JP7397029B2 - 鋼製部品の浸炭方法及び鋼製部品の製造方法 - Google Patents
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Description
浸炭焼き入れを施すことがある。このような浸炭法は、固体浸炭、液体浸炭、ガス浸炭、
真空浸炭に分類され、いずれもオーステナイト域に加熱した部品表面から炭素(C)を侵入させる処理である。工業的には、大部分がガス浸炭であり、Fe-C平衡状態図におけるA1点以上の温度に加熱した炉内に、キャリアガスとして吸熱型変成ガスを流し、更に、エンリッチガスとしてプロパン、ブタン等の炭化水素ガスを供給する。必要とされる浸炭深さは、部品のサイズ、摩耗量や疲労特性、使用する鋼材の化学成分、製品の使用条件等に応じて決定されるため、部品毎に所望の深さとなる浸炭時間で処理される。
(1) 粉末状のFe-C合金と、前記粉末状のFe-C合金の粉末同士を結着させる珪酸ナトリウム水溶液から成る結着剤とを混練した浸炭剤を、鋼製部品の少なくとも一部の表面に接触させ、前記鋼製部品を素材の共晶点以上、包晶点未満のオーステナイト域の温度範囲に一定時間保持し、少なくとも1.9mm以上の浸炭深さの浸炭層を形成する、鋼製部品の浸炭方法。
(2) 浸炭層を備える鋼製部品の製造方法であって、
粉末状のFe-C合金と、珪酸ナトリウム水溶液から成る結着剤とを混練した浸炭剤を鋼製部品の少なくとも一部の表面に接触させ、前記鋼製部品を素材の共晶点以上、包晶点未満のオーステナイト域の温度範囲に一定時間保持し、少なくとも1.9mm以上の浸炭深さの前記浸炭層を形成する、鋼製部品の製造方法。
一般に、鋼材の表面から炭素を侵入させ、材料内部に拡散させる浸炭工程において、任意の深さ位置における炭素濃度の時間的変化は、Fickの第二法則を用いた(1)式で表される。(1)式によれば、浸炭工程における炭素の拡散について理論的に説明できる。
C0:表面炭素濃度
D:γ-Fe中の炭素の拡散係数
t:時間
図2は固相のFe-C合金粉末11と、結着剤としての珪酸ナトリウム水溶液13との混合状態の浸炭剤がワークW表面に接触した状態を示す概念図である。
ワークWは、例えば、肌焼き鋼、機械構造用合金鋼を用いた鋼製部品である。
珪酸ナトリウム水溶液13は、自身の粘着性によってFe-C合金粉末11同士を結着させるとともに、ワーク表面にFe-C合金粉末11を固着させる。このため、浸炭剤は、ワーク表面から剥がれにくくなり、ワークへの適用部位に制約を生じることがない。
硫酸カルシウムとしては、JIS R 9111に記載のように、特級~B級の陶磁器型材用せっこうを用いることができる。
(1) 粉末状のFe-C合金と、前記粉末状のFe-C合金の粉末同士を結着させる結着剤とを含む浸炭剤を、少なくとも一部の表面に接触させた鋼製部品を、
前記鋼製部品の共晶点以上、包晶点未満のオーステナイト域の温度範囲に一定時間保持する、鋼製部品の浸炭方法。
この鋼製部品の浸炭方法によれば、過剰浸炭を回避しつつ、深い浸炭深さが短時間で形成できる。また、浸炭時にFe-C合金の粉末同士を結着させ、鋼製部品の表面に浸炭剤を密着させた状態にできる。そのため、重力や加熱等の要因によって鋼製部品から浸炭剤が剥がれることがなく、鋼製部品の確実な浸炭処理が行える。
この鋼製部品の浸炭方法によれば、高品位な浸炭処理を短時間で実現できる。
この鋼製部品の浸炭方法によれば、酸化防止機能を有することで、Fe-C合金の融点上昇が抑制され、Fe-C合金の液相化に影響を及ぼすことがない。
この鋼製部品の浸炭方法によれば、低コストで確実な浸炭処理が行える。
この鋼製部品の浸炭方法によれば、Fe-C粉末同士を、粘性を伴って確実に結着させることができる。
この鋼製部品の浸炭方法によれば、Fe-C合金の脱炭が抑制され、溶融温度の上昇を防止できるため、浸炭源を液相で供給しやすくなる。
前記鋼製部品の共晶点以上、包晶点未満のオーステナイト域の温度範囲に一定時間保持させて得た、鋼製部品。
この鋼製部品によれば、耐摩耗性、摺動性、疲労強度に優れた浸炭層が短時間で深い領域まで形成される。
この浸炭剤によれば、鋼材の過剰浸炭を回避しつつ、深い浸炭深さが短時間で形成できる。
13 珪酸ナトリウム水溶液
15 Fe-C合金(液相)
W ワーク
Claims (4)
- 粉末状のFe-C合金と、前記粉末状のFe-C合金の粉末同士を結着させる珪酸ナトリウム水溶液から成る結着剤とを混練した浸炭剤を、鋼製部品の少なくとも一部の表面に接触させ、前記鋼製部品を、当該鋼製部品を構成する鋼材の共晶点以上、包晶点未満のオーステナイト域の温度範囲に一定時間加熱保持し、前記浸炭剤を、前記共晶点以上で、前記Fe-C合金が固相と液相との混合状態で含ませて、少なくとも1.9mm以上の浸炭深さの浸炭層を形成する、鋼製部品の浸炭方法。
- 前記結着剤は、前記共晶点以上で、前記Fe-C合金の酸化防止機能を有する請求項1に記載の鋼製部品の浸炭方法。
- 前記一定時間の加熱保持において、前記鋼製部品を不活性ガス雰囲気中で加熱する請求項1又は請求項2に記載の鋼製部品の浸炭方法。
- 浸炭層を備える鋼製部品の製造方法であって、
粉末状のFe-C合金と、珪酸ナトリウム水溶液から成る結着剤とを混練した浸炭剤を鋼製部品の少なくとも一部の表面に接触させ、前記鋼製部品を、当該鋼製部品を構成する鋼材の共晶点以上、包晶点未満のオーステナイト域の温度範囲に一定時間加熱保持し、前記浸炭剤を、前記共晶点以上で、前記Fe-C合金が固相と液相との混合状態で含ませて、少なくとも1.9mm以上の浸炭深さの前記浸炭層を形成する、鋼製部品の製造方法。
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