JPH02294463A - 窒化鋼部材の製造方法 - Google Patents
窒化鋼部材の製造方法Info
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- JPH02294463A JPH02294463A JP11662889A JP11662889A JPH02294463A JP H02294463 A JPH02294463 A JP H02294463A JP 11662889 A JP11662889 A JP 11662889A JP 11662889 A JP11662889 A JP 11662889A JP H02294463 A JPH02294463 A JP H02294463A
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Landscapes
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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。
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〕
本発明は窒化鋼部材の製造方法に関し、特にイオン窒化
又はイオン軟窒化の窒化処理を温度を変えて２工程で施
し有効硬化深さ及び表面硬さを著しく改善し得る方法に
関するものである。
又はイオン軟窒化の窒化処理を温度を変えて２工程で施
し有効硬化深さ及び表面硬さを著しく改善し得る方法に
関するものである。
従来、鋼部材を用いて疲労強度に優れる歯車などの鋼部
材を製造する技術として、鋼部材に浸炭処理を施す技術
と、鋼部材に窒化処理や軟窒化処理を施す技術が広く実
用化されている。
材を製造する技術として、鋼部材に浸炭処理を施す技術
と、鋼部材に窒化処理や軟窒化処理を施す技術が広く実
用化されている。
上記窒化処理や軟窒化処理は約５００〜６００℃程度の
低温で処理する関係上熱処理歪が僅少であり精密機械部
品に適用するのに適しているが、硬化層が浅いことから
疲労強度向上の面で改善の余地が残されている。
低温で処理する関係上熱処理歪が僅少であり精密機械部
品に適用するのに適しているが、硬化層が浅いことから
疲労強度向上の面で改善の余地が残されている。
上記窒化処理や軟窒化処理を施すと、鋼部材の表層に窒
化鉄（Ｆｅ２Ｎ−．Ｆｅ＝Ｎ，Ｆｅ４Ｎ）からなる憂硬
度の窒化物被膜が形成され、同時に鋼部材の内部にも窒
化物（拡散硬化層）が形成され、疲労寿命が著しく向上
する。
化鉄（Ｆｅ２Ｎ−．Ｆｅ＝Ｎ，Ｆｅ４Ｎ）からなる憂硬
度の窒化物被膜が形成され、同時に鋼部材の内部にも窒
化物（拡散硬化層）が形成され、疲労寿命が著しく向上
する。
上記表層の窒化物被膜の内側の拡散硬化層を極力深く形
成することが重要であるとの観点から、窒化処理に際し
綱組織を最適化し、表面近傍の金属組織をフエライト＋
バーライト組織にすることも提案されている（特公昭６
１−３１１８４号公報参照）。
成することが重要であるとの観点から、窒化処理に際し
綱組織を最適化し、表面近傍の金属組織をフエライト＋
バーライト組織にすることも提案されている（特公昭６
１−３１１８４号公報参照）。
一方、通常、軟窒化用の合金鋼部材に窒化処理や軟窒化
処理を施した場合、第１図の曲線Ａに示すようにＨＶ５
００となる有効硬化深さは０．１ｆｌ程度また表面硬さ
はＨｖ６５０程度である。上記有効硬化深さ及び表面硬
さを改善する為、一般に採用される対策は、窒化処理温
度を高くし且つ処理時間を長くすることである。
処理を施した場合、第１図の曲線Ａに示すようにＨＶ５
００となる有効硬化深さは０．１ｆｌ程度また表面硬さ
はＨｖ６５０程度である。上記有効硬化深さ及び表面硬
さを改善する為、一般に採用される対策は、窒化処理温
度を高くし且つ処理時間を長くすることである。
