JPH0657404A - 鋼からなる工作材の硬化法 - Google Patents
鋼からなる工作材の硬化法Info
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- JPH0657404A JPH0657404A JP5006391A JP639193A JPH0657404A JP H0657404 A JPH0657404 A JP H0657404A JP 5006391 A JP5006391 A JP 5006391A JP 639193 A JP639193 A JP 639193A JP H0657404 A JPH0657404 A JP H0657404A
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- 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
- C23C8/36—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 using ionised gases, e.g. ionitriding
- C23C8/38—Treatment of ferrous surfaces
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 拡散段階を中間に設定せずに表面でのカーバ
イト形成を生じることなく、鋼からなる工作材の表面を
浸炭し、焼入れして硬化させる方法。 【構成】 真空中でガス状の炭化水素の存在下に真空中
で運転する電極を用いて得られるプラズマ放電を用いて
パルス電流運転で運転して、陰極を工作材ホルダーとし
て使用しながら浸炭する。
イト形成を生じることなく、鋼からなる工作材の表面を
浸炭し、焼入れして硬化させる方法。 【構成】 真空中でガス状の炭化水素の存在下に真空中
で運転する電極を用いて得られるプラズマ放電を用いて
パルス電流運転で運転して、陰極を工作材ホルダーとし
て使用しながら浸炭する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、殊に、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍ
ｎ、ＳｉおよびＭｏの群からなる少なくとも１つの合金
要素を有する鋼からなる工作材を、表面を浸炭し、かつ
引続き焼入れすることによって硬化させ、この場合、浸
炭は、プラズマ放電を用いて真空中でガス状の炭化水素
の存在下に２００〜２０００ボルト、好ましくは３００
〜１０００ボルトの電圧で実施され、プラズマは、真空
中で運転する電極を用いて発生され、この電極のうち陰
極が工作材ホルダーとして使用され、かつパルス電流運
転で運転される、鋼からなる工作材の硬化法に関する。
ｎ、ＳｉおよびＭｏの群からなる少なくとも１つの合金
要素を有する鋼からなる工作材を、表面を浸炭し、かつ
引続き焼入れすることによって硬化させ、この場合、浸
炭は、プラズマ放電を用いて真空中でガス状の炭化水素
の存在下に２００〜２０００ボルト、好ましくは３００
〜１０００ボルトの電圧で実施され、プラズマは、真空
中で運転する電極を用いて発生され、この電極のうち陰
極が工作材ホルダーとして使用され、かつパルス電流運
転で運転される、鋼からなる工作材の硬化法に関する。
【０００２】
【従来の技術】欧州特許出願公開第０２８８６８０号明
細書の記載によって、工作材表面での炭素の高過ぎる供
給速度（質量流ｍc）の場合には、カーバイト形成をま
ねく炭素の過飽和を生じる。このことによって、浸炭の
場合に合間に達成した高い硬度は、再度急激に低下す
る。理想的な場合には、Ｃ含量および硬度の経過曲線
は、線図中でほぼＳ字状の曲線として記載されうる。
細書の記載によって、工作材表面での炭素の高過ぎる供
給速度（質量流ｍc）の場合には、カーバイト形成をま
ねく炭素の過飽和を生じる。このことによって、浸炭の
場合に合間に達成した高い硬度は、再度急激に低下す
る。理想的な場合には、Ｃ含量および硬度の経過曲線
は、線図中でほぼＳ字状の曲線として記載されうる。
【０００３】工作材の底部中への炭素の拡散による過飽
和の減少は、せいぜい、極端に長時間の拡散処理過程を
経てのみ可能なようである。従って、文献等には、処理
過程時間の間、炭素に機会を与えて、工作材の必要とさ
れる底部中へ拡散させるために、浸炭段階と拡散段階と
を多数の作業周期で切換えることが提案されている。こ
の作業周期時間は長く、切換えのタイミングを捉えるこ
とは、実施するのが困難であり、従って不正確である。
和の減少は、せいぜい、極端に長時間の拡散処理過程を
経てのみ可能なようである。従って、文献等には、処理
過程時間の間、炭素に機会を与えて、工作材の必要とさ
れる底部中へ拡散させるために、浸炭段階と拡散段階と
を多数の作業周期で切換えることが提案されている。こ
の作業周期時間は長く、切換えのタイミングを捉えるこ
とは、実施するのが困難であり、従って不正確である。
【０００４】米国特許第４９００３７１号明細書の記載
によって、冒頭に記載された概念のプラズマ−パルス法
は、公知であり、この場合、繰返し時間は１０ｍｓであ
り、パルス時間および中断時間はそれぞれ５ｍｓであ
る。記載されたパラメータは、工作材表面を介してガス
分布およびプラズマ分布を比較することになり、しかし
ながら、５００〜１０００Ｖの常用の陰極電圧の場合に
は、炭素の質量流は、浸炭しない拡散段階への切換えな
しに、同様に早くも数分後に炭素での表面領域の過飽
和、ひいては望ましくないカーバイト形成をまねくよう
な結果を生じる。記載されたデータから、炭素の質量流
は、 ｍc＝約８０ｇ・ｍ-2・ｈ-1 であることが判明する。
