JPH0125823B2 - - Google Patents
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- JPH0125823B2 JPH0125823B2 JP56066757A JP6675781A JPH0125823B2 JP H0125823 B2 JPH0125823 B2 JP H0125823B2 JP 56066757 A JP56066757 A JP 56066757A JP 6675781 A JP6675781 A JP 6675781A JP H0125823 B2 JPH0125823 B2 JP H0125823B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/28—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in one step
- C23C8/30—Carbo-nitriding
- C23C8/32—Carbo-nitriding of ferrous surfaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/80—After-treatment
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は金属の熱処理方法に関する。
日常商業的に使用されている一つの熱処理方法
として低炭素鋼の浸炭窒化法がある。もし浸炭窒
化される部材が比較的に薄い横断面を有するもの
である時は、かかる部材は物理的なゆがみが出が
ちである。そこでこのゆがみの問題を避けるため
の浸炭窒化をする代替的な熱処理方法を見出すた
めの試みがなされて来た。かかる方法の一つはフ
エライト浸炭窒化法である。軟鋼部材をフエライ
ト浸炭窒化処理すればゆがみの問題を克服出来、
さらに耐スカツフイング性の表面仕上げが得られ
ることが分つた。フエライト浸炭窒化法の一つの
欠点は、かかる方法によつて処理された後の部材
は耐押込性に乏しくなりがちである。上記したゆ
がみの問題を克服するもう一つの方法はオーステ
イナイト浸炭窒化法である。さらに軟鋼部材はオ
ーステイナイト浸炭窒化処理を加えることによつ
て良好なスカツフイング性および耐押込性を得る
ことができる。
として低炭素鋼の浸炭窒化法がある。もし浸炭窒
化される部材が比較的に薄い横断面を有するもの
である時は、かかる部材は物理的なゆがみが出が
ちである。そこでこのゆがみの問題を避けるため
の浸炭窒化をする代替的な熱処理方法を見出すた
めの試みがなされて来た。かかる方法の一つはフ
エライト浸炭窒化法である。軟鋼部材をフエライ
ト浸炭窒化処理すればゆがみの問題を克服出来、
さらに耐スカツフイング性の表面仕上げが得られ
ることが分つた。フエライト浸炭窒化法の一つの
欠点は、かかる方法によつて処理された後の部材
は耐押込性に乏しくなりがちである。上記したゆ
がみの問題を克服するもう一つの方法はオーステ
イナイト浸炭窒化法である。さらに軟鋼部材はオ
ーステイナイト浸炭窒化処理を加えることによつ
て良好なスカツフイング性および耐押込性を得る
ことができる。
軟鋼またはその他の低炭素鋼で作られた部材を
オーステイナイト浸炭窒化処理するためには、い
ままでは吸熱ガス発生器によつて生成される雰囲
気にアンモニアを加えて必要な雰囲気を作り出
し、そして出来上つた混合ガス（または別々の二
個のガスの流れ）を処理が行われる炉（通常は密
閉された焼入れ炉）内に供給することによつて行
うのが通常のやり方であつた。しかしながら吸熱
ガス発生器にはある欠点がある。実際に吸熱ガス
発生器は保全が高価であり得るし、さらにかかる
目的のためにしばしば熟練した操作が必要とされ
る。吸熱ガス発生器は一定の耐用年数を有する資
本的設備としては比較的に高価な品目であり、そ
して非常にかさばりかつ熱処理工場としての他の
目的にさもなくば使用出来るであろうようなフロ
アースペースをふさいでしまう。本発明の目的
は、吸熱ガス発生器を使用することなく、鋼また
はその他の鉄金属のオーステイナイト浸炭窒化を
するに適した雰囲気を提供する方法を得ることで
ある。
オーステイナイト浸炭窒化処理するためには、い
ままでは吸熱ガス発生器によつて生成される雰囲
気にアンモニアを加えて必要な雰囲気を作り出
し、そして出来上つた混合ガス（または別々の二
個のガスの流れ）を処理が行われる炉（通常は密
閉された焼入れ炉）内に供給することによつて行
うのが通常のやり方であつた。しかしながら吸熱
ガス発生器にはある欠点がある。実際に吸熱ガス
発生器は保全が高価であり得るし、さらにかかる
目的のためにしばしば熟練した操作が必要とされ
る。吸熱ガス発生器は一定の耐用年数を有する資
