JPH01503790A - 鋼片を低温浸炭窒化する方法 - 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】 綱片を低温浸炭窒化する方法 技術分野 本発明は金属及び合金の化学的熱処理に関し、特に綱片に低温浸炭窒化を施す方 法に関するものである。

本発明の方法は高速度及び他の高合金鋼及び鋼合金から種々の工具及び工具組立 を製作することに適用しうるちのである。

背景技術 低温浸炭窒化は金属又は合金片の耐摩耗性の改良と耐久性の延長のために適用さ れる。これらの片は工程の温度を３０から５０°Ｃ超過する温度で赤熱硬化され ていることを特徴としている。

高速度鋼工具の低温浸炭窒化処理は既知の技術である。か＼る技術において、工 具は予熱炉で５６０°Ｃまで加熱され、この温度で、１５０〜１５５ｄ／ｈの割 合で同時に供給された気体浸炭剤中において４〜６時間保持され、次いで冷却さ れる。

実際は、トリエタノールアミンと窒素添加剤の混合物である気体浸炭剤は、分解 の間、工具の表面層を窒素と炭素で充填せしめる活性気体媒体を形成する。

強度８００〜９００ｋｇｆ　／　ｍｍ”を有する工具の表面に１００〜１３０− の浸炭窒化層が形成され、かくて、工具の強度を９４０又は１１８０ｋｇｆ　／ ＋ｎｔｎ”まで増加する。層はもろい浸炭窒化物と窒化物のε−及びγ′−相で 形成された表面領域（１０〜３０声厚）を有する。これは工具の最大曲げ強さσ ｕｂの値を２５〜３５％減少し、その衝撃靭性（又は衝撃強さ）係数を１．５〜 ２．５倍減少する。（低温浸炭窒化に基づく高速度切削工具の特性の改善Ａ、Ｎ 、Ｔａｒａｓｏｖ著、ｔｈｅ　ｊｏｕｒｎａｌ　’　５ｔａｎｋｉｉ　ｉｎｓｔ ｒｕｍｅｎｔ’（Ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌｓ　ａｎｄ　ｔｏｏｔｉｎｇ）　、 　Ｎｏ、１０＋　Ｍｏｓｃｏｗ、　１９７９＋　ｐｐ１６〜１８（於ロシア）） 。

もろいε−及びγ′−相の形成は浸炭窒化工程での大気の酸素の存在に影響を受 ける。この工程は工具を炉内へ挿入する過程と気体浸炭剤を導入する過程で生ず る。

前記工程は拡散層の形成の増加速度及びその全深さによって特徴ずけられるが、 しかしながら、該工程は工具の強さと耐摩耗性の両方に悪影響を与えるもろいε −及びγ′−相の形成を抑制することができない。

処理される工具の強度特性へのもろい領域の悪影響を減少するために、拡散層の 深さを３０！Ｍ迄の深さにすることが必要である。これは工具の大量生産を遅延 させる。

鋼片の低温浸炭窒化の他の方法は現在の技術の実態（ＳＵ、Ａ。

８４０．１９５）の中で知られている。か−る技術は炉中において、有機窒化試 薬の分解による気体生成物の媒体内で前記片を処理することで構成されている。

該試薬は０．３〜２ｋｇ／ｈの割合で炉中へ連続的に投入される。前記工程は４ ８０〜６６０°Ｃで１〜７時間処理され、続いて該被処理片が冷却される。有機 試薬は９０〜９９．９質量％のカルバミドと０．１〜１０質量％のアンモニウム カーボネートによって構成される。工程の本質は窒化物と浸炭窒化物を結果的に 形成する窒素と炭素を表面層に拡散浸透することである。しかしながら、前記工 程が実施される条件では炉内への空気の永続的な進入を阻止することができず、 一方大気の酸素は肌焼きされた表面の品質を５〜１５ｐ厚のもろい浸炭窒化物ε −及びγ′−相の表面領域の出現によって劣化する。このような領域の存在は被 処理片の強度、表面硬度及び耐摩耗性に悪い影響を与える。かくして、例えば、 約４０ｍ厚で９００〜１１００ｋｇｆ　／　ｍｍ２（６強度を有している浸炭窒 化層は高速度鋼工具上に構成せられ、一方ε−及びγ′−相の領域は１０声厚と なって、工具の強度の１５〜２５パーセントの減少と、早期の摩耗と破損の原因 となっている。