上記のように窒化処理温度を高め、処理時間を長くした
場合に、次のような種々の問題が生じる．＋１１ 窒
化処理温度を高くすると泪部材中の基材の焼戻し作用が
大となり、基材の硬さが低下してしまう。また、窒化物
の生成が不十分となり窒化層の硬さが低下する。
場合に、次のような種々の問題が生じる．＋１１ 窒
化処理温度を高くすると泪部材中の基材の焼戻し作用が
大となり、基材の硬さが低下してしまう。また、窒化物
の生成が不十分となり窒化層の硬さが低下する。
（２） −３１に採用されるガス軟窒化や塩浴窒化の
場合、処理時間を長くしても、有効硬化深さが略一定値
（０．２〜０．３ｍｍ）で飽和する。これは、鋼部材の
表面に形成される窒化鉄化合物層（ＦｅｚＮ、ＦｅｚＮ
，Ｆｅ４Ｎ）が時間経過とともに成長して厚くなり、窒
素の侵入が遮断されるためであると考えられる。
場合、処理時間を長くしても、有効硬化深さが略一定値
（０．２〜０．３ｍｍ）で飽和する。これは、鋼部材の
表面に形成される窒化鉄化合物層（ＦｅｚＮ、ＦｅｚＮ
，Ｆｅ４Ｎ）が時間経過とともに成長して厚くなり、窒
素の侵入が遮断されるためであると考えられる。
そこで、本発明の発明者は、窒素の侵入力に優れるイオ
ン窒化処理を採用し、その処理時間を長くして実験した
結果、Ｈｖ５００となる有効硬化深さ０． ３ ｍを実
現することが出来たけれども、第１図の曲線Ｂに示すよ
うに表面硬さが低下してしまうという問題が生じた。鋼
部材の表面硬さは強度及び疲労強度及び耐摩耗性等に大
きく影響することから、表面硬さを向上させることが必
要である。
ン窒化処理を採用し、その処理時間を長くして実験した
結果、Ｈｖ５００となる有効硬化深さ０． ３ ｍを実
現することが出来たけれども、第１図の曲線Ｂに示すよ
うに表面硬さが低下してしまうという問題が生じた。鋼
部材の表面硬さは強度及び疲労強度及び耐摩耗性等に大
きく影響することから、表面硬さを向上させることが必
要である。
本発明の目的は、有効硬化深さ約０． ３ ａｓ以上及
び表面硬さＨｖ７００以上となるような窒化鋼部材の製
造方法を提供することである。
び表面硬さＨｖ７００以上となるような窒化鋼部材の製
造方法を提供することである。
本発明に係る窒化鋼部材の製造方法は、鋼部材に窒化処
理を施して窒化鋼部材を製造する窒化鋼部材の製造方法
において、鋼部材に、５５０〜６００℃の温度で５〜１
５時間の間イオン窒化又はイオン軟窒化による第１窒化
処理を施し、次に上記鋼部材に、４５０〜５３０℃の温
度で０． ５〜３時間の間イオン窒化又はイオン軟窒化
による第２窒化処理を施すものである。
理を施して窒化鋼部材を製造する窒化鋼部材の製造方法
において、鋼部材に、５５０〜６００℃の温度で５〜１
５時間の間イオン窒化又はイオン軟窒化による第１窒化
処理を施し、次に上記鋼部材に、４５０〜５３０℃の温
度で０． ５〜３時間の間イオン窒化又はイオン軟窒化
による第２窒化処理を施すものである。
本発明に係る窒化鋼部材の製造方法においては、第２図
又は第３図に示すように、鋼部材に、５５０〜６００℃
の温度で５〜１５時間の間イオン窒化又はイオン軟窒化
による第１窒化処理を施し、次に上記鋼部材に４５０〜
５３０℃の温度で０． ５〜３時間の間イオン窒化又は
イオン軟窒化による第２窒化処理を施す。
又は第３図に示すように、鋼部材に、５５０〜６００℃
の温度で５〜１５時間の間イオン窒化又はイオン軟窒化
による第１窒化処理を施し、次に上記鋼部材に４５０〜
５３０℃の温度で０． ５〜３時間の間イオン窒化又は
イオン軟窒化による第２窒化処理を施す。
先ず、第１窒化処理について説明すると、イオン窒化や
イオン軟窒化はイオンの侵入力が強力なので窒化による
拡散硬化層が深くまで形成され易く、５５０〜６００℃
の比較的高い温度まで鋼部材を加熱して窒化処理するの
でまた５〜１５時間の比較的長時間の間窒化処理するの
で、窒化による拡散硬化層が深くまで形成されることに
なる。
