JPS59133301A - 予備合金にした、鉄ベ−スの粉末金属鍛造予備成形物の同時焼結および浸炭方法 - 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】 本発明は予備合金にした、鉄ベース粉末金属鍛造プレフ
ォームを還元し、焼結しそして浸炭させる方法に関する
。

高強度の鉄ベース粉末金属部品の製造においては、予備
合金にした粉末を冷圧し、焼結し、そして次に鍛造する
。焼結中に粉末中の酸化物は受容できる水準にまで還元
される。硬化層（ｃａｓｅ　）浸炭を要する部品に対し
ては鍛造の前に、好ましくは焼結炉中で部品を浸炭させ
ることが有オリであることが判明した。従って、焼結炉
は仕掛り製品を生産しこれは焼結しそして浸炭した鍛造
予備成形物と記載することができる。この鍛造予備成形
物は潤滑し、妥当な鍛造温度に加熱し、そして精密な許
容誤差の形状に鍛造する。鍛造後、部品は普通は急冷し
そして応力を除去する。

多数の粉末金属部品は研削のような後鍛造機操作を必要
とする。そのような場合、浸炭中に導入される炭素硬化
層は妥当な深さと構造を有して指定した表面炭素含量を
保ちながら加工中に材料の除去を許容することを保証す
ることが必要である。

現在の粉末冶金技法によって生じる炭素勾配は比較的高
い後−機械加工表面炭素が要求されるある種の適用に対
しては適切でなかった。

鍛造した粉末金属部品の物理的性質に加えて、今一つの
重要な考慮事項は原価である。粉末金属部品の人気の増
大は、多くの場合、錬鉄から加工した部品のようなより
普通に製造される製品と比べてより低い製造原価のため
である。換言すれば、粉末金属および機械加工した部品
は、多くの場合、物理的性質においては匹敵するけれど
も、粉末金属部品はより低い製造原価のために機械加工
部品に置き代りまたは競争することができた。低製造原
価が一般にその例であるが、伝動装置および車軸用の部
品のような高強度用途に対する粉末金属および機械加工
部品間の原価上の差はずっと少ない。原価上の強みのこ
のような狭小化は、ある程度は、鍛造した粉末金属部品
の製造に使用するより複雑な工程のためである。従って
、このような用途に対する鍛造した粉末部品と機械加工
部品間の競争は痛烈である。鍛造する粉末金属部品の製
造原価を引き下げる改良はこれらの製品が機械加工製品
との競争に成功するためには甚だ重要である。

従って本発明の目的は予備成形物の還元、焼結および浸
炭のための時間および温度が十分縮小された高強度鉄ペ
ース合金の粉末金属鍛造予備成形物をつくる方法を提供
することである。

本発明は従って予備合金にした、鉄ベースの、粉末金属
鍛造予備成形物を同時に焼結しそして浸炭する方法にお
いて、連続炉の予熱帯域中で潤滑剤が燃え尽きるのに要
するものよりも長くない時間予備成形物を予熱して焼結
／浸炭温度に近い温度にまで予備成形物の急速加熱を誘
導し、同時に浸炭雰囲気中でそして希望する表面炭素含
量よりも大きい炭素ポテンシアルを有する炉の熱帯域中
において実質的に１０９３℃（２０００’Ｆ’）よりも
低くそして大気の炭素ポテンシアルにおけるオーステナ
イト鉄中の炭素の溶解温度よりも高い範囲内の温度にお
いておよび酸化物を還元しそして希望する硬化層炭素含
量にほぼ等しい表面炭素含量を有しそしてそれが約０．
０５０ｃｒｎ（０，０２０インチ）の深さまで比較的一
定に減じている硬化層炭素勾配を予備成形物中に生じる
のに十分な時間予備成形物を焼結しそして浸炭し、予備
成形物を炉の第一冷却帯域中で硬化層中のオーステナイ
ト相の転移が開始するだけ十分早い速度で冷却させそれ
によって硬化層炭素勾配を凍結させ、そして予備成形物
を炉の第二冷却帯域中で約２６０℃（５００”Ｆ　）よ
りも低い温度にさらに冷却し、それによって焼結しそし
て硬化層浸炭をした予備成形物が最短時間中にオーステ
ナイト温度よりも高い温度であってそして約１０９６°
Ｃ（２０００”Ｆ’）よりも低い最高温度において生産
される各段階を特徴とする方法を提供する。

