JP3551749B2 - 表面硬化部品の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い剛性、靱性と高い表面硬度、耐摩耗性を必要とする部品、例えば歯車や軸受等の機構部品や刃物、特に摺動を繰り返す刃物、工具等に利用することができる表面硬化部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
歯車や軸受などの機構部品や刃物、特に摺動を繰り返すような刃物や工具には工具鋼、高炭素ステンレス鋼、析出硬化型ステンレス鋼等が利用されてきたが、これらの材料は靱性には優れるが、表面硬度はあまり高くないため、耐摩耗性が悪く、消耗が激しかった。このため、表面硬度が高いセラミックスの利用も考えられているが、靱性に欠け、また加工も困難であるため利用は難しい。そこで上記合金にアルミナなどをＰＶＤやＣＶＤ等によりコーティングした材料も存在するが、形成される表面硬質層の厚さが０．１μｍのオーダーであり、密着性等の問題もあるため、耐摩耗性等の表面硬質層が関係する特性の改善には至っていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、剛性、靱性に優れ、且つ耐摩耗性にも優れる厚さが１〜１０μｍで密着性の強い表面硬質層を有する表面硬化部品の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の表面硬化部品の製造方法は、鋼で形成される基材１の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材２を設けると共に内側クラッド素材２の表面にＦｅあるいはＦｅ合金で形成される外側クラッド素材３を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱することを特徴とするものである。
【０００５】
本発明の請求項２に記載の表面硬化部品の製造方法は、鋼で形成される基材１の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材２を設けると共に内側クラッド素材２の表面にＣｕあるいはＣｕ合金で形成される外側クラッド素材３を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱することを特徴とするものである。
【０００６】
本発明の請求項３に記載の表面硬化部品の製造方法は、鋼で形成される基材１の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材２を設けると共に内側クラッド素材２の表面にＮｉあるいはＮｉ合金で形成される外側クラッド素材３を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱することを特徴とするものである。
本発明の請求項４に記載の表面硬化部品の製造方法は、鋼で形成される基材の表面に純Ｃｕあるいは純Ｎｉから選ばれる材料で形成される中間層となる中間クラッド素材を設け、この中間クラッド素材の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材を設けると共に内側クラッド素材の表面にＦｅあるいはＦｅ合金で形成される外側クラッド素材を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱することを特徴とするものである。
本発明の請求項５に記載の表面硬化部品の製造方法は、鋼で形成される基材の表面に純Ｃｕあるいは純Ｎｉから選ばれる材料で形成される中間層となる中間クラッド素材を設け、この中間クラッド素材の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材を設けると共に内側クラッド素材の表面にＣｕあるいはＣｕ合金で形成される外側クラッド素材を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱することを特徴とするものである。
本発明の請求項６に記載の表面硬化部品の製造方法は、鋼で形成される基材の表面に純Ｃｕあるいは純Ｎｉから選ばれる材料で形成される中間層となる中間クラッド素材を設け、この中間クラッド素材の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材を設けると共に内側クラッド素材の表面にＮｉあるいはＮｉ合金で形成される外側クラッド素材を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の請求項７に記載の表面硬化部品の製造方法は、請求項１又は４の構成に加えて、基材１となる鋼が、１０〜１５重量％のＣｒと２．５重量％以下のＭｏと０．３５〜１．２重量％のＣとを含む焼入硬化型ステンレス鋼、あるいは０．４〜１．０重量％のＣと０．３〜１．０重量％のＭｎとを含むばね鋼、あるいは０．４〜１．２重量％のＣを含む炭素鋼であり、外側クラッド素材３と内側クラッド素材２の厚みの比が１：１〜１：４の範囲内であり、焼鈍温度が７００〜８００℃であり、所定の形状に加工した後の加熱が９５０〜１１５０℃で１５秒〜１０分であることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の請求項８に記載の表面硬化部品の製造方法は、請求項２又は５の構成に加えて、基材１となる鋼が、１０〜１５重量％のＣｒと２．５重量％以下のＭｏと０．３５〜１．２重量％のＣとを含む焼入硬化型ステンレス鋼、あるいは０．４〜１．０重量％のＣと０．３〜１．０重量％のＭｎとを含むばね鋼、あるいは０．４〜１．２重量％のＣを含む炭素鋼であり、外側クラッド素材３と内側クラッド素材２の厚みの比が１：１〜１：５の範囲内であり、焼鈍温度が７００〜８００℃であり、所定の形状に加工した後の加熱が９５０〜１０５０℃で１５秒〜１０分であることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の請求項９に記載の表面硬化部品の製造方法は、請求項３又は６の構成に加えて、基材１となる鋼が、１０〜１５重量％のＣｒと２．５重量％以下のＭｏと０．３５〜１．２重量％のＣとを含む焼入硬化型ステンレス鋼、あるいは０．４〜１．０重量％のＣと０．３〜１．０重量％のＭｎとを含むばね鋼、あるいは０．４〜１．２重量％のＣを含む炭素鋼であり、外側クラッド素材３と内側クラッド素材２の厚みの比が３：２〜１：４の範囲内であり、焼鈍温度が７００〜８００℃であり、所定の形状に加工した後の加熱が９５０〜１１５０℃で１５秒〜１０分であることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
基材１としては、靱性や剛性などを備えている任意の合金を使用することができるが、焼入硬化型ステンレス鋼、ばね鋼、高炭素鋼などの炭素鋼等の鋼で板状（帯状）に基材１を形成するのが好ましい。焼入硬化型ステンレス鋼としては、１０〜１５重量％のＣｒと、０〜２．５重量％のＭｏと、０．３５〜１．２重量％のＣと、０〜０．４重量％のＶと、微量の不純物とを含み、残部をＦｅで構成されるものなどを用いることができる。ばね鋼としては、０．４〜１．０重量％のＣと、０．３〜１．０重量％のＭｎと、０〜１．５重量％のＣｒと、０〜０．４重量％のＶあるいはＭｏと、微量の不純物とを含み、残部をＦｅで構成されるものなどを用いることができる。炭素鋼としては、０．４〜１．２重量％のＣと、微量の不純物とを含み、残部をＦｅで構成されるものなどを用いることができる。
【００１１】
内側クラッド素材２は合金でないＴｉ（純Ｔｉ）あるいはＴｉ合金で板状（帯状）に形成されるものを用いることができる。Ｔｉ合金としては、例えば、Ｔｉ−０．２Ｐｄなどの組成を有するものを用いることができる。
外側クラッド素材３は、合金でないＦｅ（純Ｆｅ）、Ｆｅ合金、合金でないＣｕ（純Ｃｕ）、Ｃｕ合金、合金でないＮｉ（純Ｎｉ）、Ｎｉ合金から選ばれる材料で板状（帯状）に形成されるものを用いることができる。Ｆｅ合金としては、例えば、Ｆｅ−１７Ｃｒ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎなどの組成を有するもの（ＳＵＳなど）を用いることができる。またＣｕ合金としては、例えば、Ｃｕ−５Ｚｎなどの組成を有するものを用いることができる。またＮｉ合金としては、例えば、Ｎｉ−３０Ｃｕ−２Ｆｅなどの組成を有するもの（モネルメタルなど）を用いることができる。
【００１２】
そして上記基材１と内側クラッド素材２と外側クラッド素材３を用いて表面硬化部品を製造するにあたっては、まず、図２に示すように、基材１の表面（片面あるいは両面）に内側クラッド素材２を重ね合わせて設けると共に内側クラッド素材２の表面に外側クラッド素材３を重ね合わせて設ける。次に、基材１と内側クラッド素材２と外側クラッド素材３を重ね合わせたものをクラッド圧延（圧延加工）することによって、基材１と内側クラッド素材２と外側クラッド素材３を密着させて接合一体化して積層材（クラッド材）を形成する。次に、この積層材を冷間圧延などでさらに圧延して厚さ１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下にする。厚さが１ｍｍを超えると、基材１と内側クラッド素材２と外側クラッド素材３の密着性が不足して積層材に層間剥離が生じる恐れがある。尚、基材１と内側クラッド素材２と外側クラッド素材３の密着性を高めるために、積層材をより薄く圧延するのが好ましいが、実際には、厚さ０．０２ｍｍに圧延するのが限界である。
【００１３】
この後、厚さ１ｍｍ以下の積層材をＡｒガス（アルゴンガス）の雰囲気中で焼鈍する。積層材を厚さ１ｍｍ以下にする上記のような圧延を行った後では、基材１の加工硬化（加工歪み）や内側クラッド素材２及び外側クラッド素材３の加工硬化（加工歪み）により積層材を所定の形状に塑性加工するのは困難である。従って、この焼鈍工程によって基材１や内側クラッド素材２及び外側クラッド素材３の加工硬化を除去する必要がある。この焼鈍は使用する材料によっても異なるが、７００〜８００℃（８００℃が最適）の温度条件で１５秒〜１５分間保持するように設定することが好ましい。焼鈍の際の温度が７００℃未満であれば、基材の加工硬化を除去するには不十分であり、焼鈍の際の温度が８００℃を超えると、外側クラッド素材３のＦｅやＣｕやＮｉの拡散が進行し過ぎて積層材の表面が硬化し、塑性加工の際に積層材の表面にクラックが生じる恐れがある。また焼鈍の際の保持時間が１５秒未満であれば、基材１の内部の加熱が不十分となって加工硬化の除去にむらが生じる恐れがあり、焼鈍の際の保持時間が１５分を超えると、外側クラッド素材３と内側クラッド素材２の界面において、化合物が形成されて曲げ等の塑性加工の際に積層材の表層部分が剥離する可能性がある。尚、上記積層材を厚み１ｍｍ以下に圧延する工程と焼鈍工程とは、連続的に交互に繰り返し行うようにしてもよい。
【００１４】
この後、積層材を必要に応じて切断し、曲げや深絞りなどの塑性加工を施すことによって、所定の形状の部品材料に形成する。次に、部品材料を不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０〜１２００℃、５秒〜１０分間加熱し、次に、室温による空冷（自然放熱による冷却）以上の冷却速度で冷却することによって、図１に示すように、表面に表面硬化層４を有する表面硬化部品を形成することができる。上記の不活性雰囲気中での加熱は、真空あるいはＡｒガスなどの不活性ガス中で加熱処理を行うものであり、上記の還元性雰囲気中での加熱は、水素ガス中で加熱処理を行うものである。
【００１５】
