JP2002030338A - 鋼材の高濃度浸炭焼入方法および高濃度浸炭焼入部品 - Google Patents
鋼材の高濃度浸炭焼入方法および高濃度浸炭焼入部品Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来より浸炭温度が低くかつ簡単な処理工程
により、表面部分硬度，耐摩耗性，耐疲労性，大きな軟
化抵抗等の優れた機械的特性が得られ、煤の発生の抑止
が容易な鋼材の高濃度浸炭焼入方法を提供し、特に自動
車用部品として好適な高濃度浸炭焼入部品を提供する。 【解決手段】 高濃度浸炭焼入方法において、鋼材を８
００〜８８０℃の温度で浸炭窒化する浸炭窒化処理工程
と、引き続きこの鋼材を前記浸炭窒化温度より高い温度
で焼入れする焼入処理工程とを含むこととし、浸炭窒化
処理工程において、例えば浸炭雰囲気の炭素（Ｃ）濃度
を０．７〜１．２％とし、アンモニアガス（ＮＨ3）を
３〜８％添加して処理することにより、網目状の炭化物
をオーステナイトに固溶させ、焼入れによりオーステナ
イトがマルテンサイトに変態した際に、固溶した炭化物
を再析出させて、マルテンサイト内に略均一に粒状に分
布させる。
により、表面部分硬度，耐摩耗性，耐疲労性，大きな軟
化抵抗等の優れた機械的特性が得られ、煤の発生の抑止
が容易な鋼材の高濃度浸炭焼入方法を提供し、特に自動
車用部品として好適な高濃度浸炭焼入部品を提供する。 【解決手段】 高濃度浸炭焼入方法において、鋼材を８
００〜８８０℃の温度で浸炭窒化する浸炭窒化処理工程
と、引き続きこの鋼材を前記浸炭窒化温度より高い温度
で焼入れする焼入処理工程とを含むこととし、浸炭窒化
処理工程において、例えば浸炭雰囲気の炭素（Ｃ）濃度
を０．７〜１．２％とし、アンモニアガス（ＮＨ3）を
３〜８％添加して処理することにより、網目状の炭化物
をオーステナイトに固溶させ、焼入れによりオーステナ
イトがマルテンサイトに変態した際に、固溶した炭化物
を再析出させて、マルテンサイト内に略均一に粒状に分
布させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、歯車，ベアリン
グ，カム構成部品等の接触疲労強度や耐摩耗性を必要と
する一般機械部品や駆動力伝達部品、特に回転や摺動の
摩擦熱により硬度低下を伴うような自動車用部品等に好
適な高濃度浸炭焼入方法およびこの方法を適用した高濃
度浸炭焼入部品に関する。
グ，カム構成部品等の接触疲労強度や耐摩耗性を必要と
する一般機械部品や駆動力伝達部品、特に回転や摺動の
摩擦熱により硬度低下を伴うような自動車用部品等に好
適な高濃度浸炭焼入方法およびこの方法を適用した高濃
度浸炭焼入部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に機械部品においては、部品の表面
硬度を高めて耐摩耗性を与え、部品内部は比較的軟らか
い状態にして強靱性を保たねばならない場合が多い。こ
の目的のために、鋼に浸炭焼入や浸炭窒化焼入を施すこ
とがよく行われる。使用される鋼は、炭素含有量０．２
％程度の炭素鋼および合金鋼で、炭素肌焼鋼，合金肌焼
鋼，機械構造用鋼，合金機械構造用鋼などが用いられ
る。クロム鋼，クロムモリブデン鋼，ニッケルクロムモ
リブデン鋼などは、その代表的な素材である。
硬度を高めて耐摩耗性を与え、部品内部は比較的軟らか
い状態にして強靱性を保たねばならない場合が多い。こ
