JPH1150141A - 鋼製部品の表面硬化処理方法 - Google Patents

鋼製部品の表面硬化処理方法

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JPH1150141A
JPH1150141A JP21984397A JP21984397A JPH1150141A JP H1150141 A JPH1150141 A JP H1150141A JP 21984397 A JP21984397 A JP 21984397A JP 21984397 A JP21984397 A JP 21984397A JP H1150141 A JPH1150141 A JP H1150141A
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JP
Japan
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treatment
temperature
steel
test
gas
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JP21984397A
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English (en)
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Yuichi Kobayashi
裕一 小林
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Hitachi Ltd
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Tokico Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス軟窒化処理した鋼製部品について、打痕
に対する抵抗性を高める。 【解決手段】 鋼製部品を、Fe −N系のA1 変態点で
ある590℃未満の温度でガス軟窒化処理した後、該鋼
製部品を590℃以上に加熱して窒素の拡散層を部分的
にオーステナイト組織とし、続いて、急冷して前記オー
ステナイトをマルテンサイトに変えて前記拡散層の硬さ
を高め、表面の鉄−窒素化合物層を下から補強する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼製部品を表面硬
化処理する方法、特にガス軟窒化処理を含む表面硬化処
理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ガス軟窒化処理は、浸炭窒化性のガス雰
囲気で、590℃未満、標準的には570〜580℃で
熱処理して、表面に硬質の鉄−窒素化合物層と窒素の拡
散層とを形成する表面硬化処理法で、この処理を施した
鋼製部品は、耐摩耗性および耐食性に著しく優れたもの
となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガス軟
窒化処理を施した鋼製部品が、比較的炭素含有量の低い
炭素鋼(例えば、JIS S25Cなど)からなるよう
な場合は、耐摩耗性が十分であるにもかかわらず打痕傷
が付き易く、例えば、油圧緩衝器やガススプリングのピ
ストンロッドなどでは、この打痕傷が寿命決定要因とな
り、早期に寿命に達するという問題を生ずることがあっ
た。
【0004】なお、上記した打痕傷は、ガス軟窒化処理
により形成される表面の鉄−窒素化合物層が、せいぜい
20μm程度の厚さであり、その下に窒素の拡散層が相
当の厚さ(0.3〜0.5mm程度)で存在するとはい
え、その拡散層の硬さが不十分であることによると推定
される。
【0005】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、その目的とするところは、耐摩耗性および
耐食性の向上に効果的なガス軟窒化処理の特性を生かし
つつ、打痕に対する抵抗性の向上にも寄与する鋼製部品
の表面硬化処理方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
【0007】本発明は、上記目的を達成するため、鋼製
部品を590℃未満の温度でガス軟窒化処理した後、該
鋼製部品を590℃以上でかつその鋼に特有のA1 変態
点未満の温度範囲に加熱し、続いて急冷するようにした
ことを特徴とする。
【0008】一般に、鋼製部品にガス軟窒化処理を施す
と、最表面に鉄−窒素化合物層が形成されると共に、そ
の化合物層下に窒素の拡散層が形成される。この場合、
前記鉄−窒素化合物層の窒素含有量は8〜10wt%、拡
散層の窒素含有量は1〜5wt%であり、図2の鉄−窒素
系状態図を参照すれば、前記拡散層には共析変態が存在
すると共に、その共析温度(A1 変態点)が590℃に
なっていることがわかる。なお、前記鉄−窒素化合物層
は主にε相(Fe2-3N)からなっている。良く知られて
いるように、鉄−炭素系のA1 変態点は723℃であ
り、前記拡散層のA1 変態点は、鉄−炭素系のそれより
かなり低く、しかもガス軟窒化処理の常用温度570〜
580℃に近い温度となっている。
【0009】したがって、本発明のように鋼製部品をガ
ス軟窒化処理後、これを590℃以上に加熱すれば、ガ
ス軟窒化処理により形成された窒素の拡散層は部分的に