イオン軟窒化はイオンの侵入力が強力なので窒化による
拡散硬化層が深くまで形成され易く、５５０〜６００℃
の比較的高い温度まで鋼部材を加熱して窒化処理するの
でまた５〜１５時間の比較的長時間の間窒化処理するの
で、窒化による拡散硬化層が深くまで形成されることに
なる。
第１窒化処理をイオン窒化又はイオン軟窒化により行な
うのは、ガス軟窒化や塩浴窒化では窒素原子の鋼部材中
への十分な侵入力が得られないからである。
うのは、ガス軟窒化や塩浴窒化では窒素原子の鋼部材中
への十分な侵入力が得られないからである。
処理温度を５５０〜６００℃とするのは、５００℃未満
では深い拡散硬化層を形成するのに長時間を要し実用性
に欠けること、また６００℃より高いと窒化物が析出し
に＜＜シかも鋼基材の焼戻し作用が過大となって鋼基材
の硬さが低下してしまうこと、などの理由によるもので
ある。
では深い拡散硬化層を形成するのに長時間を要し実用性
に欠けること、また６００℃より高いと窒化物が析出し
に＜＜シかも鋼基材の焼戻し作用が過大となって鋼基材
の硬さが低下してしまうこと、などの理由によるもので
ある。
処理時間を５〜１５時間とするのは、５時間未満では拡
散硬化層を余り深くまで形成できないこと、１５時間よ
り長くしても処理時間長期化の効果が飽和してしまうこ
と、などの理由によるものである． ところで、上記第１窒化処理のみでは、有効硬化深さは
０． ３ ｗ以上となるが、表面硬さがＨｖ７００未満
になってしまう。
散硬化層を余り深くまで形成できないこと、１５時間よ
り長くしても処理時間長期化の効果が飽和してしまうこ
と、などの理由によるものである． ところで、上記第１窒化処理のみでは、有効硬化深さは
０． ３ ｗ以上となるが、表面硬さがＨｖ７００未満
になってしまう。
その理由について考察してみると、処理温度を高め処理
時間を長くすると、窒素原子の鋼部材内部への拡散は進
行し、これと並行して鋼部材の表面の窒化鉄などの窒化
物層が厚くなってい《。その結果、窒化物層により窒素
の侵入が妨げられ窒素の侵入量が減少していって、ある
時点において窒素の侵入量が内部への拡散量よりも少な
くなり、これにより表面層の窒素量が不足して表面層の
硬さが内部よりも低下するものと考えられる。
時間を長くすると、窒素原子の鋼部材内部への拡散は進
行し、これと並行して鋼部材の表面の窒化鉄などの窒化
物層が厚くなってい《。その結果、窒化物層により窒素
の侵入が妨げられ窒素の侵入量が減少していって、ある
時点において窒素の侵入量が内部への拡散量よりも少な
くなり、これにより表面層の窒素量が不足して表面層の
硬さが内部よりも低下するものと考えられる。
上記のように窒素量が不足した表面層へ窒素を補充する
為、本発明特有の第２窒化処理を施すのである。
為、本発明特有の第２窒化処理を施すのである。
この第２窒化処理を第１窒化処理よりも低い温度（４５
０〜５３０℃）で行なうので、窒素の鋼部材の内部への
拡散力が第１窒化処理のときの拡散力よりも弱くなり、
侵入窒素の大部分は表面層に留まって窒化物を形成し、
第１図の曲線Ｃに示すように表面層の硬さが大幅に向上
する。
０〜５３０℃）で行なうので、窒素の鋼部材の内部への
拡散力が第１窒化処理のときの拡散力よりも弱くなり、
侵入窒素の大部分は表面層に留まって窒化物を形成し、
第１図の曲線Ｃに示すように表面層の硬さが大幅に向上
する。
第２窒化処理をイオン窒化又はイオン軟窒化により行な
うのは、第１窒化処理の場合と同じ理由による。
うのは、第１窒化処理の場合と同じ理由による。
処理温度を４５０〜５３０℃とするのは、４５０℃未満
では窒化反応が有効に進行しないこと、また５３０℃よ
り高《なると鋼部材の内部への窒素の拡散が促進されて
表面層に窒素を留めることができないこと、などの理由
によるものである。
では窒化反応が有効に進行しないこと、また５３０℃よ
り高《なると鋼部材の内部への窒素の拡散が促進されて