また上記の加熱温度の最適値は外側クラッド素材３の種類などによって異なるものであり、外側クラッド素材３がＦｅあるいはＦｅ合金、又はＮｉあるいはＮｉ合金である場合には、上記加熱温度は、９５０〜１１５０℃に設定するのが好ましく、外側クラッド素材３がＣｕあるいはＣｕ合金である場合には、上記加熱温度は、９５０〜１０５０℃に設定するのが好ましい。加熱温度が９５０℃未満であれば、焼入れ不十分により表面硬化層４の強度や基材１の部分の硬度を十分に得ることができない恐れがあり、加熱温度が１２００℃を超えると、基材１の部分の再結晶が進行し過ぎて結晶粒が粗大化し、表面硬化部品の靱性が低下する恐れがある。また加熱時間が５秒未満であれば、部品材料に熱を均一にかけることが困難であり、焼入れが入らない部分ができたり、拡散によるＴｉ−Ｆｅ系金属間化合物、あるいはＴｉ−Ｃｕ系金属間化合物、あるいはＴｉ−Ｎｉ系金属間化合物の生成が不十分となって表面硬化層４の硬度が低下したりする恐れがある。加熱時間が１０分を超えると、内側クラッド素材２で形成されるＴｉ層への基材１のＣの拡散（後述の中間層６が存在する場合は中間層６の成分の拡散も）が進行して基材１のＣの濃度が低下し過ぎ、焼入れによる基材１の部分の硬化を果たすことができなくなる恐れがある。そこで上記加熱条件の中でも９５０〜１１００℃で５秒〜１０分間加熱処理するのが好ましく、最も好ましい条件は１０５０℃で１〜２分間に設定される。また空冷に満たないような冷却速度で冷却した場合も基材１の焼入れは困難であるので、例えば、５℃／分以上の冷却速度で冷却するのが好ましい。
【００１６】
上記のように形成される表面硬化部品は、塑性加工後の加熱による熱処理によって基材１を焼入れすることができ、剛性を高めるように改善することができる。また塑性加工後の加熱による熱処理によって、外側クラッド素材３と内側クラッド素材２の間で相互に拡散が進み、表面にＦｅあるいはＣｕあるいはＮｉとＴｉの金属間化合物、つまりＴｉＦｅ、ＴｉＦｅ２ 、Ｔｉ２ Ｃｕ、ＴｉＣｕ、ＴｉＮｉ３ 、Ｔｉ２ Ｎｉなどの金属間化合物を含む表面硬化層４を形成することができ、この表面硬化層４によって表面硬度が高くなって耐磨耗性等を高くすることができるものである。さらに塑性加工後の加熱による熱処理によって、基材１と内側クラッド素材２の間で相互に拡散が進み、表面硬化層４と基材１の間にＴｉとＣの金属間化合物、つまりＴｉＣなどの金属間化合物を含む密着層５を形成することができると共にＴｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂなどの金属間化合物を含む密着層５を形成することができ、この密着層５によって表面硬化層４と基材１の密着性を高くすることができると共に表面硬化層４と基材１を剥離しにくくすることができるものである。尚、用いる材料の成分によって密着層５は図３に示すように生成されない場合があるが、この場合でも、相互拡散によって表面硬化層４と基材１の密着性を高めることができる。
【００１７】
表面硬化層４の厚みは１〜１０μｍであることが好ましい。表面硬化層４の厚みが１μｍ未満であれば、耐磨耗性を高くすることができなくなる恐れがあり、表面硬化層４の厚みが１０μｍを超えると、耐磨耗性は大きく向上するものの、靱性を損なうようになって、工具等の使用に適さなくなる恐れがある。つまり表面硬化層４の厚みを１〜１０μｍにすることによって、耐磨耗性が充分で靱性に優れる表面硬化部品を形成することができる。そして表面硬化層４の厚みを１〜１０μｍにするために、基材１の成分や外側クラッド素材３の成分、内側クラッド素材２と外側クラッド素材３の各厚み、焼鈍や塑性加工後の加熱の温度条件などを諸処理条件を設定する必要があるが、これら諸処理条件は表面硬化層４の種類などによっても異なってくる。例えば、外側クラッド素材３がＦｅあるいはＦｅ合金である場合、外側クラッド素材３と内側クラッド素材２の厚みの比は１：１〜１：４の範囲内にするのが好ましく、外側クラッド素材３がＣｕあるいはＣｕ合金である場合、外側クラッド素材３と内側クラッド素材２の厚みの比は１：１〜１：５の範囲内にするのが好ましく、外側クラッド素材３がＮｉあるいはＮｉ合金である場合、外側クラッド素材３と内側クラッド素材２の厚みの比は３：２〜１：４の範囲内にするのが好ましい。
【００１８】
上記の実施の形態において、基材１と内側クラッド素材２の間にさらに中間層６を挟んで設けることができる。つまり図４に示すように、基材１の表面（片面あるいは両面）に中間層６を設け、この中間層６の表面に内側クラッド素材２を重ね合わせると共に内側クラッド素材２の表面に外側クラッド素材３を重ね合わせる。次に、基材１と中間層６と内側クラッド素材２と外側クラッド素材３を重ね合わせたものをクラッド圧延（圧延加工）することによって、基材１と中間層６と内側クラッド素材２と外側クラッド素材３を密着させて接合一体化して積層材（クラッド材）を形成する。この後は上記実施の形態と同様にして図１や図３のような表面硬化部品を形成するのである。中間層６は合金でないＦｅ（純Ｆｅ）、合金でないＣｕ（純Ｃｕ）、合金でないＮｉ（純Ｎｉ）から選ばれる材料で板状（帯状）に形成されるものを用いることができる。
【００１９】
このように中間層６を設けて形成される表面硬化部品は、塑性加工後の加熱による熱処理によって、基材１と中間層６と内側クラッド素材２の間で相互に拡散が進み、表面硬化層４と基材１の間に中間層６に含まれるＦｅあるいはＣｕあるいはＮｉと内側クラッド素材２のＴｉとの金属間化合物、あるいはＴｉとＣの金属間化合物、つまりＴｉＦｅ、ＴｉＦｅ２ 、Ｔｉ２ Ｃｕ、ＴｉＣｕ、ＴｉＮｉ３ 、Ｔｉ２ Ｎｉ、ＴｉＣなどの金属間化合物を含む密着層５を形成することができると共にＴｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂなどの金属間化合物を含む密着層５を形成することができ、この密着層５によって表面硬化層４と基材１の密着性を上記実施の形態よりもさらに高くすることができると共に表面硬化層４と基材１を上記実施の形態よりもさらに剥離しにくくすることができるものである。尚、用いる材料の成分によって密着層５は図３に示すように生成されない場合があるが、この場合でも、相互拡散によって表面硬化層４と基材１の密着性を高めることができる。
【００２０】
尚、図２、４に示す外側クラッド素材３である最表面層のＦｅ、Ｃｕ、Ｎｉあるいはその合金層がなくても、内側クラッド素材２のＴｉあるいはＴｉ合金が基材１や中間層６とが加熱により反応して表面硬化層４を形成することは可能である。しかし、ＴｉあるいはＴｉ合金の層が最表面にあると、連続炉で達成できるレベルのＡｒ雰囲気純度では、焼鈍時に酸素、窒素がＴｉあるいはＴｉ合金中に吸収され、表面層の延性を損なう。その結果、曲げ等の塑性加工でクラックを生じる恐れが出てくる。また、バッチ式の炉で、ガス置換を十分に行い、密封を完全に行えば、ＴｉあるいはＴｉ合金中への酸素、窒素の吸収は十分に抑制される。しかし、本発明のような０．５ｍｍ以下の厚さでは、巻付ければ相互に焼付く恐れがあり、フリーに近い状態で焼鈍を行うと変形は避けられない。従って、バッチ炉での生産は困難である。以上の点から外側クラッド素材３の層がなければ延性の確保は困難である。
【００２１】
次に、上記実施の形態の具体例を示す。基材１としてはＦｅ−Ｃｒ−Ｃ系の焼入硬化型ステンレス鋼で形成されるものを用い、その組成はＦｅ−１３．５Ｃｒ−０．４Ｃ−１．２Ｍｏであった。この基材１の表面に中間層６としてＮｉ層を形成し、Ｎｉ層の表面に内側クラッド素材２としてＴｉ層を形成し、Ｔｉ層の表面に外側クラッド素材３としてＦｅ層を形成する。次に、これをクラッド圧延して接合して密着させることによって積層材を形成すると共にさらに積層材を、Ｆｅ層の厚みが２μｍ、Ｔｉ層の厚みが３μｍ、Ｎｉ層の厚みが１μｍ、全体の厚みが厚み１００μｍとなるまで圧延した。
【００２２】
次に、９９．９９％Ａｒガス雰囲気中で７００〜８００℃（８００℃が最適）の温度条件で１５秒〜１５分間保持して積層材を焼鈍する。次に、これを切断したり塑性加工したりして所定の形状の部品材料に形成する。次に、部品材料を不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０〜１２００℃、５秒〜１０分間加熱し、次に、空冷（自然放熱による冷却）以上の冷却速度で冷却することによって、図１に示すように、表面に表面硬化層４を有する表面硬化部品を形成することができる。この表面硬化層４はＴｉ−Ｆｅ系金属間化合物層であり、またこの内側にはＦｅとＴｉＣが相互に拡散し結合して表面のＴｉ−Ｆｅ系金属間化合物層が基材１に密着するための密着層５が形成されている。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって詳述する。
［実施例１］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．４Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｆｅで形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さが０．２ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｆｅ層の厚さがそれぞれ０．５μｍ、４μｍ、２μｍとなったシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、１分間焼鈍してから所定の形に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部（曲げ屈曲部）にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を、９９．９９％のＡｒ雰囲気中で１０５０℃×５分加熱後、空冷した。これにより表面に約５μｍのＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００２４】
［実施例２］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−０．１５Ｍｏ−０．６Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設け、内側クラッド素材２の外側にＳＵＳ４３０（Ｆｅ−１７Ｃｒ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）で形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さが０．５ｍｍ、片側のＴｉ層、ＳＵＳ４３０層の厚さがそれぞれ２μｍ、２μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で８００℃、２分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で９５０℃×１分加熱後、空冷した。これにより表面に約３μｍのＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００２５】
［実施例３］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１４．０Ｃｒ−１．２５Ｍｏ−０．４Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｃｕで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｃｕで形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さが０．４ｍｍ、片側のＣｕ層、Ｔｉ層、Ｃｕ層の厚さがそれぞれ１μｍ、３μｍ、１μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７００℃、５分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１０００℃×４分加熱後、空冷した。これにより表面に約４μｍのＴｉ２ Ｃｕ、ＴｉＣｕの金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００２６】
［実施例４］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−０．３Ｃ−０．４Ｓｉ−０．５Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｃｕで形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さ０．５ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｃｕ層の厚さがそれぞれ１μｍ、４μｍ、２μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、４分間焼鈍してから所定の形に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１０００℃×４分加熱後、空冷した。これにより表面に約５μｍのＴｉ２ Ｃｕ、ＴｉＣｕの金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００２７】
