1360579 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關鐵或鐵合金的製品，也就是有關具備有 預定濃度的氮擴散層，且施加過淬火處理之滲氮淬火品及 其製造方法。 【先前技術】 使氮滲透擴散到鐵或鐵合金的各種製品之後進行淬火 之淬火方法，已有2個提案。 其第一例係以Fe — N類的Αι變態點，也就是以未滿 5 90 °C的溫度，將鋼製零件進行氣體軟氮化處理過後，以 590°C以上將該鋼製零件加熱到該鋼所特有的未滿Ai變態 點的溫度範圍，局部將氮的擴散層形成爲沃斯田鐵（ austenite)組織化，接著急速冷卻，將該沃斯田鐵組織改 變成麻田散鐵（martensite )組織來提高該擴散層的硬度 ，由下方來補強表面的鐵一氮化合物層之鋼製零件的表面 硬化處理方法（日本專利文獻1)。 依據該表面硬化處理方法，在最表面形成鐵-氮化合 物層，在該下層形成氮的擴散層，後者的氮擴散層存在共 析變態，該共析溫度（A!變態點）下降到5 9 0 °C爲止，故 前述氣體軟氮化處理之後，以5 9 0 °C以上加熱到對象鋼製 零件所特有A,變態點（723 t )以下的溫度，則只有前述 氮的擴散層會沃斯田鐵化。因此，之後可以藉由急速冷卻 ，只將表面的鐵-氮化合物層正下方的氮擴散層形成爲麻 -4- (2) (2)1360579 田散鐵化，不會讓氮化合物層產生任何的金相組織變化， 且不會讓比氮擴散層還要更芯部側產生麻田散鐵變態，其 意義上則是可以表示具有優異的用途。 但是，該日本專利文獻1的技術中，使鐵一氮化合物 層形成在鋼製零件的最表面，會有該化合物層剝落的問題 ，對於會有該表面受到衝擊可能性的用途則無法採用。另 外，即使是沒有受到衝擊可能性的用途，在於提高安全性 的原則下，仍最好是沒有會該剝落可能性的化合物，又確 保同等以上的表面硬度。 再者，檢討該日本專利文獻1中的實施例，該硬度， 表面爲HV500程度，深度0.5/zm爲HV320〜330程度， 深度1 // m爲HV25 0程度，很難稱得上依照目的達到足夠 的硬度。 其第二例是利用讓氮滲透到碳鋼的表層，使A,變態 點下降來成爲均等的沃斯田鐵組織，不過沒有滲透氮的內 部成爲肥粒鐵（ferrite )組織，這時候進行急速冷卻，前 述沃斯田鐵組織則會成爲麻田散鐵組織且硬度升高，不過 內部仍爲肥粒鐵組織之特殊淬火處理（日本專利文獻2) 以下，更詳細說明該日本專利文獻2中的特殊淬火處 理。 首先，在於A!變態點（約723 °C )以上且850°C以下 的溫度範圍進行鋼的加熱，鋼的基質爲沃斯田鐵或是沃斯 田鐵+肥粒鐵的混合組織。此處，使氮滲透到鋼的表面， -5- (3) (3)1360579 氮就會進行滲透，表面層的A!變態點跟著下降，A!變態 點成爲大約59(TC。因此，表面層成爲均等的沃斯田鐵組 織，內部則保持沃斯田鐵或是沃斯田鐵+肥粒鐵的混合組 織狀態。之後，漸漸冷卻到A,變態點（約723 °C )以下 且65 0 °C以上的溫度範圍，表面層仍然保持沃斯田組織， 內部基質則變化成肥粒鐵組織。接著急速冷卻，表面的沃 斯田鐵組織變化成麻田散鐵，只有表面層充分硬化，內部 的肥粒鐵組織沒有產生變化。 該曰本專利文獻2中的載述被認爲，有關形成表面的 氮化合物層並不明瞭，經探討一部分有這樣「施予促使成 爲----麻田散鐵組織之特殊淬火處理，而形成氮化合物層 」載述的這點，似乎是與處理流程無法取得整合性的載述 ，不過卻記述著在被處理碳鋼的表層產生氮化合物層。 該曰本專利文獻2中的記載，只有提到處理溫度，除 此之外之滲碳處理的手段則完全沒有提到，所以該日本專 利文獻2中的發明，也許應該判爲尙未完成。如此必要的 資訊幾乎都沒有記載，所以正確的判斷會有困難，於是根 據本案提案人的經驗和技術知識以及被認定的技術重新進 行檢討，不得不判爲：以前述的處理溫度，例如用氨氣來 進行處理，若不用特別方法來控制該濃度或處理時間的話 ，則形成該日本專利文獻2中所示之0.2〜0.3 mm厚度的 淬火層時，會產生氮化合物層。 然後，若是在被處理碳鋼的表面形成鐵-氮化合物層 的話，則如同先前所述，會有該剝離的問題，用於該表面 -6- (4) (4)1360579 會有受到衝擊可能性的用途並不適切。另外，即使是沒有 立即受到衝擊可能性的用途，提高安全性的原則下，仍應 該避免形成會有該樣剝落可能性的化合物之淬火處理。 再者，該日本專利文獻2中，有關依據實施例所獲得 之淬火層的硬度等也沒有載述，無法判斷該方面的有效性 。另外，該日本專利文獻2中，Fe-C類似乎是以不是 A!變態點以上氮就不會擴散到鋼中爲前提，這點也有疑 問。 以上提案的淬火方法之外，其他還有提案若干種有關 不會隨著淬火，且不會形成化合物層之滲碳處理方法。 其第一例是將處理對象的模具收納在真空室內’在室 溫狀態下將內部保持在1.33x27 Pa以下，才將N2氣體導 入該真空室內，加熱到400°C以上，再將以C02 : 4%、 NH3 : 1 0%、其餘：N2之C〇2、NH3以及N2導入該真空室 內，將該真空室內增壓調整到1.3 3X 1 03〜2.66X1 04 Pa，除 此之外升溫到520 °C程度，在該內部將前述處理對象的模 具保持10小時來進行氮化處理之模具的氮化處理方法（ 曰本專利文獻3 )。 該氮化處理方法中，經過以上的處理製程’在處理對 象之模具的表面形成厚度50//m以下的氮化合物層’該 表面硬度確保有Hv600〜900程度，另則在於氮化處理的 氣體雰圍組成中，將C02抑制在4%，故在經過氮化處理 所形成的硬化層幾乎沒有形成化合物層。 因此，依據日本專利文獻3的技術’只要經過氮化處 (5) (5)1360579 理就有可能獲得較高的硬度，這點是因含有Cr的合金鋼 爲被處理品之故，並不能表示硬度這點特別優異的技術。 另則，不會在該表層形成化合物層，因而不會有該剝離的 問題，這點則稱得上具優異性，不過如同前述的有50//m 厚度的氮化硬化層，氮化處理就需要〗〇小時的長時間； 以上，即使沒有形成化合物層，該厚度仍需要這樣長的時 間，這點作爲以淬火處理爲前提的滲氮處理仍過長，而形 同不適合採用。 該第二例及第三例是經過氮化處理不讓表層形成化合 物層的技術，在於日本專利文獻4或專利文獻5等已有提 案。日本專利文獻4中的技術，會有氮化處理時間太長的 重大問題；日本專利文獻5中的技術，會有必須要預先將 母材的表面活性化之活性化處理，且之後的氮化處理時間 也要4小時的長時間的問題。因而如論如何，以淬火處理 爲前提的滲氮處理，處理時間過長，又必須要過多的處理 ，而形同不適合採用。 〔專利文獻1〕日本專利特開平11— 50141號公報 〔專利文獻2〕日本專利特開平5 72520號公報 〔專利文獻3〕日本專利特開平11—90611號公報 (第3頁左欄第32行〜第50行） 〔專利文獻4〕日本專利特開2000-334544號公報 〔專利文獻5〕日本專利特開200 1 — 995 02號公報 【發明內容】 -8 - (7) (7)1360579 表面滲透擴散到該被處理品中之後，從該爐內取出該被處 理品，急速冷卻後進行淬火，以製造出申請專利範圍第1 項的滲氮淬火品。 本發明的申請專利範圍第3項是如申請專利範圍第2 項之滲氮淬火品的製造方法，其中，將被處理品裝入到密 閉的爐內後，將該爐內減壓，成爲預定的高真空狀態後， 導入不會對前述滲氮處理造成不良影響的前述氣體來回復 到1氣壓的壓力，且在該氮氣的導入前後使該爐內升溫到 650〜80(TC的前述滲氮溫度爲止。 本發明的申請專利範圍第4項是如申請專利範圍第2 項之滲氮淬火品的製造方法，其中，利用前述滲氮處理時 間的長短，來調整前述被處理品之氮的滲透深度。 