JP3442737B2 - Cr及び/又はMn含有鋼材部品の真空浸炭方法 - Google Patents
Cr及び/又はMn含有鋼材部品の真空浸炭方法Info
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Description
含有鋼材部品の真空浸炭方法、具体的には、SCR材、
SCM材、SNCM材或いはステンレス材等の鋼材部品
を効率よくムラ無く均一に浸炭処理する方法に関するも
のである。
的性質を向上させる表面処理法の一形態として、鋼材部
品を真空中で浸炭温度まで加熱し均熱状態に達した時点
で、プロパン、プロピレン及びアセチレン等の浸炭ガス
を直接供給し、減圧下で所定時間保持することにより鋼
材部品の表面に浸炭層を形成させる真空浸炭処理が行わ
れている。
び均熱保持が真空下で行われるため、Cr及び/又はM
n等の元素を含有するSCR材、SCM材、SNCM材
或いはステンレス材等の鋼材部品では鋼材部品表面が活
性化(Cr酸化物又はMn酸化物の除去)されることに
なり、浸炭処理が可能である。
の鋼材部品の表面はクロム酸化物やマンガン酸化物から
なる不動態被膜で覆われ、この不動態被膜によって鋼材
内部への炭素の侵入が阻害されるため、鋼材部品表面の
活性化(Cr酸化物又はMn酸化物の除去)を真空下
(低酸素雰囲気中)で行う従来の真空浸炭方法では、鋼
材部品の活性化(Cr酸化物の除去)に長時間を要する
ばかりか、浸炭ムラが生じるという問題がある。
開平6−108223号公報にて、浸炭処理を行う前に
含Cr鋼製部材を酸洗いし、その後、浸炭を行う方法が
提案されている。この方法は、浸炭処理において炭素の
侵入を阻害するものが含Cr鋼製部材表面の酸化被膜で
あることに着目し、この酸化被膜を酸によって除去し、
含Cr鋼製部材の表面を清浄な表面とすることにより均
一な浸炭を可能にしたものである。
によっては効果があるが、酸洗い後の表面状態を維持す
るのが困難であり、また、オーステナイト系ステンレス
鋼などに適用した場合、不動態被膜が再生されてしまう
ため十分な効果が得られないという問題がある。しか
も、酸洗いするための設備、酸洗後に行う乾燥処理或い
は廃液処理などの付帯設備が必要となり、設備の複雑化
及び高コスト化が避けられないという問題がある。
ト化を招くことなく、SCR材、SCM材、SNCM材
或いはステンレス鋼材等のCr及び/又はMnを含有す
る鋼材部品の浸炭処理時間を短縮すると共に、均一な浸
炭層を形成できるようにすることを課題とするものであ
る。
決するための手段として、Cr及び/又はMnを含有す
る鋼材部品を真空浸炭処理するに際し、前記鋼材部品を
無酸化雰囲気中で浸炭温度まで加熱した後、炭化水素系
ガスの供給下で、かつ、前記浸炭温度でCr酸化物及び
/又はMn酸化物が還元する圧力下で所定時間保持し、
その後、所定量の浸炭ガスを供給し減圧下で浸炭処理す
るようにしたものである。
での加熱をN2雰囲気下の対流加熱で行うのが好まし
い。本発明方法を適用するCr及び/又はMn含有鋼材
部品としては、例えば、SCR、SCM、SNCM或い
はステンレス鋼等の鋼材で形成された大型歯車、小型歯
車、継手スリーブ、小型電器部品、ピニオンギアなどが
挙げられる。しかしながら、本発明方法はこれらの部材
のみに限定されるものではなく、耐摩耗性その他の機械
的性質の向上が要求される任意の部材に適用できる。
理は、0.1〜1.0Torrの真空下、900〜1050
℃の浸炭温度で0.1〜1時間加熱保持することにより
行うのが好ましい。
て添付の図面を参照して説明する。本発明に係るCr及
び/又はMn含有鋼材部品の真空浸炭方法は、金属の可