本的設備としては比較的に高価な品目であり、そ
して非常にかさばりかつ熱処理工場としての他の
目的にさもなくば使用出来るであろうようなフロ
アースペースをふさいでしまう。本発明の目的
は、吸熱ガス発生器を使用することなく、鋼また
はその他の鉄金属のオーステイナイト浸炭窒化を
するに適した雰囲気を提供する方法を得ることで
ある。
本発明の、熱処理炉内で鉄金属をオーステイナ
イト浸炭窒化する方法は、窒素とアンモニアと液
体または気体状のメタノールとを窒素２モルに対
しメタノール２モル及びアンモニア１モルの割合
で熱処理炉に導入することにより、オーステイナ
イト浸炭窒化に適した７〜11容量％の一酸化炭素
と、30〜40容量％の水素と、６〜10容量％の遊離
アンモニアと、１〜２容量％の二酸化炭素と、２
〜３容量％のメタンと、残部の窒素と水蒸気とを
含み且つ−５℃〜＋５℃の範囲内の露点を有する
雰囲気を生成させ、この雰囲気を690゜〜750℃ま
での範囲の温度に維持することを特徴とする。前
記メタノールは前記炉内に滴下させてもよいし、
または前記炉に入る前即ち上流で気化させてそし
て前記炉内に蒸気として導入されてもよい。
イト浸炭窒化する方法は、窒素とアンモニアと液
体または気体状のメタノールとを窒素２モルに対
しメタノール２モル及びアンモニア１モルの割合
で熱処理炉に導入することにより、オーステイナ
イト浸炭窒化に適した７〜11容量％の一酸化炭素
と、30〜40容量％の水素と、６〜10容量％の遊離
アンモニアと、１〜２容量％の二酸化炭素と、２
〜３容量％のメタンと、残部の窒素と水蒸気とを
含み且つ−５℃〜＋５℃の範囲内の露点を有する
雰囲気を生成させ、この雰囲気を690゜〜750℃ま
での範囲の温度に維持することを特徴とする。前
記メタノールは前記炉内に滴下させてもよいし、
または前記炉に入る前即ち上流で気化させてそし
て前記炉内に蒸気として導入されてもよい。
一般に前記工程で使用される窒素は液体の状態
で熱絶縁された容器内に貯蔵されそして炉の上流
で気化させられる。
で熱絶縁された容器内に貯蔵されそして炉の上流
で気化させられる。
前記炉内で前記メタノールは分解しそして窒
素、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気およ
びメタンからなる混合ガスが形成される。その上
に前記アンモニアの全部ではないが大部分が分解
して窒素と水素とを形成する。そこで前記炉の雰
囲気は前記容量％で示した割合の窒素、水素、一
酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、メタンおよびア
ンモニアを含む。かかる雰囲気は例えば密閉され
た700℃にされた焼入れ炉内に、１時間当り120立
方フイート（3.4リツトル）の窒素、１時間当り
60立方フイート（1.7リツトル）のアンモニアお
よび１時間２リツトルのメタノール（液体として
計量）を導入することによつて形成することがで
きる。一実施例として発明者は、36容量％の水素
と、９容量％の一酸化炭素と、8.5容量％のアン
モニアと、2.6容量％のメタンと、1.3容量％の二
酸化炭素と、残余の窒素と、からなり、−２℃か
ら＋２℃の範囲の露点を有する炉雰囲気が生成さ
れたことを確認した。所望ならば炉内の遊離アン
モニアの割合は解離用ビユレツトを使用して制御
できる。
素、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気およ
びメタンからなる混合ガスが形成される。その上
に前記アンモニアの全部ではないが大部分が分解
して窒素と水素とを形成する。そこで前記炉の雰
囲気は前記容量％で示した割合の窒素、水素、一
酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、メタンおよびア
ンモニアを含む。かかる雰囲気は例えば密閉され
た700℃にされた焼入れ炉内に、１時間当り120立
方フイート（3.4リツトル）の窒素、１時間当り
60立方フイート（1.7リツトル）のアンモニアお
よび１時間２リツトルのメタノール（液体として
計量）を導入することによつて形成することがで
きる。一実施例として発明者は、36容量％の水素
と、９容量％の一酸化炭素と、8.5容量％のアン
モニアと、2.6容量％のメタンと、1.3容量％の二
酸化炭素と、残余の窒素と、からなり、−２℃か
ら＋２℃の範囲の露点を有する炉雰囲気が生成さ
れたことを確認した。所望ならば炉内の遊離アン
モニアの割合は解離用ビユレツトを使用して制御
できる。
一般に浸炭窒化される部材は690℃から750℃の
間の温度にある前記雰囲気内で２時間の間保持さ
れてもよい。この時間の間に比較的に薄い白色の
外表層が、処理される部材（またはその他のワー