本発明は鍛造予備成形物、即ち鍛造段階のための調製に
おいて冷間加圧し焼結し、そして浸炭させた粉末金属部
品を生産するだめの改良方法を含む＠本発明の一実施態
様においてこの方法は受容しうる炭素勾配を有する鍛造
予備成形物を生産するが、ときどきおよび温度によって
はそのようにすることが必要であると一般に認められる
ものよりも低くなる。この事に関しては、本発明はモリ
ブデン、ニッケル、マンガン、クロウムおよびこれに類
するものの一つまた一つ以上の合金用付加物を含む硬化
しうる合金鋼に導かれることが指摘される。浸炭された
鍛造予備成形物はこの方法によってＡ工ｓ工４６ｏｏ　
シリーズ鋼と類似の組成で予備合金にした粉末から１ｏ
９６°０（２０００″′Ｆ）よりも低い温度においてオ
ーステナイト温度より上で約３５分またはそれ以下で生
産されたその上達した炭素硬化層を生じさせるために、
この方法は酸化物を受容できる水準、即ち、ｉ、ｏｏ’
。

ｐｐｍ　０２　　より少なく減じることができる。この
事は１１２１°０（２０５Ｏｆｆ）においてオーステナ
イト温度より上でおよそ６ｏ分の時間で実施される匹敵
する合金に対する現行の焼結／浸炭法と対照的である。

従って、鍛造予備成形物の生産原価は、生産時間が実質
的に縮減されそしてエネルギー所要量が減じるため実質
的に減少される。

本発明の今一つの実施態様においては、その方法は機械
加工後に比較的高い表面炭素含量を必要とする用途に対
する改良した鍛造予備成形物を生産するために炭素勾配
を変更する段階を含む。炭素勾配は少なくとも０．０２
５ｍ（０，０１０インチ）の深さをＭしそれを越えても
炭素含量はｉｏ、１゜襲より多くは減じない平坦柩（ｐ
ｌａｔｅａｕ　）を生産するように改良される。（組成
は全体を通して重量％で与えられる）。この炭素勾配は
表面炭素含量を受容しうる水準以下に減じることな（機
械加工中に葉材の約０．０２５　ｃｍ　（０，０１，０
インチ）までの除去を許容する。本発明のこの特徴は粉
末金属から転り接触ベヤリング用のレース（ｒａｃｅ　
）の生産に特に重要であると思われるそれはこれらのレ
ースは比較的高い後研削表面硬度を要求する研削成面を
有するからである。

本発明に係わる焼結／浸炭法は全く通例のベルト−屋焼
結炉中で行なわれこれは予熱帯域、熱帯域、および冷却
帯域を含む。焼結および浸炭は同時に熱帯域中で行なう
。炭素勾配を熱帯域中での最初の浸炭中に得られるもの
から変えることを望む場合には熱帯域に直ぐ続いて短か
い拡散帯域を加えることができる。

予熱帯域中で冷圧予備成形物は熱せられてステアリン酸
亜鉛、ステアリン酸、およびワックスのような潤滑剤が
燃え尽くされ、これは予熱帯域の慣用機能である。

慣用の実施と対照的に、予熱帯域は通例のものよりも著
しく高い温度に維持して予備成形物を予め定めた焼結／
浸炭温度に急速に加熱する。さらに特に、予熱帯域は通
例の実施においては典屋的には８１６　’Ｃ（１５００
”Ｆ　）までの温度に加熱されるが、本発明に従えば１
０９６°０（２０００’Ｆ）もの高温度を使うことがで
きる。しかし、予熱帯域の温度は加工温度の光によって
測定されること属注意すべきである。従って、焼結／浸
炭温度を９５４°０（１７５０”’Ｆ’）に低める場合
には、予熱帯域中の温度もまた下げるべきである。予熱
帯域中の時間もまた減じる。通例の焼結の実施では予熱
帯域中の時間は約１５から６０分までと明記するが、本
発明に係わる予熱帯域中での時間は１゜分またはそれ以
下でよい。

