JP2607668B2 - 鉄系金属材料の表面硬化法 - Google Patents
鉄系金属材料の表面硬化法Info
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- JP2607668B2 JP2607668B2 JP1032827A JP3282789A JP2607668B2 JP 2607668 B2 JP2607668 B2 JP 2607668B2 JP 1032827 A JP1032827 A JP 1032827A JP 3282789 A JP3282789 A JP 3282789A JP 2607668 B2 JP2607668 B2 JP 2607668B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は硬さを必要とする鉄製金属材料の表面硬化法
に関し、例えば石炭灰等により摩耗を受けるボイラチユ
ーブ構造物や自動車部品等の摺動部、その他機械構造物
の製作に有利に適用しうる表面硬化フエライト系材料
（例えば鋳鉄、炭素鋼、合金鉄）、オーステナイト系材
料（Cr,Niを含むステンレス鋼）を提供することができ
る方法に関する。
に関し、例えば石炭灰等により摩耗を受けるボイラチユ
ーブ構造物や自動車部品等の摺動部、その他機械構造物
の製作に有利に適用しうる表面硬化フエライト系材料
（例えば鋳鉄、炭素鋼、合金鉄）、オーステナイト系材
料（Cr,Niを含むステンレス鋼）を提供することができ
る方法に関する。
石炭灰等により摩耗等を受けるボイラチユーブ、構造
物や自動車部品等の摺動部には、その摩耗対策としてク
ロマイズ処理あるいは浸炭＋クロマイズ処理が実施され
る場合がある。クロマイズ処理は金属Cr、アルミナ、塩
化アンモニウムの混合物中に被処理材を埋め込み、水素
雰囲気中で加熱する方法であり、その厚みはフエライト
系鋼の場合、約100μｍ、表面Cr濃度は10〜40％前後で
あり、また硬さは200Hv前後である。一方、第１段処理
として浸炭、第２段処理としてクロマイズする方法で
は、厚さ30μｍ、硬さは1000〜1100Hv前後の（CrFe）23
C6あるいは（CrFe）7C3の単一層が得られる。
物や自動車部品等の摺動部には、その摩耗対策としてク
ロマイズ処理あるいは浸炭＋クロマイズ処理が実施され
る場合がある。クロマイズ処理は金属Cr、アルミナ、塩
化アンモニウムの混合物中に被処理材を埋め込み、水素
雰囲気中で加熱する方法であり、その厚みはフエライト
系鋼の場合、約100μｍ、表面Cr濃度は10〜40％前後で
あり、また硬さは200Hv前後である。一方、第１段処理
として浸炭、第２段処理としてクロマイズする方法で
は、厚さ30μｍ、硬さは1000〜1100Hv前後の（CrFe）23
C6あるいは（CrFe）7C3の単一層が得られる。
〔発明が解決しようとする課題〕 クロマイズ処理層の硬さは200Hvと母材のそれ（140H
v）に比較すると大きいが、石炭灰等による損傷抵抗を
示す硬さは800Hv前後なので、これより硬さの低いクロ
マイズ層は約0.5〜１年で消失し、十分な効果を発揮で
きない等の欠点があつた。
v）に比較すると大きいが、石炭灰等による損傷抵抗を
示す硬さは800Hv前後なので、これより硬さの低いクロ
マイズ層は約0.5〜１年で消失し、十分な効果を発揮で
きない等の欠点があつた。
一方、浸炭＋クロマイズ処理では1000〜1100Hvの硬さ
を有する皮膜が得られるが、その厚さが約30μｍと非常
に薄いために耐久性の点で問題があり、さらに皮膜を厚
くする必要があつた。また、この皮膜は単一相であるた
めに、割れ及び剥離等が発生しやすい傾向にあつた。
を有する皮膜が得られるが、その厚さが約30μｍと非常
に薄いために耐久性の点で問題があり、さらに皮膜を厚
くする必要があつた。また、この皮膜は単一相であるた
めに、割れ及び剥離等が発生しやすい傾向にあつた。
本発明は上記技術水準に鑑み、鉄系金属材料の表面に
硬く、かつ割れ難い極厚の硬化層を形成させる方法を提
供しようとするものである。
硬く、かつ割れ難い極厚の硬化層を形成させる方法を提
供しようとするものである。
本発明は処理温度1100〜1200℃でクロマイズ処理して
鉄系金属材料表面にCr濃度20wt％以上で400μｍ以上の
極厚皮膜を形成させ、次に温度1000〜1100℃でガス浸炭