［実施例５］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−０．１５Ｍｏ−０．６Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設け、内側クラッド素材２の外側にＣ２１００（Ｃｕ−５Ｚｎ）を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さ０．０５ｍｍ、片側のＴｉ層、Ｃ２１００層の厚さがそれぞれ４μｍ、２μｍのシートフープを形成した。これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で８００℃、５秒間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で９５０℃×１５秒加熱後、空冷した。これにより表面に約５μｍのＴｉ２ Ｃｕ、ＴｉＣｕの金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００２８】
［実施例６］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−０．１５Ｍｏ−０．６Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面にに純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｎｉで形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さが０．１ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｎｉ層の厚さがそれぞれ０．２μｍ、２μｍ、３μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で８００℃、２分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１１５０℃×１０分加熱後、空冷した。これにより表面に約４μｍのＴｉＮｉ３ の金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００２９】
［実施例７］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１０．５Ｃｒ−０．５Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｎｉで形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さが０．１ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｎｉ層の厚さがそれぞれ０．２μｍ、４μｍ、１μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、３０秒間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１２００℃×５分加熱後、空冷した。これにより表面に約４μｍのＴｉ２ Ｎｉの金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００３０】
［実施例８］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１０．５Ｃｒ−０．５Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成されるを中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側にモネルメタル（Ｎｉ−３０Ｃｕ−２Ｆｅ）を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さ０．１ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、モネルメタル層の厚さがそれぞれ０．２μｍ、４μｍ、１μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、１分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１１００℃×５分加熱後、空冷した。これにより表面に約４μｍのＴｉ２ Ｎｉ、Ｔｉ２ Ｃｕ、ＴｉＣｕの金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００３１】
［実施例９］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．４Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面にＴｉ合金（Ｔｉ−０．２Ｐｄ）で形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｆｅで形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さ０．５ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ合金層、Ｆｅ層の厚さがそれぞれ０．５μｍ、７μｍ、４μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、５分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１０５０℃×５分加熱後、空冷した。これにより表面に約１０μｍのＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる表面硬化層を有する表面硬化部品を得た。
【００３２】
［実施例１０］
ばね鋼（Ｆｅ−２．０Ｓｉ−０．９Ｍｎ−０．６Ｃ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｆｅで形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さ０．５ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｆｅ層の厚さがそれぞれ２μｍ、６μｍ、４μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、１分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１０５０℃×１０分加熱後、空冷した。これにより表面に約１０μｍのＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００３３】
［実施例１１］
炭素鋼（Ｆｅ−０．５５Ｃ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｆｅを重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さ０．５ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｆｅ層の厚さがそれぞれ１μｍ、５μｍ、５μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７９０℃、４分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で９５０℃×２分加熱後、空冷した。これにより表面に約１０μｍのＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００３４】
［実施例１２］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．４Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｆｅを重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さが０．２ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｆｅ層の厚さがそれぞれ０．５μｍ、４μｍ、２μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、１分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１２５０℃×５分加熱後、空冷した。これにより表面に約５μｍのＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。但し、この表面硬化部品の基材１の靭性がやや落ちる。
【００３５】
［実施例１３］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．４Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｆｅを重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さ１．０ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｆｅ層の厚さがそれぞれ１μｍ、６μｍ、４μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、５分間焼鈍してから所定の形に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして形状の得られた部品を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１０５０℃×１０分加熱後、空冷した。これにより表面に約９μｍのＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００３６】
［比較例１］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．４Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の厚さ０．１ｍｍのシートを圧延加工により用意し、９９．９９％水素ガスフローの連続炉で８００℃、２分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料をＡｒ：５０％、窒素：５０％の混合ガス雰囲気中で１０５０℃×１分保持後、空冷した。これにより鋼を基材とする部品を得た。
【００３７】
［比較例２］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．４Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の厚さ０．１ｍｍのシートを圧延加工により用意し、９９．９９％水素ガスフローの連続炉で８００℃、２分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料をＡｒ：５０％、窒素：５０％の混合ガス雰囲気中で１０５０℃×１分保持後、空冷した。この部品にスパッタリングで表面にＡｌ２ Ｏ３ をコーティングした。これにより表面に約０．２μｍのＡｌ２ Ｏ３ の表面硬化層を有する部品を得た。
【００３８】