ク）に形成される。この外表層は当業者がエプシ
ロン化合物と呼ぶ種類のものであり、酸素、窒素
および炭素を含む。前記外表層は耐スカツフイン
グ性を有する。前記外表層に加えて、内部にフエ
ライト心部（コア）を取囲む浸炭窒化されたケー
スが存在する。前記部材を油で急冷した後に、前
記ケースは二個のゾーン即ち一つはオーステイナ
イトそして他方はマルテンサイドのゾーンを有す
る。そこで、前記ケースの機械的性質を最適にす
るように、前記オーステイナイトは低ベイナイト
またはマルテインサイトに変態されることが望ま
しい。低ベイナイトへの変態は一般に250℃また
はそれ以上の温度で少くとも一時間の間だけ（好
ましくは300℃またはそれ以上の温度で少くとも
二時間）焼戻し処理をすることによつて等温的に
行われる。マルテンサイトへの変態は前記部材の
温度を−70℃またはそれ以下に下げ、そしてその
後で前記部材の温度を周囲温度にまで戻すように
することによつて行われる。前記オーステイナイ
トが安定化することを防止するためには、前記部
材の温度を−70℃またはそれ以下に下げる作業を
前記（油による）急冷完了の後２時間以内に開始
することが望ましい。
間の温度にある前記雰囲気内で２時間の間保持さ
れてもよい。この時間の間に比較的に薄い白色の
外表層が、処理される部材（またはその他のワー
ク）に形成される。この外表層は当業者がエプシ
ロン化合物と呼ぶ種類のものであり、酸素、窒素
および炭素を含む。前記外表層は耐スカツフイン
グ性を有する。前記外表層に加えて、内部にフエ
ライト心部（コア）を取囲む浸炭窒化されたケー
スが存在する。前記部材を油で急冷した後に、前
記ケースは二個のゾーン即ち一つはオーステイナ
イトそして他方はマルテンサイドのゾーンを有す
る。そこで、前記ケースの機械的性質を最適にす
るように、前記オーステイナイトは低ベイナイト
またはマルテインサイトに変態されることが望ま
しい。低ベイナイトへの変態は一般に250℃また
はそれ以上の温度で少くとも一時間の間だけ（好
ましくは300℃またはそれ以上の温度で少くとも
二時間）焼戻し処理をすることによつて等温的に
行われる。マルテンサイトへの変態は前記部材の
温度を−70℃またはそれ以下に下げ、そしてその
後で前記部材の温度を周囲温度にまで戻すように
することによつて行われる。前記オーステイナイ
トが安定化することを防止するためには、前記部
材の温度を−70℃またはそれ以下に下げる作業を
前記（油による）急冷完了の後２時間以内に開始
することが望ましい。
一般にもし部材が軟鋼製であるとして、そして
もし前記部材が前記炉雰囲気内で700℃の温度で
２時間の間保持されたとすると、エプシロン化合
物の前記（外表）層は0.0010から0.0012インチ
（0.0254から0.0305ミリ）の深さを有し、そして
前記（内部の）ケースは0.005から0.006インチ
（0.127から0.152ミリ）の深さを有する。
もし前記部材が前記炉雰囲気内で700℃の温度で
２時間の間保持されたとすると、エプシロン化合
物の前記（外表）層は0.0010から0.0012インチ
（0.0254から0.0305ミリ）の深さを有し、そして
前記（内部の）ケースは0.005から0.006インチ
（0.127から0.152ミリ）の深さを有する。
本発明に基づいたオーステイナイト浸炭窒化処
理がなされた軟鋼のサンプルの代表的な微小硬度
分布曲線が添付図面に示されている。この図面は
前記サンプルの深さが増加するにつれて前記サン
プルの硬度（HV×0.1）がどのように変化するか
を示すグラフである。
理がなされた軟鋼のサンプルの代表的な微小硬度
分布曲線が添付図面に示されている。この図面は
前記サンプルの深さが増加するにつれて前記サン
プルの硬度（HV×0.1）がどのように変化するか
を示すグラフである。
三個のサンプルについての結果が前記グラフに
示されている。すべてのサンプルは本明細書で上
記したところに述べた種類の700℃の雰囲気の中
で二時間の間保持された。第１のサンプルのオー
ステイナイトは300℃で２時間の間焼戻し処理を
することによつて低ベイナイトに等温的に変態さ
せられており、次に第２のサンプルのオーステイ
ナイトは第２のサンプルの温度を−70℃まで下げ
ることにより即ち−70℃でサブゼロ処理をするこ
とによりマルテンサイトに変態させられており、
そして一方第３のサンプルはそのオーステイナイ
トを変態させるいかなる処理もなされていないも
のである。第１のサンプルはより延性のある表面
を有するが第２のサンプルと比較すると硬度が劣
る。
示されている。すべてのサンプルは本明細書で上
記したところに述べた種類の700℃の雰囲気の中
で二時間の間保持された。第１のサンプルのオー
ステイナイトは300℃で２時間の間焼戻し処理を