予熱の後、予備成形物は熱帯域中に移動しその中で同時
に焼結されそして浸炭される。熱帯域は１０９６°Ｏ（
２０００”Ｆ　）よりも低い温度に保たれこれはこの型
の予備合金粉末に対して普通提示される温度よりも少な
くとも２７°Ｏ（５０’Ｆ’　）低い。熱帯域中では高
炭素ポテンシャルを有する雰囲気が使用される、即ち、
希望する表面炭素含量よりも高い炭素ポテンシャルを有
する雰囲気である。予備成形物は熱帯域中におよそ２０
分間保たれる。

本発明の一実施態様においては予備成形物は熱帯域から
第二冷却帯域に移動されその中で予備成形物は急速に冷
却（約５分以内に）してオーステナイト転移が始まって
浸炭中に得られる硬化層炭素勾配を凍結させる。予備成
形物は次いで第二冷却帯域中で約２６０°０（５０’Ｏ
”’Ｆ）より低い温度に冷却されて不利な酸化を防ぐ。

本発明の今一つの実施態様においては予備成形物は熱帯
域中で得られた炭素勾配の形状を変化させるために熱帯
域から拡散帯域に移動させる。拡散帯域は帯域を通って
移動する生成物によって熱せられそれによって進入時の
温度は熱帯域の温度におよそ等しい。拡散帯域は予備成
形物の温度がオーステナイト転移温度より下に下らない
ように断熱する。希望する炭素ポテンシャルの浸炭雰囲
気が拡散帯域中で維持される。その雰囲気は焼結／浸炭
帯域中の雰囲気から独立して管理されそして熱帯域の炭
素ポテンシャルよりも低くそして予備成形物の希望する
表面炭素含量に等しいか、または僅かに低い炭素ポテン
シャルを有する。予備成形物は拡散帯域中に約５分間ま
で保たれて少なくとも０．０２５ｃｒｎ（０，０１０イ
ンチ）の深さにまで延びそして約ｏ、ｉ　０　％よりも
多くない炭素含量波の平坦域を有する炭素勾配にまで変
化させる。

次いで予備成形物を第一冷却帯域中で急速に冷却してオ
ーステナイト化転移を開始させそしてそれによって硬化
層中の炭素勾配を凍結させる。その後、予備成形物を第
二冷却帯域を通って第一実施態様に関して記載したとこ
ろと類似の条件下で移動させる。

焼結／浸炭工程中の時間および温度の双方を減少させる
概念は通例の冶金学的原則と反対である。

時間および温度は焼結および浸炭工程に関して逆比例的
に関連すべきものと考えられている。即ち、もしも温度
が減小すると、時間は増加しなげればならず、そして逆
もまた同様である。

発明者等による研究は、この法則は、錬鉄材料の浸炭に
対しては適用されるが、冷圧した粉末金属圧縮粉の浸炭
に対しては総ての温度範囲に亘って適用されないことを
示した。発明者等は粉末金属予備成形物中の炭素の拡散
速度は増加しないが、８４６°Ｃから１０６６°Ｃ（１
５５０′ＪＦから１９５０’Ｆ）までの温度範囲に亘っ
てかなり一定であることを発見した。その上、そしてよ
り示唆的に、拡散速度＆！この温度範囲に亘って錬鉄材
料中の拡散速度よりも粉末金属予備成形物中で実質的に
高い。

１０６６°０（１９５０°Ｆ）より高い温度において拡
散速度は急速に増加し始めそして１０９６°Ｃ（２００
０′Ｆ’）以上において拡散速度は双方の材料に対して
ほとんど等しくなりそれゆえ低温度において達成した利
点は失なわれる。従って、本発明は約８４６°Ｃから約
１０６６℃（約１５５０″Ｆから約１９５０”Ｆ’）ま
での温度範囲に亘って操作するように立案される。

これらの研究の結果は第１図中に要約されこれは粉末金
属と錬鉄材料中の炭素の拡散速度と温度の関数として示
す。錬鉄材料における拡散速度は温度に対して予想され
るように、著しく左右されるが、粉末金属における拡散
速度は８４６°Ｏ−１０６６°０（１５５０’ＦＩ−１
９５０′Ｆ’）の温度範囲に亘って温度に対して無感覚
に近い。その上、粉末金属予備成形物中の拡散速度はこ
の温度範囲に亘って錬鉄材料中よりも実質的に高い。１
０６６’０（１９５０’Ｆ）以上において粉末金属中の
拡散速度は錬鉄材料中のものと同様にふるまうものと思
われる。

