JP4405781B2 - 耐摩耗部品及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱処理により硬さを増大させて使用する耐摩耗部品及びその製造方法に関する。

空調機の電動圧縮機等において、硬さを増大させて用いる耐摩耗部品は、ＳＡＣＭ６４５のような窒化鋼を粗加工した後、窒化処理を行い、仕上げ加工を行うことにより表面をＨｖ９００程度まで硬くして使用している。

この場合、窒化鋼の素材成形は溶製材の鋼材から削り出しを行なうか、あるいは溶製材を粗加工の取り代が片側１ミリメートル程度の精度で熱間鍛造で成形し、それから削り出しを行なう工程でしか部品製作は困難である。しかしながら、そのような工程では部品製作が容易ではなく、製造費用がかかるという課題がある。

また、図３に示されるように、窒化処理後の仕上げ加工により仕上げ加工領域１４が除去され、露出面１５が使用面となるが、この使用面１５の硬さはＨｖ９５０程度しか出ない。

そこで、圧縮機用耐摩耗部品の表面を除去する研削加工を行った後、表面を硬化させる窒化処理を行い、さらに表面を直径で０．２５ミリメートル以下の範囲で除去する研削加工を行い、摺動面の硬さをＨｖ１０００以上とするものも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−９８０５２号公報

最近では、部品の小型化が求められるため、耐摩耗部品にかかる力が増大する傾向にあり、特許文献１に記載の方法を利用しても、十分な耐摩耗性を有する耐摩耗部品の小型化が難しいという課題がある。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、硬さを増大させ十分な耐摩耗性を付与することにより小型で安価な耐摩耗部品及びその製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、粒径が３０マイクロメートル未満のＳＵＳ４２０Ｊ２相当のステンレス鋼の合金粉末を使用して金属射出成形で素材を製作し、前記素材を空気が存在する雰囲気で焼結し、前記素材を粗加工した後、アンモニアガスを用いる窒化処理を行い、その後、仕上げ加工を行うことを特徴とする耐摩耗部品の製造方法である。

さらに、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の製造方法により製造した耐摩耗部品である。

本発明によれば、粒径が３０マイクロメートル未満の合金粉末を使用して金属射出成形で素材を製作し、窒化処理を行うようにしたので、溶製材に比べ、表面硬さを向上させて十分な耐摩耗性を付与することができ、小型の耐摩耗部品を提供することができる。また、溶製材からの製作に比べ、粗加工の取り代が少なくて済むため製作費が低減し、安価な耐摩耗部品を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１は、コンプラブッシュと呼ばれるスクロール圧縮機に使用される部品を示しており、本発明の実施の形態１にかかる耐摩耗部品の一例である。

この耐摩耗部品１はＳＵＳ４２０Ｊ２相当のステンレス鋼の粉末粒を金属射出成形して製作されており、内側と外側を０．０５〜０．２ミリメートル程度の粗加工した後に、約５９０℃の温度で窒化処理を約９時間行い、その後、内側と外側を２０〜１００マイクロメートルの仕上げ加工を施したものである。なお、クロムを含有するステンレス鋼や耐熱鋼等の表面に付いた緻密で密着性のある強固な酸化被膜は、例えば有機系塩化物、フッ化水素、硫化水素等を用いて除去される。

図２は、図１に示される耐摩耗部品と、同等材質の溶製材に同条件で窒化処理を施した部品の硬さ分布曲線である。縦軸はマイクロビッカース硬さを、横軸は表面からの距離をそれぞれ示している。

図２からわかるように、金属射出成形で製作された部品の窒化処理後の硬さ２は、同成分の溶製材から製作された部品の硬さ３に比べて１５０ポイント近く上昇し、硬い部分の深さは浅くなっていることがわかる。これは、金属射出成形品を焼成する際に２バール程度の空気が存在する条件で焼成しているため、クロム炭化物から炭素が抜けるいわゆる脱炭が発生したためである。この脱炭は、金属射出成形品が脱蝋され、密度が５０％程度の状態から９８％以上に焼結される間に起こるので、内部まで脱炭が発生している。焼成後、粗加工を行い、さらに窒化処理を行うと、窒化処理で硬化に有効なクロムが脱炭の影響で溶製材より多く残留しているので、窒化クロムが溶製材の窒化処理品より多くなり硬さが硬くなると考えられる。

また、溶製材に比べて金属射出成形品の方が硬さが浅いのは、窒化処理が同条件であれば、金属射出成形品はクロムが多いために表面側で窒化クロムを形成する窒素が消費されるためと考えられる。なお、時間の延長やアンモニアガス濃度の調整等により金属射出成形品でも溶製材と同等の硬さの深さを得ることは容易であるので、金属射出成形品の方が硬い表面を容易に実現することができる。

さらに、硬い表面を得るのが主目的であれば、溶製材と同一の窒化条件で処理を行えば良く、経済的であり、溶製材に比べ窒化により高い硬さを得ることができるので、耐摩耗部品の小型化を達成することができる。また、素材の寸法精度が高く粗加工による取り代が少なくできるので、加工費用を抑制することができ、安価な耐摩耗部品を提供することができる。

金属射出成形に使用する合金粉末として、種々の粒径のものを用いて耐摩耗部品を製作したところ、表１に示されるような結果が得られた。

なお、表１における記号の意味は以下のとおりである。
〇：良好な耐摩耗部品の製作が可能
△：使用可能な耐摩耗部品の製作が可能
×：耐摩耗部品の製作が不可能

本実施の形態は、ステンレス鋼の金属射出成形を例にとり説明したが、ダイス鋼を用いても同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態は、窒化処理を例にとり説明したが、軟窒化処理やイオン窒化処理でも同様の効果を得ることができる。

本発明によれば、表面硬さを向上させて十分な耐摩耗性を付与することができるとともに、粗加工の取り代が少なく製作費が低減するので、耐摩耗部品を小型で安価に製作することができ、エンジンあるいは圧縮機等の摺動部品に使用すると効果的である。

本発明の実施の形態１にかかる耐摩耗部品の斜視図である。 本発明の実施の形態１にかかる耐摩耗部品と、同等材質の溶製材に同条件で窒化処理を施した部品の硬さ分布曲線である。 従来の耐摩耗部品の窒化処理後の硬さ曲線である。

１ 耐摩耗部品
２ ＳＵＳ４２０Ｊ２を焼成して窒化処理した後の硬さ曲線
３ ＳＵＳ４１０Ｓ溶製材の窒化処理の硬さ曲線
５ ＳＵＳ４４０Ｃ圧粉体焼結成形品の窒化処理の硬さ曲線
６ ＳＵＳ４４０Ｃ溶製材の窒化処理の硬さ曲線

Claims (2)

1. 粒径が３０マイクロメートル未満のＳＵＳ４２０Ｊ２相当のステンレス鋼の合金粉末を使用して金属射出成形で素材を製作し、前記素材を空気が存在する雰囲気で焼結し、前記素材を粗加工した後、アンモニアガスを用いる窒化処理を行い、その後、仕上げ加工を行うことを特徴とする耐摩耗部品の製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法により製造した耐摩耗部品。

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