JP2014214344A - 合金鋼製部品の表面改質装置、合金鋼製部品の表面改質方法および合金鋼製部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】幅広い形状や大量の鋼製部品に対して深く均一な硬化層を得ることができる合金鋼製部品の表面改質装置、合金鋼製部品の表面改質方法および合金鋼製部品の製造方法を提供する。
【解決手段】表面改質装置100は、クロム、モリブデンおよびアルミニウムなどの窒化物形成元素を少なくとも1種類以上添加した合金鋼材からなる合金鋼製部品90に対して表面改質処理を行う処理炉101を備えている。表面改質装置100は、処理炉101内をアンモニアガスの濃度が80%以上かつ温度が620℃の雰囲気に維持した状態で合金鋼製部品90を少なくとも180分以上曝して表面に化合物層を形成する。
【選択図】 図1
【解決手段】表面改質装置100は、クロム、モリブデンおよびアルミニウムなどの窒化物形成元素を少なくとも1種類以上添加した合金鋼材からなる合金鋼製部品90に対して表面改質処理を行う処理炉101を備えている。表面改質装置100は、処理炉101内をアンモニアガスの濃度が80%以上かつ温度が620℃の雰囲気に維持した状態で合金鋼製部品90を少なくとも180分以上曝して表面に化合物層を形成する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、窒化物形成元素を含む合金鋼材からなる合金鋼製部品の表面改質装置、合金鋼製部品の表面改質方法および合金鋼製部品の製造方法に関する。
従来から、四輪車や二輪車などの車両を構成する合金鋼製の各種機械部品においては、機械的に摺動する部分における耐摩耗性を向上させる目的で表面改質処理が施されている。例えば、下記特許文献1には、所謂イオン窒化処理(「プラズマ窒化処理」ともいう)によって鋼部品の表面を改質して耐摩耗性や耐衝撃性を向上させる熱処理方法が開示されている。
しかしながら、上記特許文献1に記載された表面改質方法においては、鋼製部品の表面改質をイオン窒化処理によって行っているため、ホロカソード効果やエッジ効果によって表面改質層(硬化層)を均一に生成することが困難であるとともに表面改質可能な部品が限定されるという問題があった。ここで、ホロカソード効果とは、合金鋼製部品に直径の小さな孔部が形成されている場合、この孔部内での放電が行われ難く表面改質層が不均一となる現象である。また、エッジ効果とは、合金鋼製部品に鋭角、直角または鈍角からなる角部が形成されている場合、この角部で放電が集中して表面改質層が不均一となる現象である。また、イオン窒化処理は、処理炉内において処理対象となる鋼製部品同士を離して配置しなければならないため、大量の鋼製部品の表面改質処理には不向きであるという問題があった。
本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、幅広い形状や大量の鋼製部品に対して深く均一な硬化層を得ることができる合金鋼製部品の表面改質装置、合金鋼製部品の表面改質方法および合金鋼製部品の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、窒化物形成元素を含む合金鋼材からなる合金鋼製部品の表面改質を行う合金鋼製部品の表面改質装置であって、アンモニアガスの濃度が80%以上かつ温度が610℃以上ないし630℃以下の雰囲気中に合金鋼製部品を少なくとも180分以上曝して表面を改質する表面改質処理手段を備えていることにある。この場合、窒化物形成元素とは、窒素が浸透拡散することによって硬い窒化物を生成する元素であり、具体的には、クロム、モリブデンおよびアルミニウムのうちの少なくとも1つである。また、窒化物形成元素を含む合金鋼材は、炭素鋼に対して前記窒化物形成元素をJIS規格(日本工業規格)で定める最少量以上添加したものであり、具体的には、クロムは0.3wt%以上、モリブデンは0.08wt%以上、アルミニウムは0.1wt%以上である。
