JPH0830257B2 - 金属部材の表面硬化処理方法および部材 - Google Patents
金属部材の表面硬化処理方法および部材Info
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- JPH0830257B2 JPH0830257B2 JP62087884A JP8788487A JPH0830257B2 JP H0830257 B2 JPH0830257 B2 JP H0830257B2 JP 62087884 A JP62087884 A JP 62087884A JP 8788487 A JP8788487 A JP 8788487A JP H0830257 B2 JPH0830257 B2 JP H0830257B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は改良された表面耐摩耗性を持つ金属部材に係
る。
る。
耐摩耗性、耐ふ蝕性、耐擦過性等を改良するため、金
属部材に窒化又は浸炭窒化を行つてε（イプシロン）−
窒化鉄層のような窒化鉄を形成させることは公知であ
る。一般的にはこの方法は、金属部材を熱処理容器中、
例えば酸素ラジカルで活性化されたアンモニア雰囲気の
ような気体雰囲気中で行なわれる。金属部材は、まづ窒
化又は浸炭窒化の起る温度、一般的には570℃、にしな
ければならない。実際、金属部材を、酸素ラジカルを若
干含んだ処理雰囲気の入つた容器中に置き、処理温度に
加熱する。存在する酸素は、加温期間中に金属部材上に
酸素層を形成する。事実、ある方法では、加熱された金
属を処理雰囲気にさらす前のある時間、例えば300℃と
いう中間温度に保持し、このような酸化物層の慎重な作
成を推奨するものもある。例えば、該金属を入れたトレ
ーを、予洗機を通し次いで350℃まで加熱する酸化炉を
通す連続炉中で浸炭窒化を行うことも公知である。処理
温度まで加熱した後、金属部材を浸炭窒化し、焼入れ即
ち冷却し、洗浄して取出す。浸炭窒化の均一性を確保す
るため、浸炭窒化前に酸化処理することの重要性は、ホ
フマン、シユマダラー、ウオール著の「気体窒化におけ
る動力学と核化の問題」（Hart.Techn.Mitt誌、38巻３
号103〜８頁（1983）に報告されている。場合によつて
は、表面層が脆くなり、剥落する傾向を持つこともあ
る。又極端な摩耗条件の下では、摩耗性の表面粒子が放
出されて害を働くことがある。例えば２個の部材を同時
に入れると両者の間で挟持されていた放出粒子が著るし
い摩耗を起して反対面を傷つけ、摩耗性を低下させる。
属部材に窒化又は浸炭窒化を行つてε（イプシロン）−
窒化鉄層のような窒化鉄を形成させることは公知であ
る。一般的にはこの方法は、金属部材を熱処理容器中、
例えば酸素ラジカルで活性化されたアンモニア雰囲気の
ような気体雰囲気中で行なわれる。金属部材は、まづ窒
化又は浸炭窒化の起る温度、一般的には570℃、にしな
ければならない。実際、金属部材を、酸素ラジカルを若
干含んだ処理雰囲気の入つた容器中に置き、処理温度に
加熱する。存在する酸素は、加温期間中に金属部材上に
酸素層を形成する。事実、ある方法では、加熱された金
属を処理雰囲気にさらす前のある時間、例えば300℃と
いう中間温度に保持し、このような酸化物層の慎重な作
成を推奨するものもある。例えば、該金属を入れたトレ
ーを、予洗機を通し次いで350℃まで加熱する酸化炉を
通す連続炉中で浸炭窒化を行うことも公知である。処理
温度まで加熱した後、金属部材を浸炭窒化し、焼入れ即
ち冷却し、洗浄して取出す。浸炭窒化の均一性を確保す
るため、浸炭窒化前に酸化処理することの重要性は、ホ
フマン、シユマダラー、ウオール著の「気体窒化におけ
る動力学と核化の問題」（Hart.Techn.Mitt誌、38巻３
号103〜８頁（1983）に報告されている。場合によつて
は、表面層が脆くなり、剥落する傾向を持つこともあ
る。又極端な摩耗条件の下では、摩耗性の表面粒子が放
出されて害を働くことがある。例えば２個の部材を同時
に入れると両者の間で挟持されていた放出粒子が著るし
い摩耗を起して反対面を傷つけ、摩耗性を低下させる。
その他の窒化技術としては、グロー放電即ちプラズマ
