JP4427345B2 - Layered Fe-based alloy and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、Fe基合金からなる母材の表面に、炭化物が拡散し且つ前記母材に比して高硬度である拡散層が設けられた有層Fe基合金及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a layered Fe-based alloy in which carbide is diffused on a surface of a base material made of an Fe-based alloy and a diffusion layer having a hardness higher than that of the base material is provided, and a method for manufacturing the same.

Fe基合金である鋼材の耐摩耗性や耐食性、強度等の諸特性を向上させる目的で、物理的気相成長(PVD)法や化学的気相成長(CVD)法、メッキ、陽極酸化等によって、該鋼材の表面に皮膜が設けられることがある。しかしながら、この場合、皮膜の形成に長時間を要し、しかも、皮膜形成コストが大きいという不具合がある。   For the purpose of improving various properties such as wear resistance, corrosion resistance, and strength of steel materials that are Fe-based alloys, physical vapor deposition (PVD) method, chemical vapor deposition (CVD) method, plating, anodic oxidation, etc. A film may be provided on the surface of the steel material. However, in this case, there is a problem that it takes a long time to form a film and the film formation cost is high.

そこで、浸炭、浸硫、窒化、炭窒化等の様々な表面処理を施すことにより、皮膜を設けることなく鋼材の表面の諸特性を向上させることが広汎に実施されている(例えば、特許文献1、2参照)。また、特許文献3には、ショットピーニングやショットブラスト等の機械的処理を施して表面に10kgf/cm2(およそ0.1MPa)の圧縮応力を付与することにより、加工用刃具の耐摩耗性及び耐欠損性を向上させることが提案されている。 Therefore, various surface treatments such as carburizing, sulfiding, nitriding, carbonitriding, etc. are widely performed to improve various characteristics of the surface of the steel material without providing a coating (for example, Patent Document 1). 2). Further, in Patent Document 3, by applying a mechanical treatment such as shot peening or shot blasting and applying a compressive stress of 10 kgf / cm 2 (approximately 0.1 MPa) to the surface, the wear resistance of the cutting tool and It has been proposed to improve fracture resistance.

特開2003−129216号公報JP 2003-129216 A 特開2003−239039号公報JP 2003-239039 A 特開平5−171442号公報JP-A-5-171442

しかしながら、特許文献1〜3に記載されたような従来技術で諸特性が向上するのは、金属材の表面に限られる。例えば、窒化や浸炭等では、元素が拡散するのは金属材の表面から僅かに数μm、最大でも200μm程度であり、それより内部の諸特性を向上させることは困難である。このため、耐摩耗性や耐欠損性が著しく向上するとは言い難い側面がある。   However, it is limited to the surface of a metal material that various characteristics improve by the conventional techniques as described in Patent Documents 1 to 3. For example, in nitriding or carburizing, the element diffuses from the surface of the metal material only a few μm and at most about 200 μm, and it is difficult to improve various internal characteristics. For this reason, it is difficult to say that the wear resistance and fracture resistance are remarkably improved.

しかも、従来技術に係る処理方法では、形成された窒化層等と母材である金属材との間に界面が存在する。このため、界面に応力集中が起こるような条件下では、界面から脆性破壊が起こることが懸念される。   In addition, in the processing method according to the prior art, an interface exists between the formed nitride layer or the like and the metal material as the base material. For this reason, there is a concern that brittle fracture occurs from the interface under conditions where stress concentration occurs at the interface.

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、硬度及び強度が向上し、且つ応力集中が起こり難いので脆性破壊が生じ難い有層Fe基合金及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and has an object to provide a layered Fe-based alloy that has improved hardness and strength and is less likely to cause brittle fracture because stress concentration hardly occurs and a method for manufacturing the same. And

前記の目的を達成するために、本発明は、Fe基合金からなる母材と、前記母材中を炭化物が拡散することによって形成され且つ前記母材に比して高硬度な拡散層とを有し、
当該有層Fe基合金の表面を基点として測定した前記拡散層の厚みが0.5mm以上であり、
且つ前記炭化物は、前記母材の表面に塗布されてFe基合金の硬度を上昇させる金属が炭化するとともに前記母材の内部に拡散することで形成されたものであることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention comprises a base material composed of an Fe-based alloy, and a diffusion layer formed by diffusing carbide in the base material and having a higher hardness than the base material. Have
Der thickness 0.5mm or more of the organic layer Fe group the diffusion layer was measured surface as the base point of the alloy is,
And said carbide is characterized der Rukoto those formed by diffusion inside the preform together with the metal to be coated on the surface of the base material to increase the hardness of the Fe-based alloy is carbonized.