第１図中に例解された現象は焼結／浸炭法に対する若干
の著しい制約を和らげる。拡散速度に重大な低下を引き
起こすことなく温度を減じることができる。それ以上に
、比較的高い拡散速度を達成できるので、浸炭のだめの
時間を減じること力玉できる。この方法に対する時間お
よび温度は従ってこの方法の二つの残った目的、即ち酸
化物の還元と適切な焼結にだけ基づいて樹てることカー
できる。

鉄ベースの、予備合金にした粉末の製造における最近の
改良のために、酸化物水準は実質的に低減された。もし
もそのような改良が続けば、酸化物水準は鍛造した粉床
金属部品に対して指定さ肚る最高水率以下、即ち１００
０　ｐｐｍ　０２以下に低減できることが全く確実であ
ると思われる。この事が実現する場合には酸化物の還元
もまた無視できる。一方、温度は還元雰囲気と関連させ
て酸化物を要求される水準にまで減じうるように選ばれ
る。例えば、１０１　ＤｏＣ（１８５０’Ｆ）において
粉末中の酸化物は約９’００　ｐｐｍ　０２の水準にま
で減じることができこれは指定される最大値以下である
。その温度における時間もまたより低い酸化物水準によ
って出発する改良された粉末のために短縮することがで
きる。

上記に基いて、受容された実地が示すよりもより低い温
度とより短かい時間において満足すべき鍛造予備形成物
を生産することができた。その結果、鉄ベースの鍛造予
備成形物を還元し、焼結しそして浸炭するための新規の
方法が開発された。

この新規の方法はこれまでの公知の方法よりも著しく短
かい時間および低いエネルギー所要量において鍛造予備
成形物の生産が可能である。

この方法を実施するために使用する炉は、はとんどの部
分について、粉末金属部品工業において使われる型の慣
用の、ベルトＷの連続式炉である。

特殊の改良および特徴は下記のより詳細な炉の記述から
明らかになるであろう。

本発明の一実施態様に従えば、炉は四つの機能帯域に分
けられる。第４図中に示す略図を参照すれば、これらは
予熱帯域１０、焼結／浸炭法域１２、第一冷却帯域１４
および第二冷却帯域１６を営む。炉は電気的にまたはガ
スによって加熱することができ、加工物はそれを通って
連続的メツシュベルト上で移動する。炉はまた焼結／浸
炭帯域１２中に必要な浸炭雰囲気を維持するために必要
な給配管設備を有する。炉のその他の特徴は方法の記述
との関連で記載されるであろう。

予備合金にした鉄ベース粉末金属は最終鍛造部品と一般
に類似した形状を有する未加工鍛造予備成形物にまず冷
圧する。これは標準の粉末冶金実地に従って行なわれる
のでより詳細には記述しない。予備合金にした粉末はＡ
工５ｒ４６００シリーズと類似の高強度鉄ベース合金の
一つで予め測定した炭素含量０．１５と０．２５％の間
を一般に有する。前に注記したように、これらの粉末は
合金付加物を含みこれらは高温度と比較的長い加工時間
を要すると信じられる。好ましくは、粉末は商業的に達
成できる最低の酸化物含量、現在のところ１５００　２
５００　ｐｐｍ　ｏ２を有する。帝王したブリケットは
典型的には６．２　６．８１７ｃｍ３の密度を有する。

未加工鍛造予備成形物は炉の供給端上に積みそして予熱
帯域１０中に違ふ。予熱帯域中でワ゛ンクスおよび滑剤
を未加工予備成形物外に燃焼除去する。その上、予備成
形物は少なくとも焼結／浸炭温度に近い温度に急速に加
熱される。例えば、もしも１０６６°０（１９５０ｆｆ
）の焼結／浸炭温度を選ぶときは、予熱帯域は少なくと
も１ｏｉｏ’ｃ（１８５０’Ｆ）に熱せられそれによっ
て未加工予備成形物の温度はそれが予熱帯域を横切るま
でにはこの温度に近くなる。少なくとも毎分３０．５ｃ
ｒｎ（１２インチ）のベルト速度が維持されそれによっ
て各未加工予備成形物は約１０分よりも長くない時間予
熱帯域内に存在する。