本發明的申請專利範圍第5項是如申請專利範圍第3 項之滲氮淬火品的製造方法，其中，利用前述滲氮處理時 間的長短，來調整前述被處理品之氮的滲透深度。 本發明的申請專利範圍第6項是如申請專利範圍第2 項之滲氮淬火品的製造方法，其中，從前述爐內將前述被 處理品取出進行急速冷卻之前，一面維持前述滲氮溫度一 面將該爐內減壓，形成預定的高真空狀態，來使已從表面 滲透擴散到該被處理品之氮氣更加擴散。 本發明的申請專利範圍第7項是如申請專利範圍第3 項之滲氮淬火品的製造方法，其中，從前述爐內將前述被 處理品取出進行急速冷卻之前，一面維持前述滲氮溫度— 面將該爐內減壓，形成預定的高真空狀態來使已從表面滲 -10- (8) (8)1360579 透擴散到該被處理品之氮氣更加擴散。 本發明的申請專利範圍第8項是如申請專利範圍第4 項之滲氮淬火品的製造方法’其中’從前述爐內將前述被 處理品取出進行急速冷卻之前’一面維持前述滲氮溫度一 面將該爐內減壓，形成預定的高真空狀態來使已從表面滲 透擴散到該被處理品之氮氣更加擴散。 本發明的申請專利範圍第9項是如申請專利範圍第5 項之滲氮淬火品的製造方法’其中’從前述爐內將前述被 處理品取出進行急速冷卻之前，一面維持前述滲氮溫度一 面將該爐內減壓，形成預定的高真空狀態來使已從表面滲 透擴散到該被處理品之氮氣更加擴散。 本發明的申請專利範圍第1 0項是如申請專利範圍第 2項之滲氮淬火品的製造方法’其中，從前述爐內將前述 被處理品取出進行急速冷卻之前’停止導入前述氨氣，一 面維持前述滲氮溫度一面形成只有不會對滲氮處理造成不 良影響的氣體的雰圍，來使滲透擴散到該被處理品之氮氣 更加深入擴散。 本發明的申請專利範圍第11項是如申請專利範圍第 3項之滲氮淬火品的製造方法’其中，從前述爐內將前述 被處理品取出進行急速冷卻之前，停止導入前述氨氣，一 面維持前述滲氮溫度一面形成只有不會對滲氮處理造成不 良影響的氣體的雰圍，來使滲透擴散到該被處理品之氮氣 更加深入擴散。 本發明的申請專利範圍第1 2項是如申請專利範圍第 -11 - (9) 1360579 4項之滲氮淬火品的製造方法，其中，從前述爐內將 被處理品取出進行急速冷卻之前，停止導入前述氨氣 面維持前述滲氮溫度一面形成只有不會對滲氮處理造 良影響的氣體的雰圍，來使滲透擴散到該被處理品之 更加深入擴散。 本發明的申請專利範圍第1 3項是如申請專利範 5項之滲氮淬火品的製造方法，其中，從前述爐內將 被處理品取出進行急速冷卻之前，停止導入前述氨氣 面維持前述滲氮溫度一面於該爐內形成只有不會對滲 理造成不良影響的氣體的雰圍，來使滲透擴散到該被 品之氮氣更加深入擴散。 本發明的申請專利範圍第1 4項是如申請專利範 2項之滲氮淬火品的製造方法，其中，從前述爐內將 被處理品取出，進行急速冷卻之前，導入滲氮氣體來 前述氨氣到該爐內，使碳滲透擴散。 本發明的申請專利範圍第1 5項是如申請專利範 3項之滲氮淬火品的製造方法，其中，從前述爐內將 被處理品取出，進行急速冷卻之前，導入滲氮氣體來 前述氨氣到該爐內，使碳滲透擴散。 本發明的申請專利範圍第1 6項是如申請專利範 4項之滲氮淬火品的製造方法，其中，從前述爐內將 被處理品取出，進行急速冷卻之前，導入滲氮氣體來 前述氨氣到該爐內，使碳滲透擴散。 本發明的申請專利範圍第1 7項是如申請專利範 前述 ， — 成不 氮氣 圍第 前述 > —· 氮處 處理 圍第 前述 取代 圍第 前述 取代 圍第 前述 取代 圍第 -12 - (10) (10)1360579 5項之滲氮淬火品的製造方法，其中，從前述爐內將前述 被處理品取出，進行急速冷卻之前，導入滲氮氣體來取代 前述氨氣到該爐內，使碳滲透擴散。 本發明的申請專利範圍第1 8項是如申請專利範圍第 2項之滲氮淬火品的製造方法，其中，從前述爐內將前述 被處理品取出進行急速冷卻之前，將該爐內減壓形成高真 空狀態，且將不飽和碳化氫所形成的滲碳性氣體導入到減 壓過的爐內，使碳滲透擴散。 本發明的申請專利範圍第1 9項是如申請專利範圍第 3項之滲氮淬火品的製造方法，其中，從前述爐內將前述 被處理品取出進行急速冷卻之前，將該爐內減壓形成高真 空狀態，且將不飽和碳化氫所形成的滲碳性氣體導入到減 壓過的爐內，使碳滲透擴散。 本發明的申請專利範圍第2 0項是如申請專利範圍第 4項之滲氮淬火品的製造方法，其中，從前述爐內將前述 被處理品取出進行急速冷卻之前，將該爐內減壓形成高真 •空狀態，且將不飽和碳化氫所形成的滲碳性氣體導入到減 壓過的爐內，使碳滲透擴散。 本發明的申請專利範圍第21項是如申請專利範圍第 5項之滲氮淬火品的製造方法，其中，從前述爐內將前述 被處理品取出進行急速冷卻之前，將該爐內減壓形成高真 空狀態，且將不飽和碳化氫所形成的滲碳性氣體導入到減 壓過的爐內，使碳滲透擴散。 本發明的申請專利範圍第22項是如申請專利範圍第 -13- (11) 1360579 6項之滲氮淬火品的製造方法^其中’ 定的高真空狀態來使從表面滲透擴散到 氣更加擴散之後，導入不會對滲氮處理 良影響的氣體，將該爐內回復壓力之後 來取代前述氨氣到該爐內，使碳透擴散 本發明的申請專利範圍第23項是 7項之滲氮淬火品的製造方法，其中， 定的高真空狀態來使從表面滲透擴散到 氣更加擴散之後，導入不會對滲氮處理 良影響的氣體，將該爐內回復壓力之後 來取代前述氨氣到該爐內，使碳透擴散 本發明的申請專利範圍第24項是 8項之滲氮淬火品的製造方法，其中， 定的高真空狀態來使從表面滲透擴散到 氣更加擴散之後，導入不會對滲氮處理 良影響的氣體，將該爐內回復壓力之後 來取代前述氨氣到該爐內，使碳透擴散 本發明的申請專利範圍第25項是 9項之滲氮淬火品的製造方法，其中， 定的高真空狀態來使從表面滲透擴散到 氣更加擴散之後，導入不會對滲氮處理 良影響的氣體，將該爐內回復壓力之後 來取代前述氨氣到該爐內，使碳透擴散 本發明的申請專利範圍第26項是 在前述爐內形成預 前述被處理品之氮 及滲碳處理造成不 ，導入滲碳性氣體 〇 如申請專利範圍第 在前述爐內形成預 前述被處理品之氮 及滲碳處理造成不 ，導入滲碳性氣體 〇 如申請專利範圍第 在前述爐內形成預 前述被處理品之氮 及滲碳處理造成不 ，導入滲碳性氣體 〇 如申請專利範圍第 在前述爐內形成預 前述被處理品之氮 及滲碳處理造成不 ，導入滲碳性氣體 〇 如申請專利範圍第 -14- (12) 1360579 ίο項之滲氮淬火品的製造方法，其中，在 不會對滲氮處理造成不良影響的氣體所形成 透擴散到前述被處理品之氮氣更加深入擴散 碳性氣體來取代前述氨氣到該爐內，使碳滲 本發明的申請專利範圍第27項是如申 11項之滲氮淬火品的製造方法，其中，在 不會對滲氮處理造成不良影響的氣體所形成 透擴散到前述被處理品之氮氣更加深入擴散 碳性氣體來取代前述氨氣到該爐內，使碳滲 本發明的申請專利範圍第2 8項是如申 12項之滲氮萍火品的製造方法，其中，在 不會對滲氮處理造成不良影響的氣體所形成 透擴散到前述被處理品之氮氣更加深入擴散 碳性氣體來取代前述氨氣到該爐內，使碳滲 本發明的申請專利範圍第29項是如申 13項之滲氮淬火品的製造方法，其中，在 不會對滲氮處理造成不良影響的氣體所形成 透擴散到前述被處理品之氮氣更加深入擴散 碳性氣體來取代前述氨氣到該爐內，使碳滲 本發明的申請專利範圍第3 0項是如申 6項之滲氮淬火品的製造方法，其中，在前 定的高真空狀態來使從表面滲透擴散到前述 氣更加擴散之後，將不飽和碳化氫所組成的 入到減壓過的爐內，使碳滲透擴散。 前述爐內只以 的雰圍，使滲 之後，導入滲 透擴散。 請專利範圍第 前述爐內只以 的雰圍，使滲 之後，導入滲 透擴散。 