JPH032944B2 - - Google Patents

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JPH032944B2
JPH032944B2 JP57007436A JP743682A JPH032944B2 JP H032944 B2 JPH032944 B2 JP H032944B2 JP 57007436 A JP57007436 A JP 57007436A JP 743682 A JP743682 A JP 743682A JP H032944 B2 JPH032944 B2 JP H032944B2
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JP
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carburizing
gas
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diffusion
furnace
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JP57007436A
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JPS58126975A (ja
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Tatsu Fukuda
Hisashi Hatsutori
Hidetaka Urano
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Komatsu Ltd
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Komatsu Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C8/00Solid 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
    • C23C8/06Solid 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
    • C23C8/08Solid 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 only one element being applied
    • C23C8/20Carburising
    • C23C8/22Carburising of ferrous surfaces

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • 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、通常の鋼に比較して耐摩耗性、耐ピ
ツチング性等を向上させる目的で、真空浸炭炉に
より鋼の表面に擬球状炭化物を生成させる浸炭処
理方法に関する。
従来、鋼の表面に擬球状炭化物を生成させる浸
炭処理方法として、ガス浸炭による炭化物生成方
法がすでに提唱されているが(特開昭53−146233
号)、従来の生成方法には次のような問題点があ
つた。
(イ) 通常のガス浸炭に使用されるキヤリアガス中
には、微量の酸化成分であるH2OやCO2を含ん
でいる。そのため、浸炭中に被処理鋼の表面10
〜30μの深さの範囲で、オーステナイト結晶粒
界で、Feよりも酸素との親和力の強いCr,Mn
等の元素が優先酸化され、さらに粒界内のCr,
Mn等も粒界に拡散酸化されていくため、表面
部の合金元素量が減少する、所謂、粒界酸化が
生ずる。これは、通常のガス浸炭法では避けら
れない現象である。
ところが、炭化物を生成させるためには、炭
化物生成傾向の強い元素(例えばCr等)は本
処理には欠かせない元素であり、上記粒界酸化
によるこれら元素の不在又は減少は、ガス浸炭
が本処理法に本質的に向いていない浸炭法と云
える。
(ロ) ガス浸炭法では、高温浸炭(930℃以上)に
より高能率化を図る場合、上記粒界酸化も酷く
なるため最表面に充分に炭化物層を生成するこ
とが困難となる。
(ハ) 炭化物生成サイクルは過剰浸炭雰囲気
(Acm以上の炭素(カーボン)ポテンシヤル)
を常時必要とするため、余剰の生ガス(メタ
ン、プロパン等の炭化水素ガス)を炉内に導入