予熱帯域内の雰囲気中にはワックス中の炭化水素のため
に高メタン含量が観察される。従ってカロ熱エレメント
上に炭素の煤が集まる傾向力１ある。

もしも電気的加熱エレメントを使う場合は、煤は結局短
絡を引き起こす。この問題を救うために、被覆した炭化
珪素加熱エレメント（グローバー）を予熱帯域に使用す
る。これらの加熱エレメントは通例の加熱エレメントよ
りも炭素浸透を受けにくい。後記するように焼結／浸炭
帯域においてもまた高メタン条件が存在するのでこの型
の加熱エレメントがそこでも同様に使はれる。

予熱の後、鍛造予備成形物は焼結／浸炭帯域１２中に移
動する。この帯域は慣用の焼結炉においては「熱」帯域
と称される。この帯域中で予備成形物は焼結され、浸炭
されそして還元される。

浸炭雰囲気、例えば、吸熱ガスは希望する表面炭素含量
よりも大きい炭素ポテンシャルを維持する。

しかし、その他の浸炭雰囲気も使用できることを認識す
べきである。例えば、もしも０，８５％−１，００％Ｃ
の表面炭素含量が要求されるならば、明記した温度にお
いてオーステナイト中の炭素の飽和水準までの炭素ポテ
ンシャルを焼結／浸炭帯域中に維持する；例えば１０６
６℃（１９５０’Ｆ）においておよそ１．９％である。

雰囲気の炭素ポテンシャルは、例えば、赤外線分析器を
使用して帯域内に一定の分析したメタン水準を維持する
ことを含めて多数の公知の方法によって管理することが
できる。焼結炉は設計および作業特性に変化があるため
、実験的にメタン水準と炭素ポテンシャルを相関連させ
ることが必要であろう、しかし一度この関連性が確立さ
れると標準の制御装置を使用して希望するメタン水準を
維持することは全く容易である。

焼結／浸炭帯域１２の温度は上限で１０９６°Ｃ（２０
００”Ｆ　）以下の温度に維持する。温度の下限は二つ
の主要考察事項を考慮して決める：即ち焼結した予備成
形物の強度および酸化物を受容できる水準に還元する能
力である。現在オＵ用できる粉末の酸化物水準のために
、酸化物を還元する能力はより制限的考慮である。現在
利用できる粉末をもってすれば、１０１０°０（１８５
０’Ｆ）より低い温度は推奨できない。もしも酸化物還
元を１０００　ｐｐｍ　ｏ２より充分低く保証するため
に１０６６°０（１９５０°Ｆ）の温度が選ばれるなら
ば、引き続（鍛造に対して適切な強度を有する予備成形
物が生産される。しかし、粉末の酸化物含量が出発粉末
中で減少していると、予備成形物強度限界は窮極的に温
度に対する低限な管理するであろう。いずれにしても、
我々の研究からこの方法に対する最適温度範囲は約８４
６°Ｃ−１０６６℃（１５５０°Ｆ−１９５０”Ｆ’）
であると我々は結論する。

雰囲気の高メタン含量に起因する煤発生の問題は、予熱
帯域中におけるように、被覆した炭化珪累加熱エレメン
トの使用によって避けられる。言及しなければならない
今一つの問題は雰囲気の一貫性である。焼結／浸炭帯域
中の高炭素ポテンシャルのために、この帯域を通して一
貫した雰囲気を維持することは困難である。−貫した雰
囲気は予期できる炭素勾配を生じるために必要であると
信じられる。従ってこの帯域は一貫した雰囲気を保証す
るために強制循還が必要であるとさらに信じられる。高
温度の水冷ファンが使われそして引制循還のためおよび
一貫した雰囲気を維持するために適切であることが判明
した。

鍛造予備成形物が焼結／浸炭帯域中に存在する時間は認
められている実地と比べて短かい。ベルト速度は少なく
とも毎分３０−５ｃｒｎ（１２インチ）であるから、こ
の帯域内の時間は２０分より長くはない。

記載した条件下で、雰囲気の炭素ポテンシャルよりも低
い表面炭素含量を有する硬化層炭素勾配を鍛造予備成形
物中に生成するが、それは希望する表面炭素含量におよ
そ等しい。炭素含量は表面から少なくとも０．０５０ｃ
ｒｎ（Ｄ、０２０インチ）の深さまで比較的一定に減少
しそれから後は炭素含量はよりおそい速度でそして非直
線的に心の炭素含量まで落ちる。第２図中の曲線Ａは焼
結／浸炭帯域中において生じるこの形状の炭素勾配の特
性である。