このように構成した本発明の特徴によれば、合金鋼製部品の表面改質装置は、アンモニアガスの濃度が80%以上かつ温度が610℃以上ないし630℃以下の雰囲気中に合金鋼製部品を少なくとも180分以上の間曝す表面改質処理手段を含んで構成されている。これにより、本発明者らの実験によれば、合金鋼製部品の表面に対して25μm以上の厚さの化合物層を安定的に形成することができることを確認した。すなわち、本発明に係る合金鋼製部品の表面改質方法によれば、アンモニアガスの熱分解によって生じた窒素が漂う雰囲気中で表面改質処理が行われるため、幅広い形状の合金鋼製部品に対して深く均一な硬化層を形成することができる。また、本発明に係る合金鋼製部品の表面改質装置によれば、処理炉内において処理対象となる合金鋼製部品同士はアンモニアガスが行き渡る程度の間隔を介して配置すればよいため、イオン窒化処理に比べても大量の合金鋼製部品に対して効率的に表面改質処理を行うことができる。なお、本発明者らによる実験によれば、合金鋼製部品に対する表面改質処理中においてはアンモニアガス濃度が一定であることが好ましい。
また、本発明の他の特徴は、前記合金鋼製部品の表面改質装置において、表面改質処理手段は、前記温度が620℃であることにある。
このように構成した本発明の他の特徴によれば、合金鋼製部品の表面改質装置は、合金鋼製部品を曝す雰囲気の温度が620℃に設定されているため、本発明者らの実験によれば、より安定的に硬化層を形成することができる。なお、本発明者らによる実験によれば、合金鋼製部品を曝す雰囲気の温度は、610℃以上ないし630℃以下であればよいが、615℃以上ないし625℃以下の温度がより好適であり、さらには620℃が最も好適である。そして、これらの場合、合金鋼製部品を曝す雰囲気の温度は、処理中一定に保つことが望ましい。
また、本発明の他の特徴は、前記合金鋼製部品の表面改質装置において、合金鋼製部品は、尖った形状の角部および直径が8mm以下の孔部のうちの少なくとも一方を含むことにある。この場合、角部としては、例えば、鋭角、直角または鈍角で構成された部分や錘状に尖った形状が想定される。
このように構成した本発明の他の特徴によれば、合金鋼製部品の表面改質方法は、合金鋼製部品に尖った形状の角部または直径が8mm以下の孔部を含んで構成されている場合であっても均一な硬化層を形成することができる。
また、本発明は、合金鋼製部品の表面改質装置の発明として実施できるばかりでなく、合金鋼製部品の表面改質方法および合金鋼製部品の製造方法の発明としても実施できるものである。
具体的には、合金鋼製部品の表面改質方法は、窒化物形成元素を含む合金鋼材からなる合金鋼製部品の表面改質を行う合金鋼製部品の表面改質装置であって、アンモニアガスの濃度が80%以上かつ温度が610℃以上ないし630℃以下の雰囲気中に合金鋼製部品を少なくとも180分以上曝して表面を改質する表面改質処理工程を含むようにすればよい。
この場合、表面改質処理工程は、前記温度が615℃以上ないし625℃以下の温度がより好適であり、さらには620℃が最も好適である。
また、これらの場合、合金鋼製部品は、尖った形状の角部および直径が8mm以下の孔部のうちの少なくとも一方を含むとよい。
また、合金鋼製部品の製造方法は、窒化物形成元素を含む合金鋼材からなる合金鋼製部品の製造方法であって、アンモニアガスの濃度が80%以上かつ温度が610℃以上ないし630℃以下の雰囲気中に合金鋼製部品を少なくとも180分以上曝して表面を改質する表面改質処理工程を含むようにすればよい。
以下、本発明に係る合金鋼製部品の表面改質装置、合金鋼製部品の表面改質方法および合金鋼製部品の製造方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明に係る合金鋼製部品の表面改質方法に用いられる合金鋼製部品の表面改質装置100の装置構成の概略を示した模式図である。なお、本明細書において参照する各図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。この表面改質装置100は、四輪車や二輪車などの車両を構成する合金鋼製の各種機械部品、例えば、クラッチなどの動力伝達装置を構成する円筒状のボス部品などの合金鋼製部品90の表層に硬化層を形成して耐摩耗性を向上させるための表面改質処理を行う熱処理装置である。
まず、本発明に係る表面改質装置100によって成形される合金鋼製部品90について説明しておく。この合金鋼製部品90は、車両におけるクラッチなどの動力伝達装置を構成する部品であり、炭素鋼に窒化物形成元素を添加した合金鋼材によって構成されている。この場合、炭素鋼に対して添加される窒化物形成元素は、窒素と結びついて窒化物を生成する少なくとも1種の元素であり、例えば、クロム、モリブデンおよびアルミニウムなどが相当する。また、これらの窒化物形成元素の添加量は、JIS規格(日本工業規格)で定める最少量以上であり、具体的には、クロムであれば0.3wt%以上、モリブデンであれば0.08wt%以上、アルミニウムであれば0.1wt%以上である。
