JP2011252230A - 変更された低温表面硬化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】変更された低温表面硬化方法であって、より具体的には、加工物が、炭素を加工物内に拡散させるにために高い浸炭温度で浸炭用ガスと接触され、これにより析出炭化物の形成なしに所定厚さの硬化されたケースを形成するガス浸炭による加工物を表面硬化させる方法であって、浸炭の早期の段階中に迅速な浸炭を助長し同時に浸炭の後期段階における析出炭化物の形成を避けるように、浸炭の瞬間的速度が、浸炭中により減らされる方法など。
【選択図】なし
Description
(1) 加工物が、炭素を加工物内に拡散させるにために高い浸炭温度で浸炭用ガスと接触され、これにより析出炭化物の形成なしに所定厚さの硬化されたケースを形成するガス浸炭による加工物を表面硬化させる方法であって、浸炭の早期の段階中に迅速な浸炭を助長し同時に浸炭の後期段階における析出炭化物の形成を避けるように、浸炭の瞬間的速度が、浸炭中により減らされる方法。
(2) 品物の表面内への炭素の拡散を支援するに十分であるが品物表面における析出炭化物の実質的な形成を支援するには不十分な高い浸炭温度における浸炭用ガスと加工物との接触を含む鉄、ニッケル又は両者を含んだ加工物の低温ガス浸炭のための方法であって、最終浸炭温度のみで行われる浸炭について可能であるよりも迅速な浸炭を達成するために、浸炭温度が初期浸炭温度から最終浸炭温度に下げられる方法。
(3) 浸炭温度がその初期値とその最終値との間で少なくも2回、段階的に下げられる項目2の方法。
(4) 浸炭温度がその初期値とその最終値との間で少なくも5回、段階的に下げられる項目3の方法。
(5) 浸炭の開始後1時間で始まり浸炭の実質的完了時に終わる時間の少なくも80%について、瞬間的浸炭温度が、析出炭化物の実質的な形成の始まるであろう温度の111deg(200゜F)内に維持される項目2の方法。
(6) 浸炭の開始後1時間で始まり浸炭の実質的完了時に終わる時間の少なくも80%について、瞬間的浸炭温度が、析出炭化物の実質的な形成の始まるであろう温度の55.6deg(100゜F)内に維持される項目5の方法。
(7) 浸炭の開始後1時間で始まり浸炭の実質的完了時に終わる時間の少なくも95%について、瞬間的浸炭温度が、析出炭化物の実質的な形成の始まるであろう温度の111deg(200゜F)内に維持される項目2の方法。
(8) 浸炭の開始後1時間で始まり浸炭の実質的完了時に終わる時間の少なくも95%について、瞬間的浸炭温度が、析出炭化物の実質的な形成の始まるであろう温度の55.6deg(100゜F)内に維持される項目5の方法。
(9) 加工物がステンレス鋼で作られ、更に硬化される加工物の表面が、この表面を炭素原子が浸透し易くさせるために浸炭より前に活性化させる項目2の方法。
(10) 加工物表面により取り上げられた炭素の量で測定して、浸炭が少なくも5%完了した後でかつ浸炭が80%完了するより前に、浸炭が中断されそして加工物が加工物表面内への炭素原子の拡散を強化するように処理される項目2の方法。
(11) 浸炭の開始後1時間で始まり浸炭の実質的完了時に終わる間で、浸炭温度が、析出炭化物の実質的な形成が始まるであろう温度の下方55.6deg(100゜F)以上落ちたときだけが、加工物表面内への炭素原子の拡散を強化するための加工物の処理中である項目10の方法。
(12) 品物の表面内への炭素の拡散を支援するに十分であるが品物表面における析出炭化物の実質的な形成を支援するには不十分な高い浸炭温度における浸炭用ガスと加工物との接触を含む鉄、ニッケル又は両者を含んだ加工物の低温ガス浸炭のための方法であって、 最終濃度のみで行われた浸炭について可能であるよりも硬いケースを達成しかつ初期濃度のみで行われた浸炭について可能であるよりも煤の発生が少ないように、浸炭用ガス内の浸炭の種の濃度が、浸炭中に初期濃度から最終濃度に落とされる方法。
(13) 浸炭の種の濃度が、初期濃度と最終濃度との間で少なくも2回、段階的に下げられる項目12の方法。
(14) 浸炭の種の濃度が、初期濃度と最終濃度との間で少なくも5回、段階的に下げられる項目13の方法。
(15) 浸炭の種の最終濃度が、浸炭の種の初期濃度の50%より小さい項目12の方法。
(16) 浸炭の種の最終濃度が、浸炭の種の初期濃度の25%より小さい項目15の方法。
(17) 浸炭の種の最終濃度が、浸炭の種の初期濃度の10%より小さい項目16の方法。
(18) 加工物がステンレス鋼で作られ、更に硬化される加工物の表面が、この表面を炭素原子を浸透するようにさせるために、浸炭の前に活性化される項目12の方法。