オーステナイト(γ)組織となり、その温度から急冷す
れば、前記オーステナイトはマルテンサイトに変態する
ようになる。この場合、最表面の鉄−窒素化合物層には
何らの組織的変化も起こらず(図2参照)、しかもその
上限温度は、その鋼のA1 変態点未満となっているの
で、心部側でマルテンサイト変態が起こらず、心部側の
靭性が低下することもない。
【0010】すなわち、本発明の方法によれば、最表面
の鉄−窒素化合物層および心部側に悪影響を及ぼすこと
なく、窒素の拡散層のみを選択的に硬質層に変化させる
ことができ、これにより打痕に対する抵抗性が可及的に
高められるようになる。
【0011】本発明は、ガス軟窒化処理後、一旦常温ま
で冷却した後、590℃以上、A1変態点未満の温度範
囲に再加熱しても良いが、熱エネルギーの有効利用を図
るためには、ガス軟窒化処理後、降温させることなくそ
のまま同温度範囲まで加熱するようにするのが望まし
い。
【0012】本発明で対象する鋼製品は、特にその材種
を問うものではないが、汎用の炭素鋼を対象とした場合
に、打痕に対する抵抗性を顕著に改善することができ
る。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。
【0014】図1は、本発明に係る鋼製部品の表面硬化
処理における熱サイクルを示したものである。本表面硬
化処理方法の実施に際しては、加熱手段およびガス置換
手段を付設した真空炉を用い、先ず、真空炉内を真空引
きしてその内部に窒素ガス(N2 )を導入しながら、標
準の軟窒化処理温度T1 (570〜580℃)まで昇温
する。そして、軟窒化処理温度T1 まで昇温したら、真
空炉内にアンモニア(NH3 )と、N2 と二酸化炭素
(CO2 )とを所定の割合(一例として、NH3:N
2 :CO2 =60:37:3)で供給し、真空炉内を浸
炭窒化性ガス雰囲気として所定時間H1 (例えば、2時
間)保持し、いわゆるガス軟窒化処理を行う。このガス
軟窒化処理により、鋼製部品の表面には、鉄−窒素化合
物層と窒素の拡散層とが形成される。
【0015】上記ガス軟窒化処理を終えたら、炉内の浸
炭窒化性ガスを窒素と置換しながら、炉内温度を590
℃以上でかつその鋼に特有のA1 変態点(炭素鋼の場合
は723℃)未満の温度範囲の適当温度T2 まで上昇さ
せ、その温度T2 にわずかな時間H2 (3〜10分間程
度)保持した後、真空炉に隣接して設けた油槽内の油中
に鋼製部品を浸漬して急冷し、いわゆる焼入れ処理を行
う。この焼入れ処理により、上記ガス軟窒化処理により
形成された、鉄−窒素化合物層下の窒素の拡散層が部分
的にマルテンサイト組織となり、その硬さが可及的に高
められるようになり、したがって、得られた鋼製部品の
打痕に対する抵抗性は可及的に向上する。なお、本実施
の形態では、炉内の浸炭窒化性ガスを窒素ガスに置換し
た後に焼入れ処理を行っているが、置換せずに焼入れ処
理を行っても差し支えない。
【0016】
【実施例】
実施例1 JIS S25C製の油圧緩衝器用ピストンロッド素材
に高周波焼入れおよび焼戻しの調質処理を施した後(表
面硬さHv 350、硬化深さ0.6mm)、これに必要
な切削加工を加え、さらにその表面をセンタレス研削盤
により研削加工して、所定のロッド寸法(径10mm)
に仕上げた。次に、前記ロッドの数百本を一単位として
専用の治具に固定し、バッチ式の洗浄機内にセットして
ロッド表面に付着していた研削油を除去した。その後、
同じ数百本単位のロッドを専用のガス軟窒化炉(真空
炉)に装入し、図1に示した熱サイクルに従ってガス軟
窒化処理および焼入れ処理を行った。この時、ガス軟窒
化処理は、[NH3 :N2 :CO2 =60:37:3]
の浸炭窒化性ガス雰囲気で、温度T1 =580℃、時間
1 =2時間の条件で行い、焼入れ処理は、温度T2
650℃、時間H2 =5分、油温110℃の油中冷却の
条件で行った。そして、この処理後、各ロッドを専用治
具から取り外し、一本ずつバフ研磨を行い、表面粗さR
y =0.6μm以下になるように仕上げ、後述する(A)
顕微鏡観察試験、(B) 硬さ試験、(C) 打痕試験および
(D) 耐食性試験に供した。
【0017】実施例2 S25C製のロッド素材に調質処理を施さずに、いわゆ
る生材のままで用い、これに実施例1と同様のガス軟窒
化処理および焼入れ処理を施し、さらに同様のバフ研磨
を行ってロッドを仕上げ、これを後述の(A) 顕微鏡観察
試験、(B) 硬さ試験、(C) 打痕試験および(D) 耐食性試
験に供した。
【0018】比較例1 S25C製のロッド素材に、実施例1と同様の調質処理
を施すと共に、実施例1と同様のガス軟窒化処理を施
し、さらに同様のバフ研磨を行ってロッドを仕上げ、こ
れを後述の(A) 顕微鏡観察試験、(B) 硬さ試験、(C) 打
痕試験および(D)耐食性試験に供した。
【0019】比較例2 S25C製のロッド素材に調質処理を施さずに、いわゆ
る生材のままで用い、これに実施例1と同様のガス軟窒
化処理を施し、さらに同様のバフ研磨を行ってロッドを
仕上げ、これを後述の(A) 顕微鏡観察試験、(B) 硬さ試
験、(C) 打痕試験および(D) 耐食性試験に供した。
【0020】比較例3 S25C製のロッド素材に、実施例1と同様の調質処理
を施した後、ガス軟窒化処理の温度T2 として620
℃、その時間H1 として1.5時間を選択する以外は実
施例1と同様のガス軟窒化処理を行い、さらに同様のバ
