JP2001011597A - ガス浸炭窒化方法 - Google Patents

ガス浸炭窒化方法

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敬二 横瀬
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 短時間で大きな窒化深さを得ることができる
ガス浸炭窒化方法を提供する。 【解決手段】 浸炭処理に適する温度の下で行われる浸
炭工程と、該浸炭工程後の降温工程と、の少なくともい
ずれかの工程でＮＨ３ガスを供給して被処理材に窒化処
理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス浸炭窒化方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ガス浸炭窒化処理においては、９
００℃以下の処理温度で浸炭と窒化を同時に行う方法、
また９００℃以上の温度で一次加熱として浸炭処理を行
った後、９００℃以下の温度、一般的には８５０℃付近
に降温させて二次加熱を設けて、その温度で窒化を行う
方法が行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、９００℃以下
の温度で浸炭と窒化を同時に行う方法では、温度が通常
の浸炭温度より低いため、浸炭処理に時間がかかりすぎ
るので、処理が長時間に及ぶという欠点があった。
【０００４】また、浸炭処理終了後に窒化処理を行う方
法は、窒化工程追加分だけ時間がかかるし、一次加熱か
ら二次加熱への降温工程の時間も、長時間処理となる原
因となっている。
【０００５】また一方では、窒化処理温度をあまり上昇
させると、浸炭処理は行われるものの、炉内で供給され
たＮＨ３ガスの分解が進み、逆に窒化処理が長時間に及
ぶため、鋼材料の結晶粒度が粗大化してしまうことが指
摘されている。
【０００６】本発明は、こうした事情に鑑みてなされた
もので、短時間で大きな窒化深さを得ることができるガ
ス浸炭窒化方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明に係るガス浸炭窒化方法は、浸炭処理に適す
る温度の下で行われる浸炭工程と、該浸炭工程後の降温
工程と、の少なくともいずれかの工程でＮＨ３ガスを供
給して被処理材に窒化処理を施すものである。
【０００８】好ましい実施の形態では、例えば、前記浸
炭工程で前記ＮＨ３ガスを供給したり、前記降温工程で
前記ＮＨ３ガスを供給したり、あるいは、前記浸炭工程
と前記降温工程とに時間的にまたがって前記ＮＨ３ガス
を供給したりして、前記被処理材に窒化処理を施すこと
ができる。このようにすれば、従来方法より高い温度で
窒化処理が行われるので、短時間で大きな窒化深さを得
ることができる。また、浸炭工程と降温工程にまたがっ
て窒化が行われることによって、浸炭後に材料の結晶粒
度の粗大化がおこることもなく、特別な処理時間を必要
とすることもない。しかも、従来方法の一つで必要とさ
れていた前記二次加熱工程が不要となるので、処理時間
の大幅な短縮に貢献できる。
【０００９】前記ＮＨ３ガスの供給開始時点は、例え
ば、前記降温工程の終了時点と、前記被処理材の窒素濃
度を目標値に到達せしめるのに必要な窒化時間と、から
算出することができる。また、前記浸炭工程に適する温
度としては、例えば、９００乃至９５０℃の温度が望ま
しい。
【００１０】なお、前記ガス浸炭窒化方法は、温度との
関係に着目して定義すれば、熱処理炉内の温度が浸炭に
適する温度に達した後、焼入温度に至るまでの間に、前
記熱処理炉内にＮＨ３ガスを供給して被処理材に窒化処
理を施す方法と表現することもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の好適な実施の形態を説明する。
【００１２】図１は、本発明に係るガス浸炭窒化方法に
よる処理工程と、従来のガス浸炭窒化方法の一つによる
処理工程とを、同一時間軸上に示した比較図である。こ
の図を参照すれば、本発明方法の利点の一つである総処
理時間の短縮が視覚的に明らかとなる。
【００１３】図１の上段に示された従来の方法は、一次
加熱工程としての浸炭工程と、該浸炭工程に続いて行わ
れる降温工程（降温期）と、該降温工程に続いて行われ
る二次加熱工程としての窒化工程と、該窒化工程に続い
て行われる焼入れ工程と、を備えた周知の方法である。
この従来の方法では、一次加熱温度Ｔ１の下で浸炭時間
ｔ１と拡散時間ｔ２とを経過することにより前記浸炭工
程が終了し、該浸炭工程後に降温時間ｔ３を経過して降
温工程が終わり、該降温工程後に、二次加熱温度Ｔ２の
下で窒化時間ｔ４を経過することにより窒化工程が終わ
り、その後、前記焼入れ工程が行われる。
【００１４】これに対し、図１の下段に示された本発明
の一実施の形態に係るガス浸炭窒化方法は、浸炭工程
と、該浸炭工程に続いて行われる降温工程（降温期）
と、該降温工程に続いて行われる焼入れ工程と、を備え
ている。本実施の形態では、前記従来方法と同一の一次
加熱温度Ｔ１の下で浸炭時間ｔ１と拡散時間ｔ２とを経
過することにより前記浸炭工程が終了し、該浸炭工程後
に降温時間ｔ３を経過して降温工程が終わり、該降温工
程後に、前記焼入れ工程が行われる。そして、窒化工程
は、前記浸炭工程と前記降温工程の少なくともいずれか
の工程で熱処理炉内にＮＨ３ガス（アンモニアガス）を
供給することにより、前記いずれかの工程と同時並行的
に行われる。
【００１５】本実施の形態において、前記浸炭工程は、
従来から浸炭処理に適するとされている温度、すなわ
ち、例えば、９００乃至９５０℃の下で行われる。
【００１６】本実施の形態の基本原理は、前記従来の一
方法における前記降温工程後の二次加熱工程における前
記窒化工程を省き、その代わりに、前記浸炭工程と前記
降温工程の少なくともいずれかの工程で窒化処理を並行
的に行う点にある。このようにすれば、従来、時間的に
独立した工程であった窒化工程が他の工程と同時に行わ
れるので、総処理時間を大幅に短縮することができる。
また、従来方法より高い温度で窒化処理が行われること
になるので、短時間で目標窒化深さを得ることができ
る。
【００１７】具体的には、例えば、前記降温期の全期間
に一致させて前記熱処理炉内に前記ＮＨ３ガスを供給す
る。ここで、前記熱処理炉内に装入される被処理材の表
面積が小さい等の理由で、前記降温期の全期間に渡って
窒化処理を行うと窒化深さが深くなりすぎる場合には、
例えば、前記ＮＨ３ガスの供給開始時点を遅らせたり、
前記ＮＨ３ガスの供給停止時点を早めたりして、目標窒
化深さを得るのに必要な時間だけ窒化処理を行うように
すれば良い。
【００１８】逆に、前記被処理材の表面積が大きかった
り、目標窒化深さが深い等の場合には、前記降温期だけ
を利用した窒化処理では窒化深さ不足となることも予想
される。この場合には、前記ＮＨ３ガスの供給を前記浸
炭工程中から開始すれば良い。前記浸炭工程の初めか
ら、又は該浸炭工程の途中から、前記ＮＨ３ガスの供給
を開始し、前記浸炭工程から前記降温期へと時間的にま
たがって前記ＮＨ３ガスを供給し続け、前記降温期の途
中で、又は該降温期の終了時点で、前記ＮＨ３ガスの供
給を停止することもできる。
【００１９】また、前記浸炭工程の初めから、又は該浸
炭工程の途中から、前記ＮＨ３ガスを供給し始め、前記
浸炭工程の途中で、又は該浸炭工程の終了と同時に、前
記ＮＨ３ガスの供給を停止してもよい。
【００２０】前記ＮＨ３ガスの供給開始時点は、次のよ
うにして算出することができる。すなわち、前記熱処理
炉内の残留ＮＨ３の濃度とカーボンポテンシャルとを測
定し、これから窒化ポテンシャルを算出する。そして、
この値を基に、目標窒化深さに応じて、前記被処理材の
窒素濃度を目標値に到達せしめるのに必要な窒化時間
（以下、「必要窒化時間」という。）が定まる。また、
前記被処理材の降温速度と、設定降温終了温度と、か
ら、前記降温期の終了時点を予測することができる。そ
こで、該降温期の終了時点から前記必要窒化時間を差し
引くことにより、前記ＮＨ３ガスの供給開始時点、すな
わち、窒化処理の開始時点を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガス浸炭窒化方法による処理工程
と、従来のガス浸炭窒化方法の一つによる処理工程と
を、同一時間軸上に示した比較図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横瀬 敬二 東京都千代田区丸の内一丁目８番２号 同 和鉱業株式会社内 (72)発明者 妹尾 達行 東京都千代田区丸の内一丁目８番２号 同 和鉱業株式会社内 Ｆターム(参考） 4K028 AA03 AC08