加えて、上述の工程を実現するには、有機試薬を計量し、混合し、添加するだめ の特別な装置と共に、該工程の技術を複雑にする制御及び監視システムを必要と する。

発明の開示 本発明の主要目的は窒化試剤を適当に選択することにより、綱片を低温で浸炭窒 化する方法を提供するものであり、又、処理された鋼片の摩耗抵抗と使用耐久性 を確実に増加せしめる工程の条件を提供するものである。

前述の目的は、綱片を窒素含有の有機試剤のガス状分解生成物の媒体で処理し、 続いてそれらを冷却することによる、該囮片の低温浸炭窒化方法を規定すること で達成された。

本発明において、前記工程は閉鎖空間で処理され、又、有属の浸炭窒化物及び窒 化物の拡散層が２〜４時間で形成される。この層の厚さは６０から９０ｐに及び 、その強度は１１００から１２５０ｋｇｆ　７ｍｍ”に及び、該片の初期強度は ７８０から９００ｋｇｆ　７ｍｍ”になる。これは高速度鋼工具の摩耗抵抗を２ から６倍に、且つ高台金綱片の使用耐久性を２から１０倍に増加せしめる。

前記方法は複雑な装置は必要とせず、操業において単純で且つ確実である。

最適な条件下で前記工程を実現するために、ポリアミドを被処理片の廟当り０． ３〜０．７バーセントの割合で用いることが得策である。

発明を実施するための最良の形態 前記方法を効率良〈実施するために、処理される片と閉鎖空間に入れた細粒の有 機窒化試剤を炉型レトルト内に置（。

次いで該レトルトは密閉され、４８０〜６６０°Ｃまで加熱され、そして、該温 度における前記片の恒温保持が２〜４時間行われ、このように処理された片が続 いて冷却される。閉鎖空間は前記目的にふされしい装置によって構成される。閉 鎖空間で工程を実施することは、被処理片の周囲の大気、特に、浸炭窒化工程全 体を通じて、熱化学的反応で酸素の効果が発揮されると同様な大気の酸素、との 接触を取除くことを可能にする。

炉型レトルトが加熱さると、そこでポリアミドの段階的分解が自由基モードに従 って行われ、その結果、高い反応を特徴とする基を形成する。かくして、窒化物 と浸炭窒化物を生成する窒素と炭素を含有した前記片の表面層の拡散の飽和が生 ずる。密閉されたレトルト内に含まれた大気の酸素はポリアミド分解生成物と化 合し、もろい浸炭窒化物及び窒化物のε−及びγ′−相の形成を阻止する。反応 の為に添加されるポリアミドの量は上質な拡散層を造る最適な工程条件を提供す るために選定される。被処理片の聴当り０．３から０．７％までの割合でポリア ミドを使用することが要求される。下限値は浸炭窒化層の形成の度合及びその深 さに依存し、−力士限値は成品に樹脂系物質を形成することを確実に阻止する条 件から選ばれる。

閉鎖空間での鋼片の低温浸炭窒化における高分子ポリアミドの適用はもろいε− 及びγ′−相のない拡散浸炭窒化物の表面層に良質な摩耗抵抗値をもたらす。こ れにより、後続の研削又はラッピング作業を施すことができる。

工程は早い速度で進行し、そして実際的には被処理片の強さに影響しないが、摩 耗抵抗層が大きい深さと硬さに特徴づけられる。これは高速度鋼切削工具に対し 特に重要である。