本発明に係る有層Fe基合金においては、母材であるFe基合金の内部深くまで炭化物が拡散しているので、内部まで優れた硬度及び強度を示す。しかも、この有層Fe基合金には、拡散した炭化物と母材との間に界面が存在しない。このため、応力集中が起こり難いので、脆性破壊が生じ難くなる。   In the layered Fe-based alloy according to the present invention, the carbide diffuses deep inside the Fe-based alloy which is the base material, and therefore shows excellent hardness and strength up to the inside. Moreover, this layered Fe-based alloy has no interface between the diffused carbide and the base material. For this reason, stress concentration is unlikely to occur, so that brittle fracture is less likely to occur.

金属の炭化物としては、Fe基合金の硬度を向上させる物質であれば特に限定されるものではないが、Cr、W、Mo、V、Ni、Mnの炭化物を好適な例として挙げることができる。   The metal carbide is not particularly limited as long as it is a substance that improves the hardness of the Fe-based alloy, but preferred examples include carbides of Cr, W, Mo, V, Ni, and Mn.

この場合、金属元素をMで表すとき、炭化物の組成式がM6C又はM236であることが好ましい。組成式がこのように表される炭化物は、Fe基合金の硬度を向上させる効果に特に優れるからである。 In this case, when the metal element is represented by M, the composition formula of the carbide is preferably M 6 C or M 23 C 6 . This is because the carbide whose composition formula is expressed in this way is particularly excellent in the effect of improving the hardness of the Fe-based alloy.

炭化物は、Cr、W、Mo、V、Ni、Mnの少なくともいずれか1種と、Feとの固溶体が炭化物化したものであってもよい。この場合、上記したような金属炭化物の相対量が低減するので、金属炭化物が過度に生成して脆性が上昇することを抑制することができる。   The carbide may be a carbide of a solid solution of at least one of Cr, W, Mo, V, Ni, and Mn and Fe. In this case, since the relative amount of the metal carbide as described above is reduced, it is possible to prevent the metal carbide from being excessively generated and the brittleness from being increased.

好ましい固溶体の炭化物は、金属元素をMで表すとき、その組成式が(Fe,M)6C又は(Fe,M)236で表されるものである。 A preferred solid solution carbide is one in which the composition formula is represented by (Fe, M) 6 C or (Fe, M) 23 C 6 when the metal element is represented by M.

また、本発明は、Fe基合金からなる母材と、前記母材中を炭化物が拡散することによって形成され且つ前記母材に比して高硬度な拡散層とを有し、当該有層Fe基合金の表面を基点として測定された前記拡散層の厚みが0.5mm以上である有層Fe基合金の製造方法であって、
Fe基合金の表面に硬度を上昇させる金属の粉末を塗布する工程と、
金属の粉末が塗布された前記Fe基合金を熱処理して、少なくとも該Fe基合金を構成する炭素と前記金属とを反応させて炭化物とするとともに、前記炭化物を前記Fe基合金中に拡散させる工程と、
を有することを特徴とする。
The present invention also includes a base material made of an Fe-based alloy, and a diffusion layer formed by diffusing carbide in the base material and having a hardness higher than that of the base material. A method for producing a layered Fe-based alloy in which the thickness of the diffusion layer measured from the surface of the base alloy is 0.5 mm or more,
Applying a metal powder for increasing the hardness to the surface of the Fe-based alloy;
Heat-treating the Fe-based alloy coated with metal powder to react at least carbon constituting the Fe-based alloy with the metal to form a carbide, and to diffuse the carbide into the Fe-based alloy When,
It is characterized by having.

このような工程を経ることにより、厚みの大きい拡散層を形成することができるとともに、拡散層と母材との間に界面が存在しない有層Fe基合金を製造することができる。得られた有層Fe基合金は、拡散層が存在するために硬度及び強度に優れる。   Through such a process, a thick diffusion layer can be formed, and a layered Fe-based alloy in which no interface exists between the diffusion layer and the base material can be produced. The obtained layered Fe-based alloy has excellent hardness and strength due to the presence of the diffusion layer.

金属としては、Fe基合金の硬度を向上させることができるということから、Cr、W、Mo、V、Ni、Mnを使用することが好ましい。   As the metal, it is preferable to use Cr, W, Mo, V, Ni, or Mn because the hardness of the Fe-based alloy can be improved.

また、窒素雰囲気下で前記熱処理を行い、炭化物を窒化して炭窒化物とするようにしてもよい。この場合においても、Fe基合金の硬度を向上させることができる。   Further, the heat treatment may be performed in a nitrogen atmosphere to nitride the carbide to form a carbonitride. Even in this case, the hardness of the Fe-based alloy can be improved.

本発明によれば、拡散層の厚みが大きいので、Fe基合金の硬度や強度を内部まで向上させることができる。すなわち、硬度に優れた有層Fe基合金を構成することができるという効果が達成される。   According to the present invention, since the diffusion layer is thick, the hardness and strength of the Fe-based alloy can be improved to the inside. That is, the effect that a layered Fe-based alloy having excellent hardness can be formed is achieved.