によって、冒頭に記載された概念のプラズマ−パルス法
は、公知であり、この場合、繰返し時間は１０ｍｓであ
り、パルス時間および中断時間はそれぞれ５ｍｓであ
る。記載されたパラメータは、工作材表面を介してガス
分布およびプラズマ分布を比較することになり、しかし
ながら、５００〜１０００Ｖの常用の陰極電圧の場合に
は、炭素の質量流は、浸炭しない拡散段階への切換えな
しに、同様に早くも数分後に炭素での表面領域の過飽
和、ひいては望ましくないカーバイト形成をまねくよう
な結果を生じる。記載されたデータから、炭素の質量流
は、 ｍc＝約８０ｇ・ｍ-2・ｈ-1 であることが判明する。
【０００５】もう１つの問題は、プラズマ−浸炭の場合
に、いわゆる異常なグロー放電の領域内で作業すること
にあり、この領域内では、約２００ボルトから１０００
ボルトを上廻る電圧への上昇の場合に、電流密度は、異
常なグロー放電が電圧の限界値の超過後に、突然、アー
ク放電に切換わるまで不釣合に大きく増大する（（１）
Ｂｅｌｌ／Ｌｏｈ／Ｓｔａｉｎｅｓ“Ｔｈｅｒｍｏｄｙ
ｎａｍｉｓｃｈｅ Ｂｅｈａｎｄｌｕｎｇ ｉｍ Ｐｌ
ａｓｍａ”、ＮＥＵＥ ＨＵＥＴＴＥ、第２８、年間刊
行分、第１０号、１９８３年１０月、第３７３〜３７９
頁；（２）Ｂｏｏｔｈ／Ｆａｒｒｅｌｌ／Ｊｏｈｎｓｏ
ｎ、“Ｔｈｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄＰｒａｃｔｉｃｅ
ｏｆ Ｐｌａｓｍａ Ｃａｒｂｕｒｉｓｉｎｇ”ＨＥ
ＡＴＴＲＥＡＴＭＥＮＴ ＯＦ ＭＥＴＡＬＳ、１９８
３年、第４５〜５２頁を参照のこと）。
に、いわゆる異常なグロー放電の領域内で作業すること
にあり、この領域内では、約２００ボルトから１０００
ボルトを上廻る電圧への上昇の場合に、電流密度は、異
常なグロー放電が電圧の限界値の超過後に、突然、アー
ク放電に切換わるまで不釣合に大きく増大する（（１）
Ｂｅｌｌ／Ｌｏｈ／Ｓｔａｉｎｅｓ“Ｔｈｅｒｍｏｄｙ
ｎａｍｉｓｃｈｅ Ｂｅｈａｎｄｌｕｎｇ ｉｍ Ｐｌ
ａｓｍａ”、ＮＥＵＥ ＨＵＥＴＴＥ、第２８、年間刊
行分、第１０号、１９８３年１０月、第３７３〜３７９
頁；（２）Ｂｏｏｔｈ／Ｆａｒｒｅｌｌ／Ｊｏｈｎｓｏ
ｎ、“Ｔｈｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄＰｒａｃｔｉｃｅ
ｏｆ Ｐｌａｓｍａ Ｃａｒｂｕｒｉｓｉｎｇ”ＨＥ
ＡＴＴＲＥＡＴＭＥＮＴ ＯＦ ＭＥＴＡＬＳ、１９８
３年、第４５〜５２頁を参照のこと）。
【０００６】前記処理過程は、全ての場合に、工作材の
損傷を生じることになるものと思われるので、回避すべ
きものである。米国特許第４９００３７１号明細書に記
載の条件下では、アーク放電への異常なグロー放電の切
換えは、十分な安全性を排除するものではない。
損傷を生じることになるものと思われるので、回避すべ
きものである。米国特許第４９００３７１号明細書に記
載の条件下では、アーク放電への異常なグロー放電の切
換えは、十分な安全性を排除するものではない。
【０００７】米国特許第４４９０１９０号明細書および
欧州特許第００６２５５０号明細書の記載によれば、処
理時間に亘って一定の出力で運転する方法の場合に、２
つの処理パラメータ、即ち、一方でプラズマ、他方で処
理温度を互いに独立させるため、パルス電流時間を、周
期時間よりも極めて短く選択する冒頭に記載された概念
の方法は、公知である。しかしながら、前記の問題は、
処理温度が、この場合には明らかに６００℃未満である
にちがいないので、ニトロ化およびニトロ浸炭の場合に
のみ生じる。記載された条件下で、浸炭は、経済的に代
替可能な処理時間では、前記処理過程が約８００℃を上
廻る温度でようやく使用可能な速度で進行するので、不
可能である。
欧州特許第００６２５５０号明細書の記載によれば、処
理時間に亘って一定の出力で運転する方法の場合に、２
つの処理パラメータ、即ち、一方でプラズマ、他方で処
理温度を互いに独立させるため、パルス電流時間を、周
期時間よりも極めて短く選択する冒頭に記載された概念
の方法は、公知である。しかしながら、前記の問題は、
処理温度が、この場合には明らかに６００℃未満である
にちがいないので、ニトロ化およびニトロ浸炭の場合に
のみ生じる。記載された条件下で、浸炭は、経済的に代
替可能な処理時間では、前記処理過程が約８００℃を上
廻る温度でようやく使用可能な速度で進行するので、不
可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明には、
冒頭で記載された概念の方法を、再現可能でかつ簡単な
処理過程の監視および処理過程の実施の場合に、不規則
に形成された工作材の場合にも、均一な硬度分布を意図
し、記載された拡散段階を中間に設定せずに表面でのカ
ーバイト形成を生じることなく、工作材の表面での炭素
含量を、工作材中の核の炭素含量と材料の飽和限界との
間の全ての値に調節でき、アーク放電へのグロー放電の
切換えを確実に阻止するように改善するという課題が課
されている。
冒頭で記載された概念の方法を、再現可能でかつ簡単な
処理過程の監視および処理過程の実施の場合に、不規則
に形成された工作材の場合にも、均一な硬度分布を意図
し、記載された拡散段階を中間に設定せずに表面でのカ
ーバイト形成を生じることなく、工作材の表面での炭素
含量を、工作材中の核の炭素含量と材料の飽和限界との
間の全ての値に調節でき、アーク放電へのグロー放電の
切換えを確実に阻止するように改善するという課題が課
されている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】課された課題は、冒頭に
記載された方法の場合、本発明によれば、 ａ）浸炭を１４〜３０ミリバール（１４００〜３０００
