JP2019131867A - Slurry for surface hardening and structural material manufactured using the same - Google Patents

Slurry for surface hardening and structural material manufactured using the same Download PDF

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Abstract

To provide, when forming a hardened layer including metal carbide on a treated material as a base material of a structural material, slurry for surface hardening which facilitates the treatment and prevents the base material from decreasing in carbon concentration, and to obtain a structural material improved in fatigue lifetime by the hardened layer formed using the slurry for surface hardening.SOLUTION: Slurry for surface hardening is slurry which is applied over a surface of a treated material and used to harden the treated material, and includes metal powder, a carbonizing agent as a compound containing carbon and nitrogen, and a solvent. The structural material has a base material and a hardened layer, which includes particles of carbide including metal and carbon as constituent elements. The hardened layer has a higher concentration of carbide than the base material, the carbide monotonously decreasing in concentration from a vapor phase-side surface of the hardened layer toward the center part of the base material.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、表面硬化処理用スラリー及びこれを用いて作製した構造材に関する。   The present invention relates to a slurry for surface hardening treatment and a structural material produced using the slurry.

鉄系素材において機械的性質の向上、耐食性の向上あるいは機能性の向上のための組織制御の手法として表面硬化法がある。   There is a surface hardening method as a technique for controlling the structure in order to improve mechanical properties, corrosion resistance or functionality in an iron-based material.

特許文献1には、炭素含有量が表面から内部に向かって低下した、鋼によって形成された基材と、周期律表における第4A族、第5A族又は第6A族の遷移金属元素を含む炭化物からなる膜と、を有する耐摺動部材が記載されている。この炭化物からなる膜は、硬度が高く、従って耐摺動部材の表面を高硬度にできる、という効果が得られることが記載されている。特許文献1においては、浸炭処理が施された基材を高温の溶融塩浴剤中に浸漬することにより、基材の表面に膜を形成する。溶融塩浴剤の例としては、ほう砂にFe−Vの金属粉末を添加したものが挙げられている。   Patent Document 1 discloses a carbide containing a base material formed of steel whose carbon content decreases from the surface toward the inside, and a transition metal element of Group 4A, Group 5A or Group 6A in the periodic table. A sliding-resistant member having a film made of is described. It is described that the film made of the carbide has high hardness, and therefore, the effect that the surface of the sliding-resistant member can be made high in hardness is described. In Patent Document 1, a film is formed on the surface of the base material by immersing the base material subjected to carburizing treatment in a high-temperature molten salt bath. As an example of the molten salt bath agent, one obtained by adding Fe-V metal powder to borax is mentioned.

特許文献2には、表面硬化層を有する鋼材の信頼性を向上させることを目的として、鉄系材料の表面側に粒状の炭素及び窒素を含む鉄化合物を有する表面硬化鋼材が記載されている。この文献には、実施例として、NH−CH系混合ガスを用いて600℃で鉄板の表面を炭窒化する処理が記載されている。 Patent Document 2 describes a surface-hardened steel material having an iron compound containing granular carbon and nitrogen on the surface side of an iron-based material for the purpose of improving the reliability of the steel material having a surface hardened layer. In this document, as an example, a process of carbonitriding the surface of an iron plate at 600 ° C. using an NH 3 —CH-based mixed gas is described.

特許文献3には、熱間圧延用複合ロールにおいて、外層に、Fe基合金の金属組織中に、黒鉛と、V等を含有するMC系炭化物と、を分散した構成を有するものが記載されている。この外層は、溶湯を用いて形成するものである。   Patent Document 3 describes a composite roll for hot rolling in which the outer layer has a structure in which graphite and MC-based carbide containing V or the like are dispersed in a metal structure of an Fe-based alloy. Yes. This outer layer is formed using molten metal.

非特許文献1には、水ガラス、グラファイト等を混合したペーストを、鋼等の金属からなる基材に塗布し、プラズマ処理を施すことにより浸炭方法が開示されている。   Non-Patent Document 1 discloses a carburizing method by applying a paste in which water glass, graphite or the like is mixed to a base material made of a metal such as steel and performing a plasma treatment.

特開2016−041830号公報JP, 2006-041830, A 特開2015−206061号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-206061 特開2004−009063号公報JP 2004-009063 A

Balanovskii et al.: IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 87 (2017) 092003Balanovskii et al .: IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 87 (2017) 092003

特許文献1に記載の耐摺動部材に形成されるバナジウム炭化物の膜については、バナジウムが溶融塩浴剤から供給されるのに対し、炭素は浸炭処理を施した基材から供給される。このため、バナジウム炭化物の膜と基材側との境界部分には、炭素濃度が低下した領域が生じ、構造材としての機械特性に変動が生じるおそれがある。   In the vanadium carbide film formed on the sliding-resistant member described in Patent Document 1, vanadium is supplied from the molten salt bath, whereas carbon is supplied from the carburized substrate. For this reason, a region where the carbon concentration is lowered is generated at the boundary portion between the vanadium carbide film and the substrate side, and there is a possibility that the mechanical characteristics as the structural material may vary.

特許文献2に記載の表面硬化鋼材は、ガスを用いて炭窒化するため、その際に用いる炉を密閉する等、処理装置が大掛かりになるおそれがある点で改善の余地が残っている。   Since the surface-hardened steel described in Patent Document 2 is carbonitrided using gas, there remains room for improvement in that the processing apparatus may become large, such as sealing a furnace used at that time.

特許文献3に記載の熱間圧延用複合ロールの外層は、溶湯を用いて形成するため、処理装置が大掛かりになるおそれがある点で改善の余地が残っている。   Since the outer layer of the hot-rolling composite roll described in Patent Document 3 is formed using molten metal, there remains room for improvement in that the processing device may become large.

非特許文献1に記載の浸炭方法は、窒素成分を添加する考え方を含むものではない。   The carburizing method described in Non-Patent Document 1 does not include the concept of adding a nitrogen component.

構造材の表面に金属炭化物の層(MC層)を形成する手法において、構造材の表面に連続したMC層は、構造材との密着性や信頼性の観点からの望ましくない場合もある。このため、当該手法は、金属炭化物(MC)が連続せずに分散した構造を有していることが望ましい場合にも対応できることが望ましい。また、金属元素Mや炭素Cを構造材の表面に拡散する工程において酸化をできるだけ防止する必要がある。   In the method of forming a metal carbide layer (MC layer) on the surface of the structural material, the MC layer continuous on the surface of the structural material may not be desirable from the viewpoint of adhesion to the structural material and reliability. For this reason, it is desirable that this method can cope with a case where it is desirable to have a structure in which metal carbide (MC) is dispersed without being continuous. Further, it is necessary to prevent oxidation as much as possible in the process of diffusing the metal element M and carbon C on the surface of the structural material.

本発明の目的は、構造材の基材となる被処理材に、金属炭化物を含む硬化層を形成する際に、その処理を簡便にするとともに基材の炭素濃度の低下を防止する表面硬化処理用スラリーを提供し、これを用いて形成した硬化層により疲労寿命を向上した構造材を得ることにある。   An object of the present invention is to provide a surface hardening treatment for simplifying the treatment and preventing a decrease in the carbon concentration of the base material when forming a hardened layer containing a metal carbide on the material to be treated which is a base material of the structural material. An object of the present invention is to provide a structural material having a fatigue life improved by a hardened layer formed using the slurry.

本発明の表面硬化処理用スラリーは、被処理材の表面に塗布し、被処理材の硬化処理に用いるスラリーであって、金属粉と、炭素及び窒素を含有する化合物である炭化剤と、溶媒と、を含む。   The slurry for surface hardening treatment of the present invention is a slurry that is applied to the surface of a material to be treated and used for the hardening treatment of the material to be treated, and is a metal powder, a carbonizing agent that is a compound containing carbon and nitrogen, and a solvent. And including.

本発明の構造材は、基材と、硬化層と、を有し、硬化層は、金属と炭素とを構成元素として含む炭化物の粒子を含み、硬化層は、基材よりも炭化物の濃度が高く、炭化物の濃度は、硬化層の気相側表面から基材の中央部に向かって単調に減少している。   The structural material of the present invention has a base material and a hardened layer, the hardened layer contains carbide particles containing metal and carbon as constituent elements, and the hardened layer has a carbide concentration higher than that of the base material. The carbide concentration is monotonously decreasing from the gas phase side surface of the hardened layer toward the center of the substrate.

本発明によれば、構造材の基材となる被処理材に金属炭化物を含む硬化層を形成する際に、その処理を簡便にするとともに基材の炭素濃度の低下を防止することができ、構造材の疲労寿命を向上することができる。   According to the present invention, when forming a hardened layer containing a metal carbide on a material to be treated which is a base material of a structural material, the treatment can be simplified and a decrease in the carbon concentration of the base material can be prevented. The fatigue life of the structural material can be improved.

実施例1の構造材に形成された硬化層の組織を示す模式図である。3 is a schematic diagram showing a structure of a hardened layer formed on the structural material of Example 1. FIG. 実施例2の構造材に形成された硬化層の組織を示す模式図である。6 is a schematic diagram showing a structure of a hardened layer formed on the structural material of Example 2. FIG. 構造材の硬化層における硬さの分布の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of distribution of the hardness in the hardened layer of a structural material. 構造材の硬化層における炭素濃度の分布の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of distribution of the carbon concentration in the hardened layer of a structural material. 構造材の硬化層におけるバナジウム濃度の分布の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of distribution of the vanadium density | concentration in the hardened layer of a structural material. 本発明の構造材の例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the example of the structural material of this invention.

本発明は、低合金鋼等の疲労強度を向上するための表面改質に使用するスラリー及びこれを用いて作製した構造材に関する。   The present invention relates to a slurry used for surface modification for improving fatigue strength, such as low alloy steel, and a structural material produced using the slurry.

図6は、本発明の構造材であって硬化層を有するものを示す模式断面図である。   FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the structural material of the present invention having a hardened layer.

本図に示すように、構造材50は、基材52(被処理材)の表面に硬化層54(炭化層)を形成したものである。   As shown in this figure, the structural material 50 is obtained by forming a hardened layer 54 (carbonized layer) on the surface of a base material 52 (material to be treated).

基材52に硬化層54(以下「金属炭化物層」ともいう。)を形成する際に、基材52の炭素濃度の低下を防止するためには、基材52よりも高炭素濃度の材料を使用して基材52の外部から炭素を供給することが有効である。このような方法により作製された構造材50においては、硬化層54は、炭素等の元素の比率に分布を有する組成傾斜層となる。   In order to prevent a decrease in the carbon concentration of the base material 52 when forming a hardened layer 54 (hereinafter also referred to as a “metal carbide layer”) on the base material 52, a material having a higher carbon concentration than the base material 52 is used. It is effective to use and supply carbon from the outside of the substrate 52. In the structural material 50 manufactured by such a method, the hardened layer 54 is a composition gradient layer having a distribution in the ratio of elements such as carbon.

ここで、硬化層54を形成する前の被処理材は、鋼であって、炭素濃度が0.6質量%未満であることが望ましい。   Here, it is desirable that the material to be treated before forming the hardened layer 54 is steel and has a carbon concentration of less than 0.6 mass%.

例えば、被処理材がS45Cの場合、被処理材の外側に炭素濃度0.45質量%を超える材料を接触させ、加熱することにより、被処理材の外部から炭素の濃度勾配を利用して炭素を供給することが可能である。   For example, when the material to be treated is S45C, a material having a carbon concentration of 0.45% by mass or more is brought into contact with the outside of the material to be treated and heated, so that carbon is utilized from the outside of the material to be treated using a carbon concentration gradient. Can be supplied.

金属炭化物層(以下、金属炭化物を「MC」ともいう。)の連続性と信頼性に関しては、MCが層状ではなく、粒子状で被処理材に分散していることが望ましい。したがって、MCが加熱時に被処理材に溶解または固溶をする材料系であることが望まれる。MCが被処理材に溶解可能な工程を経れば、MCが層状で残留しにくくなる。このような元素Mとしては、バナジウム(V)が最適である。Vは、鉄鋼材料を加熱して生じるγ−Fe中にMC形成元素として最も固溶する元素だからである。   Regarding the continuity and reliability of the metal carbide layer (hereinafter, metal carbide is also referred to as “MC”), it is desirable that MC be dispersed in the material to be processed in a particle form rather than a layer form. Therefore, it is desirable that the MC is a material system in which the MC dissolves or dissolves in the material to be treated when heated. If the MC can be dissolved in the material to be processed, the MC is hardly layered and remains. As such an element M, vanadium (V) is optimal. This is because V is an element that is most solid-solved as an MC forming element in γ-Fe produced by heating a steel material.