の目的のために、鋼に浸炭焼入や浸炭窒化焼入を施すこ
とがよく行われる。使用される鋼は、炭素含有量０．２
％程度の炭素鋼および合金鋼で、炭素肌焼鋼，合金肌焼
鋼，機械構造用鋼，合金機械構造用鋼などが用いられ
る。クロム鋼，クロムモリブデン鋼，ニッケルクロムモ
リブデン鋼などは、その代表的な素材である。
【０００３】ところで、上記浸炭焼入方法としては、Ａ
cm変態以下の炭素濃度の浸炭雰囲気で行う通常の浸炭方
法と、雰囲気の炭素濃度を処理温度に相当するＡcm線交
点以上の高炭素濃度にして炭化物を生成させる方法があ
り、高い表面硬度が必要とされる場合には、後者の高炭
素浸炭法（または高濃度浸炭法）が採用されることが多
い。前記高濃度浸炭法の場合、粒界に沿って網目状に炭
化物が析出する。この炭化物が析出した材料は、通常の
浸炭方法に比べて硬度は高く耐摩耗性に優れるが、材料
強度が低下する欠点がある。
cm変態以下の炭素濃度の浸炭雰囲気で行う通常の浸炭方
法と、雰囲気の炭素濃度を処理温度に相当するＡcm線交
点以上の高炭素濃度にして炭化物を生成させる方法があ
り、高い表面硬度が必要とされる場合には、後者の高炭
素浸炭法（または高濃度浸炭法）が採用されることが多
い。前記高濃度浸炭法の場合、粒界に沿って網目状に炭
化物が析出する。この炭化物が析出した材料は、通常の
浸炭方法に比べて硬度は高く耐摩耗性に優れるが、材料
強度が低下する欠点がある。
【０００４】そのため、Ａ1 変態を利用して前記網目状
炭化物を粒状化することが、従来一般的に行われてい
る。即ち、浸炭温度（通常、９００℃以上）から、Ａ1
変態温度以下に下げる又はＡ1 変態温度付近の温度に長
時間保持して、網目状炭化物を粒状化して、その後、再
度加熱して焼入れ処理を行っている。
炭化物を粒状化することが、従来一般的に行われてい
る。即ち、浸炭温度（通常、９００℃以上）から、Ａ1
変態温度以下に下げる又はＡ1 変態温度付近の温度に長
時間保持して、網目状炭化物を粒状化して、その後、再
度加熱して焼入れ処理を行っている。
【０００５】例えば、米国特許明細書（ＵＳＰ５，５９
５，６１０）には、自動車用部品に好適な、特に曲げ疲
労強度の優れた表面硬化部品の製造方法として、下記の
方法が記載されている。即ち、例えば９３０℃において
浸炭した後、例えば２０℃／分の速度で徐冷し、次いで
８００℃の温度に加熱保持した後、一旦７５０℃に降下
させて保持した後、焼入れを行なうことにより、表面層
をマルテンサイトと残留オーステナイトが主体となる混
在組織とする製造方法が記載されている。
５，６１０）には、自動車用部品に好適な、特に曲げ疲
労強度の優れた表面硬化部品の製造方法として、下記の
方法が記載されている。即ち、例えば９３０℃において
浸炭した後、例えば２０℃／分の速度で徐冷し、次いで
８００℃の温度に加熱保持した後、一旦７５０℃に降下
させて保持した後、焼入れを行なうことにより、表面層
をマルテンサイトと残留オーステナイトが主体となる混
在組織とする製造方法が記載されている。
【０００６】さらに、米国特許明細書（ＵＳＰ４，９１
３，７４９）には、ころがり軸受け用部品の表面硬化方
法として、９７０℃において浸炭した後、約３００℃に
冷却保持し、８０５℃で焼入れを行なうか、もしくは、
８０５℃焼入れ前に、６１０℃で焼なましを行なう製造
方法が記載されている。
３，７４９）には、ころがり軸受け用部品の表面硬化方
法として、９７０℃において浸炭した後、約３００℃に
