JPH01104747A - 高硬度部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば切削工具、その他の各種工具、機械ｉ
品等に使用される高硬度部材に係り、特に製作加工が容
易であり、部材表面の硬度を増大し得る高硬度部材に関
する。

（従来の技術） 高度の耐摩耗性が要求される切削工具、各種ダイス、圧
造用工具等の構成材料としで、従来からＷＣ−Ｇｏ系超
超硬合金知られている。この種の超硬合金は、一般に鋳
造鍛造が困難であり、所定形状に製作加工する作業は困
難を極めている。

そのため高硬度部材は、−殻内には金属粉末を圧縮焼結
することによって所定形状に成形する、いわゆる粉末冶
金法により製造されている。

一方、機械加工が比較的に容易な高硬度部材として、高
速度鋼などの鉄塁合金が採用されたり、または二種類以
上の金属を所定の組成比をもって化合せしめて形成した
金属間化合物が使用される場合がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら粉末冶金法による高硬度部材の製造に際し
ては、原料粉末の性状または焼結合金の炭化物粒度、炭
素量などを厳密に定量的に管理する必要があり、その製
造工程において多大な管理労力を要する問題点がある。

そのためより加工が容易で安価な高硬度部材が要望され
ていた。

一方、高速度鋼はその硬度が超硬合金の１／２以下であ
り、より硬度が高く、耐摩耗性に優れた鉄基合金が望ま
れていた。

さらに金属間化合物は、一般に脆い性質を有しているた
め、塑性加工が極めて困難であるという問題点があった
。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、加工性が良好であり、かつ従来の高硬度材よりも
硬度が高く、耐摩耗性等が優れた高硬度部材を提供する
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段および作用）上記目的を
達成するために本発明に係る高硬度部材は、炭素２重量
％以下、マンガン１０〜３０重ａ％、クロム１０〜３０
１ｆｆ１％、残部鉄および付随的不純物から成る基体合
金の表層部に、熱処理によって形成される高硬度の変成
層を設けたことを特徴とする。

本発明は上記の通り、基体合金の組成を適正な比率にす
ることにより、即ち、基体合金を炭素２重過％以下、マ
ンガン１０〜３０重量％、クロム１０〜３０重Ｍ％含有
する鉄基合金で構成し、熱処理したときに、従来と比較
して、基体合金の表面層の硬度が著しく増加する高硬度
部材が１！１られた発見に基づくものである。

以下、基体合金の組成限定の理由を述べる。

基体合金に含有される炭素（Ｃ）は、オーステナイ１〜
を安定化せしめ部材強度を向上させる性質を有する。し
かし、炭素含有量が２重量％を越えると、熱処理によっ
て形成される変成層の硬度が充分に高められなくなる恐
れがある。従って好ましい炭素含有量は１重過％以下で
ある。

次にマンガン（Ｍｎ）はオーステナイトを安定化させ、
適当な熱処理によって高い引張強さを与え、また硬度を
向上させる元素である。このマンガンの含有量を１０重
１％未満に設定すると、強度および硬度がともに低下す
る。しかし逆に含有量が３０重量％の越えると、加工性
が阻害される恐れがある。そのため好ましいマンガンの
配合範囲は１５〜２５重量％である。

さらにクロム（Ｃｒ）はマゾガンとともに強度および硬
度を向上させるために用いられる元素である。特にクロ
ムは鉄に固溶して強度を高め、ざらに炭素と結合して硬
い炭化物を形成して、鋼に耐摩耗性を付与する性質を有
する。

このクロムの含有量を、１０重量％未満にすると、強度
および硬度が低下する一方、含有量が３０ｆｆｌｆｌｔ
％を越えると靭性が劣化するおそれがある。

好ましいクロムの配合範囲は１５〜２５重母％である。

上記基体合金としては、前記各成分に更にニッケル（Ｎ
ｉ）１０重重最以下、バナジウム（Ｖ）５１最％以下、
銅（Ｃｕ）５重量％以下、添加した鉄基合金により構成
してもよい。これらの成分限定の理由について、以下説
明する。

ニッケルは、鉄に固溶してオーステナイトを安定化させ
、靭性を向上させる効果を発揮する。その含有量が１０
重量％を越えると、その効果が飽和する上に、伯の成分
との配合バランスが悪化して、良好な高硬度部材を製造
することが困難となる。