この合金鋼製部品90は、詳しくは図2に示すように、略円筒状に形成された本体部91によって構成されている。本体部91は、動力伝達装置を構成する他の部材が摺動する円筒状の摺動部92と、この摺動部92における一方(図示右側)の端部側から径方向外側に円板状に張り出したフランジ部93によって構成されている。本体部91における摺動部92には、本体部91の径方向に貫通した状態で貫通孔94が形成されている。この貫通孔94は、直径が8mmに形成されている。
この表面改質装置100は、処理炉101を備えている。処理炉101は、合金鋼製部品90の表面改質処理を行うために気密的に形成された略円筒状の容器であり、合金鋼製部品90の処理温度である620℃に耐えられる材料、例えば、セラミック材で構成されている。この処理炉101は、主として、主室101aと待機室101bとで構成されている。
これらのうち、主室101aは合金鋼製部品90の表面改質処理を行うための空間であり、待機室101bは主室101aに合金鋼製部品90を出し入れする際に合金鋼製部品90を待機させておくための空間であり外部に向かって開閉する解放扉101cを備えて構成されている。そして、これらの主室101aと待機室101bとの間には、両部屋間を開閉自在仕切る仕切り壁101dが設けられている。また、これらの主室101aと待機室101bとの間には、後述する制御装置111による作動制御によって待機室101bと主室101a内との間で合金鋼製部品90を相互に搬送する搬送機構101eを備えている。なお、図1においては、仕切り壁101cを破線で示すとともに、待機室101b内の搬送機構101eおよび合金鋼製部品90をそれぞれ二点鎖線で示している。
処理炉101の外周面の外側には、加熱器102が設けられている。加熱器102は、処理炉101における主室101a内を前記処理温度である620℃まで加熱するとともに同温度を維持するための電気ヒータである。この加熱器102は、制御装置111によって作動が制御される。
また、処理炉101には、メインガス供給管103、サブガス供給管106および排気管109がそれぞれ接続されている。メインガス供給管103は、処理炉101内にアンモニアガス(図示せず)を導くための配管である。このメインガス供給管103の上流側には、流量調整器104を介してメインガスボンベ105に接続されている。流量調整器104は、処理炉101内に導入するアンモニアガスの流量を調整するための機器であり、液体アンモニアを気化する気化器(図示せず)および気化したアンモニアガスの流量を調整する流量調整弁(図示せず)などを備えて構成されている。この流量調整器104は、制御装置111によって作動が制御される。メインガスボンベ105は、液体のアンモニアを貯留するための容器である。
サブガス供給管106は、処理炉101内に窒素ガス(図示せず)を導くための配管である。このサブガス供給管106の上流側には、流量調整器107を介してサブガスボンベ108が接続されている。流量調整器107は、前記流量調整器104と同様に、処理炉101内に導入する窒素ガスの流量を調整するための機器であり、液体窒素を気化する気化器(図示せず)および気化した窒素ガスの流量を調整する流量調整弁(図示せず)などを備えて構成されている。この流量調整器107は、制御装置111によって作動が制御される。サブガスボンベ108は、液体の窒素を貯留するための容器である。
排気管109は、処理炉101内のガスを処理炉101の外に導くための配管である。この排気管109の下流側には、処理炉101内から導かれた排気ガスを脱臭および燃焼処理する排ガス処理装置110が接続されている。
制御装置111は、CPU、ROM、RAMなどからなるマイクロコンピュータによって構成されているとともに、作業者からの指示を入力するための入力装置(図示せず)および作業者に対して表面改質装置100の作動状況を表示するための表示装置(図示せず)を備えている。この制御装置111は、作業者の指示に従ってROMなどの記憶装置に予め記憶されたプログラムを実行することにより、表面改質装置100の各種作動を制御する。具体的には、制御装置100は、作業者からの指示に従って加熱器102、流量調整装置104,107および排ガス処理装置110の各作動を制御する。また、この表面改質装置100には、処理炉101内の温度およびアンモニアガスの濃度を測定して制御装置111に出力する温度センサ112aおよび濃度センサ112bをそれぞれ備えている。