冷却保持し、８０５℃で焼入れを行なうか、もしくは、
８０５℃焼入れ前に、６１０℃で焼なましを行なう製造
方法が記載されている。
【０００７】また、特開平１１−１１７０５９号公報に
は、９８０℃以上での高温浸炭時において、セメンタイ
トの析出を防止するための鋼中成分とその浸炭方法が記
載されており、さらに同公開公報の従来技術の項には、
近年の浸炭方法として、下記の方法が記載されている。
は、９８０℃以上での高温浸炭時において、セメンタイ
トの析出を防止するための鋼中成分とその浸炭方法が記
載されており、さらに同公開公報の従来技術の項には、
近年の浸炭方法として、下記の方法が記載されている。
【０００８】即ち、近年では、ＲＸガス（吸熱型変成ガ
ス）をキャリヤーガスとし、ブタンガスなどをエンリッ
チガスとして利用したＲＸガス浸炭を９５０〜１０００
℃の高温度で実施する高温度浸炭方法や、炭化水素ガス
を減圧下で分解させた還元雰囲気中で浸炭・拡散する真
空浸炭方法なども行われている。
ス）をキャリヤーガスとし、ブタンガスなどをエンリッ
チガスとして利用したＲＸガス浸炭を９５０〜１０００
℃の高温度で実施する高温度浸炭方法や、炭化水素ガス
を減圧下で分解させた還元雰囲気中で浸炭・拡散する真
空浸炭方法なども行われている。
【０００９】さらに、特別な浸炭方法として、二度以上
の浸炭サイクルを繰り返して、少なくともその内の１サ
イクル以上をＡcm炭素濃度以上の炭素濃度雰囲気下で浸
炭させる方法も提案されている。
の浸炭サイクルを繰り返して、少なくともその内の１サ
イクル以上をＡcm炭素濃度以上の炭素濃度雰囲気下で浸
炭させる方法も提案されている。
【００１０】さらにまた、網目状炭化物を生成し難くす
るために、上記浸炭方法以外に、特殊な組成を有する鋼
を使用して高濃度浸炭を行う方法も提案されている。
るために、上記浸炭方法以外に、特殊な組成を有する鋼
を使用して高濃度浸炭を行う方法も提案されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の高濃度浸炭法および高濃度浸炭焼入部品において
は、下記のような問題があった。 １）前述のように、高濃度浸炭法の場合、網目状炭化物
を消失させることにより、材料の強度低下を抑制する必
要があるが、浸炭温度が高くかつ処理工程が複雑であ
る。また、高濃度浸炭法の場合、残留オーステナイトが
生じ易く、そのために硬度が低くなる傾向があり、これ
により耐摩耗性も低下する問題がある。 ２）また、高濃度浸炭法の場合、前述のように雰囲気の
炭素濃度を高める必要があるが、この場合、処理過程で
煤が発生し、いわゆるスーティングの問題が発生し易
い。煤が処理設備の炉材に付着した場合には、炉材寿命
に問題を生じ、また、処理部材に付着した場合には、部
品の光輝性を損なう問題がある。 ３）また、高濃度浸炭焼入部品としては、前述のような
特殊な組成を有する鋼を使用することなく、より簡略化
した処理方法によって、高い表面部分硬度，耐摩耗性，
耐疲労性等が得られたものが要請される。特に、高温度
において摺動を伴うような自動車用部品等においては、
高い硬度は勿論のこと、大きな軟化抵抗、即ち、高温度
における部品表面硬度が常温における部品表面硬度より
低下しないような部品が要請される。
来の高濃度浸炭法および高濃度浸炭焼入部品において
は、下記のような問題があった。 １）前述のように、高濃度浸炭法の場合、網目状炭化物