することになり、炉内のスーテイング(煤)が
はげしく生ずる。しかし、通常のガス浸炭炉で
は、スーテイング発生を極力押えており、煤に
対して炉体(ヒータ、耐熱鋼、耐火物等)も充
分強いとは云えない。
(ニ) 粒界酸化の生じた状態で高炭素浸炭した場
合、表面部(〜20μ)が炭化物が抜けたような
組織になり、充分な表面炭素濃度は得られな
い。
本発明は、かかる問題点を改善する目的でなさ
れたものであり、鋼の表面に擬球状炭化物を容易
に生成できる浸炭処理方法を提供しようとするも
のである。
本発明によれば、前記目的を達成するために、
真空炉中に投入して浸炭温度にまで加熱したワー
クに、Acmを越えるカーボンポテンシヤル雰囲
気中での浸炭及び拡散を数回繰返した後中性ガス
で一旦冷却する工程を数回繰返すと共に、回を追
うごとに少しずつ浸炭拡散温度を低下させること
を特徴とする真空浸炭炉による浸炭処理方法が提
供される。
以下、本発明の浸炭処理サイクルの一例を示す
第1図を参照しながら、本発明の浸炭処理方法の
作用及び態様について説明する。
まず浸炭処理すべきワーク(鋼)を900〜1050
℃の浸炭温度に設定した図示しない真空浸炭炉中
に投入して、約0.5Torrの真空下でワークを加熱
し、その後炭化水素ガス、例えばメタン、プロパ
ン、ブタンなどを炉内に導入してAcm(γ組織か
らセメンタイト(Fe3C)に変る変態点)を越え
るカーボンポテンシヤル(CP)の雰囲気中で浸
炭し、そして真空中で拡散を行い、これを第1図
に示すように数回繰返す。この繰返し操作は、長
時間の浸炭を行つた場合網状セメンタイトが発達
し、その結果脆い組織となるのを防止するためで
ある。すなわち、Acm(ある温度におけるセメン
タイト(炭化物)析出のために必要C%を示す)
を越えるカーボンポテンシヤル雰囲気中での浸炭
によりオーステナイト粒界に網状炭化物(セメン
タイト)が生成するが、長時間の浸炭を行つた場
合、網状炭化物(セメンタイト)が成長、粗大化
し、その結果、脆い組織となる。そこで、短時間
浸炭を行つた後に、浸炭期よりもカーボンポテン
シヤルの低い真空中で拡散を行つて、一旦生成し
た網状炭化物(セメンタイト)をオーステナイト
粒中に固溶させる。この浸炭−拡散を繰返すこと
により、表面炭素濃度を高めると共に、浸炭期に
オーステナイト粒界に生成した網状セメンタイト
を拡散期にオーステナイト粒中に固溶させて、靭
性に悪影響を及ぼす網状セメンタイトの成長、粗
大化を阻止する。このようにして浸炭拡散を繰返
し行つた後、一旦中性ガス(例えばN2やArガス
など)で空冷する。この空冷によつてC固溶量が
減少し、その後の工程において擬球状炭化物を成
長させる効果が得られる。なお、上記網状炭化物
は、通常、位置による成長度合のバラツキ等によ
りくびれ等をもつ異形をしている。
次に、再度浸炭拡散温度にまで加熱して、上記
と同様にAcmを越えるカーボンポテンシヤルの
雰囲気中で浸炭し、そして真空中で拡散を行い、
これを数回繰返した後、再び中性ガスで空冷する
2次の浸炭拡散工程を行う。この2次の浸炭拡散
工程を行なうために再加熱した時、γ相(オース
テナイト相)が生じると共にγ相のC固溶量が増
大するため、網状炭化物からCがγ相中に再固溶
する。特に、網状炭化物でもくびれた部分から積
極的に固溶が生じ、その結果、網状炭化物は分断
されて(擬)球状炭化物にその形を変える。ま
た、2次の浸炭により新しく生じたγ相粒界から
も新たに微細な炭化物が析出する。この時、加熱
温度を1次浸炭拡散温度よりも低くすることによ
り、網状炭化物に復元するのを防止すると共に、
γ粒を小さくして新しい析出炭化物を微細に数多
く析出することが可能になる。
その後再び浸炭拡散温度にまで加熱し、上記と
同様に3次(図示の例の場合)あるいはそれ以上
の浸炭拡散工程を繰返すと共に、回を追うごとに
先の工程よりも少しずつ浸炭拡散温度を低下させ
る。このように浸炭拡散工程の処理サイクル毎に
処理温度を少しずつ下げるように規定したのは、
網状セメンタイトの生成を抑制し、また網状セメ
ンタイトを分断し、徐々にやせさせ(縮小させ)
で最終焼入れ時には消失させて擬球状炭化物とす
るためである。一般に焼入れ温度は浸炭温度より
低く設定されていることから、焼入れ加熱時にセ
メンタイトを分断するためには3回目(図示の例
の場合)の加熱サイクルの浸炭温度は低目に設定
する必要がある。
以上のようにして高炭素浸炭サイクル中に数次
の浸炭拡散工程を行つた後、焼入れサイクルで焼
入れ温度750〜900℃に加熱し、さらに油冷して浸
炭焼入れ処理を終了する。