以下、本発明に係る有層Fe基合金及びその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of a layered Fe-based alloy and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

本実施の形態に係る有層Fe基合金からなる鍛造加工用パンチの概略全体斜視図を図1に示す。この鍛造加工用パンチ10は、SKH51を原材料(母材)として作製されたものであり、大径部12と、該大径部12に連接されてテーパ状に縮径した縮径部14と、小径部16と、該小径部16の一端部から突出形成されて湾曲した湾曲突出部18とを有する。このうちの湾曲突出部18と、小径部16の先端部とが、図示しないダイのキャビティ内に収容されたワークを押圧して、該ワークを所定の形状に成形させる。すなわち、小径部16の先端部と湾曲突出部18は、ワーク押圧部位である。   FIG. 1 shows a schematic overall perspective view of a forging punch made of a layered Fe-based alloy according to the present embodiment. This forging punch 10 is manufactured using SKH51 as a raw material (base material), and has a large diameter portion 12, a reduced diameter portion 14 connected to the large diameter portion 12 and reduced in a taper shape, It has a small-diameter portion 16 and a curved projecting portion 18 that is formed to protrude from one end portion of the small-diameter portion 16 and is curved. Of these, the curved protrusion 18 and the tip of the small-diameter portion 16 press the work housed in a die cavity (not shown) to form the work into a predetermined shape. That is, the distal end portion of the small-diameter portion 16 and the curved protruding portion 18 are work pressing portions.

ここで、ワーク押圧部位の断面を拡大して図2に示す。該図2から諒解されるように、ワーク押圧部位の表層部には、母材であるSKH51中を金属の炭化物が拡散してなる拡散層20が存在している。   Here, the cross section of the workpiece pressing portion is enlarged and shown in FIG. As can be seen from FIG. 2, a diffusion layer 20 formed by diffusing metal carbide in the base material SKH 51 exists in the surface layer portion of the workpiece pressing portion.

炭化物を形成する金属元素としては、SKH51の硬度を向上させるものであれば特に限定されないが、好適な例としては、Cr、W、Mo、V、Ni、Mnを挙げることができる。このような金属元素の炭化物が拡散することによって形成された拡散層20は、高硬度及び高強度を示す。このため、鍛造加工用パンチ10において、拡散層20が存在するワーク押圧部位では、拡散層20が存在しない大径部12や縮径部14等に比して、硬度及び強度が高くなる。換言すれば、拡散層20が設けられたワーク押圧部位は、他の部位に比して高硬度及び高強度となる。   The metal element forming the carbide is not particularly limited as long as it improves the hardness of SKH51, and preferable examples include Cr, W, Mo, V, Ni, and Mn. The diffusion layer 20 formed by diffusing such metal element carbide exhibits high hardness and high strength. For this reason, in the punch 10 for a forging process, in the workpiece | work press site | part in which the diffused layer 20 exists, hardness and intensity | strength become high compared with the large diameter part 12, the reduced diameter part 14, etc. in which the diffused layer 20 does not exist. In other words, the workpiece pressing portion provided with the diffusion layer 20 has higher hardness and higher strength than other portions.

炭化物は、金属元素をMで表すとき、組成式がM73で表される炭化物であってもよいが、Cr6C、W6C、Mo6C等のようにM6Cで表される炭化物や、M236で表される炭化物である方が好ましい。この場合、硬度及び強度を向上させる効果に最も優れているからである。 Carbides, when represents a metal element in M, tables in M 6 C as may be carbide composition formula is represented by M 7 C 3 but, Cr 6 C, W 6 C , Mo 6 C , etc. And a carbide represented by M 23 C 6 is preferred. In this case, it is because it is most excellent in the effect of improving hardness and strength.

なお、M6CやM236が過度に存在すると、鍛造加工用パンチ10が脆性を示すようになる。そこで、Feと上記金属元素の固溶体の炭化物を生成することが好ましい。すなわち、炭化物は、(Fe,M)6Cや、(Fe,M)236等で表されるものであってもよい。このような炭化物を生成させた場合、M6CやM236の相対量が低減するので、鍛造加工用パンチ10が脆性を示すことを確実に回避することができるようになる。 If M 6 C or M 23 C 6 is excessively present, the forging punch 10 becomes brittle. Therefore, it is preferable to generate a solid solution carbide of Fe and the above metal element. That is, the carbide may be represented by (Fe, M) 6 C, (Fe, M) 23 C 6 or the like. When such a carbide is generated, the relative amounts of M 6 C and M 23 C 6 are reduced, so that it is possible to reliably avoid the forging punch 10 from being brittle.