請專利範圍第 前述爐內只以 的雰圍，使滲 之後，導入滲 透擴散。 請專利範圍第 前述爐內只以 的雰圍，使滲 之後，導入滲 透擴散。 請專利範圍第 述爐內形成預 被處理品之氮 滲碳性氣體導 -15- (13) (13)1360579 本發明的申請專利範圍第31項是如申請專利範圍第 7項之滲氮淬火品的製造方法，其中’在前述爐內形成預 定的高真空狀態來使從表面滲透擴散到前述被處理品之氮 氣更加擴散之後，將不飽和碳化氫所組成的滲碳性氣體導 入到減壓過的爐內，使碳滲透擴散。 本發明的申請專利範圍第32項是如申請專利範圍第 8項之滲氮粹火品的製造方法，其中，在前述爐內形成預 定的高真空狀態來使從表面滲透擴散到前述被處理品之氮 氣更加擴散之後’將不飽和碳化氫所組成的滲碳性氣體導 入到減壓過的爐內，使碳滲透擴散。 本發明的申請專利範圍第3 3項是如申請專利範圍第 9項之滲氮淬火品的製造方法，其中，在前述爐內形成預 定的高真空狀態來使從表面滲透擴散到前述被處理品之氮 氣更加擴散之後，將不飽和碳化氫所組成的滲碳性氣體導 入到減壓過的爐內，使碳滲透擴散。 本發明的申請專利範圍第3 4項是如申請專利範圍第 1〇項之滲氮淬火品的製造方法，其中，在前述爐內只以 不會對滲氮處理造成不良影響的氣體所形成的雰圍，來使 滲透擴散到前述被處理品之氮氣更加深入擴散之後，將該 爐內減壓形成高真空狀態，且將不飽和碳化氫所組成的滲 碳性氣體導入到減壓過的爐內，使碳滲透擴散。 本發明的申請專利範·圍第3 5項是如申請專利範圍第 11項之滲氮淬火品的製造方法，其中，在前述爐內只以 不會對滲氮處理造成不良影響的氣體所形成的雰圍，來使 -16- (14) 1360579 滲透擴散到前述被處理品之氮氣更加深入擴散之後，將該 爐內減壓形成高真空狀態，且將不飽和碳化氫所組成的滲 碳性氣體導入到減壓過的爐內，使碳滲透擴散。 本發明的申請專利範圍第36項是如申請專利範圍第 _ 12項之滲氮淬火品的製造方法，其中，在前述爐內只以 ' 不會對滲氮處理造成不良影響的氣體所形成的雰圍，來使 滲透擴散到前述被處理品之氮氣更加深入擴散之後，將該 | 爐內減壓形成高真空狀態，且將不飽和碳化氫所組成的滲 碳性氣體導入到減壓過的爐內，使碳滲透擴散。 本發明的申請專利範圍第37項是如申請專利範圍第 . 13項之滲氮淬火品的製造方法，其中，在前述爐內只以 不會對滲氮處理造成不良影響的氣體所形成的雰圍，來使 - 滲透擴散到前述被處理品之氮氣更加深入擴散之後，將該 爐內減壓形成高真空狀態，且將不飽和碳化氫所組成的滲 碳性氣體導入到減壓過的爐內，使碳滲透擴散。 【實施方式】 本發明的滲氮淬火品爲具備有在表層$有氮化合物層 ，並從表面到一定深度爲止在於0.05〜6.90%的濃度範圍 內使氮固熔之氮擴散層，且施予過淬火處理；另外，該製 造方法基本上是將處理對象的鐵或是鐵合金的被處理品裝 入到密閉的爐內，接著導入不會對滲氮處理造成不良影響 的氣體，且在該氣體的導入前後使該爐內升溫到650〜 8〇〇 °C的滲氮溫度，又在使該被處理品升溫到該滲氮溫度 -17- (15) (15)1360579 爲止後，維持該滲氮溫度，將氨氣，單獨或是與不會對滲 氮處理造成不良影響的氣體一起，且控制成使氮氣在於 0.05〜6.90 %的濃度範圍內擴散到該被處理品中，導入到 該爐內’進行滲氮處理，經過將氮氣從表面滲透擴散到該 被處理品中之後，從該爐內取出該被處理品，急速冷卻來 進行淬火。 淬火對象的被處理品之素材，如同前述，可用鐵或是 各種的鐵合金’不過特別是從幾乎不含碳的鐵材到含碳量 爲0.4 5 %以下的鐵合金皆適用。碳的含量比率如同以上所 述，其他成分的比率則幾乎不會造成問題。即使含有鋁或 鉻，或者矽或鎳等，也無妨。重要的是如同上述的碳含量 比率，超過該比率則達不到充分的硬度。 如前述過，含有Cr等高價的素材也可以作爲對象， 不過能夠用低價的鐵材低碳鋼，來獲得與用含有高價的 Cr等之合金鋼同樣的表面硬度，這點則具有特色β 不會對前述滲氮處理造成不良影響的氣體，適用氮氣 ，也可以利用氫氣等。除此之外，也能利用各種的惰性氣 體。 前述氨氣，應該將爐內保持清淨才進行導入。如同前 述，被處理品裝入爐內後，單是將氮氣等的不會對滲氮處 理造成不良影響的氣體導入該爐內來排出空氣之後，就能 夠導入氨氣。前述氨氣還必須在被處理品升溫到前述滲氮 溫度之後才進行導入。這樣被處理品的升溫狀態最好是儘 可能均等地進行。被處理品之均等的升溫狀態，例如可以 -18- (16) (16)1360579 衡量被裝入爐內之被處理品的量或加熱時間等來判斷。 或者前述氨氣也可以在被處理品裝入爐內後，將該爐 內減壓來形成預定的高真空狀態來清淨化之後，導入不會 對如同前述的滲氮處理造成不良影響的氣體來回復壓力到 1氣壓爲止’之後導入氨氣。當然如同前述，必須在導入 氨氣之前先使被處理品升溫到前述滲氮溫度爲止。 前述減壓所形成預定的高真空狀態，原則上儘可能成 爲高標準，但衡量費用對效果的關係，設定成適當的標準 。具體上’例如爲100 Pa以下程度較適當。 前述氨氣係如同前述.，控制成在於0.0 5〜6.9 0 %的濃 度範圍，使氮氣擴散到前述被處理品中並導入。用來使被 處理品中產生這樣的結果之氮氣導入爐內的方式，能夠依 據實驗上、經驗上來訂定。基本上是由所獲得之對於被處 理品的處理結果來回饋，決定氨氣導入爐內的方式。現實 上是每種爐的形式作成幾個形態，以該形態爲標準暫時決 定氨氣的導入方式，由處理結果來進行微調整。 此外，其他的用來在於0.05〜6.90%的濃度範圍使氮 氣擴散到前述被處理品中之氨氣的導入，也能以可測定爐 內的狀態之各種的指標爲基準來進行控制。例如，也能以 測定殘留在爐內之未分解氨氣的濃度，或者測定經分解而 殘留之氫的濃度，有這些各別的殘留濃度時，則由被處理 品所形成的處理結果來回饋，決定形成這些各別的殘留濃 度之氨氣的導入方式等的方式來進行。 另外，從前述被處理品的最外表面擴散到預定深度之 -19- (17) (17)1360579 氮的濃度，應該如同前述，成爲0_05〜6.90%的範圍。以 此方式，如同前述過，從「離最外表面lgm深度的附近 」起到「離最外表面預定的深度」爲止的範圍之氮濃度範 圍，在於0.05〜1.50%的範圍內，可以將藉由之後的淬火 所獲得的硬度提高到充分的高度，又如同前述過，可以避 免被處理品產生化合物層。在前述被處理品中之從「離最 外表面深度的附近」起到「離最外表面預定的深度 」爲止的範圍所擴散之氮氣的濃度，若爲0.2〜0.85%內 ，則能夠更加確實地提高被處理品的淬火硬度。 該被處理品中.之氮氣濃度的調整，如同前述，主要藉 由適切地設定氨氣導入爐內的方式，例如，適切地設定每 單位時間的導入量就能夠進行控制，不過除此之外，即使 調整滲氮時間或滲氮溫度仍能有輔助性的控制。 此外，導入這樣的氨氣等時，進行應該將爐內保持在 預定氣壓之排氣控制。通常是進行應該將爐內保持在1氣 壓之排氣控制。這點則是如同前述，追加進行滲氮處理的 情況也是同樣。 爐內升溫到滲氮溫度，如前述過，應該在導入不會對 氮氣等的滲氮處理造成不良影響的氣體前後進行，被處理 品裝入爐內完成之後隨時都能開始。升溫開始在該氣體導 入前後的何時間點是自由的，如同前述，在爐內減壓的情 況’在減壓前、減壓中、減壓後的何時間點開始是自由的 。如同先前所述過’將爐內減壓過後，在用該氣體來回復 壓力之前’開始升溫的情況’幾乎只能夠依賴輻射熱來加 -20- (18) (18)1360579 熱，所以加入的效率並不高。 前述滲氮溫度爲如同前述’在65 0〜850 °C的溫度範 圍。該滲氮溫度關係到氮氣擴散的容易度，滲氮溫度越高 越能夠以高速度來獲得氮擴散層。