このような処理により、ワーク(鋼)の表面に
微細な擬球状の炭化物を一様に生成させることが
できる。
以下、実施例を示して本発明についてさらに具
体的に説明する。
SCM420Hについて、第3図Aに示す処理サイ
クルにより本発明の方法に従つて真空浸炭処理を
行つた。処理後の表面部の組織の顕微鏡写真を第
2図に示す。また、焼戻し軟化抵抗の測定結果を
第4図に示す(第4図のc)。なお、比較のため
に、第3図Bに示す従来の通常のガス浸炭法(A
法)やガス浸炭による炭化物生成方法(B法)に
より処理した比較材についての測定結果も併せて
示す(第4図のa及びb)。
本発明の方法により得られたワークの表面に
は、第2図(顕微鏡写真)に示すように擬球状の
炭化物が生成されて、耐摩耗性及び耐ピツチング
寿命が向上すると共に、第3図A及びBに示すよ
うに処理時間も他の処理方法に比べて約1/3に短
縮できる。
さらに焼戻し軟化抵抗も、第4図に示すよう
に、従来の通常の浸炭法aに比べて格段に優れて
おり、またガス浸炭による炭化物の生成方法bに
比べても同等以上の性能を有するものとなる。
なお、上記実施例ではSCM420Hに対して処理
したが、前記作用説明から明らかなように、本発
明の浸炭処理方法は通常の浸炭用肌焼鋼(Cr鋼、
Cr−Mo鋼、Ni−Cr鋼、Ni−Cr−Mo鋼)には全
て適用可能である。
以上のように、本発明の浸炭処理方法は、真空
炉内においてAcmを越えるカーボンポテンシヤ
ル雰囲気中での浸炭及び拡散を数回繰返した後中
性ガスで一旦冷却する工程を数回繰返すと共に、
回を追うごとに少しずつ浸炭拡散温度を低下させ
るものであるから、鋼の表面に微細な擬球状炭化
物を一様に生成させることができ、これによつて
耐摩耗性及び耐ピツチング性を大幅に向上させる
ことができる。しかも浸炭拡散工程を繰返す際、
回を追うごとに浸炭拡散温度を少しずつ下げて、
靭性に悪影響を及ぼす網状セメンタイトを徐々に
減少させ、最終的に消失させるようにしたことか
ら、靭性が損なわれることもない。
このような本発明の方法によれば、前記したよ
うなガス浸炭による高炭素浸炭処理の問題点を解
消できる。すなわち、真空炉中で加熱後炉内に炭
化水素ガスを導入して浸炭を行うため、酸素分圧
が低く、表面に粒界酸化が生じることがなく、こ
れによつて炭化物生成傾向の強い元素を表面近傍
で減少させることなく浸炭できるため、表面炭素
濃度を容易に高めることができる。また、浸炭温
度を高くしても表面部に粒界酸化層が生成される
ことがないため、ガス浸炭よりも高温で浸炭で
き、これによつてガス浸炭に比べて2〜3倍の能
率で高炭素浸炭が可能になる。また真空炉内に導
入する炭化水素ガスは微量でよい。ワーク表面を
均一な高い炭素ポテンシヤルに維持するために絶
えず供給される炭化水素ガスの余剰分は煤として
炉内や廃気系に析出されるが、真空浸炭炉は過剰
浸炭雰囲気が前提であるため、ガス浸炭と比較し
て、煤の回収が容易な構造となつており、煤が耐
化物やヒータなどを劣化させる虞れもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の浸炭処理サイクルの一例を示
す線図、第2図は第3図Aに示す浸炭処理サイク
ルによつて得られた処理品の表層部における金属
組織を示す顕微鏡写真、第3図Aは本発明の実施
例に用いた浸炭処理サイクルを示す線図、第3図
Bは従来のガス浸炭法による処理サイクルの例を
示す線図、第4図は焼戻し軟化抵抗の比較を示す
線図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 真空炉中に投入して浸炭温度にまで加熱した
    ワークに、Acmを越えるカーボンポテンシヤル
    雰囲気中での浸炭及び拡散を数回繰返した後中性
    ガスで一旦冷却する工程を数回繰返すと共に、回
    を追うごとに少しずつ浸炭拡散温度を低下させる
    ことを特徴とする真空浸炭炉による浸炭処理方
    法。
JP743682A 1982-01-22 1982-01-22 真空浸炭炉による浸炭処理方法 Granted JPS58126975A (ja)

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JPS58126975A JPS58126975A (ja) 1983-07-28
JPH032944B2 true JPH032944B2 (ja) 1991-01-17

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