(表面改質装置100の作動)
次に、上記のように構成した表面改質装置100を用いた合金鋼製部品90への表面改質処理について図3に示す工程流れ図を参照しながら説明する。ここで図3は、合金鋼製部品90を製造する製造工程を示す流れ図である。
次に、上記のように構成した表面改質装置100を用いた合金鋼製部品90への表面改質処理について図3に示す工程流れ図を参照しながら説明する。ここで図3は、合金鋼製部品90を製造する製造工程を示す流れ図である。
合金鋼製部品90を製造する作業者は、まず、第1工程として、合金鋼製部品90を成形する。具体的には、作業者は、図示しない工作機械などの機械加工設備を用いて合金鋼材を切削加工、溶接加工および研削加工を通じて本体部91、摺動部92、フランジ部93および貫通孔94の成形をそれぞれ行う。この場合、本実施形態においては、合金鋼製部品90に対して焼き入れ処理などの熱処理は行なわないが、本発明に係る表面改質処理の前または後の工程において焼き入れ処理などの熱処理を行うことも可能である。
次に、作業者は、第2工程として、合金鋼製部品90に対して表面改質処理を行う。この場合、表面改質処理は、合金鋼製部品90の表層に窒化物で構成される硬化層を形成する処理である。具体的には、作業者は、制御装置111を操作して処理炉101における仕切り壁101dを閉じて主室101a内を気密室とした後、前記機械加工によって成形された合金鋼製部品90を待機室101b内に開閉扉101cを介して合金鋼製部品90を配置する。この場合、作業者は、複数の合金鋼製部品90を配置する場合には、各合金鋼製部品90をアンモニアガスが行き渡る間隔を介して配置する。
次いで、作業者は、制御装置111を操作することにより、処理炉101における主室101a内にアンモニアガスおよび窒素ガスを導入するとともに処理炉101を加熱する。この場合、作業者は、処理炉101の主室101a内を占めるガスのうち、80%以上をアンモニアガスが占めるとともに残余を窒素ガスが占めるように主室101a内にアンモニアガスおよび窒素ガスを導入させる。また、作業者は、処理炉101の主室101a内の温度を620℃になるように加熱させる。
次に、作業者は、処理炉101における主室101a内におけるアンモニアガスの濃度が80%かつ主室101a内の温度が620℃以上の雰囲気になった場合には、制御装置111を操作することによって待機室101b内の合金鋼製部品90を主室101a内に移動させる。この後、作業者は、制御装置111を操作することにより処理炉101における主室101a内の雰囲気を維持、具体的には、主室101a内におけるアンモニアガスの濃度を80%かつ主室101a内の温度を620℃の一定にそれぞれ維持した雰囲気中に合金鋼製部品90を少なくとも180分の間曝す。すなわち、この処理炉101が、本発明に係る表面改質処理手段に相当する。
これにより、処理炉101における主室101a内においては、アンモニアガスの熱分解によって生じた窒素が合金鋼部品90の表層に浸透して硬化層を生成する。具体的には、合金鋼製部品90の表層には、最表面から順に化合物層および拡散層からなる硬化層が生成される。この場合、合金鋼製部品90に対する表面改質処理は、主室101aを漂う窒素が合金鋼製部品90に接触することによって行われるため、貫通孔94の内部やフランジ部92などの角部に対してもムラなく均一な硬化層の生成が行われる。
処理炉101の主室101a内における前記雰囲気中に合金鋼製部品90を少なくとも180分以上曝した後において作業者は、制御装置111を操作することにより処理炉101へのアンモニアガスおよび窒素ガスの供給をそれぞれ停止するとともに同処理炉101内の加熱を停止させる。そして、作業者は、処理炉101内の温度が所定の温度(例えば、150℃)未満にまで低下した後、処理炉101内から合金鋼製部品90を取り出す。