因此’意味著越高則越 好，不過超過8 5 0 °C，則淬火後達不到Η V 7 0 0以上的硬度 ，所以該溫度是有限度的。650 °C爲用來獲得必要濃度的 氮擴散層之下限。另外，也是用來以可容許的速度來獲得 必要擴散層的深度之下限，無論如何，該滲氮溫度，滲氮 處理中，在前述溫度範圍，維持在一定。 滲氮.時間，即是在依照如同前述的氨氣導入條件所導 入的雰圍中置入被處理品之滲氮時間，可以對應於目的上 的滲氮深度來決定。若爲前述的導入條件，即是將氮氣， 控制成使氮氣在於0.05〜6.90%的濃度範圍擴散到該被處 理品中，導入到爐內的話，則如同前述，無關時間的長短 ，不會有在被處理品形成化合物層的虞慮。 因此，依據前述預定的條件或是範圍，分別決定氨氣 的導入方式及滲氮溫度之後，以依照這些因素所決定之氮 氣的滲透速度爲前提來設定滲氮時間，就能自由地設定氮 滲透深度。另外，若是以各別前述條件內之氨氣的導入方 式，且以前述範圍的滲氮溫度進行處理的話，則能以高速 度來進行氮的滲透速度，故例如，被處理品爲3〜4 mm 厚度程度的素材，即使要到芯部爲止進行滲透擴散的情況 ，短時間內仍能滲透擴散。 完成滲氮處理之後，如同前述，立即急速冷卻來進行 -21 - (19) (19)1360579 淬火。或者完成滲氮處理之後，一面將爐內維持在滲氮溫 度一面再度減壓來形成預定的高真空狀態，經一定的擴散 時間保持該真空狀態之後，急速冷卻來進行淬火。或者完 成滲氮處理之後，一面維持在滲氮溫度一面停止氨氣導入 爐內，使該爐內形成幾乎只以氮氣等的不會對滲氮處理造 成不良影響的氣體所形成的雰圍，經一定的擴散時間保持 該雰圍之後，急速冷卻來進行淬火。 通常，立即急速冷卻來進行淬火也無妨。特別是欲使 所滲透的氮更加擴散到該被處理品的表層的情況，或者萬 一有產生若干化合物層的虞慮的情況，則在淬火前於該真 空中進行擴散處理或是於前述氮氣等的雰爲中進行擴散處 理較爲適當。萬一如同前述產生了若干的化合物層，也能 在前述高真空中或是在前述氣體雰圍中使構成該化合物之 氮氣擴散，將該化合物消滅。 以上的急速冷卻，即使是只利用前述氨氣進行滲氮處 理的情況及之後追加前述真空中的擴散處理或是前述氣體 中的擴散處理的情況之任何一種的情況，這些的處理溫度 仍爲在前述溫度範圍當中以高水準進行的情況，減少被處 理品的變形，故也能使該溫度下降到可暫時淬火的一定溫 度，經過均熱處理之後，進行急速冷卻。 此外，被處理品的急速冷卻處理爲爐內已減壓的情況 ’則應該要顧慮到導入不會對爐內的處理造成不良影響的 氣體來回復壓力之後取出被處理品，不會將污濁的空氣導 入到爐內等。或者此時也可以既施加將淬火室同樣予以減 -22- (20) (20)1360579 壓，而從爐內取出被處理品時不會將淬火室的空氣等導入 到該爐內等同樣的顧慮，又顧慮同時在淬火室實現良好的 淬火處理。 前述急速冷卻進行到Ms點爲止，之後逐漸冷卻。本 發明的實施製程中，如同前述，A,變態點下降到590 °C前 後爲止，一方^^點則上升，故淬火比較容易進行。該急 速冷卻所用的冷卻劑，能依照一般的例子，採用水或油、 或是將適度的聚合物淬火液混在水中來構成的冷卻劑。如 同前述，A!變態點下降，Ms點上升，因而即使空冷仍能 在短時間冷卻’有效性被認定。如此，前述被處理品的表 層或是橫跨全體的氮擴散區域，由沃斯田鐵組織變化成麻 田散鐵組織，獲得HV700以上的硬度。 此外，已知如同前述過，氮氣滲透擴散到這樣的素材 ，該擴散層的A!變態點就會下降，含氮濃度成爲2%，則 會下降到590程度。另外，也已知滲透了氮氣的擴散區域 ，Ms點會上升。 因此，本發明之以上的處理，在於以950〜850 °C範 圍的溫度來進行之滲氮處理的製程，滲透擴散了氮氣的擴 散區域，依據該含氮濃度來下降Αι變態點，在於該滲氮 處理的製程，變化成沃斯田鐵組織》另則，沒有氮擴散的 區域，維持肥粒鐵組織，以前述溫度範圍的溫度幾乎不會 沃斯田鐵化。因而，可以經過前述急速冷卻製程，來只使 氮的擴散區域麻田散鐵化，而獲得必要的硬度。然後，Ms 點上升，故急速冷卻處理容易進行，又能以空冷來進行淬 -23- (21) (21)1360579 火。 另外，能夠藉由這種本發明的滲氮淬火來使硬化層的 硬度成爲HV700以上》 此外，要更加提高硬化層的硬度時，則可以在完成前 述滲氮處理後，從前述爐內將被處理品取出來進行急速冷 卻之前，插入導入滲碳性氣體來取代前述氨氣到該爐內來 使氮氣滲透擴散之處理製程，或將該爐內減壓來形成高真 空狀態，導入不飽和碳化氫所組成的滲氮性氣體來使氮氣 滲透擴散之處理製程。當然，也可以在這些的滲氮處理製 程之前，追加插入使已在前述滲氮處理的製程擴散過之氮 氣更加擴散之真空中或氮氣氛圍中的處理製程。 前述滲氮處理，也可以在於前段的製程先使氮氣滲透 擴散到被處理品中來變換成Fe - N類，使A!變態點比Fe -C還要降低，以將沃斯田鐵區域擴張到低溫側，將滲碳 性氣體導入前述爐內來使碳滲透擴散，更加使碳滲透到滲 氮區域來形成滲氮滲碳區域，之後急速冷卻使該區域更加 硬化而提高硬度。 這些的處理更加詳細載述，以下的各種方法較適當。 首先，前者的滲氮處理爲完成前述滲氮處理之後，例 如採用丙烷氣體來作爲滲碳性氣體，前述爐內仍然維持在 前述滲氮溫度，導入該丙烷氣體來取代前述氨氣，經過必 要的時間繼續導入，更加使氮氣滲透擴散到滲氮處理過的 被處理品。當然，之後的製程則如既述過的方法，從該爐 內將被處理品取出，急速冷卻來使從該被處理品的表面到 -24- (22) (22)1360579 一定的深度或芯部爲止的滲氮滲碳區域硬化。 另外，後者的滲氮處理爲完成前述滲氮處理之後，例 如採用乙炔氣體來作爲前述不飽和碳化氫，爐內仍然維持 在前述滲氮溫度進行減壓，一旦形成高真空狀態之後’就 將乙炔氣體，以數秒到數十秒間的短時間，噴出供應到爐 內，接著進行一百秒到數十秒間的減壓處理，反覆適切的 次數，來使氮氣更加滲透擴散到滲氮處理過的被處理品。 之後的製程，當然該情況也是如同既述的方式，從該爐內 將被處理品取出，急速冷卻來使從該被處理品的表面到一 定的深度或是芯部爲止的滲氮滲碳區域硬化。 (實施例1 ) 在容量4 m3的爐內配置SPCC素材的被處理品（厚 度2..3 mm )，接著用油旋轉幫浦，經過20分鐘抽真空， 將該爐內減壓到1〇〇 Pa，之後導入氮氣來回復到1氣壓爲 止。用氮氣回復到1氣壓之後，經20分鐘將爐內升溫到 720°C爲止。再度經過20分鐘後，將氨氣與氮氣一起持續 導入到維持在720 °C的爐內。此時氨氣是以4 1/ min的流 量導入，氮氣則是以1 m3/h的流量導入。此外，同時從 排氣口持續排出使用過的氣體。該排氣是將爐內控制在1 氣壓來進行。氨氣和氮氣的上述導入及上述使用過氣體的 排氣及72 0 °C的爐內溫度，分別持續經過20分鐘過後， 從爐內取出該被處理品，立即投入到油溫調整在8 (TC之 油冷裝置，該被處理品的溫度成爲15 0°C以下時才取出。 -25- (23) 1360579 之後將該被處理品空冷到室溫爲止。 此後，針對以上的已處理品，進行顯微鏡觀察及硬度 試驗。
