JPH03260048A - 迅速ガス窒化処理方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、短時間で深い硬化深さを得ることができる迅
速ガス窒化処理方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、ガス窒化は、アンモニアガスを導入し。

た炉に被処理物を入れて窒化温度（５００℃〜６００℃
）に炉を加熱して行われている。一方、浸炭性ガスとア
ンモニアガスの混合ガスを用いる方法は、処理に際し、
窒素と炭素を同時に鋼の表面から内部に拡散させて窒化
するので、アンモニアのみによる方法と区別してガス軟
窒化処理法と称されているが、特にことわりがない限り
この処理法も含めてガス窒化処理方法と総称する。

ガス窒化処理方法は表面硬化法の代表的なものの−って
あり、極めて良好な耐摩耗性を有する表面硬化層が得ら
れ、また５００℃〜６００℃の低温域で処理するため処
理部品の変形が極めて少ないという利点を有するか、反
面、充分な硬化深さをえるためには５０〜１００時間に
も及ぶ長時間の処理が必要であるという欠点かある。

硬化深さを深くするための２段窒化は公知の事実であり
（高瀬孝夫「鋼の表面硬化法としての窒化」　；鉄と銅
箱６６年（１９８０）第９号ｐｐ、１４７〜参照）、１
段目で表面窒化物の生成が生しく残留ＮＨ３大）、２段
目でＮの拡散が生じる（残留ＮＨ３小）。

また、材料の観点から迅速窒化鋼の研究も多数行われて
おり、例えば特開昭８３−１６６９４７号公報には、Ｃ
ｒ、Ａ、ｐＳＶ等を適量添加し、不純物としてのＯの含
有量に対し制限を加えた窒化鋼が記載されている。しか
しながら、Ｃ「、Ａ、ｌ；ｌ、Ｖ等を添加するため鋼材
のコスト増加につながるという難点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

窒化処理温度はＡ、変態点以下と低温であり、このよう
な低温で窒化処理するため、前記したように処理部品の
変形が極めて少ないという利点はあるが、反面、処理時
間の割には硬化深さ（即ち、窒素の拡散層の深さ）が得
られない。

このことを説明するために窒化機構について触れると、
まず鉄系材料表面で残留アンモニアが下記反応 ＮＨ，−−ら〕・　　［Ｎ　コ　　＋　　　　　　　　
　Ｈ２を生じ、活性に富んた原子状の［Ｎ］が表面で反
応して窒化鉄を生成し、また内部へ拡散して拡散層を生
成して窒化が行われる。

一方、アンモニアは加熱すると不安定となり、の熱分解
を起こしてＮ２とＮ２になる。アンモニアガス分解率の
温度依存性を第２図に示す。

アンモニアの分解ガスの分子状Ｎ２は、窒化温度で窒化
作用を生じないので窒化に寄与しない。

従って、処理温度を高温にすると、炉内のアンモニアの
分解率が大きくなるが（第２図参照）、鉄系材料表面で
窒化鉄が生威しにくくなる。

一方、α−Ｆｅ中の窒素の拡散係数の温度依存性を示す
第３図から明らかなように、窒素の拡散速度は温度が高
くなる程速くなる。従って、上記アンモニアの分解率を
抑えるために処理温度を低温にすると、窒素の拡散速度
が遅くなって硬化深さがあまり得られない。

このように、比較的に短時間の処理で深い硬化深さを得
るためには上記の互いに矛盾する要求を同時に満たす必
要があり、従来の炉加熱処理では解決不可能であった。

従って、本発明の目的は、短時間の処理で深い硬化深さ
を得ることができる迅速ガス窒化処理方法を提供するこ
とにある。

さらに本発明の目的は、硬化深さの制御が容易な迅速ガ
ス窒化処理方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するため、本発明によれば、鉄系材料を
ガス窒化またはガス軟窒化処理する方法において、室温
〜６００’Ｃに加熱された炉内にアンモニアガスまたは
アンモニアとＲＸ９成ガスの混合ガスを導入し、炉内で
高周波誘導により被処理物を５００’Ｃ〜７００’Ｃに
加熱しながら窒化処理または軟窒化処理を行うことを特
徴とするガス窒化処理方法が提供される。好適には、被
処理物を高周波誘導加熱により、アンモニアガスまたは
アンモニアとＲＸ変成ガスの混合ガス雰囲気の炉温より
も高い温度に加熱しながら窒化処理または軟窒化処理を
行う。