ここで、処理炉101から取り出した合金鋼製部品90の表層における硬度状態について説明しておく。図4は、所謂窒化物形成元素を含む合金鋼製部品90の表層からの距離に対する硬度変化の一例を示したグラフである。この図4によれば、合金鋼製部品90は、表面から約25μmまでの厚さにおいて660HmVから880HmVを経て780HmVの硬さの化合物層が形成されるとともに、この化合物層から下層に向かって0.2mmまでの深さにおいて拡散層が形成されていることを確認できる。これは、合金鋼製部品90の表面に対してJIS(日本工業規格)に規定されるクロムめっきと同等以上の硬度(750HmV以上)を有する化合物層を形成できたことになる。
次に、作業者は、第3工程として、仕上げ加工を行う。具体的には、作業者は、処理炉101から取り出した合金鋼製部品90を所定の寸法または表面粗さに成形するために外表面に対して研削加工を行う。この場合、合金鋼製部品90の表面には25μm以上の厚さの化合物層が形成されているため、作業者は充分な加工取り代によって容易に所定の寸法または表面粗さに加工することができる。
ここで、本発明者らによる実験結果について説明しておく。図5は、本実験に用いた試料A〜Eの化学成分値を示したものである。また、図6は、前記図5に示す各試料A〜Eに対して前記実施形態と同様の表面改質処理を施した場合における各試料A〜Eの表面硬度の測定結果を示している。この図6においては、合金鋼製部品90が部品の仕様として必要とされる硬度を満たした試料Bの硬度を100%として他の試料A,C〜Eの硬度を表している。この図6に示す実験結果によれば、化合物層が必要な硬度を得るためには、合金鋼製部品09は窒化物形成元素を含む合金鋼材で構成される必要があることを確認できる。
次に、図7〜図10は、前記図5に示す各試料A〜Eのうち、試料B〜Eに対して従来条件、温度変更条件、時間変更条件、濃度変更条件および本発明条件によって表面改質処理をそれぞれ行った場合における各試料B〜Eの化合物層厚さの測定結果を示している。この図7〜図10においては、試料Bに対して従来条件の表面改質処理を行った場合における化合物層厚さに対して60%増の化合物層厚さを目標値(達成率100%)として他の試料C〜Eの化合物層厚さを表している。
また、この本実験において、従来技術とは、従来のガス窒化処理であり、具体的には、温度が530〜580℃、処理時間が60〜180分および炉内におけるアンモニアガス濃度が30〜50%の雰囲気で合金鋼製部品90を所謂ガス軟窒化処理するものである。この従来技術における硬度は一般的に350HmV以上、化合物層の厚さは8μm〜15μm程度である。
また、温度変更条件とは、従来条件に対して温度条件のみ本発明における温度条件である620℃に変更した処理条件で合金鋼製部品90を処理するものである。また、時間変更条件とは、従来条件に対して時間条件のみ本発明における時間条件である180分以上に変更した処理条件で合金鋼製部品90を処理するものである。また、濃度変更条件とは、従来条件に対して主室101a内を閉めるガスの濃度条件のみ本発明におけるガスの濃度条件であるアンモニアガスが80%以上に変更した処理条件で合金鋼製部品90を処理するものである。また、本発明条件とは、前記実施形態における処理条件、すなわち、温度が620℃、処理時間が180分以上およびアンモニア濃度が80%以上の処理条件で合金鋼製部品90を処理するものである。
これらの図7〜図10に示す各実験結果によれば、本発明における処理条件によって形成した化合物層の厚さは、本発明における処理条件における温度条件、時間条件およびアンモニア濃度条件をそれぞれ部分的に採用した各処理条件によって形成された化合物層の厚さに比べて明らかに厚く形成できることが確認できる。すなわち、本発明によって形成される化合物層の厚さは、本発明における処理条件を部分的に採用した処理条件では実現することができず、本発明における温度条件、時間条件およびアンモニア濃度条件のすべての条件を含んだ処理条件を実行することによって始めて達成されるものである。
また、本発明に係る表面改質処理によって形成される硬化層の厚さの従来比は前記試料B〜Eの試料に対する実験結果によれば、化合物層の増加率は1.9倍〜2.5倍であり、拡散層の増加率は1.2倍〜1.6倍である。この場合、化合物層と拡散層とは、化合物層の増加に伴って拡散層も増加するが、増加率自体の大きさは化合物層の増加率に比べて拡散層の増加率は小さい。すなわち、本発明に係る表面改質処理によれば、合金鋼製部品90の内部の母材、より具体的にはじん性を有する部分の改質を抑えつつ表面に形成される化合物層の厚さを増加させることができる。したがって、本発明に係る表面改質処理は、内部にじん性を有しつつ表面に耐摩耗性が求められる機械部品に特に有用である。
