JPH0874027A - 浸炭処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】局部的に加熱した場合に被処理材の熱歪みの発
生を防止し、後加工を不要とするとともに処理サイクル
を短縮する。 【構成】被処理材を油中に浸漬する工程と、被処理材の
被浸炭部分を局部的に加熱する工程と、浸炭剤を被浸炭
部分に供給して浸炭する工程と、からなることを特徴と
する。熱伝導により非加熱部分に伝わった熱は周囲の油
に奪われ、非加熱部分の冷却効率が大きいので、被処理
材の温度上昇が防止され、熱歪みの発生が防止される。
また被処理材雰囲気を浸炭性ガス雰囲気などとする必要
がなく、真空引きなどの工程が不要となり処理サイクル
が短縮される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属部品の浸炭処理方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】表面硬さを上げて耐摩耗性を高める処理
として、浸炭処理が広く行われている。この浸炭処理
は、キルド鋼や低合金鋼を９００〜１０００℃に加熱
し、ＣＯを含む雰囲気に晒して表面からＣを拡散浸透さ
せる処理であり、固体浸炭法、液体浸炭法、気体浸炭法
に大別される。

【０００３】そして一般的な浸炭処理法においては、被
処理材のクロム含有量が多くなると浸炭速度が遅くなる
ことが知られている。そのため高クロム合金鋼を浸炭処
理しようとすると、浸炭処理が長時間となり気体浸炭法
ではクロムの粒界酸化が起こるという問題があった。そ
こで高クロム合金鋼でも短時間で浸炭処理する方法とし
て、特開昭６０−３６６５６号公報には浸炭性ガス雰囲
気内で被処理材の被浸炭部分を高周波加熱により局部的
に加熱して浸炭する方法が開示されている。この浸炭処
理方法によれば、局部的に１０００〜１２００℃に加熱
して浸炭できるので、拡散速度が早まって処理時間が短
時間となり粒界酸化が防止される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジンバ
ルブのバルブフェイスの高温摩耗特性や耐食性を向上さ
せるために、バルブフェイスのみに浸炭処理を施すこと
が考えられている。この場合には上記公報に開示の方法
を適用し、バルブフェイスのみを局部的に加熱して浸炭
処理するのが有効である。

【０００５】ところがバルブフェイスの浸炭処理に上記
公報に開示された浸炭処理方法を適用すると、バルブフ
ェイスのみを局部的に高周波加熱しても熱伝導により軸
部の温度も上昇し、熱歪みが生じたり軟窒化処理層の分
解により硬度が低下したりする恐れがある。またバルブ
に歪みが生じると切削などの後加工により修正する必要
があるが、その場合は折角形成された浸炭処理層が切削
されてしまう。

【０００６】また上記公報の浸炭処理方法では、浸炭性
ガス雰囲気とするために真空引きを伴うガス置換工程が
必要となり、処理サイクルが長いという問題もある。本
発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、局
部的に加熱した場合に被処理材の熱歪みの発生を防止
し、後加工を不要とするとともに処理サイクルを短縮す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の浸炭処理方法は、被処理材を油中に浸漬する工程
と、被処理材の被浸炭部分を局部的に加熱する工程と、
浸炭剤を被浸炭部分に供給して浸炭する工程と、からな
ることを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明の浸炭処理方法では、被処理材は油中で
局部的に加熱されて浸炭される。したがって非加熱部分
は油と接触しているので、熱伝導により非加熱部分に伝
わった熱は油に奪われ非加熱部分の冷却効率が大きい。
したがって被処理材の温度上昇が防止され、熱歪みの発
生が防止される。

【０００９】そして油中で浸炭剤を供給するのであるか
ら、被処理部分は最初油に接触した状態であり、浸炭剤
の供給により被処理部分の表面で油と浸炭剤が置換する
ことで、被処理部分は浸炭剤と接触して浸炭される。し
たがって被処理材雰囲気を浸炭性ガス雰囲気などとする
必要がなく、真空引きなどの工程が不要となり処理サイ
クルが短縮される。

