JPS62235463A

JPS62235463A - 高合金鋼製部材のガス窒化方法

Info

Publication number: JPS62235463A
Application number: JP7884686A
Authority: JP
Inventors: Junzo Hasegawa; 長谷川　準三; Takeo Ogasawara; 小笠原　武夫; Yoshihiro Oishi; 大石　芳宏; Munehisa Matsui; 宗久松井; Kazuyuki Nakanishi; 和之中西; Takatoshi Suzuki; 隆敏鈴木
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1986-04-04
Filing date: 1986-04-04
Publication date: 1987-10-15

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】［産業上の利用分野］本発明は、クロム、ニッケル及びそれらの混合物の少な
くと５一方を重量％で１０％以上含有する高合金鋼製部
材をガス窒化するガス窒化方法に関する。

［従来の技術］高合金鋼製部材の耐摩耗性、疲労強度を向上させるため
従来より、高合金鋼製部材にガス窒化処理がなされてい
る。

しかしながら、クロム、ニッケル及びそれらの混合物を
重量％で１０％以上含有する高合金鋼製部材はガス窒化
されにクク、そのため、アンモニアガスを主体とする雰
囲気中でガス窒化を行なうにあたっては処ｌ！！！温度
を５００〜６１０℃以上と高温にし長時間加熱保持しな
ければならなかった。

そこで近時、窒化されにくい上記高合金鋼製部材をガス
窒化するにあたっては、グロー放電によって窒素をイオ
ン化づるイオン窒化法が採用されているが、必ずしも充
分ではなく、例えば方向性が生じるといった不具合があ
り、部材全体をガス窒化する場合には窒化処理を何回も
繰り返ず必要があった。

［発明が解決しようとする問題点］本発明は上記した実情に鑑みなされたちのであり、その
目的は、クロム、ニッケル及びそれらの混合物の少なく
と一方を１０％以上含有する高合金鋼製、ｌｌ！Ｉ祠の
窒化を促進しうる高合金鋼￥Ｊ部材のガス窒化方法を提
供するにある。

［問題点を解決するための手段コ本発明者は、高合金ＷＡ製部材のアンモニアガスによる
ガス窒化方法について鋭意研究した結果、高合金ＩＪＡ
製部材の表面の少なくとも一部分を鉄酸化物とした状態
で、アンモニアガスを主体とする雰囲気中で窒化処理を
行えば、高合金鋼製部材の表面部で発生期の窒素の濃度
が高くなり、そのため窒化が促進され、従来のガス窒化
温度よりも低い温度であっても、又従来のガス窒化時間
にりも短い時間であっても、窒化が能率良く行われるこ
とを発見した。この理由は、必ずしも明らかではないが
、アンモニアガスの分解が鉄酸化物により促進され、高
合金鋼Ｉｌｌ材の表面部付近で発生１！１」の窒素の濃
度が高くなることによると推察される。

本発明はこの発見に基づいてなされたものである。

即ち、本発明に係る高合金鋼製部材のガス窒化方法は、
クロム、ニッケルおよびそれらの混合物のいずれか一方
を重量％で１０％以上含有する高合金鋼製部材と鉄酸化
物とを共存させる第１工程と、アンモニアガスを主体とする雰囲気中で該鉄酸化物が共
存した状態で該高台金鋼製部材の少なくとも一部の表ｒ
ＪｒＪ部を窒化する第２工程とを順に実施することを特
徴とするものである。

本発明で処理する高合金鋼製部材は、クロム、ニッケル
及びそれらの混合物の少なくとも一方を酊吊％で１０％
以上含有する部材である。ここで代表的な高合金１１製
部材の組成は、■吊％でクロム１１〜２６％、ニッケル
３〜２２％、ＣＯ，Ｏ３％以下、Ｓ＋１％以下、その他
用途によりＭｏ。

Ｃｕ、Ｔｉ等少吊、残部鉄である。又代表的な高合金１
４製部材としては、マルエージング鋼で形成したＣＶＴ
ベルト用フープがある。マルエージング鋼の組成は、Ｃ
ｏ、０３％以下、Ｍｎ０．１％以下、ｓ＋　ｏ、　１％
以下、Ｎ：１７〜２６％、ＭＯ６％以下、００１０％以
下、Ｔｉ０．１５〜１゜６％、六叉０．０５〜０．３５
％、他微邑元素２ｒ　、　Ｃｂ　、残部鉄である。

第１工程では、高合金鋼製部材と鉄酸化物とを共存させ
る。共存さゼるにあたっては、高合金鋼製部材の少なく
とも一部の表面部に鉄酸化物を形成したり又は近接させ
たりして行うことができる。