Ｐａ）の間の全体の圧力で実施し、 ｂ）パルス電流時間を１１０〜１００００μｓ（マイク
ロセコンド）の間で選択し、 ｃ）中断時間を３０〜１００００μｓの間で選択し、 ｄ）記載された表面での炭素含量を、パルス電流運転の
中断なしに、オーステナイト領域での炭素についての材
料の飽和限界を超過しないような程度にプラズマ放電に
供給された平均出力を運転段階の終了後にパルス電流時
間の削減および／または中断時間の延長によって低下さ
せることによって解決される。
記載された方法の場合、本発明によれば、 ａ）浸炭を１４〜３０ミリバール（１４００〜３０００
Ｐａ）の間の全体の圧力で実施し、 ｂ）パルス電流時間を１１０〜１００００μｓ（マイク
ロセコンド）の間で選択し、 ｃ）中断時間を３０〜１００００μｓの間で選択し、 ｄ）記載された表面での炭素含量を、パルス電流運転の
中断なしに、オーステナイト領域での炭素についての材
料の飽和限界を超過しないような程度にプラズマ放電に
供給された平均出力を運転段階の終了後にパルス電流時
間の削減および／または中断時間の延長によって低下さ
せることによって解決される。
【００１０】本発明による手段によって、前記課題は、
十分に解決され、即ち、冒頭に記載された方法は、簡単
な処理過程の監視および処理過程の実施の場合に、記載
された拡散段階を中間に設定せずに表面でのカーバイト
形成を生じることなく、工作材の表面での炭素含量を、
工作材中の核の炭素含量とその飽和限界との間の全ての
値に調節でき、アーク放電へのグロー放電の切換えを確
実に阻止するように改善される。
十分に解決され、即ち、冒頭に記載された方法は、簡単
な処理過程の監視および処理過程の実施の場合に、記載
された拡散段階を中間に設定せずに表面でのカーバイト
形成を生じることなく、工作材の表面での炭素含量を、
工作材中の核の炭素含量とその飽和限界との間の全ての
値に調節でき、アーク放電へのグロー放電の切換えを確
実に阻止するように改善される。
【００１１】この場合、殊に炭素の質量流ｍcは減少さ
れ、その結果、オーステナイト中の前記の可溶性を超過
せず、カーバイトを形成できない。本発明による方法
を、準定常に絶えずパルス発振されたプラズマを用いて
進行させることができる。
れ、その結果、オーステナイト中の前記の可溶性を超過
せず、カーバイトを形成できない。本発明による方法
を、準定常に絶えずパルス発振されたプラズマを用いて
進行させることができる。
【００１２】プラズマによる表面の酸化のない浸炭によ
って、疲れ強さが向上し、工作材の歪みは減少され、か
つ工作材の後加工のためのより少ない費用が生じる。
って、疲れ強さが向上し、工作材の歪みは減少され、か
つ工作材の後加工のためのより少ない費用が生じる。
【００１３】パルス電流時間と中断時間との特に有利な
比は、０．３〜０．０２である。０．２の比の場合に
は、 ｍc＝３０ｇ・ｍ-2・ｈ-1 の炭素の質量流が生じた。
比は、０．３〜０．０２である。０．２の比の場合に
は、 ｍc＝３０ｇ・ｍ-2・ｈ-1 の炭素の質量流が生じた。
【００１４】この場合、特徴ｄ）を維持することは重要
である。０．０２５への記載された比の減少の場合に
は、更に、 ｍc＝５ｇ・ｍ-2・ｈ-1 の質量流が生じた。
である。０．０２５への記載された比の減少の場合に
は、更に、 ｍc＝５ｇ・ｍ-2・ｈ-1 の質量流が生じた。
【００１５】この場合、運転段階後の平均出力を、表面
での炭素含量のできるだけ迅速な増大速度で、記載され
た飽和限界への到達前に１つの値に低下させ、この場
合、パルス電流運転を、飽和限界以下で炭素含量を連続
的に拡大させながら、工作材の底部中へ継続させる場合
には、特に有利である。
での炭素含量のできるだけ迅速な増大速度で、記載され
た飽和限界への到達前に１つの値に低下させ、この場
合、パルス電流運転を、飽和限界以下で炭素含量を連続
的に拡大させながら、工作材の底部中へ継続させる場合
には、特に有利である。
【００１６】こうして、この質量流は、拡散による工作
材中での移動と丁度同じ大きさである。これによって、
この処理過程は促進できる、即ち、浸炭速度は、最初に
極めて高く選択することができるが、しかしながら、そ
の後に、拡散速度に適合される。
材中での移動と丁度同じ大きさである。これによって、
この処理過程は促進できる、即ち、浸炭速度は、最初に
極めて高く選択することができるが、しかしながら、そ
の後に、拡散速度に適合される。
【００１７】本発明による方法の次の実施態様は、更に
利点を生じる： − 平均出力の低下を連続的に行うかあるいは１または
それ以上の段階で行う。
利点を生じる： − 平均出力の低下を連続的に行うかあるいは１または
それ以上の段階で行う。
【００１８】− もう１つの工程で、表面から工作材内
部への拡散導入によって、辺縁部のＣ含量を望ましい値
に減少させ、かつ（曲線図中で）辺縁領域で水平の経過
曲線を生じるような程度に質量流ｍcを減少または０に
調節することができる。
部への拡散導入によって、辺縁部のＣ含量を望ましい値
に減少させ、かつ（曲線図中で）辺縁領域で水平の経過
曲線を生じるような程度に質量流ｍcを減少または０に
調節することができる。
【００１９】− プラズマに供給されたプロセスガス
は、２〜５０容量％、有利に１０〜３０容量％がアルゴ
ンからなり、３〜５０容量％、有利に１０〜３０容量％
が炭化水素ガスからなり、残りが水素からなる。
は、２〜５０容量％、有利に１０〜３０容量％がアルゴ
ンからなり、３〜５０容量％、有利に１０〜３０容量％
が炭化水素ガスからなり、残りが水素からなる。
【００２０】− 処理室中の増大する圧力を用いて、即
ち、圧力領域の上端で、例えば歯車、ベアリング等の場
合に当てはまるような輪郭をつけたか、構造をもたせた
