JP2014214344A5 - - Google Patents
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Description
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。
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開閉扉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１０１ｄ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。
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１１１は、作業者からの指示に従って加熱器１０２、流量調整器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。
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製部品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９３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。
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９０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。
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。
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１００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。
Claims (1)
- 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。
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