逆的な酸化還元反応を利用することにより部品表面の不
動態被膜を除去し、次いで浸炭処理を行うようにしたも
のである。これについて本発明に係る真空浸炭焼入れ方
法の真空浸炭ヒートサイクルの一例を示す図1に基づい
て詳細に説明する。まず、加熱室に鋼材部品を配置し、
加熱室内を窒素ガスに置換した後、ほぼ大気圧状態のN
2雰囲気中で鋼材部品を対流加熱により浸炭温度(90
0〜1050℃)まで昇温させる。次いで、加熱室内を
前記浸炭温度でクロム酸化物及び/又はマンガン酸化物
が還元する真空度(0.1〜1.0Torr)まで排気した
後、所定量の炭素供給源(例えば、炭化水素系ガス)を
加熱室内に導入し加熱室内温度を前記浸炭温度に、ま
た、加熱室内圧力を前記真空度に維持しながら所定時間
(0.1〜1時間)加熱保持して鋼材部品表面を活性化
させる。
態で加熱室内圧力を所定の真空度(10〜20Torr)に
維持しながら加熱室内に所定量の浸炭ガス(例えば、飽
和炭化水素系ガス、不飽和炭化水素系ガス又はそれらの
混合物)を供給し所定時間(0.25〜3.5時間)保
持して浸炭処理を行う。浸炭処理後、浸炭ガスの供給を
停止し、前記加熱室内温度に維持したまま真空排気して
加熱室内圧力を所定の真空度(0.1〜1.0Torr)に維
持しながら所定時間(0.4〜2.5時間)加熱保持し
て拡散処理を行う。拡散処理終了後、加熱室内に窒素ガ
スを供給してほぼ大気圧状態のN2雰囲気とし、焼入れ
温度(820〜890℃)まで降温した後に焼入れ処理
を行う。なお、図1では、浸炭処理後に拡散処理を行う
と共に、焼入れ処理を行う場合を示したが、浸炭処理後
に拡散処理や焼入れ処理をすることなく、そのまま冷却
するようにしても良く、また、真空下で浸炭温度まで昇
温しても良い。
部品の真空浸炭方法においては、まず、金属の可逆的な
酸化還元反応を利用することにより部品表面の不動態被
膜を除去して部品表面の活性化を行い、次いで浸炭処理
を行うが、前記活性化処理時に部品表面では次の反応が
生じる。即ち、鋼材部品を炭素を含有する雰囲気中で加
熱保持すると、鋼材部品表面で式1で表される金属の酸
化還元反応を生じる。前記式1は、式2及び式3に分解
できる。 MO+C=CO+M………(1) C+1/2O2=CO………(2) MO=M+1/2O2………(3)
反応が進み易く、平衡が右にずれる。このため、炭素
(C)の存在下では、炭素(C)の存在しない真空下に
比べて酸素(O2)分圧が下がる。その結果、同一の真
空度であっても、炭素(C)の存在しない真空下では還
元できないものが還元できることになる。各温度と金属
成分における(2)式及び(3)式の計算結果を図2に
示す。
る酸素分圧と金属酸化物の解離圧との関係を示し、同図
から、例えば、温度が1000℃であれば、真空度を約
1Torr(約0.133KPa)以下に保持すると、Cr
酸化物及びMn酸化物の還元反応が起こり、不動態被膜
(Cr酸化膜又はMn酸化膜)が除去されることが分か
る。
0体積%+プロピレン70体積%とからなる浸炭ガス
で、目標有効浸炭深さ1.0mmとし、下記の条件下で真
空浸炭焼入れ処理を行った。 浸炭温度: 950℃ 活性化処理: 950℃ × 0.3時間 (0.2 Torr) 浸炭処理: 950℃ × 1.2時間 (10 Torr) 拡散処理: 950℃ × 1.5時間 (0.2 Torr) 焼入れ処理: 油焼入れ(焼入温度〜850℃) 真空浸炭焼入れ後、観察したところ、大型歯車の表面に
浸炭ムラがなく良好な結果が得られた。また、有効浸炭
深さは0.95〜1.05mmであった。
らなる浸炭ガスで目標有効浸炭深さ0.3mmとして下記