なお、本発明に係る表面改質処理によって前記試料B〜Eの試料の表面に形成された化合物層の厚さは25μm〜33μmであり、これは、従来のガス窒化処理による化合物層の厚さに比べて従来のクロムモリブデン鋼材に対する浸炭焼入れおよびクロムメッキ処理を施した熱処理品や、中炭素鋼材に対する高周波焼入れおよびクロムメッキ処理を施した熱処理品における各硬化層の深さにそれぞれ迫る厚い層である。
上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、合金鋼製部品の表面改質装置100は、アンモニアガスの濃度が80%以上かつ温度が620℃の雰囲気中に合金鋼製部品90を少なくとも180分以上の間曝す処理炉101を備えて構成されている。これにより、本発明者らの実験によれば、合金鋼製部品90の表面に対して25μm以上の厚さの化合物層を安定的に形成することができることを確認した。すなわち、本発明に係る合金鋼製部品90の表面改質装置100によれば、アンモニアガスの熱分解によって生じた窒素が漂う雰囲気中で表面改質処理が行われるため、幅広い形状の合金鋼製部品90に対して深く均一な硬化層を形成することができる。また、本発明に係る合金鋼製部品の表面改質装置90によれば、処理炉101内において処理対象となる合金鋼製部品90同士はアンモニアガスが行き渡る程度の間隔を介して配置すればよいため、イオン窒化処理に比べても大量の合金鋼製部品90に対して効率的に表面改質処理を行うことができる。
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
例えば、上記実施形態においては、処理炉101の主室101a内のガスの濃度についてアンモニアガスが80%以上を占めるとともに残余を窒素ガスが占めるように構成した。しかし、主室101a内のガスの濃度は、アンモニアガスが少なくとも80%以上占めれば、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。したがって、主室101a内をアンモニアガスのみで占めるように構成してもよい。また、主室101a内のガスの濃度の80%以上をアンモニアガスで占めるとともに、残余を窒素ガスに代えてまたは加えて他のガス、例えば、炭素ガスや水素ガスで占めるように構成してもよい。これらの場合、本発明者らによる実験によれば、合金鋼製部品90に対する表面改質処理中においてはアンモニアガス濃度を一定に維持することが好ましい。
また、上記実施形態においては、処理炉101における主室101a内を620℃に加熱し維持した状態で合金鋼製部品90の表面改質処理を行った。しかし、本発明者らの実験によれば、本発明における表面改質処理の温度条件は、620℃に対して±10℃の範囲内、すなわち、610℃以上かつ630℃以下の範囲であれば本発明の効果を発揮することを確認するとともにこれらの温度範囲外では本発明の効果を十分に発揮することができないことを確認した。そして、本発明者らによる実験によれば、合金鋼製部品を曝す雰囲気の温度は、615℃以上ないし625℃以下の温度がより好適であり、最も効果的な温度条件は620℃であることを確認した。そして、これらの場合、合金鋼製部品を曝す雰囲気の温度は、処理中一定に保つことが望ましことも確認した。
また、上記実施形態においては、合金鋼製部品90は、自走式車両におけるクラッチなどの動力伝達装置の構成部品とした。しかし、本発明に係る合金鋼製部品90の表面改質装置100は、合金鋼で構成される機械部品に広く適用できるものである。この場合、本発明に係る合金鋼製部品90の表面改質装置100は、先端部が先細りの尖った形状、例えば、錐状のほか鋭角、直角または鈍角で構成される角部および直径が8mm以下、好ましくは5mm以下、より好ましくは4mm以下の孔部のうちの少なくとも一方を含む合金鋼製部品90に対しても厚く均一な化合物層を形成することができ好適である。また、合金鋼製部品90の全部または一部に機械的に摺動する部分が存在する合金鋼製部品90に対しては、本発明に係る合金鋼製部品90の表面改質装置100によって形成される硬化層(化合物層)が従来の硬化層形成処理による硬化層、具体的には、高周波焼き入れまたは浸炭焼き入れ後の硬質クロムメッキ処理による硬化層に比べて簡単かつ短時間に形成することができ有効である。