ここで、拡散層20の厚み、換言すれば、炭化物の拡散距離は、該鍛造加工用パンチ10の表面からの深さが少なくとも0.5mm(500μm)に達しており、通常は3〜7mm(3000〜7000μm)、最大では15mm(15000μm)に達することがある。この値は、窒化や浸炭等における元素の拡散距離が数十μm、大きくても200μm程度であるのに対し、著しく大きい。すなわち、本実施の形態においては、炭化物を、従来技術に係る表面処理方法によって導入された元素に比して著しく深い部位にまで拡散させることができる。   Here, the thickness of the diffusion layer 20, in other words, the diffusion distance of carbides, the depth from the surface of the forging punch 10 has reached at least 0.5 mm (500 μm), and usually 3-7 mm ( 3000 to 7000 μm) and may reach 15 mm (15000 μm) at the maximum. This value is remarkably large while the diffusion distance of elements in nitriding, carburizing, etc. is several tens of μm, at most about 200 μm. That is, in the present embodiment, the carbide can be diffused to a deeper portion than the element introduced by the surface treatment method according to the prior art.

このような拡散層20が設けられたワーク押圧部位では、炭化物が拡散した深さまで母材の硬度が向上する。すなわち、鍛造加工用パンチ10の内部まで硬度及び強度が上昇し、その結果、内部の耐摩耗性が向上するとともに、変形し難くなる。   In the workpiece pressing portion provided with such a diffusion layer 20, the hardness of the base material is improved to the depth at which the carbide is diffused. That is, the hardness and strength increase to the inside of the forging punch 10, and as a result, the internal wear resistance is improved and deformation is difficult.

なお、後述するように、拡散層20は、母材の表面から拡散された金属元素が炭化物を生成することによって形成される。このため、炭化物の濃度は、表面で最も高く、母材の内部に指向するにつれて漸次的に減少する。   As will be described later, the diffusion layer 20 is formed by generating a carbide from a metal element diffused from the surface of the base material. For this reason, the carbide | carbonized_material density | concentration is the highest on the surface, and it reduces gradually as it goes inside the base material.

また、炭化物の濃度がこのように漸次的に減少するため、拡散層20と母材との間に明確な界面は存在しない。このため、応力集中が起こることを回避することができるので、金属元素を拡散させることに伴って脆性が増すことを回避することができる。なお、図2においては、拡散層20が存在することを明確にするため、拡散層20と母材との間に便宜的に境界線を付している。   Further, since the carbide concentration gradually decreases in this way, there is no clear interface between the diffusion layer 20 and the base material. For this reason, since it can avoid that stress concentration arises, it can avoid that brittleness increases with diffusing a metallic element. In FIG. 2, a boundary line is provided for convenience between the diffusion layer 20 and the base material in order to clarify that the diffusion layer 20 exists.

このように構成された鍛造加工用パンチ10は、例えば、ワークに対して温間鍛造加工が施される際に使用され、この際には、該鍛造加工用パンチ10のワーク押圧部位がワークを押圧する。上記したように、該ワーク押圧部位は、拡散層20が存在するために高硬度及び高強度であり、且つ靱性が確保されている。従って、該ワーク押圧部位は、鍛造加工を繰り返し行っても摩耗し難く、しかも、欠損が生じ難い。すなわち、長寿命を確保することができる。   The forging punch 10 configured as described above is used, for example, when a warm forging process is performed on a workpiece. In this case, the workpiece pressing portion of the forging punch 10 moves the workpiece. Press. As described above, the workpiece pressing portion has high hardness and high strength due to the presence of the diffusion layer 20, and toughness is ensured. Therefore, the workpiece pressing portion is not easily worn even when the forging process is repeatedly performed, and is not easily damaged. That is, a long life can be ensured.

炭化物は、炭窒化物であってもよい。   The carbide may be a carbonitride.

この鍛造加工用パンチ10は、以下のようにして製造することができる。   This forging punch 10 can be manufactured as follows.

先ず、図3(a)に示すSKH51からなる円筒体形状のワークWに対して、図3(b)に示すように、バイト30による切削加工を施し、鍛造加工用パンチ10の形状に対応する形状の予備成形体32とする。   First, as shown in FIG. 3B, the cylindrical workpiece W made of SKH 51 shown in FIG. 3A is cut by a cutting tool 30 to correspond to the shape of the forging punch 10. The preform 32 is shaped.

