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Info
- Publication number
- 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
- Prior art keywords
- stainless steel
- ion nitriding
- nitrogen gas
- torr
- temperature
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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。
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。
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。
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。
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
。
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。
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。
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。
、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。
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
、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。
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。
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。
，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)
- 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7526376A JPS5848027B2 (ja) | 1976-06-24 | 1976-06-24 | ステンレス鋼のイオン窒化処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7526376A JPS5848027B2 (ja) | 1976-06-24 | 1976-06-24 | ステンレス鋼のイオン窒化処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS531143A JPS531143A (en) | 1978-01-07 |
| JPS5848027B2 true JPS5848027B2 (ja) | 1983-10-26 |
Family
ID=13571150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7526376A Expired JPS5848027B2 (ja) | 1976-06-24 | 1976-06-24 | ステンレス鋼のイオン窒化処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5848027B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
-
1976
- 1976-06-24 JP JP7526376A patent/JPS5848027B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS531143A (en) | 1978-01-07 |
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