当該工程中の酸化防止には、後述のとおり、金属元素MとしてVを選択した場合に酸化防止に有効な添加元素を利用することが望ましい。   In order to prevent oxidation during the process, it is desirable to use an additive element effective for preventing oxidation when V is selected as the metal element M, as will be described later.

上記の場合に、被処理材の外部に用いる材料は、炭素とバナジウムとを含有し、その材料の炭素濃度が被処理材の炭素濃度よりも高いことが必要となる。ここで、炭素(C)とバナジウム(V)とを含有する材料については、Vが複数種類の炭化物V(x及びyは正数)に変化するため、x及びyの違いによって変化するそれぞれの炭化物の性質を考慮する必要がある。バナジウム炭化物系において炭素濃度が最も低い炭化物は、VCである。このVCが液相と平衡となる温度は、約1630℃である。このため、VCは、MCを形成可能な金属元素の中で低温度で液相と共存可能である。VC(11−14質量%炭素)は、被処理材の炭素濃度よりも高い炭素濃度を有し、かつ、被処理材を加熱してγ相が形成されれば、V及びCはγ相に固溶し易いことから、VCを利用することが望ましい。 In the above case, the material used outside the material to be treated contains carbon and vanadium, and the carbon concentration of the material needs to be higher than the carbon concentration of the material to be treated. Here, with respect to the material containing carbon (C) and vanadium (V), V changes to a plurality of types of carbides V x C y (x and y are positive numbers), and therefore changes depending on the difference between x and y. It is necessary to consider the nature of the respective carbides to be made. The carbide having the lowest carbon concentration in the vanadium carbide system is V 2 C. The temperature at which V 2 C is in equilibrium with the liquid phase is about 1630 ° C. For this reason, V 2 C can coexist with the liquid phase at a low temperature among metal elements capable of forming MC. V 2 C (11-14 mass% carbon) has a carbon concentration higher than the carbon concentration of the material to be treated, and if the γ phase is formed by heating the material to be treated, V and C are γ It is desirable to use V 2 C because it is easily dissolved in the phase.

Cを形成するためには、Vなどの酸化物の形成を抑制する必要がある。V粉末を使用する場合、表面の酸化を抑制しながら被処理材の表面から炭素を供給し、VCを含む粉体を低コストで製造し、これを被処理材の表面に塗布し、又は密着させ、加熱する。これにより、V及びCを被処理材の表面から拡散させることが可能である。 In order to form V 2 C, it is necessary to suppress formation of an oxide such as V 2 O 3 . When using V powder, carbon is supplied from the surface of the material to be treated while suppressing surface oxidation, and a powder containing V 2 C is produced at low cost, and this is applied to the surface of the material to be treated. Alternatively, close contact and heat. Thereby, V and C can be diffused from the surface of the material to be processed.

上記低コストの製造プロセスを提供するためには、特別な設備ができるだけ不要で、かつ、短時間で処理する工程を採用する必要がある。このためには、炭素源となる物質と、V粉末とを混合し、塗布可能なスラリーとし、かつ、酸化防止のために窒素を含有する物質もスラリーに混合することが有効である。更に具体的には、スラリーにアルコール、ケトン等を用い、V粉末とともにベンゾトリアゾールやイミダゾールなどのC及びN(窒素)を含む添加物を添加する。このようなC及びNを含有しO(酸素)を含まない添加剤を用いることが望ましい。これは、V粉末の表面に、Vと結合した被膜が形成され、酸化が防止されるからである。   In order to provide the low-cost manufacturing process, it is necessary to employ a process in which special equipment is not required as much as possible and processing is performed in a short time. For this purpose, it is effective to mix a carbon source substance and V powder to form a slurry that can be applied, and also to mix a nitrogen-containing substance in the slurry to prevent oxidation. More specifically, alcohol, ketone or the like is used for the slurry, and an additive containing C and N (nitrogen) such as benzotriazole and imidazole is added together with the V powder. It is desirable to use such an additive containing C and N and not containing O (oxygen). This is because a film combined with V is formed on the surface of the V powder, and oxidation is prevented.

なお、ベンゾトリアゾールは、金属粉の腐食防止及び炭化を兼ねている。   Note that benzotriazole also serves as corrosion prevention and carbonization of metal powder.

上記のような課題に対する対策を量産工程で採用すると、以下のようになる。   When measures against the above problems are adopted in the mass production process, the following results.

被処理材は、加熱によりγ相が形成される材料であり、低合金鋼や工具鋼などはいずれも処理可能である。処理に使用するスラリーは、2−ブタノンやメタノール、エタノールを含む。MCを被処理材に分散成長させるために選択される元素Mは、バナジウムが望ましい。V粉末を粉砕し、ベンゾトリアゾールやイミダゾールを添加し、アルコール、ケトン等と混合し、スラリーとする。   The material to be treated is a material in which a γ phase is formed by heating, and any of low alloy steel and tool steel can be treated. The slurry used for processing contains 2-butanone, methanol, and ethanol. The element M selected to disperse and grow MC on the material to be processed is preferably vanadium. V powder is pulverized, benzotriazole or imidazole is added, and mixed with alcohol, ketone or the like to form a slurry.

スラリーの被処理材への塗布性を確保するために、結着剤としてエポキシ樹脂やアクリル酸を添加する。このようなスラリーを被処理材の表面に塗布した後、乾燥させ、溶媒を除去し、加熱して被処理材にγ相が形成する温度範囲で保持する。ベンゾトリアゾールやイミダゾール中の炭素の一部がバナジウムへの炭素供給源となり、V粉表面の一部または全面がγ相形成温度に昇温する前にVCとなる。このようなバナジウム炭化物の一部が被処理材のγ相中に固溶し、拡散する。固溶及び拡散が進行する温度から温度を低下させると、固溶したVやCがVCとなって析出する。このVC系析出物は、硬さ(ビッカース硬さ)が1500Hv以上であり、耐摩耗性向上、疲労強度向上及び摩擦係数低減に寄与する。 In order to ensure the applicability of the slurry to the material to be treated, an epoxy resin or acrylic acid is added as a binder. After applying such a slurry to the surface of the material to be treated, drying is performed, the solvent is removed, and heating is performed in a temperature range where a γ phase is formed on the material to be treated. A part of carbon in benzotriazole or imidazole becomes a carbon supply source to vanadium, and a part or the whole surface of the V powder becomes V 2 C before the temperature is raised to the γ phase formation temperature. A part of such vanadium carbide is dissolved and diffused in the γ phase of the material to be treated. When the temperature is lowered from the temperature at which solid solution and diffusion proceed, solid solution V and C precipitate as VC. This VC-based precipitate has a hardness (Vickers hardness) of 1500 Hv or more, and contributes to improved wear resistance, improved fatigue strength, and reduced friction coefficient.

このようにしてバナジウム等の金属と炭素とが被処理材に拡散により供給されるため、作製された構造材の当該金属及び炭素の濃度はともに、ばらつきを除けば、金属炭化物層の気相側表面から基材の中央部(バルク)に向かって実質上単調に減少する。言い換えると、金属炭化物の濃度が単調に減少する。   Since the metal such as vanadium and carbon are supplied to the material to be processed in this way by diffusion, both the concentration of the metal and carbon in the manufactured structural material are on the gas phase side of the metal carbide layer, except for variations. It decreases substantially monotonically from the surface toward the center (bulk) of the substrate. In other words, the metal carbide concentration decreases monotonously.

なお、本明細書においては、金属炭化物の炭素の一部が窒素で置換された炭窒化物である場合等、金属炭化物に構成元素として窒素が含まれる場合も含め、「金属炭化物」又は「炭化物」と総称する。   In the present specification, “metal carbide” or “carbide” includes cases where nitrogen is contained as a constituent element in metal carbide, such as carbonitride in which part of carbon of metal carbide is substituted with nitrogen. ".

次に、製造工程の中の主要パラメータについて説明する。   Next, main parameters in the manufacturing process will be described.

スラリーに使用するバナジウム粉(V粉)の粒径は、最大100μmであり、平均粒径は1〜50μmが望ましい。粒径が100μmを超えると、被処理材との接触面積が小さいために、拡散するV及びCの量が低下し、被処理材表面の硬さ上昇効果が小さくなってしまう。一方、粒径が1μm未満では、粉砕時間が長時間となるだけでなく、局所酸化が進行しやすく、粉砕により粒形状が不均一となりやすい。このため、VやCの供給量が不均一になりやすい。   The maximum particle size of vanadium powder (V powder) used for the slurry is 100 μm, and the average particle size is preferably 1 to 50 μm. When the particle diameter exceeds 100 μm, the contact area with the material to be treated is small, so the amount of V and C that diffuses decreases, and the effect of increasing the hardness of the surface of the material to be treated becomes small. On the other hand, when the particle size is less than 1 μm, not only the pulverization time becomes long, but also local oxidation easily proceeds, and the particle shape tends to become non-uniform by pulverization. For this reason, the supply amount of V and C tends to be uneven.

ベンゾトリアゾールやイミダゾールの添加量は、溶媒100体積部に対して1〜20体積部である。添加量が1体積部未満では、V粉の表面にVなど酸化物が成長し、VCが形成されにくくなる。添加量が20体積部を超えると、スラリーの粘度が増加する傾向があり、塗布性が低下する。 The amount of benzotriazole or imidazole added is 1 to 20 parts by volume with respect to 100 parts by volume of the solvent. When the addition amount is less than 1 part by volume, an oxide such as V 2 O 3 grows on the surface of the V powder, and V 2 C is hardly formed. When the addition amount exceeds 20 parts by volume, the viscosity of the slurry tends to increase, and the applicability decreases.

塗布乾燥後の塗布膜厚は、10〜200μmであることが望ましい。V粉の塗布膜厚が平均で10μm未満では、被処理材中に拡散析出するVCの体積率が低く、疲労寿命向上効果が小さい。塗布膜厚が200μmを超えると、処理後のV粉が未拡散のまま残留し、Vの利用効率が低くなる。   The coating film thickness after coating and drying is preferably 10 to 200 μm. When the coating thickness of the V powder is less than 10 μm on average, the volume fraction of VC that diffuses and precipitates in the material to be processed is low, and the fatigue life improvement effect is small. When the coating film thickness exceeds 200 μm, the V powder after treatment remains undiffused and the use efficiency of V is lowered.

以下、製造工程の熱処理の主要なパラメータについて説明する。   Hereinafter, main parameters of the heat treatment in the manufacturing process will be described.

VCによる疲労強度向上効果は、マルテンサイト及び残留オーステナイトの母地にVCが分散していることが望ましい。分散するVCの粒子寸法は、10nmから10μmまでの範囲内である。ここで、VCは、V、V、V、V、VCなど、V(x及びyは正数)を含んでいる。本明細書においては、これらを「VC系化合物」又は「VC系炭化物」と呼ぶ。 As for the fatigue strength improvement effect by VC, it is desirable that VC is dispersed in the matrix of martensite and retained austenite. The particle size of the dispersed VC is in the range from 10 nm to 10 μm. Here, VC includes V x C y (x and y are positive numbers) such as V 8 C 7 , V 6 C 5 , V 4 C 3 , V 3 C 2 , and V 2 C. In the present specification, these are referred to as “VC compounds” or “VC carbides”.

気相側の表面から深さ50μmまでの領域におけるVC系化合物の体積率は、1〜30%が望ましい。体積率が1%未満では、疲労強度の上昇効果は小さい。体積率が30%を超えると、VC系化合物の粒子同士が繋がりやすくなり、き裂の起点となりやすく、疲労強度が低下する傾向がある。   The volume ratio of the VC compound in the region from the surface on the gas phase side to the depth of 50 μm is preferably 1 to 30%. When the volume ratio is less than 1%, the effect of increasing fatigue strength is small. When the volume ratio exceeds 30%, particles of the VC compound are easily connected to each other, tend to become a starting point of a crack, and fatigue strength tends to decrease.

