JP3258071B2 - 中空体および穿孔、または外側から到達困難な表面を備えた鋼製の構成部材を、反応性ガスを用いて均一に熱化学的処理する方法 - Google Patents

中空体および穿孔、または外側から到達困難な表面を備えた鋼製の構成部材を、反応性ガスを用いて均一に熱化学的処理する方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、中空体および穿孔、ま
たは外側から到達困難な表面を備えた鋼製の構成部材
を、８７０〜１０００℃の温度で反応性ガスを用いる均
一な熱化学的浸炭法に関する。
【０００２】
【従来の技術】耐磨耗性および耐蝕性の表面層を製造す
るための金属性構成部材の熱化学的処理は、機械製造お
よび駆動装置製造において広く普及している。熱化学的
方法として、例えば窒化、ニトロ浸炭、浸炭窒化および
浸炭が使用されている。有利な処理媒体は、選択された
処理温度で、部材表面へ拡散能物質もしくは化合物形成
物質を放出する反応性ガス混合物である。また、処理の
結果は、温度、ガス組成および鋼の種類とともに、構成
部材の形並びに熱処理装置内での装入方法および反応性
ガスと一緒の装入量の貫流方法に依存している。
【０００３】長年の経験および数多くの処理変法にもか
かわらず、反応性ガス混合物中で複雑に形成された構成
部材を、外から到達困難な内側表面で、窒化するかまた
は浸炭することは、技術的および経済的に制約されての
み可能である。これらは、例えば逆テーパー、内部穿孔
または袋孔を有する鋼部材もしくは硬化すべき内側表面
を有する管、ボールケージまたはノズル体のことであ
る。内側表面と外側表面との間の均一性の不足は、中空
体の中の反応性ガスの処理可能性の不足に帰因するもの
である。反応性ガスは、なるほど空洞に充満している
が、しかしながら、前記処理ガスは、窒化／浸炭できる
物質が乏しい。それというのも、周囲とガス交換しない
からであり、中空体の中で、ガスの流速が、ほとんどゼ
ロだからである。通常、０．１ＭＰａの反応性ガス圧、
即ち常圧で、完全に処理される。
【０００４】また、例えば米国特許第４１６０６８０号
明細書に記載されているような負圧領域での周期的な圧
力変化は、窒化層または浸炭層を、到達困難な表面で、
僅かばかり改善している。
【０００５】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９０１
６０７号明細書の記載には、管の内側表面の窒化法が、
開示され、前記方法の場合、長さと直径との割合は、５
０以上である。前記方法の場合、内側表面は、活性化剤
と接触し、活性アンモニアガスを、４５０〜６５０℃
で、管を介して導き、この場合、アンモニアの流れの方
向は、規則的な間隔で変化しなければならない。
【０００６】また、前記方法では、均一な窒化層を得ら
れない。それというのも、管の中間の反応性ガスは、活
性成分が乏しいからである。更に、前記方法は、管の場
合にしか使用することができない。
【０００７】更に、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２
８５１９８３号明細書の記載により、穿孔を備え、かつ
種々の壁の厚さを有する中空体の均一な浸炭法は、公知
であり、この場合、中空体の部材を、剥き出しにするか
もしくはより僅少な炭化活性に晒している。しかしなが
ら、前記方法は、極めて時間がかかるし、操作困難であ
る。
【０００８】また、ガス状のアンモニア中の鋼鉄を、加
圧下に圧力容器中で窒化する方法も公知である（米国特
許第２７７９６９７号明細書）。しかしながら、前記の
方法は、外側から到達困難な表面または空隙を備えてい
る鋼鉄製の構成部材上では使用されなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、容易に実施され、ひいては均一な処理層を外側の到
達困難な表面にも供給する、中空体および穿孔、または
外側から到達困難な表面を備えた鋼製の構成部材を、８
７０〜１０００℃の温度で反応性ガスを用いる均一な熱
化学的浸炭法を記載することであった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明によ
れば、０．２ＭＰａを上廻る圧力で処理することにより
解決される。
【００１１】
【００１２】浸炭のために、反応性ガスとして、炭素を
放出するガス、好ましくはメタンまたはメタン混合物を
使用する。更に、一定の圧力で、反応性ガスを用いて処
理することは有利である。
【００１３】驚異的なことに、反応性ガスの圧縮の際に
処理段階の間に、０．２ＭＰａ以上の圧力では、内側表
面と外側表面との間で浸炭の均一性が不足するような従
来技術における困難が生じないことが判明した。中空体
の内部の反応性ガスのより高い圧力によって、浸炭表面
層が迅速かつ完全に形成する。反応性ガス中に貯えられ