［比較例３］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−０．６Ｃ−０．２Ｍｏ−０．２Ｖ）の基材１の両側の表面に純Ｔｉをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さ０．１ｍｍ、片側のＴｉ層の厚さが４μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で８００℃、２分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックが発生した。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で９５０℃×３０秒加熱後、空冷した。これにより表面に約６μｍのＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる表面硬化層を有する部品を得た。
【００３９】
［比較例４］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．４Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｆｅで形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さが０．２ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｆｅ層の厚さがそれぞれ０．５μｍ、７μｍ、４μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、１分間焼鈍してから所定の形に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で９００℃×１０分加熱後、空冷した。これにより、ＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる表面硬化層４がＦｅとＴｉの界面には生成したが、表面には達せず、表面が軟質の鋼を基材とする部品となり、基材１の硬度も不足していた。
【００４０】
［比較例５］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．４Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｆｅで形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さ０．２ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｆｅ層の厚さがそれぞれ０．５μｍ、７μｍ、４μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、１分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１０５０℃×３秒加熱後、空冷した。これにより、ＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる硬化層がＦｅとＴｉの界面には生成したが、表面には達せず、表面が軟質の鋼を基材とする部品となり、基材１の硬度も局所的にしか焼きが入らずに、全体的には不足していた。
【００４１】
上記実施例１乃至１３及び比較例１乃至５の諸性能を表１に示す。尚、表１の「素材構成」の欄は積層材の層の構成及び各層の成分を示し、左側から、外側クラッド素材３／内側クラッド素材２／中間層６／基材１の順に並べて記載した。また、表１の「部品構成」の欄は実施例１乃至１３及び比較例１乃至５の層の構成及び各層の成分を示し、左側から、表面硬化層４／密着層５（これは無い場合がある）／基材１の順に並べて記載した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
表１から明らかなように、実施例１乃至１３では、塑性加工の時にクラックが発生せず、表面硬化層４の厚みが十分に得られ、表面硬化層４と基材１の密着性が高く、基材１の硬度や表面硬化層の硬度が高くなった。一方、比較例１では内側クラッド素材２や外側クラッド素材３からなる表面硬化層４が形成されないので、表面硬度が低くなり、比較例２ではスパッタリングで表面硬化層４を形成したので、表面硬化層４の厚みが薄くなり、基材１と表面硬化層４の密着性が低くなり、比較例３では外側クラッド素材３を使用しなかったために、塑性加工の際にクラックが発生し、比較例４、５では塑性加工後の加熱による熱処理が不足したために、基材１の硬度や表面硬化層４の硬度が低くなった。
【００４４】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１、２、３に記載の発明は、鋼で形成される基材の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材を設けると共に内側クラッド素材の表面にＦｅあるいはＦｅ合金、またはＣｕあるいはＣｕ合金、またはＮｉあるいはＮｉ合金で形成される外側クラッド素材を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱したので、塑性加工後の加熱による熱処理によって基材を焼入れすることができ、剛性を高めるように改善することができるものである。また塑性加工後の加熱による熱処理によって、外側クラッド素材と内側クラッド素材の間で相互に拡散が進み、表面にＦｅあるいはＣｕあるいはＮｉとＴｉの金属間化合物、つまりＴｉＦｅ、ＴｉＦｅ2 、Ｔｉ2 Ｃｕ、ＴｉＣｕ、ＴｉＮｉ3 、Ｔｉ2 Ｎｉなどの金属間化合物を含む表面硬化層を形成することができ、この表面硬化層によって表面硬度が高くなって耐磨耗性等を高くすることができるものである。さらに塑性加工後の加熱による熱処理によって、基材と内側クラッド素材の間で相互に拡散が進み、表面硬化層と基材の間にＴｉとＣの金属間化合物、つまりＴｉＣなどの金属間化合物を含む密着層を形成することができると共にＴｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂなどの金属間化合物を含む密着層を形成することができ、この密着層によって表面硬化層と基材の密着性を高くすることができると共に表面硬化層と基材を剥離しにくくすることができるものである。
また、請求項４、５、６に記載の発明では、中間層を設けて形成される表面硬化部品は、塑性加工後の加熱による熱処理によって、基材と中間層と内側クラッド素材の間で相互に拡散が進み、表面硬化層と基材の間に中間層に含まれるＣｕあるいはＮｉと内側クラッド素材のＴｉとの金属間化合物、あるいはＴｉとＣの金属間化合物、つまりＴｉＦｅ、ＴｉＦｅ 2 、Ｔｉ 2 Ｃｕ、ＴｉＣｕ、ＴｉＮｉ 3 、Ｔｉ 2 Ｎｉ、ＴｉＣなどの金属間化合物を含む密着層を形成することができると共にＴｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂなどの金属間化合物を含む密着層を形成することができ、この密着層によって表面硬化層と基材の密着性をさらに高くすることができると共に表面硬化層と基材を上記実施の形態よりもさらに剥離しにくくすることができるものである。また、用いる材料の成分によって密着層は生成されない場合があるが、この場合でも、相互拡散によって表面硬化層と基材の密着性を高めることができるものである。
【００４５】
また本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１又は４の発明において、基材となる鋼が、１０〜１５重量％のＣｒと２．５重量％以下のＭｏと０．３５〜１．２重量％のＣとを含む焼入硬化型ステンレス鋼、あるいは０．４〜１．０重量％のＣと０．３〜１．０重量％のＭｎとを含むばね鋼、あるいは０．４〜１．２重量％のＣを含む炭素鋼であり、外側クラッド素材と内側クラッド素材の厚みの比が１：１〜１：４の範囲内であり、焼鈍温度が７００〜８００℃であり、所定の形状に加工した後の加熱が９５０〜１１５０℃で１５秒〜１０分であるので、剛性を高める効果や、耐磨耗性等を高くする効果や、表面硬化層と基材の密着性を高くする効果や、表面硬化層と基材を剥離しにくくする効果を確実に得ることができるものである。
【００４６】
また本発明の請求項８に記載の発明は、請求項２又は５の発明において、基材となる鋼が、１０〜１５重量％のＣｒと２．５重量％以下のＭｏと０．３５〜１．２重量％のＣとを含む焼入硬化型ステンレス鋼、あるいは０．４〜１．０重量％のＣと０．３〜１．０重量％のＭｎとを含むばね鋼、あるいは０．４〜１．２重量％のＣを含む炭素鋼であり、外側クラッド素材と内側クラッド素材の厚みの比が１：１〜１：５の範囲内であり、焼鈍温度が７００〜８００℃であり、所定の形状に加工した後の加熱が９５０〜１０５０℃で１５秒〜１０分であるので、剛性を高める効果や、耐磨耗性等を高くする効果や、表面硬化層と基材の密着性を高くする効果や、表面硬化層と基材を剥離しにくくする効果を確実に得ることができるものである。
【００４７】
また本発明の請求項９に記載の発明は、請求項３又は６の発明において、基材となる鋼が、１０〜１５重量％のＣｒと２．５重量％以下のＭｏと０．３５〜１．２重量％のＣとを含む焼入硬化型ステンレス鋼、あるいは０．４〜１．０重量％のＣと０．３〜１．０重量％のＭｎとを含むばね鋼、あるいは０．４〜１．２重量％のＣを含む炭素鋼であり、外側クラッド素材と内側クラッド素材の厚みの比が３：２〜１：４の範囲内であり、焼鈍温度が７００〜８００℃であり、所定の形状に加工した後の加熱が９５０〜１１５０℃で１５秒〜１０分であるので、剛性を高める効果や、耐磨耗性等を高くする効果や、表面硬化層と基材の密着性を高くする効果や、表面硬化層と基材を剥離しにくくする効果を確実に得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す一部の断面図である。
【図２】同上の積層材を示す一部の断面図である。
【図３】同上の他の実施の形態の一例を示す一部の断面図である。
【図４】同上の他の積層材を示す一部の断面図である。
【符号の説明】
１ 基材
２ 内側クラッド素材
３ 外側クラッド素材
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い剛性、靱性と高い表面硬度、耐摩耗性を必要とする部品、例えば歯車や軸受等の機構部品や刃物、特に摺動を繰り返す刃物、工具等に利用することができる表面硬化部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
歯車や軸受などの機構部品や刃物、特に摺動を繰り返すような刃物や工具には工具鋼、高炭素ステンレス鋼、析出硬化型ステンレス鋼等が利用されてきたが、これらの材料は靱性には優れるが、表面硬度はあまり高くないため、耐摩耗性が悪く、消耗が激しかった。このため、表面硬度が高いセラミックスの利用も考えられているが、靱性に欠け、また加工も困難であるため利用は難しい。そこで上記合金にアルミナなどをＰＶＤやＣＶＤ等によりコーティングした材料も存在するが、形成される表面硬質層の厚さが０．１μｍのオーダーであり、密着性等の問題もあるため、耐摩耗性等の表面硬質層が関係する特性の改善には至っていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、剛性、靱性に優れ、且つ耐摩耗性にも優れる厚さが１〜１０μｍで密着性の強い表面硬質層を有する表面硬化部品の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の表面硬化部品の製造方法は、鋼で形成される基材１の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材２を設けると共に内側クラッド素材２の表面にＦｅあるいはＦｅ合金で形成される外側クラッド素材３を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱することを特徴とするものである。
【０００５】
本発明の請求項２に記載の表面硬化部品の製造方法は、鋼で形成される基材１の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材２を設けると共に内側クラッド素材２の表面にＣｕあるいはＣｕ合金で形成される外側クラッド素材３を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱することを特徴とするものである。
【０００６】