次に、この予備成形体32の表面に、図3(c)に示すように、拡散させる金属の粉末をワーク押圧部位の表面に塗布する。例えば、Wを拡散させるのであればW粉末が配合された粉末、Crを拡散させるのであればCr粉末が配合された粉末を塗布すればよい。なお、粉末の塗布分量は、例えば、W6CやCr6C等が生成する量とすればよい。 Next, as shown in FIG. 3C, a metal powder to be diffused is applied to the surface of the workpiece pressing portion on the surface of the preform 32. For example, if W is diffused, powder mixed with W powder may be applied, and if Cr is diffused, powder mixed with Cr powder may be applied. The coating amount of the powder may be, for example, to the amount W 6 C and Cr 6 C, etc. are produced.

粉末の塗布は、該粉末を溶媒に分散させて調製した塗布剤34を塗布することによって行う。溶媒としては、アセトンやアルコール等、容易に蒸発する有機溶媒を選定することが好ましい。そして、この溶媒に、W、Cr等の粉末を分散させる。   The powder is applied by applying a coating agent 34 prepared by dispersing the powder in a solvent. As the solvent, it is preferable to select an organic solvent that easily evaporates, such as acetone or alcohol. And powder, such as W and Cr, is disperse | distributed to this solvent.

ここで、母材であるSKH51の表面には、通常、酸化物膜が形成されている。この状態でWやCr等を拡散させるには、WやCr等が酸化物膜を通過できるように、多大な熱エネルギを供給しなければならない。これを回避するために、塗布剤34に、酸化物膜を還元することが可能な還元剤を混合することが好ましい。   Here, an oxide film is usually formed on the surface of the base material SKH 51. In order to diffuse W, Cr, etc. in this state, a great amount of heat energy must be supplied so that W, Cr, etc. can pass through the oxide film. In order to avoid this, it is preferable to mix the coating agent 34 with a reducing agent capable of reducing the oxide film.

具体的には、酸化物膜に対して還元剤として作用し、且つSKH51とは反応しない物質を溶媒に分散ないし溶解させる。還元剤の好適な例としては、ニトロセルロース、ポリビニル、アクリル、メラミン、スチレンの各樹脂を挙げることができるが、特にこれらに限定されるものではない。なお、還元剤の濃度は、5%程度とすればよい。   Specifically, a substance that acts as a reducing agent on the oxide film and does not react with SKH51 is dispersed or dissolved in a solvent. Preferable examples of the reducing agent include nitrocellulose, polyvinyl, acrylic, melamine, and styrene resins, but are not particularly limited thereto. Note that the concentration of the reducing agent may be about 5%.

以上の物質が溶解ないし分散された塗布剤34は、図3(c)に示すように、刷毛36を使用する刷毛塗り法によってワーク押圧部位の表面に塗布される。勿論、刷毛塗り法以外の公知の塗布技術を採用するようにしてもよい。   The coating agent 34 in which the above substances are dissolved or dispersed is applied to the surface of the workpiece pressing portion by a brush coating method using a brush 36 as shown in FIG. Of course, you may make it employ | adopt well-known coating techniques other than the brush coating method.

次いで、ワーク押圧部位の表面に塗布剤34が塗布された予備成形体32に対して熱処理を施す。この熱処理は、図3(d)に示すように、バーナー火炎38を予備成形体32の一端面側から当てることによって施すことができる。勿論、熱処理炉内において不活性雰囲気中で熱処理するようにしてもよい。   Next, heat treatment is performed on the preform 32 in which the coating agent 34 is applied to the surface of the workpiece pressing portion. This heat treatment can be performed by applying a burner flame 38 from one end surface side of the preform 32 as shown in FIG. Of course, heat treatment may be performed in an inert atmosphere in a heat treatment furnace.

この昇温の過程では、250℃程度で還元剤が分解し始め、炭素や水素が生成する。予備成形体32の酸化物膜は、この炭素や水素の作用下に還元されて消失する。このため、WやCr等が酸化物膜を通過する必要がなくなるので、拡散に要する時間を短縮することができるとともに、熱エネルギを低減することができる。   In this temperature rising process, the reducing agent begins to decompose at about 250 ° C., and carbon and hydrogen are generated. The oxide film of the preform 32 is reduced and disappears under the action of carbon and hydrogen. For this reason, it is not necessary for W, Cr, or the like to pass through the oxide film, so that the time required for diffusion can be shortened and the thermal energy can be reduced.

さらに昇温を続行すると、母材であるSKH51の構成元素であるC、Feや、還元剤が分解することによって生成したCと、WやCr等とが反応して、W6CやCr6C、W236、Cr236等が生成する。Feが関与した場合には、(Fe,W)6C、(Fe,Cr)6C、(Fe,W)236、(Fe,Cr)236等も生成する。 When the temperature is further increased, C, Fe, which are constituent elements of SKH51, which is the base material, C generated by decomposition of the reducing agent, W, Cr, and the like react with each other, and W 6 C, Cr 6 C, W 23 C 6 , Cr 23 C 6 and the like are generated. When Fe is involved, (Fe, W) 6 C, (Fe, Cr) 6 C, (Fe, W) 23 C 6 , (Fe, Cr) 23 C 6 and the like are also generated.