処理して該極厚皮膜中に1000〜1400Hvの高硬度を有する
（CrFe）23C6あるいは（CrFe）7C3と比較的低硬度を有
する（CrFe）3Cとをデンドライト状に交互に成長させる
ことを特徴とする鉄系金属材料の表面硬化法である。
鉄系金属材料表面にCr濃度20wt％以上で400μｍ以上の
極厚皮膜を形成させ、次に温度1000〜1100℃でガス浸炭
処理して該極厚皮膜中に1000〜1400Hvの高硬度を有する
（CrFe）23C6あるいは（CrFe）7C3と比較的低硬度を有
する（CrFe）3Cとをデンドライト状に交互に成長させる
ことを特徴とする鉄系金属材料の表面硬化法である。
本発明で処理対象となる鉄系金属材料は、例えば炭素
鋼、鋳鉄、Cr及びMoあるいはNi,Cr,Mo,V等を含む合金鋼
のようなフエライト系材料及び例えばCr,Niを含むステ
ンレス鋼のようなオーステナイト系材料があげられる。
鋼、鋳鉄、Cr及びMoあるいはNi,Cr,Mo,V等を含む合金鋼
のようなフエライト系材料及び例えばCr,Niを含むステ
ンレス鋼のようなオーステナイト系材料があげられる。
本発明のクロマイズ処理においては、一般のクロマイ
ズ処理と同じ種類の処理剤（金属Cr粉、アルミナ粉及び
塩化アンモニウム）、同じ雰囲気（H2ガスのような還元
ガス雰囲気）及び同じ処理時間（10〜20時間）が採用さ
れ、これらの条件の変更によつてクロマイズ処理層の膜
厚をある程度変えることができるが、これらの条件のみ
によつては極厚のクロマイズ処理層膜は得られない。本
発明のクロマイズ処理の最大の特徴は処理温度を1100〜
1200℃に設定したことであつて、これによつて400μｍ
以上の極厚のクロマイズ層が得られる。1100℃未満では
得られるクロマイズ層の厚厚さが100〜200μｍと薄く、
かつ該層のCr濃度が20wt％未満となる場合があり、この
濃度未満では（CrFe）23C6及び（CrFe）7C3等の硬い炭
化物が得がたい。また1200℃を越えるとクロマイズ処理
に使用するステンレス製ボツクスが熱により酸化あるい
は変形し処理不能となるからである。
ズ処理と同じ種類の処理剤（金属Cr粉、アルミナ粉及び
塩化アンモニウム）、同じ雰囲気（H2ガスのような還元
ガス雰囲気）及び同じ処理時間（10〜20時間）が採用さ
れ、これらの条件の変更によつてクロマイズ処理層の膜
厚をある程度変えることができるが、これらの条件のみ
によつては極厚のクロマイズ処理層膜は得られない。本
発明のクロマイズ処理の最大の特徴は処理温度を1100〜
1200℃に設定したことであつて、これによつて400μｍ
以上の極厚のクロマイズ層が得られる。1100℃未満では
得られるクロマイズ層の厚厚さが100〜200μｍと薄く、
かつ該層のCr濃度が20wt％未満となる場合があり、この
濃度未満では（CrFe）23C6及び（CrFe）7C3等の硬い炭
化物が得がたい。また1200℃を越えるとクロマイズ処理
に使用するステンレス製ボツクスが熱により酸化あるい
は変形し処理不能となるからである。
本発明のガス浸炭処理において、処理温度が1000℃以
下ではCr量が多く浸炭せず（CrFe）7C3等は厚く形成さ
れないが、1000〜1100℃に上昇させ、かつ処理時間を５
時間以上にすることにより厚い（250μｍ程度）の（CrF
e）9C3等が得られるので、ガス浸炭処理温度は1000〜11
00℃に設定すべきである。またガス浸炭以外の浸炭法
（固体浸炭）では炭化物は形成されないので、ガス浸炭
にしなければならない。
下ではCr量が多く浸炭せず（CrFe）7C3等は厚く形成さ
れないが、1000〜1100℃に上昇させ、かつ処理時間を５
時間以上にすることにより厚い（250μｍ程度）の（CrF
e）9C3等が得られるので、ガス浸炭処理温度は1000〜11
00℃に設定すべきである。またガス浸炭以外の浸炭法
（固体浸炭）では炭化物は形成されないので、ガス浸炭
にしなければならない。
〔作用〕 数百μｍの厚さで、高硬度の炭化物が形成させたため
に、従来より著しく耐久性が向上するとともに、高硬度
及び低硬度の炭化物が共存するために、従来より割れ発
生が少なく、また耐剥離性も著しく向上した。
に、従来より著しく耐久性が向上するとともに、高硬度
及び低硬度の炭化物が共存するために、従来より割れ発
生が少なく、また耐剥離性も著しく向上した。
第１図に示すように0.07％Ｃ、2.25％Cr、１％Mo、0.