本発明の請求項３に記載の表面硬化部品の製造方法は、鋼で形成される基材１の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材２を設けると共に内側クラッド素材２の表面にＮｉあるいはＮｉ合金で形成される外側クラッド素材３を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱することを特徴とするものである。
本発明の請求項４に記載の表面硬化部品の製造方法は、鋼で形成される基材の表面に純Ｃｕあるいは純Ｎｉから選ばれる材料で形成される中間層となる中間クラッド素材を設け、この中間クラッド素材の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材を設けると共に内側クラッド素材の表面にＦｅあるいはＦｅ合金で形成される外側クラッド素材を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱することを特徴とするものである。
本発明の請求項５に記載の表面硬化部品の製造方法は、鋼で形成される基材の表面に純Ｃｕあるいは純Ｎｉから選ばれる材料で形成される中間層となる中間クラッド素材を設け、この中間クラッド素材の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材を設けると共に内側クラッド素材の表面にＣｕあるいはＣｕ合金で形成される外側クラッド素材を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱することを特徴とするものである。
本発明の請求項６に記載の表面硬化部品の製造方法は、鋼で形成される基材の表面に純Ｃｕあるいは純Ｎｉから選ばれる材料で形成される中間層となる中間クラッド素材を設け、この中間クラッド素材の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材を設けると共に内側クラッド素材の表面にＮｉあるいはＮｉ合金で形成される外側クラッド素材を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の請求項７に記載の表面硬化部品の製造方法は、請求項１又は４の構成に加えて、基材１となる鋼が、１０〜１５重量％のＣｒと２．５重量％以下のＭｏと０．３５〜１．２重量％のＣとを含む焼入硬化型ステンレス鋼、あるいは０．４〜１．０重量％のＣと０．３〜１．０重量％のＭｎとを含むばね鋼、あるいは０．４〜１．２重量％のＣを含む炭素鋼であり、外側クラッド素材３と内側クラッド素材２の厚みの比が１：１〜１：４の範囲内であり、焼鈍温度が７００〜８００℃であり、所定の形状に加工した後の加熱が９５０〜１１５０℃で１５秒〜１０分であることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の請求項８に記載の表面硬化部品の製造方法は、請求項２又は５の構成に加えて、基材１となる鋼が、１０〜１５重量％のＣｒと２．５重量％以下のＭｏと０．３５〜１．２重量％のＣとを含む焼入硬化型ステンレス鋼、あるいは０．４〜１．０重量％のＣと０．３〜１．０重量％のＭｎとを含むばね鋼、あるいは０．４〜１．２重量％のＣを含む炭素鋼であり、外側クラッド素材３と内側クラッド素材２の厚みの比が１：１〜１：５の範囲内であり、焼鈍温度が７００〜８００℃であり、所定の形状に加工した後の加熱が９５０〜１０５０℃で１５秒〜１０分であることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の請求項９に記載の表面硬化部品の製造方法は、請求項３又は６の構成に加えて、基材１となる鋼が、１０〜１５重量％のＣｒと２．５重量％以下のＭｏと０．３５〜１．２重量％のＣとを含む焼入硬化型ステンレス鋼、あるいは０．４〜１．０重量％のＣと０．３〜１．０重量％のＭｎとを含むばね鋼、あるいは０．４〜１．２重量％のＣを含む炭素鋼であり、外側クラッド素材３と内側クラッド素材２の厚みの比が３：２〜１：４の範囲内であり、焼鈍温度が７００〜８００℃であり、所定の形状に加工した後の加熱が９５０〜１１５０℃で１５秒〜１０分であることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
基材１としては、靱性や剛性などを備えている任意の合金を使用することができるが、焼入硬化型ステンレス鋼、ばね鋼、高炭素鋼などの炭素鋼等の鋼で板状（帯状）に基材１を形成するのが好ましい。焼入硬化型ステンレス鋼としては、１０〜１５重量％のＣｒと、０〜２．５重量％のＭｏと、０．３５〜１．２重量％のＣと、０〜０．４重量％のＶと、微量の不純物とを含み、残部をＦｅで構成されるものなどを用いることができる。ばね鋼としては、０．４〜１．０重量％のＣと、０．３〜１．０重量％のＭｎと、０〜１．５重量％のＣｒと、０〜０．４重量％のＶあるいはＭｏと、微量の不純物とを含み、残部をＦｅで構成されるものなどを用いることができる。炭素鋼としては、０．４〜１．２重量％のＣと、微量の不純物とを含み、残部をＦｅで構成されるものなどを用いることができる。
【００１１】
内側クラッド素材２は合金でないＴｉ（純Ｔｉ）あるいはＴｉ合金で板状（帯状）に形成されるものを用いることができる。Ｔｉ合金としては、例えば、Ｔｉ−０．２Ｐｄなどの組成を有するものを用いることができる。
外側クラッド素材３は、合金でないＦｅ（純Ｆｅ）、Ｆｅ合金、合金でないＣｕ（純Ｃｕ）、Ｃｕ合金、合金でないＮｉ（純Ｎｉ）、Ｎｉ合金から選ばれる材料で板状（帯状）に形成されるものを用いることができる。Ｆｅ合金としては、例えば、Ｆｅ−１７Ｃｒ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎなどの組成を有するもの（ＳＵＳなど）を用いることができる。またＣｕ合金としては、例えば、Ｃｕ−５Ｚｎなどの組成を有するものを用いることができる。またＮｉ合金としては、例えば、Ｎｉ−３０Ｃｕ−２Ｆｅなどの組成を有するもの（モネルメタルなど）を用いることができる。
【００１２】
そして上記基材１と内側クラッド素材２と外側クラッド素材３を用いて表面硬化部品を製造するにあたっては、まず、図２に示すように、基材１の表面（片面あるいは両面）に内側クラッド素材２を重ね合わせて設けると共に内側クラッド素材２の表面に外側クラッド素材３を重ね合わせて設ける。次に、基材１と内側クラッド素材２と外側クラッド素材３を重ね合わせたものをクラッド圧延（圧延加工）することによって、基材１と内側クラッド素材２と外側クラッド素材３を密着させて接合一体化して積層材（クラッド材）を形成する。次に、この積層材を冷間圧延などでさらに圧延して厚さ１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下にする。厚さが１ｍｍを超えると、基材１と内側クラッド素材２と外側クラッド素材３の密着性が不足して積層材に層間剥離が生じる恐れがある。尚、基材１と内側クラッド素材２と外側クラッド素材３の密着性を高めるために、積層材をより薄く圧延するのが好ましいが、実際には、厚さ０．０２ｍｍに圧延するのが限界である。
【００１３】
この後、厚さ１ｍｍ以下の積層材をＡｒガス（アルゴンガス）の雰囲気中で焼鈍する。積層材を厚さ１ｍｍ以下にする上記のような圧延を行った後では、基材１の加工硬化（加工歪み）や内側クラッド素材２及び外側クラッド素材３の加工硬化（加工歪み）により積層材を所定の形状に塑性加工するのは困難である。従って、この焼鈍工程によって基材１や内側クラッド素材２及び外側クラッド素材３の加工硬化を除去する必要がある。この焼鈍は使用する材料によっても異なるが、７００〜８００℃（８００℃が最適）の温度条件で１５秒〜１５分間保持するように設定することが好ましい。焼鈍の際の温度が７００℃未満であれば、基材の加工硬化を除去するには不十分であり、焼鈍の際の温度が８００℃を超えると、外側クラッド素材３のＦｅやＣｕやＮｉの拡散が進行し過ぎて積層材の表面が硬化し、塑性加工の際に積層材の表面にクラックが生じる恐れがある。また焼鈍の際の保持時間が１５秒未満であれば、基材１の内部の加熱が不十分となって加工硬化の除去にむらが生じる恐れがあり、焼鈍の際の保持時間が１５分を超えると、外側クラッド素材３と内側クラッド素材２の界面において、化合物が形成されて曲げ等の塑性加工の際に積層材の表層部分が剥離する可能性がある。尚、上記積層材を厚み１ｍｍ以下に圧延する工程と焼鈍工程とは、連続的に交互に繰り返し行うようにしてもよい。
【００１４】
この後、積層材を必要に応じて切断し、曲げや深絞りなどの塑性加工を施すことによって、所定の形状の部品材料に形成する。次に、部品材料を不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０〜１２００℃、５秒〜１０分間加熱し、次に、室温による空冷（自然放熱による冷却）以上の冷却速度で冷却することによって、図１に示すように、表面に表面硬化層４を有する表面硬化部品を形成することができる。上記の不活性雰囲気中での加熱は、真空あるいはＡｒガスなどの不活性ガス中で加熱処理を行うものであり、上記の還元性雰囲気中での加熱は、水素ガス中で加熱処理を行うものである。
【００１５】
また上記の加熱温度の最適値は外側クラッド素材３の種類などによって異なるものであり、外側クラッド素材３がＦｅあるいはＦｅ合金、又はＮｉあるいはＮｉ合金である場合には、上記加熱温度は、９５０〜１１５０℃に設定するのが好ましく、外側クラッド素材３がＣｕあるいはＣｕ合金である場合には、上記加熱温度は、９５０〜１０５０℃に設定するのが好ましい。加熱温度が９５０℃未満であれば、焼入れ不十分により表面硬化層４の強度や基材１の部分の硬度を十分に得ることができない恐れがあり、加熱温度が１２００℃を超えると、基材１の部分の再結晶が進行し過ぎて結晶粒が粗大化し、表面硬化部品の靱性が低下する恐れがある。また加熱時間が５秒未満であれば、部品材料に熱を均一にかけることが困難であり、焼入れが入らない部分ができたり、拡散によるＴｉ−Ｆｅ系金属間化合物、あるいはＴｉ−Ｃｕ系金属間化合物、あるいはＴｉ−Ｎｉ系金属間化合物の生成が不十分となって表面硬化層４の硬度が低下したりする恐れがある。加熱時間が１０分を超えると、内側クラッド素材２で形成されるＴｉ層への基材１のＣの拡散（後述の中間層６が存在する場合は中間層６の成分の拡散も）が進行して基材１のＣの濃度が低下し過ぎ、焼入れによる基材１の部分の硬化を果たすことができなくなる恐れがある。そこで上記加熱条件の中でも９５０〜１１００℃で５秒〜１０分間加熱処理するのが好ましく、最も好ましい条件は１０５０℃で１〜２分間に設定される。また空冷に満たないような冷却速度で冷却した場合も基材１の焼入れは困難であるので、例えば、５℃／分以上の冷却速度で冷却するのが好ましい。
【００１６】
上記のように形成される表面硬化部品は、塑性加工後の加熱による熱処理によって基材１を焼入れすることができ、剛性を高めるように改善することができる。また塑性加工後の加熱による熱処理によって、外側クラッド素材３と内側クラッド素材２の間で相互に拡散が進み、表面にＦｅあるいはＣｕあるいはＮｉとＴｉの金属間化合物、つまりＴｉＦｅ、ＴｉＦｅ２ 、Ｔｉ２ Ｃｕ、ＴｉＣｕ、ＴｉＮｉ３ 、Ｔｉ２ Ｎｉなどの金属間化合物を含む表面硬化層４を形成することができ、この表面硬化層４によって表面硬度が高くなって耐磨耗性等を高くすることができるものである。さらに塑性加工後の加熱による熱処理によって、基材１と内側クラッド素材２の間で相互に拡散が進み、表面硬化層４と基材１の間にＴｉとＣの金属間化合物、つまりＴｉＣなどの金属間化合物を含む密着層５を形成することができると共にＴｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂなどの金属間化合物を含む密着層５を形成することができ、この密着層５によって表面硬化層４と基材１の密着性を高くすることができると共に表面硬化層４と基材１を剥離しにくくすることができるものである。尚、用いる材料の成分によって密着層５は図３に示すように生成されない場合があるが、この場合でも、相互拡散によって表面硬化層４と基材１の密着性を高めることができる。
【００１７】