窒化法が公知である。この方法では、処理する金属部材
は陽極となる空気遮断室に入れられる。処理する金属部
材を、例えばこの部屋の床の上の底板のような陰極と電
気的に接続する。この部屋を真空にした後、場合によつ
ては水素やメタンを含んでいてもよいが、窒素よりなる
処理ガスで満す。電圧を加えるとガスはイオン化し、放
出される窒素陽イオンは高い動力学的エネルギーを持つ
て金属部材に衝突し、金属部材を加熱して窒化を起させ
る。このように、ガスは窒化及び浸炭窒化のイオン源
と、熱媒の両方の働らきをする。
窒化法が公知である。この方法では、処理する金属部材
は陽極となる空気遮断室に入れられる。処理する金属部
材を、例えばこの部屋の床の上の底板のような陰極と電
気的に接続する。この部屋を真空にした後、場合によつ
ては水素やメタンを含んでいてもよいが、窒素よりなる
処理ガスで満す。電圧を加えるとガスはイオン化し、放
出される窒素陽イオンは高い動力学的エネルギーを持つ
て金属部材に衝突し、金属部材を加熱して窒化を起させ
る。このように、ガスは窒化及び浸炭窒化のイオン源
と、熱媒の両方の働らきをする。
鋼部材を気体窒化の処理温度にまで加熱する雰囲気か
ら反応性の元素を慎重に排除することにより、最も好ま
しくはこの目的に特に適当した容器中で気体窒化を行う
ことにより、該鋼部材が表面耐摩耗性の特に改良された
ものになることが発見され、これが本発明の基盤をなし
ている。
ら反応性の元素を慎重に排除することにより、最も好ま
しくはこの目的に特に適当した容器中で気体窒化を行う
ことにより、該鋼部材が表面耐摩耗性の特に改良された
ものになることが発見され、これが本発明の基盤をなし
ている。
本発明の一つの目的は、鋼部材の耐摩耗性向上のため
に、該部材を処理温度に加熱し、次いでこの加熱部材を
窒化又は浸炭窒化用ガス雰囲気にさらすことより成る、
下記のような特徴を持つた表面硬化処理方法の提供であ
る。即ち、 （イ）鋼部材の加熱を、部材中の金属に対して不活性な
雰囲気中で行う。
に、該部材を処理温度に加熱し、次いでこの加熱部材を
窒化又は浸炭窒化用ガス雰囲気にさらすことより成る、
下記のような特徴を持つた表面硬化処理方法の提供であ
る。即ち、 （イ）鋼部材の加熱を、部材中の金属に対して不活性な
雰囲気中で行う。
（ロ）窒化又は浸炭窒化は、加熱された鋼部材を窒素−
窒素、酸素、炭素を含むガス又はガス混合物−と接触さ
せ、該ガスから窒素又は窒素と炭素を放出させる温度ま
で加熱して、鋼部材中に侵入させて、高い耐摩耗性と硬
度を持つた窒化鉄の表面層を形成させること、により達
成される。
窒素、酸素、炭素を含むガス又はガス混合物−と接触さ
せ、該ガスから窒素又は窒素と炭素を放出させる温度ま
で加熱して、鋼部材中に侵入させて、高い耐摩耗性と硬
度を持つた窒化鉄の表面層を形成させること、により達
成される。
この不活性雰囲気という用語は、鋼部材に対して反応
性のないものを意味している。酸素の存在は避けるべき
である。その理由は、さもなければ酸化物層ができるか
らである。加熱雰囲気中にアンモニアが存在することが
有害となることもある。というのは、アンモニアが窒化
又は浸炭窒化の進行中に鋼部材と反応することがあるか
らで、このためアンモニアも避けるべきである。従つ
て、鋼部材を、窒素又はアルゴンのような不活性ガス雰
囲気下又は真空中で加熱することが本発明の一つの特徴
である。この方法を適当なシールできるレトルト又は熱
処理炉中で行う場合、中の雰囲気の制御が比較的容易に
できるシールできる金属レトルト中で行うことも本発明
の更に好ましい特徴である。
性のないものを意味している。酸素の存在は避けるべき
である。その理由は、さもなければ酸化物層ができるか
らである。加熱雰囲気中にアンモニアが存在することが
有害となることもある。というのは、アンモニアが窒化
又は浸炭窒化の進行中に鋼部材と反応することがあるか
らで、このためアンモニアも避けるべきである。従つ
て、鋼部材を、窒素又はアルゴンのような不活性ガス雰
囲気下又は真空中で加熱することが本発明の一つの特徴
である。この方法を適当なシールできるレトルト又は熱
処理炉中で行う場合、中の雰囲気の制御が比較的容易に
できるシールできる金属レトルト中で行うことも本発明
の更に好ましい特徴である。