かまたは完全にアンダーカットされた工作材表面へのプ
ラズマの更に良好な“密着（Ａｎｓｃｈｍｉｅｇｕｎ
ｇ）”が、行われる。
ち、圧力領域の上端で、例えば歯車、ベアリング等の場
合に当てはまるような輪郭をつけたか、構造をもたせた
かまたは完全にアンダーカットされた工作材表面へのプ
ラズマの更に良好な“密着（Ａｎｓｃｈｍｉｅｇｕｎ
ｇ）”が、行われる。
【００２１】アルゴンの添加によって、導入されたエネ
ルギーの一部は、アルゴンのイオン化のために使用さ
れ、これによって、この処理過程は、好ましく実施され
る。
ルギーの一部は、アルゴンのイオン化のために使用さ
れ、これによって、この処理過程は、好ましく実施され
る。
【００２２】ガス状の炭化水素化合物としては、例えば
次のガスが該当する：メタン、エタン、プロパン、エチ
レンおよびプロペン。
次のガスが該当する：メタン、エタン、プロパン、エチ
レンおよびプロペン。
【００２３】本発明は、図１〜６により詳説される。
【００２４】図１は、炉室２を有する真空炉１を示し、
この炉室は、断熱装置３で内装されている。断熱装置３
の側壁面３ａの前には、物質に接した電極が存在し、こ
の電極は、電気回路の陽極４として使用されている。炉
の蓋２ａを通して、絶縁展開部５により、垂直な支持棒
６が貫通しており、この支持棒はその下方端部で平板状
の水平な工作材ホルダーを支持しており、このホルダー
は同様に電極機能を有し、即ち、陰極７として使用され
ている。前記工作材ホルダー上に配置された工作材８に
ついては、ただ１つだけが記載されている。
この炉室は、断熱装置３で内装されている。断熱装置３
の側壁面３ａの前には、物質に接した電極が存在し、こ
の電極は、電気回路の陽極４として使用されている。炉
の蓋２ａを通して、絶縁展開部５により、垂直な支持棒
６が貫通しており、この支持棒はその下方端部で平板状
の水平な工作材ホルダーを支持しており、このホルダー
は同様に電極機能を有し、即ち、陰極７として使用され
ている。前記工作材ホルダー上に配置された工作材８に
ついては、ただ１つだけが記載されている。
【００２５】陰極７と陽極４との間には、プラズマの形
成のための電圧パルスを発生させる電流供給装置９が存
在している。この電流供給装置９には、制御装置１０が
対応配置されており、この制御装置により、電気処理パ
ラメータは、プラズマに影響を及ぼすために調節可能で
ある。
成のための電圧パルスを発生させる電流供給装置９が存
在している。この電流供給装置９には、制御装置１０が
対応配置されており、この制御装置により、電気処理パ
ラメータは、プラズマに影響を及ぼすために調節可能で
ある。
【００２６】陰極７および工作材８は、抵抗加熱体によ
って同心円状に包囲され、この抵抗加熱体は、制御可能
な電流源１２に接続されている。炉のエネルギー均衡、
ひいては工作材温度は、一方で損失および他方でプラズ
マのエネルギーの貢献および抵抗加熱体１１の放射の総
和によって測定される。
って同心円状に包囲され、この抵抗加熱体は、制御可能
な電流源１２に接続されている。炉のエネルギー均衡、
ひいては工作材温度は、一方で損失および他方でプラズ
マのエネルギーの貢献および抵抗加熱体１１の放射の総
和によって測定される。
【００２７】炉室２中へ、供給管１３は開口し、この供
給管は、制御可能なガス源１４から延び、この供給管を
介して、望ましいプロセスガスまたはガス混合物が供給
される。ガス均衡は、ガス供給量、工作材による消費量
および場合によっては損失の減少によって測定される
が、しかし元より、吸引管１６を介して炉室２と接続し
かつポンプ装置として構成されていてもよい真空ポンプ
１５の影響によって測定される。
給管は、制御可能なガス源１４から延び、この供給管を
介して、望ましいプロセスガスまたはガス混合物が供給
される。ガス均衡は、ガス供給量、工作材による消費量
および場合によっては損失の減少によって測定される
が、しかし元より、吸引管１６を介して炉室２と接続し
かつポンプ装置として構成されていてもよい真空ポンプ
１５の影響によって測定される。
【００２８】炉室２の底面２ｂ中には開口部１７が存在
し、この開口部は、仕切りスライド弁１８によって閉鎖
可能であり、この仕切りスライド弁の下に、焼入れ油を
有する加熱可能な油容器１９が気密に接続されて存在す
る。この開口部１７を介して、陰極７中に開口部２０が
存在し、これを通して、工作材８は、記載されていない
マニピュレーターで焼入れ油中に沈めることができる。
前記装置の作用形式は、発明の詳細な説明および実施例
の記載から明らかである。
し、この開口部は、仕切りスライド弁１８によって閉鎖
可能であり、この仕切りスライド弁の下に、焼入れ油を
有する加熱可能な油容器１９が気密に接続されて存在す
る。この開口部１７を介して、陰極７中に開口部２０が
存在し、これを通して、工作材８は、記載されていない
マニピュレーターで焼入れ油中に沈めることができる。
前記装置の作用形式は、発明の詳細な説明および実施例
の記載から明らかである。
【００２９】図２は、公知技術水準による方法の１つ
（ガス浸炭）を、拡散段階の中段による浸炭の中断なし
に使用した場合について異なる処理時間後の工作材の種
々の底部での炭素濃度に依存するパラメータを示す。ｘ
座標上には、工作材表面から出発して記載されたミリメ
ートルでの深さの値が存在し、ｙ座標上には、重量％で
の炭素濃度が存在する。個々の曲線は、（下から上へ向
かって）ｘ座標の下に記載された０．５、１、２および
４時間の処理時間に該当する。表面での炭素濃度は、２
時間の処理時間の場合に、飽和値を既に超過しているこ
とが確認され、このことは、図３による硬度の低下に表
現されている。
（ガス浸炭）を、拡散段階の中段による浸炭の中断なし