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 浸炭処理に適する温度の下で行われる浸
    炭工程と、該浸炭工程後の降温工程と、の少なくともい
    ずれかの工程でＮＨ３ガスを供給して被処理材に窒化処
    理を施すことを特徴とする、ガス浸炭窒化方法。
  2. 【請求項２】 前記浸炭工程で前記ＮＨ３ガスを供給し
    て前記被処理材に窒化処理を施すことを特徴とする、請
    求項１に記載のガス浸炭窒化方法。
  3. 【請求項３】 前記降温工程で前記ＮＨ３ガスを供給し
    て前記被処理材に窒化処理を施すことを特徴とする、請
    求項１に記載のガス浸炭窒化方法。
  4. 【請求項４】 前記浸炭工程と前記降温工程とに時間的
    にまたがって前記ＮＨ３ガスを供給して前記被処理材に
    窒化処理を施すことを特徴とする、請求項１に記載のガ
    ス浸炭窒化方法。
  5. 【請求項５】 前記ＮＨ３ガスの供給開始時点を、前記
    降温工程の終了時点と、前記被処理材の窒素濃度を目標
    値に到達せしめるのに必要な窒化時間と、から算出する
    ことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記
    載のガス浸炭窒化方法。
  6. 【請求項６】 熱処理炉内の温度が浸炭に適する温度に
    達した後、焼入温度に至るまでの間に、前記熱処理炉内
    にＮＨ３ガスを供給して被処理材に窒化処理を施すこと
    を特徴とするガス浸炭窒化方法。
  7. 【請求項７】 前記浸炭工程における浸炭温度が９００
    乃至９５０℃である、請求項１乃至６のいずれか一項に
    記載のガス浸炭窒化方法。
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