JPS5940224B2 - 鋼製品の表面硬化法 - Google Patents
鋼製品の表面硬化法Info
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- JPS5940224B2 JPS5940224B2 JP55086988A JP8698880A JPS5940224B2 JP S5940224 B2 JPS5940224 B2 JP S5940224B2 JP 55086988 A JP55086988 A JP 55086988A JP 8698880 A JP8698880 A JP 8698880A JP S5940224 B2 JPS5940224 B2 JP S5940224B2
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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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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、鋼製品に耐摩耗性および耐疲労性を付与する
表面硬化法に関するものである。
表面硬化法に関するものである。
従来より、耐摩耗性や耐疲労性を必要とする鋼製品には
、窒化処理、浸炭焼入え、高周波焼入れなどの表面硬化
処理が施されているが、これらの表面硬化処理法にはそ
れぞれ一長一短がある。
、窒化処理、浸炭焼入え、高周波焼入れなどの表面硬化
処理が施されているが、これらの表面硬化処理法にはそ
れぞれ一長一短がある。
例えば、窒化処理は鋼の変態を利用しない硬化法である
ため、歪が少ない利点を有するが、通常の処理時間では
硬化層が浸炭焼入れや高周波焼入れに比べて浅く、深い
硬化層を得るにはＮＨ３ガス窒化法で１００時間以上の
長時間処理を必要としコストアップになるという欠点を
有している。したがつて、窒化処理の適用は低負荷の部
品に限られているのが現状である。また、浸炭焼入れで
は、深い硬化層が得られるが、高温からの焼入れによち
歪が大きいことや処理装置上の点では大型の鋼製品が処
理できないなどの問題がある。
ため、歪が少ない利点を有するが、通常の処理時間では
硬化層が浸炭焼入れや高周波焼入れに比べて浅く、深い
硬化層を得るにはＮＨ３ガス窒化法で１００時間以上の
長時間処理を必要としコストアップになるという欠点を
有している。したがつて、窒化処理の適用は低負荷の部
品に限られているのが現状である。また、浸炭焼入れで
は、深い硬化層が得られるが、高温からの焼入れによち
歪が大きいことや処理装置上の点では大型の鋼製品が処
理できないなどの問題がある。
一方、高周波焼入れは局部的な焼入れであることから部
品全体の焼入れよりも歪が比較的小さく、深い硬化層が
得られるが、鋼種によつては窒化や浸炭焼入れの場合の
ように高い表面硬さが得られない場合がある。上記のよ
うな各種処理法の欠点を補うために、ガスまたは塩浴窒
化処理後に高周波焼入れを行い、微細なＦｅ−Ｎ−Ｃ系
マルテンサイトを有した硬くて深い硬化層を形成する方
法が提案されている。
品全体の焼入れよりも歪が比較的小さく、深い硬化層が
得られるが、鋼種によつては窒化や浸炭焼入れの場合の
ように高い表面硬さが得られない場合がある。上記のよ
うな各種処理法の欠点を補うために、ガスまたは塩浴窒
化処理後に高周波焼入れを行い、微細なＦｅ−Ｎ−Ｃ系
マルテンサイトを有した硬くて深い硬化層を形成する方
法が提案されている。
しかるに、一般に窒化層は、最表面に形成される窒化鉄
（γ′−Ｆｅ４Ｎ、ε−Ｆｅ２−３Ｎ）よりなる化合物
層と窒素拡散層とにより構成され、化合物層は窒素拡散
層に比べて耐摩耗性が劣ることが知られている。そのた
め、上記処理法によると、窒化処理により生成した化合
物層と窒素拡散層からなる窒化処理層を有したものを高