このようなVC系化合物は、γ相に固溶したV及びCが固溶させた温度よりも低い温度に保持または冷却することで、γ相への固溶限低下によって析出する。固溶させる温度が1100℃であれば、900℃に保持することで、VC系化合物が析出する。さらに、900℃から急冷することで、母地をマルテンサイト及び残留オーステナイトとすることが可能であり、マルテンサイトのブロック寸法がVC系化合物によって小さくすることが可能である。また、他の添加元素により、VC系化合物に添加元素を混入させることもできる。これにより、MCやM、M23、Mなどの炭化物が形成される場合もある。炭素源は、スラリーから成長するVCであり、アセチレンなどの浸炭ガスを使用しなくともVC系化合物を被処理材に形成できる。 Such a VC compound is precipitated by lowering the solid solubility limit in the γ phase by holding or cooling at a temperature lower than the temperature at which V and C dissolved in the γ phase are dissolved. If the temperature at which the solid solution is formed is 1100 ° C, the VC compound is precipitated by maintaining the temperature at 900 ° C. Furthermore, by rapidly cooling from 900 ° C., the matrix can be made martensite and retained austenite, and the martensite block size can be reduced by the VC compound. Further, the additive element can be mixed into the VC compound by other additive elements. Thereby, carbides such as M 3 C, M 7 C 3 , M 23 C 6 , and M 5 C 2 may be formed. The carbon source is V 2 C grown from the slurry, and a VC compound can be formed on the material to be treated without using a carburizing gas such as acetylene.

Vが被処理材の表面から約100μmまで拡散することにより、被処理材のγ結晶粒成長を抑制することができる。また、粒界及び粒内にVを含有する炭化物が成長し、マルテンサイトのラスやパケットの微細化に寄与するとともに、き裂伝搬を抑制することができる。   When V diffuses from the surface of the material to be processed to about 100 μm, γ crystal grain growth of the material to be processed can be suppressed. Further, carbide containing V grows at the grain boundaries and in the grains, contributing to the refinement of martensite laths and packets, and crack propagation can be suppressed.

本発明においては、構造材の最外表面(気相側の表面)から内部に向かって層構成が次のように変化する。   In the present invention, the layer structure changes from the outermost surface (surface on the gas phase side) of the structural material to the inside as follows.

表面から深さ方向にV及びCの濃度が減少する。このため、VC系化合物の体積率は、表面から深さ方向に減少する。表面側からマルテンサイト及び残留オーステナイト母地にVC系化合物が成長した組織、マルテンサイト及び残留オーステナイトにVC系化合物及びMC系化合物が成長した組織、マルテンサイト及び残留オーステナイトにMC系化合物が成長した組織、フェライト及びパーライトの混合組織となる。 The concentration of V and C decreases in the depth direction from the surface. For this reason, the volume ratio of the VC compound decreases in the depth direction from the surface. Structure in which VC compound is grown on martensite and retained austenite matrix from surface side, structure in which VC compound and M 3 C compound are grown on martensite and retained austenite, M 3 C compound on martensite and retained austenite Becomes a mixed structure of ferrite and pearlite.

上記のVC系化合物形成により、摺動部品の寿命を大幅に改善できる。   By forming the VC compound, the life of the sliding component can be greatly improved.

以下、処理方法の異なる実施例について説明する。   In the following, embodiments with different processing methods will be described.

実施例1は、被処理材にスラリーを塗布した後、加熱拡散処理を行うことにより構造材を作製した例である。   Example 1 is an example in which a structural material was produced by applying a slurry to a material to be treated and then performing a heat diffusion treatment.

被処理材は、炭素鋼S45C(Fe−0.2Cr−0.45C合金)である。   The material to be treated is carbon steel S45C (Fe-0.2Cr-0.45C alloy).

この被処理材をアセトンで洗浄し、表面の油脂成分を除去した。   This material to be treated was washed with acetone to remove the oil component on the surface.

塗布するスラリーは、溶媒である2−ブタノン100質量部に、平均粒径10μmのバナジウム粉(V粉)を20質量部、炭化剤であるベンゾトリアゾールを20質量部混合したものを用いた。   The slurry to be applied was obtained by mixing 20 parts by mass of vanadium powder (V powder) having an average particle size of 10 μm and 20 parts by mass of benzotriazole as a carbonizing agent with 100 parts by mass of 2-butanone as a solvent.

粉砕によりV粉の最大粒径を50μm以下とするために、上記のスラリーあるいは混合液をボールミルにより処理した。この処理においては、0.5mm径のジルコニアボールを使用した。処理条件は、600rpmで10時間とした。この処理により粉砕したスラリーを遠心分離した。これにより、酸化物などの不純物を分離除去した。この混合液にエポキシ樹脂を5質量部添加し、被処理材に塗布可能な粘度に調整した。   In order to reduce the maximum particle size of the V powder to 50 μm or less by pulverization, the above slurry or mixed solution was treated with a ball mill. In this treatment, zirconia balls having a diameter of 0.5 mm were used. The processing condition was 600 rpm for 10 hours. The slurry pulverized by this treatment was centrifuged. Thereby, impurities such as oxides were separated and removed. 5 parts by mass of an epoxy resin was added to this mixed solution to adjust the viscosity so that it could be applied to the material to be treated.

塗布方式は、浸漬方式とした。粘度調整した上記スラリー中に被処理材を浸漬し、一定速度で引き上げることにより、スラリーを被処理材の表面に塗布した。塗布膜厚は、約200μmであった。   The coating method was an immersion method. The material to be treated was immersed in the slurry whose viscosity was adjusted, and the slurry was applied to the surface of the material to be treated by pulling it up at a constant speed. The coating film thickness was about 200 μm.

スラリーを塗布した被処理材を乾燥し、溶媒を蒸発させた後、Arガス雰囲気で加熱した。加熱条件は、昇温速度10℃/分、1100℃に達した後2時間保持した。保持後、A1変態温度以下に冷却し、再度加熱した。加熱保持温度及び時間は、850℃、1時間とした。この加熱保持後、油焼入れをすることにより、硬化層を形成し、試験片とした。   The treated material to which the slurry was applied was dried and the solvent was evaporated, followed by heating in an Ar gas atmosphere. The heating conditions were a temperature rising rate of 10 ° C./min, and a temperature of 1100 ° C. was maintained for 2 hours. After holding, it was cooled below the A1 transformation temperature and heated again. The heating holding temperature and time were 850 ° C. and 1 hour. After this heating and holding, oil hardening was performed to form a hardened layer, which was used as a test piece.

180℃、2時間の焼き戻しをした後、試験片の疲労寿命を評価した。寿命試験には、二円筒疲労試験を用いて、ピッチング面積の比率から寿命を求めた。   After tempering at 180 ° C. for 2 hours, the fatigue life of the test piece was evaluated. In the life test, the life was obtained from the ratio of the pitching area using a two-cylinder fatigue test.

上記の条件で作製した試験片について、EPMA分析により、VC系化合物の体積率を測定した。その結果、表面から深さ50μmまでの領域におけるVC系化合物の体積率は、20%であった。また、同様に、表面から深さ50μmまでの領域における硬さを測定した結果、900Hvであった。ここで、EPMA分析とは、電子プローブマイクロアナライザー(Electron Probe Micro Analyzer)による分析をいう。EPMA分析によれば、微小領域における硬さ、炭素濃度、バナジウム濃度等を測定することができる。   About the test piece produced on said conditions, the volume ratio of VC type compound was measured by EPMA analysis. As a result, the volume ratio of the VC compound in the region from the surface to a depth of 50 μm was 20%. Similarly, the hardness in the region from the surface to a depth of 50 μm was measured and found to be 900 Hv. Here, the EPMA analysis refers to analysis by an electron probe microanalyzer (Electron Probe Micro Analyzer). According to the EPMA analysis, hardness, carbon concentration, vanadium concentration, etc. in a minute region can be measured.

疲労寿命は、バナジウムを使用しない表面の炭素濃度を約0.6質量%とした浸炭材の場合を1とした相対値を求めた結果、10倍であることを確認した。   It was confirmed that the fatigue life was 10 times as a result of obtaining a relative value with a carburized material having a carbon concentration of about 0.6 mass% on the surface not using vanadium as 1.

上述のように疲労寿命10倍とするためのプロセス条件について、以下に説明する。   The process conditions for increasing the fatigue life by 10 times as described above will be described below.

寿命向上は、マルテンサイト及び残留オーステナイトの母地にVC系炭化物の粒子が分散することにより、母地の結晶粒径を0.2〜10μmの範囲で微細化し、マルテンサイトのブロックやパケットも微細化することにより達成される。さらに、高硬度のVC系炭化物によって、き裂の進展を抑制することができる。VC系化合物は、マルテンサイトに析出している1〜100nmの粒子、及び粒界などに析出している0.2〜2μmの粒子がある。前者がマルテンサイトの強化、後者がマルテンサイトの微細化に寄与している。   Life improvement is achieved by dispersing VC carbide particles in the base material of martensite and retained austenite, thereby reducing the crystal grain size of the base material in the range of 0.2 to 10 μm, and fine martensite blocks and packets. This is achieved. Furthermore, crack growth can be suppressed by the high hardness VC-based carbide. The VC compound includes 1 to 100 nm particles precipitated on martensite and 0.2 to 2 μm particles precipitated on grain boundaries. The former contributes to the strengthening of martensite and the latter contributes to the refinement of martensite.

本実施例のようなVC系化合物を分散成長させるためには、外部からの炭素供給源が必要である。スラリーに添加された、炭素供給源となるベンゾトリアゾールは、高価な浸炭炉を使用せず、スラリーからの拡散によりVC系化合物を構造材の内部に形成するものであり、酸化防止効果も有する。   In order to disperse and grow the VC compound as in this example, an external carbon source is required. Benzotriazole, which is added to the slurry and serves as a carbon supply source, does not use an expensive carburizing furnace and forms a VC compound inside the structural material by diffusion from the slurry, and has an antioxidant effect.

表1は、本実施例に係るバナジウム粉を含むスラリーの仕様及び当該スラリーを用いて作製した構造材(試験片)の評価結果を示したものである。   Table 1 shows the specifications of the slurry containing vanadium powder according to this example and the evaluation results of the structural material (test piece) produced using the slurry.

Figure 2019131867
Figure 2019131867

本表において、サンプル1−1は、上記の方法で作製した構造材の原材料である被処理材及びスラリーの仕様、得られた構造材の物性等を示したものである。   In this table, Sample 1-1 shows the specifications of the material to be processed and the slurry, which are raw materials of the structural material produced by the above method, the physical properties of the obtained structural material, and the like.

サンプル1−2、1−3及び1−4は、ベンゾトリアゾールの添加量を減少させたものである。   Samples 1-2, 1-3, and 1-4 are obtained by reducing the amount of benzotriazole added.

本表から、サンプル1−2、1−3及び1−4の場合、硬化処理後に形成されるVC系化合物の体積率が減少していることがわかる。特に、無添加の比較例であるサンプル1−4の場合には、疲労寿命向上効果が認められない。このことから、ベンゾトリアゾールの添加量は、5質量部以上必要であることがわかる。   From this table, it can be seen that in the case of Samples 1-2, 1-3, and 1-4, the volume ratio of the VC-based compound formed after the curing treatment is decreased. In particular, in the case of Sample 1-4, which is an additive-free comparative example, the fatigue life improvement effect is not recognized. This shows that the addition amount of benzotriazole is required to be 5 parts by mass or more.

また、本表には示していないが、ベンゾトリアゾールの添加量が30質量部を超えると、炭素が過剰となり、被処理材の表面に片状の炭化物が成長する。この場合、疲労寿命の相対比は1未満となる。   Moreover, although not shown in this table | surface, when the addition amount of benzotriazole exceeds 30 mass parts, carbon will become excess and piece-like carbide will grow on the surface of a to-be-processed material. In this case, the relative ratio of fatigue life is less than 1.

したがって、ベンゾトリアゾールの添加量の望ましい範囲は、5質量部以上30質量部未満である。   Therefore, a desirable range of the addition amount of benzotriazole is 5 parts by mass or more and less than 30 parts by mass.

サンプル1−5、1−6、1−7、1−8、1−9は、ベンゾトリアゾールに代えて、イミダゾールを用いた場合である。なお、サンプル1−9は、無添加の比較例である。   Samples 1-5, 1-6, 1-7, 1-8, and 1-9 are cases where imidazole was used instead of benzotriazole. Sample 1-9 is an additive-free comparative example.