前記片の増加した耐久性はタングステン合金鋼の使用を可能にすると共に、ある 場合では、工具切削速度を増加せしめることができる。

本発明の方法の特別な実施例を以下に示す。

実施例 実施例１ 高速度細切削工具（４ｋｇ）、高合金鋼供給ローラー（１ｋｇ）、及びポリヘキ サメチレンアジパミド（１，５・１０−”ｋｇ）が容量４・１０−　”　Ｉ′ｒ ｒのステンレス鋼製レトルト内に装入され、シャフト炉へ収容された。次いでレ トルトは密閉され５７０±１０°Ｃまで加熱され、この温度で恒温処理が３時間 行われた。次に炉は休止され、該片は冷却された。次いで微小切片が用意され、 顕微鏡組織分析が行われた。拡散層の厚さは切削工具について７０戸、ローラー について８０ｍであり、一方強度は工具について１１５０及び１２５０ｋｇｆ　 ／ｎ＋ｎ”であり、ローラーについて９００ｋｇｆ　／　ｍｍ”であった。もろ いε−及びγ′−相の領域は見られなかった。

供給ローラーは自動溶接装置でステンレス鋼製ワイヤを供給するのに用いられた 。ローラーの耐用寿命の限度は摩耗溝の深さが０．２　ｍｍに達する迄であった 。この深さでワイヤはスリップするからである。ＵＳ、Ａ、８４０．１９５の方 法で処理されたローラーは耐用寿命が２４時間であったが、本発明の方法で処理 されたものは耐用寿命が１４６時間であった。

構造用鋼の試験片を旋盤にかけることにより、切削工具の比較耐久性試験を次の 切削条件：切削深さｔ　＝　２　ｔｒｍ　：供給速度Ｓ＝０．２５ｍｍ／ｒｅｖ 　：切削速度Ｖ　＝　４６　ｍ／ｍｉｎ　：及び、次の工具の形状寸法：ψ＝９ ０°、ψ、＝１０°、Ｔ＝１０”、Ｑ＝Ｑ＋　＝１０＠、ｒ＝０．４ｍｍ、で行 った。ＳＵ、Ａ、８４０，１９５によって処理された工具は試験片１８８個を製 作したが、本発明の方法によって処理された工具は試験片５１８個を製作した。

工具耐久性の限界は製作される試験片の１国度の大きさに基づく。

実施例２ 高速度鋼フライス（３ｋｇ）、高合金鋼供給ローラー（０，５ｋｇ）、及びポリ エナントアミド（Ｐｏｌｙｅｎａｎｔｈａｍｉｄｅ）　（１，４・１０−”ｋｇ ）が容量４・１０−　’　ｎ−ｒのステンレス鋼製レトルトに装入され、シャフ ト炉へ収容された。次いでレトルトは密封され、４９０±１０°Ｃ迄加熱され、 この温度で恒温処理が４時間行われた。

次いで、炉は休止され、咳片は冷却された。次に微小切片が用意され、顕微鏡組 織分析が行われた。拡散層の厚さはフライスについて２５戸ｗｌ、及びローラー について３５声であり、強度はそれぞれ１１５０〜１２００ｋｇｆ　７ｍｍ２　 と９００〜９５０ｋｇｆ　／　ｍｍ”であった。もろいε−及びγ′−相の領域 は見られなかった。

供給ローラーは自動溶接装置でステンレス鋼製ワイヤを供給するのに用いられた 。ローラーの耐用寿命の限界は摩耗溝の深さが０．２ｍｍに達する迄であった。

この深さでワイヤはスリップするからである。ＳＬＩ、Ａ、８４０．１９５の方 法で処理されたローラーの耐用寿命は２４時間であったが、本発明の方法で処理 されたローラーの寿命は４８時間であった。