鍛造予備成形物の浸炭および酸化物の還元に加えて、予
備成形物は焼結される。焼結は時間と温度から独立する
けれども、適切な強度は受容できろ鍛造予備成形物を生
産するために記載した条件下で与えられることが判明し
た。

焼結／浸炭帯域の後、予備成形物は第一冷却帯域１４中
に移動しその中でそれは急冷されてオーステナイトの転
移が始まって熱帯域中で得られた炭素勾配が固定または
凍結する。希望する炭素勾配を得るために予備成形物の
炭素硬化層中θ）温度はオーステナイト転移温度より低
い温度におよそ５分よりも長くない時間内に引き下げね
ばならない。これは第一冷却区域の周りに水シャケ゛ノ
ドを備えることによって達成される。毎分３０．５ｃｎ
１（１２インチ）のベルト速度において、水ジャケット
はこの区域の最初の５フイ一ト以内にお〜＼てオーステ
ナイト転移温度よりも低い温度に減じるのに充分な冷却
を提供する。本発明のこの実施態様におい℃は、雰囲気
は別々に制御されフ゛工〜・カー、焼結／浸炭帯域から
流れる雰囲気によって構成される。一度炭素勾配が固定
されると、予備酸プ杉物は例れの速度においても希望す
る出口温度で冷却することができる。

第一冷却帯域の後鍛造予備成形物は第二予備帯域１６中
に移動する。第二冷却帯域は逐次的に残りの水ジャケッ
トを施した区域、旧制循還区域および今一つの水ジヤケ
ツト区域を含む。第二冷却帯域中において予備成形物は
約２６０°Ｃ（５００″Ｆ）よりも低い温度に徐々に冷
却する。もしも鍛造予備成形物が約２６０℃（５’ＯＯ
”Ｆ’）よりも高い温度において酸化雰囲気にさらされ
ると、受容できない酸化およびスケール発生が起きるで
あろう。

毎分３０．５ｃｍ（１２インチ）のベルト速度において
鍛造予備成形物は記載した方法によっておよそ８７分ま
たはそれ以下で与えられる。毎分１２インチを越えるベ
ルト速度も使用して成功した。

毎分２４分までの・ベルト速度が達成できると信じられ
る。本発明に従ってつくった鍛造予備成形物は引き続き
鍛造して優れた成功を得た。

本発明の今一つの実施態様、および第５図の参照におい
℃、焼結／浸炭帯域２０と第−冷却帯域２４との間に拡
散帯域２２を加える。炉の残余は第一実施態様に関して
記載したものと同一である。

即ち、それは予熱帯域１８および第二冷却帯域２６を同
様に含む。予備成形物を加工する方法もまた焼結／浸炭
帯域を同様に通すので反復記述は行なわない。拡散帯域
２２は焼結／浸炭帯域２０において得た炭素勾配を少な
くとも０．０２５　ｃｍ（０，０１０インチ）の深さに
まで延びる平坦域をつくることによって変更する。この
平坦域は高炭素の硬化層を生じこれは０．０２５σ（０
，０１０インチ）の深さまでの平面研削を許容するほど
充分深くしかもなお要求される表面炭素含量を維持し、
従って必要な表面硬度を維持する。

拡散帯域２２は熱損失を防ぐために断熱される炉区域を
含む。これは焼結設計において普通に使われる緩衝帯域
と類似の構造である。しかし、通例の焼結炉設計と異な
り、拡散帯域は雰囲気を制御するための手段を含む。拡
散帯域中の雰囲気は希望する表面炭素含量と同一または
僅かに下の炭素ポテンシャルを生じるように制御される
。典型的には、拡散帯域中の雰囲気の炭素ポテンシャル
は焼結／浸炭蛍域中の雰囲気の炭草ポテンシャルよりも
低い。Ａ工５Ｉ４６１８合金鋼に類似する予備合金にし
た粉末でつくった鍛造予備成形物を使用して行った試験
において、焼結／浸炭帯域の炭素ポテンシャルは１．２
％炭素以上の表面炭素含量を生じることを確立した。拡
散帯域２２中の尽囲気は１．００　％と１．１０％炭素
の間の表面における最終炭素含量を生じるように制御し
た。