顯微鏡觀察則是準備用腐蝕液（硝酸浸蝕液）來將該 已處理品的觀察面腐鈾》觀察該觀察面的結果，確認了表 層爲麻田散鐵組織，不過並未看到在該最表面有化合物層 的存在。此外，用3 %硝酸浸蝕液來進行觀察面的腐蝕處 理時，硬化層仍爲白色，用5%硝酸浸蝕液才會看見含氮 麻田散鐵，而可以判爲有充分的耐腐餓性。 硬度試驗是用維氏硬度（Vickers hardness)測試器 ，測定從表面到芯部側的硬度分布。該結果，表面硬度爲 HV846’深度28/zm的部位之硬度爲HV500。硬化層的厚 度爲直到該硬度成爲H V5 00的部位爲止的厚度，該實施 例1的被處理品，其該表面硬化層能夠有2 8 m (以下相 同）。此外，表面硬化層的氮濃度，除了離最外表面1// m深度爲止的範圍的該氮濃度以外，最高的部位有0.70% 。如同前述，該氮濃度不會產生化合物層。 以上的實施例之氨氣的使用量爲80 1，雖達不到與該 實施例同樣的硬度，不過與用來獲得同樣厚度的硬化層之 氣體軟氮化或是氣體氮化作比較，則使用量爲1 / 3 7以下 程度，且處理時間也爲1 / 4以下程度的極短時間。運作 成本因而大幅減低，又排出氣體爲氮氣，故減少環境的負 荷。 -26- (24) 1360579 (實施例2 )
在容量4 m3的爐內配置SPCC素材的被處理品（厚 度2.3 mm)，接著用油旋轉幫浦，經過20分鐘抽真空， 將該爐內減壓到100 Pa，之後導入氮氣來回復到1氣壓爲 止。用氮氣回復到1氣壓之後，經22分鐘將爐內升溫到 7 80 °C爲止。再度經過20分鐘後，將氨氣與氮氣一起持續 導入到維持在780°C的爐內。此時氨氣是以8 1/ min的流 量導入，氮氣則是以1 m3/ h的流量導入。此外，同時從 排氣口持續排出使用過的氣體。該排氣是將爐內控制在1 氣壓來進行。氨氣和氮氣以上述各流量的導入及上述使用 過氣體的排氣及7 8 (TC的爐內溫度，持續經過3 0分鐘過 後，從爐內取出該被處理品，立即投入到油溫調整在80 °C之油冷裝置，該被處理品的溫度成爲150 °C以下時才取 出。之後將該被處理品空冷到室溫爲止。 此後，針對以上的已處理品，進行與實施例1同樣的 觀察及試驗。 準備用腐蝕液（硝酸浸蝕液）來腐蝕該已處理品的觀 察面時，與實施例1同樣，用5 %硝酸浸蝕液才會看見含 氮麻田散鐵，所以能夠判爲耐腐蝕性良好。另外，顯微鏡 所觀察的結果，表層確認爲麻田散鐵組織，不過並未看到 在該最表面有化合物層的存在。 硬度試驗是用維氏硬度測試器，進行與實施例1同樣 的測定。其結果，表面硬度爲Η V 83 5，深度63 // m的部 位之硬度爲HV500。其表面硬化層的深度能夠有63"m。 -27- (25) (25)1360579 此外，表面硬化層的氮濃度，除了離最外表面1/zm深度 爲止的範圍的該氮濃度以外，最高的部位有0.70%。如同 前述，即使該氮濃度仍不會產生化合物層。 再者，此實施例的情之氨氣的使用暈爲24〇 I»與用 來獲得與該實施例同樣的厚度（硬度較低）之氣體軟氮化 或是氣體氮化作比較，使用量則爲1/12以下程度，且處 理時間也成爲1/2.6以下程度的極短時間。與實施例1 同樣，運作成本因而大幅減低，又由於排出氣體爲氮氣， 故減少環境的負荷。 將該實施例2的已處理品與實施例1的已處理品作比 較，雖相對於實施例1的72 0 °C來將氮氣溫度設定爲若干 高的780 °C，不過表面硬度些微減低。另則，相對於實施 例1的4 1/ min來將氨氣每單位時間的導入量設定爲2 倍的8 1/ min，又由20分鐘到30分鐘延長了 10分鐘的 處理時間，不過HV500的最大深度則成爲2倍以上。滲 氮溫度升高到超過72(TC，則被認爲有表面硬度減低的趨 勢，又利用提高氮氣的流量及延長時間被認爲有加深 HV5 00的最大深度的趨勢。 (實施例3) 在容量4 m3的爐內配置SPCC素材的被處理品（厚 度2.3 mm)，接著用油旋轉幫浦，經過2 0分鐘抽真空， 將該爐內減壓到1〇〇 Pa，之後導入氮氣來回復到1氣壓爲 止。用氮氣回復到1氣壓之後，經18分鐘將爐內升溫到 -28- (26) (26)1360579 68 0°C爲止。再度經過20分鐘後，將氨氣與氮氣一起持續 導入到維持在6 80°C的爐內。氨氣是以4 1/ min的流量導 入，氮氣則是以1 m3/ h的流量導入。此外，同時從排氣 口持續排出使用過的氣體。該排氣是將爐內保持在1氣壓 來進行。氨氣和氮氣以上述各流量的導入及使用過氣體的 排氣及680 °C的爐內溫度，持續經過30分鐘過後，從爐 內取出該被處理品，立即投入到油溫調整在8 0 °C之油冷 裝置，該被處理品的溫度成爲150 °C以下時才從該油冷裝 置取出。之後將該被處理品空冷到室溫爲止。 此後’針對以上的已處理品，進行與實施例1同樣的 觀察及試驗。 準備用腐蝕液（硝酸浸蝕液）來腐蝕該已處理品的觀 察面時’與實施例1同樣，用5 %硝酸浸蝕液才會看見含 氮麻田散鐵，所以能夠判爲耐腐蝕性良好。另外，顯微鏡 所觀察的結果，表層確認爲麻田散鐵組織，不過並未看到 在該最表面有化合物層的存在。 硬度試驗是用維氏硬度測試器，進行與實施例1同樣 的測定。其結果，表面硬度爲HV762，深度26#m的部 位之硬度爲HV 500。其表面硬化層的深度能夠有26 #m。 此外’表面硬化層的氮濃度，除了離最外表面1/zm深度 爲止的範圍的該氮濃度以外，最高的部位有0.6 8%。即使 該氮濃度，如同前述，當然仍不會產生化合物層。 再者’本實施例的情況之氨氣的使用量爲120 1，與 用來獲得與該實施例同樣的厚度（硬度較低）之氣體軟氮 -29- (27) (27)1360579 化或是氣體氮化作比較的結果爲1/25程度，成爲與實施 例1的使用量同樣，極少的使用量。 將本實施例3的已處理品與實施例1的已處理品作比 較，則由720°C降低40°C來設定處理溫度，另則，由20 分鐘到30分鐘延長了 10分鐘的處理時間，該結果，雖表 面硬度成爲HV762，有充分的硬度，不過成爲相遙遙低於 實施例1的結果。每單位時間氨氣的導入流量爲同樣的設 定，不過時間延長了 10分鐘，所以總量成爲1.5倍，由 該結果及實施例2的結果來看，得知滲氮溫度爲720 °C程 度，不過即使表面硬度方面，由加深HV5 00最大深度的 觀點則仍爲相當良好的溫度。 (實施例4 ) 在容量4 m3的爐內配置SPCC素材的被處理品（厚 度2.3 mm)，接著用油旋轉幫浦，經過20分鐘抽真空， 將該爐內減壓到100 Pa，之後導入氮氣來回復到1氣壓爲 止。用氮氣回復到1氣壓之後，經19分鐘將爐內升溫到 700 °C爲止。再度經過20分鐘後，將氨氣與氮氣一起持續 導入到維持在700t的爐內。氨氣是以8 1/ min的流量導 入，氮氣則是以1 m3/h的流量導入。此外，同時從排氣 口持續排出使用過的氣體。該排氣是將爐內控制在1氣壓 來進行。氨氣和氮氣以上述各流量的導入及使用過氣體的 排氣及700°C的爐內溫度，持續經過30分鐘過後，從爐 內取出該被處理品，立即投入到油溫調整在80 °C之油冷 -30- (28) (28)1360579 裝置，該被處理品的溫度成爲150 °C以下時才取出，之後 空冷到室溫爲止。 此後，針對以上的已處理品，進行與實施例1同樣的 觀察及試驗。 準備用腐蝕液（硝酸浸蝕液）來腐蝕該已處理品的觀 察面時，與實施例1同樣，用5%硝酸浸蝕液才會看見含 氮麻田散鐵，所以能夠判爲耐腐蝕性良好。另外，顯微鏡 所觀察的結果，表層確認爲麻田散鐵組織，不過並未看到 在該最表面有化合物層的存在。 硬度試驗是用維氏硬度測試器，進行與實施例1同樣 的測定。其結果，表面硬度爲HV813，深度58#m的部 位之硬度爲HV5 00。其表面硬化層的深度能夠有58 # m。 此外，表面硬化層的氮濃度，除了離最外表面1/zrn深度 爲止的範圍的該氮濃度以外，最高的部位有0.78%。即使 該氮濃度，如同前述，仍不會產生化合物層》 再者，此實施例的情況氨氣的使用量爲240 1，與用 來獲得與該實施例同樣的厚度（硬度較低）之氣體軟氮化 或是氣體氮化作比較，成爲與實施例2的使用量同樣，極 少的使用量。 將本實施例4的已處理品與實施例1的該已處理品作 比較，則滲氮溫度相對於720°C來設定爲低於20度程度 的700 °C，表面硬度若干降低爲HV 813。