を消失させることにより、材料の強度低下を抑制する必
要があるが、浸炭温度が高くかつ処理工程が複雑であ
る。また、高濃度浸炭法の場合、残留オーステナイトが
生じ易く、そのために硬度が低くなる傾向があり、これ
により耐摩耗性も低下する問題がある。 ２）また、高濃度浸炭法の場合、前述のように雰囲気の
炭素濃度を高める必要があるが、この場合、処理過程で
煤が発生し、いわゆるスーティングの問題が発生し易
い。煤が処理設備の炉材に付着した場合には、炉材寿命
に問題を生じ、また、処理部材に付着した場合には、部
品の光輝性を損なう問題がある。 ３）また、高濃度浸炭焼入部品としては、前述のような
特殊な組成を有する鋼を使用することなく、より簡略化
した処理方法によって、高い表面部分硬度，耐摩耗性，
耐疲労性等が得られたものが要請される。特に、高温度
において摺動を伴うような自動車用部品等においては、
高い硬度は勿論のこと、大きな軟化抵抗、即ち、高温度
における部品表面硬度が常温における部品表面硬度より
低下しないような部品が要請される。
【００１２】この発明は、上記の点に鑑みてなされたも
ので、この発明の課題は、従来に比較して浸炭温度が低
くかつ簡単な処理工程により、所望の機械的特性が得ら
れ、かつ煤の発生の問題が生じない鋼材の高濃度浸炭焼
入方法を提供し、さらに、表面部分硬度，耐摩耗性，耐
疲労性，大きな軟化抵抗等の優れた機械的特性を備え、
特に自動車用部品として好適な高濃度浸炭焼入部品を提
供することにある。
ので、この発明の課題は、従来に比較して浸炭温度が低
くかつ簡単な処理工程により、所望の機械的特性が得ら
れ、かつ煤の発生の問題が生じない鋼材の高濃度浸炭焼
入方法を提供し、さらに、表面部分硬度，耐摩耗性，耐
疲労性，大きな軟化抵抗等の優れた機械的特性を備え、
特に自動車用部品として好適な高濃度浸炭焼入部品を提
供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、この発明は、高濃度浸炭焼入方法において、鋼材
を８００〜８８０℃の温度で浸炭窒化する浸炭窒化処理
工程と、引き続きこの鋼材を前記浸炭窒化温度より高い
温度で焼入れする焼入処理工程とを含むこととする（請
求項１の発明）。
めに、この発明は、高濃度浸炭焼入方法において、鋼材
を８００〜８８０℃の温度で浸炭窒化する浸炭窒化処理
工程と、引き続きこの鋼材を前記浸炭窒化温度より高い
温度で焼入れする焼入処理工程とを含むこととする（請
求項１の発明）。
【００１４】また、上記請求項１の発明は、鉄−炭素系
平衡状態図上の作用に基づけば、以下の高濃度浸炭焼入
方法ということができる。即ち、請求項１記載の方法に
おいて、浸炭窒化処理工程は、Ａcm変態より高い温度と
炭素濃度にして炭化物を析出させる工程であり、焼入処
理工程は、粒界に沿って析出した網目状の炭化物のみを
オーステナイトに固溶させ、結晶粒の境界に析出した炭
化物を残し、かつ焼入れによりオーステナイトがマルテ
ンサイトに変態した際に、前記固溶した炭化物を再析出
させて、マルテンサイト内に略均一に粒状に分布させる
工程とする（請求項２の発明）。
平衡状態図上の作用に基づけば、以下の高濃度浸炭焼入
方法ということができる。即ち、請求項１記載の方法に
おいて、浸炭窒化処理工程は、Ａcm変態より高い温度と
炭素濃度にして炭化物を析出させる工程であり、焼入処
理工程は、粒界に沿って析出した網目状の炭化物のみを
オーステナイトに固溶させ、結晶粒の境界に析出した炭