(19) 加工物表面により取り上げられた炭素の量で測定して、浸炭が少なくも10%完了した後でかつ浸炭が80%完了するより前に、浸炭が中断されそして加工物が加工物表面内への炭素原子の拡散を強化するように処理される項目12の方法。
(20) 浸炭の開始後1時間で始まり浸炭の実質的完了時に終わる間で、浸炭温度が、析出炭化物の実質的な形成が始まるであろう温度の下方55.6deg(100゜F)以上落ちたときだけが、加工物表面内への炭素原子の拡散を増すための加工物の処理中である項目19の方法。
(21) 加工物が、炭素を加工物内に拡散させるために高い浸炭温度で浸炭用ガスと接触させられ、これにより析出炭化物の形成なしに所定厚さの硬化されたケースを形成するガス浸炭により加工物をケース硬化させる方法であって、浸炭が始められた後であるが浸炭が完了するより前に浸炭が中断され、かつ加工物が加工物表面内への炭素の拡散を強化するように処理される方法。
(22) 加工物の表面を炭素原子が浸透するようにするために、浸炭される加工物の表面を活性化し、次いで品物の表面内への炭素の拡散を支援するに十分であるが品物表面における析出炭化物の実質的な形成を支援するには不十分な高い浸炭温度で浸炭用ガスと加工物とを接触させることを含むステンレス鋼加工物の低温ガス浸炭のための方法であって、加工物表面により取り上げられた炭素の量で測定して、浸炭が少なくも10%完了した後でかつ浸炭が80%完了するより前に、浸炭が中断されそして加工物が加工物表面内への炭素原子の拡散を強化するように再活性化される方法。
(23) 浸炭が少なくも35%完了した後でかつ浸炭が65%完了するより前に、浸炭が中断されそして加工物が加工物表面内への炭素原子の拡散を強化するように再活性化される項目22の方法。
(24) 浸炭の開始後1時間で始まり浸炭の実質的完了時に終わる間で、浸炭温度が、析出炭化物の実質的な形成が始まるであろう温度の下方55.6deg(100゜F)以上落ちたときだけが、加工物の再活性化中である項目22の方法。
(25) 鉄で電気メッキされた加工物が、加工部表面内に炭素を拡散させるために高い浸炭温度で浸炭用ガスと接触させられこれにより所定の厚さの硬化されたケースを形成するガス浸炭により加工物をケース硬化する方法であって、浸炭の開始後であるが浸炭の完了前に、浸炭が中断されそして浸炭の終わりに形成されたケースがパージ用ガスとの接触なしに形成されたケースよりも硬いように、加工物が、本質的に不活性ガスよりなるパージ用ガスと316℃(600゜F)より低いパージ温度で接触させられる方法。
(26) 加工物が鉄、ニッケル又は両者を含み、更に最終浸炭温度のみで行われた浸炭について可能であるよりもより早く浸炭を達成するために、浸炭温度が初期浸炭温度から最終浸炭温度に下げられる項目1の方法。
(27) 加工物が鉄、ニッケル又は両者を含み、更に最終濃度のみで行われた浸炭について可能であるよりもより硬いケースを達成しかつ初期濃度のみで行われた浸炭について可能であるよりも煤の発生が少ないように、浸炭用ガス中の浸炭の種の濃度が、浸炭中に初期濃度から最終濃度に下げられる項目1の方法。
(28) 浸炭される加工物がステンレス鋼より作られ、 浸炭される加工物の表面が、これら表面を端子原子が透過するようにするために活性化され、更に 加工物表面により取り上げられた炭素の量で測定して浸炭が少なくも10%完了した後であるが浸炭が80%完了するより前に浸炭が中断され、そして加工物が加工物表面内への炭素原子の拡散を強化するために再活性化される項目21の方法。
(29) 浸炭される加工物がステンレス鋼より作られ、浸炭される加工物の表面が、これら表面を端子原子を透過させるように鉄との接触により活性化され、更に浸炭が始まった後であるが浸炭が完了するより前に浸炭が中断され、そして浸炭の終わりに形成されたケースがパージ用ガスとの接触なしに形成されたケースよりもより硬いように、加工物が316℃(600゜F)以下のパージ温度で本質的に不活性ガスよりなるパージ用ガスと接触せられる項目21の方法。
[発明の概要]
これら及びその他の目的は、低温浸炭方法における加工物の浸炭速度が、析出炭化物の形成を助長させ得る所定の限界に接近するがこれを越えないように、浸炭温度及び/又は浸炭用ガス内の浸炭の種(specie)の濃度を調整することにより大きくさせ得ることの発見に基づく本発明により達成される。
本発明により、鉄を含んだ加工物が低温浸炭により表面硬化され、この間に、
浸炭速度の総合値を大きくして、これにより過去において可能であったよりも迅速に浸炭過程を完了させるために、浸炭温度の調整、浸炭ガス中の浸炭の種の濃度の調整、浸炭すべき表面の再活性化、及び浸炭すべき表面の清浄化を含んだ1以上の過程が実行される。
加工物