該硬度爲比實施 例3之滲氮溫度680 °C的結果之HV7 62還高出很多的最大 値。將上述實施例3的結果及前述實施例2的結果予以檢 -31 - (29) (29)1360579 討，則滲氮溫度720°C附近爲所獲得被處理品之表面硬度 的峰値，即使成爲比該峰値還要高的溫度或還要低的溫度 ，能夠判爲表面硬度有逐漸降低的趨勢。 另外，HV5 00的最大深度，本實施例4爲58/zm，滲 氮時間爲比2 0分鐘的實施例還要長1 0分鐘，則成爲2倍 以上的深度》相同滲氮時間的實施例2爲63/zm，雖成爲 本實施例4增加8%程度的深度，不過這點被認爲是與滲 氮溫度高出80度程度有關係。將這些點作檢討，則得知 越是溫度升高又時間增長，則HV500限度深度越是加深 。若越是超過限度來提高溫度的話，則表面硬度越是降低 ’所以HV 5 00最大深度被認爲是在於所容許的溫度範圍 控制時間來獲得較爲適當。 (實施例5 ) 在容量4 m3的爐內配置S45C素材的被處理品（厚度 3.2 mm) ’接著用油旋轉幫浦，經過20分鐘抽真空，將 該爐內減壓到1〇〇 Pa’之後導入氮氣來回復到1氣壓爲止 。用氮氣回復到1氣壓之後，經23分鐘將爐內升溫到 800 °C爲止。再摩經過20分鐘後，將氨氣與氮氣一起持續 導入到維持在800 °C的爐內。氨氣是以8 1/ min的流量導 入’氮氣則是以1 m3/h的流量導入。此外，同時從排氣 口持續排出使用過的氣體。該排氣是將爐內控制在1氣壓 來進行。氨氣和氮氣以上述各流量的導入及使用過氣體的 排氣及800°C的爐內溫度，持續經過30分鐘過後，從爐 -32- (30) 1360579 內取出該被處理品，立即投入到油溫調整在8 0 °C之油冷 裝置’該被處理品的溫度成爲150 °C以下時才取出。之後 將被處理品空冷到室溫爲止。 之後’針對以上的已處理品，進行與實施例1同樣的 觀察及試驗。
準備用腐蝕液（硝酸浸蝕液）來腐蝕該已處理品的觀 察面時，與實施例1同樣，用5%硝酸浸蝕液才會看見含 氮麻田散鐵，所以能夠判爲耐腐蝕性良好。另外，顯微鏡 所觀察的結果，表層確認爲麻田散鐵組織，不過並未看到 在該最表面有化合物層的存在。 硬度試驗是用維氏硬度測試器，進行與實施例1同樣 的測定。其結果，表面硬度爲HV752，芯部也是HV752， 成爲全體硬化狀態。此外，表面硬化層的氮濃度，除了離 最外表面lym深度爲止的範圍的該氮濃度以外，最高的 部位則有0.82%。如同前述，即使該氮濃度仍不會產生化 合物層。 再者，此實施例的情況之氨氣的使用量爲240 1，不 過無法利用氣體軟氮化或是氣體氮化等來實現這種全體硬 化，所以視同超出可以比較的標準。 將本實施例5的已處理品與實施例1〜4的已處理品 作比較，則更明瞭所獲得被處理品的表面硬度，以720°C 的滲氮溫度爲峰値，朝向比該峰値還要高溫方向及低溫方 向的任何一個都會降低，且明瞭更加升高溫度，則即使相 同處理時間仍能夠更加深HV500最大深度。得知將溫度 -33- (31) 1360579 上升到800°C，則以8 1/min導入氨氣，經過30分鐘得 處理時間，就能夠將氮氣擴散到3.2 mm厚度之被處理品 的芯部爲止’又能夠以高速度來使氮氣擴散。另外，明瞭 即使以800 °C進行30分鐘的滲氮處理，仍如前述不會產 生化合物層，若每單位時間的氨氣的導入量設定爲81/ m i η，則即使此溫度仍不會產生化合物層。
(實施例6 ) 在容量4 m3的爐內配置S45C素材的被處理品（厚度 2.3. mm)，接著用油旋轉幫浦，經過20分鐘抽真空，將 該爐內減壓到100 Pa，之後導入氮氣來回復到1氣壓爲止 。用氮氣回復到1氣壓之後，經1 9分鐘將爐內升溫到 700 °C爲止。再度經過20分鐘後，將氨氣與氮氣一起持續 導入到維持在700°C的爐內。氨氣是以81/ min的流量導 入，氮氣則是以1 m3/h的流量導入。此外，同時從排氣 口持續排出使用過的氣體。該排氣是將爐內保持在1氣壓 來進行。氨氣和氮氣以上述各流量的導入及使用過氣體的 排氣及7〇〇°C的爐內溫度，持續經過30分鐘過後，從爐 內取出該被處理品，立即投入到油溫調整在8 0 °C之油冷 裝置，該被處理品的溫度成爲150 °C以下時才取出。之後 將被處理品空冷到室溫爲止。 此後，針對以上的已處理品，進行與實施例1同樣的 觀察及試驗。 準備用腐蝕液（硝酸浸蝕液）來腐蝕該已處理品的觀 -34- (32) (32)1360579 察面時，與實施例1同樣，用5%硝酸浸蝕液才會看見含 氮麻田散鐵，所以能夠判爲耐腐蝕性良好。另外，顯微鏡 所觀察的結果，表層確認爲麻田散鐵組織，不過並未看到 在該最表面有化合物層的存在。 硬度試驗是用維氏硬度測試器，進行與實施例1同樣 的測定。其結果，表面硬度爲HV742，深度48#m的部 位之硬度則爲HV 500，成爲全體硬化狀態。此外，表面硬 化層的氮濃度，除了離最外表面1/im深度爲止的範圍的 該氮濃度以外，最高的部位有0.77%。如同前述，即使該 氮濃度仍不會產生化合物層。 再者，此實施例的情況之氨氣的使用量爲240 1，與 用來獲得與該實施例同樣厚度的硬化層（硬度較低）之氣 體軟氮化或是氣體氮化作比較，成爲與實施例1的使用量 同樣，極少的使用量。 將本實施例6的已處理品與實施例1〜5的已處理品 作比較，則更加明瞭先前所載述過的，並且確定素材的含 碳量與處理的關係。實施例4及本實施例6都以相同的條 件來處理，形成爲所獲得被處理品的表面硬度及HV500 最大深度，都是實施例4較爲優異，實施例6則劣化的結 果。視爲實施例6的被處理品的含碳量爲〇.45%，而該含 量的多少導出此結果。 (實施例7) 在容量4 m3的爐內配置SPCC素材的被處理品（厚 -35- (33) (33)1360579 度2.3 mm) ’接著用油旋轉幫浦，經過20分鐘抽真空， 將該爐內減壓到lOOPa，之後導入氮氣來回復到1氣壓爲 止。用氮氣來回復到1氣壓之後，經21分鐘將爐內升溫 到75 0 °C爲止。再度經過20分鐘後，將氨氣與氮氣一起 持續導入到維持在750°C的爐內。氨氣是以4 1/min的流 量導入，氮氣則是以1 m3/ h的流量導入。此外，同時從 排氣口持續排出使用過的氣體。該排氣是將爐內保持在1 氣壓來進行。氨氣和氮氣以上述各流量的導入及使用過氣 體的排氣及750 °C的爐內溫度，持續經過30分鐘過後， 停止導入氨氣及氮氣，關閉排出口，再度用油旋轉幫浦， 經過20分鐘將該爐內抽真空，減壓到1〇〇 pa爲止。接著 ，以22 kPa的噴出壓力將乙炔氣體供應到爐內1〇秒鐘， 再接著將爐內減壓成100 Pa的真空狀態之抽真空持續140 秒鐘，反覆這樣的循環8次。之後，導入氮氣來將該爐內 回復到1氣壓的壓力，才從該爐內將該被處理品取出，立 即投入到油溫調整到80 °C的油冷裝置，該被處理品的溫 度成爲150°C以下時取出，之後空冷到室溫爲止。 此後，針對以上的已處理品，進行與實施例1同樣的 觀察及試驗。 準備用腐蝕液（硝酸浸蝕液）來腐蝕該已處理品的觀 察面時，與實施例1同樣，用5%硝酸浸蝕液才會看見含 氮麻田散鐵，所以能夠判爲耐腐蝕性良好》另外，顯微鏡 所觀察的結果，表層確認爲麻田散鐵組織，不過並未看到 在該最表面有化合物層的存在。 -36- 1360579 P4) 硬度試驗是用維氏硬度測試器，進行與實施例1同樣 的測定。其結果，表面硬度爲HV920，深度78 " m的部 位之硬度則爲HV500，該表面硬化層的深度能夠有78/zm 。此外，表面硬化層的氮濃度，除了離最外表面l/zm深 度爲止的範圍的該氮濃度以外，最高的部位有0.70%。如 同前述，即使該氮濃度仍不會產生化合物層。