第６図は予備成形物中の深さの関数としての炭素含量を
示すグラフである。曲線Ａは炉の焼結／浸炭帯域中に生
じる炭素勾配の典型である。即ち、炭素含量は予備成形
物の表面からおよそ０．０５０ｃｒｎ（０，０２０イン
チ）の深さまで比較的一定に減少しその後炭素含量は非
直線的に心の炭素含量に向って減少する。

拡散帯域にだいては予備成形物の表面においては希望す
る炭素言置を有しそし−Ｃおよそ０．０２５ｃ１ｎ（０
，０１０インチ）の深さまで延びそして約１０ポインｈ
（０，１％）よりも多くない炭素含量を有する平坦域を
生じるように変化させる。拡散帯域中で生じる典型的炭
素勾配は第６図の曲線Ｂによって示される。この炭素勾
配の特徴は鍛造後に例えば研削によって加工されるべき
ある釉の鍛造部品に対してよりよ（受容される。

拡散帯域を通って移動した後予備成形物は第一冷却帯域
２４中に入りそこで少なくとも炭素硬化層は約５分より
も長くない時間以内にオーステナイト転移温度以下に冷
却されて硬化層炭素勾配を凍結させる。予備成形物は次
いで第二冷却帯域２６中２０から２５分までの間に約２
６０　’Ｃ（５００’Ｆ）以下の温度にさらに冷却され
る。

概括すれば、本発明は粉末金属鍛造予備成形物をつくる
著しく改良した方法を提供する。本発明はそのような予
備成形物を現在用いられているものよりも実質的に少な
い時間と温度において生産することを可能にし、従って
生産原価を減小させる。しかし、本発明の一実施態様に
おいては、予備成形物中に改良した炭素勾配を生じさせ
これは予備成形物の引き続く機械加工を促進させる。

本発明は例解的方法で記述したそして使用した術語はむ
しろ限定ではなく記述用語の性質として意図したことは
云うまでもない。本発明の修正および変化はその中に含
まれる教示によって可能である。

【図面の簡単な説明】

添付した図面中の 第１　図ハフ　６００−１０９３°Ｃ（１４００〇−２
０００’Ｆ）の範囲の温度に亘って錬鉄および粉末′金
属予備成形品中の炭素の拡散速度における変化を示すグ
ラフであり； 第２図は本発明の第一実施態様に従った粉末金属予備成
形物中に得られる炭素勾配を示すグラフであり； 第６図は本発明の第二実施態様に従った粉末金属予備成
形物中に得られる炭素勾配を示すグラフであり： 第４図は本発明に係わる第一の焼結／浸炭方法の流れ図
であり；そして 第５図は本発明に係わる第二の焼結／浸炭方法の流れ図
である。 Ｉｍｎν）、γ、３′有六コ′、・に：こゴ１刀なし）
Ｆｉｇ、／ ；１坪−ぐ　　　　をン子７−１−ｔしくインチ）手続
補正書（自発） 昭静８　年／／月　２１ 特許庁長官殿 １、事件の表示 ｎ４１層８　年特許願第１４５６１８　　号３、補正を
する者 事件との関係　特許出願人 ５、補正命令の日付 昭和　　　　年　　　　月　　　　日 ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象　　　　　　　　　１ｊ　　−・′、。 明細書□　１１、・、 気、・パ 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和５ｉ年特許願第１倶夕１／ｉ　　号３、補正をする
者 事件との関係　持５′［出願人 住　　所 ４、代理人 ゛、−一−５」 ５、補正命令の日イ」 図面のｌ’ｌ’　；’、−１（内り：こ変更なし）８、
補正の内容　　別紙のとおり