生成したW6CやCr6C、(Fe,W)6C、(Fe,Cr)6C等の炭化物は即座に分解し、Fe、W、Crに戻る。このうち、W、Crは、次に、母材のより内部側に存在する該母材の構成元素であるC、Feや、該母材のより内部側に遊離状態で存在するCと結合して、新たにW6C、Cr6C、(Fe,W)6C、(Fe,Cr)6C等を生成する。このW6CやCr6C、(Fe,W)6C、(Fe,Cr)6Cも即座に分解してW、Crに戻った後、母材の一層内部側に存在する該母材の構成元素であるC、Feや、該母材の一層内部側に遊離状態で存在するCと結合して、再度W6C、Cr6C、(Fe,W)6C、(Fe,Cr)6C等を生成する。このようにして炭化物が分解、生成を繰り返すことにより、該炭化物が母材の内部深くまで拡散する。 The generated carbides such as W 6 C, Cr 6 C, (Fe, W) 6 C, and (Fe, Cr) 6 C are immediately decomposed and returned to Fe, W, and Cr. Among these, W and Cr are next combined with C and Fe, which are constituent elements of the base material existing on the inner side of the base material, and C existing in a free state on the inner side of the base material. Thus, W 6 C, Cr 6 C, (Fe, W) 6 C, (Fe, Cr) 6 C and the like are newly generated. These W 6 C, Cr 6 C, (Fe, W) 6 C, and (Fe, Cr) 6 C are also immediately decomposed and returned to W and Cr, and then the base material existing further inside the base material. Are combined with C and Fe, which are constituent elements of C, and C which is present in a free state on the inner side of the base material, and again W 6 C, Cr 6 C, (Fe, W) 6 C, (Fe, Cr ) 6 C etc. are generated. In this way, the carbide is repeatedly decomposed and produced, so that the carbide diffuses deep inside the base material.

このようして、母材の内部にW6CやCr6C、(Fe,W)6C、(Fe,Cr)6Cを拡散させることができ、その結果、拡散層20が形成される(図2参照)。なお、炭化物の濃度は漸次的に減少し、炭化物の拡散到達終端部と母材との間に明確な界面が生じることはない。従って、脆性破壊が生じることを回避することができるので、拡散層20が形成されたワーク押圧部位の靱性を確保することもできる。拡散層20の厚み、すなわち、炭化物の拡散距離は、最大で表面から15mm程度の深さまで及ぶ。 In this way, W 6 C, Cr 6 C, (Fe, W) 6 C, and (Fe, Cr) 6 C can be diffused inside the base material, and as a result, the diffusion layer 20 is formed. (See FIG. 2). Note that the carbide concentration gradually decreases, and a clear interface does not occur between the carbide diffusion reaching end portion and the base material. Therefore, since brittle fracture can be avoided, it is possible to ensure the toughness of the workpiece pressing portion where the diffusion layer 20 is formed. The thickness of the diffusion layer 20, that is, the diffusion distance of carbides, extends up to a depth of about 15 mm from the surface.

最後に、図3(e)に示すように、予備成形体32に対してバイト30で仕上げ加工を行い、鍛造加工用パンチ10とする。   Finally, as shown in FIG. 3 (e), the preforming body 32 is finished with a cutting tool 30 to obtain a forging punch 10.

このようにして得られた鍛造加工用パンチ10を長手方向に沿って切断し、切断面における表面側から内部に指向して測定したCスケールのロックウェル硬度(HRC)を、通常のSKH51のHRCとともに図4に示す。図4から、この場合、表面から2.5mmの内部まで硬度が上昇していることが明らかである。   The forging punch 10 thus obtained was cut along the longitudinal direction, and the C-scale Rockwell hardness (HRC) measured from the surface side to the inside of the cut surface was measured as the HRC of ordinary SKH51. In addition, FIG. From FIG. 4, it is clear that in this case, the hardness has increased from the surface to the inside of 2.5 mm.

また、同様にして拡散層20が形成されたJIS Z 2201 4号試験片のテストピースにおける強度は、拡散層20が形成されていない同寸法のテストピースに比して強度が著しく向上する。具体的には、拡散層20が形成されていないテストピースにおける引っ張り強度が約1800MPaであるのに対し、拡散層20を有するテストピースにおける引っ張り強度は約2200MPaと、およそ1.2倍となる。   Similarly, the strength of the test piece of the JIS Z 2201 No. 4 test piece in which the diffusion layer 20 is formed is significantly improved as compared with the test piece of the same size in which the diffusion layer 20 is not formed. Specifically, the tensile strength of the test piece in which the diffusion layer 20 is not formed is about 1800 MPa, whereas the tensile strength of the test piece having the diffusion layer 20 is about 2200 MPa, which is about 1.2 times.