に使用した場合について異なる処理時間後の工作材の種
々の底部での炭素濃度に依存するパラメータを示す。ｘ
座標上には、工作材表面から出発して記載されたミリメ
ートルでの深さの値が存在し、ｙ座標上には、重量％で
の炭素濃度が存在する。個々の曲線は、（下から上へ向
かって）ｘ座標の下に記載された０．５、１、２および
４時間の処理時間に該当する。表面での炭素濃度は、２
時間の処理時間の場合に、飽和値を既に超過しているこ
とが確認され、このことは、図３による硬度の低下に表
現されている。
【００３０】図３は、図２に必要な硬度の値を示す。ｘ
軸は、同一の目盛であり、ｙ軸上には、ＨＶでの添付さ
れた硬度の値が記載されている。表面の硬度は、２時間
後に８００ＨＶのピーク値を有し、急激に低下して底部
に達するが、しかし既に、３時間の処理時間の場合に、
カーバイト形成によって再度減少し初め４時間後に約７
００ＨＶに低下していることが確認されている。この試
験の継続の場合に、この比は、更に低下して行き、この
ことは、文献の記載からも一般に公知である（例えば、
欧州特許出願公開第０２８８６８０号明細書）。
軸は、同一の目盛であり、ｙ軸上には、ＨＶでの添付さ
れた硬度の値が記載されている。表面の硬度は、２時間
後に８００ＨＶのピーク値を有し、急激に低下して底部
に達するが、しかし既に、３時間の処理時間の場合に、
カーバイト形成によって再度減少し初め４時間後に約７
００ＨＶに低下していることが確認されている。この試
験の継続の場合に、この比は、更に低下して行き、この
ことは、文献の記載からも一般に公知である（例えば、
欧州特許出願公開第０２８８６８０号明細書）。
【００３１】
例 １：図１に記載の装置中に、支持体として、２０ｍ
ｍの直径を有する鋼合金１６ＭｎＣｒ５からなる合わせ
ピンをバッチ法により浸炭した。まず、装置を、残留ガ
スの除去のために排気して１０-3ミリバールの圧力に
し、次に、アルゴン１５％と、残りが水素とからなる混
合物を１５ミリバールの圧力になるまで供給した。抵抗
加熱器の同時の運転および支持体への６００Ｖのマイナ
スの電圧の印加によって、前記支持体を蒸着によって清
浄化し、かつ９００℃に加熱した。この前処理を、６０
分間継続した。この後、ガス雰囲気を、メタン５％と水
素８０％およびアルゴン１５％とからなるものによって
代替し、１５ミリバールの圧力にまで到達させた。引続
き、本来の浸炭を、パルス電流運転で実施し、この場
合、電流源で、パルス電圧を６００Ｖに調節し、パルス
時間と中断時間との比を０．０７に調節した。この場合
に、処理時間の第一段階は、２４０分間であり、この場
合、支持体温度は、抵抗加熱器の出力の調節によって常
に９００℃を維持した。この後、記載された比を、通常
同一のパラメータで０．０２３に低下させ、浸炭を、９
００℃で、抵抗加熱器の出力を相応して調節しながら９
０分中断時間に亘って継続した。全ての処理の進行の間
に、アーク放電は生じなかった。この後、合わせピン
を、シリンダー軸の垂直方向の位置を有するマニピュレ
ーターによって、６０℃の温度に維持されていた油浴中
に導入した。
ｍの直径を有する鋼合金１６ＭｎＣｒ５からなる合わせ
ピンをバッチ法により浸炭した。まず、装置を、残留ガ
スの除去のために排気して１０-3ミリバールの圧力に
し、次に、アルゴン１５％と、残りが水素とからなる混
合物を１５ミリバールの圧力になるまで供給した。抵抗
加熱器の同時の運転および支持体への６００Ｖのマイナ
スの電圧の印加によって、前記支持体を蒸着によって清
浄化し、かつ９００℃に加熱した。この前処理を、６０
分間継続した。この後、ガス雰囲気を、メタン５％と水
素８０％およびアルゴン１５％とからなるものによって
代替し、１５ミリバールの圧力にまで到達させた。引続
き、本来の浸炭を、パルス電流運転で実施し、この場
合、電流源で、パルス電圧を６００Ｖに調節し、パルス
時間と中断時間との比を０．０７に調節した。この場合
に、処理時間の第一段階は、２４０分間であり、この場
合、支持体温度は、抵抗加熱器の出力の調節によって常
に９００℃を維持した。この後、記載された比を、通常
同一のパラメータで０．０２３に低下させ、浸炭を、９
００℃で、抵抗加熱器の出力を相応して調節しながら９
０分中断時間に亘って継続した。全ての処理の進行の間
に、アーク放電は生じなかった。この後、合わせピン
を、シリンダー軸の垂直方向の位置を有するマニピュレ
ーターによって、６０℃の温度に維持されていた油浴中
に導入した。
【００３２】Ｃ含量の経過の測定により、図４に記載の
線図を生じた。ｘ軸上には、図２と同様にして、表面か
ら出発したｍｍでの深さが記載され、かつｙ軸上には、
重量％でのＣ含量が記載されている。この曲線は、望ま
しいＳ字状の経過曲線を示す。
線図を生じた。ｘ軸上には、図２と同様にして、表面か
ら出発したｍｍでの深さが記載され、かつｙ軸上には、
重量％でのＣ含量が記載されている。この曲線は、望ま
しいＳ字状の経過曲線を示す。
【００３３】同様にして測定された硬度経過曲線は、表
面から出発して、０．４ｍｍの深さまで、全領域で８０
０ＨＶ１であった。硬化の深さは、０．９ｍｍの場合に
５５０ＨＶ１であった。このことは、十分に、課された
要件に相応していた。
面から出発して、０．４ｍｍの深さまで、全領域で８０
０ＨＶ１であった。硬化の深さは、０．９ｍｍの場合に
５５０ＨＶ１であった。このことは、十分に、課された
要件に相応していた。
【００３４】例 ２：例１に記載の試験を繰返したが、
しかしながら、次のように変更した：支持体として、鋼
合金１６ＣｒＭｏ４からなる歯の高さｈzと歯の間隙の
幅ｌｏとの比１．５を有する歯車を使用した。処理温度
は、２５００Ｐａの全体の圧力の場合に９２５℃であっ
た。１９５分間の第一の浸炭段階の場合に、パルス電流