Ｃ発明の作用〕 鉄系材料表面から窒素を速く拡散させるためには、（ｉ
）鉄系材料表面の原子状の［Ｎ］ポテンシャルを高め、
また（ｉｌ）被処理物の温度を高める必要がある。

（ｉ）鉄系材料表面の［Ｎ］ポテンシャルを高めるため
には、炉内に分解せずに残っているＮＨ３量を増す、即
ちＮＨ３分解率を下げる必要があり、このためにはＮＨ
３雰囲気の炉温度を下げる必要がある。

（１ｆ）一方、被処理物の温度を高めるためには、炉加
熱とは別個に被処理物を加熱する必要がある。

このため、本発明の方法においては、被処理物を高周波
誘導により加熱する。すなわち、炉加熱とは別個に被処
理物を高周波誘導により加熱するため、被処理物を炉温
より高温にすることができ、従って、残留ＮＨ３量の多
い（窒化性の高い）雰囲気で高温処理できるため、深い
拡散層（即ち、硬化層）が得られる。また、被処理物の
加熱温度の制御も容易となる。

〔実　施　例〕

以下、実施例を示して本発明について具体的に説明する
が、本発明か下記実施例により限定されるものでないこ
とはもとよりである。

第１図は、本発明のガス窒化処理方法を実施するのに好
適な窒化炉の概略構成を示し、炉１内のトレイ３上に載
置された被処理物４の周囲には加熱コイル５が巻回され
、被処理物４を高周波誘導加熱できるようになっている
。炉壁２で囲まれる炉内にはＮＨ３雰囲気６（またはＮ
Ｈ３とＲＸ変戊ガスの混合ガス雰囲気）が充満され、ガ
ス窒化処理（またはガス軟窒化処理）が行われる。なお
、第１図において、７は炉蓋、８は炉扉開閉シリンダー
　９は炉ファン、１０は排ガスポートを示す。

鋼材としてＳＣＭ４００Ｈを用い、被処理材を５６０℃
、炉温を４８０℃に加熱して本発明の方法に従って３０
時間、ガス窒化処理を行った。ガス窒化処理した鋼材の
硬度分布を第４図に、またその表面組織を第５図（Ａ）
に示す。

また、炉温を５２０℃とし、被処理材を高周波誘導加熱
しない以外は上記と同様にし、従来法に従ってガス窒化
処理を行った。この従来法によりガス窒化処理した鋼材
の硬度分布を第４図に併せて示し、またその表面組織を
第５図（Ｂ）に示す。

第４図及び第５図から、本発明のガス窒化処理方法によ
れば、従来法に比べて深い硬化深さが得られたことがわ
かる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明のガス窒化処理方法によれば、同
し処理時間でも従来法に比べて深い硬化深さが得られ、
その結果、製品の疲労強度が向上できる。また、同じ硬
化深さを得るための窒化処理時間が短縮され、コスト改
善が図れる。さらに、被処理物が高周波誘導加熱により
炉加熱とは別個に直接加熱されるため、被処理物の加熱
温度の制御も容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するのに好適な窒化炉の概
略構成図、第２図はアンモニアガス分解率の温度依存性
を示すグラフ、第３図はａＦｅ中の窒素の拡散係数の温
度依存性を示すグラフ、第４図は実施例において窒化処
理された鋼材（Ｓ　ＣＭ４４０Ｈ）の硬度分布を示すグ
ラフ、第５図は窒化処理した鋼材の表面組織の顕微鏡写
真である。 １は炉、４は被処理物、５は加熱コイル、６はＮＨ３雰
囲気。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄系材料をガス窒化またはガス軟窒化処理する方
   法において、室温〜６００℃に加熱された炉内にアンモ
   ニアガスまたはアンモニアとＲＸ変成ガスの混合ガスを
   導入し、炉内で高周波誘導により被処理物を５００℃〜
   ７００℃に加熱しながら窒化処理または軟窒化処理を行
   うことを特徴とするガス窒化処理方法。
2. （２）被処理物を高周波誘導加熱により、アンモニアガ
   スまたはアンモニアとＲＸ変成ガスの混合ガス雰囲気の
   炉温よりも高い温度に加熱しながら窒化処理または軟窒
   化処理を行うことを特徴とする請求項１記載の方法。