表面層に窒素を留めることができないこと、などの理由
によるものである。
処理時間を０．５〜３時間とするのは、０．５時間未満
では十分な窒化反応が得られないこと、また３時間より
長くしてもその効果が飽和してしまうこと、などの理由
によるものである。
では十分な窒化反応が得られないこと、また３時間より
長くしてもその効果が飽和してしまうこと、などの理由
によるものである。
上記第２窒化処理を施すことにより、鋼部材の表面層に
窒素を補充して十分な窒化物を形成することが出来、表
面層の硬さをＨＶ７００以上まで高めることが出来る。
窒素を補充して十分な窒化物を形成することが出来、表
面層の硬さをＨＶ７００以上まで高めることが出来る。
尚、第２図に示すように第１窒化処理に引き続いて第２
窒化処理を施してもよいし、或いは第３図に示すように
第１窒化処理後鋼部材の温度が十分低下してから且つ必
要に応じて任意の時間経過後に第２窒化処理を施しても
よい。
窒化処理を施してもよいし、或いは第３図に示すように
第１窒化処理後鋼部材の温度が十分低下してから且つ必
要に応じて任意の時間経過後に第２窒化処理を施しても
よい。
尚、本発明は鋼全般に亙って適用し得るが、特に窒化物
を形成しやすい元素（Ｃｒ、■、Ａ１、Ｔｉなど）を適
量含有する合金鋼が望ましい６〔発明の効果〕 本発明に係る窒化鋼部材の製造方法によれば、上記〔作
用〕の項で詳述したように、第１窒化処理と第２窒化処
理とを施すことにより、窒化鋼部材の有効硬化深さが０
． ３ ｗ以上まで大きくなり、且つ表面硬さがＨＶ７
００以上まで高くなることから、特に疲労強度と耐摩耗
性に優れた窒化鋼部材を製造することが出来る。
を形成しやすい元素（Ｃｒ、■、Ａ１、Ｔｉなど）を適
量含有する合金鋼が望ましい６〔発明の効果〕 本発明に係る窒化鋼部材の製造方法によれば、上記〔作
用〕の項で詳述したように、第１窒化処理と第２窒化処
理とを施すことにより、窒化鋼部材の有効硬化深さが０
． ３ ｗ以上まで大きくなり、且つ表面硬さがＨＶ７
００以上まで高くなることから、特に疲労強度と耐摩耗
性に優れた窒化鋼部材を製造することが出来る。
以下、本発明の実施例について図面を参照し乍ら説明す
る。
る。
第４図に示すように、下記の第１表の組成の合金鋼の畑
材を所定サイズに切断し、その鋼材に熱間鍛造を施して
２０ｗφの丸棒を多数製作し、それら丸棒を９００℃ま
で加熱して焼準を施した。
材を所定サイズに切断し、その鋼材に熱間鍛造を施して
２０ｗφの丸棒を多数製作し、それら丸棒を９００℃ま
で加熱して焼準を施した。
それら焼準後の丸棒の表面部の硬さはＨｖ２７０であっ
た。
た。
次に、それら丸捧を機械加工し、第５図のような回転曲
げ疲労試験片Ｐを製作した。
げ疲労試験片Ｐを製作した。
（本頁以下余白）
第１表
〔単位：重量％〕
次に、上記多数の試験片の夫々に対して第２表に示すよ
うに第１窒化処理を施し、次に第２窒化処理を施した。
うに第１窒化処理を施し、次に第２窒化処理を施した。
尚、第１窒化処理と第２窒化処理には同種の窒化処理を
施し、比較例の試験Ｎｏ． １及び４のものには第２窒
化処理を施していない。
施し、比較例の試験Ｎｏ． １及び４のものには第２窒
化処理を施していない。
但し、ガス軟窒化処理にはＮＨ．：ＲＸ（吸熱型変成ガ
ス）＝１：１のガスを用い、イオン窒化処理にはＮｚ
：Ｈ２ ＝１ ： １のガスを用いた。
ス）＝１：１のガスを用い、イオン窒化処理にはＮｚ
：Ｈ２ ＝１ ： １のガスを用いた。
次に、上記のように窒化処理を施した試験片の夫々につ
いて表面下５０μｍ位置の断面硬さの測定及びビソカー
ス硬さＨｖ５００以上の有効硬化深さを測定した。
いて表面下５０μｍ位置の断面硬さの測定及びビソカー
ス硬さＨｖ５００以上の有効硬化深さを測定した。
更に、上記の測定と並行して、各試験片と同一条件で製
作した試験片について５０ｋｇｆ／１ｍ”の試験応力に
て回転曲げ疲労試験を実施し、破損するまでの負荷サイ
