JPS62997B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、鉄鋼又は鋳鉄材のような鉄系部品の
局部表面硬化方法に関する。 鉄系部品の表面に硬化層を形成する方法として
は、部品表面を局部的に加熱溶融させ、急冷して
チル化組織を形成する方法が知られているが、こ
の方法では、要求硬度を得るために、母材自体の
強度特性が限定されるという不便があり、かつコ
スト的にも高価になる。部品表面に硬質層を形成
する方法として、めつき又は溶射等の技術が広く
使用されているが、これらは材料が制限され、作
業性も悪く、部品上に局部的に硬化層を形成する
のが不便である。金属単体、合金、炭素等の板又
は粉末、あるいはこれらの混合物粉末を、部品表
面に形成した凹部に充填して、これを母材と共に
溶融し、急冷凝固させることにより、チル化組織
を持つFe―Ｃ、Fe―Cr等の合金層を形成するこ
とも知られているが、この方法は、被処理部分の
形状に制約があり、凸面にこの処理を施すことは
非常に困難である。 本発明は、このような従来の方法の欠点に着目
して得られたもので、凸面等の曲面にも容易に硬
質の合金層を形成することのできる方法を提供す
ることを目的とする。 すなわち、本発明による鉄系部品の局部表面硬
化方法は、金属単体の粉末、合金の粉末、炭素粉
末のうちの一つ、もしくはこれらの二又はそれ以
上の混合物を重量比で50ないし95％、並びに分解
燃焼温度が高く燃焼速度が緩慢でかつ常温におい
て溶剤可溶性の合成樹脂５ないし50％を溶剤中に
含有する塗液を、鉄系部品の表面に塗布して厚さ
0.5〜３mmの塗布層を形成し、乾燥後、高密度エ
ネルギー熱線を照射する加熱手段と該部品との相
対移動速度40〜100mm／分で前記塗布層に高密度
エネルギー熱線を照射して、該部品の表面層と共
に加熱溶融して冷却凝固させることにより、部品
表面に高硬度のチル組織を形成することからな
る。本発明によれば、高硬度表面を形成するため
に添加される粉末は、合成樹脂を結合剤として部
品表面に塗布されるので、部品の表面形状に関係
なく、この方法を適用できる。 本発明の方法に使用される粉末としては、非金
属元素には炭素のほかホウ素、リン等があり、こ
れらは鉄系金属中で硬質のホウ化物、リン化物を
生成する。金属元素単体としては、クロム、モリ
ブデン、バナジウム、タングステン、チタニウ
ム、タンタリウムなどを挙げることができ、これ
らは炭素と結合して硬質の炭化物を生成する。ま
た、合金粉としては、クロム、ホウ素、モリブデ
ン、バナジウム等の鉄系合金及び合金鋳鉄粉が挙
げられる。これら粉末の粒径は細かいほど良く、
80メツシユ（約250μ）以下が好ましい。 結合剤として用いられる合成樹脂は、塗布され
た粉末が溶融するまで、母材に該粉末を固定して
おく作用を果すもので、このために、分解燃焼温
度が高く、燃焼速度が緩慢であることが要求さ
れ、液状で塗布を可能にするためには、常温で溶
剤可溶性であることが必要な条件となる。このほ
か、望ましい特性としては、燃焼時に有害な物質
を生成しないこと、及び加熱溶融時に酸素と結合
して、金属粉末の酸化を抑制し、かつ金属に悪影
響を与えないこと等が挙げられ、これらの点を総
合すると、酢酸ビニル樹脂及びメタクリレート樹
脂が好適である。これら合成樹脂の溶剤として
は、アセトン、酢酸ブチル、シンナー等、及び水
性エマルジヨンに対する水を挙げることができ
る。 添加される金属、非金属は合金粉末と、結合剤
としての合成樹脂との混合割合は、塗布作業の面
からと効果の面から定められ、合成樹脂が５重量
％以下では塗布作業を容易に逐行することができ
ず、また粉末が50重量％以下では満足な硬質層が
得られない。結合剤に対する溶剤の量は、重量比
で、溶剤を結合剤の２ないし４倍とすればよい。
塗液により形成される塗布層の厚さは、加熱時に
おける粉末の固定を確実にし、かつ短時間で溶融
するために、0.5ないし３mmとすることが必要で
ある。塗布層が厚すぎると、溶融に時間を要する
ようになり、硬質表面を得るという目的からも無
駄である。また、薄すぎると、粉末が溶融する前
に結合剤が燃えつきてしまい、粉末の固定ができ
なくなる。 加熱は、加熱速度が速く、局部加熱のできるも
のが良く、最も好ましい方法としては、電子ビー
ム法が挙げられる。このほか、TIG法も用いるこ
とができ、10³〜10⁵ワツト／cm²のエネルギー密度
を有する高密度エネルギー熱線が、好ましく使用
できる。いずれにしても、無酸化性雰囲気中で加
熱を行なうことが望ましい。加熱に際しては、熱
源と被処理物との相対的移動が必要であるが、そ
の移動速度は、加熱速度及び塗布層の厚さにもよ
るが、40〜100mm／分の範囲内で選ぶことが必要
である。40mm／分以下では粉末及び摺動部表面層
に与えられる熱量が増え、溶融部の冷却速度が低