本實施例7的結果，得知表面硬度爲HV920，與只滲 氮處理之後就急速冷卻之實施例1〜6當中之表面硬度最 高的實施例1的表面硬度作比較，仍大約高出74，藉此 可以同時實現高速形成較深的硬化層及較高的表面硬度的 雙方。另外，本實施例中，爲了要同時實現而追加的處理 ，則爲20分鐘的滲碳處理，更詳細上則是噴射供應10χ 8 = 80(秒）（1分20秒）的乙炔、及追加140x8 = 1120 ( 秒）（18分40秒）的真空中之擴散處理，時間上的延長 方面 '滲氮性氣體的追加方面，對於經濟上的負擔，增加 極小。 另外，例如將本實施例7與一般的滲碳氮化處理作比 較’有關冋樣的被處理品，即使是一般的渗碳氮化處理， 仍能獲得相同程度厚度的硬化層，不過獲得相同程度的硬 度則會有困難；另外，處理時間也增多的情況，需要實施 例7的處理時間的5倍以上。再者，所使用的氣體並不一 定相同’所以不容易作比較，一般的滲碳氮化處理，則是 使用比該實施例7的氣體使用量還要壓倒性多的使用量， 費用上負擔太大。即是依據本實施例4，能夠以比一般的 -37- (35) (35)1360579 滲碳氮化還要短1 / 5以下的時間，達到以經濟方式獲得 較高硬度的硬化層。 (實施例8) 在容量4 m3的爐內裝入SPCC素材的被處理品（厚 度2.3 mm)，接著用油旋轉幫浦，經過20分鐘抽真空， 將該爐內減壓到100 Pa，之後，一面導入氮氣來回復氣壓 —面該爐內開始升溫，經21分鐘升溫到750 °C爲止。再 度經過20分鐘後，將氨氣與氮氣一起持續導入到維持在 75 0°C的爐內。氨氣是以6 1/ min的流量導入，氮氣則是 以1 m3 / h的流量導入。此外，同時從排氣口持續排出使 用過的氣體。該排氣是將爐內保持在1氣壓來進行。氨氣 和氮氣以上述各流量的導入及使用過氣體的排氣及750°C 的爐內溫度，持續經過30分鐘過後，從爐內取出該被處 理品，立即投入到油溫調整在65 °C之油冷裝置，經過1 5 分鐘之後，該被處理品的溫度成爲150 °C以下時才取出。 之後空冷到室溫爲止》 此後，針對以上的已處理品，進行與實施例1同樣的 觀察及試驗。 準備用腐蝕液（硝酸浸蝕液）來腐蝕該已處理品的觀 察面時，與實施例1同樣，用5%硝酸浸蝕液才會看見含 氮麻田散鐵，所以能夠判爲耐腐蝕性良好。另外，顯微鏡 所觀察的結果，表層確認爲麻田散鐵組織，不過並未看到 在該最表面有化合物層的存在。 -38- (36) (36)1360579 硬度試驗是用維氏硬度測試器，進行與實施例1同樣 的測定。其結果，表面硬度爲HV709，深度55/zm的部 位之硬度則爲HV5 00，該表面硬化層的深度能夠有55/zm 。此外，表面硬化層的氮濃度，除了離最外表面l/zm深 度爲止的範圍的該氮濃度以外，最高的部位有0.78%。 另外，參考表面硬化層的氮濃度與硬度的關係，則除 了離最外表面l/zm深度爲止的範圍的該氮濃度以外之最 高氮濃度也就是0.78%的部位之硬度爲HV709，氮濃度成 爲低於該最高濃度則會逐漸增加硬度，氮濃度成爲0.63% ，該部位的硬度則成爲最高的HV786。氮濃度低於該濃度 ，這時則逐漸減低硬度，氮濃度成爲0 . 1 7 %，則該部位成 爲 HV214 〇 本實施例8的結果，表面硬度爲HV709，與實施例1 作比較’表面硬度大約降低137，不過表面硬化層的深度 與實施例1作比較’成爲大約27//m的深度的結果。這 點是以滲氮溫度大約高出30 °C，且滲氮時間大約長出1〇 分鐘的時間來進行的結果，證實是由實施例1〜7的結果 來推定的現象。即是所獲得被處理品的表面硬度，以72〇 °C的滲氮溫度爲峰値，朝向比該峰値還要高溫方向及低溫 方向的任何一個都會降低、利用升高滲氮溫度，即使相同 處理時間仍能更加深HV500限度深度等。即使本實施例8 仍不會產生化合物層’故以本實施例8的滲氮溫度（750 °C ) ’每單位時間的氨氣的導入量，如同前述，表面硬化 層的氮濃度’除了從最外表面到lym深度爲止的範圍的 -39- (37) (37)1360579 氮濃度之外，最高部位有0.78%，明確地不會產生化合物 層。 再者，以上實施例之氨氣的使用量爲1801，與用來 獲得既低於該實施例的硬度且厚度又薄的硬化層之氣體軟 氮化或是氣體氮化作比較，大約是1/16以下，且處理時 間也成爲大約1 / 2.5以下的極短時間。運作成本因而能 夠大幅減低，又排出氣體爲氮氣，故減少環境的負荷。 另外，檢討表面硬化層的氮濃度（除了離以上所示的 最外表面Ι/zm深度的範圍以外的部位之濃度）與硬度的 關係，氮濃度超過0.63%則硬度開始減低，故配合其他.的 實施例來思考，氮濃度超過1 .50%則成爲低於實用的硬度 。另外，氮濃度低於〇 · 6 3 %則表面硬化層的硬度開始減低 > 0.17%時則如同前述，硬度成爲HV214，配合其他的 實驗例來思考，氮濃度下滑0_05%則會低於實用的硬度。 即是從被處理品的「離最外表面1 # m深度的附近」起到 「離最外表面預定的深度」爲止的範圍之氮濃度被認爲其 上限値爲1 . 5 0 %，下限値則爲0 · 0 5 %。此外，如同前述過 ，控制被處理品中的「最外表面」到「預定深度」爲止的 範圍之氮濃度，使上限値成爲6.90%，使下限値成爲 0，0 5 %，上述結果因而能夠達成。另外，如此上限値的範 圍則可以避免產生化合物的問題。 (實施例9) 在容量4 m3的爐內配置SPCC素材的被處理品（厚 -40- (38) (38)1360579 度2.3 mm)，接著用油旋轉幫浦，經過20分鐘抽真空， 將該爐內減壓到1〇〇 Pa，之後，導入氮氣來回復到1氣壓 爲止。回復到1氣壓之後，停止導入氮氣》之後，經21 分鐘將爐內升溫到750°C爲止。再度經過20分鐘後，將 氨氣以8 1/ min的流量持續導入到維持在75 0°C的爐內》 此外，同時從排氣口持續排出使用過的氣體。該排氣是將 爐內保持在1氣壓來進行。氨氣以該流量的導入及使用過 氣體的排氣及？5〇°C的爐內溫度，持續經過30分鐘過後 ，從爐內取出該被處理品，立即投入到油溫調整在80 °C 之油冷裝置，該被處理品的溫度成爲150 °C以下時才取出 。之後該被處理品空冷到室溫爲止。 此後，針對以上的已處理品，進行與實施例1同樣的 觀察及試驗。 準備用腐蝕液（硝酸浸蝕液）來腐蝕該已處理品的觀 察面時，與實施例1同樣，用5 %硝酸浸蝕液才會看見含 氮麻田散鐵，所以能夠判爲耐腐蝕性良好。另外，顯微鏡 所觀察的結果，表層確認爲麻田散鐵組織，不過並未看到 在該最表面有化合物層的存在。 硬度試驗是用維氏硬度測試器，進行與實施例1同樣 的測定。其結果，表面硬度爲HV790，深度50//m的部 位之硬度則爲HV500，該表面硬化層的深度能夠有50// m 。此外，表面硬化層的氮濃度，除了離最外表面1/zm深 度爲止的範圍的該氮濃度以外，最高的部位有0.63%。如 同前述，以此氮濃度則不會產生化合物層。 -41 - (39) (39)1360579 再者，本實施例的情況之氨氣的使用量爲240 1，與 用來獲得與該實施例同樣厚度的硬化層（硬度較低）之氣 體軟氮化或是氣體氮化作比較，成爲與實施例1的使用量 同樣，極少的使用量。 將本實施例9的已處理品與實施例1〜5的已處理品 作比較，確認符合先前所述過的趨勢，不過表面硬度及硬 化層深度的値比氮氣和氨氣同時導入的各實施例還要低若 干。如此，表面硬度及硬度層深度的値變低，並不是因爲 氨氣單獨進行處理的情況所一般性的結果，與此處沒有出 現的多數個實施例進行比較檢討，利用滲氮溫度與導入流 量的組合，也會有超過與氮氣組合的組合之結果的情況。 