化物を残し、かつ焼入れによりオーステナイトがマルテ
ンサイトに変態した際に、前記固溶した炭化物を再析出
させて、マルテンサイト内に略均一に粒状に分布させる
工程とする（請求項２の発明）。
【００１５】さらに、前記請求項１または２の発明の実
施態様としては、請求項１または２記載の方法におい
て、浸炭窒化処理工程は、浸炭雰囲気の炭素（Ｃ）濃度
を０．７〜１．２％とし、アンモニアガス（ＮＨ3）を
３〜８％添加して処理する工程とする（請求項３の発
明）。
施態様としては、請求項１または２記載の方法におい
て、浸炭窒化処理工程は、浸炭雰囲気の炭素（Ｃ）濃度
を０．７〜１．２％とし、アンモニアガス（ＮＨ3）を
３〜８％添加して処理する工程とする（請求項３の発
明）。
【００１６】即ち、上記方法においては、浸炭温度を、
Ａcm変態より高い温度と炭素濃度であって焼入れ温度よ
り低めに設定し、従来法より低温の８００〜８８０℃に
して浸炭窒化を行い、炭化物を析出させ、その後、前記
浸炭窒化温度より若干高い温度、例えば２０〜４０℃高
い温度で加熱し焼入れする。この焼入温度に加熱する過
程で、粒界に沿って析出した網目状の炭化物のみをオー
ステナイトに固溶させ、結晶粒の境界に析出した炭化物
は残し、前記固溶した炭化物を再析出させて、焼入組織
としてのマルテンサイト内に略均一に粒状に分布させる
ことができる。
Ａcm変態より高い温度と炭素濃度であって焼入れ温度よ
り低めに設定し、従来法より低温の８００〜８８０℃に
して浸炭窒化を行い、炭化物を析出させ、その後、前記
浸炭窒化温度より若干高い温度、例えば２０〜４０℃高
い温度で加熱し焼入れする。この焼入温度に加熱する過
程で、粒界に沿って析出した網目状の炭化物のみをオー
ステナイトに固溶させ、結晶粒の境界に析出した炭化物
は残し、前記固溶した炭化物を再析出させて、焼入組織
としてのマルテンサイト内に略均一に粒状に分布させる
ことができる。
【００１７】上記方法において、アンモニアガスを雰囲
気に添加することにより、鉄−炭素系平衡状態図におい
て、Ａ1 変態点およびＡcm変態線は左下方に移動する。
そのため、雰囲気の炭素濃度を普通の浸炭処理の濃度と
して炭化物を析出でき、また、処理温度も低下できる。
それ故にさらに、煤の発生も抑制しやすい。
気に添加することにより、鉄−炭素系平衡状態図におい
て、Ａ1 変態点およびＡcm変態線は左下方に移動する。
そのため、雰囲気の炭素濃度を普通の浸炭処理の濃度と
して炭化物を析出でき、また、処理温度も低下できる。
それ故にさらに、煤の発生も抑制しやすい。
【００１８】前記請求項１ないし３の発明の鋼材の高濃
度浸炭焼入方法によれば、従来に比較して浸炭温度が低
くかつ処理工程が簡略化され、また後述するように、表
面部分硬度，耐摩耗性，耐疲労性，大きな軟化抵抗等の
優れた機械的特性を備えた高濃度浸炭焼入部品を提供す
ることができる。対象となる鋼材としては、前述した炭
素肌焼鋼，合金肌焼鋼，機械構造用鋼，合金機械構造用
鋼などが使用できる。
度浸炭焼入方法によれば、従来に比較して浸炭温度が低
くかつ処理工程が簡略化され、また後述するように、表
面部分硬度，耐摩耗性，耐疲労性，大きな軟化抵抗等の
優れた機械的特性を備えた高濃度浸炭焼入部品を提供す
ることができる。対象となる鋼材としては、前述した炭
素肌焼鋼，合金肌焼鋼，機械構造用鋼，合金機械構造用
鋼などが使用できる。
【００１９】また、前記請求項１ないし３の発明の実施