上記と同様にして、MoやV、Niの炭化物を母材の内部に拡散させることもできる。   Similarly to the above, carbides of Mo, V, and Ni can be diffused into the base material.

なお、上記した実施の形態においては、有層Fe基合金として鍛造加工用パンチ10を例示して説明したが、特にこれに限定されるものではなく、その他の部材であってもよいことはいうまでもない。   In the above-described embodiment, the forging punch 10 has been described as an example of the layered Fe-based alloy. However, the forging punch 10 is not particularly limited, and other members may be used. Not too long.

また、炭化物は、組成式がM73で表されるものであってもよいし、これ以外の組成式で表されるものであってもよい。 Further, the carbide may have a compositional formula represented by M 7 C 3 or may be represented by another compositional formula.

さらに、上記の熱処理を、熱処理炉内において窒素雰囲気下で行うようにしてもよい。この場合、炭化物が窒化されて炭窒化物となる。この場合においても、上記と同様に高強度及び高硬度を示す有層Fe基合金が得られるに至る。   Further, the above heat treatment may be performed in a nitrogen atmosphere in a heat treatment furnace. In this case, the carbide is nitrided to become carbonitride. Even in this case, a layered Fe-based alloy showing high strength and high hardness is obtained in the same manner as described above.

高速度工具鋼であるSKH51、ダイス鋼であるSKD11を用い、底面の直径が80mm、高さが80mmの円柱体を作製した。   Using SKH51, which is a high-speed tool steel, and SKD11, which is a die steel, a cylindrical body having a bottom diameter of 80 mm and a height of 80 mm was produced.

その一方で、エポキシ樹脂10%のアセトン溶液に、周期表III族〜VIII族に属する物質の粉末(粒径10〜70μm)を図5に示す割合で添加して、2種の塗布剤A、Bを調製した。   On the other hand, a powder of a substance belonging to Group III-VIII of the periodic table (particle size 10-70 μm) is added to an acetone solution of 10% epoxy resin at a ratio shown in FIG. B was prepared.

その後、塗布剤AをSKH51の前記円柱体の全表面に塗布するとともに、塗布剤BをSKD11の前記円柱体の全表面に塗布した。なお、塗布は刷毛塗りによって行い、塗布剤A、Bの厚みは、1mmとした。   Thereafter, coating agent A was applied to the entire surface of the cylindrical body of SKH51, and coating agent B was applied to the entire surface of the cylindrical body of SKD11. In addition, application | coating was performed by brush coating and the thickness of the coating agents A and B was 1 mm.

塗布剤を自然乾燥させた後、1000〜1180℃で2時間保持することによって焼入処理を行い、次に、500〜600℃で2時間保持して焼戻処理を行った。   After the coating agent was naturally dried, a quenching treatment was performed by holding at 1000 to 1180 ° C. for 2 hours, and then a tempering treatment was performed by holding at 500 to 600 ° C. for 2 hours.

各円柱体を高さ方向に切断して、底面の中心から高さ方向に沿って0.5mm毎にHRCを測定した。表面からの距離とHRCとの関係を、未塗布のSKH51、SKD11と併せ、グラフにして図6又は図7に示す。HRCの測定誤差を考慮すれば、これら図6又は図7から、各円柱体において、底面からおよそ6mmの深さまで硬度が上昇していることが明らかである。   Each cylindrical body was cut in the height direction, and HRC was measured every 0.5 mm along the height direction from the center of the bottom surface. The relationship between the distance from the surface and HRC is shown in FIG. 6 or FIG. 7 together with uncoated SKH51 and SKD11 as a graph. Considering the measurement error of HRC, it is clear from these FIG. 6 or FIG. 7 that the hardness of each cylindrical body increases to a depth of about 6 mm from the bottom surface.

また、生成した炭化物を同定したところ、(Fe,W)6C、(Fe,W)236、(Fe,Cr)6C、(Fe,Cr)236であることが確認された。 Moreover, when the produced carbide was identified, it was confirmed to be (Fe, W) 6 C, (Fe, W) 23 C 6 , (Fe, Cr) 6 C, (Fe, Cr) 23 C 6 . .

有層Fe基合金である鍛造加工用パンチの概略全体斜視図である。It is a general | schematic whole perspective view of the punch for forging which is a layered Fe base alloy. 図1の鍛造加工用パンチの要部拡大縦断面図である。FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of a main part of the forging punch in FIG. 1. 図1の鍛造加工用パンチの製造過程を示すフロー説明図である。FIG. 2 is a flow explanatory diagram illustrating a manufacturing process of the forging punch in FIG. 1. 得られた鍛造加工用パンチの切断面の表面から内部に指向して測定したHRCを示すグラフである。It is a graph which shows HRC measured toward the inside from the surface of the cut surface of the obtained forging punch. 塗布剤の組成と割合を示す図表である。It is a chart which shows the composition and ratio of a coating agent. SKH51製のテストピースにおける表面からの距離とHRCとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship from the distance from the surface, and HRC in the test piece made from SKH51. SKD11製のテストピースにおける表面からの距離とHRCとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the distance from the surface, and HRC in the test piece made from SKD11.