本発明は、析出物の形成なしに材料の表面内に炭素原子を拡散させることにより表面硬化、又は「ケース」を形成し得る、鉄又はニッケルを含んだ材料の表面硬化に応用できる。かかる材料は公知であり、例えば上述の1998年8月12日付け出願SN9/133,040号、米国特許5,792,282号、EPO0787817号、及び日本特願平9−14019号(特開平9−268364号)に説明され、これらの開示は参考文献としてここに組み入れられる。
活性化
ステンレス鋼、特にオーステナイト系ステンレス鋼は、大気に暴露されると本質的に瞬間的に酸化クロム(Cr2O3)のコヒーレントな保護層を形成する。この酸化クロム層は、炭素原子の拡散に対して不浸透性である。このため、本発明により浸炭すべき加工物が、通過する炭素原子の拡散に対して不浸透性の表面層を持っているステンレス鋼又はその他の材料である場合は、表面硬化すべき加工物の表面は、これを浸炭するより前に活性化し、又は「脱不動態化」しなければならない。
低温浸炭
加工物は、浸炭について準備されると、炭素原子が加工物の表面内に拡散するに十分な時間、高温で浸炭用ガスと接触させられる。
浸炭温度の調節
本発明の一態様により、従来典型的に使用された温度より高い浸炭温度で浸炭過程を開始し、そしてこの温度を、浸炭の進行とともに浸炭過程の終点における通常の浸炭温度に達するように下げることにより、前記の拘束は大きく無くされる。
浸炭用ガス
通常のガス浸炭において浸炭される加工物に炭素を供給するために、種々の多くの炭素化合物を使うことができる。例は、メタン、エタン及びプロパンのような炭化水素ガス、一酸化炭素、二酸化炭素のような酸素含有化合物、並びに合成ガスのようなこれらガスの混合物である。上述のStickleの文献を参照。
浸炭用ガスの調整
本発明の別の態様により、低温浸炭過程の総合浸炭速度は、浸炭用ガス内の炭素を含む種の濃度の調整によっても強化することができる。温度と同様に、通常の低温ガス浸炭における炭素濃度は、浸炭の後段における炭素及び煤の過剰な生産を確実に避けるために、一定に維持されることが普通である。このため、本発明のこの態様により、浸炭用ガス内の炭素含有化合物又は種の濃度は、浸炭中、初期の高い値から低い最終値に調整される。
再活性化
本発明のなお別の態様により、浸炭の完了前に加工物に追加の活性化段階を適用することにより、ステンレス鋼製品の低温浸炭速度を更に増加し得ることが見いだされた。上に示されるように、ステンレス鋼及び酸化クロムのコヒーレントな被覆を形成するその他の合金は、酸化物被覆がこれを通して炭素原子が拡散するために浸透するようにするために、浸炭前に活性化することが必要である。通常の低温ガス浸炭方法を含んだ通常のガス浸炭方法においては、活性化は、加工物が浸炭炉内に置かれた後に1回行われるだけであり、加工物は、活性化後、これが炉から取り出されるとコヒーレントな酸化物被覆が再形成されるので、炉内に残されたままである。
中間パージ
本発明の更に別の態様により、鉄の電気メッキにより活性化された加工物をガス浸炭することにより作られた表面硬化の品質は、浸炭過程の中間段階において、316℃(600゜F)で不活性ガスと加工物とを接触させることにより改良することができる。
例
本発明をより全体として説明するために、以下の作業例が提供される。
例1
AISI 316ステンレス鋼が、有機残留物を除去するために洗浄された後、薄い鉄の層で電気メッキにより活性化された。
0.0762mm(0.003インチ)の硬化された表面(ケース)を有する製品が作られ、このケースには、本質的に析出炭化物がない。
例2
析出炭化物なしでかつ厚さが約0.0762mm(0.003インチ)の硬化ケースが作られるまで、浸炭温度が一定温度471℃(880゜F)に維持されことを除いて例1が繰り返された。更に、浸炭用ガス内のCO濃度は、168から240時間の間、1.0%に維持された。これらの条件下で、この厚さのケースを得るには240時間の運転を要した。
例3
AISI 316ステンレス鋼の加工物が、有機残留物除去のための洗浄後、288℃(550゜F)において、N2内の20%HClと60分間の接触により活性化された。
0.0241mm(0.00095インチ)の硬化された表面(即ち、ケース)を有する製品が作られ、このケースは、本質的に析出炭化物がなく、かつ煤の生産は最小である。
例4
浸炭の2時間後、COの流れを止め、N2の継続流により加工物を149℃(300゜F)に冷却することを除いて、例3が繰り返された。次いで、加工物表面を再活性化するために、20%HClが流れているガスに加えられ、そして加工物温度が288℃(550゜F)に上げられた。この状態で60分後に、浸炭が再開された。同じ時間内にほぼ0.0267mm(0.00105インチ)厚のケースが形成されたこと、及び形成されたケースが例3で形成されたケースよりも一様な深さであることが見いだされた。
Claims (1)
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