場合によっては、高合金鋼製部材の表面部に鉄酸化物を
直に接触させてもよく、また粉末状の鉄酸化物を吹き上
げる流動層の内に高合金鋼部材を保持してもよい。高合
金鋼製部材の表面部に鉄酸化物を形成する場合には、高
合金ｔｆ４ｙＪ部材を酸化雰囲気下で加熱し、これによ
り高合金鋼製部材の少なくとも一部の表面部に鉄酸化膜
を形成することにより行うことができる。高合金鋼製部
材の少な（とも一部の表面部に鉄酸化膜を形成する場合
には、鉄酸化膜の厚みは３μｍ以下でよく、特に１μｍ
以下が好ましく、加熱温度は４００〜６００℃、加熱時
間は１０〜６０分間程度が好ましい。

鉄酸化物を高合金鋼製部材の少なくとも一部の表面部に
近接する場合には、表面に鉄酸化膜をもつ部材と高合金
鋼製部材とを近接させて配置することにより行うことが
できる。近接させる場合には、部材の鉄酸化膜と高合金
鋼製部材との間の距離を０．１〜１０ｆｆｌＩＩｌにす
ることができる。高合金鋼製部材の肉厚が薄い場合、例
えば肉厚が０．１〜５Ｉの場合には、上記のように近接
させるとよい。

このように近接させれば、高合金鋼製部材自体を酸化さ
せずともよいので、高合金鋼製部材の酸化による損耗を
抑えることができる。又、上記した第１工程は、高合金
鋼製部材を熱処理炉内に装入した状態でかつ酸化性ガス
の存在下で熱処１ｑ！炉内を加熱し、高合金鋼製部材の
少なくとも一部の表面部に鉄酸化膜を形成して行うこと
ができる。このようにすれば、高合金鋼製部材の表面部
に鉄酸化膜を形成すると共に、熱処理炉の内壁部も酸化
させて該内壁部に鉄酸化物を形成することもできる。従
って鉄酸化物の割合が多くなり、高合金鋼製部材が大型
の場合や高合金鋼製部材の数が多聞の場合であっても容
易に窒化処理をづることができる。

第２工程では、処理温度を例えば４００〜４８０℃とし
、アンモニアガスを主体とする雰囲気中で、鉄酸化物が
共存した状態で高合金鋼製部材の少なくとも一部の表面
部を窒化する。上記処理温度では加熱保持時間は目的と
する窒化層の厚さにより１０分〜４時間程度とすること
ができる。窒化処理を行う雰囲気はアンモニアガスを主
体とする。アンモニアガスの熱処理炉内における滞留時
間は発生１！！ｊの窒素の利用を高めるという意味では
、１０〜３６００秒程度が好ましい。この場合、アンモ
ニアガスの分解率は０．５〜４％程度である。

上記のように第２工程を実施すると、高合金鋼）ツ部材
の表面部に窒化物層が形成され、そのため、高合金鋼製
部材の表面部に高い圧縮残留応力が付与される。この窒
化物層の深さは通常Ｑ、１ｍｍ以下であり、その硬さは
ＳＵＳの一部はＨｖ　７００〜８００であるがほとんど
の部材はＨＶ９００〜１０００１度であり、このときの
圧縮残留応力の値は３０〜１５０ｋｑ／ｆｆ１１である
。

［発明の効果］以上説明した本発明に係るガス窒化方法では、アンモニ
アガスによる窒化が促進される。そのため窒化処理温度
は４００〜５００℃とすることができる。よって従来の
クロム、ニッケル及びそれらの混合物のいずれか一方を
重量％で１０％以上含有する高合金鋼製部材のガス窒化
方法の場合の窒化処理温度（５００〜６１０℃）に比べ
て低い。

従ってそれだけ高合金鋼製部材の変形を抑制することが
できる。

又本発明に係る窒化方法では、窒化が促進されるため、
第２工程で窒化に要する時間も短縮することができ、例
えば１０分〜４時間とすることができる。又、本発明に
係る窒化温度を通常の処理温度である５００〜６１０℃
にした場合には、第２工程で窒化に要する時間は１時間
以下とすることができる。

なお、通常、窒化しやづい炭素鋼、合金鋼および工具鋼
においても、鉄酸化層の厚さを本発明の通りに行えば本
発明は迅速窒化方法として使用できる。

［実施例１本発明に係るガス窒化方法について各実施例に従って説
明する。

（第１実施例）本発明の第１実施例を第１図に示す。第１実施例では、
第１工程として、Ｊ　ｌＳ−８ＬＪＳ６３１製の部材５
を酸化雰囲気中で５８０℃で１時間加熱して、部材５の
表面部に鉄酸化膜を形成した。

