JPS6349749B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 鋼および合金で作られた部品の表面の珪素に
よる拡散浸透で多孔性の拡散層を形成しそして減
摩材料でもつて含浸させることを含んでなる部品
の拡散熱処理方法において、前記部品の表面の減
摩材料による含浸が焼入れ媒体内にて該部品の恒
温焼入中に行なわれることを特徴とする鋼および
合金の拡散熱処理方法。

２ 前記焼入れ媒体が150ないし250℃の温度に維
持されたウツド合金であることを特徴とする請求
の範囲第１項記載の方法。

３ 前記焼入れ媒体が390ないし500℃の温度に維
持されたバビツトメタルであることを特徴とする
請求の範囲第１項記載の方法。

４ 前記焼入れ媒体が280ないし350℃の温度に維
持された錫であることを特徴とする請求の範囲第
１項記載の方法。

５ 前記焼入れ媒体がシリンダー油であることを
特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。

６ 前記シリンダー油が高度に分散された鉛粉末
を含んでいることを特徴とする請求の範囲第５項
記載の方法。

７ 前記珪素による拡散浸透工程において、前記
拡散層の規定多孔度を確実にしかつ処理している
前記部品の中央部の方へ炭素を追い出すように、
前記拡散層内へ合金元素が加えられることを特徴
とする請求の範囲第１項記載の方法。

８ 前記拡散層内へ導入される合金元素はクロム
であり、その拡散層での含有量は４パーセントを
越えないことを特徴とする請求の範囲第７項記載
の方法。

９ 前記拡散層内へ導入される合金元素はアルミ
ニウムであり、その拡散層での含有量は２パーセ
ントを越えないことを特徴とする請求の範囲第７
項記載の方法。

発明の分野 本発明は、金属部品の表面処理に関するもので
あり、より詳しくは、鋼および合金の部品の拡散
熱処理方法に関するものである。

背景技術 鋼および合金の部品の拡散熱処理のための良く
知られた従来方法によると、部品の表面に窒素、
炭素、クロムおよび他の元素を浸透させる。この
ことは部品の表面硬さおよび耐摩耗性を改善す
る。一方では、鋼および鋼あるいは鋼および鉄の
ような類似特性の材料から作られた摩擦材料は摩
過しやすく、連続潤滑を必要とする。摩過を高価
な減摩合金の使用によつて減少させることができ
るだけである。

公知の拡散熱処理法のひとつは珪素による部品
表面層の拡散浸透である。この処置の主要目的は
耐食性および耐熱性を改善することであり、しか
しまた摩擦を減らすのを助長する。鋼および鉄の
珪素浸透多孔層は液状潤滑剤で十分に含浸され、
このようにして青銅の減摩特性と同様な減摩特性
を得る。近年、専門家が多孔の珪素浸透層に固体
減摩材を含浸させる方法を多数開発している。

鋼および合金から製造された部品の公知の拡散
熱処理方法は、部品表面層の珪素による拡散浸透
そして得られた拡散層を減摩材料にて含浸させる
ことを含んでなる。シリコナイジングは拡散層中
に多孔を形成し、孔は部品の表面まで伸びてい
る。その後のガス浸炭が拡散層に減摩材料として
働く炭素を飽和させる。珪素が鉄中に溶解するに
つれて、フエライトが安定化されかつ鉄中の炭素
の溶解が妨げられる。その結果として、炭素は鋼
中に拡散しないで、表面上に熱分解的に堆積して
珪素浸透層の多孔を満たす。このプロセスは液状
減摩材料の吸着を増しそして液状潤滑剤の存在下
で部品の減摩特性を改善する。

しかしながら、珪素浸透および浸炭された部品
はアニール化された状態で部品表面の低い機械的
特性および低い軸受性能を有する。

加えて、このように処理された部品は、制限さ
れた又は周期的潤滑の場合でかつ遅い摺動速度、
高い負荷および高温にて使用したときに、すなわ
ち、潤滑剤の急激な蒸発又は焼失を招く条件下で
は、適切な減摩特性を示さない。このことは、減
摩部品が頻繁なスタート、停止および逆動の条件
下での使用されるときにも同じくあてはまる。

発明の開示 好ましいことは、鋼および合金から製造された
部品の拡散熱処理方法がそのような部品の好まし
い機械的特性および高い軸受性能、そして部品表
面の良好な減摩特性を制限された潤滑、遅い摺動
速度および高温の条件下でも保証することであ
る。

