JP2008266762A - 浸炭処理工程を備える金属材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 前処理が簡単で通常の設備で浸炭処理が容易に行え、金属材の表面の一部を浸炭加工可能な浸炭処理工程を備える金属材の製造方法を提供すること。
【解決手段】 浸炭加工部品１の摺動面３に、浸炭寄与剤４を塗布する塗布工程後に、浸炭処理部品１を熱処理炉内で熱処理する熱処理工程を有する浸炭処理工程を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、金属材の表面の一部に浸炭に寄与する物質を塗布して、金属材の表面を硬化する浸炭処理工程を備える金属材の製造方法に関する。

別部材の金属表面が接触し、摺動する摺動面を有するギアの歯部、シャフトの摺動部およびこのシャフトの摺動部の受け部は、耐摩耗性や靭性、機械的強度が求められる。このような諸特性を向上させる目的で、金属材に対して、浸炭処理、浸硫処理、窒化処理、炭窒化処理等の表面処理を施す方法が知られている。

特許文献１には、アミノ系樹脂の存在下で金属材に熱処理を施す方法、またはアミノ系樹脂を金属材に塗布して熱処理をする表面処理方法が開示されている。

特許文献２では、浸炭処理を行わない部分を金属製のキャップで覆い、浸炭ガスが侵入しないようにして、部分的に浸炭焼入れを行なわないようにした部分浸炭焼入れ処理方法が開示されている。

特許文献３においては、部品の一部を処理液に浸漬し、他の部分を空気または化学的に安定なガスにより覆うことによる、部分浸炭焼入れ方法が開示されている。
特開２００５−２４８３２４号公報 特開２００１−２９５０２２号公報 特開平５−５９５２３号公報

しかしながら、特許文献１の表面処理方法は、金属材をアミノ系樹脂の存在下で熱処理を行う方法で、アミノ系樹脂を金属材に塗布する方法は開示されているが、金属材の一部分の表面硬度を高くする表面処理方法については開示されていない。

特許文献２の部分浸炭焼入れ処理方法は、浸炭処理を行わない部分を金属製のキャップで覆う方法で、ねじやパイプ内径など金属キャップで覆いやすい部分の処理には向いているが、平面や曲線で形成された面の一部や凹部または凸部を覆うのは困難であるとともに、キャップの形状が複雑になるので製造コストが高くなる。さらに浸炭処理の前後に、キャップの着脱作業が必要であり、煩雑かつ加工工数が増大しコスト高を招来する。表面処理をしない部分の面積が大きいと、キャップも大型になりキャップの製造コストが高くなるばかりでなく、熱処理の際、金属製のキャップの質量が増大することにより、熱処理時間が長くなる問題がある。

特許文献３は、部品の一部を浸漬する処理液を収納する収納容器に加え、表面処理しない部分を空気または化学的に安定なガスで覆うためのガス容器や、ガス量を調整する調整弁等を必要とするので、装置全体が複雑になるとともに、ガス量の調整など工程が煩雑になり、設備費や管理工数が増加しコストアップになる。

また、浸炭処理を行う部分が平面の一部や凹部の浸炭は装置の構成上困難である。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、前処理が簡単で、通常設備で浸炭処理が容易に行え、金属材の表面の一部を浸炭加工可能な浸炭処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、金属材の表面を硬化する部分に、浸炭に寄与する物質を塗布する塗布工程と、前記塗布工程後に熱処理炉内で前記金属材へ熱処理を行う熱処理工程とを有する浸炭処理工程を備える金属材の製造方法。

また、請求項２に記載の発明は、熱処理工程を真空中または不活性ガス雰囲気中で行う、金属材の製造方法である。

また、請求項３に記載の発明は、熱処理工程を浸炭ガス雰囲気中で行う、金属材の製造方法である。

また、請求項４に記載の発明は、浸炭に寄与する物質は、金属材の表面の一部に、粉体
または液状または可塑性状態で、とどまるようにした金属材の製造方法である。

請求項１に記載の発明では、金属材の浸炭加工を行う部分に、浸炭に寄与する物質を部分的に塗布した後、熱処理炉内で熱処理を行うので、金属材の浸炭に寄与する物質を塗布した部分のみ浸炭加工が可能になる。

金属材に浸炭加工をしない部分をキャップで覆う必要がないので、キャプの製造や着脱の作業工数が不要になり、製造コストを低減できる。金属材の浸炭加工を行わない部分を覆う容器が不要のため設備が複雑になることもなく、コストを低減できる。