本発明の更に特異な面としては、該部材に窒化又は浸
炭窒化処理を行つて窒化鉄化合物層を形成させることに
より鋼部材の表面耐摩耗性を向上させる方法において、
該部材を処理容器中に入れ、処理温度まで加熱し次いで
該加熱部材を窒化又は浸炭窒化雰囲気にさらすことより
なる方法であって、処理する鋼部材を任意の温度のシー
ルした金属レトルトに入れ、この中に不活性ガスを導入
し、該鋼部材を不活性ガス中で処理温度まで加熱し、該
不活性ガスを排除して窒化又は浸炭窒化処理雰囲気ガス
に置換して該鋼部材を窒化鉄化合物層ができるのに充分
な温度で、かつ充分な時間処理雰囲気ガスと接触させる
ようにしたことを特徴としている。
炭窒化処理を行つて窒化鉄化合物層を形成させることに
より鋼部材の表面耐摩耗性を向上させる方法において、
該部材を処理容器中に入れ、処理温度まで加熱し次いで
該加熱部材を窒化又は浸炭窒化雰囲気にさらすことより
なる方法であって、処理する鋼部材を任意の温度のシー
ルした金属レトルトに入れ、この中に不活性ガスを導入
し、該鋼部材を不活性ガス中で処理温度まで加熱し、該
不活性ガスを排除して窒化又は浸炭窒化処理雰囲気ガス
に置換して該鋼部材を窒化鉄化合物層ができるのに充分
な温度で、かつ充分な時間処理雰囲気ガスと接触させる
ようにしたことを特徴としている。
このシールできる金属レトルトは、好ましくは雰囲気
ガス循環フアンの取付けられたシールできる真空金属レ
トルトがよい。該レトルトは、好ましくは炉中に設けら
れ、外部からの加熱・冷却ができる炉か、又は取出して
冷却できるものがよい。該レトルトはその中の雰囲気ガ
スが噴出又は真空法により交換でぎるようにバルブ付き
の導管を備えていることが好ましい。
ガス循環フアンの取付けられたシールできる真空金属レ
トルトがよい。該レトルトは、好ましくは炉中に設けら
れ、外部からの加熱・冷却ができる炉か、又は取出して
冷却できるものがよい。該レトルトはその中の雰囲気ガ
スが噴出又は真空法により交換でぎるようにバルブ付き
の導管を備えていることが好ましい。
該窒化又は浸炭窒化ガス雰囲気は炭酸ガス、一酸化炭
素、水蒸気、空気又は酸素、又は吸熱性又は発熱性ガス
の混合物を添加したアンモニアであつてもよい。酸素の
含有量は約３容量％までならかまわない。熱処理は、大
気圧下約540℃〜740℃の温度範囲内で行い、ガスが分解
して窒化用の窒素を出す約610℃であることが好まし
い。
素、水蒸気、空気又は酸素、又は吸熱性又は発熱性ガス
の混合物を添加したアンモニアであつてもよい。酸素の
含有量は約３容量％までならかまわない。熱処理は、大
気圧下約540℃〜740℃の温度範囲内で行い、ガスが分解
して窒化用の窒素を出す約610℃であることが好まし
い。
この方法により、鋼部材の表面及びその真下面に窒化
鉄化合物層ができる。この層は元来非孔質で、高い硬度
を持つており、一般的には該部材の先端表面で（25gの
負荷下の）ピーク硬度が約800〜約1,000HVという高い硬
度を持つている。その上この硬度は層の深さに関して概
して均一に行亘つている。これとは対照的に通常の浸炭
窒化法では、ピーク硬さが約450〜600HVのものしか得ら
れない。本発明の結果として鋼部材が優れた表面耐摩耗
性を持つことができる。
鉄化合物層ができる。この層は元来非孔質で、高い硬度
を持つており、一般的には該部材の先端表面で（25gの
負荷下の）ピーク硬度が約800〜約1,000HVという高い硬
度を持つている。その上この硬度は層の深さに関して概
して均一に行亘つている。これとは対照的に通常の浸炭
窒化法では、ピーク硬さが約450〜600HVのものしか得ら
れない。本発明の結果として鋼部材が優れた表面耐摩耗
性を持つことができる。
鋼部材は、好ましくは非合金鋼か又はニオブとバナジ
ウム又はチタンを含む結晶粒微細化構造用鋼であるとよ
い。該部材は厚さが約0.4〜約5mmにあつてもよい。一般
的な鋼部材としては粘性すべり差動系のクラツチ板とか
摩擦制御板がある。この目的の部材は、直径が約60〜約
250mmになることが多い。
ウム又はチタンを含む結晶粒微細化構造用鋼であるとよ
い。該部材は厚さが約0.4〜約5mmにあつてもよい。一般
的な鋼部材としては粘性すべり差動系のクラツチ板とか
摩擦制御板がある。この目的の部材は、直径が約60〜約