表面硬化層４の厚みは１〜１０μｍであることが好ましい。表面硬化層４の厚みが１μｍ未満であれば、耐磨耗性を高くすることができなくなる恐れがあり、表面硬化層４の厚みが１０μｍを超えると、耐磨耗性は大きく向上するものの、靱性を損なうようになって、工具等の使用に適さなくなる恐れがある。つまり表面硬化層４の厚みを１〜１０μｍにすることによって、耐磨耗性が充分で靱性に優れる表面硬化部品を形成することができる。そして表面硬化層４の厚みを１〜１０μｍにするために、基材１の成分や外側クラッド素材３の成分、内側クラッド素材２と外側クラッド素材３の各厚み、焼鈍や塑性加工後の加熱の温度条件などを諸処理条件を設定する必要があるが、これら諸処理条件は表面硬化層４の種類などによっても異なってくる。例えば、外側クラッド素材３がＦｅあるいはＦｅ合金である場合、外側クラッド素材３と内側クラッド素材２の厚みの比は１：１〜１：４の範囲内にするのが好ましく、外側クラッド素材３がＣｕあるいはＣｕ合金である場合、外側クラッド素材３と内側クラッド素材２の厚みの比は１：１〜１：５の範囲内にするのが好ましく、外側クラッド素材３がＮｉあるいはＮｉ合金である場合、外側クラッド素材３と内側クラッド素材２の厚みの比は３：２〜１：４の範囲内にするのが好ましい。
【００１８】
上記の実施の形態において、基材１と内側クラッド素材２の間にさらに中間層６を挟んで設けることができる。つまり図４に示すように、基材１の表面（片面あるいは両面）に中間層６を設け、この中間層６の表面に内側クラッド素材２を重ね合わせると共に内側クラッド素材２の表面に外側クラッド素材３を重ね合わせる。次に、基材１と中間層６と内側クラッド素材２と外側クラッド素材３を重ね合わせたものをクラッド圧延（圧延加工）することによって、基材１と中間層６と内側クラッド素材２と外側クラッド素材３を密着させて接合一体化して積層材（クラッド材）を形成する。この後は上記実施の形態と同様にして図１や図３のような表面硬化部品を形成するのである。中間層６は合金でないＦｅ（純Ｆｅ）、合金でないＣｕ（純Ｃｕ）、合金でないＮｉ（純Ｎｉ）から選ばれる材料で板状（帯状）に形成されるものを用いることができる。
【００１９】
このように中間層６を設けて形成される表面硬化部品は、塑性加工後の加熱による熱処理によって、基材１と中間層６と内側クラッド素材２の間で相互に拡散が進み、表面硬化層４と基材１の間に中間層６に含まれるＦｅあるいはＣｕあるいはＮｉと内側クラッド素材２のＴｉとの金属間化合物、あるいはＴｉとＣの金属間化合物、つまりＴｉＦｅ、ＴｉＦｅ２ 、Ｔｉ２ Ｃｕ、ＴｉＣｕ、ＴｉＮｉ３ 、Ｔｉ２ Ｎｉ、ＴｉＣなどの金属間化合物を含む密着層５を形成することができると共にＴｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂなどの金属間化合物を含む密着層５を形成することができ、この密着層５によって表面硬化層４と基材１の密着性を上記実施の形態よりもさらに高くすることができると共に表面硬化層４と基材１を上記実施の形態よりもさらに剥離しにくくすることができるものである。尚、用いる材料の成分によって密着層５は図３に示すように生成されない場合があるが、この場合でも、相互拡散によって表面硬化層４と基材１の密着性を高めることができる。
【００２０】
尚、図２、４に示す外側クラッド素材３である最表面層のＦｅ、Ｃｕ、Ｎｉあるいはその合金層がなくても、内側クラッド素材２のＴｉあるいはＴｉ合金が基材１や中間層６とが加熱により反応して表面硬化層４を形成することは可能である。しかし、ＴｉあるいはＴｉ合金の層が最表面にあると、連続炉で達成できるレベルのＡｒ雰囲気純度では、焼鈍時に酸素、窒素がＴｉあるいはＴｉ合金中に吸収され、表面層の延性を損なう。その結果、曲げ等の塑性加工でクラックを生じる恐れが出てくる。また、バッチ式の炉で、ガス置換を十分に行い、密封を完全に行えば、ＴｉあるいはＴｉ合金中への酸素、窒素の吸収は十分に抑制される。しかし、本発明のような０．５ｍｍ以下の厚さでは、巻付ければ相互に焼付く恐れがあり、フリーに近い状態で焼鈍を行うと変形は避けられない。従って、バッチ炉での生産は困難である。以上の点から外側クラッド素材３の層がなければ延性の確保は困難である。
【００２１】
次に、上記実施の形態の具体例を示す。基材１としてはＦｅ−Ｃｒ−Ｃ系の焼入硬化型ステンレス鋼で形成されるものを用い、その組成はＦｅ−１３．５Ｃｒ−０．４Ｃ−１．２Ｍｏであった。この基材１の表面に中間層６としてＮｉ層を形成し、Ｎｉ層の表面に内側クラッド素材２としてＴｉ層を形成し、Ｔｉ層の表面に外側クラッド素材３としてＦｅ層を形成する。次に、これをクラッド圧延して接合して密着させることによって積層材を形成すると共にさらに積層材を、Ｆｅ層の厚みが２μｍ、Ｔｉ層の厚みが３μｍ、Ｎｉ層の厚みが１μｍ、全体の厚みが厚み１００μｍとなるまで圧延した。
【００２２】
次に、９９．９９％Ａｒガス雰囲気中で７００〜８００℃（８００℃が最適）の温度条件で１５秒〜１５分間保持して積層材を焼鈍する。次に、これを切断したり塑性加工したりして所定の形状の部品材料に形成する。次に、部品材料を不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０〜１２００℃、５秒〜１０分間加熱し、次に、空冷（自然放熱による冷却）以上の冷却速度で冷却することによって、図１に示すように、表面に表面硬化層４を有する表面硬化部品を形成することができる。この表面硬化層４はＴｉ−Ｆｅ系金属間化合物層であり、またこの内側にはＦｅとＴｉＣが相互に拡散し結合して表面のＴｉ−Ｆｅ系金属間化合物層が基材１に密着するための密着層５が形成されている。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって詳述する。
［実施例１］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．４Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｆｅで形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さが０．２ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｆｅ層の厚さがそれぞれ０．５μｍ、４μｍ、２μｍとなったシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、１分間焼鈍してから所定の形に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部（曲げ屈曲部）にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を、９９．９９％のＡｒ雰囲気中で１０５０℃×５分加熱後、空冷した。これにより表面に約５μｍのＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００２４】
［実施例２］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−０．１５Ｍｏ−０．６Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設け、内側クラッド素材２の外側にＳＵＳ４３０（Ｆｅ−１７Ｃｒ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）で形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さが０．５ｍｍ、片側のＴｉ層、ＳＵＳ４３０層の厚さがそれぞれ２μｍ、２μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で８００℃、２分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で９５０℃×１分加熱後、空冷した。これにより表面に約３μｍのＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００２５】
［実施例３］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１４．０Ｃｒ−１．２５Ｍｏ−０．４Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｃｕで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｃｕで形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さが０．４ｍｍ、片側のＣｕ層、Ｔｉ層、Ｃｕ層の厚さがそれぞれ１μｍ、３μｍ、１μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７００℃、５分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１０００℃×４分加熱後、空冷した。これにより表面に約４μｍのＴｉ２ Ｃｕ、ＴｉＣｕの金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００２６】
［実施例４］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−０．３Ｃ−０．４Ｓｉ−０．５Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｃｕで形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さ０．５ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｃｕ層の厚さがそれぞれ１μｍ、４μｍ、２μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、４分間焼鈍してから所定の形に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１０００℃×４分加熱後、空冷した。これにより表面に約５μｍのＴｉ２ Ｃｕ、ＴｉＣｕの金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００２７】
［実施例５］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−０．１５Ｍｏ−０．６Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設け、内側クラッド素材２の外側にＣ２１００（Ｃｕ−５Ｚｎ）を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さ０．０５ｍｍ、片側のＴｉ層、Ｃ２１００層の厚さがそれぞれ４μｍ、２μｍのシートフープを形成した。これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で８００℃、５秒間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で９５０℃×１５秒加熱後、空冷した。これにより表面に約５μｍのＴｉ２ Ｃｕ、ＴｉＣｕの金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００２８】
［実施例６］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−０．１５Ｍｏ−０．６Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面にに純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｎｉで形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さが０．１ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｎｉ層の厚さがそれぞれ０．２μｍ、２μｍ、３μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で８００℃、２分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１１５０℃×１０分加熱後、空冷した。これにより表面に約４μｍのＴｉＮｉ３ の金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００２９】