下してチル組織が得られない一方で、100mm／分
を越えると、溶融部の冷却速度が早くなり、合成
樹脂の分解燃焼によつて生じたガスが溶融部に混
入したままで凝固し、チル組織部に気泡が存在す
ることになり、摺動面に露出した気孔により相手
材を傷つけるという問題や、一部の粉末の溶け込
みおよび合成樹脂の分解燃焼が不十分になるとい
う問題が生ずる。加熱源による溶融は、塗布層だ
けではなく、母材表面層にも生じ、この溶融部
は、加熱源が移動して離れるにつれて、冷却凝固
し、チル化組織を生成する。したがつて、本発明
の方法によれば、チル組織を持つた表面硬化層と
母材との間に、両者が融合した結合層が形成さ
れ、表面硬化層は、この結合層により、母材に強
固に結合される。 金属粉末と合成樹脂結合剤を溶剤により鉄系部
品の表面に塗布し乾燥させたのち、これを金属粉
末の融点以上に加熱し、冷却凝固させることによ
り、金属めつき層を鉄系部品表面に形成する方法
は、金属粉末としてアルミニウム又はアルミニウ
ム合金を用いる場合について、特開昭54−101723
号公報に開示されている。しかし、この公知の方
法は、高温耐蝕性のめつき層を鉄系部品の表面に
形成するためのもので、本発明の表面硬化方法と
は異る。また、この公知の方法においては、アル
ミニウム又はアルミニウム合金粉末は、加熱工程
において溶融し、その一部は鉄系金属からなる母
材中へ拡散するが、母材自体は溶融せず、したが
つて表面めつき層と母材との間の結合はさほど強
固ではない。これに対して、本発明においては、
加熱工程において、母材の一部も溶融し、母材と
表面硬化層との間に両者が融合した結合層が形成
され、非常に強固な結合が得られる。 実施例 表に示す通りの方法により、３種の試験片を作
成した。第１図ａは試験片１の表面硬化層の顕微
鏡写真で、全体にFe―Ｃ―Cr系の炭化物が析出
していることが認められる。第１図ｂは、表面硬
化層と母材との間の結合を示すもので、表面硬化
層１と、母材２との間に、両者が融合した結合層
３が形成されていることが認められる。

【表】 第２図ａ，ｂ及び第３図ａ，ｂは、それぞれ試
験片２、３についての第１図ａ，ｂに対応する顕
微鏡写真であり、いずれの場合にも、融合結合層
が形成されていることが認められる。 比較実験例 粒径50μのアルミニウム粉末80重量部、酢酸ビ
ニル樹脂20重量部及び溶剤としてのアセトンを混
合撹拌して塗液を調製し、この塗液をS25C母材
の表面に塗布したのち常温で乾燥して溶剤を蒸発
させ、厚さ200μの塗膜を形成した。この試料を
800℃に加熱してアルミニウム粉末を溶融させた
のち、冷却凝固させて、特開昭54−101723号によ
るめつき層を形成した。そのめつき層と母材との
間の結合部の顕微鏡写真を第４図に示す。この写
真によつて明らかなように、めつき層と母材との
間には結合層が形成されていない。 本発明により形成された試験片１、２、３と比
較実験例の試験片とを、曲げ試験機により耐はく
離性試験に付したところ、本発明の試験片１、
２、３はいずれも3150Kgないし3500Kgの荷重で試
験片が破かいするまで、表面硬化層のはく離は生
じなかつたが、比較試験片のめつき層は、650℃
の荷重ではく離を生じた。同様に、これら試験片
をデユポン衝撃試験による耐はく離性試験に付し
たところ、比較試験片は、500gの荷重で５ない
し８回で、１Kgの荷重では１回で、はく離を生じ
た。これに対し、本発明の方法による試験片は、
500gの荷重では50回以上、１Kgの荷重では落下
高さによるが20回ないし30回以上の落下に耐え、
すぐれた耐はく離性を有することが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の方法により作成
された試験片の顕微鏡写真、第４図は公知の方法
により得られた試験片の顕微鏡写真である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鉄系部品の摺動部表面に、金属単体の粉末、
   合金粉末、炭素その他硬度付与非金属元素粉末の
   うちの一つ、もしくはこれらの混合物50ないし95
   重量％と、分解燃焼温度が高く燃焼速度が緩慢で
   かつ常温において溶剤可溶性の合成樹脂５ないし
   50重量％とを含有する塗液を塗布して厚さ0.5〜
   ３mmの塗布層を形成し、乾燥後、高密度エネルギ
   ー熱線を照射する加熱手段と前記鉄系部品の表面
   との相対的な移動速度40〜100mm／分で前記塗布
   層に10³〜10⁵ワツト／cm²のエネルギー密度を有す
   る高密度エネルギー熱線を照射して摺動部表面層
   と共に加熱溶融して冷却凝固させることにより、
   摺動部表面に高硬度のチル組織を形成することを
   特徴とする鉄系部品の局部表面硬化方法。