またバナジウム（Ｖ）は、強度および硬度を向上させる
元素であり、ｆの含有量が５重Ｄ％を越えると、加工、
性を阻害する欠点がある。

また銅（Ｃｕ）はオーステナイトを安定化させ、また靭
性を向上させる元素である。銅の含有量が５重Ｍ％を越
えると、熱処理によって基体合金表層部に形成される変
成層の硬度を充分高めることが不可能となるおそれがあ
る。

上記熱処理は、基体合金の酸化等を防止するために真空
または、不活性ガスを充填した容器内において、１００
０〜１３００℃の温度条件で実施することが望ましい。

温度が１０００℃未満の場合は基体合金表層部に高硬度
を有する変成層を形成することが困難になり、一方、温
度が１３００℃を越えると、基体合金全体に熱的な悪影
響をもたらすおそれがある。

本発明によれば、基体合金を所定形状に加工後、所定温
度において、熱処理することによって、基体合金表層部
において、各成分元素の拡散移動が生じ高硬度を有する
変成層が形成される。すなわち基体合金の内部と比較し
て表層部における炭素およびマンガンの含有量が相対的
に減少すると同時にクロムの含有量が増加することによ
って高硬度の変成層が形成される。

従って、部材の加工調製に際しては、超硬合金のように
製造管理が繁雑な粉末冶金法を採用することなく、鋳造
、鍛造、切削または研削などの機械加工によって、任意
形状の部材を容易にかつ高精度に形成することができる
。また加熱処理によって従来の高速度鋼に比較して、高
硬度を有する変成層が基体合金の表層部に設けられてい
るため、耐摩耗性に優れ、傷が付きにくい高硬度部材が
得られる。

（実施例） 次に本発明の実施例について表１を参照して説明する。

表１の実施例１〜実施例３に示す組成を有する３種の鉄
基合金を、まず高周波誘導溶解炉において溶解鍛造して
、インゴットを形成した後に、熱間鍛造を実施し、鍛造
品から約１　ｃｍ角の寸法で試験片を調製した。

次に各試験片を真空中において、温度１１５０℃で２時
間加熱し、徐冷した後に゛各試験片を切断し、その内部
および表層部の硬度をごツカース硬度計で測定するとと
もに、変成層の組成、厚さを測定した。

表１に各実施例における基体合金の変成層と内部におけ
る化学組成、硬度、および形成された変成層の厚さを示
す。なお、表１中には比較例として、汎用の高速度鋼（
ＳＨＫ’２）の組成および硬度を併記する。

〔以下余白〕

表１から明らかなように本実施例に係る高硬度部材にお
いては部材の内部の硬度が、３５０〜４００　Ｈｖであ
り、比較例に示す高速度鋼の硬度７５０　ｔ−１ｖと比
較して大幅に低いため、その機械加工が容易であり、小
部品の精密加工も容易に実施できる。

一方、表層部に形成された変成層の硬度は８８０〜９６
０ＨＶであり、比較例の硬度７５０Ｈｖより大幅に増加
するため、耐摩耗性が著しく向上する。そのため、本実
施例に係る高硬度部材は特に摺動機器を構成する小型部
品、時計のケース蓋、ネクタイビンなと、傷が付き易い
部品の構成部材として最適である。

〔発明の効果〕

以上説明の通り、本発崩に係る高硬度部材は、加工性に
優れ、かつ、汎用されている高速度鋼と比較して、基体
合金の表層部に高硬度を有する変成層が設けられている
ため、切削工具、各梯ダイス、圧造用工具などの工具類
、傷の付着をきらうｙｓｍ部品、その他の耐摩耗性を要
求される機器の構成部品等に有効に利用できるなど顕著
な効用を発揮する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭素２重量％以下、マンガン１０〜３０重量％、ク
   ロム１０〜３０重量％、残部鉄および付随的不純物から
   成る基体合金の表層部に、熱処理によつて形成される高
   硬度の変成層を設けたことを特徴とする高硬度部材。 ２、基体合金は、ニッケル１０重量％以下、バナジウム
   ５重量％以下、銅５重量％以下添付されてなる特許請求
   の範囲第１項記載の高硬度部材。