7％Nb、0.6％Ti、BalFeの組成を有するボイラチユーブ
（50.8φ×6.0t×500l）１を金属Cr、アルミナ、塩化ア
ンモニウムの混合物２中に埋め込み水素雰囲気中で1200
℃で10時間加熱しクロマイズ処理を実施した。
7％Nb、0.6％Ti、BalFeの組成を有するボイラチユーブ
（50.8φ×6.0t×500l）１を金属Cr、アルミナ、塩化ア
ンモニウムの混合物２中に埋め込み水素雰囲気中で1200
℃で10時間加熱しクロマイズ処理を実施した。
第２図はこの処理により得られた皮膜層３の断面の光
学顕微鏡組織を示す写真、第３図は、EPMA（Ｘ線マイク
ロアナライザ）によるFe及びCrの濃度分布を示す図表、
第４図はビツカース硬さ測定結果を示す図表である。こ
れらのデータからわかるように皮膜３の性状は、皮膜厚
さが530μｍ、Cr濃度が10〜50％、また硬さは170〜230H
v前後であつた。
学顕微鏡組織を示す写真、第３図は、EPMA（Ｘ線マイク
ロアナライザ）によるFe及びCrの濃度分布を示す図表、
第４図はビツカース硬さ測定結果を示す図表である。こ
れらのデータからわかるように皮膜３の性状は、皮膜厚
さが530μｍ、Cr濃度が10〜50％、また硬さは170〜230H
v前後であつた。
次に、これを1100℃で５時間の処理条件でプロパンガ
ス雰囲気中で浸炭処理を実施した。第５図はこの処理に
より得られた皮膜層の断面の光学顕微鏡組織を示す写
真、第６図はEPMAによるFe,Cr及びＣの濃度分布を示す
図表、第７図はビツカース硬さ測定結果を示す図表であ
る。なお、第８図に皮膜層４を拡大してみた光学顕微鏡
組織を示した。
ス雰囲気中で浸炭処理を実施した。第５図はこの処理に
より得られた皮膜層の断面の光学顕微鏡組織を示す写
真、第６図はEPMAによるFe,Cr及びＣの濃度分布を示す
図表、第７図はビツカース硬さ測定結果を示す図表であ
る。なお、第８図に皮膜層４を拡大してみた光学顕微鏡
組織を示した。
第５図及び第８図において、約250μｍの厚さを有す
る皮膜層４において、白色にみえるものは、EPMAによる
元素分析の結果、Ｃを5.4〜8.3％、Feを29.7％、Crを5
9.5％含有した炭化物で、また黒色にみえるものは、Ｃ
を6.3％、Feを78.3％、Crを12.9％含有した炭化物であ
ることがわかつた。これらは、この組成比より白色炭化
物が（CrFe）23C6、（CrFe）7C3及び黒色炭化物が（CrF
e）3Cと推定されたが、第９図に示すようにＸ線回析結
果によつても、これらの炭化物が形成されていることが
明らかである。
る皮膜層４において、白色にみえるものは、EPMAによる
元素分析の結果、Ｃを5.4〜8.3％、Feを29.7％、Crを5
9.5％含有した炭化物で、また黒色にみえるものは、Ｃ
を6.3％、Feを78.3％、Crを12.9％含有した炭化物であ
ることがわかつた。これらは、この組成比より白色炭化
物が（CrFe）23C6、（CrFe）7C3及び黒色炭化物が（CrF
e）3Cと推定されたが、第９図に示すようにＸ線回析結
果によつても、これらの炭化物が形成されていることが
明らかである。
また、これらの炭化物はチユーブ１の管内面方向に向
つてデンドライト状に交互に成長しておりその硬さは、
（CrFe）7C3が1000〜1180Hv、一方（CrFe）3Cは、その
生成領域が小さいために確認することはできなかつた
が、この炭化物の化学組成と第10図に示す基本図（硬さ
と、Ｃ、Fe及びCrの組成データ）から推定すると700〜8
00Hv前後と考えられる。
つてデンドライト状に交互に成長しておりその硬さは、
（CrFe）7C3が1000〜1180Hv、一方（CrFe）3Cは、その
生成領域が小さいために確認することはできなかつた
が、この炭化物の化学組成と第10図に示す基本図（硬さ
と、Ｃ、Fe及びCrの組成データ）から推定すると700〜8
00Hv前後と考えられる。
なお、第６図及び第７図において皮膜４のデータは、
（CrFe）7C3を代表してプロツトしている。
（CrFe）7C3を代表してプロツトしている。
また皮膜層５については、フエライト及び（CrFe）3C
が形成されているが、これについては、特に高硬度を示
していないのでその詳細は省略する。
が形成されているが、これについては、特に高硬度を示
していないのでその詳細は省略する。
クロマイズ温度1100〜1200℃で鉄系金属材料の表面に
400μｍ以上の極厚皮膜を形成させこの際のCr濃度を高
く（20wt％以上）保持し、次に1000〜1100℃で、ガス浸
炭処理を行つたことにより皮膜中に1100〜1180Hvの高硬
度を有する（CrFe）23C6、（CrFe）7C3及び比較的低硬
度を有する（CrFe）3Cをデンドライト状に交互に成長さ
せた。これにより耐割れ性が著しく改善されまた耐摩耗
性も大巾に向上した鉄系金属材料を得ることができる。
400μｍ以上の極厚皮膜を形成させこの際のCr濃度を高
く（20wt％以上）保持し、次に1000〜1100℃で、ガス浸
炭処理を行つたことにより皮膜中に1100〜1180Hvの高硬
度を有する（CrFe）23C6、（CrFe）7C3及び比較的低硬
度を有する（CrFe）3Cをデンドライト状に交互に成長さ
せた。これにより耐割れ性が著しく改善されまた耐摩耗
性も大巾に向上した鉄系金属材料を得ることができる。
第１図は本発明のクロマイズ処理状況を示す概略図、第
２図はクロマイズ処理材の金属組織を示す断面光学顕微
鏡組織写真、第３図はクロマイズ処理材のEPMAによるFe