周波焼入れするので、高周波焼入れ条件によつては処理
層が焼入れ処理による分解前よりもさらに脆くなつた分
解途中の化合物層の残留した組織となり、耐摩耗性が著
しく劣化したものとなる恐れがある。特に、歯車の歯部
、肉厚の薄い鋼製品においては、薄い表面硬化層を得る
ようにするため、高周波加熱時間をできるだけ短縮する
結果、分解途中の化合物層の残留の問題が顕著となるも
のであり、高周波焼入れによる化合物層の除去と焼入れ
深さとを独立して制御することは困難で表面硬化法とし
ては汎用性が狭い欠点を有する。そのほか、窒化処理後
の化合物層を除去する方法としては、液体ホーニング、
ラツピング処理などが考えられるが、いずれもコストが
大幅に上昇し、しかも作業者による除去量のバラツキが
大きく、品質が安定しないなどの不具合を有する。
（γ′−Ｆｅ４Ｎ、ε−Ｆｅ２−３Ｎ）よりなる化合物
層と窒素拡散層とにより構成され、化合物層は窒素拡散
層に比べて耐摩耗性が劣ることが知られている。そのた
め、上記処理法によると、窒化処理により生成した化合
物層と窒素拡散層からなる窒化処理層を有したものを高
周波焼入れするので、高周波焼入れ条件によつては処理
層が焼入れ処理による分解前よりもさらに脆くなつた分
解途中の化合物層の残留した組織となり、耐摩耗性が著
しく劣化したものとなる恐れがある。特に、歯車の歯部
、肉厚の薄い鋼製品においては、薄い表面硬化層を得る
ようにするため、高周波加熱時間をできるだけ短縮する
結果、分解途中の化合物層の残留の問題が顕著となるも
のであり、高周波焼入れによる化合物層の除去と焼入れ
深さとを独立して制御することは困難で表面硬化法とし
ては汎用性が狭い欠点を有する。そのほか、窒化処理後
の化合物層を除去する方法としては、液体ホーニング、
ラツピング処理などが考えられるが、いずれもコストが
大幅に上昇し、しかも作業者による除去量のバラツキが
大きく、品質が安定しないなどの不具合を有する。
本発明はかかる点に鑑み、鋼製品にイオン窒化処理もし
くはイオン浸炭窒化処理を施して該鋼製品の表面に化合
物層と窒素拡散層とからなる窒化処理層を形成した後、
イオンスパツタリングを行い前記窒化処理層の化合物層
を除去して鋼製品の表面に窒索拡散層のみを形成し、次
いで高周波焼入れを行つて鋼製品の表面に良好な硬化層
を形成する鋼製品の表面硬化法を提供し、前記従来の欠
点を解消するものである。すなわち、本発明力法におい
ては、第１工程として鋼製品の表面に化合物層と窒素拡
散層とからなる窒化処理層を形成するために、イオン窒
化処理もしくはイオン浸炭窒化処理を施すものである。
くはイオン浸炭窒化処理を施して該鋼製品の表面に化合
物層と窒素拡散層とからなる窒化処理層を形成した後、
イオンスパツタリングを行い前記窒化処理層の化合物層
を除去して鋼製品の表面に窒索拡散層のみを形成し、次
いで高周波焼入れを行つて鋼製品の表面に良好な硬化層
を形成する鋼製品の表面硬化法を提供し、前記従来の欠
点を解消するものである。すなわち、本発明力法におい
ては、第１工程として鋼製品の表面に化合物層と窒素拡
散層とからなる窒化処理層を形成するために、イオン窒
化処理もしくはイオン浸炭窒化処理を施すものである。
イオン窒化処理としては、１〜１０Ｔ０ｒｒ程度の減圧
状態にして且つＮ２とＨ２との混合処理ガス雰囲気とし
た処理炉内に鋼製品を装入し、この鋼製品を陰極として
グロー放電を発生させ、４５０〜５８０℃の処理温度に
て放電窒化処理を行うものである。また、イオン浸炭窒
化処理は処理ガスにＣＨ４などの炭化水素系ガスを含む
浸炭性ガスを添加し、その他はイオン窒化処理と同様に
行うものである。上記窒化処理により、各処理条件に応
じて所定の厚さの化合物層と窒素拡散層とからなる窒化
処理層が形成される。次に、第２工程として施すイオン
スパツタリングは、上記イオン窒化処理（イオン浸炭窒
化処理）に引続いて、処理炉内への窒化用処理ガスの供
給を停止し、この処理炉内圧力を１０−２Ｔ０ｒｒ以下
に排気して上記窒化用処理ガスを排出した後、今度はＨ