イミダゾールの場合も、無添加では疲労寿命向上効果が得られないことから、炭素及び窒素を含有する炭化剤がVC系化合物の形成には有効であり、構造材の疲労寿命を2倍以上に増加させることが可能であることがわかった。   Even in the case of imidazole, since the fatigue life improvement effect cannot be obtained without addition, carbonizing agents containing carbon and nitrogen are effective in forming VC compounds, and the fatigue life of structural materials is increased more than twice. It was found that it was possible to

次に、被処理材がSCM420の場合について説明する。   Next, the case where the material to be processed is SCM420 will be described.

サンプル1−10、1−11、1−12、1−13は、溶媒にメタノールを用いた場合である。塗布厚さは、150μmである。なお、サンプル1−13は、無添加の比較例である。   Samples 1-10, 1-11, 1-12, and 1-13 are cases where methanol was used as the solvent. The coating thickness is 150 μm. Sample 1-13 is an additive-free comparative example.

この場合、ベンゾトリアゾールが5質量部以上20質量部以下の範囲で、VC系化合物の体積率が7〜18%となり、疲労寿命が3〜12倍となる。   In this case, when the benzotriazole is in the range of 5 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, the volume ratio of the VC compound is 7 to 18%, and the fatigue life is 3 to 12 times.

また、サンプル1−14、1−15、1−16、1−17、1−18は、V粉の平均粒径を5μmとし、炭化剤にイミダゾールを用いた場合である。なお、サンプル1−18は、無添加の比較例である。   Samples 1-14, 1-15, 1-16, 1-17, and 1-18 are cases in which the average particle size of the V powder is 5 μm and imidazole is used as the carbonizing agent. Sample 1-18 is an additive-free comparative example.

この場合、イミダゾールが5質量部以上20質量部以下の範囲で、VC系化合物の体積率が9〜25%となり、疲労寿命が3〜17倍となる。   In this case, when the imidazole is in the range of 5 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, the volume ratio of the VC compound is 9 to 25%, and the fatigue life is 3 to 17 times.

以上のように、ベンゾトリアゾールやイミダゾールが炭化剤として作用することが明らかになった。スラリーが炭化剤を含有することから、本実施例のスラリーを塗布し加熱することにより、バナジウム粉が炭化され、VCが成長する。すなわち、スラリーを加熱することにより、スラリーに含まれるバナジウムが炭化し、VC系化合物になる。このVC系化合物由来のV及びCが被処理材の内部に拡散供給されることにより、被処理材の内部にVC系化合物が成長する。 As described above, it has been clarified that benzotriazole and imidazole act as a carbonizing agent. Since the slurry contains a carbonizing agent, the vanadium powder is carbonized and V 2 C grows by applying and heating the slurry of this example. That is, when the slurry is heated, vanadium contained in the slurry is carbonized and becomes a VC compound. The V and C derived from the VC compound are diffused and supplied to the inside of the material to be processed, so that the VC compound grows inside the material to be processed.

Cは、被処理材にV及びCとして拡散する前に成長することで、被処理材の表面の硬化処理に必要な成分となる。1100℃の保持温度に達する前にVCが成長し、1100℃保持中にVとCが被処理材に拡散する。拡散したV及びCは、γ相に固溶し、固溶限に達すると析出し始める。850℃では、固溶したV及びCの一部が析出する。析出したVC系化合物は、球状で粒界や粒内に分散している。このVC系化合物には、被処理材に添加されているCrやMoが一部含まれている。 V 2 C grows before being diffused as V and C in the material to be treated, and becomes a component necessary for the curing treatment of the surface of the material to be treated. V 2 C grows before reaching the holding temperature of 1100 ° C., and V and C diffuse into the material to be processed while holding at 1100 ° C. The diffused V and C are solid-dissolved in the γ phase and start to precipitate when the solid solubility limit is reached. At 850 ° C., part of the solid solution V and C is precipitated. The precipitated VC compound is spherical and dispersed within the grain boundaries and grains. This VC compound contains a part of Cr and Mo added to the material to be treated.

図1は、本実施例で作製した硬化層の典型的な組織を模式的に示したものである。   FIG. 1 schematically shows a typical structure of a cured layer produced in this example.

本図において、母地13は、マルテンサイトや残留オーステナイトである。VC系炭化物11は、粒子状で分散して分布し、粒界12及び母地13の粒内に成長する。マルテンサイトの一部は、VC系炭化物11により分断されるため、マルテンサイトの組織自体が細かくなる。図示していないが、VC系炭化物11以外の炭化物としてMC系炭化物も存在する。マルテンサイト内には、VC系炭化物11及びそれ以外の炭化物も認められる。最も体積率が多い炭化物は、VC系炭化物11である。このVC系炭化物11は、VCよりも高炭素濃度で高硬度のVC、V、V及びVの体積率が多く、このような高炭素濃度VC系化合物が分散して成長することにより、疲労寿命が向上する。 In this figure, the matrix 13 is martensite or retained austenite. The VC-based carbide 11 is dispersed and distributed in the form of particles, and grows in the grains of the grain boundaries 12 and the matrix 13. Since a part of martensite is divided by the VC-based carbide 11, the martensite structure itself becomes fine. Although not shown, M 3 C-based carbides also exist as carbides other than the VC-based carbides 11. In the martensite, VC-based carbide 11 and other carbides are also observed. The carbide having the largest volume ratio is the VC-based carbide 11. This VC-based carbide 11 has a higher volume ratio of VC, V 8 C 7 , V 4 C 3 and V 3 C 2 having a higher carbon concentration and higher hardness than V 2 C, and such a high carbon concentration VC-based compound. The fatigue life is improved by dispersing and growing.

なお、VC系炭化物11のVの一部があらかじめ添加されている金属元素(Cr、Mo、Ni、Cu、Alなど)で置換され、炭素の一部が窒素やホウ素によって置換されていても、硬度が保持され、分散状態が維持されていれば、寿命向上効果に大きな影響はなく、問題ない。   In addition, even if a part of V of the VC-based carbide 11 is replaced with a metal element (Cr, Mo, Ni, Cu, Al, etc.) added in advance, and a part of carbon is replaced with nitrogen or boron, If the hardness is maintained and the dispersed state is maintained, there is no problem because there is no significant effect on the life enhancement effect.

実施例2は、被処理材にスラリーを塗布した後、レーザ加熱処理を行うことにより構造材を作製した例である。   Example 2 is an example in which a structural material was produced by applying a slurry to a material to be treated and then performing a laser heat treatment.

被処理材は、S45C(Fe−0.2Cr−0.45C合金)である。   The material to be treated is S45C (Fe-0.2Cr-0.45C alloy).

この被処理材を、アセトンを用いて超音波洗浄をし、表面の油脂成分を除去した。   This material to be treated was subjected to ultrasonic cleaning using acetone to remove oil and fat components on the surface.

塗布するスラリーは、溶媒である2−ブタノン100質量部に平均粒径10μmのバナジウム粉(V粉)を20質量部、平均粒径10μmのチタン粉(Ti粉)を5質量部、炭化剤であるベンゾトリアゾールを10質量部混合したものを用いた。   The slurry to be applied is 100 parts by mass of 2-butanone as a solvent, 20 parts by mass of vanadium powder (V powder) having an average particle diameter of 10 μm, 5 parts by mass of titanium powder (Ti powder) having an average particle diameter of 10 μm, and a carbonizing agent. A mixture of 10 parts by mass of a certain benzotriazole was used.

粉砕によりV粉及びTi粉の最大粒径を30μm以下とするために、上記のスラリーあるいは混合液をビーズミルにより処理した。この処理においては、0.5mm径のジルコニアボールを使用した。処理条件は、600rpmで10時間とした。この処理により粉砕したスラリーを遠心分離した。これにより、酸化物などの不純物を分離除去した。この混合液に粒径2μmの炭素粉末を5質量部、エポキシ樹脂を5質量部添加し、被処理材に塗布可能な粘度に調整した。   In order to reduce the maximum particle size of the V powder and Ti powder to 30 μm or less by pulverization, the above slurry or mixed solution was processed by a bead mill. In this treatment, zirconia balls having a diameter of 0.5 mm were used. The processing condition was 600 rpm for 10 hours. The slurry pulverized by this treatment was centrifuged. Thereby, impurities such as oxides were separated and removed. 5 parts by mass of carbon powder having a particle size of 2 μm and 5 parts by mass of epoxy resin were added to this mixed solution to adjust the viscosity so as to be applied to the material to be treated.

塗布方式は、浸漬方式とした。粘度調整した上記スラリー中に被処理材を浸漬し、一定速度で引き上げることにより、スラリーを被処理材の表面に塗布した。塗布膜厚は、約200μmであった。   The coating method was an immersion method. The material to be treated was immersed in the slurry whose viscosity was adjusted, and the slurry was applied to the surface of the material to be treated by pulling it up at a constant speed. The coating film thickness was about 200 μm.

スラリーを塗布した被処理材を乾燥し、溶媒を蒸発させた後、Arガス雰囲気でレーザ加熱により局所溶解させた(レーザ溶解焼入れ)。加熱条件は、800W、レーザビーム径1.5mm、送り速度5mm/秒とした。   The material to which the slurry was applied was dried, the solvent was evaporated, and then locally dissolved by laser heating in an Ar gas atmosphere (laser melting and quenching). The heating conditions were 800 W, laser beam diameter 1.5 mm, and feed rate 5 mm / second.

このようにして作製したものを試験片とした。   What was produced in this way was used as a test piece.

本実施例の試験片についても、実施例1と同様にして、EPMA分析により、VC系化合物の体積率を測定した。その結果、表面から深さ50μmまでの領域におけるVC系化合物の体積率は、20%であった。また、表面から深さ50μmまでの領域における硬さは、1020Hvであった。また、疲労寿命は、実施例1と同様の基準で、20倍であった。   For the test piece of this example as well, the volume ratio of the VC compound was measured by EPMA analysis in the same manner as in Example 1. As a result, the volume ratio of the VC compound in the region from the surface to a depth of 50 μm was 20%. The hardness in the region from the surface to a depth of 50 μm was 1020 Hv. The fatigue life was 20 times on the same basis as in Example 1.

上述のように疲労寿命を20倍とするためのプロセス条件について、以下に説明する。   The process conditions for increasing the fatigue life by 20 times as described above will be described below.

寿命向上は、マルテンサイト及び残留オーステナイトの母地にVC系炭化物の粒子が分散することにより、母地の結晶粒径を0.2〜10μmの範囲で微細化し、VC系化合物粒子及びTiC粒子によりマルテンサイトのブロックやパケットも微細化することにより達成される。さらに、高硬度のTiC及びVC系化合物によって、き裂の進展を抑制することができる。TiC及びVC系化合物の粒子は、マルテンサイトに析出している1〜100nmの粒子、及び粒界などに析出している0.2〜2μmの粒子がある。前者がマルテンサイトの強化、後者がマルテンサイトの微細化に寄与している。   The life improvement is achieved by dispersing VC carbide particles in the matrix of martensite and retained austenite, thereby refining the crystal grain size of the matrix in the range of 0.2 to 10 μm, and using VC compound particles and TiC particles. This is achieved by miniaturizing martensite blocks and packets. Furthermore, crack growth can be suppressed by the highly hard TiC and VC compounds. TiC and VC compound particles include 1-100 nm particles precipitated in martensite and 0.2-2 μm particles precipitated in grain boundaries. The former contributes to the strengthening of martensite and the latter contributes to the refinement of martensite.

本実施例のようなMC系化合物(Mは、複数のMC系化合物形成元素である。)を分散成長させるためには、外部からの炭素供給源が必要である。スラリーに添加された、炭素供給源となるベンゾトリアゾールは、高価な浸炭炉を使用せず、スラリーからの拡散によりVC系化合物を構造材の内部に分散するものであり、酸化防止効果も有する。   In order to disperse and grow MC-based compounds (M is a plurality of MC-based compound-forming elements) as in this example, an external carbon source is required. Benzotriazole, which is added to the slurry and serves as a carbon supply source, disperses the VC-based compound inside the structural material by diffusion from the slurry without using an expensive carburizing furnace, and also has an antioxidant effect.

表2は、本実施例に係るバナジウム粉及びバナジウム以外の金属粉を含むスラリーの仕様及び当該スラリーを用いて作製した構造材(試験片)の評価結果を示したものである。   Table 2 shows the specifications of the slurry containing vanadium powder and metal powder other than vanadium according to this example and the evaluation results of the structural material (test piece) produced using the slurry.