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）予備合金にした、鉄ベースの粉末金属鍛造予備成
   形物を同時に焼結しそして浸炭する方法において、連続
   炉の予熱帯域中で潤滑剤が燃え尽きるのに要するものよ
   りも長くない時間予備成形物を予熱して焼結／浸炭温度
   に近い温度まで予備成形物の急速加熱を誘導し、同時に
   浸炭雰囲気中でそして希望する表面炭素含量よりも大き
   い炭素ポテンシャルを有する炉の熱帯域中において実質
   的に１０９６°Ｃ（２０００’Ｆ　）よりも低くそして
   大気の炭素ポテンシャルにおけるオーステナイト鉄中の
   炭素の溶解温度よりも高い範囲内の温度において、およ
   び酸化物を還元しそして希望する硬化層炭素含量にほぼ
   等しい表面炭素含量を有しそしてそれが約０．０５０画
   （０，０２０インチ）の深さまで比較的一定に減じてい
   る硬化層炭素勾配を予備成形物中に生じるのに十分な時
   間予備成形物を焼結しそして浸炭し、予備成形物を炉の
   第一冷却帯域中で硬化層中のオーステナイト相の転移が
   開始するだけ十分早い速度で冷却させそれによって硬化
   層炭素勾配を凍結させ、そして予備成形物を炉の第二冷
   却帯域中で約２６０℃（５００°Ｆ）よりも低い温度に
   さらに冷却し、それによって焼結しそして硬化層浸炭を
   した予備成形物が最短時間中にオーステナイト温度より
   も高い温度でそして約１０９ろ°０（２０００″″Ｅ？
   ′）よりも低い最高温度において生産される各段階を特
   徴とする方法。
2. （２）予備成形物を予熱帯域中で約１０分よりも長くな
   い時間予熱し、予備成形物が熱帯域中で２０分よりも長
   くない時間焼結しそして浸炭し、そして予備成形物を第
   一冷却帯域中でｔＪ５分の間冷却し、それによって焼結
   しそして硬化層が浸炭された予備成形物を生産すること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の方法。
3. （３）熱帯域中に雰囲気の循還を強制することを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）または（２）項に記載の方
   法。
4. （４）予備合金にした、鉄ペースの粉末金属鍛造予備成
   形物を同時に焼結しそして浸炭する方法において、連続
   炉の予熱帯域中で潤滑剤が燃え尽きるのに要するよりも
   長くない時間予備成形物を予熱して焼結／浸炭温度に近
   い温度にまで予備成形物の急速加熱を誘導し、同時に浸
   炭雰囲気中でそして希望する表面炭素含量よりも大きい
   炭素ポテンシャルを有する炉の熱帯域中において実質的
   に１０９３°Ｇ（２０００′Ｆ）よりも低くそして大気
   の炭素ポテンシャルにおけるにおけるオーステナイト鉄
   中の炭素の溶解温度よりも高い範囲内において、および
   酸化物を還元しそして希望する硬化層炭素含量にほぼ等
   しい表面炭素含量を有しそしてそれが約Ｑ、０５０ｃｒ
   ｎ（０，０２０インチ）の深さまで比較的一定に減じて
   いる硬化層炭素勾配を予備成形物中に生じるのに十分な
   時間予備成形物を焼結しそして浸炭し、進入時に熱帯域
   の温度とほぼ等しい温度を有しそして熱帯域からの距離
   と共に低下してオーステナイト温度よりも低（ない温度
   になる温度を有する炉の拡散帯域中において希望する表
   面炭素含量におけるまたはそれ以下の炭素ポテンシャル
   を有する浸炭雰囲気中において予備成形物の表面におい
   て希望する炭素含量を有しそしておよそ０．０２５ｍ（
   ０，０１０インチ）の深さにまで延びそして約１０ポイ
   ント（０，１０％　）よりも多くない炭素含量域を有す
   る炭素平坦域を有する最終硬化層炭層勾配を生じるのに
   十分な時間をかけて炭素勾配を変化させ予備成形物を炉
   の第一冷却帯域中で硬化層中のオーステナイト相の転移
   が開始するのに充分な速度で冷却しそれによって最終炭
   素勾配を前記の炭素平坦域の水準において凍結し、そし
   て予備成形物を炉の第二冷却帯域中で約５００１より低
   い温度までさらに冷却させる各段階を特徴とする方法。
5. （５）予備成形物を予熱帯域中で約１０分よりも長くな
   い時間予熱し、予備成形物を熱帯域中で２０分よりも長
   くない時間焼結しそして浸炭し、そして予備成形物を第
   一冷却帯域中で約５分間冷却し、それによって焼結しそ
   して硬化層浸炭した予備成形物な生産することを特徴と
   する特許請求の範囲第（４）項に記載の方法。
6. （６）熱帯域中に雰囲気の循還を強制することを特徴と
   する特許請求の範囲第（４）または（５）項に記載の方
   法。