クル数を疲労寿命とした（第２表参照）。
作した試験片について５０ｋｇｆ／１ｍ”の試験応力に
て回転曲げ疲労試験を実施し、破損するまでの負荷サイ
クル数を疲労寿命とした（第２表参照）。
（本頁以下余白）
次に、第２表の内容について説明する。
ｍｌ及び患２では、ガス軟窒化を施したので、窒素の侵
入力が低いため十分な拡散硬化層が得られない。
入力が低いため十分な拡散硬化層が得られない。
１１ｈ３では、イオン窒化による第１窒化処理の処理時
間が短かいので十分な拡散硬化層が得られないが、第２
窒化処理を施したので断面硬さが向上している。
間が短かいので十分な拡散硬化層が得られないが、第２
窒化処理を施したので断面硬さが向上している。
患４では、イオン窒化による第１窒化処理の処理時間を
十分長くしたので有効硬化深さが著しく向上しているけ
れども、第２窒化処理を施さないので表面付近の窒素量
が不足し断面硬さが改善されていない。
十分長くしたので有効硬化深さが著しく向上しているけ
れども、第２窒化処理を施さないので表面付近の窒素量
が不足し断面硬さが改善されていない。
患５では、イオン窒化処理による第１及び第２窒化処理
を施したが、第２窒化処理の温度が高すぎるので内部へ
の窒素の拡散により表面付近の窒素量が不足した結果断
面硬さが改善されない。
を施したが、第２窒化処理の温度が高すぎるので内部へ
の窒素の拡散により表面付近の窒素量が不足した結果断
面硬さが改善されない。
阻６では、イオン窒化による第１及び第２窒化処理を施
したが、第２窒化処理の温度が低いため表面付近におけ
る窒化反応が不十分となり断面硬さが殆んど改善されな
い。
したが、第２窒化処理の温度が低いため表面付近におけ
る窒化反応が不十分となり断面硬さが殆んど改善されな
い。
Ｎ１１７、隘８及びＩｌｉｌ９のものは、イオン窒化に
よる第１及び第２窒化処理の温度と処理時間とを夫々適
切に設定したので、０．３４ｍｍ以上もの有効硬化深さ
及びＨｖ７５０以上もの断面硬さとなっている。その理
由は、〔作用〕の項に記載した通りであるので省略する
。
よる第１及び第２窒化処理の温度と処理時間とを夫々適
切に設定したので、０．３４ｍｍ以上もの有効硬化深さ
及びＨｖ７５０以上もの断面硬さとなっている。その理
由は、〔作用〕の項に記載した通りであるので省略する
。
尚、実用に供する窒化鋼部材を製造する際には、前記焼
準処理は省略してもよいし、また第４図に示すように必
要に応じて第２窒化処理を施してから窒化鋼部材にショ
ットビーニング処理を施して疲労強度の向上を図ること
も有る。
準処理は省略してもよいし、また第４図に示すように必
要に応じて第２窒化処理を施してから窒化鋼部材にショ
ットビーニング処理を施して疲労強度の向上を図ること
も有る。
第１図は従来技術と本発明に係る窒化鋼部材の硬さの特
性図、第２図及び第３図は夫々本発明における窒化処理
の熱処理サイクルの説明図、第４図は実施例に係る窒化
鋼部材の製造工程説明図、第５図は実施例に係る試験片
の説明図である。
性図、第２図及び第３図は夫々本発明における窒化処理
の熱処理サイクルの説明図、第４図は実施例に係る窒化
鋼部材の製造工程説明図、第５図は実施例に係る試験片
の説明図である。
Claims (1)
- （１）鋼部材に窒化処理を施して窒化鋼部材を製造する
窒化鋼部材の製造方法において、鋼部材に、５５０〜６
００℃の温度で５〜１５時間の間イオン窒化又はイオン
軟窒化による第１窒化処理を施し、 次に上記鋼部材に、４５０〜５３０℃の温度で０．５〜
３時間の間イオン窒化又はイオン軟窒化による第２窒化