及びCrの濃度分布を示す図表、第４図は、クロマイズ処
理材の硬さ測定結果を示す図表、第５図は、クロマイズ
＋浸炭処理材の金属組織を示す断面光学顕微鏡組織写
真、第６図はクロマイズ＋浸炭処理材の断面のEPMAによ
るCrFe及びＣの濃度分布を示す図表、第７図はクロマイ
ズ＋浸炭処理材の硬さ測定結果を示す図表、第８図は、
クロマイズ＋浸炭処理材の金属組織を示す断面の拡大顕
微鏡組織写真、第９図は、クロマイズ＋浸炭処理材の表
面からのＸ線回析結果を示す図表、第10図は、炭化物の
化学組成と硬さとの関係を示す図表である。
２図はクロマイズ処理材の金属組織を示す断面光学顕微
鏡組織写真、第３図はクロマイズ処理材のEPMAによるFe
及びCrの濃度分布を示す図表、第４図は、クロマイズ処
理材の硬さ測定結果を示す図表、第５図は、クロマイズ
＋浸炭処理材の金属組織を示す断面光学顕微鏡組織写
真、第６図はクロマイズ＋浸炭処理材の断面のEPMAによ
るCrFe及びＣの濃度分布を示す図表、第７図はクロマイ
ズ＋浸炭処理材の硬さ測定結果を示す図表、第８図は、
クロマイズ＋浸炭処理材の金属組織を示す断面の拡大顕
微鏡組織写真、第９図は、クロマイズ＋浸炭処理材の表
面からのＸ線回析結果を示す図表、第10図は、炭化物の
化学組成と硬さとの関係を示す図表である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠原 正朝 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 増山 不二光 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎研究所 (72)発明者 西 享 長崎県西彼杵郡時津町久留里郷字永之浦 376番地10号 滲透工業株式会社長崎工 場内 (72)発明者 大石 多津也 長崎県西彼杵郡時津町久留里郷字永之浦 376番地10号 滲透工業株式会社長崎工 場内 (56)参考文献 特開 昭63−192854（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】処理温度1100〜1200℃でクロマイズ処理し
て鉄系金属材料表面にCr濃度20wt％以上で400μｍ以上
の極厚皮膜を形成させ、次に温度1000〜1100℃でガス浸
炭処理して該極厚皮膜中に1000〜1400Hvの高硬度を有す
る（CrFe）23C6あるいは（CrFe）7C3と比較的低硬度を
有する（CrFe）3Cとをデンドライト状に交互に成長させ
ることを特徴とする鉄系金属材料の表面硬化法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1032827A JP2607668B2 (ja) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | 鉄系金属材料の表面硬化法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1032827A JP2607668B2 (ja) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | 鉄系金属材料の表面硬化法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02213461A JPH02213461A (ja) | 1990-08-24 |
| JP2607668B2 true JP2607668B2 (ja) | 1997-05-07 |
Family
ID=12369660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1032827A Expired - Lifetime JP2607668B2 (ja) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | 鉄系金属材料の表面硬化法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2607668B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4829026B2 (ja) * | 2005-08-02 | 2011-11-30 | 本田技研工業株式会社 | 有層Ｆｅ基合金の製造方法 |
| JP4989146B2 (ja) * | 2005-08-02 | 2012-08-01 | 本田技研工業株式会社 | 有層Ｆｅ基合金及びその製造方法 |
| JP4829025B2 (ja) * | 2005-08-02 | 2011-11-30 | 本田技研工業株式会社 | 有層Ｆｅ基合金の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63192854A (ja) * | 1987-02-04 | 1988-08-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 金属の表面硬化法 |
-
1989
- 1989-02-14 JP JP1032827A patent/JP2607668B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02213461A (ja) | 1990-08-24 |
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