２，Ａｒなどの不活性ガスを導入し、１０−１〜１０Ｔ
０ｒｒ程度の圧力とする。
状態にして且つＮ２とＨ２との混合処理ガス雰囲気とし
た処理炉内に鋼製品を装入し、この鋼製品を陰極として
グロー放電を発生させ、４５０〜５８０℃の処理温度に
て放電窒化処理を行うものである。また、イオン浸炭窒
化処理は処理ガスにＣＨ４などの炭化水素系ガスを含む
浸炭性ガスを添加し、その他はイオン窒化処理と同様に
行うものである。上記窒化処理により、各処理条件に応
じて所定の厚さの化合物層と窒素拡散層とからなる窒化
処理層が形成される。次に、第２工程として施すイオン
スパツタリングは、上記イオン窒化処理（イオン浸炭窒
化処理）に引続いて、処理炉内への窒化用処理ガスの供
給を停止し、この処理炉内圧力を１０−２Ｔ０ｒｒ以下
に排気して上記窒化用処理ガスを排出した後、今度はＨ
２，Ａｒなどの不活性ガスを導入し、１０−１〜１０Ｔ
０ｒｒ程度の圧力とする。
この雰囲気において再び鋼製品に負電圧を印加してグロ
ー放電を発生させ、鋼製品の表面温度を放電加熱により
４５０〜５８０℃まで昇温させる。このイオンスパツタ
リングにより前記窒化処理層のうち最表面の化合物層の
みを除去する。尚、上記イオンスパツタリングにおいて
、圧力が１０−１Ｔ０ｒｒを越えた高真空とすると共に
、処理温度が５８０℃を越えた高温度で処理すると、窒
化処理層の化合物層の除去のみならず、窒素拡散層にま
で脱窒、脱炭が及ぶので好ましくない。
ー放電を発生させ、鋼製品の表面温度を放電加熱により
４５０〜５８０℃まで昇温させる。このイオンスパツタ
リングにより前記窒化処理層のうち最表面の化合物層の
みを除去する。尚、上記イオンスパツタリングにおいて
、圧力が１０−１Ｔ０ｒｒを越えた高真空とすると共に
、処理温度が５８０℃を越えた高温度で処理すると、窒
化処理層の化合物層の除去のみならず、窒素拡散層にま
で脱窒、脱炭が及ぶので好ましくない。
また、本発明力法の第３工程は、上記イオンスパツタリ
ングにより化合物層を除去して窒素拡散層のみからなる
窒化処理層を形成した鋼製品を、高周波焼入れ装置によ
り高周波焼入れ処理し、さらに硬くて深い硬化層を得る
ものである。この高周波焼入れの処理条件は、従来より
常用されている範囲で実施される。次に、本発明方法に
より、３％ＣｒＭＯ鋼製の舶用歯車の表面硬化処理を行
つた例を説明する。
ングにより化合物層を除去して窒素拡散層のみからなる
窒化処理層を形成した鋼製品を、高周波焼入れ装置によ
り高周波焼入れ処理し、さらに硬くて深い硬化層を得る
ものである。この高周波焼入れの処理条件は、従来より
常用されている範囲で実施される。次に、本発明方法に
より、３％ＣｒＭＯ鋼製の舶用歯車の表面硬化処理を行
つた例を説明する。
実施した第１工程〜第３工程の各処理条件を次に示す。
Ａ第１工程・・・イオン窒化処理 （１）処理圧力 ３Ｔ０ｒｒ （２）ガス組成 Ｎ２：Ｈ２＝３：１ （３）処理温度 ５７０℃ （４）処理時間 ６ｈｒ Ｂ第２工程・・・イオンスパツタリング （１）処理圧力 １Ｔ０ｒｒ （２）ガス組成 Ｈ２ （３）処理温度 ５７０ｒＣ （４）処理時間 １ｈｒ Ｃ第３工程・・・高周波焼入れ （１）装置 真空管式発振器（１００ＫＨｚ．．，８０
Ｋの加熱電圧１０ＫＶ、加熱電流４．５Ａ（２）保持時
間 ５秒 （３）焼入れ 油焼入れ （４）焼戻し ２００℃，２ｈｒ空冷 上記処理条件による表面硬化処理後の前記鋼製歯車にお
ける歯部ピツチ円上の断面硬さの推移を測定した結果を
第１図に示す。
Ａ第１工程・・・イオン窒化処理 （１）処理圧力 ３Ｔ０ｒｒ （２）ガス組成 Ｎ２：Ｈ２＝３：１ （３）処理温度 ５７０℃ （４）処理時間 ６ｈｒ Ｂ第２工程・・・イオンスパツタリング （１）処理圧力 １Ｔ０ｒｒ （２）ガス組成 Ｈ２ （３）処理温度 ５７０ｒＣ （４）処理時間 １ｈｒ Ｃ第３工程・・・高周波焼入れ （１）装置 真空管式発振器（１００ＫＨｚ．．，８０
Ｋの加熱電圧１０ＫＶ、加熱電流４．５Ａ（２）保持時