Figure 2019131867
Figure 2019131867

本表において、サンプル2−1は、上記の方法で作製した構造材の原材料である被処理材及びスラリーの仕様、得られた構造材の物性等を示したものである。   In this table, Sample 2-1 shows the specifications of the material to be processed and the slurry, which are the raw materials of the structural material produced by the above method, and the physical properties of the obtained structural material.

サンプル2−2〜2−9はそれぞれ、Tiの代わりに、元素MとしてNb、Ta、W、Zr、Mo、Cr、Ni、Coを用いた場合を示したものである。元素Mの供給方法としては、Ti粉の代わりに、元素Mの金属粉をスラリーに混合し、サンプル2−1と同様の方法により構造材を作製した。この場合、第二のMC系化合物が形成され、又はVC系化合物のVの一部が置換される。   Samples 2-2 to 2-9 show cases where Nb, Ta, W, Zr, Mo, Cr, Ni, and Co are used as the element M instead of Ti. As a method for supplying element M, metal powder of element M was mixed with the slurry instead of Ti powder, and a structural material was produced by the same method as in Sample 2-1. In this case, the second MC compound is formed, or a part of V of the VC compound is substituted.

本表に示すように、サンプル2−1〜2−9のうち、サンプル2−1の疲労寿命が最も高くなっている。したがって、Tiを用いた場合に、寿命向上効果が最も高いことがわかる。   As shown in this table, the fatigue life of Sample 2-1 is the highest among Samples 2-1 to 2-9. Therefore, it can be seen that when Ti is used, the lifetime improvement effect is the highest.

また、サンプル2−10は、Tiを用いた場合であって、V粉及び金属粉(Ti粉)の比率を変えたものである。溶媒は、メタノールに変更した。塗布厚さは、150μmとした。   Sample 2-10 is a case where Ti is used, and the ratio of V powder and metal powder (Ti powder) is changed. The solvent was changed to methanol. The coating thickness was 150 μm.

この場合、本表に示すように、硬さは、1050Hvであり、サンプル2−1よりも若干高くなっている。一方、疲労寿命は、18倍であり、サンプル2−1よりも低くなっている。   In this case, as shown in this table, the hardness is 1050 Hv, which is slightly higher than that of Sample 2-1. On the other hand, the fatigue life is 18 times that of Sample 2-1.

サンプル2−11は、サンプル2−1よりも炭素粉の比率を増加させたものである。溶媒は、メタノールとした。塗布厚さは、150μmとした。   Sample 2-11 is obtained by increasing the ratio of carbon powder compared to sample 2-1. The solvent was methanol. The coating thickness was 150 μm.

この場合、本表に示すように、硬さは、1030Hvであり、サンプル2−1よりも若干高くなっている。一方、疲労寿命は、8倍であり、サンプル2−1よりも低くなっている。   In this case, as shown in this table, the hardness is 1030 Hv, which is slightly higher than that of Sample 2-1. On the other hand, the fatigue life is 8 times, which is lower than that of Sample 2-1.

サンプル2−12は、炭化剤(ベンゾトリアゾール)を使用しない場合を示す比較例である。溶媒は、メタノールとした。サンプル2−12は、炭素粉を混合したスラリーを混合しているため、表1のサンプル1−4等と比べて疲労寿命が高くなっている。しかし、疲労寿命の向上効果は小さく、十分とは言えない。これは、VやTi粉末表面の一部が酸化し、酸素の一部が溶融合金に混入し、一部が溶融合金の中で気泡となるためであると推定している。   Sample 2-12 is a comparative example showing the case where no carbonizing agent (benzotriazole) is used. The solvent was methanol. Since Sample 2-12 is mixed with a slurry in which carbon powder is mixed, the fatigue life is higher than that of Sample 1-4 in Table 1. However, the effect of improving the fatigue life is small and not sufficient. It is presumed that this is because part of the surface of the V or Ti powder is oxidized, part of oxygen is mixed into the molten alloy, and part of the molten alloy becomes bubbles.

サンプル2−13〜2−18は、Tiを用いた場合であって、炭化剤をイミダゾールとし、塗布厚さを30〜300μmの範囲で変化させた場合である。これらの結果から、塗布厚さを厚くすると、MC系化合物の体積率が増加することがわかった。MC系化合物の体積率は、2〜22%の範囲で寿命向上が確認できた。特に、疲労寿命が10倍以上となるMC系炭化物の体積率は、10〜19%であることがわかった。なお、サンプル2−18のように、塗布厚さを300μmとした場合、MC系炭化物の体積率は高いが、疲労寿命が5倍となることがわかった。   Samples 2-13 to 2-18 are cases where Ti is used, and the carbonizing agent is imidazole, and the coating thickness is changed in the range of 30 to 300 μm. From these results, it was found that when the coating thickness was increased, the volume ratio of the MC compound increased. The volume ratio of the MC compound was confirmed to improve the life in the range of 2 to 22%. In particular, it was found that the volume ratio of MC carbides having a fatigue life of 10 times or more is 10 to 19%. In addition, when sample thickness was 300 micrometers like sample 2-18, it turned out that although the volume ratio of MC type carbide | carbonized_material is high, a fatigue life becomes 5 times.

サンプル2−13〜2−18の結果から、MC系炭化物の体積率が10〜19%の場合、構造材の軽量化に特に有効である。   From the results of Samples 2-13 to 2-18, when the volume ratio of the MC-based carbide is 10 to 19%, it is particularly effective for reducing the weight of the structural material.

レーザ溶解を連続させることやパルスで不連続に施工するかは、要求される変形歪や変形量に関する仕様に合わせて選択可能である。また、レーザ溶解の後、冷却し、その後、高周波焼入れを行うことにより、構造材の表面のMC系粒子の形態を変えずに、硬化深さを1〜2.5mmと深くすることが可能である。   Whether to perform laser melting continuously or discontinuously with pulses can be selected according to the required specifications regarding deformation strain and deformation. In addition, by cooling after laser melting and then induction hardening, the curing depth can be increased to 1 to 2.5 mm without changing the form of MC-based particles on the surface of the structural material. is there.

図2は、本実施例で作製した硬化層の典型的な組織を模式的に示したものである。   FIG. 2 schematically shows a typical structure of the cured layer produced in this example.

本図において、母地23は、マルテンサイトや残留オーステナイトである。MC系炭化物21は、粒子状で分散して分布し、粒界22及び母地23の粒内に成長する。VC系炭化物24は、粒子状で分散して分布し、粒界22よりも粒内に成長する。マルテンサイトの一部は、VC系炭化物24あるいはMC系炭化物21により分断されるため、マルテンサイトの組織自体が細かくなる。粒径は、MC系炭化物21の方がVC系炭化物24よりも大きく、粒界22にも多く成長する。VC系及びMC系の化合物以外の炭化物としてMC系炭化物やマルテンサイト内にMC系とそれ以外の炭化物も認められるが、最も体積率が多い炭化物は、MC系炭化物21である。 In this figure, the matrix 23 is martensite or retained austenite. The MC carbide 21 is dispersed and distributed in the form of particles, and grows in the grains of the grain boundaries 22 and the matrix 23. The VC carbide 24 is dispersed and distributed in the form of particles, and grows in the grains rather than the grain boundaries 22. A part of the martensite is divided by the VC carbide 24 or the MC carbide 21, so that the martensite structure itself becomes fine. The MC carbide 21 has a larger particle size than the VC carbide 24 and grows more at the grain boundaries 22. MC type carbides and other carbides are also recognized in M 3 C type carbides and martensite as carbides other than VC type and MC type compounds, but the carbides with the highest volume fraction are MC type carbides 21.

VC系炭化物24は、VCよりも高炭素濃度で高硬度のVC、V、V、V化合物の体積率が多く、このような高炭素濃度のVC系化合物及びTiCなど高濃度炭素含有MC系化合物が分散して成長することにより、疲労寿命が向上する。尚、VC系炭化物24あるいはMC系炭化物21のVあるいはMの一部があらかじめ添加されている金属元素(Cr、Mo、Ni、Cu、Alなど)で置換され、炭素の一部が窒素やホウ素によって置換されていても硬度が保持され、分散状態が維持されていれば、寿命向上効果に大きな影響はなく問題ない。 The VC carbide 24 has a higher volume ratio of VC, V 8 C 7 , V 4 C 3 , and V 3 C 2 compounds having a higher carbon concentration and higher hardness than V 2 C, and a VC system having such a high carbon concentration. The fatigue life is improved by dispersing and growing a high concentration carbon-containing MC-based compound such as a compound and TiC. Note that a part of V or M of the VC carbide 24 or the MC carbide 21 is substituted with a metal element (Cr, Mo, Ni, Cu, Al, etc.) added in advance, and a part of carbon is nitrogen or boron. As long as the hardness is maintained and the dispersed state is maintained even if it is replaced by the above, there will be no problem with no significant effect on the life enhancement effect.

つぎに、硬化層における組織に関する他の特徴について説明する。   Next, other features related to the structure in the hardened layer will be described.

Vは、VC系化合物としてVCよりも炭素濃度が高い複数の炭化物として成長する。その結晶構造は、立方晶や斜方晶、六方晶である。これらの複数の炭化物は、炭素欠陥があるため、VC(V:C=1:1)よりも炭素濃度が低く、種々の格子定数を有する。このため、母地と整合界面あるいは非整合界面を有する。 V grows as a plurality of carbides having a higher carbon concentration than V 2 C as a VC compound. Its crystal structure is cubic, orthorhombic or hexagonal. Since these carbides have carbon defects, the carbon concentration is lower than VC (V: C = 1: 1) and have various lattice constants. For this reason, it has a matching interface or a non-matching interface with the base.

これに対し、Tiは、TiCあるいはTiCN系炭窒化化合物として一部炭素や窒素の欠陥が認められるが、VC系化合物よりも炭素欠陥は少ない。TiC系の方がVC系化合物よりも炭素濃度(窒素も含む値)が高い。また、Tiは、γ相に固溶しにくい。Vよりも固溶しないTiの方が析出物として大きく成長しやすい。VCの一部は、γ相中に固溶するためである。   In contrast, Ti has some carbon and nitrogen defects as TiC or TiCN carbonitride compounds, but has fewer carbon defects than VC compounds. The TiC type has a higher carbon concentration (a value including nitrogen) than the VC type compound. Further, Ti is difficult to dissolve in the γ phase. Ti that does not form a solid solution than V tends to grow larger as a precipitate. This is because a part of VC dissolves in the γ phase.

したがって、Vは、マルテンサイトや残留オーステナイト中にも含有する。焼き戻し温度の適正化により、マルテンサイト中のVの一部は、炭素を伴ってVC系化合物を形成し、マルテンサイトの強化に寄与する。Tiは、粒成長抑止とマルテンサイトのパケット微細化とに寄与する。TiC系化合物が成長し、γ中の炭素が欠乏しやすくなるが、Vがγ中に炭素を伴って固溶しているため、炭素濃度は、V周辺部において高くなる。炭素を伴って固溶しているVは、TiCへの炭素供給源となるため、炭素欠乏が抑制される。このため、炭化物のγ相に対する固溶限が異なる元素を複数選択して拡散または溶解することで、炭素欠乏の抑制、粒界に沿った片状炭化物成長の抑制、及び高疲労寿命と高疲労強度化のための炭化物組織制御が可能となる。   Therefore, V is also contained in martensite and retained austenite. By optimizing the tempering temperature, a part of V in the martensite forms a VC compound with carbon and contributes to strengthening of the martensite. Ti contributes to grain growth inhibition and martensite packet refinement. TiC-based compounds grow and carbon in γ tends to be deficient. However, since V is solid-solved with carbon in γ, the carbon concentration is high in the V peripheral portion. Since V that is solid-solved with carbon becomes a carbon supply source to TiC, carbon deficiency is suppressed. For this reason, by selecting or diffusing or dissolving multiple elements with different solid solubility limits for the γ phase of carbide, suppression of carbon deficiency, suppression of flake carbide growth along grain boundaries, and high fatigue life and high fatigue It is possible to control the carbide structure for strengthening.

図3は、表2のサンプル2−1の硬さ分布を示したものである。横軸には構造材の硬化層の表面(気相側)からの深さを、縦軸にはそれぞれの深さにおける硬さをとっている。   FIG. 3 shows the hardness distribution of Sample 2-1 in Table 2. The horizontal axis represents the depth from the surface (gas phase side) of the hardened layer of the structural material, and the vertical axis represents the hardness at each depth.