時間と中断時間との比は、０．０７であり、７０分間の
第二の浸炭段階の場合には、０．０４であった。
しかしながら、次のように変更した：支持体として、鋼
合金１６ＣｒＭｏ４からなる歯の高さｈzと歯の間隙の
幅ｌｏとの比１．５を有する歯車を使用した。処理温度
は、２５００Ｐａの全体の圧力の場合に９２５℃であっ
た。１９５分間の第一の浸炭段階の場合に、パルス電流
時間と中断時間との比は、０．０７であり、７０分間の
第二の浸炭段階の場合には、０．０４であった。
【００３５】図５には、前記試験の結果が記載されてい
る：右上の囲みには、歯の輪郭が（ハッチングされて）
記載され、かついわゆるプラズマ境界面（Ｐｌａｓｍａ
ｓａｕｍ）（厚く黒い線）が記載され、同様に、測定位
置Ｍ１およびＭ２が記載されている。このプラズマは、
極めて良好に、歯の輪郭に密着している。測定位置Ｍ１
は歯先に存在し、測定位置Ｍ２は歯元に存在している。
この線図中には、硬度“ＨＶ１”および深さ“ｔ”が記
載されている。曲線Ｋ１は、測定位置Ｍ１での硬度の経
過を示し、曲線Ｋ２は、測定位置Ｍ２での硬度の経過を
示す。測定値は、実に良好に一致しており、殊に、侵入
深さ“ｔ”がＭ１およびＭ２の場合に本質的に同一であ
ることが確認され、このことは、歯の輪郭へのプラズマ
の良好な密着に帰因するものである。
る：右上の囲みには、歯の輪郭が（ハッチングされて）
記載され、かついわゆるプラズマ境界面（Ｐｌａｓｍａ
ｓａｕｍ）（厚く黒い線）が記載され、同様に、測定位
置Ｍ１およびＭ２が記載されている。このプラズマは、
極めて良好に、歯の輪郭に密着している。測定位置Ｍ１
は歯先に存在し、測定位置Ｍ２は歯元に存在している。
この線図中には、硬度“ＨＶ１”および深さ“ｔ”が記
載されている。曲線Ｋ１は、測定位置Ｍ１での硬度の経
過を示し、曲線Ｋ２は、測定位置Ｍ２での硬度の経過を
示す。測定値は、実に良好に一致しており、殊に、侵入
深さ“ｔ”がＭ１およびＭ２の場合に本質的に同一であ
ることが確認され、このことは、歯の輪郭へのプラズマ
の良好な密着に帰因するものである。
【００３６】例 ３（比較例）：詳細には、処理室中で
の全体の圧力を６００Ｐａに低下させたのが唯一異なる
が、例２に記載の試験を繰返した。
の全体の圧力を６００Ｐａに低下させたのが唯一異なる
が、例２に記載の試験を繰返した。
【００３７】図６には、前記試験の結果が記載されてい
る：右上の囲みには、この実施例の場合でも（同一の）
歯車の輪郭が（ハッチングされて）記載され、かついわ
ゆるプラズマ境界面（Ｐｌａｓｍａｓａｕｍ）（厚く黒
い線）が記載され、同様に、測定位置Ｍ３およびＭ４が
記載されている。このプラズマは、歯の頭部にのみ良好
に密着しており、歯元では、歯の輪郭から明らかにより
大きな隔たりを有している。測定位置Ｍ３は歯先に存在
し、測定位置Ｍ４は歯元に存在している。この線図中に
は、硬度“ＨＶ１”および深さ“ｔ”が記載されてい
る。曲線Ｋ３は、測定位置Ｍ３での硬度の経過を示し、
曲線Ｋ４は、測定位置Ｍ４での硬度の経過を示す。測定
値は、互いに著しく異なっており、殊に、侵入深さ
“ｔ”がＭ４の場合に、Ｍ３の場合よりも明らかに少な
いことが確認され、このことは、歯の輪郭の根元領域で
のプラズマのより少ない密着に帰因するものである。
る：右上の囲みには、この実施例の場合でも（同一の）
歯車の輪郭が（ハッチングされて）記載され、かついわ
ゆるプラズマ境界面（Ｐｌａｓｍａｓａｕｍ）（厚く黒
い線）が記載され、同様に、測定位置Ｍ３およびＭ４が
記載されている。このプラズマは、歯の頭部にのみ良好
に密着しており、歯元では、歯の輪郭から明らかにより
大きな隔たりを有している。測定位置Ｍ３は歯先に存在
し、測定位置Ｍ４は歯元に存在している。この線図中に
は、硬度“ＨＶ１”および深さ“ｔ”が記載されてい
る。曲線Ｋ３は、測定位置Ｍ３での硬度の経過を示し、
曲線Ｋ４は、測定位置Ｍ４での硬度の経過を示す。測定
値は、互いに著しく異なっており、殊に、侵入深さ
“ｔ”がＭ４の場合に、Ｍ３の場合よりも明らかに少な
いことが確認され、このことは、歯の輪郭の根元領域で
のプラズマのより少ない密着に帰因するものである。
【００３８】前記比較試験は、処理室中での全体の圧力
に、重大な意味があることを明らかに示している。
に、重大な意味があることを明らかに示している。
【図１】本発明による方法の実施のための装置を示す垂
直断面図。
直断面図。
【図２】異なる処理時間後の工作材の種々の底部での炭
素濃度に依存するパラメータを示す線図。
素濃度に依存するパラメータを示す線図。
【図３】図２に必要な硬度値を示す線図。
【図４】実施例の場合に、工作材の表面から出発して底
部中への炭素濃度に依存した線図。
部中への炭素濃度に依存した線図。
【図５】２５００Ｐａの処理圧力の使用後の歯車の歯先
および歯元での硬度の経過の比較を示す線図。
および歯元での硬度の経過の比較を示す線図。
【図６】図５と同様ではあるが、６００Ｐａのみの処理
圧力を使用した後の場合を示す線図。
圧力を使用した後の場合を示す線図。
１ 真空炉、 ２ 炉室、 ２ａ 炉の蓋、 ２ｂ 炉
の底、 ３ 断熱装置、 ３ａ 断熱装置の側壁面、
４ 陽極、 ５ 絶縁展開部、 ６ 支持棒、７ 陰
極、 ８ 工作材、 ９ 電流供給器、 １０ 制御装
置、 １１ 抵抗加熱体、 １２ 電流源、 １３ 供
給管、 １４ ガス源、 １５ 真空ポンプ、 １６
吸引管、 １７ 開口部、 １８ 仕切りスライド弁、
１９油容器、 ２０ 開口部
の底、 ３ 断熱装置、 ３ａ 断熱装置の側壁面、
４ 陽極、 ５ 絶縁展開部、 ６ 支持棒、７ 陰
極、 ８ 工作材、 ９ 電流供給器、 １０ 制御装
置、 １１ 抵抗加熱体、 １２ 電流源、 １３ 供
給管、 １４ ガス源、 １５ 真空ポンプ、 １６