た反応性物質の量は、このような圧力手段により、必要
な硬化深度もしくは浸炭表面層の厚さを得るのに十分と
なる。確かに、空隙の内部では、反応性物質は外部に比
べ乏しくなるが、０．２ＭＰａ以上にすることにより、
浸炭表面層の成長が損なわれる程度の濃度に低下するこ
とはない。使用可能な全濃度が、処理物質へのＮ、Ｃま
たはＢの拡散によって、常圧または負圧下での処理の場
合よりも減少させられるにしても、その程度がほんのわ
ずかであるように内側および外側での反応性ガスの濃度
は、高い濃度となっている。処理圧力が０．２ＭＰａを
上廻れば、それに比例して、処理ガスの組成の割合の変
化は、部材中への拡散もしくは部材との反応によって少
なくなる。これによって、処理すべき中空体の内側表面
および外側表面の間の今日までに知られた望ましくない
浸炭の不均一性が解消する。
【００１４】このことは、内側表面および外側表面の間
の浸炭の不均一性が、極めて小さくなることを意味して
いる。従って、付加的なガス供給ノズルまたは内側空間
でのガス循環は、不必要である。
【００１５】反応性ガスとして、例えばアンモニア、炭
化水素、例えばメタンまたは硼素を放出するガス、例え
ば三フッ化硼素が使用される。圧力は、一般に０．２〜
１０ＭＰａの間で変動し、この場合、圧力の上限は、使
用する炉に左右される。
【００１６】以下の実施例は、本発明方法の利点を明示
するものである：
【００１７】
【実施例】工作材料１６ＭｎＣｒ５からなる噴射ノズル
を、耐圧性の炉の中で、メタンを用い０．８ＭＰａで９
３０℃で２時間浸炭させる。この場合、噴射ノズルは、
堆積物として、装入空間中で、特に配置および配向せず
に置かれている。処理の終了後に、浸炭層の厚さを、外
のノズル上および内部穿孔中で測定した。内側および外
側で均一な浸炭深度が得られる。
【００１８】以下の値を生じた： 外側表面 位置 ａ ＶＳ＝４０μｍ 内側表面 位置 ｂ ＶＳ＝３５μｍ 内側表面 位置 ｃ ＶＳ＝３１μｍ ノズル穿孔 位置 ｄ ＶＳ＝３０μｍ ０．２ｍｍφ ＶＳは、結合層を表す。
【００１９】ノズルの排出穿孔が、出口の直径０．２ｍ
ｍおよび長さ１．５ｍｍを有するノズル先端で、内側表
面中で十分に浸炭されていることは、注目に値する。層
の厚さは、ノズルの全体の内部穿孔における層の厚さと
等しくなっている。
【００２０】
【００２１】処理ガス中の反応性元素の高い濃度は、装
入個別部材の緊密な包装を実現している。これまで、個
別部材の均一な処理のために、経験的に測定された個別
部材間にある程度の間隔を、保たなければならなかっ
た。前記の間隔は、圧力＞０．２ＭＰａで、この圧力で
層の均一性を損なわずに、縮めることができる。
【００２２】浸炭のために、すべての公知の浸炭ガスを
使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により、熱化学的処理されるべき中空体
の１実施例である噴射ノズルを示す略図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 595039117 Ｗｉｌｈｅｌｍ−Ｒｏｈｎ−Ｓｔｒ. 35，Ｄ−63450 Ｈａｎａｎ，Ｂ．Ｒ. Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ (56)参考文献 特開 昭52−145343（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−91047（ＪＰ，Ａ) 特公 平７−6053（ＪＰ，Ｂ２) 英国特許出願公開1309257（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 8/26 C23C 8/22 ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ８７０〜１０００℃の温度で炭素放出ガ
    スを用いる、外部からのアクセスが困難な内側表面を有
    する鋼製の部材、例えばアンダーカットを有する部材、
    盲穴又はノズルボデーの均一な熱化学的浸炭法におい
    て、処理を０．２ＭＰａを上回る圧力で実施することを
    特徴とする、均一な熱化学的浸炭法。
  2. 【請求項２】 メタンを用いる、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 一定の圧力で処理を行う、請求項１また
    は２記載の方法。
JP11353092A 1991-05-08 1992-05-06 中空体および穿孔、または外側から到達困難な表面を備えた鋼製の構成部材を、反応性ガスを用いて均一に熱化学的処理する方法 Expired - Fee Related JP3258071B2 (ja)

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