JP2006342409A - 鉄系部品およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 鉄または鉄基合金の表面に、リン含有量が10.5〜15質量%の無電解ニッケルメッキを施し、次いで、600〜900℃の範囲で加熱した後、冷却することにより、硬さが700HV以上のニッケル層で被覆された鉄系部品を得る。
【選択図】 図2
Description
(1)鉄または鉄基合金からなる母材
メッキされる鉄や鉄合金の母材は、溶製材料および焼結材料のいずれも使用することができる。溶製材料は炭素含有量が僅かな低炭素鋼や種々の合金、例えば機械あるいは一般構造用炭素鋼に適用することができる。また、溶製材料の母材は、塑性加工、打ち抜き、切削、研削などの通常の方法で形成され、必要に応じてバレル研磨、ショットブラストなどの後処理を施すことができる。
無電解ニッケルメッキは従来技術による。メッキ工程は、概して、鉄または鉄合金からなる母材に対するアルカリ浸漬脱脂処理、酸活性処理、無電解ニッケルメッキ処理を順次行うことにより実現される。各工程の処理液や処理時間は以下の通りである。
ニッケルメッキ層は製品の寸法精度、耐食性などによってその厚さを適宜設定することができるが、厚さ2〜30μm程度とされ、通常は15μm程度である。ニッケルメッキ層の厚さは、メッキ液に浸漬する時間によって制御することができる。
熱処理は、600〜900℃の範囲で加熱した後、放冷などによって冷却するプロセスが採られる。また、この後に、鉄系材料のオーステナイト領域温度で加熱して焼入れし、さらに焼戻しする形態は好ましい熱処理である。このような熱処理方法は、母材へのニッケル拡散効果を期待してより硬い部品を得るために好適である。
ニッケルメッキされた母材を上記ガス雰囲気中で加熱して徐冷した製品は、表面がニッケル層で覆われ、母材は炭素含有量に応じて鉄のパーライト組織またはフェライトとパーライトの混合組織またはフェライト組織になる。また、焼結材料からなる母材を用いたものでは、ニッケル層によって表面が封孔された状態となる。
熱処理されたニッケル層表面は、光沢がない白灰色を呈する。カーボンポテンシャルの高い浸炭性ガス雰囲気で熱処理したものでは、ニッケル層表面に煤が付着(sooting)する場合があるが、これはバレル研磨などで除去することができる。ニッケル層は熱処理によりピットなどの欠陥がなくなるとともに、母材に冶金的に結合された状態となり、特に、気孔がある焼結材料の場合では表面が封孔されているため、耐食性に優れたものとなる。ニッケルメッキしたままの製品と、それを熱処理した製品とを塩水噴霧試験すると、その差は明白に現れる。
(1)試験:1「ニッケル拡散層の厚さの調査」
ほぼ純鉄とされる一般構造用圧延材SS400を母材として適宜な試験片に成形し、その表面に無電解ニッケルメッキを施して、P含有量が10.5質量%、厚さ15μmのニッケルメッキ層を形成した。この試験片を必要数得てから、表1に示すように、500℃〜900℃の範囲で100℃おきを熱処理温度とし、当該処理温度で、ガス雰囲気を大気中として、1時間加熱した後、徐冷して、熱処理温度の異なるサンプルを得た。次に、これらサンプルの母材表面からのニッケルの拡散層の厚さを、上記EPMAを用いて調べた。その結果を、図1に示す。
上記試験1と同じ母材を用いて、その表面に、P含有量が、表2に示すように2質量%、5質量%、9質量%、10.5質量%、13質量%、15質量%の無電解ニッケルメッキ層を厚さ25μmで形成して、P含有量が異なる試験片を必要数得た。次に、表2に示す200〜900℃の熱処理温度で、各試験片に対して上記試験1と同様の熱処理を施し、P含有量および熱処理温度が異なるサンプルを得た。次に、これらサンプルの表面のHV硬さを求めた、その結果を、表1に併記するとともに、図2にグラフ化した。
図3に示すように、試験片を台10に置き、角度90°に形成された押し金具11の先端を押し当てて試験片を90°に折り曲げるという方法の曲げ試験を、本発明による試験片と、本発明品ではない比較例である無電解ニッケルメッキした後350℃で熱処理した試験片、および硬質クロムメッキされた試験片(母材は同じ)とに対して行った。試験片の寸法は、幅:30mm、長さ100mm、厚さ:1.0mmとした。
図4に示すように、油槽20の中のオイル21に浸された摩耗材であるφ31mm、厚さ5mmのリング22を回転させ、このリング22の油面から出た面に対して、リンク23を介して錘24の荷重をかけた試験片を押し付け、試験片の摩耗を調べる摩耗試験を、本発明による試験片と、本発明品ではない比較例に対して行った。試験の条件は、錘による荷重:43kg、リングの回転速度である摩擦速度:1m/秒、摩擦距離7600m、オイル:ギヤオイル(ISO粘度グレードVG220相当)、リングの材料:クロムモリブデン鋼 SCM420(熱処理品)、温度:室温、で行った。
Claims (9)
- 鉄または鉄基合金の表面が、リン含有量が10.5〜15質量%で、かつ、硬さが700HV以上のニッケル層で被覆され、前記鉄または鉄基合金の基地に、その深部に向かってニッケル量が減少するニッケル拡散層が形成されていることを特徴とする鉄系部品。
- 前記ニッケル層が炭素を含有していることを特徴とする請求項1に記載の鉄系部品。
- 前記ニッケル拡散層がマルテンサイトを含む焼入れ金属組織であることを特徴とする請求項1または2に記載の鉄系部品。
- 前記鉄または鉄基合金が溶製材料または焼結材料から製造されたものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の鉄系部品。
- 耐摩耗性または耐食性が要求される機械要素または機構部品であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の鉄系部品。
- 鉄または鉄基合金の表面に、リン含有量が10.5〜15質量%の無電解ニッケルメッキを施し、次いで、600〜900℃の範囲で加熱した後、冷却することを特徴とする鉄系部品の製造方法。
- 前記加熱を行う際の雰囲気ガスが、大気、無酸化性ガス、還元性ガス、浸炭性ガスのいずれかであることを特徴とする請求項6に記載の鉄系部品の製造方法。
- オーステナイト領域温度で加熱した後、焼入れおよび焼戻しを施すことを特徴とする請求項7に記載の鉄系部品の製造方法。
- 前記鉄または鉄基合金が、溶製材料または鉄系焼結材料から製造されたものであることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の鉄系部品の製造方法。
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