処理を施すことを特徴とする窒化鋼部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11662889A JPH02294463A (ja) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | 窒化鋼部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11662889A JPH02294463A (ja) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | 窒化鋼部材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02294463A true JPH02294463A (ja) | 1990-12-05 |
Family
ID=14691905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11662889A Pending JPH02294463A (ja) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | 窒化鋼部材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02294463A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03204479A (ja) * | 1989-12-29 | 1991-09-06 | Nippon Piston Ring Co Ltd | ピストンリング及びその製造方法 |
| US5176760A (en) * | 1991-11-22 | 1993-01-05 | Albert Young | Steel article and method |
| JP2006077315A (ja) * | 2004-09-13 | 2006-03-23 | Juki Corp | ミシンの糸切り装置 |
| JP2006216443A (ja) * | 2005-02-04 | 2006-08-17 | Hitachi Ltd | 金属シース二ホウ化マグネシウム超電導線材及びその製造方法 |
| JP2007056368A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-03-08 | Showa Denko Kk | アルミニウム押出し加工用ダイスの表面処理方法及びアルミニウム押出し加工用ダイス |
-
1989
- 1989-05-10 JP JP11662889A patent/JPH02294463A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03204479A (ja) * | 1989-12-29 | 1991-09-06 | Nippon Piston Ring Co Ltd | ピストンリング及びその製造方法 |
| US5176760A (en) * | 1991-11-22 | 1993-01-05 | Albert Young | Steel article and method |
| JP2006077315A (ja) * | 2004-09-13 | 2006-03-23 | Juki Corp | ミシンの糸切り装置 |
| JP4546793B2 (ja) * | 2004-09-13 | 2010-09-15 | Ｊｕｋｉ株式会社 | ミシンの糸切り装置 |
| JP2006216443A (ja) * | 2005-02-04 | 2006-08-17 | Hitachi Ltd | 金属シース二ホウ化マグネシウム超電導線材及びその製造方法 |
| JP2007056368A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-03-08 | Showa Denko Kk | アルミニウム押出し加工用ダイスの表面処理方法及びアルミニウム押出し加工用ダイス |
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