したがつて、本発明は、鋼および合金の部品の
表面の珪素による拡散浸透で多孔性の拡散層を形
成し、この拡散層を減摩材料でもつて含浸させる
ことを含んでなる部品の拡散熱処理方法におい
て、部品の表面が恒温焼入れ中に減摩材料でもつ
て含浸され、その減摩材料が焼入れ媒体内に含ま
れていることを特徴とする鋼および合金の拡散熱
処理方法を提供する。

焼入れ媒体中に含有された減摩材料が部品の熱
い表面と接触すると、減摩材料が拡散層の多孔を
効果的に満たす。結果として、減摩材料が部品の
表面層内に、制限された潤滑、遅い摺動速度およ
び高温の条件下でも優れた減摩特性を保証するの
に十分な量で存在する。珪素が鋼又は合金内へ拡
散するにつれて、炭素が部品の内部へ追い出され
て（動かされて）部品の中央部よりも炭素濃度の
高い層が形成される。恒温焼入れの際中に、下ベ
イナイト又は焼もどしマルテンサイトが拡散層の
下に形成される。このことは部品の優れた機械的
特性および高い軸受性能の原因となる。

鋼の炭素濃度が低い場合には、恒温焼入れは
150ないし250℃の温度に維持されたウツド合金内
で行なわれるべきである。鋼および合金が深焼き
される場合には、焼入れ媒体は390ないし500℃の
温度に維持されたバビツトメタルであるべきであ
る。

焼入れ媒体の選定は鋼又は合金の組成と拡散層
および遷移層の組織とに依存している。ある場合
には、焼入れ媒体はシリンダー油又は280ないし
350℃の温度に維持された錫あつてもよい。

鉛は表面層の多孔を効果的に満たす良好な減摩
材料であるとはいえ、鉛は有害材料として好まし
くない。したがつて、微細鉛粉末を含有している
シリンダー油を使用することは良い実践である。

減摩材料で飽和された部品表面上の拡散層の品
質を恒温焼入れ中に改善するために、合金元素が
拡散層中へ導入され、その結果炭素が拡散層から
部品の中央部の方へ追い出されかつ高硬度層が形
成される。

硬度を中間相および炭化物相の形成によつて高
めることが必要な場合には、クロムが拡散層中へ
導入され、炭化物の高含有量が遷移層の脱炭を招
くことを心に留めて、拡散層中のクロム含有量は
４パーセントを越えるべきではない。

アルミニウムの拡散層中への導入は、金属間化
合物および酸化物の形成の故に、耐熱性を改善す
る。拡散層中のアルミニウム濃度は２パーセント
を越えるべきではなく、なぜならより高い濃度は
拡散層の多孔度を増すからである。

発明を実施するための最良の形態 本発明は好ましい実施態様の下記詳細な説明か
ら容易に明らかになるであろう。

鋼および合金から製造された部品の拡散熱処理
のための本発明に係る方法は次のように行なわれ
る。

初めに、珪素による部品表面の拡散浸透が行な
われる。このために部品が当業者に公知の組成の
粉末混合物内に置かれる。この混合物は微細に粉
砕されたフエロシリコン、グロツグ（シヤモツ
ト）およびハロゲン化物活性剤を含んでいると言
えば十分であろう。粉末の代わりに、当業者は同
じ成分を含有するペーストを使用することができ
る。粉末混合物又はペースト内に置いてから、部
品を800ないし1200℃の温度に加熱して、その温
度で規定時間にわたつて保持する。次に、部品が
冷却され、洗浄されそして所定サイズに加工され
る。

次工程が減摩材料による部品の飽和（含浸）で
ある。

本発明によると、減摩材料による部品表面の含
浸は恒温焼入れ中に行なわれる。減摩材料は焼入
れ媒体内に含有されている。焼入れ媒体は焼入れ
工程中一定に保持される恒温焼入れ温度に加熱さ
れる。処理すべき部品は規定温度に加熱されて、
熱が所望深さに透るまである時間にわたつて維持
される。次に、部品は焼入れ媒体内に置かれそし
て減摩材料で部品の表面を含浸するのにかつ焼入
れ中に起こる組織的変化を完成するのに十分な時
間にわたつて焼入れ媒体内に保持する。

部品が低炭素鋼から製造されるならば、あるい
は、当業者が遷移層およびサツプにマルテンンサ
イト状組織を得たいならば、焼入れ媒体は150な
いし250℃の温度に維持されたウツド合金である。