【００１０】

【実施例】

〔発明の具体例〕本発明の浸炭処理方法では、非加熱部
分の冷却効率が大きいので、熱歪みが発生しにくい。し
たがって局部的な加熱の温度を高くすることができるの
で、被処理材としてはキルド鋼や低合金鋼ばかりでな
く、従来は浸炭が困難であった高合金オーステナイト鋼
も用いることができる。

【００１１】本発明に用いられる油としては、例えば焼
入油や軽油等が例示される。これらの油は、浸炭時の加
熱温度で熱分解して浸炭性ガスを発生するので、浸炭が
一層促進され好適に用いることができる。また浸炭剤と
しては、用いる油にほとんど溶解しない液体又は気体の
浸炭剤を用いることができる。例えば比重が油とほぼ等
しい液体の浸炭剤を用いれば、被浸炭部分の位置に浸炭
剤を長く止めておくことができ、浸炭剤の歩留りが一層
向上する。

【００１２】被処理材を局部的に加熱するには、従来と
同様に高周波誘導加熱を利用するのが望ましい。また加
熱温度としては、１０００〜１２００℃程度が推奨され
る。１０００℃未満では浸炭処理時間が長時間となり、
１２００℃を超えると結晶粒の著しい粗大化を招いた
り、耐熱オーステナイト鋼の場合には溶体化温度を超え
てしまったりするためである。 〔実施例〕以下、実施例により具体的に説明する。本実
施例では、エンジンの排気バルブのバルブフェイス表面
に浸炭処理を行う。 （実施例１）図１に本実施例で用いた浸炭装置の概略構
成説明図を示す。この浸炭装置は、焼入油１０が満たさ
れた容器１と、容器１内に配置された高周波加熱コイル
２と、高周波加熱コイル２に接続された高周波発振機２
０と、容器１内で高周波加熱コイル２の下方に同軸的に
配置されたコイル状のノズル３と、ノズル３に接続され
た浸炭性ガス供給装置３０と、から構成されている。

【００１３】この浸炭装置の上方には、図示しない駆動
装置に連結された駆動軸４０と、駆動軸４０にベアリン
グ４１を介して連結されたチャック４２とからなる保持
装置４が配置され、チャック４２にバルブ５の軸部５０
が保持される。そしてこの保持装置４は上下動可能に構
成され、バルブ５のほぼ全体を油１０中に浸漬しバルブ
フェイス５１が高周波加熱コイル２内に位置した処理位
置と、バルブ５全体が油１０から離れた取り出し位置の
二通りの位置で停止可能となっている。

【００１４】そして処理位置では、ノズル３から吹き出
す浸炭性ガスはバルブフェイス５１に沿って上方へ流れ
るように構成されている。さて、チャック４２にバルブ
５の軸部５０を保持し、保持装置４全体を下降させて、
バルブフェイス５１が高周波加熱コイル２内に位置した
処理位置として、バルブ５を３０ｒｐｍで回転駆動す
る。

【００１５】なお、バルブ５は表１に示す組成のＳＵＨ
３５鋼から鍛造及び機械加工により形成され、予め軟窒
化処理後バルブフェイス５１が研削加工されたものを用
いている。

【００１６】

【表１】 次に高周波発振機２０を駆動し、高周波加熱コイル２に
高周波電圧を印加する。これによりバルブフェイス５１
は１１００℃に加熱される。同時に浸炭性ガス供給装置
３０を駆動し、コイル状のノズル３にプロパンと窒素が
１：１２のモル比で混合された浸炭性ガスを供給する。

【００１７】浸炭性ガスはノズル３から回転しているバ
ルブフェイス５１表面に向かって１Ｌ／分の流量で吹き
付けられ、バルブフェイス５１表面の油と置換して、図
１の矢印のようにバルブフェイス５１表面に沿って上方
へ流れる。これにより１１００℃に加熱されているバル
ブフェイス５１表面は、浸炭性ガスが吹き付けられてい
る間浸炭性ガスと常時接触し、バルブフェイス５１表面
に浸炭処理が行われる。