また、上記実施形態においては、表面改質装置100は、合金鋼製部品90を少なくとも180分の間アンモニアガスの濃度を80%かつ主室101a内の温度を620℃の一定にそれぞれ維持した雰囲気中に曝した。これは、本発明者らの実験によれば、合金鋼製部品90への表面改質処理が180分未満では、本発明の効果を十分に発揮することができないことを確認したことによる。したがって、表面改質装置100は、合金鋼製部品90を少なくとも180分間、アンモニアガスの濃度が80%以上かつ温度が610℃以上ないし630℃以下に維持した雰囲気中に曝す必要がある。
また、本発明に係る合金鋼製部品の表面改質方法は、窒化物形成元素を含む合金鋼材に広く適用できるものである。この場合、窒化物形成元素を含む合金鋼材としては、クロム、モリブデンおよびアルミニウムのうちの少なくとも1種をJIS規格(日本工業規格)で定める最少量以上含む鋼材であり、例えば、クロム合金鋼、クロムモリブデン鋼、窒化鋼の他、アルミニウムを0.1〜0.3wt%含んだ炭素鋼、クロム合金鋼またはクロムモリブデン鋼がある。
90…合金鋼製部品、91…本体部、92…摺動部、93…フランジ部、94…貫通孔、
100…表面改質装置、
101…処理炉、101a…主室、101b…待機室、101c…開閉扉、101d…仕切り壁、101e…搬送機構、102…加熱器、103…メインガス供給管、104…流量調整器、105…メインガスボンベ、106…サブガス供給管、107…流量調整器、108…サブガスボンベ、109…排気管、110…排ガス処理装置、111…制御装置、112a…温度センサ、112b…濃度センサ。
100…表面改質装置、
101…処理炉、101a…主室、101b…待機室、101c…開閉扉、101d…仕切り壁、101e…搬送機構、102…加熱器、103…メインガス供給管、104…流量調整器、105…メインガスボンベ、106…サブガス供給管、107…流量調整器、108…サブガスボンベ、109…排気管、110…排ガス処理装置、111…制御装置、112a…温度センサ、112b…濃度センサ。
Claims (7)
- 窒化物形成元素を含む合金鋼材からなる合金鋼製部品の表面改質を行う合金鋼製部品の表面改質装置であって、
アンモニアガスの濃度が80%以上かつ温度が610℃以上ないし630℃以下の雰囲気中に前記合金鋼製部品を少なくとも180分以上曝して表面を改質する表面改質処理手段を備えていることを特徴とする合金鋼製部品の表面改質装置。 - 請求項1に記載した合金鋼製部品の表面改質装置において、
前記表面改質処理手段は、
前記温度が620℃であることを特徴する合金鋼製部品の表面改質装置。 - 請求項1または請求項2に記載した合金鋼製部品の表面改質装置において、
前記合金鋼製部品は、
尖った形状の角部および直径が8mm以下の孔部のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする合金鋼製部品の表面改質装置。 - 窒化物形成元素を含む合金鋼材からなる合金鋼製部品の表面改質方法であって、
アンモニアガスの濃度が80%以上かつ温度が610℃以上ないし630℃以下の雰囲気中に前記合金鋼製部品を少なくとも180分以上曝して表面を改質する表面改質処理工程を含むことを特徴とする合金鋼製部品の表面改質方法。 - 請求項4に記載した合金鋼製部品の表面改質方法において、
前記表面改質処理工程は、
前記温度が620℃であることを特徴する合金鋼製部品の表面改質方法。 - 請求項4または請求項5に記載した合金鋼製部品の表面改質方法において、
前記合金鋼製部品は、
尖った形状の角部および直径が8mm以下の孔部のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする合金鋼製部品の表面改質方法。
の表面改質方法。 - 窒化物形成元素を含む合金鋼材からなる合金鋼製部品の製造方法であって、
アンモニアガスの濃度が80%以上かつ温度が610℃以上ないし630℃以下の雰囲気中に前記合金鋼製部品を少なくとも180分以上曝して表面を改質する表面改質処理工程を含むことを特徴とする合金鋼製部品の製造方法。
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