フ研磨を行ってロッドを仕上げ、これを後述の顕微鏡観
察試験、(B) 硬さ試験および(D) 耐食性試験に供した。
【0021】(A) 顕微鏡観察試験 顕微鏡観察試験は、被検鏡面を研磨した腐食液(ナイタ
ール)で腐食する方法によった。その結果、実施例1、
2および比較例3のものには、最表面に18〜20μm
厚さの鉄−窒素化合物層の存在が認められると共に、そ
の下にマルテンサイト組織の存在が認められたが、比較
例1および2のものには、前記したマルテンサイト組織
の存在は認められなかった。
【0022】(B) 硬さ試験 硬さ試験は、ビッカース硬度計を用いて、荷重100gf
の条件で行い、表面から心部側への硬さ分布を求めた。
図3は、その結果を示したもので、これより、本発明に
係る実施例1および2のものは、標準のガス軟窒化処理
を施した比較例1および2のものに比較して、表面側の
0.1mmから心部側の1mmにかけての範囲で硬さが
高くなっていることが明らかである。また、比較例の中
では、高温(620℃)で軟窒化処理した比較例3のも
のが、同範囲における硬さが比較的高くなっているが、
これは、鉄−窒素系の状態図(図2)におけるA1 変態
点を超えて処理したため、拡散層が部分的にマルテンサ
イト変態したためであると推定される。ただし、この比
較例3のものは、後述の耐食性試験の結果から明らかな
ように耐食性に劣っており、実用上、好ましくないとい
える。なお、参考にあげた調質処理(高周波焼入れ焼戻
し)を施したもの(◆印)は、表面から1mm程度深さ
まで、ほぼ一定の硬さを有しているが、表面の硬さは各
軟窒化処理を施したものに比べてかなり低く、耐摩耗性
の点で問題が残る。
【0023】(C) 打痕試験 打痕試験は、ひょう量5kgf-m シャルピー衝撃試験機を
用い、そのハンマー振上角度を種々に変化させて、供試
材としてのロッドを打撃する方法で行い、それぞれにつ
いて打痕深さを測定した。図4は、その結果を示したも
ので、本実施例1および2のものは、比較例1のものに
比べて打痕深さが著しく小さくなっており、参考として
あげた硬質クロムめっきを施したもの(■印)と同等か
それより優れた、打痕に対する抵抗性を示すことが明ら
かとなった。
【0024】(D) 耐食性試験 耐食性試験は、JIS Z2371塩水噴霧試験に基づ
いて行い、供試材としてのロッドそれぞれについて、腐
食面積率からテーティングナンバー(JISH850
2)を求めた。図5は、その結果を示したもので、本実
施例1および2のものは、その評価点(SST96h,RN )が
標準のガス軟窒化処理を施した比較例1および2のもの
と同じであり、耐食性の点で問題がないことが明らかと
なった。なお、比較例の中では、高温で軟窒化処理を施
した比較例3のものが、他の比較例のものに比べて耐食
性に劣っている。
【0025】
【発明の効果】上記したように、本発明に係る鋼製部品
の表面硬化処理方法によれば、ガス軟窒化処理の特長で
ある耐摩耗性および耐食性の良さを犠牲にすることな
く、打痕に対する抵抗性を可及的に高めることができ、
その利用価値は大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る表面硬化処理における熱サイクル
を示すグラフである。
【図2】鉄−窒素系の相関係を示す状態図である。
【図3】本発明の実施例の表面硬さ分布を比較例と対比
して示すグラフである。
【図4】本発明の実施例の打痕試験結果を比較例と対比
して示すグラフである。
【図5】本発明の実施例の耐食性試験結果を比較例と対
比して示す図表である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼製部品を590℃未満の温度でガス軟
    窒化処理した後、該鋼製部品を590℃以上でかつその
    鋼に特有のA1 変態点未満の温度範囲に加熱し、続いて
    急冷することを特徴とする鋼製部品の表面硬化処理方
    法。
  2. 【請求項2】 ガス軟窒化処理後、降温させることなく
    鋼製部品を590℃以上、A1 変態点未満の温度範囲に
    加熱することを特徴とする請求項1に記載の表面硬化処
    理方法。
JP21984397A 1997-07-31 1997-07-31 鋼製部品の表面硬化処理方法 Pending JPH1150141A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002302756A (ja) * 2001-01-31 2002-10-18 Tokico Ltd 表面処理鋼部材およびガス軟窒化方法
KR100988702B1 (ko) * 2006-12-14 2010-10-18 유겐가이샤 유키코슈하 침질 담금질품 및 그 제조방법
JP2014111821A (ja) * 2012-11-02 2014-06-19 Oita Univ 低合金鋼の硬化処理方法
JP2014122367A (ja) * 2012-12-20 2014-07-03 Daido Steel Co Ltd 真空浸窒処理方法
US20140197003A1 (en) * 2013-01-15 2014-07-17 Cnk Co., Ltd. Sliding member, clutch plate, and production methods thereof

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