本図に示すように、気相側の表面においては、硬さが1000Hvであり、硬化層の内部に向かって緩やかに硬さが低下している。表面から深さ2mmの位置においては、硬さが600Hvとなっている。   As shown in the figure, the hardness on the gas phase side is 1000 Hv, and the hardness gradually decreases toward the inside of the cured layer. The hardness is 600 Hv at a position 2 mm deep from the surface.

図4は、サンプル2−1の炭素濃度分布を示したものである。横軸には構造材の硬化層の表面(気相側)からの深さを、縦軸にはそれぞれの深さにおける炭素濃度をとっている。   FIG. 4 shows the carbon concentration distribution of Sample 2-1. The horizontal axis represents the depth from the surface (vapor phase side) of the hardened layer of the structural material, and the vertical axis represents the carbon concentration at each depth.

本図に示すように、気相側の表面においては、炭素濃度が1.4質量%であり、硬化層の内部に向かって炭素濃度が低下している。表面から深さ0.5mmまでの表層部においては、炭素濃度が1質量%以上となっている。   As shown in the figure, the carbon concentration is 1.4% by mass on the surface on the gas phase side, and the carbon concentration decreases toward the inside of the hardened layer. In the surface layer portion from the surface to a depth of 0.5 mm, the carbon concentration is 1% by mass or more.

図5は、サンプル2−1のバナジウム濃度分布を示したものである。横軸には構造材の硬化層の表面(気相側)からの深さを、縦軸にはそれぞれの深さにおけるV濃度をとっている。   FIG. 5 shows the vanadium concentration distribution of Sample 2-1. The horizontal axis represents the depth from the surface (vapor phase side) of the hardened layer of the structural material, and the vertical axis represents the V concentration at each depth.

本図に示すように、気相側の表面においては、V濃度が8質量%であり、硬化層の内部に向かってV濃度が低下している。表面から深さ0.5mmまでの表層部においては、V濃度が5質量%以上となっている。   As shown in the figure, the V concentration is 8% by mass on the gas phase side surface, and the V concentration decreases toward the inside of the cured layer. In the surface layer portion having a depth of 0.5 mm from the surface, the V concentration is 5% by mass or more.

実施例3は、スラリーを注入しながらレーザ加熱処理を行うことにより構造材を作製した例である。   Example 3 is an example in which a structural material was manufactured by performing laser heat treatment while injecting slurry.

被処理材はS45C(Fe−0.2Cr−0.45C合金)である。   The material to be treated is S45C (Fe-0.2Cr-0.45C alloy).

この被処理材を、アセトンを用いて超音波洗浄をし、表面の油脂成分を除去した。   This material to be treated was subjected to ultrasonic cleaning using acetone to remove oil and fat components on the surface.

レーザ加熱処理のレーザ照射時において加熱部に注入するスラリーは、溶媒である2−ブタノン100質量部に平均粒径5μmのバナジウム粉(V粉)を20質量部、平均粒径5μmのチタン粉(Ti粉)を5質量部、炭化剤であるベンゾトリアゾールを10質量部混合したものを用いた。   The slurry injected into the heating part at the time of laser irradiation of the laser heat treatment is 20 parts by mass of vanadium powder (V powder) having an average particle diameter of 5 μm and titanium powder having an average particle diameter of 5 μm in 100 parts by mass of 2-butanone as a solvent. A mixture of 5 parts by mass of (Ti powder) and 10 parts by mass of benzotriazole as a carbonizing agent was used.

粉砕によりV粉及びTi粉の最大粒径を10μm以下とするために、上記のスラリーあるいは混合液をビーズミルにより処理した。この処理においては、1.0mm径のジルコニアボールを使用した。処理条件は、600rpmで10時間とした。この処理により粉砕したスラリーを遠心分離した。これにより、酸化物などの不純物を分離除去した。   In order to reduce the maximum particle size of the V powder and Ti powder to 10 μm or less by pulverization, the above slurry or mixed solution was processed by a bead mill. In this treatment, zirconia balls having a diameter of 1.0 mm were used. The processing condition was 600 rpm for 10 hours. The slurry pulverized by this treatment was centrifuged. Thereby, impurities such as oxides were separated and removed.

被処理材の加熱部に上記のスラリーを注入すると同時に、Arガス雰囲気でレーザ加熱処理を行うことにより、局所溶解させた(レーザ溶解焼入れ)。加熱条件は、800W、レーザビーム径1.5mm、送り速度10mm/秒とした。   At the same time as the slurry was injected into the heated portion of the material to be processed, laser melting was performed in an Ar gas atmosphere to cause local dissolution (laser melting and quenching). The heating conditions were 800 W, laser beam diameter 1.5 mm, and feed rate 10 mm / second.

このようにして作製したものを試験片とした。   What was produced in this way was used as a test piece.

本実施例の試験片についても、実施例1と同様にして、EPMA分析により、VC系化合物の体積率を測定した。その結果、表面から深さ50μmまでの領域におけるMC系化合物の体積率は、15%であった。また、表面から深さ50μmまでの領域における硬さは、1100Hvであった。また、疲労寿命は、実施例1と同様の基準で、20倍であった。   For the test piece of this example as well, the volume ratio of the VC compound was measured by EPMA analysis in the same manner as in Example 1. As a result, the volume ratio of the MC compound in the region from the surface to a depth of 50 μm was 15%. The hardness in the region from the surface to a depth of 50 μm was 1100 Hv. The fatigue life was 20 times on the same basis as in Example 1.

なお、疲労寿命を20倍とするためのプロセス条件については、実施例2と同様である。   The process conditions for increasing the fatigue life by 20 times are the same as in Example 2.

実施例4は、被処理材にスラリーを塗布した後、加熱拡散処理を行うことにより構造材を作製した例である。本実施例においては、実施例1とは異なり、バナジウム粉(V粉)の代わりに、チタン粉(Ti粉)を用いたものを代表例として説明する。   Example 4 is an example in which a structural material was produced by applying a slurry to a material to be treated and then performing a heat diffusion treatment. In this example, unlike Example 1, a case using titanium powder (Ti powder) instead of vanadium powder (V powder) will be described as a representative example.

被処理材は、S45C(Fe−0.2Cr−0.45C合金)である。   The material to be treated is S45C (Fe-0.2Cr-0.45C alloy).

この被処理材をアセトンで洗浄し、表面の油脂成分を除去した。   This material to be treated was washed with acetone to remove the oil component on the surface.

塗布するスラリーは、溶媒である2−ブタノン100質量部に、平均粒径20μmのチタン粉(Ti粉)を20質量部、炭化剤であるベンゾトリアゾールを10質量部混合したものを用いた。本実施例においては、Ti粉等の金属粉は、表1及び2に示すものとは異なり、平均粒径20μm又は50μmのものを用いた。   The slurry to be applied was a mixture of 100 parts by mass of 2-butanone as a solvent, 20 parts by mass of titanium powder (Ti powder) having an average particle size of 20 μm, and 10 parts by mass of benzotriazole as a carbonizing agent. In this example, the metal powder such as Ti powder was different from those shown in Tables 1 and 2 and had an average particle diameter of 20 μm or 50 μm.

粉砕によりTi粉の最大粒径を50μm以下とするために、上記のスラリーあるいは混合液をボールミルにより処理した。この処理においては、0.5mm径のジルコニアボールを使用した。処理条件は、600rpmで1時間とした。この処理により粉砕したスラリーを遠心分離した。これにより、酸化物などの不純物を分離除去した。この混合液にエポキシ樹脂を5質量部添加し、被処理材に塗布可能な粘度に調整した。   In order to reduce the maximum particle size of the Ti powder to 50 μm or less by pulverization, the above slurry or mixed solution was treated with a ball mill. In this treatment, zirconia balls having a diameter of 0.5 mm were used. The treatment condition was 600 rpm for 1 hour. The slurry pulverized by this treatment was centrifuged. Thereby, impurities such as oxides were separated and removed. 5 parts by mass of an epoxy resin was added to this mixed solution to adjust the viscosity so that it could be applied to the material to be treated.

塗布方式は、浸漬方式とした。粘度調整した上記スラリー中に被処理材を浸漬し、一定速度で引き上げることにより、スラリーを被処理材の表面に塗布した。塗布膜厚は、約100μmであった。   The coating method was an immersion method. The material to be treated was immersed in the slurry whose viscosity was adjusted, and the slurry was applied to the surface of the material to be treated by pulling it up at a constant speed. The coating film thickness was about 100 μm.

スラリーを塗布した被処理材を乾燥し、溶媒を蒸発させた後、Arガス雰囲気で加熱した。加熱条件は、昇温速度10℃/分、1150℃に達した後2時間保持した。保持後A1変態温度以下に冷却し、再度加熱した。加熱保持温度及び時間は850℃、1時間とした。この加熱保持後、油焼入れをすることにより、硬化層を形成し、試験片とした。   The treated material to which the slurry was applied was dried and the solvent was evaporated, followed by heating in an Ar gas atmosphere. The heating conditions were a temperature rising rate of 10 ° C./min and a temperature of 1150 ° C. and then held for 2 hours. After holding, it was cooled below the A1 transformation temperature and heated again. The heating holding temperature and time were 850 ° C. and 1 hour. After this heating and holding, oil hardening was performed to form a hardened layer, which was used as a test piece.

180℃、2時間の焼き戻しをした後、試験片の疲労寿命を評価した。寿命試験には、二円筒疲労試験を用いて、ピッチング面積の比率から寿命を求めた。   After tempering at 180 ° C. for 2 hours, the fatigue life of the test piece was evaluated. In the life test, the life was obtained from the ratio of the pitching area using a two-cylinder fatigue test.

本実施例の試験片についても、EPMA分析により、TiC化合物の体積率を測定した。その結果、表面から深さ50μmまでの領域におけるTiC化合物の体積率は、20%であった。また、表面から深さ50μmまでの領域における硬さは、900Hvであった。疲労寿命は、10倍であった。   Also for the test piece of this example, the volume ratio of the TiC compound was measured by EPMA analysis. As a result, the volume ratio of the TiC compound in the region from the surface to a depth of 50 μm was 20%. The hardness in the region from the surface to a depth of 50 μm was 900 Hv. The fatigue life was 10 times.

表3は、上記の条件及び結果をまとめて示したものである。   Table 3 summarizes the above conditions and results.

Figure 2019131867
Figure 2019131867

本表において、サンプル3−1は、上記の方法で作製した構造材の原材料である被処理材及びスラリーの仕様、得られた構造材の物性等を示したものである。   In this table, Sample 3-1 shows the specifications of the material to be processed and the slurry, which are raw materials of the structural material produced by the above method, and the physical properties of the obtained structural material.

本表には、金属粉として、Ti、V、W、Zr、Ta、Nb若しくはHf又はこれらの金属元素を含む合金の粉末を用いた場合について記載している。本表から、これらの元素を含む炭化物を含む構造材は、炭化物を含まない構造材に比べ、寿命が飛躍的に向上することがわかる。   This table describes the case where Ti, V, W, Zr, Ta, Nb, Hf, or an alloy powder containing these metal elements is used as the metal powder. From this table, it can be seen that the structural material containing carbides containing these elements has a significantly improved life compared to the structural material not containing carbides.

なお、本表においては、炭化剤としてベンゾトリアゾールを用いたが、炭化剤としては、これの代わりに、イミダゾール、1,2,4−トリアゾール(124T)、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール(3AT)、m3−メルカプト−1,2,4−トリアゾール(3MT)、3−カルボキサミド−1,2,4−トリアゾール(3CT)、2−アミノ−1,3,4−チアジアゾール(2ATZ)、3−アミノピラゾール(3APZ)、3−アミノピロリジン(3AP)を用いることができる。炭化剤としては、酸素を含有しない物質が好適である。   In this table, benzotriazole was used as the carbonizing agent, but instead of this, imidazole, 1,2,4-triazole (124T), 3-amino-1,2,4- Triazole (3AT), m3-mercapto-1,2,4-triazole (3MT), 3-carboxamide-1,2,4-triazole (3CT), 2-amino-1,3,4-thiadiazole (2ATZ), 3-aminopyrazole (3APZ) and 3-aminopyrrolidine (3AP) can be used. As the carbonizing agent, a substance not containing oxygen is suitable.