［実施例７］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１０．５Ｃｒ−０．５Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｎｉで形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さが０．１ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｎｉ層の厚さがそれぞれ０．２μｍ、４μｍ、１μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、３０秒間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１２００℃×５分加熱後、空冷した。これにより表面に約４μｍのＴｉ２ Ｎｉの金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００３０】
［実施例８］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１０．５Ｃｒ−０．５Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成されるを中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側にモネルメタル（Ｎｉ−３０Ｃｕ−２Ｆｅ）を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さ０．１ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、モネルメタル層の厚さがそれぞれ０．２μｍ、４μｍ、１μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、１分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１１００℃×５分加熱後、空冷した。これにより表面に約４μｍのＴｉ２ Ｎｉ、Ｔｉ２ Ｃｕ、ＴｉＣｕの金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００３１】
［実施例９］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．４Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面にＴｉ合金（Ｔｉ−０．２Ｐｄ）で形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｆｅで形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さ０．５ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ合金層、Ｆｅ層の厚さがそれぞれ０．５μｍ、７μｍ、４μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、５分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１０５０℃×５分加熱後、空冷した。これにより表面に約１０μｍのＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる表面硬化層を有する表面硬化部品を得た。
【００３２】
［実施例１０］
ばね鋼（Ｆｅ−２．０Ｓｉ−０．９Ｍｎ−０．６Ｃ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｆｅで形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さ０．５ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｆｅ層の厚さがそれぞれ２μｍ、６μｍ、４μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、１分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１０５０℃×１０分加熱後、空冷した。これにより表面に約１０μｍのＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００３３】
［実施例１１］
炭素鋼（Ｆｅ−０．５５Ｃ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｆｅを重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さ０．５ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｆｅ層の厚さがそれぞれ１μｍ、５μｍ、５μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７９０℃、４分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で９５０℃×２分加熱後、空冷した。これにより表面に約１０μｍのＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００３４】
［実施例１２］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．４Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｆｅを重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さが０．２ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｆｅ層の厚さがそれぞれ０．５μｍ、４μｍ、２μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、１分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１２５０℃×５分加熱後、空冷した。これにより表面に約５μｍのＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。但し、この表面硬化部品の基材１の靭性がやや落ちる。
【００３５】
［実施例１３］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．４Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｆｅを重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さ１．０ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｆｅ層の厚さがそれぞれ１μｍ、６μｍ、４μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、５分間焼鈍してから所定の形に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして形状の得られた部品を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１０５０℃×１０分加熱後、空冷した。これにより表面に約９μｍのＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる表面硬化層４を有する表面硬化部品を得た。
【００３６】
［比較例１］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．４Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の厚さ０．１ｍｍのシートを圧延加工により用意し、９９．９９％水素ガスフローの連続炉で８００℃、２分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料をＡｒ：５０％、窒素：５０％の混合ガス雰囲気中で１０５０℃×１分保持後、空冷した。これにより鋼を基材とする部品を得た。
【００３７】
［比較例２］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．４Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の厚さ０．１ｍｍのシートを圧延加工により用意し、９９．９９％水素ガスフローの連続炉で８００℃、２分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料をＡｒ：５０％、窒素：５０％の混合ガス雰囲気中で１０５０℃×１分保持後、空冷した。この部品にスパッタリングで表面にＡｌ２ Ｏ３ をコーティングした。これにより表面に約０．２μｍのＡｌ２ Ｏ３ の表面硬化層を有する部品を得た。
【００３８】
［比較例３］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−０．６Ｃ−０．２Ｍｏ−０．２Ｖ）の基材１の両側の表面に純Ｔｉをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さ０．１ｍｍ、片側のＴｉ層の厚さが４μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で８００℃、２分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックが発生した。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で９５０℃×３０秒加熱後、空冷した。これにより表面に約６μｍのＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる表面硬化層を有する部品を得た。
【００３９】
［比較例４］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．４Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｆｅで形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さが０．２ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｆｅ層の厚さがそれぞれ０．５μｍ、７μｍ、４μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、１分間焼鈍してから所定の形に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で９００℃×１０分加熱後、空冷した。これにより、ＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる表面硬化層４がＦｅとＴｉの界面には生成したが、表面には達せず、表面が軟質の鋼を基材とする部品となり、基材１の硬度も不足していた。
【００４０】
［比較例５］