間 ５秒 （３）焼入れ 油焼入れ （４）焼戻し ２００℃，２ｈｒ空冷 上記処理条件による表面硬化処理後の前記鋼製歯車にお
ける歯部ピツチ円上の断面硬さの推移を測定した結果を
第１図に示す。
この第１図には、比較のためイオン窒化処理ならびに高
周波焼入れのみの場合の測定結果も示す。第１図から明
らかなように、本発明方法による表面硬化処理を施した
ものは、表面の硬さはイオン窒化処理のみのものより低
いが、表面から少し内部に人つた部位ではイオン窒化処
理ならびに高周波焼入れのみのものに比べて硬さが高く
、硬化層も深く形成されている。
周波焼入れのみの場合の測定結果も示す。第１図から明
らかなように、本発明方法による表面硬化処理を施した
ものは、表面の硬さはイオン窒化処理のみのものより低
いが、表面から少し内部に人つた部位ではイオン窒化処
理ならびに高周波焼入れのみのものに比べて硬さが高く
、硬化層も深く形成されている。
次に、上記例同様の処理条件による本発明表面硬化処理
を機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）に施し、断面組織を解
析して未分解の化合物層の厚さを測定した結果を第２図
に示す。
を機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）に施し、断面組織を解
析して未分解の化合物層の厚さを測定した結果を第２図
に示す。
この第２図には、比較のため塩浴窒化処理後高周波焼入
れした場合の測定結果も示す。第２図によれば、塩浴窒
化処理後高周波焼入れしたものでは、高周波加熱時間が
短い場合には未分解の化合物層が分解途中のまま残留し
ているのに対し、本発明方法による表面硬化処理を行つ
たものでは、高周波焼入れ前にイオンスパツタリングに
より化合物層が除去されていて、化合物層が全く残留し
ていないことが確認できた。
れした場合の測定結果も示す。第２図によれば、塩浴窒
化処理後高周波焼入れしたものでは、高周波加熱時間が
短い場合には未分解の化合物層が分解途中のまま残留し
ているのに対し、本発明方法による表面硬化処理を行つ
たものでは、高周波焼入れ前にイオンスパツタリングに
より化合物層が除去されていて、化合物層が全く残留し
ていないことが確認できた。
従つて、以上の如き本発明表面硬化法によれば、イオン
窒化処理もしくはイオン浸炭窒化処理により鋼製品の表
面に化合物層と窒素拡散層とからなる窒化処理層を形成
した後、イオンスパツタＩｉングを行つて化合物層を除
去し、鋼製品に窒素拡散層のみを形成させるようにした
ことにより、後に高周波焼入れを施した際に、脆い化合
物層を残留させることなく微細で硬いＦｅ−Ｎ−Ｃ系マ
ルテンサイトが生成し、硬化層も深くなるために、鋼製
品に優れた耐摩粍性および耐疲労性を付与することがで
きる。
窒化処理もしくはイオン浸炭窒化処理により鋼製品の表
面に化合物層と窒素拡散層とからなる窒化処理層を形成
した後、イオンスパツタＩｉングを行つて化合物層を除
去し、鋼製品に窒素拡散層のみを形成させるようにした
ことにより、後に高周波焼入れを施した際に、脆い化合
物層を残留させることなく微細で硬いＦｅ−Ｎ−Ｃ系マ
ルテンサイトが生成し、硬化層も深くなるために、鋼製
品に優れた耐摩粍性および耐疲労性を付与することがで
きる。
また、イオン窒化処理もしくはイオン浸炭窒化処理によ
り窒化層を形成するようにしたことにより、その処理時
間の短縮化が図れ、しかも、イオンスパツタリングによ
る化合物層の除去も同一処理炉内で簡単に行うことがで
き、処理コストの低減化と安定した処理が行える利点を
有する。
り窒化層を形成するようにしたことにより、その処理時
間の短縮化が図れ、しかも、イオンスパツタリングによ
る化合物層の除去も同一処理炉内で簡単に行うことがで
き、処理コストの低減化と安定した処理が行える利点を
有する。
第１図は本発明による表面硬化処理を施した歯車のピツ
チ円上の断面硬さの推移を測定した結果を、イオン窒化