ベイナイトタイプの中間組織が遷移層およびサ
ツプに得られるべき場合には、焼入れ媒体は280
ないし350℃の温度に維持された錫又は適当な温
度に維持されたシリンダー油であるべきである。

鉛が減摩材料として選ばれるならば、焼入れ媒
体は高度に分散された鉛粉末を含有するシリンダ
ー油である。

深焼入れ合金のためには、焼入れ媒体は390な
いし500℃の温度に維持されたバビツトメタルで
ある。

フエロクロム、フエロアルミニウムあるいはク
ロムおよびアルミニウムを含有する他の化合物が
珪素の拡散浸透の起こる粉末混合物又はペースト
に添加される。合金化化合物の量は拡散層中で４
パーセントのクロムおよび２パーセントのアルミ
ニウム濃度を保証するぐらいである。

本発明を下記実施例によつてさらに説明する 実施例 １ 処理すべき部品はシート曲げ機の軸受ブシユで
あり、限定された潤滑、頻繁な停止と逆転、遅い
摺動速度および６ないし8MPaの平均負荷の条件
下で使用される。このようなブシユは鉛および亜
鉛と合金化された低スズ青銅から通常製造されて
いる。本発明の方法を用いて処理すべき部品は炭
素含有量0.22パーセントの低炭素鋼から製造され
る。珪素によるブシユの拡散浸透はフエロシリコ
ン、グロツグおよびハロゲン化物活性剤の粉末混
合物内にて起こる。その後の金属顕微鏡分析によ
つてブシユ表面上にこの表面に達する放射状気孔
を有する厚さ0.4ないし0.5mmの拡散層が形成され
ていることがわかる。また、分析によつて炭素濃
度約0.4パーセントの鋼組織である厚さ0.2ないし
0.25mmの遷移層がわかる。処理後に部品は冷却さ
れ、洗浄されそして所定サイズに研削される。当
然研削許容量はあらかじめ与えられている。

次に、ブシユは900℃に加熱され、そして220℃
に加熱されている気化タイプのシリンダー油内に
沈められる。油中でブシユは30ないし40分間保持
される。このように処理された鋼ブシユがシート
曲げ機のロール軸受内に取付けられて、この機械
がオーバーホールメンテナンスから次のオーバー
ホールメンテナンスまでの２年間使用された。２
年間の使用後、ブシユを同じ機械内に取付けられ
た従来の青鋼ブシユと比較した。青鋼ブシユの表
面には深い切込み（notches）およびたくさんの
スコーリングがあり、そしてロール軸頚部上に青
銅の痕跡があつた。鋼ブシユの表面上には剥摩
（scuffing）は観察されなかつたし切込みは浅か
つた。作用表面の直線寸法の変化は鋼ブシユの場
合には青銅ブシユの場合よりも２分の１ないし
2.5分の１である。円錐の変化は鋼ブシユの場合
には青銅ブシユの３分の１ないし４分の１であ
る。２年間の使用後、青銅ブシユは取り換えなけ
ればならなかつたが、鋼ブシユは良好な状態であ
つた。

実施例 ２ 処理すべき部品は自動車工場の塗装作業場にて
使用しているコンベヤのカーラ（つば）ピンであ
る。コンベヤは約300℃の温度の乾燥室を通り抜
ける。ピンは炭素含有量0.43パーセントの鋼から
製造される。製造中にピンは高周波焼入れされ
る。ピンはストリツプの穴と相互に作用し合う。
製造工程において、ストリツプは熱硬化される。

ピンに珪素を拡散浸透する。同時に、クロムお
よびアルミニウムが拡散層中へ導入され、このた
めにはピンが有機バインダ、フエロシリコンおよ
びクロムと非常に分散されたアルミニウムとアル
ミニウム酸化物とハロゲン化物活性剤とを含む粉
末を含んでなるペーストの中に配置される。金属
顕微鏡分析によつて表面に達する気孔を有する厚
さ0.15ないし0.2mmの拡散層および炭素濃度約0.8
パーセントの厚さ0.1mmの遷移層がわかる。高周
波スパーク発生機の助けをかりて行なう層の分光
分析によつて約3.5パーセントのクロム含有量お
よび1.5パーセントのアルミニウム含有量である
ことがわかる。４パーセント以上のクロムの導入
が遷移層を脱炭する。２パーセント以上のアルミ
ニウムの導入が層の多孔性および脆性を急激に増
す。