ここで部材５の組成は、重量％でクロム１８％、ニッケ
ル７％、不可避の不純物、残部鉄である。

又部材５の形状であり、その大ぎさは厚み５１、内周長
２１４１１調である。

そして、第２工程として、その部材５を内寸法３５０ｍ
ｍｘ　３５０ｍｍ、　高さ３００　ｍｍの処理箱１の中
に挿入し、処ＪＩｐ箱１内の台４の上に伐せる。更にバ
ッキング材２を介してＭ３をボルト３０により５１！１
１１！箱１に取着する。その復アンモニアガス（ＮＨ３
）ガスを供給バイブロより処理箱１内に供給し、処理箱
１内の空気を排出バイブ７より排気して、処ＦＩ！箱１
内の空気をアンモニアガスに置換する。その後、図示し
ない炉に処理箱１を装入し、４４０℃で３時間加熱保持
し、以て部材５の表面部を窒化した。このとき、処理箱
１内に供給されるアンモニアガスは、背圧０．０３ｋｇ
／ｃｍ２で、処理箱１内の滞留時間が２５秒となるよう
に送られる。このときアンモニアガスの分解率は１％で
あった。上記のような窒化処理により、部材５の表面部
に深さ１５μ−程度の窒化物層が形成された。その結果
部材５の硬さはＨｖ７３０程度であった。

（第２実施例）本発明の第２実施例を第２図に示す。本実施例では、Ｊ
　ｌ５−８ＵＳ３０４で作製した台４１、蓋４２、外カ
バー４３をあらかじめ５８０℃で酸化雰囲気中（空気中
）で１時間加熱して、その台４１、蓋４２、外カバー４
３の表面に鉄酸化膜を形成した。なお、台４１の突部４
１ａおよび外カバー４３には、アンモニアガスを流通さ
せる孔が形成されている。そして、肉厚０．１７１ｍの
マルエージング鋼製のフープ形状の部材５０と台４１の
凸部４１ａとの間の間隔、フープ形状の部材５０と外カ
バー４３との間隔が０．５〜１．Ｑｍｍの間隔になるよ
うに、フープ形状の部＋４５０をセットした。ここで部
材５０の組成は重邑％で、ニッケル１７．８％、５−９
ン０．４８％、Ｍｏ４．７６％、Ａｉｘ、０８％、不可
避の不純物、残部鉄である。

そしてフープ形状の部材５０を台４１、蓋４２、外カバ
ー４３とともに４４０℃で３時間加熱保持して第１実施
例と同様な条件で第２工程を行い、部材５０の表面部を
窒化した。この場合、台４１と接するフープ形状の部材
５０の下端部も窒化された。なお、ＥＰＭＡによって、
部材５０の表面から内部への窒素（Ｎ）、チタン（Ｔｉ
　）および酸素（０）の分布状態を測定し、その測定結
果を第３図に示す。

第３図に示すように、部材５０の表面から深さ２０μま
でが窒化物層とされ、窒化物層の中には酸素濃度の高い
部分はみられず、窒化物層には酸化物がないことがわか
る。部材の表面圧縮残留応力Ｇま１２９　ｋｌ’１ｌｌ
ｌｌ１２であった。比較条件として第２工程を４２０℃
で１時間３０分処理した場合には、窒化層厚さが８〜１
０μｍで、表面圧縮残留応力的６０　ｋ（＋／　ｌ１ｌ
Ｉ０２であった。また、４４０℃で６時間処理したもの
は板厚中心部まで窒化し、Ｘ線応力測定では表面の残留
応力測定ができなかった。本部材はベルトとして使用す
るため、いずれの条件でも窒化層は得られたが適正条件
！！囲とならなかった。

（第３実施例）本発明の第３実施例を第４図に示す。第３実施例は、処
理箱１の内壁面および台４を部材５とともに酸化した例
である。即ち、第１工程として、処理箱１内にセットし
た台４の上にＪ　１ｓ−８Ｕ３３０４￥Ｊの部材５を置
き、バッキング材２を介して蓋３をボルト３０により処
理箱１に装着する。

そして、アンモニアガスの供給バイブロに設置しである
停止弁９と、真空吸引ポンプ８に接続された停止弁１１
を閉じ、アンモニアガスの排出管７の停止弁１０を開放
し、炉１２内に装入する。その後４４０℃に昇温しなが
ら、処理箱１の内壁面、台４および部材５をともに酸化
させ、これに−二り鉄酸化膜を形成する。そして昇温し
た後、直らにあるいは３０分間保持した後、停止弁１０
を閉じ、停止弁１１を開放して真空吸引ポンプ８により
処Ｊ！！箱１内の空気を吸引し、これにより処理箱１内
の空気を排気する。その後停止弁１１を閉じて、停止弁
９および停止弁１０を圓放し、第１実施例の場合と同じ
条件で第２工程を行った。本実施例では、処理箱１の内
壁面、台５にも鉄酸化膜が形成されているため、鉄酸化
物の割合が増し、そのためアンモニアガスの分解を一層
促進し１！７、につて窒化を促進させうる。