250mmになることが多い。
本発明には、この方法で処理され、元来非硬質で、外
面に高い硬度を持つ窒化鉄化合物層が存在することを特
徴とする部材も含んでいる。
面に高い硬度を持つ窒化鉄化合物層が存在することを特
徴とする部材も含んでいる。
処理された部材は、不活性雰囲気中での冷却、酸化、
及び油又は水／油系エマルジヨン中での焼入れのような
後処理を行つてもかまわない。
及び油又は水／油系エマルジヨン中での焼入れのような
後処理を行つてもかまわない。
本発明を充分理解するために、以下の実施例を参照し
ながら改めて説明を加えたい。
ながら改めて説明を加えたい。
非合金鋼製のクラツチ板をクロム・ニツケル鋼壁を持
つた高温壁シール・レトルト中に入れる。該レトルトは
高温壁真空炉に入れる。該レトルトには雰囲気ガス循環
フアンを付設した。クラツチ板を室温に保ち、次いで扉
をクランプして閉じる。レトルト内を0.1ミリバールま
で減圧にした後、窒素ガスを大気圧になるまで充填す
る。次に温度を610℃まで上げて、この温度になつたら
レトルト内を再度0.1ミリバールまで減圧にし、炭酸ガ
スを５容量％含んだアンモニアより成る処理雰囲気ガス
を充填する。１時間浸炭窒化を行い、雰囲気ガスを２度
交換する。次にレトルト内を0.1ミリバールまで減圧に
し、改めて窒素ガスを充填する。レトルトを200℃まで
急冷してからクランプを開く。
つた高温壁シール・レトルト中に入れる。該レトルトは
高温壁真空炉に入れる。該レトルトには雰囲気ガス循環
フアンを付設した。クラツチ板を室温に保ち、次いで扉
をクランプして閉じる。レトルト内を0.1ミリバールま
で減圧にした後、窒素ガスを大気圧になるまで充填す
る。次に温度を610℃まで上げて、この温度になつたら
レトルト内を再度0.1ミリバールまで減圧にし、炭酸ガ
スを５容量％含んだアンモニアより成る処理雰囲気ガス
を充填する。１時間浸炭窒化を行い、雰囲気ガスを２度
交換する。次にレトルト内を0.1ミリバールまで減圧に
し、改めて窒素ガスを充填する。レトルトを200℃まで
急冷してからクランプを開く。
この浸炭窒化した部材を評価する。表面の多孔度は０
％、表面硬度は960HVであつた。窒化鉄化合物層は深さ1
8μｍであつた。該部材の摩耗試験を行つたところ優秀
な結果を得た。浸炭窒化前に空気中で加熱した比較試験
品と比べて耐摩耗性が顕著な向上を示していた。
％、表面硬度は960HVであつた。窒化鉄化合物層は深さ1
8μｍであつた。該部材の摩耗試験を行つたところ優秀
な結果を得た。浸炭窒化前に空気中で加熱した比較試験
品と比べて耐摩耗性が顕著な向上を示していた。
本発明は本実施例の方法に限定されるものではない。
例えば、本方法はシールされた焼入れ槽とか連続炉のよ
うな別の設備中でも行うことができるし、好ましくは多
室構造の設備で行つてもよい。
例えば、本方法はシールされた焼入れ槽とか連続炉のよ
うな別の設備中でも行うことができるし、好ましくは多
室構造の設備で行つてもよい。
要約 高い表面耐摩耗性を持つたε−窒化鉄表面層が、鋼部
材をガス窒化又はガス浸炭窒化することにより作られ
る。本発明の方法には、予備段階として、該部材の金属
に不活性な雰囲気中で、該部材を窒化温度まで加熱する
ことが含まれている。
材をガス窒化又はガス浸炭窒化することにより作られ
る。本発明の方法には、予備段階として、該部材の金属
に不活性な雰囲気中で、該部材を窒化温度まで加熱する
ことが含まれている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド フレデリック トランター イギリス国 ダブリュアール11 ５ティピ ー、ウースターシャー、イーブシャム、サ ウス リトルトン、シャインヒル レー ン、ローズ ヘイブン（番地なし) (56)参考文献 特開 昭52−105542（ＪＰ，Ａ) 特公 昭49−30339（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (7)
- 【請求項１】鋼部材を、その表面耐摩耗性を向上させる
ために、表面硬化処理を施す方法であって、鋼部材を処
理温度まで加熱した後、この加熱した鋼部材を大気圧の
下に540℃から740℃の温度で、窒素含有ガスまたは窒