洗浄後、ピンに減摩材を浸透させる。このため
にはピンを高周波焼入れしそしてウツド合金中に
配置し、そこで180℃にて20ないし30分間保持す
る。このように処理したピンを18週間潤滑なしで
使用した。この期間後に、使い馴らした表面には
剥摩の徴候はなくかつ摩耗はごくわずかであつ
た。比較のために、潤滑なしの従来のピンは２な
いし３週間後にその摩耗が直線寸法で２mmを越す
であろうときには取換えなければならなかつたこ
とに注意すべきである。

実施例 ３ 処理すべき部品は、約200℃の温度を有する工
業的品位のカーボンの雰囲気中で潤滑なしで使用
されるステンレス鋼のオーガ（auger）のすべり
軸受である。すべり軸受はねずみ鋳鉄製である。
珪素による部品の拡散浸透には2.5パーセントの
クロムの拡散層への導入を伴う。粉末混合物はフ
エロシリコン、フエロクロム、石英砂およびハロ
ゲン化物活性剤を含んでいる。粉末混合物中のフ
エロクロム含有量が高められて約７パーセントの
レベルに達するならば、層の微小硬さが強く影響
されかつオーガの頚部にかじりが観察される。

拡散浸透されたすべり軸受は炉内で850℃の温
度に加熱され、そして、250℃の温度に保持され
かつ粒径約0.5μｍの鉛粉末を含有しているシリン
ダー油中へ沈められる。この部品は約１時間シリ
ンダー油中に保持される。

このように処理されたすべり軸受の使用寿命は
50ないし70パーセント延び、このことは製造ライ
ンのトラブルのない操業を意味する。

実施例 ４ 処理すべき部品はじやがいも収穫機のロツド状
エレベータのリンクである。リンクは0.35パーセ
ントの炭素を含有している鋼から製造される。珪
素による部品の拡散浸透は新たに作られた拡散層
内へ2.5％のクロムの導入を伴う。この目的のた
めに、有機バインダー、フエロシリコン、クロム
含有粉末、ハロゲン化物活性剤および石英砂を含
んでなるペーストが使用される。浸透後に、リン
クは880℃に加熱され、そして290℃の温度に維持
された溶融錫内に配置される。この部品は30分間
この溶融金属中に保持される。このように処理さ
れたリンクは炭素0.65パーセント含有してマンガ
ンと合金化したばね鋼のロツドと相互作用する。
これら相互作用している部品を潤滑なしでこれら
の間に研摩材が存在して100時間動かした。従来
の熱処理したリンク場合にはロツドの間のピツチ
での増加が未処理リンクの場合よりも２分の１で
ある。本発明の方法を用いて処理したリンクはピ
ツチでの増加は４分の１である。

実施例 ５ 処理すべき部品は粉末誘電体をモールドするた
めの金型の側壁体である。この側壁体は、0.5パ
ーセントの炭素、1.2パーセントのクロム、0.8パ
ーセントのニツケルおよび0.4パーセントのモリ
ブテンを含有する鋼から製造される。側壁体は粉
末混合物中で珪素によつて拡散浸透される。拡散
層は0.1mm厚さである。洗浄および研削の後で、
部品は900℃に加熱され、そして400℃に維持され
た溶融バビツトメタル内に浸漬されて、そこで15
分間保持される。本発明に従つて処理された側壁
体の使用寿命は油焼入れされた側壁体よりも３倍
長い。

産業上の利用可能性 本発明は青銅、バビツトメタル、黄銅およびサ
ーメツトの代わりに構造用鋼および鉄を使用でき
るようにする。本発明に係る方法は鋼−鋼および
鋼−鉄の摩擦部品の減摩特性および耐摩特性をか
なり改善する。

本発明にしたがつて処理された部品の高められ
た機械的強度、軸受性能およびかじり抵抗が摩擦
ユニツトの製造に使用される金属の量を減らすこ
とを可能にし、このことがよりコンパクトであり
かつより大きな負荷に耐えうるものとする。

提案した処理の結果として作られた表面層は部
品の円滑な動きを促進しかつ潤滑費用を削減す
る。

本発明に係る処理は800ないし1200℃にて画室
炉、移動炉又は回転炉内で行なわれる。高周波加
熱をも使用することができる。処理は数分ないし
３〜４時間かかる。