また、請求項２に記載の発明では、熱処理炉内へ金属材を入れて真空中または不活性ガス中で熱処理を行う浸炭処理工程を備えているので、従来のような表面処理しない部分を、空気または化学的に安定したガスで覆うためのガス容器や、ガス量を調整する調整弁等が不要である。

また、請求項３に記載の発明では、浸炭に寄与する物質を塗布しない部分は、浸炭ガス雰囲気中の炭素濃度に応じて表面硬度が形成される。浸炭に寄与する物質を塗布した部分は、浸炭に寄与する物質と、炭酸ガス雰囲気によって、高硬度の表面処理が施される。

また、請求項４に記載の発明では、浸炭に寄与する物質は、金属材の表面の一部に塗布された後、粉体または液状または可塑性状態で金属材の表面の一部にとどまるので、金属材の浸炭処加工が施される部分が凹部や凸部であっても、浸炭に寄与できる物質を容易に塗布出来る。

また浸炭に寄与できる物質を塗布した部分にのみ、浸炭に寄与できる物質を保持できるので、浸炭に寄与できる物質が移動し、浸炭処理を避けたい部分に浸炭処理されることを防げる。

以下に本発明の浸炭処理工程を備える金属材の製造方法について、図面を用いて説明する。なお図中の同一記号または同一符号は、同一または相当する構成部分を示すものであるから、その詳細な説明を省略し、主に相違点のみを説明する。

図１から図５は、本発明の第１の実施形態を説明する図である。

図１は、浸炭加工を施す浸炭処理部品１を上面から見た図であって、図２は図１の浸炭処理部品１の断面図である。図１及び図２に示す浸炭処理部品１は、図示しない別部材の表面が、当接して摺動する摺動面３を凹部２に設けている。

図３は、浸炭処理部品１の浸炭加工を行う部分に、浸炭に寄与する物質である浸炭寄与剤４を摺動面３に塗布した状態の断面図である。浸炭処理部品１はＳＰＨ４４０などの低炭素鋼材をプレス加工等で成形したものである。その後脱脂処理等下処理をして、浸炭寄与剤４を摺動面３に刷毛を用いておよそ均一な膜厚になるように塗布する。ただし塗布方法は刷毛塗りに限定するものでは無く、デイスペンサー等その他の方法で行ってもよい。

また浸炭寄与剤４は、グラファイト粉末とポリビニルアルコールをエタノール溶液で懸濁し、ペースト状に調製して使用したものである。浸炭寄与剤４はグラファイトのように炭素単体でも良いし、有機材料でもよい。有機材料としては、ポリビニルアルコール、ポリアミドなどを用いることが出来る。浸炭寄与剤４は粉末状または液状、または液状より粘度の高い可塑性状であって、浸炭処理部品１の浸炭加工をする部分の形状にあわせて、塗布後に塗布部以外に移動しない状態に調製する。

浸炭処理部品１に塗布した浸炭寄与剤４を乾燥した後、浸炭処理部品１を図示しない加熱炉内に収納し、窒素ガス雰囲気を用いて熱処理する熱処理工程を施す。熱処理の加熱温度は９００℃、加熱時間を１２０分とし、その後６０℃に温度コントロールされた焼入れ油に浸漬して焼入れ処理を施す浸炭処理工程である。また、熱処理を行う雰囲気は、上記窒素ガスのほかアルゴンガスなどの不活性ガスまたは真空中でも良い。

浸炭処理部材１の浸炭加工を行う摺動面３に、浸炭に寄与する浸炭寄与剤４を部分的に塗布する塗布工程の後、熱処理を行う熱処理工程を施す浸炭処理工程である。浸炭処理部品１は浸炭寄与剤４を塗布した部分が浸炭加工される。

図４は浸炭処理部品１を、ケーシング５へ取付けた図である。浸炭加工された浸炭処理部品１は、ケーシング５に重ねられて、取付け穴７（図５）に位置決めされた後、平面部の９の溶接部６でスポット溶接により、ケーシング５と浸炭処理部品１は固定される。 図５は図４の断面図である。浸炭処理部品１の摺動面３に、浸炭寄与剤４を塗布して不活性ガス中で熱処理をすると、摺動面３は浸炭処理前より表面硬度が高くなる。それに対し、浸炭寄与剤４を塗布していない平面部９は浸炭処理がされない。よって浸炭処理部品１をケーシング５にスポット溶接で固定する際に、平面部９の溶接部６は切削加工等の表面除去加工が不要である。