【００１８】そして１１００℃で５分間の浸炭処理を行
った後、浸炭性ガスの供給と高周波電圧の印加を停止
し、保持装置４を上昇させてバルブ５を油１０から引き
上げ、切断後、研磨し光学顕微鏡により表面から内部に
向かう組織を調べた。その結果バルブフェイス５１には
０．３ｍｍの深さの浸炭層が均一に形成されていた。な
お、浸炭処理中にバルブフェイス５１の軸部５０を基準
とした振れ量の変化を測定し、結果を図２に示す。 （他の実施例）高周波加熱によるバルブフェイス５１の
加熱温度を６００℃〜１２００℃の間で３水準採り、そ
れぞれ実施例１と同様にして浸炭処理を行った。そして
高周波加熱時にバルブフェイス５１の軸部５０を基準と
した振れ量の変化をそれぞれ測定し、結果を図２に示
す。 （比較例）容器１を用いず、バルブ５を保持した保持装
置４と高周波加熱コイル２を密閉容器中に入れ、真空引
き後実施例と同一の浸炭性ガスを密閉容器中に導入し
た。そして高周波加熱コイル２によるバルブフェイス５
１の加熱温度を６００℃〜１２００℃の間で４水準採
り、浸炭性ガス雰囲気中でバルブフェイス５１に５分間
の浸炭処理を施した。

【００１９】そして高周波加熱時にバルブフェイス５１
の軸部５０を基準とした振れ量の変化をそれぞれ測定
し、結果を図２に示す。 （評価）図２より、本発明の処理方法で浸炭した実施例
では、高温で加熱した場合にも振れ量の変化が極めて僅
かであったが、比較例では１１００℃以上の加熱温度で
振れ量の変化が大きく、熱歪みが発生していることが明
らかである。

【００２０】つまり油中で加熱しながら浸炭することに
より、冷却効率が大きいためバルブの熱歪みが防止でき
ることが明らかである。なお、上記のような熱歪みが生
じるため、従来はバルブフェイスにステライト材（コバ
ルトベースの合金）による盛金処理が行われている。こ
の盛金処理は材料費ばかりか処理設備費も高額であり、
また盛金後の機械加工も必要であって歩留りも悪く、極
めてコストの高い処理方法であった。

【００２１】しかし本実施例の浸炭処理方法によれば、
材料費も安価で工数も著しく低減されることから、従来
の盛金処理に比べて格段に処理コストを低減することが
できる。

【００２２】

【発明の効果】すなわち本発明の浸炭処理方法によれ
ば、非加熱部位は油によって効率よく冷却されるため、
局部的に１０００℃以上の高温に加熱しても熱歪みが防
止され、浸炭後の後加工が不要となる。したがって従来
浸炭が困難であった高クロム合金などで素材であって
も、小さい工数で必要部位のみの浸炭処理を容易に行う
ことができる。

【００２３】また浸炭性ガス雰囲気とするための真空引
きによるガス置換を行う必要がないので、処理サイクル
が短縮され、かつ浸炭剤の必要量も従来に比べて低減さ
れる。したがって処理コストを低減することができる。
さらに、従来の浸炭性ガス雰囲気における加熱では、加
熱のための投入電力を一定とすると被浸炭部分の温度が
どんどん上昇するため、電力の制御が難しかった。しか
し本発明の浸炭処理方法によれば、冷却効率が高いため
に加熱時に冷却と投入電力とがバランスする温度で加熱
温度が一定となるので、加熱温度の制御が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例で用いた浸炭装置の構成説明
図である。

【図２】加熱温度と振れ量との関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１：容器 ２：高周波加熱コイル
３：ノズル ４：保持装置 ５：バルブ（被処理材） １
０：油 ３０：浸炭性ガス供給装置 ５１：バルブフ
ェイス（被浸炭部分）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理材を油中に浸漬する工程と、 該被処理材の被浸炭部分を局部的に加熱する工程と、 浸炭剤を該被浸炭部分に供給して浸炭する工程と、から
   なることを特徴とする浸炭処理方法。