（第４実＆ｌｌｉ！＞本発明の第５実施例を第５図に示す。本実施例は連続炉
１１０を用いることを特色とする。連続炉１１０は、酸
化室１１１、窒化室１１２、後処連室１１３とからなる
。酸化室１１１、窒化室１１２、後処理ｖ１１３はそれ
ぞれカーテンウオール１４０により区切られている。そ
して処３１１１９０の中に入れた高合金鋼製部材は連続
炉１１０の入口から送りローラ１８０により酸化室１１
１に移送される。そして酸化室１１１内のヒータ１７０
により処理箱１９０内の部材を５５０℃に加熱し、これ
により部材の表面に鉄酸化膜を形成する。その後処理箱
１９０は送りローラ１８０により窒化室１１２へ移送さ
れる。そして、処理箱１９０内の部材は、窒化室１１２
のヒータ１７１により第１実施例の場合と同じ条件で即
ち４４０℃で３時間加熱保持される。このとぎ、アンモ
ニアガス供給管１５０からアンモニアガスが窒化室１１
２内に送られ、排出管１５１から排出される。

なお、窒化室１１２には回転翼１３０が設けられており
、そして窒化室１１２内の温度およびアンモニアガスの
分布を均一にするため、回転！１１３０を回転駆動させ
る。窒化後は、送りローラ１８０により、処理箱１９０
内の部材は後処理室１１３に移送される。ここでアンモ
ニアガスあるいはアルゴンガスなどの不活性ガスが供給
管１６０から（り処理室１１３内に送られ、処理箱１９
０内の部材は後処理室１１３内で１５０℃以下になるま
で冷却される。このように連続炉１１０を用いた第４実
施例では、高合金鋼製部材のガス窒化処理を連続的に行
うことができるため、天吊生産に適する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の各実施例を示し、第１図は処
理炉内に高合金鋼製部材を装入した状態を示す第１実施
例に係る縦断側面図であり、第２図は高合金ｕＡ製部材
に鉄酸化膜を近接させた状態を示す第２実施例に係る要
部の［断側面図であり、第３図ｔよ第２実施例の高合金
１製部材の表面部の濃度分布を示すグラフであり、第４
図は処理炉内に高合金！１１１部材を収納した状態の第
３実施例に係るｆＩｔＩｉ側面図であり、第５図は連続
炉を用いてガス窒化する状態の第４実施例に係る縦断側
面図である。図中、１は処理箱、４は台、４１は台、４２は蓋、４３
は外カバー、５および５０は部材（高合金鋼製部材）、
１９０は処理箱、１１０は連続炉、１１１は酸化室、１
１２は窒化室、１１３は後処理室をそれぞれ示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）クロム、ニッケルおよびそれらの混合物のいずれ
か一方を重量％で１０％以上含有する高合金鋼製部材と
鉄酸化物とを共存させる第１工程と、アンモニアガスを
主体とする雰囲気中で該鉄酸化物が共存した状態で該高
合金鋼製部材の少なくとも一部の表面部を窒化する第２
工程とを順に実施することを特徴とする高合金鋼製部材
のガス窒化方法。
（２）第２工程における処理温度は４００〜５００℃で
ある特許請求の範囲第１項記載の高合金鋼製部材のガス
窒化方法。
（３）第１工程は、高合金鋼製部材を酸化雰囲気下で加
熱して高合金鋼製部材の少なくとも一部の表面部に鉄酸
化膜を形成することにより行われる特許請求の範囲第１
項記載の高合金鋼製部材のガス窒化方法。
（４）第１工程を、高合金鋼製部材を窒化熱処理炉内に
装入した状態でかつ酸化性雰囲気の下で該窒化熱処理炉
内を加熱して、該高合金鋼製部材の少なくとも一部の表
面部に鉄酸化膜を形成し引続いて該窒化熱処理炉内をア
ンモニアを主体としたガスで置換して第２工程の窒化処
理を連続して行う特許請求の範囲第２項記載の高合金鋼
製部材のガス窒化方法。
（５）第１工程は、鉄酸化膜をもつ部材と高合金鋼製部
材とを近接させて配置することにより共存させる特許請
求の範囲第１項記載の高合金鋼製部材のガス窒化方法。
（６）高合金鋼製部材は、肉厚が０．１〜５ｍｍである
特許請求の範囲第１項記載の高合金鋼製部材のガス窒化
方法。
（７）高合金鋼製部材は、マルエージング鋼製である特
許請求の範囲第１項記載の高合金鋼製部材のガス窒化方
法。