吸引管、 １７ 開口部、 １８ 仕切りスライド弁、
１９油容器、 ２０ 開口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランク シュナートバウム ドイツ連邦共和国 ブラウンシュヴァイク アム ザントカムプ 10アー
Claims (7)
- 【請求項１】 殊に、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、ＳｉおよびＭ
ｏの群からなる少なくとも１つの合金要素を有する鋼か
らなる工作材を、表面を浸炭し、かつ引続き焼入れする
ことによって硬化させ、この場合、浸炭は、プラズマ放
電を用いて真空中でガス状の炭化水素の存在下に２００
〜２０００ボルト、好ましくは３００〜１０００ボルト
の電圧で実施され、プラズマは、真空中で運転する電極
を用いて発生され、この電極のうち陰極が工作材ホルダ
ーとして使用され、かつパルス電流運転で運転される、
鋼からなる工作材を硬化させる方法において、 ａ）浸炭を１４〜３０ミリバール（１４００〜３０００
Ｐａ）の間の全体圧力で実施し、 ｂ）パルス電流時間を１１０〜１００００μｓ（マイク
ロセコンド）の間で選択し、 ｃ）中断時間を３０〜１００００μｓの間で選択し、 ｄ）記載された表面での炭素含量を、パルス電流運転の
中断なしに、オーステナイト領域での炭素についての材
料の飽和限界を超過しないような程度にプラズマ放電に
供給された平均出力を運転段階の終了後にパルス電流時
間の削減および／または中断時間の延長によって低下さ
せることを特徴とする、鋼からなる工作材の硬化法。 - 【請求項２】 運転段階後の平均出力を、表面での炭素
含量のできるだけ迅速な増大速度で、記載された飽和限
界に到達する前に１つの値に低下させ、この場合、パル
ス電流運転を、飽和限界以下で炭素含量を連続的に拡散
させながら、工作材の底部中へ継続させる、請求項１に
記載の方法。 - 【請求項３】 最後の工程で、表面から工作材内部中へ
の十分な拡散導入によって辺縁部のＣ含量を望ましい値
に減少させ、かつ（曲線図中で）辺縁領域で水平の経過
曲線を生じるような程度に炭素の質量流を減少させるか
または０に調節する、請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 平均出力を連続的に低下させる、請求項
１に記載の方法。 - 【請求項５】 陰極に供給されたパルス電圧を、２００
〜９００Ｖ、有利に５００〜７００Ｖの間で選択する、
請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 プラズマに供給されたプロセスガスは、
２〜５０容量％、有利に１０〜３０容量％がアルゴンか
らなり、３〜５０容量％、有利に１０〜３０容量％が炭
化水素ガスからなり、残りが水素からなる、請求項1に
記載の方法。 - 【請求項７】 工作材にプラズマによって供給された出
力の不足分を、プラズマに無関係の熱源によって供給す
る、請求項１に記載の方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4201325 | 1992-01-20 | ||
| DE4201325.9 | 1992-11-19 | ||
| DE4238993.3 | 1992-11-19 | ||
| DE4238993A DE4238993C1 (ja) | 1992-01-20 | 1992-11-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0657404A true JPH0657404A (ja) | 1994-03-01 |
Family
ID=25911085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5006391A Ceased JPH0657404A (ja) | 1992-01-20 | 1993-01-19 | 鋼からなる工作材の硬化法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0552460B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0657404A (ja) |
| AT (1) | ATE134222T1 (ja) |
| DE (2) | DE4238993C1 (ja) |
| ES (1) | ES2083663T3 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5450254A (en) * | 1991-11-05 | 1995-09-12 | Sony Corporation | Automatic cassette changer |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5868878A (en) * | 1993-08-27 | 1999-02-09 | Hughes Electronics Corporation | Heat treatment by plasma electron heating and solid/gas jet cooling |
| WO1995029274A1 (de) * | 1994-04-26 | 1995-11-02 | Igenwert Gmbh | Verfahren zur beaufschlagung und beeinflussung einer festkörperoberfläche, insbesondere einer werkstoffoberfläche |
