JPS5848027B2 - ステンレス鋼のイオン窒化処理方法 - Google Patents

ステンレス鋼のイオン窒化処理方法

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JPS5848027B2
JPS5848027B2 JP7526376A JP7526376A JPS5848027B2 JP S5848027 B2 JPS5848027 B2 JP S5848027B2 JP 7526376 A JP7526376 A JP 7526376A JP 7526376 A JP7526376 A JP 7526376A JP S5848027 B2 JPS5848027 B2 JP S5848027B2
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JP
Japan
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stainless steel
ion nitriding
nitrogen gas
torr
temperature
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Expired
Application number
JP7526376A
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English (en)
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JPS531143A (en
Inventor
康治 岡本
清 喜多
昭三 松田
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Kawasaki Heavy Industries Ltd
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Publication date
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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高硬度の窒化層を有し、かつ窒化割れの発生し
ないステンレス鋼のイオン窒化処理方法に関するもので
ある。
一般に、ディーゼルエンジンの操縦弁やギヤポンプ部品
等の腐食雰囲気中で摺動ずる部品には耐食性ならひに耐
摩耗性が必要とされるため、13Cr系ステンレス鋼に
ガス窒化法及び塩浴軟窒化法等(こよって窒化処理を行
なっているが、13Cr系ステンレス鋼を窒化すると、
窒素との顆和力の強いクロムを多く含有しているため窒
素の内部への拡散が困難となると共(こ窒化層の大部分
は高硬度の化合物層で形或され、表面と心部との内部応
力勾配が大きくなり、処理中あるいは冷却中(こおいて
窒化層と心部との境界付近に窒化割れが発生することが
多い。
このため上記の寸法でステンレス鋼を窒化した場合高硬
度の窒化層が得られても亀裂等により機械的性質が著る
しく劣化し、更に亀裂が進行して窒化層が欠落する場合
が多く、耐摩耗性が悪くなる等の欠点がある。
本発明は、13Cr系ステンレス鋼にグロー放電のエネ
ルギーを利用したイオン窒化処理方法を適用するもので
あり、高硬度の窒化層を有し、かつ組織的に表面と心部
との内部応力勾配を小さくし、窒化層の剥離を生じない
ことを目的とするものである。
すなわち、本発明のステンレス鋼のイオン窒化処理方法
は、C0.15%以下、Cr12〜14%を含有するス
テンレス鋼を、窒素ガス及び水素ガスを処理ガスとして
10−1〜10Torrの真空度で、処理温度を、前記
窒素ガスの分圧が50%以下の場合は450℃以上、窒
素ガスの分圧が50%以上の場合は450℃以上におい
て、500℃〜600℃を除いた範囲で行うものである
尚、上記のイオン窒化は10−1〜10Torr位の真
空度で炉体(アノード)と被処理物(カソード)との間
6こ300〜1200Vの直流電圧を印加し、グロー放
電を発生させて窒素、水素その他のガス雰囲気でそのガ
ス分子をイオン化させ、そのイオンを鋼その他の材料の
被処理物の表面に衝突させて窒化を行うものである。
上記イオン窒化処理において、窒素の鋼表面への吸着お
よびその後の鋼中ヘの拡散速度は雰囲気組成が一定であ
れば処理温度と処理時間とで決まり、処理温度が高いほ
どあるいは処理時間が長いほど窒素の吸着量が増え、拡
散速度も高くなる。
従って、一定深さの硬化層を得る6こは低温では長時間
、高温では短時間の処理を行なうこと6こなる。
しかして、イオン窒化は処理温度が450℃以下でも理
論上可能であるが、処理時間が長くなることから、本発
明では比較的短時間で工業上有用な程度の表面硬さおよ
び硬化層深さを得るため、処理温度の下限を450℃と
している。
因に、例えば硬化層深さr0.12mm得るため(こは
、処理温度400℃で28時間、450℃で19.8時