することによつて低ベイナイトに等温的に変態さ
せられており、次に第２のサンプルのオーステイ
ナイトは第２のサンプルの温度を−70℃まで下げ
ることにより即ち−70℃でサブゼロ処理をするこ
とによりマルテンサイトに変態させられており、
そして一方第３のサンプルはそのオーステイナイ
トを変態させるいかなる処理もなされていないも
のである。第１のサンプルはより延性のある表面
を有するが第２のサンプルと比較すると硬度が劣
る。
本発明はまたその発明の範囲内に、本明細書で
上記において説明した本発明に基づくオーステイ
ナイト浸炭窒化法によつて処理された鉄金属をも
含む。
上記において説明した本発明に基づくオーステイ
ナイト浸炭窒化法によつて処理された鉄金属をも
含む。
図面は本発明によるオーステイナイト浸炭窒化
がなされた軟鋼のサンプルの代表的な微小硬度分
布曲線を示すグラフである。
がなされた軟鋼のサンプルの代表的な微小硬度分
布曲線を示すグラフである。
Claims (1)
- １ 窒素とアンモニアと液体または気体状のメタ
ノールとを窒素２モルに対しメタノール２モル及
びアンモニア１モルの割合で熱処理炉に導入する
ことにより、オーステイナイト浸炭窒化に適した
７〜11容量％の一酸化炭素と、30〜40容量％の水
素と、６〜10容量％の遊離アンモニアと、１〜２
容量％の二酸化炭素と、２〜３容量％のメタン
と、残部の窒素と水蒸気とを含み且つ−５℃〜＋
５℃の範囲内の露点を有する雰囲気を生成させ、
この雰囲気を690゜〜750℃までの範囲の温度に維
持する、熱処理炉内で鉄金属をオーステイナイト
浸炭窒化する方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8014576 | 1980-05-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5729574A JPS5729574A (en) | 1982-02-17 |
| JPH0125823B2 true JPH0125823B2 (ja) | 1989-05-19 |
Family
ID=10513161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6675781A Granted JPS5729574A (en) | 1980-05-02 | 1981-05-01 | Austenite cementation nitration for iron metals |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4406714A (ja) |
| JP (1) | JPS5729574A (ja) |
| AU (1) | AU528538B2 (ja) |
| ZA (1) | ZA812776B (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4470854A (en) * | 1981-10-01 | 1984-09-11 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Surface hardening thermal treatment |
| GB8310102D0 (en) * | 1983-04-14 | 1983-05-18 | Lucas Ind Plc | Corrosion resistant steel components |
| US4756774A (en) * | 1984-09-04 | 1988-07-12 | Fox Steel Treating Co. | Shallow case hardening and corrosion inhibition process |
| US5037491A (en) * | 1986-02-28 | 1991-08-06 | Fox Patrick L | Shallow case hardening and corrosion inhibition process |
| US4776901A (en) * | 1987-03-30 | 1988-10-11 | Teledyne Industries, Inc. | Nitrocarburizing and nitriding process for hardening ferrous surfaces |
| JP2000328225A (ja) * | 1999-05-17 | 2000-11-28 | Dowa Mining Co Ltd | 表面処理方法およびその方法に使用する処理容器 |
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