条件下で真空浸炭処理を行った。 浸炭温度: 950℃ 活性化処理: 950℃ × 0.2時間 (0.2 Torr) 浸炭処理: 950℃ × 2時間 (2 Torr) その後、略大気圧のN2雰囲気中で150℃に降温し、
取出す。得られた結果は良好で、有効硬化層深さ0.3m
m、表面硬さHmv550であった。
ガスからなる浸炭ガスで目標有効浸炭深さ0.4mmとし
て下記条件下で真空浸炭焼入れ処理を行った。 浸炭温度: 950℃ 活性化処理: 950℃ × 0.2時間 (0.1 Torr) 浸炭処理: 950℃ × 0.33時間 (10〜20 Torr) 拡散処理: 950℃ × 0.5時間 (0.1 Torr) 焼入れ処理: 油焼入れ(焼入温度〜950℃) 得られた結果は良好で、有効硬化層深さ0.38〜0.4
2mm、表面硬さHmv700であった。
ガスからなる浸炭ガスで目標有効浸炭深さ:0.4mmと
して下記条件下で真空浸炭焼入れ処理を行った。 浸炭温度: 980℃ 活性化処理: 980℃ × 0.2時間 (0.5 Torr) 浸炭処理: 980℃ × 0.25時間 (10〜20 Torr) 拡散処理: 980℃ × 0.4時間 (0.5 Torr) 焼入れ処理: 油焼入れ(焼入温度〜980℃) 得られた結果は良好で、有効硬化層深さ:0.38〜0.
42mm、表面硬さ:Hmv700であった。
積%とプロピレン70体積%とからなる浸炭ガスで目標
有効浸炭深さ:1.1mmとして下記条件下で真空浸炭焼
入れ処理を行った。 浸炭温度: 930℃ 活性化処理: 930℃ × 0.3時間 (0.1 Torr) 浸炭処理: 930℃ × 3.5時間 (10 Torr) 拡散処理: 930℃ × 2.5時間 (0.1 Torr) 焼入れ処理: 油焼入れ(焼入温度〜830℃) 得られた結果は良好で、有効浸炭深さ:1.1〜1.2mm
であった。
ンガスからなる浸炭ガスで目標有効浸炭深さ:0.6mm
として下記条件下で真空浸炭焼入れ処理を行った。 浸炭温度: 950℃ 活性化処理: 950℃ × 0.2時間 (0.2 Torr) 浸炭処理: 950℃ × 0.5時間 (10〜20 Torr) 拡散処理: 950℃ × 0.6時間 (0.2 Torr) 焼入れ処理: 油焼入れ(焼入温度〜850℃) 得られた結果は良好で、有効浸炭深さ:0.5〜0.6mm
であった。
は、浸炭ガスを供給する前に、炭化水素ガス(プロパ
ン、プロピレン等)の供給下で、且つ、減圧下で所定時
間加熱することにより鋼材表面に形成されているCr酸
化物及び/又はMn酸化物を除去するため、酸化物除去
時間を短縮でき、しかも確実・均一に除去できる、即
ち、浸炭時間の短縮と均一な処理ができる。また、浸炭
温度への加熱を強制対流加熱とするため、浸炭温度まで
の加熱時間が従来の真空加熱と比較して短縮でき、より
浸炭時間の短縮ができる、など優れた効果を奏する。
サイクルの一例を示すグラフ
属酸化物の解離圧との関係を示すグラフ
Claims (2)
- 【請求項1】 Cr及び/又はMnを含有する鋼材部品
を真空浸炭処理するに際し、前記鋼材部品を無酸化雰囲
気中で浸炭温度まで加熱した後、炭化水素系ガスの供給
下で、かつ、前記浸炭温度でCr酸化物或いはMn酸化
物が還元する圧力下で所定時間保持し、その後、所定量
の浸炭ガスを供給し減圧下で浸炭処理することを特徴と
するCr及び/又はMnを含有する鋼材部品の真空浸炭
方法。 - 【請求項2】 浸炭温度までの加熱がN2雰囲気下の対
流加熱であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
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