素、酸素および炭素を含有するガスの混合物からなる窒
化または浸炭窒化性ガス雰囲気にさらしてイプシロン窒
化鉄化合物層を形成する方法において、鋼部材が非合金
鋼またはニオブ、バナジウムまたはチタンを含有する結
晶粒微細化構造用鋼からなり、鋼部材のガス処理温度ま
での加熱が、鋼部材にとって不活性である雰囲気中で行
われ、鋼部材の表面に形成されたイプシロン窒化鉄化合
物層が高い耐摩耗性と硬度を有し、多孔性でもないこと
を特徴とする方法。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の方法におい
て、鋼部材が窒素またはアルゴンのような不活性ガス雰
囲気中または真空中で加熱されることを特徴とする方
法。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項または第２項記載の
方法において、処理しようとしている鋼部材を周囲温度
でシールされた金属製レトルトまたは熱処理炉内に置
き、そこに不活性ガスを導入し、鋼部材をこの不活性雰
囲気中で処理温度まで加熱してから不活性雰囲気を除
き、代わりに処理用窒化浸炭窒化処理ガス雰囲気を生成
し、鋼部材を窒化鉄化合物層を形成するに充分な温度お
よび時間でこの処理用雰囲気と接触させ続けることを特
徴とする方法。 - 【請求項４】特許請求の範囲第３項記載の方法におい
て、シール可能な金属製レトルトが雰囲気循環ファンを
備えたシール可能な減圧型金属製レトルトであることを
特徴とする方法。 - 【請求項５】特許請求の範囲第４項記載の方法におい
て、レトルト内の鋼部材をファンによる強制対流加熱で
加熱することを特徴とする方法。 - 【請求項６】特許請求の範囲第４項または第５項記載の
方法において、レトルトが炉内に装置してあり、外部か
ら加熱、冷却するか、あるいは、炉から取り出すことに
よって冷却することを特徴とする方法。 - 【請求項７】特許請求の範囲第３項から第６項までのい
ずれか１つの項に記載の方法において、レトルトがバル
ブ付きの導管を備え、レトルト内の雰囲気をフラッシン
グまたは真空によって交換できることを特徴とする方
法。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| GB8608717 | 1986-04-10 | ||
| GB868608717A GB8608717D0 (en) | 1986-04-10 | 1986-04-10 | Metal components |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62243755A JPS62243755A (ja) | 1987-10-24 |
| JPH0830257B2 true JPH0830257B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=10595968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP62087884A Expired - Lifetime JPH0830257B2 (ja) | 1986-04-10 | 1987-04-09 | 金属部材の表面硬化処理方法および部材 |
Country Status (9)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0830257B2 (ja) |
| KR (1) | KR920001613B1 (ja) |
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| ES (1) | ES2018682B3 (ja) |
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-
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- 1986-04-10 GB GB868608717A patent/GB8608717D0/en active Pending
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