構造用鋼の試験片をフライスの端面で次の切削条件に基づいてフライス削りを行 うことにより、フライスの比較耐久性試験を行った。

切削深さｔ　＝　４　ｒｒｍ　：供給速度Ｓ　＝　０．１　ｎｕｎ　／　ｔｏｏ ｔｈ、切削速度Ｖ　＝　６４　ｍ／ｍｉｎ　、　ＳＵ、Ａ、８４０＋１９５によ って処理されたフライスは８６個の試験片を製作し、一方、本発明によって処理 されたフライスは２１２個の試験片を製作した。工具耐久性の限界は製作される 試験片の稠度の大きさに基づく。

実施例３ 高速度鋼ドリル（２ｋｇ）　、高合金鋼グイパンチ（４ｋｇ）、及びポリカブリ ノアミド（Ｐｏｌｙｃａｐｒｉｎｏａｍｉｄｅ）　（３・１０−２ｋｇ　）が容 量４・１Ｏ−３ｒｒｆのステンレス鋼製レトルトに装入され、シャフト炉へ収容 された。レトルトは密封され、６６０°±１０’Ｃ迄加熱され、この温度で恒温 処理が２時間行われた。次いで炉は休止され、該片は冷却された。次に微小切片 が準備され、顕微鏡組織分析が行われた。拡散層の厚さはドリルについて５０Ｉ ！ｍ、及びグイパンチについて６０−であり、強度はそれぞれ１０５０〜］１５ ０ｋｇｆ　７ｍｍ”と８５０〜９００ｋｇｆ　／　ｍｍ”であった。

もろいε−及びγ′−相の領域は見られなかった。

ＳＵ、　Ａ、　８４０．１９５の方法で処理された打抜き及び曲げパンチは２６ ００個の屈曲片を製作したが、本発明の方法によって処理されたパンチは１１２ ５０個の屈曲片であった。本発明の実施例に従って処理され、そして４肝厚のス テンレス鋼板に用いられた直径１０晒のドリルの耐久性はＳＬＩ、Ａ、８４０， １９５の方法によって処理されたドリルに比し３倍高かった。

実施例４ 高速度鋼スライス（０，５ｋｇ）、高合金鋼グイパンチ（１，５ｋｇ）及びポリ アクリルアミド（１，４・１０−２ｋｇ）が容量４・１０４ボのステンレス鋼レ トルトに装入され、そしてシャフト炉へ収容された。次いでレトルトは密封され 、６６０±１０”Ｃ迄加熱され、この温度で恒温処理が２．５時間行われた。次 いで炉が休止され、該片は冷却された。次に微小切片は準備され、そして顕微鏡 組織分析が行われた。拡散層の厚さはフライスについて４０声及びパンチについ て５０−であり、強度はそれぞれ１０５０〜１１５０ｋｇｆ　／　ｍｍ”と８５ ０〜９００ｋｇｆ　／　ｍｍ”であった。

もろいε−及びγ′−相の領域は見出せなかった。次の切削条件で低台金節試験 片を弄孕４曇等フライスすることによって直径１８［［１Ｘ１１のフライス端面 の比較耐久性試験を行った。

切削深さｔ　＝　２　ｍｍ　：供給速度Ｓ　＝　０．１　ｍｍ／　ｔｏｏｔｈ　 ：切削速度Ｖ　＝　５６　ｍ／ｍｉｎ　。

ＳＬＩ、　Ａ、　８４０．１９５によって処理されたフライスは５２個の試験片 を製作し、−古本発明によって処理されたフライスは１１８個の試験片を製作し た。工具耐久性の限界は製作された試験片の最終表面の稠度と品質の度合に基づ く。

ＳＵ、Ａ、８４０，１９５の方法によって処理された打抜き及び曲げパンチは１ ５８０個を製作することができ、−古本発明によって処理されたパンチは３２８ ０個を製作することができた。