焼入硬化型ステンレス鋼（Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−１．２Ｍｏ−０．４Ｃ−０．３Ｓｉ−０．３Ｍｎ）の基材１の両側の表面に純Ｎｉで形成される中間層６を重ね合わせて設け、中間層６の表面に純Ｔｉで形成される内側クラッド素材２を重ね合わせて設けて基材１と内側クラッド素材２の間に中間層６を挟み、内側クラッド素材２の外側に純Ｆｅで形成される外側クラッド素材３を重ね合わせて設け、これらをクラッド圧延により接合して積層材とした。この積層材を圧延して全体の厚さ０．２ｍｍ、片側のＮｉ層、Ｔｉ層、Ｆｅ層の厚さがそれぞれ０．５μｍ、７μｍ、４μｍのシートフープを形成した。次に、これを９９．９９％Ａｒガスフローの連続炉で７５０℃、１分間焼鈍してから所定の形状に切断し、曲げ加工を行った。この際、曲げＲ部にクラックは確認されなかった。このようにして所定の形状に形成した部品材料を９９．９９％Ａｒ雰囲気中で１０５０℃×３秒加熱後、空冷した。これにより、ＴｉＦｅとＴｉＦｅ２ の金属間化合物からなる硬化層がＦｅとＴｉの界面には生成したが、表面には達せず、表面が軟質の鋼を基材とする部品となり、基材１の硬度も局所的にしか焼きが入らずに、全体的には不足していた。
【００４１】
上記実施例１乃至１３及び比較例１乃至５の諸性能を表１に示す。尚、表１の「素材構成」の欄は積層材の層の構成及び各層の成分を示し、左側から、外側クラッド素材３／内側クラッド素材２／中間層６／基材１の順に並べて記載した。また、表１の「部品構成」の欄は実施例１乃至１３及び比較例１乃至５の層の構成及び各層の成分を示し、左側から、表面硬化層４／密着層５（これは無い場合がある）／基材１の順に並べて記載した。
【００４２】
【表１】
表１から明らかなように、実施例１乃至１３では、塑性加工の時にクラックが発生せず、表面硬化層４の厚みが十分に得られ、表面硬化層４と基材１の密着性が高く、基材１の硬度や表面硬化層の硬度が高くなった。一方、比較例１では内側クラッド素材２や外側クラッド素材３からなる表面硬化層４が形成されないので、表面硬度が低くなり、比較例２ではスパッタリングで表面硬化層４を形成したので、表面硬化層４の厚みが薄くなり、基材１と表面硬化層４の密着性が低くなり、比較例３では外側クラッド素材３を使用しなかったために、塑性加工の際にクラックが発生し、比較例４、５では塑性加工後の加熱による熱処理が不足したために、基材１の硬度や表面硬化層４の硬度が低くなった。
【００４４】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１、２、３に記載の発明は、鋼で形成される基材の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材を設けると共に内側クラッド素材の表面にＦｅあるいはＦｅ合金、またはＣｕあるいはＣｕ合金、またはＮｉあるいはＮｉ合金で形成される外側クラッド素材を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱したので、塑性加工後の加熱による熱処理によって基材を焼入れすることができ、剛性を高めるように改善することができるものである。また塑性加工後の加熱による熱処理によって、外側クラッド素材と内側クラッド素材の間で相互に拡散が進み、表面にＦｅあるいはＣｕあるいはＮｉとＴｉの金属間化合物、つまりＴｉＦｅ、ＴｉＦｅ2 、Ｔｉ2 Ｃｕ、ＴｉＣｕ、ＴｉＮｉ3 、Ｔｉ2 Ｎｉなどの金属間化合物を含む表面硬化層を形成することができ、この表面硬化層によって表面硬度が高くなって耐磨耗性等を高くすることができるものである。さらに塑性加工後の加熱による熱処理によって、基材と内側クラッド素材の間で相互に拡散が進み、表面硬化層と基材の間にＴｉとＣの金属間化合物、つまりＴｉＣなどの金属間化合物を含む密着層を形成することができると共にＴｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂなどの金属間化合物を含む密着層を形成することができ、この密着層によって表面硬化層と基材の密着性を高くすることができると共に表面硬化層と基材を剥離しにくくすることができるものである。
また、請求項４、５、６に記載の発明では、中間層を設けて形成される表面硬化部品は、塑性加工後の加熱による熱処理によって、基材と中間層と内側クラッド素材の間で相互に拡散が進み、表面硬化層と基材の間に中間層に含まれるＣｕあるいはＮｉと内側クラッド素材のＴｉとの金属間化合物、あるいはＴｉとＣの金属間化合物、つまりＴｉＦｅ、ＴｉＦｅ 2 、Ｔｉ 2 Ｃｕ、ＴｉＣｕ、ＴｉＮｉ 3 、Ｔｉ 2 Ｎｉ、ＴｉＣなどの金属間化合物を含む密着層を形成することができると共にＴｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂなどの金属間化合物を含む密着層を形成することができ、この密着層によって表面硬化層と基材の密着性をさらに高くすることができると共に表面硬化層と基材を上記実施の形態よりもさらに剥離しにくくすることができるものである。また、用いる材料の成分によって密着層は生成されない場合があるが、この場合でも、相互拡散によって表面硬化層と基材の密着性を高めることができるものである。
【００４５】
また本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１又は４の発明において、基材となる鋼が、１０〜１５重量％のＣｒと２．５重量％以下のＭｏと０．３５〜１．２重量％のＣとを含む焼入硬化型ステンレス鋼、あるいは０．４〜１．０重量％のＣと０．３〜１．０重量％のＭｎとを含むばね鋼、あるいは０．４〜１．２重量％のＣを含む炭素鋼であり、外側クラッド素材と内側クラッド素材の厚みの比が１：１〜１：４の範囲内であり、焼鈍温度が７００〜８００℃であり、所定の形状に加工した後の加熱が９５０〜１１５０℃で１５秒〜１０分であるので、剛性を高める効果や、耐磨耗性等を高くする効果や、表面硬化層と基材の密着性を高くする効果や、表面硬化層と基材を剥離しにくくする効果を確実に得ることができるものである。
【００４６】
また本発明の請求項８に記載の発明は、請求項２又は５の発明において、基材となる鋼が、１０〜１５重量％のＣｒと２．５重量％以下のＭｏと０．３５〜１．２重量％のＣとを含む焼入硬化型ステンレス鋼、あるいは０．４〜１．０重量％のＣと０．３〜１．０重量％のＭｎとを含むばね鋼、あるいは０．４〜１．２重量％のＣを含む炭素鋼であり、外側クラッド素材と内側クラッド素材の厚みの比が１：１〜１：５の範囲内であり、焼鈍温度が７００〜８００℃であり、所定の形状に加工した後の加熱が９５０〜１０５０℃で１５秒〜１０分であるので、剛性を高める効果や、耐磨耗性等を高くする効果や、表面硬化層と基材の密着性を高くする効果や、表面硬化層と基材を剥離しにくくする効果を確実に得ることができるものである。
【００４７】
また本発明の請求項９に記載の発明は、請求項３又は６の発明において、基材となる鋼が、１０〜１５重量％のＣｒと２．５重量％以下のＭｏと０．３５〜１．２重量％のＣとを含む焼入硬化型ステンレス鋼、あるいは０．４〜１．０重量％のＣと０．３〜１．０重量％のＭｎとを含むばね鋼、あるいは０．４〜１．２重量％のＣを含む炭素鋼であり、外側クラッド素材と内側クラッド素材の厚みの比が３：２〜１：４の範囲内であり、焼鈍温度が７００〜８００℃であり、所定の形状に加工した後の加熱が９５０〜１１５０℃で１５秒〜１０分であるので、剛性を高める効果や、耐磨耗性等を高くする効果や、表面硬化層と基材の密着性を高くする効果や、表面硬化層と基材を剥離しにくくする効果を確実に得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す一部の断面図である。
【図２】同上の積層材を示す一部の断面図である。
【図３】同上の他の実施の形態の一例を示す一部の断面図である。
【図４】同上の他の積層材を示す一部の断面図である。
【符号の説明】
１ 基材
２ 内側クラッド素材
３ 外側クラッド素材
Claims (9)
- 鋼で形成される基材の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材を設けると共に内側クラッド素材の表面にＦｅあるいはＦｅ合金で形成される外側クラッド素材を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱することを特徴とする表面硬化部品の製造方法。
- 鋼で形成される基材の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材を設けると共に内側クラッド素材の表面にＣｕあるいはＣｕ合金で形成される外側クラッド素材を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱することを特徴とする表面硬化部品の製造方法。
- 鋼で形成される基材の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材を設けると共に内側クラッド素材の表面にＮｉあるいはＮｉ合金で形成される外側クラッド素材を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱することを特徴とする表面硬化部品の製造方法。
- 鋼で形成される基材の表面に純Ｃｕあるいは純Ｎｉから選ばれる材料で形成される中間層となる中間クラッド素材を設け、この中間クラッド素材の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材を設けると共に内側クラッド素材の表面にＦｅあるいはＦｅ合金で形成される外側クラッド素材を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱することを特徴とする表面硬化部品の製造方法。
- 鋼で形成される基材の表面に純Ｃｕあるいは純Ｎｉから選ばれる材料で形成される中間層となる中間クラッド素材を設け、この中間クラッド素材の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材を設けると共に内側クラッド素材の表面にＣｕあるいはＣｕ合金で形成される外側クラッド素材を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱することを特徴とする表面硬化部品の製造方法。
- 鋼で形成される基材の表面に純Ｃｕあるいは純Ｎｉから選ばれる材料で形成される中間層となる中間クラッド素材を設け、この中間クラッド素材の表面にＴｉあるいはＴｉ合金で形成される内側クラッド素材を設けると共に内側クラッド素材の表面にＮｉあるいはＮｉ合金で形成される外側クラッド素材を設け、これらをクラッド圧延により密着させ、次に、これを厚さ１ｍｍ以下に圧延すると共にＡｒガスの雰囲気中で焼鈍し、これを塑性加工により所定の形状に加工した後、不活性雰囲気中あるいは還元性雰囲気中で９５０℃以上に５秒以上加熱することを特徴とする表面硬化部品の製造方法。
- 基材となる鋼が、１０〜１５重量％のＣｒと２．５重量％以下のＭｏと０．３５〜１．２重量％のＣとを含む焼入硬化型ステンレス鋼、あるいは０．４〜１．０重量％のＣと０．３〜１．０重量％のＭｎとを含むばね鋼、あるいは０．４〜１．２重量％のＣを含む炭素鋼であり、外側クラッド素材と内側クラッド素材の厚みの比が１：１〜１：４の範囲内であり、焼鈍温度が７００〜８００℃であり、所定の形状に加工した後の加熱が９５０〜１１５０℃で１５秒〜１０分であることを特徴とする請求項１又は４に記載の表面硬化部品の製造方法。
- 基材となる鋼が、１０〜１５重量％のＣｒと２．５重量％以下のＭｏと０．３５〜１．２重量％のＣとを含む焼入硬化型ステンレス鋼、あるいは０．４〜１．０重量％のＣと０．３〜１．０重量％のＭｎとを含むばね鋼、あるいは０．４〜１．２重 量％のＣを含む炭素鋼であり、外側クラッド素材と内側クラッド素材の厚みの比が１：１〜１：５の範囲内であり、焼鈍温度が７００〜８００℃であり、所定の形状に加工した後の加熱が９５０〜１０５０℃で１５秒〜１０分であることを特徴とする請求項２又は５に記載の表面硬化部品の製造方法。
- 基材となる鋼が、１０〜１５重量％のＣｒと２．５重量％以下のＭｏと０．３５〜１．２重量％のＣとを含む焼入硬化型ステンレス鋼、あるいは０．４〜１．０重量％のＣと０．３〜１．０重量％のＭｎとを含むばね鋼、あるいは０．４〜１．２重量％のＣを含む炭素鋼であり、外側クラッド素材と内側クラッド素材の厚みの比が３：２〜１：４の範囲内であり、焼鈍温度が７００〜８００℃であり、所定の形状に加工した後の加熱が９５０〜１１５０℃で１５秒〜１０分であることを特徴とする請求項３又は６に記載の表面硬化部品の製造方法。
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