれ表わす。
軸）変化を示す図表であり、曲線Ｉ及びIIはD/V＝５及
びD/V＝１０（但しＤは窒素の割合、Ｖは炉の容積であ
る）について時間の関数として炭素濃度を与えてある。
第２図は本発明の浸炭法を行うに適した回分式装置の断
面図解図であり、第３図は本発明の浸炭法を行うに適し
た連続式装置の断面図解図であり、図中１及び２１は
炉、２は処理帯域、４は玄関部、１０及び３１は窒素タ
ンク、１１及び３２はメタノールタンク、１２及び３３
はメタンタンク、２４は浸炭帯域、２５は拡散帯域、及
び４３は窒素タンクをそれぞれ表わす。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−128576（ＪＰ，Ａ) 特公 昭44−10646（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (8)
- 【請求項１】金属加工物特に鋼加工物の浸炭法におい
て、浸炭すべき加工物を炉に装填し、一酸化炭素と水素
と窒素とを含有する炭素富化雰囲気中に維持し、浸炭処
理の第一段階は850〜1050℃の温度で実施し、浸炭処理
の第二段階は700〜950℃の温度で実施し、第一段階につ
いては約20〜約50容量％の一酸化炭素と約40〜約75容量
％の水素とを含有し且つ、1.1〜約1.6重量％の炭素濃度
を有する雰囲気を用い、第二段階での炭素濃度が第一段
階の炭素濃度よりも少なくとも約0.5重量％低いように
第二段階の雰囲気中の窒素量を第一段階の雰囲気中の窒
素量の２〜30倍に増大させることからなる金属加工物の
浸炭法。 - 【請求項２】第一段階における雰囲気中の窒素の割合は
せいぜい40容量％であり、第二段階における雰囲気中の
窒素の割合は約30〜約80容量％である特許請求の範囲第
１項記載の方法。 - 【請求項３】炭素富化雰囲気はメタノールと窒素との混
合物により形成する特許請求の範囲第１項又は第２項に
記載の方法。 - 【請求項４】メタン、プロパン又はブタンの如き気体炭
化水素を炉の全雰囲気について0.5〜５容量％の量で炉
に注入する特許請求の範囲第３項記載の方法。 - 【請求項５】雰囲気中のCOとCO2の濃度、COとO2との濃
度、COとH2Oとの濃度又はCO2とO2との濃度を浸炭処理中
に測定して炭素濃度を決定し、炉に注入する窒素量を変
化させて第一段階及び第二段階における所望の炭素濃度
値を得る特許請求の範囲第１項〜第４項の何れかに記載
の方法。 - 【請求項６】第一段階及び第二段階の各々について所望
の炭素濃度を得るため窒素量を測定する予備試験を行な
い、第一段階及び第二段階は既定量の窒素を得るのにメ
タノールと窒素との混合物を注入しながら行ない、炉に
注入される気体炭化水素の流速を調節して炭素濃度を制
御する特許請求の範囲第１項〜第４項の何れかに記載の
方法。 - 【請求項７】加工物を炭窒素化するのにアンモニアガス
を炉中の全雰囲気について0.1〜10容量％の量で炉に導
入する特許請求の範囲第１項〜第６項の何れかに記載の
方法。 - 【請求項８】浸炭処理の第二段階は800〜950℃の温度で
行なう特許請求の範囲第１項〜第７項の何れかに記載の
方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8209328 | 1982-05-28 | ||
| FR8209328A FR2527641A1 (fr) | 1982-05-28 | 1982-05-28 | Procede de traitement thermique de pieces metalliques par carburation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58213870A JPS58213870A (ja) | 1983-12-12 |
| JPH064906B2 true JPH064906B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=9274434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58093392A Expired - Lifetime JPH064906B2 (ja) | 1982-05-28 | 1983-05-28 | 金属加工物の浸炭法 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4519853A (ja) |
| EP (1) | EP0096602B1 (ja) |
| JP (1) | JPH064906B2 (ja) |
| AT (1) | ATE16118T1 (ja) |
| AU (1) | AU560555B2 (ja) |
| CA (1) | CA1208528A (ja) |
| DE (1) | DE3361023D1 (ja) |
| FR (1) | FR2527641A1 (ja) |
| ZA (1) | ZA833445B (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2586258B1 (fr) * | 1985-08-14 | 1987-10-30 | Air Liquide | Procede pour la cementation rapide et homogene d'une charge dans un four |
| FR2586259B1 (fr) * | 1985-08-14 | 1987-10-30 | Air Liquide | Procede de cementation rapide dans un four continu |
| DE3640325C1 (de) * | 1986-11-26 | 1988-02-04 | Ipsen Ind Internat Gmbh | Vorrichtung zur Waermebehandlung metallischer Werkstuecke in einer Kohlungsatmosphaere |
| JPH0232682Y2 (ja) * | 1987-05-27 | 1990-09-04 | ||
| DE3718240C1 (de) * | 1987-05-30 | 1988-01-14 | Ewald Schwing | Verfahren zur Waermebehandlung von metallischen Werkstuecken in einer gasdurchstroemten Wirbelschicht |
| EP0439614A1 (de) * | 1989-08-18 | 1991-08-07 | Vsesojuzny Nauchno-Issledovatelsky Proektno-Konstruktorsky I Tekhnologichesky Inst. Elektrotermicheskogo Oborudovania Vniieto | Gasgemisch für wärmechemisches behandeln von metallen und legierungen und verfahren zur herstellung |
| JPH05148612A (ja) * | 1991-11-25 | 1993-06-15 | Nippon Piston Ring Co Ltd | ピストンリングの製造方法 |
| IT1272670B (it) * | 1993-09-24 | 1997-06-26 | Lindberg Ind Srl | Metodo e dispositivo per la formazione e l'erogazione controllata di un'atmosfera gassosa ad almeno due componenti ed applicazione di impianti di trattamento termico o di combustibile |
| DE4340060C1 (de) * | 1993-11-24 | 1995-04-20 | Linde Ag | Verfahren zum Gasaufkohlen |
| FR2777910B1 (fr) * | 1998-04-27 | 2000-08-25 | Air Liquide | Procede de regulation du potentiel carbone d'une atmosphere de traitement thermique et procede de traitement thermique mettant en oeuvre une telle regulation |
| US6287393B1 (en) * | 1999-09-03 | 2001-09-11 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for producing carburizing atmospheres |
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