この方法によれば、浸炭処理部品１の浸炭加工をしない部分をキャップで覆う必要がなく、キャプの製造や着脱の作業工数が不要になり、製造コストを低減できる。

また、従来技術のような浸炭加工部品の浸炭加工を行わない部分を覆うガス容器やガス量の調整が不要のため、設備が複雑になることもなく、コストを低減できる。

図６と図７は、本発明の第２の実施形態を説明する図である。

図６は丸棒をあらかじめ切削加工して成形した浸炭処理部品１０である。中央部に図示しない別部材の軸受け部表面と係合する摺動面３を備えている。

図７は、摺動面３に浸炭寄与剤４を塗布した部分断面図である。浸炭寄与剤４を摺動面３に塗布して乾燥し、図示しない熱処理炉へ収納してＲＸガス等の浸炭ガス雰囲気中で熱処理をする。次に温度コントロールされた焼入れ油に浸漬して焼入れ処理を施し、浸炭処理を終了する。熱処理を行う浸炭ガス雰囲気は、ＲＸガスに限定されるものではなく、メタノールの分解ガス等でも良い。

浸炭寄与剤４を塗布しない切削加工部８は、図示しない熱処理炉内の浸炭ガス雰囲気の炭素濃度に応じた、表面の硬度が形成される。浸炭寄与剤４を塗布した摺動面３は、浸炭処理剤４と浸炭ガス雰囲気によって、高硬度の表面処理が施される。一度の熱処理で複数の表面硬度を形成できる、浸炭処理工程である。

浸炭寄与剤４は、１個の浸炭処理部品１に対して、塗布する部分を１カ所に限定するものではなく、複数の部分に、同じ面積または異なる面積を覆うように浸炭寄与剤４を塗布しても良い。これにより一度の熱処理で多数の部分に浸炭加工を施すことが出来る。

浸炭寄与剤４は、浸炭処理部品１の表面の一部に粉末状または液状または可塑性状態でとどまることが出来るので、浸炭処理部品１の浸炭処理を施される部分が凹部や凸部であっても、浸炭寄与剤４を容易に塗布出来る。また塗布した部分にのみ浸炭寄与剤４を保持できるので、浸炭寄与剤４が移動して浸炭処理を避けたい部分に、浸炭処理されることが防止される。

図８は、本発明の第１実施形態に係わる浸炭処理工程を有する金属材の製造方法により、浸炭加工された浸炭処理部品１の表面からの深さとビッカース硬度の関係を示すグラフである。

浸炭処理後は、浸炭寄与剤４を塗布した部分は浸炭加工されて、浸炭処理部品１の表面に近いほど硬度が高くなる。浸炭寄与剤４を塗布しない部分は、浸炭加工されないため硬度が一定のままである。

浸炭処理部品の上面図である。 図１の断面図である。 浸炭処理部品に浸炭寄与剤を塗布した断面図である。 浸炭処理部品をケーシングに取付けた図である。 図４の断面図である。 丸棒の浸炭処理部品を示す図である。 丸棒の浸炭処理部品に浸炭寄与剤を塗布した、部分断面図である。 浸炭寄与剤を塗布した部分と塗布しない部分の、浸炭処理後の硬度分布図である。

符号の説明

１ 浸炭処理部品（金属材）
２ 凹部
３ 摺動面
４ 浸炭寄与剤（浸炭に寄与する物質）
６ 溶接部
８ 切削加工部
９ 平面部
１０ 浸炭処理部品（金属材）

Claims (4)

1. 金属材の表面を硬化する部分に、浸炭に寄与する物質を塗布する塗布工程と、
   前記塗布工程後に熱処理炉内で前記金属材の熱処理を行う熱処理工程とを有する
   浸炭処理工程を備えたことを特徴とする金属材の製造方法。
2. 前記熱処理工程は、真空中または不活性ガス雰囲気中で行うこと、を特徴とした請求項１の金属材の製造方法。
3. 前記熱処理工程は、浸炭ガス雰囲気中で行うこと、を特徴とした請求項１の金属材の製造方法。
4. 前記浸炭に寄与する物質は、前記金属材の表面の一部に塗布された後、粉体または液状または可塑性状態で、塗布された前記金属材の表面の一部にとどまること、を特徴とした請求項１乃至３の金属材の製造方法。

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