実施例５ 高速度鋼切削工具（２ｋｇ）　、高合金鋼供給ローラー（０，５ｋｇ）、及びポ リピロリドン（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）　（１，８・１０−２ｋｇ） が容量４・１０−３ｒｒｆのステンレス鋼レトルトに装入され、そしてシャフト 炉へ収容された。次いでレトルトは密封され、５４０±１０°Ｃ迄加熱され、こ の温度で恒温処理が３．５時間行われた。次いで炉は休止され、試験片は冷却さ れた。次に微小切片が準備され、そして顕微鏡組織分析が行われた。拡散層の厚 さは工具について８０μ及びローラーについて８５ｊｒｍであり、強度はそれぞ れ１１５０〜１２５０ｋｇｆ　７ｍｍ”と９００〜９５０ｋｇｆ　７ｍｍ”であ った。もろいε−及びγ′−相の領域は見出せなかった。供給ローラーは自動溶 接装置でステンレス鋼製ワイヤを供給するために用いられた。ローラー耐用寿命 の限界は摩耗溝の深さがワイヤがスリップする０、　２　ｍｍ迄であった。

Ｓｔｌ、　Ａ、　８４０．１９５の方法で処理されたローラーは２４時間の耐用 寿命を有し、一方、本発明の実施例によって処理されたローラーは１５８時間の 耐用寿命を有した。構造用鋼試験片を自動旋盤機にかけることにより、切削工具 の比較耐久性試験を次の切削条件：切削深さｔ　＝　３　ｍｍ　：供給速度Ｓ　 ＝　０．１８ｍｍ　／　ｒｅν＝切削速度Ｖ＝５８ｍ／ｍｉｎ、及び次の工具の 形状寸法：ψ＝４５°、ψ１＝４５″、Ｔ＝１０″、Ｑ＝Ｑ、＝１０６Ｔ＝０． １朧、に基づいて行った。ＳＵ、　Ａ、　８４０．１９５の方法によって処理さ れた工具は試験片１３０個を製作したが、本発明の方法で処理された工具は試験 片６２０個を製作した。工具耐久性の限界は製作される試験片の稠度の大きさに 基づ（。

実施例６ 自動旋盤機の切削工具、直径１８鵬と２４閣のフライス、直径１０肛の高速度鋼 ドリル、打抜き及び曲げパンチ、更に自動溶接機に係る高合金鋼供給ローラーが ＳＯ，Ａ、８４０．１９５による工程を実施するために準備されたシャフト炉に 装入された。

装入された試験片の総重量は２０ｋｇであった。浸炭窒化工程は５７０±１０° Ｃで６時間、カルバミド９５％とアンモニウムカルバミド５％の混合物を２ｋｇ ／ｈの割合で、連続的に吹込んだ状態で行われ、そこで試験片は冷却された。

次いで微小切片が準備され、そして顕微鏡分析が行われた。

拡散層の厚さは高速度鋼切削工具について４０！Ｍ、ローラー及びパンチについ て５０−であり、強度はそれぞれ１０００〜１１００ｋｇｆ　／ｍｍ２と８５０ 〜８９０ｋｇｆ　／　ｍｍ２であった。もろいε−及びγ′−相の領域は１０〜 ５０μであった。

産業上の利用可能性 本発明の方法は高速度及び他の高合金鋼及び鋼合金から種々の工具及び工具組立 を製作することに適用することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．鋼片を有機窒化試薬の気体分解生成物の媒体中で処理し、次いで該鋼片を冷 却することにより該鋼片の低温浸炭窒化処理を行う方法において、該工程が密閉 空間内で行われ、且つ有機窒化試薬がポリアミドであることを特徴とする鋼片を 低温浸炭窒化する方法。
2. ２．ポリアミドが被処理片のｋｇ当り０．３〜０．７パーセントの割合で供給さ れることを特徴とする請求項１記載の方法。