このような寿命向上効果は、炭素を0.15%含むSCM415や、炭素を0.5%含むS50Cでも顕著であり、被処理材の母地が0.1〜0.8%の炭素濃度であれば、寿命が向上することがわかった。母地の炭素濃度が0.8%を超えると、炭素がスラリー塗布側に拡散し、層状炭化物が成長しやすくなり、傾斜層が薄くなる傾向がある。この場合、寿命向上効果は2〜5倍となる。   Such a life improvement effect is remarkable even in SCM415 containing 0.15% of carbon and S50C containing 0.5% of carbon, and the base material of the material to be treated has a carbon concentration of 0.1 to 0.8%. It was found that the lifetime would be improved. If the carbon concentration of the matrix exceeds 0.8%, the carbon diffuses to the slurry application side, the layered carbide tends to grow, and the inclined layer tends to become thin. In this case, the lifetime improvement effect is 2 to 5 times.

なお、実施例1〜4においては、スラリーの溶媒として2−ブタノン又はメタノールを用いたが、本発明は、これに限定されるものではなく、スラリーの溶媒として、炭素数が6以下の官能基を2個有するケトン及び炭素数が6以下のアルコールから選択されるものを用いることができる。   In Examples 1 to 4, 2-butanone or methanol was used as the solvent for the slurry, but the present invention is not limited to this, and the functional group having 6 or less carbon atoms is used as the solvent for the slurry. Can be selected from ketones having two carbon atoms and alcohols having 6 or less carbon atoms.

実施例5は、プラズマを用いる方法の例である。   Example 5 is an example of a method using plasma.

被処理材は、S45C(Fe−0.2Cr−0.45C合金)である。   The material to be treated is S45C (Fe-0.2Cr-0.45C alloy).

この被処理材をアセトンで洗浄し、表面の油脂成分を除去した。   This material to be treated was washed with acetone to remove the oil component on the surface.

この被処理材に、粒径5μmの炭素粉100質量部に対して、エポキシ樹脂を5質量部混合し、これを被処理材の表面に塗布した。塗布厚さは、約100μmであった。   5 parts by mass of an epoxy resin was mixed with 100 parts by mass of carbon powder having a particle diameter of 5 μm, and this was applied to the surface of the object to be processed. The coating thickness was about 100 μm.

さらに、ケイ酸ナトリウム(ケイ酸塩)などを含む水ガラスを主成分とする材料を塗布した。水ガラスの層の厚さは、約100μmであった。水ガラスと炭素粉とは、局所的に混合していた。   Further, a material mainly composed of water glass containing sodium silicate (silicate) or the like was applied. The thickness of the water glass layer was about 100 μm. Water glass and carbon powder were locally mixed.

大気中で乾燥した後、Ar及びNの混合ガスを流し、高電圧パルスを印加して、プラズマを発生させた。プラズマトーチの送り速度は、50〜200mm/秒とした。 After drying in the atmosphere, a mixed gas of Ar and N 2 was flowed, and a high voltage pulse was applied to generate plasma. The feed rate of the plasma torch was 50 to 200 mm / second.

プラズマ照射により、被処理材の表面が急速に加熱され、急冷される。急速加熱により、炭素が表面から供給され、被処理材の表面の炭素濃度は、0.7〜1.5質量%の範囲にすることが可能である。   The surface of the material to be treated is rapidly heated and rapidly cooled by the plasma irradiation. By rapid heating, carbon is supplied from the surface, and the carbon concentration on the surface of the material to be treated can be in the range of 0.7 to 1.5 mass%.

組成分析の結果から、被処理材の表面から深さ1000μmまでの領域において過共析の炭素濃度であることを確認した。   From the result of composition analysis, it was confirmed that the carbon concentration was hypereutectoid in the region from the surface of the material to be treated to a depth of 1000 μm.

このような被処理材の表面層の状態について、更に説明する。   The state of the surface layer of the material to be treated will be further described.

気相中のNの一部は、プラズマ照射により、分解し、被処理材の表面から拡散する。これにより、炭素よりも拡散深さが小さい範囲で、表面層に窒素が供給される。このような炭素及び窒素の拡散供給により、残留オーステナイト及びマルテンサイトが生成する。 Part of N 2 in the gas phase is decomposed by plasma irradiation and diffuses from the surface of the material to be processed. Thereby, nitrogen is supplied to the surface layer in a range where the diffusion depth is smaller than that of carbon. Residual austenite and martensite are generated by such diffusion supply of carbon and nitrogen.

また、プラズマにより、炭化水素分子又は炭素の一部がラジカル又はイオンに変化する。そして、電界により、ラジカル又はイオンの拡散が加速する。   In addition, a part of hydrocarbon molecules or carbon is changed into radicals or ions by plasma. The diffusion of radicals or ions is accelerated by the electric field.

これらに関する条件は、プラズマトーチと被処理材との距離、誘電体(ケイ酸塩)の厚さ、ケイ酸塩及び炭素粉の比誘電率、ガス圧力などを制御することにより設定することができる。これにより、浸炭、浸窒、あるいは添加する金属元素の被処理材への供給量が設計できる。   These conditions can be set by controlling the distance between the plasma torch and the material to be treated, the thickness of the dielectric (silicate), the relative dielectric constant of the silicate and carbon powder, the gas pressure, and the like. . Thereby, the supply amount to the to-be-processed material of the carburizing, nitriding, or the metal element to add can be designed.

供給された炭素は、大気中プラズマ処理後の加熱により、炭化物に変化する。この炭化物を球状化した後、焼入れすることにより、深さ100μm付近の残留オーステナイトの体積率を10〜30%の範囲に低減することができる。この構造材は、深さ100μmにおける硬さが750〜850Hvである。   The supplied carbon is changed to carbide by heating after the plasma treatment in the atmosphere. The carbide is spheroidized and then quenched to reduce the volume fraction of retained austenite in the vicinity of a depth of 100 μm to a range of 10 to 30%. This structural material has a hardness of 750 to 850 Hv at a depth of 100 μm.

上記の処理(プラズマ浸炭浸窒処理)は、処理前の真空排気を必要とせず、プラズマ照射部が部分加熱であり、短時間で炭素及び窒素を供給可能であること、ガス種を選択することで種々の元素を拡散させることが可能であることなどの利点がある。ガス種としては、Ar及びNの混合ガス(Ar+N)、Ar+NH、Ar+CO+N、Ar+CO+NH、Ar+NH+H、アセチレン等のCH基含有ガスとNを含有するガスとの混合ガス、Heと上記ガス種との混合ガス等を使用することができる。 The above treatment (plasma carburizing and nitriding treatment) does not require evacuation before the treatment, the plasma irradiation part is partially heated, can supply carbon and nitrogen in a short time, and select a gas type There are advantages such as being able to diffuse various elements. As the gas species, a mixed gas of Ar and N 2 (Ar + N 2 ), Ar + NH 3 , Ar + CO 2 + N 2 , Ar + CO 2 + NH 3 , Ar + NH 3 + H 2 , acetylene, or other CH group-containing gas and N-containing gas A mixed gas, a mixed gas of He and the above gas species, or the like can be used.

塗布材料としては、炭素粉に種々の金属元素(Ti、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta、Hf、W等)を添加して用いることにより、炭素とともに拡散させることが可能である。表面層に拡散した上記金属元素の一部は、MC、M、M、M、MCなどの炭化物(Mは、Ti、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta、Hf、W及びFeのうちの少なくとも一種)となる。 As a coating material, various metallic elements (Ti, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Ta, Hf, W, etc.) are added to carbon powder and diffused together with carbon. It is possible. Some of the metal elements diffused in the surface layer are carbides such as M 3 C, M 7 C 3 , M 4 C 3 , M 8 C 7 , MC (M is Ti, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Ta, Hf, W, and Fe).

さらに、上記炭化物の炭素の一部が窒素で置換された炭窒化物も生成可能である。このような炭化物や炭窒化物の形成により、硬度上昇、摩擦係数低下、磨耗量低減、軟化抵抗の増加が確認できる。また、疲労強度や曲げ強度が増加する。これらの元素は、プラズマ照射時の被処理材への酸素の拡散を抑制する。TiOやCrなど種々の酸化物を形成することにより、酸素と結合し、被処理材への酸素の浸入を抑制することができる。また、Naなどの不純物が被処理材の内部に拡散することを防止する効果も確認している。 Furthermore, carbonitrides in which a part of the carbon of the carbide is substituted with nitrogen can also be generated. The formation of such carbides and carbonitrides can confirm an increase in hardness, a decrease in friction coefficient, a decrease in wear, and an increase in softening resistance. Moreover, fatigue strength and bending strength increase. These elements suppress the diffusion of oxygen to the material to be processed during plasma irradiation. By forming various oxides such as TiO 2 and Cr 2 O 3, it is possible to combine with oxygen and suppress entry of oxygen into the material to be processed. In addition, the effect of preventing impurities such as Na from diffusing into the material to be treated has been confirmed.

炭素粉には、活性炭素やカーボンブラック、カーボンナノファイバ、カーボンナノツイスト、グラフェン、フラーレン、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)などを使用可能である。また、炭素粉に代えて、BNなどの窒素化合物を用いることにより、被処理材に窒素を浸入・拡散させることが可能である。   As the carbon powder, activated carbon, carbon black, carbon nanofiber, carbon nanotwist, graphene, fullerene, diamond-like carbon (DLC), or the like can be used. Further, by using a nitrogen compound such as BN instead of carbon powder, nitrogen can be infiltrated and diffused in the material to be treated.

本プラズマ浸炭浸窒化処理の後、硬化範囲あるいは処理範囲が大きなレーザ焼入れや高周波焼入れとの組み合わせにより、硬化深さあるいは硬化幅をより広範囲で調整可能である。また、広範囲の浸炭処理や浸窒素処理、レーザ合金化、高周波浸炭、高周波浸窒などとの併用も可能である。被処理材は、S45C以外の低炭素鋼、高炭素鋼、浸炭専用鋼やステンレス鋼、耐熱鋼などの鋼種に適用できる。   After the plasma carbonitriding process, the curing depth or the curing width can be adjusted in a wider range by a combination of laser quenching or induction quenching with a large curing range or processing range. Further, a wide range of carburizing treatment, nitrogen-nitriding treatment, laser alloying, high-frequency carburizing, high-frequency nitrogen nitriding, etc. can be used together. The material to be treated can be applied to steel types other than S45C, such as low carbon steel, high carbon steel, carburized steel, stainless steel, and heat resistant steel.

本手法は、短時間で浸炭処理や浸窒処理が可能であり、真空排気設備が不要であるため、設備費用の面でも通常の浸炭・浸窒処理設備よりも低価格である。よって、摺動材料等の構造材の表面処理に適用可能である。   This method can be carburized and nitrocarburized in a short time, and does not require vacuum exhaust equipment, so it is less expensive than ordinary carburizing / nitrogenizing equipment in terms of equipment costs. Therefore, it can be applied to the surface treatment of a structural material such as a sliding material.

本手法のような大気圧放電現象を利用した短時間表面処理は、摺動材料のみならず、機能材料の表面改質に応用できる。具体的には、軟磁性材の粒界への浸炭・浸窒による高磁束化や、圧粉鉄などの粒界の絶縁性向上、電磁鋼板の高磁化化、永久磁石材料への表面処理として、FeCo系材やNiFe系材への適用による保磁力増大や磁気変態点上昇効果、NdFeB系磁石の保持力増加効果(拡散させる金属元素は、各種希土類元素のうちの少なくとも一種以上である。)を得ることができる。また、3Dプリンター(3DP)による造形材への表面処理プロセスとして適用できる。   The short-time surface treatment using the atmospheric pressure discharge phenomenon as in this method can be applied to the surface modification of functional materials as well as sliding materials. Specifically, as an increase in magnetic flux by carburizing and nitriding the grain boundaries of soft magnetic materials, improving the insulation of grain boundaries such as powdered iron, increasing the magnetization of electromagnetic steel sheets, and surface treatment of permanent magnet materials , FeCo-based materials and NiFe-based materials increase coercivity, increase the magnetic transformation point, increase NdFeB-based magnet coercive force (the metal element to be diffused is at least one of various rare earth elements). Can be obtained. Moreover, it can apply as a surface treatment process to the modeling material by 3D printer (3DP).