此外，無論如何，該實施例8的情況也是表面硬度及硬化 層的深度，實用上有足夠的標準，若與過去的氣體軟氮化 或氣體氮化進行比較的話，則充分地超過該標準。 〔發明之效果〕 依據本發明的申請專利範圍第1項之滲氮淬火品，可 提供具備有耐磨損性及耐蝕性都優異之高硬度的硬化層， 且即使受到衝擊仍不容易剝落表層的品質良好之滲氮淬火 品。 依據本發明的申請專利範圍第2項之滲氮淬火品的製 造方法’在鐵或是鐵的被處理品，形成沒有化合物層產生 ’包含該全體之預定深度（厚度）的氮擴散層，進行氮擴 散層的淬火，就能夠極容易地實施表層的硬度爲HV700 -42- (40) 1360579 以上之硬度的淬火β 一般，不讓化合物層產生’只讓氮固熔， 得HV200程度的硬度，因而提供添加了鋁（ Cr)之氮化用鋼，不過本發明中’能夠容易地 些高價的材料而改用低廉的鐵或是鐵合金，特 鋼，就能夠獲得同樣的表面硬度之淬火。 另外，該滲氮處理是以比既有的氣體氮化 化處理還要高若干的溫度進行處理，但若以獲 的氮擴散層爲前提的話，則具有：該處理時間 理時間相比較下極短，例如爲1/ 2.5〜1/ 50 之優點。另外，也有與這些既有的處理相比較 氣使用量（頂多是1/16以下程度）就能完成 〇 該滲氮處理，也能適切地設定處理時間， 處理品的全體來擴散氮氣，故若有必要，也能 ，之後由前述溫度，或由如同後述，下降被處 到一定溫度爲止後急速冷卻，來橫跨全體實施 另外，該滲氮處理，如同前述設定滲氮溫 成使氮氣在於〇.〇5〜6.90%的濃度範圍內擴散 中，並將氨氣導入來進行滲氮處理，故例如， 氮氣擴散到被處理品的全體似地進行較長時間 的情況的話，仍不會在表層產生有可能剝離的 總之，該滲氮處理無論時間的長短，均不會產 。另外，由於以這樣的濃度來擴散氮氣，因而 最大也只獲 A1 )或鉻（ 實施不用這 別是用低碳 或氣體軟氮 得同樣厚度 與既有的處 程度的時間 下極少的氨 處理的情形 以使橫跨被 實施該處理 理品的溫度 淬火。 度，且控制 到被處理品 即使如同使 的滲氮處理 化合物層》 生化合物層 藉由被處理 -43- (41) (41)1360579 品的淬火，能夠充分提高該獲得的硬度。 擴散到被處理品中之上述的氮濃度範圍，雖訂定爲從 「最外表面」到「預定深度」的範圍的該氮濃度範圍，但 從「離最外表面深度的附近」起到「離最外表面預 定的深度j爲止的範圍之氮濃度範圍則更加重要，必須將 該範圍的濃度在〇·〇5〜1.50 %的範圍內進行處理。從「離 最外表面深度的附近」朝向最外表面，因爲氮濃度 的梯度急速上升，故如同前述，「從最外表面到預定深度 的範圍之氮濃度j上限値極端大到6.90%，不過若將濃度 控制在該範圍內的話，則該上述從「離最外表面l^m深 度的附近」起到「離最外表面預定的深度」爲止的範圍之 氮濃度範圍，就變成落在0.05〜1.50%的範圍內。此外， 該範圍的濃度，若控制在0.2〜0.8 5 %內的話，則能夠更 加提高被處理品的淬火硬度。 氮氣擴散到這種被處理品中的濃度，具體上可以藉由 調整滲氮處理的時間、導入爐內之氨氣的每單位時間的量 、以及滲氮溫度，來進行調整。此外，這點則是不論在被 處理品中是否含有對於施加淬火處理具有貢獻的各種添加 元素。 再者，經過滲氮處理所形成的氮之擴散區域，該溫度 範圍比Fe- C類鋼沃斯田鐵化溫度範圍還要減低130°C程 度’故該滲氮處理接著，不必進行從該處理溫度也就是不 必從6 5 0〜85 0再度加熱的處理，立即急速冷卻只將藉由 滲氮處理所形成之氮的擴散層麻田散鐵化，就能涵蓋被處 -44 - (42) (42)1360579 理品全體獲得必要的深度、硬度的硬化層。此外，此時， 前述處理溫度位在前述溫度範圍當中較高標準的情況，變 形減少，故當然可將前述處理品的溫度下降到可一度淬火 的範圍內之適當的溫度，進行均熱處理過後，就急速冷卻 。另外，氮擴散區域的Ms點比滲氮淬火還要高，淬火性 則較佳。 如此，依據本發明的申請專利範圍第2項之滲氮淬火 品的製造方法，能夠因應需求，從被處理品的表層到涵蓋 全體之必要的深度爲止，形成高硬度的含氮麻田散鐵，以 形成耐磨損性及耐腐蝕性都優異的硬化層。另外，如同前 述，經過滲氮處理所形成之氮的擴散區域，由於沃斯田鐵 化溫度範圍比Fe-C類鋼的該溫度範圍還要低，因而淬火 溫度降低，結果是也能夠寄望減少淬火變形。 滲氮萍火會有薰黑（sooting)或燒著洗淨不良的油， 而加工表層會造成問題的情形。另外，氣體軟氮化會在滲 氮淬火之前，在於之前製程受到加工油或防銹油的影響， 造成氮化不良或加工表層不良的問題。針對此點，依據本 發明的申請專利範圍第2項之滲氮淬火品的製造方法，只 用不會對氮氣等的滲氮處理造成不良影響的氣體或氨氣， 所以沒有薰黑的虞濾，又如前所述，因爲是較之氣體軟氮 化更高溫的處理，所以被處理品的表面會活性化，不易受 到前製程的影響，結果是形成良好的最後表層。 依據本發明的申請專利範圍第3項之滲氮淬火品的製 造方法，儘可能在排除爐內的空氣之後，導入不會對氮氣 -45- (43) (43)1360579 等的滲氮處理造成不良影響的氣體來回復壓力，在該回復 壓力前後使爐內升溫到滲氮溫度，之後導入氨氣來進行滲 氮處理，而能夠進行不含雜質之品質良好的滲氮淬火。此 外，升溫到滲氮溫度是在導入前述氣體進行回復壓力前後 進行的，最早的升溫時間點雖然可自由地選在導入該氣體 之前，不過如果在爐內減壓的狀態進行的話，則對被處理 品的加熱幾乎僅是依賴輻射熱而已，效率並不理想。當然 ，加熱開始時間點提早的話，係有可縮短全體的處理時間 的優點。 依據本發明的申請專利範圍第4項及第5項之滲氮淬 火品的製造方法，係藉由：調節滲氮處理的時間的這種極 簡單的操作，就能對被處理品來自由調整氮的滲透深度。 另外，將滲氮溫度控制在前述範圍，且如同前述的方式來 控制氨氣的導入，可以形成較深（較厚）的氮擴散層，故 即使耗費較長的處理時間，仍不會有產生化合物層的虞濾 。此外，除了前述滲氮時間的控制之外，又在前述溫度範 圍內調節滲氮溫度，可以更有效率地控制氮的滲透深度。 依據本發明的申請專利範圍第6項〜第9項之滲氮淬 火品的製造方法，在滲氮處理後，急速冷卻前，一面維持 滲氮溫度一面將爐內減壓，形成預定的高真空狀態，來適 度時間保持該真空狀態，就能使滲透到該被處理品的氮氣 更加擴散’又效率良好地增加氮擴散層的厚度。另外，即 使表層萬一產生化合物的情況，也可以使該化合物擴散， 而消滅所產生的化合物。此外，該擴散爲了維持淬火所形 -46- (44) (44)1360579 成預定的硬度，應該控制成擴散到被處理品中之氮的濃度 不低於0.0 5 %。 依據本發明的申請專利範圍第10項〜第13項之滲氮 淬火品的製造方法，在滲氮處理後急速冷卻前，一面維持 滲氮溫度一面停止氨氣導入爐內，使該爐內形成幾乎只以 氮氣等的不會對滲氮處理造成不良影響的氣體所組成的雰 圍，來適度時間保持該雰圍，就能使滲透到該被處理品的 氮氣更加擴散，又效率良好地增加氮擴散層的厚度。另外 ，即使表層萬一產生化合物的情況，也可以使該化合物擴 .散，而消滅所產生的化合物。此外，該擴散爲了維持淬火 所形成預定的硬度，應該控制成擴散到被處理品中之氮的 濃度不低於0.0 5 %。 依據本發明的申請專利範圍第14項〜第17項及第 22項〜第29項之滲氮淬火品的製造方法，在急速冷卻處 理之前，經過簡單的操作插入滲碳處理，可以容易又經濟 地獲得因應該需求的高硬度。 依據本發明的申請專利範圍第18項〜第21項及第 30項〜第37項之滲氮淬火品的製造方法，在急速冷卻處 理之前，藉由插入使用以不飽和碳化氫所組成的滲氮性氣 體之極短時間的滲碳處理，可以容易又經濟地獲得因應該 需求的高硬度。 -47-