処理ならびに高周波焼入れのみのものと比較して示す実
験結果図、第２図は同じく本発明による表面硬化処理を
施した後の鋼製品の残留化合物層の厚さと高周波加熱時
間との関係を、従来の塩浴窒化処理後高周波焼入れした
ものの場合と比較して示す実験結果図である。
チ円上の断面硬さの推移を測定した結果を、イオン窒化
処理ならびに高周波焼入れのみのものと比較して示す実
験結果図、第２図は同じく本発明による表面硬化処理を
施した後の鋼製品の残留化合物層の厚さと高周波加熱時
間との関係を、従来の塩浴窒化処理後高周波焼入れした
ものの場合と比較して示す実験結果図である。
Claims (1)
- １ 鋼製品にイオン窒化処理もしくはイオン浸炭窒化処
理を施して該鋼製品の表面に化合物層と窒素拡散層とか
らなる窒化処理層を形成した後、イオンスパッタリング
を行い前記窒化処理層の化合物層を除去して鋼製品の表
面に窒素拡散層のみを形成し、次いで高周波焼入れを行
つて硬化層を形成することを特徴とする鋼製品の表面硬
化法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55086988A JPS5940224B2 (ja) | 1980-06-25 | 1980-06-25 | 鋼製品の表面硬化法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55086988A JPS5940224B2 (ja) | 1980-06-25 | 1980-06-25 | 鋼製品の表面硬化法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5713171A JPS5713171A (en) | 1982-01-23 |
| JPS5940224B2 true JPS5940224B2 (ja) | 1984-09-28 |
Family
ID=13902238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55086988A Expired JPS5940224B2 (ja) | 1980-06-25 | 1980-06-25 | 鋼製品の表面硬化法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5940224B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112795865A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-14 | 南京航空航天大学 | 一种300m钢表面耐磨碳氮共渗层及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5514839A (en) * | 1978-07-14 | 1980-02-01 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Treating method for ion nitriding |
-
1980
- 1980-06-25 JP JP55086988A patent/JPS5940224B2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5514839A (en) * | 1978-07-14 | 1980-02-01 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Treating method for ion nitriding |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5713171A (en) | 1982-01-23 |
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