実施例6は、水ガラス及び炭素粉末の混合物を送給して塗布するトーチと、プラズマガスを流しプラズマを発生させるトーチとを使用する例である。   Example 6 is an example in which a torch for feeding and applying a mixture of water glass and carbon powder and a torch for generating plasma by flowing a plasma gas are used.

被処理材は、SCM415である。   The material to be processed is SCM415.

浸炭源は、水ガラスによりシールドされた炭素粉末である。周波数1MHz、20kWでプラズマを被処理材の表面に照射する。キャリアガスは、Ar及びCOの混合ガスである。プラズマトーチの送り速度は、20〜200mm/秒である。この範囲の送り速度で、深さ0.2〜2mmまで浸炭し、焼入れをすることができる。キャリアガスの外周側からAr+Hのシースガスを流すことにより、酸化を防止できる。 The carburizing source is carbon powder shielded by water glass. The surface of the material to be processed is irradiated with plasma at a frequency of 1 MHz and 20 kW. Carrier gas is a mixed gas of Ar and CO 2. The feeding speed of the plasma torch is 20 to 200 mm / second. Carburizing to a depth of 0.2 to 2 mm and quenching can be performed at a feed rate in this range. Oxidation can be prevented by flowing an Ar + H 2 sheath gas from the outer peripheral side of the carrier gas.

さらに、酸化防止策として、水ガラスの成分を、ケイ酸ナトリウムから、ケイ酸ナトリウムと窒化物若しくはフッ化物との混合物、又はケイ酸ナトリウムと窒化物、フッ化物若しくは炭化物との混合物とすることにより、ケイ酸ナトリウムからの分解酸素の浸入を抑制することが可能である。また、炭素粉末に鉄よりも酸化物生成自由エネルギーが負側となる希土類元素やTi、V、Mo、Nb、Zr、W、Cr、Ta、Yなどの金属粉末または炭化物を混合して送粉することにより、SCM415への酸素の浸入を防止することができる。   Furthermore, as an antioxidant measure, the water glass component is changed from sodium silicate to a mixture of sodium silicate and nitride or fluoride, or a mixture of sodium silicate and nitride, fluoride or carbide. It is possible to suppress the entry of decomposed oxygen from sodium silicate. Also, carbon powder is mixed with rare earth elements whose free energy of oxide formation is more negative than iron, and metal powder or carbide such as Ti, V, Mo, Nb, Zr, W, Cr, Ta, Y, etc. By doing so, it is possible to prevent oxygen from entering the SCM 415.

上記のように複数のトーチを用いて、炭化する炭素源の塗布と、浸炭するための熱源としてのトーチとを使用して、複雑な形状を有する部品の表面を浸炭することが可能である。   As described above, it is possible to carburize the surface of a component having a complicated shape using a carbon source to be carbonized and a torch as a heat source for carburizing using a plurality of torches.

上記トーチに加えてレーザ照射可能なトーチを用いた塗布材の乾燥やレーザ焼き入れとの併用や、浸炭とは別に浸窒専用のプラズマトーチを加えて浸炭及び浸窒を独立制御して、被処理材の表面の浸炭部周辺を浸窒することもできる。浸炭した表面の一部を更に浸窒すること、浸炭及び浸窒を同時に複数のトーチで施工すること、送粉材の金属元素を利用して種々の炭化物(MC、M、MC、M23、MCなどの炭化物である。Mは、送粉に使用する金属元素または被処理材中の金属元素である。)をプラズマ照射した表面に形成することなども可能である。 In addition to the above torch, the coating material is dried and laser-quenched using a laser-irradiated torch. In addition to carburizing, a plasma torch dedicated to nitriding is added to independently control carburizing and nitriding, and Nitrogenation can be performed around the carburized portion on the surface of the treatment material. Further nitriding a part of the carburized surface, performing carburizing and nitriding with a plurality of torches at the same time, utilizing various metal carbides (M 3 C, M 7 C 3 , Carbide such as M 2 C, M 23 C 6 , MC, etc. M is a metal element used for powder feeding or a metal element in the material to be treated. It is.

また、プラズマの照射条件である周波数を複数とした高周波の条件で浸炭した後、低周波の条件で浸炭することにより、表面硬度の制御や、硬度分布の制御が可能である。   In addition, after carburizing under a high frequency condition where a plurality of frequencies, which are plasma irradiation conditions, are carburized under a low frequency condition, it is possible to control the surface hardness and the hardness distribution.

水ガラス以外の高電気抵抗材料として、各種酸化物や酸フッ化物、窒化物が使用でき、被処理材、高炭素含有材及び誘電材の少なくとも3種の材料においてプラズマを発生させ、誘電体による放電現象を利用して、炭素を加熱された被処理材に拡散させる。熱エネルギーおよび電界(電場勾配)と所定の周波数と投入電圧を制御することで、拡散する炭素の量と深さを制御可能である。   As high electrical resistance materials other than water glass, various oxides, oxyfluorides, and nitrides can be used. Plasma is generated in at least three kinds of materials, that is, a material to be treated, a high carbon-containing material, and a dielectric material. Using the discharge phenomenon, carbon is diffused into the heated material to be treated. By controlling the thermal energy, electric field (electric field gradient), predetermined frequency, and input voltage, the amount and depth of carbon that diffuses can be controlled.

使用可能なガス種は、実施例5に記載のガス種である。プラズマパワーを100kW〜1MWとすること、及び周波数を適正範囲とすることにより、被処理材の外側から供給する金属元素の拡散が促進される。このようにして、上記種々の炭化物や炭窒化物あるいは上記元素の窒化物を層状に、被処理材の内部の浸炭または浸窒をした組織の中に分散させることが可能である。また、プラズマ周波数に加えてプラズマ出力の調整により、炭素や窒素の拡散と金属元素の拡散を促進することができる。   Usable gas species are those described in Example 5. By setting the plasma power to 100 kW to 1 MW and adjusting the frequency to an appropriate range, diffusion of the metal element supplied from the outside of the material to be processed is promoted. In this way, it is possible to disperse the various carbides, carbonitrides, or nitrides of the above elements in layers in the carburized or nitrogenated structure inside the material to be treated. Further, by adjusting the plasma output in addition to the plasma frequency, the diffusion of carbon and nitrogen and the diffusion of metal elements can be promoted.

このような硬化処理のためには、複数のトーチのガス流量、送粉及びパワー、周波数をそれぞれ制御する制御系並びに位置決め系、送り系及び温度計を含む装置で施工する必要がある。   In order to perform such a curing process, it is necessary to perform construction with an apparatus including a control system for controlling the gas flow rate, powder feeding and power, and frequency of a plurality of torches, a positioning system, a feeding system, and a thermometer.

上記装置により、構造材料の硬化処理に加えて、機能材料である磁性材料や熱電材料、導電材料、生体材料などに適用可能であり、磁化上昇、保持力上昇、耐食性向上、熱電療増加などが確認できる。   With the above equipment, in addition to the structural material curing treatment, it can be applied to functional materials such as magnetic materials, thermoelectric materials, conductive materials, biomaterials, etc., such as increased magnetization, increased retention, improved corrosion resistance, increased thermoelectric treatment I can confirm.

11:VC系炭化物、12:粒界、13:母地、21:MC系炭化物、22:粒界、23:母地、24:VC系炭化物、50:構造材、52:基材、54:硬化層。   11: VC carbide, 12: grain boundary, 13: matrix, 21: MC carbide, 22: grain boundary, 23: matrix, 24: VC carbide, 50: structural material, 52: substrate, 54: Hardened layer.

Claims (13)

被処理材の表面に塗布し、前記被処理材の硬化処理に用いるスラリーであって、
金属粉と、
炭素及び窒素を含有する化合物である炭化剤と、
溶媒と、を含む、表面硬化処理用スラリー。
A slurry applied to the surface of the material to be treated and used for curing the material to be treated,
Metal powder,
A carbonizing agent which is a compound containing carbon and nitrogen;
A slurry for surface curing treatment, comprising a solvent.
前記炭化剤は、酸素を含有しない、請求項1記載の表面硬化処理用スラリー。   The slurry for surface hardening treatment according to claim 1, wherein the carbonizing agent does not contain oxygen. 前記金属粉は、Ti、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta、Hf、W及びFeからなる群から選択された1種類以上の金属元素で構成されている金属の粉末である、請求項1記載の表面硬化処理用スラリー。   The metal powder is a metal composed of one or more metal elements selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Ta, Hf, W, and Fe. The slurry for surface hardening treatment of Claim 1 which is a powder. 前記金属粉は、Vを含む、請求項1記載の表面硬化処理用スラリー。   The slurry for surface hardening treatment according to claim 1, wherein the metal powder contains V. 前記溶媒は、炭素数が6以下の官能基を2個有するケトン及び炭素数が6以下のアルコールから選択される、請求項1記載の表面硬化処理用スラリー。   The slurry for surface hardening treatment according to claim 1, wherein the solvent is selected from a ketone having two functional groups having 6 or less carbon atoms and an alcohol having 6 or less carbon atoms. 前記溶媒は、2−ブタノン又はメタノールである、請求項5記載の表面硬化処理用スラリー。   The slurry for surface hardening treatment according to claim 5, wherein the solvent is 2-butanone or methanol. 前記炭化剤は、ベンゾトリアゾール、イミダゾール、1,2,4−トリアゾール、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール、m3−メルカプト−1,2,4−トリアゾール、3−カルボキサミド−1,2,4−トリアゾール、2−アミノ−1,3,4−チアジアゾール、3−アミノピラゾール及び3−アミノピロリジンからなる群から選択された1種類以上である、請求項1記載の表面硬化処理用スラリー。   The carbonizing agent is benzotriazole, imidazole, 1,2,4-triazole, 3-amino-1,2,4-triazole, m3-mercapto-1,2,4-triazole, 3-carboxamide-1,2, The slurry for surface hardening treatment of Claim 1 which is 1 or more types selected from the group which consists of 4-triazole, 2-amino-1,3,4-thiadiazole, 3-aminopyrazole, and 3-aminopyrrolidine. さらに、炭素粉を含む、請求項1記載の表面硬化処理用スラリー。   Furthermore, the slurry for surface hardening treatment of Claim 1 containing carbon powder. 基材と、
硬化層と、を有し、
前記硬化層は、金属と炭素とを構成元素として含む炭化物の粒子を含み、
前記硬化層は、前記基材よりも前記炭化物の濃度が高く、
前記炭化物の前記濃度は、前記硬化層の気相側表面から前記基材の中央部に向かって単調に減少している、構造材。
A substrate;
A cured layer,
The hardened layer includes carbide particles including metal and carbon as constituent elements,
The hardened layer has a higher concentration of the carbide than the base material,
The structural material in which the concentration of the carbide monotonously decreases from the gas phase side surface of the hardened layer toward the center of the base material.
前記硬化層における前記炭化物の体積率は、1〜30%である、請求項9記載の構造材。   The structural material according to claim 9, wherein a volume ratio of the carbide in the hardened layer is 1 to 30%. 前記炭化物は、Ti、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta、Hf、W及びFeからなる群から選択された1種類以上の金属元素を含む、請求項9記載の構造材。   10. The carbide according to claim 9, wherein the carbide includes one or more metal elements selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Ta, Hf, W, and Fe. Structural material. 前記炭化物は、Vを含む、請求項9記載の構造材。   The structural material according to claim 9, wherein the carbide includes V. 前記炭化物は、窒素を含む、請求項9記載の構造材。   The structural material according to claim 9, wherein the carbide includes nitrogen.
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JPS52133836A (en) * 1976-05-06 1977-11-09 Nippon Steel Corp Method of producing alitized steel member and steel plate
JPS6335764A (en) * 1986-07-30 1988-02-16 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Surface treatment of iron or iron alloy material
JP2004323891A (en) * 2003-04-23 2004-11-18 Okayama Prefecture Method for surface improvement of steel
JP5577573B2 (en) * 2008-08-29 2014-08-27 株式会社Ihi Vacuum carburizing method and vacuum carburizing apparatus
JP2010222648A (en) * 2009-03-24 2010-10-07 Ryukoku Univ Production method of carbon steel material and carbon steel material
JP2015232164A (en) * 2014-06-10 2015-12-24 日本精工株式会社 Manufacturing method for rolling bearing and heat treatment apparatus
JP2016138325A (en) * 2015-01-29 2016-08-04 宇部興産株式会社 Production method of metal or semimetal carbonitride film

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