符号の説明Explanation of symbols

10…鍛造加工用パンチ 16…小径部
18…湾曲突出部 20…拡散層
30…バイト 32…予備成形体
34…塗布剤 36…刷毛
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Forging punch 16 ... Small diameter part 18 ... Curve protrusion 20 ... Diffusion layer 30 ... Bit 32 ... Preliminary molded body 34 ... Coating agent 36 ... Brush

Claims (5)

Fe基合金からなる母材と、前記母材中を炭化物が拡散することによって形成され且つ前記母材に比して高硬度な拡散層とを有し、
当該有層Fe基合金の表面を基点として測定した前記拡散層の厚みが0.5mm以上であり、
且つ前記炭化物は、前記母材の表面に塗布されてFe基合金の硬度を上昇させる金属が炭化して、金属元素をMで表すとき、M 6 C、M 23 6 、(Fe,M) 6 C又は(Fe,M) 23 6 として表される炭化物に変化するとともに前記母材の内部に拡散することで形成されたものであることを特徴とする有層Fe基合金。
A base material composed of an Fe-based alloy, and a diffusion layer formed by diffusing carbides in the base material and having a higher hardness than the base material,
The thickness of the diffusion layer measured from the surface of the layered Fe-based alloy as a base point is 0.5 mm or more,
The carbide is applied to the surface of the base material, and when the metal that raises the hardness of the Fe-based alloy is carbonized and the metal element is represented by M, M 6 C, M 23 C 6 , (Fe, M) A layered Fe-based alloy characterized by being formed by changing to carbides represented as 6 C or (Fe, M) 23 C 6 and diffusing inside the base material.
請求項1記載の有層Fe基合金において、前記炭化物は、Cr、W、Mo、V、Ni、Mnの炭化物であることを特徴とする有層Fe基合金。   2. The layered Fe-based alloy according to claim 1, wherein the carbide is a carbide of Cr, W, Mo, V, Ni, Mn. 請求項1記載の有層Fe基合金において、前記炭化物は、Cr、W、Mo、V、Ni、Mnの少なくともいずれか1種と、Feとの固溶体が炭化物化したものであることを特徴とする有層Fe基合金。 Characterized in claim 1 Symbol placement organic layer Fe-based alloy, the carbide, Cr, W, Mo, V, Ni, and at least any one of Mn, the solid solution of Fe is obtained by carbides of A layered Fe-based alloy. Fe基合金からなる母材と、前記母材中を炭化物が拡散することによって形成され且つ前記母材に比して高硬度な拡散層とを有し、当該有層Fe基合金の表面を基点として測定された前記拡散層の厚みが0.5mm以上である有層Fe基合金の製造方法であって、
Fe基合金の表面に硬度を上昇させる金属の粉末を、金属元素をMで表すとき、M 6 C、M 23 6 、(Fe,M) 6 C又は(Fe,M) 23 6 として表される炭化物が生成する量で塗布する工程と、
金属の粉末が塗布された前記Fe基合金を熱処理して、少なくとも該Fe基合金を構成する炭素と前記金属とを反応させて前記炭化物とするとともに、炭化物を前記Fe基合金中に拡散させる工程と、
を有することを特徴とする有層Fe基合金の製造方法。
A base material composed of an Fe-based alloy, and a diffusion layer formed by diffusing carbide in the base material and having a hardness higher than that of the base material, and the surface of the layered Fe-based alloy A method for producing a layered Fe-based alloy in which the thickness of the diffusion layer measured as follows is 0.5 mm or more,
Table powder metal to increase the hardness on the surface of the Fe-based alloy, when represents a metal element in M, M 6 C, M 23 C 6, (Fe, M) 6 C or (Fe, M) as a 23 C 6 Applying in an amount that produces carbides to be produced ;
By heat-treating the Fe-based alloy metal powder is applied, as well as to the carbide by reacting the carbon metal constituting at least said Fe-based alloy, thereby diffusing the carbide during the Fe-based alloy Process,
A method for producing a layered Fe-based alloy, comprising:
請求項記載の製造方法において、前記金属として、Cr、W、Mo、V、Ni、Mnを使用することを特徴とする有層Fe基合金の製造方法。 The manufacturing method according to claim 4 , wherein Cr, W, Mo, V, Ni, or Mn is used as the metal.
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