| DE4427902C1 (de) * | 1994-08-06 | 1995-03-30 | Leybold Durferrit Gmbh | Verfahren zum Aufkohlen von Bauteilen aus kohlungsfähigen Werkstoffen mittels einer impulsförmig betriebenen Plasmaentladung |
| DE102004053935B4 (de) * | 2004-11-09 | 2015-04-09 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Verfahren zur Wärmebehandlung eines Bauteils aus einem durchhärtenden warmfesten Stahl und Bauteil aus einem durchhärtenden warmfesten Stahl |
| DE102006040814A1 (de) * | 2006-08-31 | 2008-03-06 | Schaeffler Kg | Verfahren zum Erzeugen einer hoch einsatzhärtbaren Wälzlagerkomponente |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE601847C (de) * | 1933-04-01 | 1934-08-25 | Siemens Schuckertwerke Akt Ges | Verfahren zum Einbringen eines Stoffes in ein Metall |
| NL163085B (nl) * | 1950-08-03 | Siemens Ag | Schakelinrichting voor het overdragen van berichten over een uit verscheidene parallel geschakelde lijnen bestaande overdrachtsweg. | |
| FR2501727A1 (fr) * | 1981-03-13 | 1982-09-17 | Vide Traitement | Procede de traitements thermochimiques de metaux par bombardement ionique |
| GB8625912D0 (en) * | 1986-10-29 | 1986-12-03 | Electricity Council | Thermochemical treatment |
| DE3714283C1 (de) * | 1987-04-29 | 1988-11-24 | Ipsen Ind Internat Gmbh | Verfahren zur Gasaufkohlung von Stahl |
| US4853046A (en) * | 1987-09-04 | 1989-08-01 | Surface Combustion, Inc. | Ion carburizing |
-
1992
- 1992-11-19 DE DE4238993A patent/DE4238993C1/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-12-11 AT AT92121129T patent/ATE134222T1/de not_active IP Right Cessation
- 1992-12-11 DE DE59205356T patent/DE59205356D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-12-11 ES ES92121129T patent/ES2083663T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1992-12-11 EP EP92121129A patent/EP0552460B1/de not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-01-19 JP JP5006391A patent/JPH0657404A/ja not_active Ceased
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5450254A (en) * | 1991-11-05 | 1995-09-12 | Sony Corporation | Automatic cassette changer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4238993C1 (ja) | 1993-07-01 |
| ATE134222T1 (de) | 1996-02-15 |
| DE59205356D1 (de) | 1996-03-28 |
| ES2083663T3 (es) | 1996-04-16 |
| EP0552460A1 (de) | 1993-07-28 |
| EP0552460B1 (de) | 1996-02-14 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A045 | Written measure of dismissal of application [lapsed due to lack of payment] |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A045 Effective date: 20031218 |