間、570℃で6時間かかり、処理温度が450゜Cよ
りも低くなると処理時間が非常に長くなる。
また、処理温度の上限は鋼、つまり、母材の熱による劣
化を考慮すれば650℃程度が好ましい。
次に、硬度及び窒化割れについての実験例を説明する。
実験例 1 本実験例は窒素ガスの分圧が50%以下の場合である。
一例として、窒素ガスを0.7 5 Torr,水素ガ
スを2.2 5 Torr (窒素ガス/水素ガス1/
3)とし、処理温度が500℃,570℃,650℃の
3段階の場合6こついて行なった結果を説明する。
尚、その他の条件は、試験片が外径20關、長さ10m
mの1 3Cr系ステンレス鋼、処理圧力が3Torr
,処理時間が6時間にした。
窒化割れCこついて、第1図a,b,c?こ示すようO
こ、亀裂は全く認められず、完全なる窒化層を有する1
3Cr系ステンレス鋼を得ることができた。
次に、硬度について、1例として処理温度が570℃の
場合を示すと、ビツカース硬さ600以上の高硬度の窒
化層が約70〜80μ存在していることが、第2図より
判る。
実験例 2 本実験例は窒素ガスの分圧が50%以上の場合である。
1例として、窒素ガスを2.2 5 Torr,水素ガ
スを0.7 5 Torr (窒素ガス/水素ガス3/
1)とし、処理温度が450℃、500℃、530℃、
570℃、600℃、630℃、650℃の7段階の場
合6こついて行なった結果を説明する。
尚、その他の条件は実験例1と同様であり、処理温度5
30℃の場合のみ処理時間は2時間である。
窒化割れについて、第3図a,b,c,d,e,f ,
glこ示すよう6こ、530℃及び570℃において
亀裂が認められ、他の場合(こおいては亀裂は認められ
ず、完全なる窒化層を有する1 3Cr系ステンレス鋼
を得ることができた。
次Oこ、硬度について、1例として処理温度が600℃
、処理時間が6時間の場合を示すと、ビツカース硬さ6
00以上の高硬度の窒化層が約60μ存在していること
が、第4図より判る。
実験例1及び実験例2を綜合し、横軸に処理温度、縦軸
にガス組成をとって示す第5図より明らかなようIこ、
窒素ガスの分圧が50%以上で処理温度が5008C〜
600℃の範囲内においては二次曲線の囲む範囲内で窒
化割れが発生する。
以上のように本発明は、C0.15%以下、Cr12〜
14%を含有するステンレス鋼を、10−’〜1 0
Torrの真空度で窒素ガス及び水素ガスを処理ガスと
してイオン窒化するにおいて、前記窒素ガスの分圧が5
0%以下の場合は処理温度を450℃以上、窒素ガスの
分圧が50%以上の場合は処理温度を450℃以上にお
いて、500℃〜600℃を除く範囲とすること6こよ
って、表面と心部との内部応力勾配を小さくすることが
できるため、窒化割れを生ぜず6こ高硬度の窒化層を得
ることjJSできるから、耐摩耗性や機械的性質を著し
く向上させることができる等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明(こよる実験結果を示すもので、第1図a
,b,cは実験例1の各温度で処理した材料の断面組織
写真、第2図は同例の硬度曲線図、第3図a r t)
+ C + d + e + f + gは実験例2
の各温度で処理した材料の断面組織写真、第4図は同例
の硬度曲線図、第5図は窒化割れの発生する処理温度範
囲を示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 重量比にて、C0.15%以下、Cr12〜14%
    を含有するステンレス鋼を、10−1〜10 Torr
    の真空度で窒素ガス及び水素ガスを処理ガスとしてイオ
    ン窒化するにおいて、前記窒素ガスの分圧が50%以下
    の場合は処理温度を450℃以上とし、窒素ガスの分圧
    が50%以上の場合は処理温度を450℃以上Oこおい
    て、500°C〜600°Cを除いた範囲とすることを
    特徴とするステンレス鋼のイオン窒化処理方法。
JP7526376A 1976-06-24 1976-06-24 ステンレス鋼のイオン窒化処理方法 Expired JPS5848027B2 (ja)

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JPS531143A JPS531143A (en) 1978-01-07
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JPS5739011B2 (ja) * 1973-12-10 1982-08-19
JPS6160874A (ja) * 1984-08-30 1986-03-28 Oyo Kagaku Kenkyusho 表面硬化鋼及び鋼の表面硬化法
US5176760A (en) * 1991-11-22 1993-01-05 Albert Young Steel article and method

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