態様としては、請求項４の発明がさらに好適である。即
ち、請求項１ないし３のいずれかに記載の方法におい
て、前記焼入処理工程後に、サブゼロ処理工程と焼戻処
理工程とを含むこととする。サブゼロ処理工程は、例え
ば−６０℃の深冷処理をする工程で、周知のように、残
留オーステナイトをマルテンサイトに変態させ、硬度や
耐摩耗性の向上を図る上で、好適である。また、焼戻処
理工程は、例えば２００℃前後で焼戻しすることによ
り、一部炭化物，窒化物などを微細析出せしめ、また焼
入れによって生じたマクロ的内部応力を一部除去調整す
る上で、好適である。
態様としては、請求項４の発明がさらに好適である。即
ち、請求項１ないし３のいずれかに記載の方法におい
て、前記焼入処理工程後に、サブゼロ処理工程と焼戻処
理工程とを含むこととする。サブゼロ処理工程は、例え
ば−６０℃の深冷処理をする工程で、周知のように、残
留オーステナイトをマルテンサイトに変態させ、硬度や
耐摩耗性の向上を図る上で、好適である。また、焼戻処
理工程は、例えば２００℃前後で焼戻しすることによ
り、一部炭化物，窒化物などを微細析出せしめ、また焼
入れによって生じたマクロ的内部応力を一部除去調整す
る上で、好適である。
【００２０】さらに、処理部品表面に煤が付着しないよ
うにするためには、請求項４の発明が好ましい。即ち、
請求項３に記載の方法において、処理鋼材表面に煤が付
着しないように、前記Ｃ濃度およびＮＨ3添加量を制御
することとする。
うにするためには、請求項４の発明が好ましい。即ち、
請求項３に記載の方法において、処理鋼材表面に煤が付
着しないように、前記Ｃ濃度およびＮＨ3添加量を制御
することとする。
【００２１】次に、高濃度浸炭焼入部品に関わる発明と
しては、請求項６ないし８の発明が好適である。まず、
請求項６の発明によれば、肌焼鋼や機械構造用鋼等の高
濃度浸炭焼入部品において、浸炭層はマルテンサイト内
に粒状炭化物が略均一に分散してなる組織を有し、か
つ、部品表面から少なくとも０．５mm深さまでの部材硬
度ＨV（300g）が、５５０以上であるものとする。これ
により、特殊な組成を有する鋼を使用することなく、高
い表面部分硬度，耐摩耗性，耐疲労性等を有する部品が
提供できる。
しては、請求項６ないし８の発明が好適である。まず、
請求項６の発明によれば、肌焼鋼や機械構造用鋼等の高
濃度浸炭焼入部品において、浸炭層はマルテンサイト内
に粒状炭化物が略均一に分散してなる組織を有し、か
つ、部品表面から少なくとも０．５mm深さまでの部材硬
度ＨV（300g）が、５５０以上であるものとする。これ
により、特殊な組成を有する鋼を使用することなく、高
い表面部分硬度，耐摩耗性，耐疲労性等を有する部品が
提供できる。
【００２２】また、請求項７の発明によれば、前記請求
項６に記載のものにおいて、前記肌焼鋼はクロムモリブ
デン鋼であり、部品表面硬度が少なくとも２００℃にお
いて、常温における部品表面硬度と同等であるものとす
る。これにより、大きな軟化抵抗が必要とされ、摩擦熱
を伴って摺動または回転するような自動車用部品等に好
適なクロムモリブデン鋼の部品が提供できる。
項６に記載のものにおいて、前記肌焼鋼はクロムモリブ
デン鋼であり、部品表面硬度が少なくとも２００℃にお
いて、常温における部品表面硬度と同等であるものとす
る。これにより、大きな軟化抵抗が必要とされ、摩擦熱
を伴って摺動または回転するような自動車用部品等に好
適なクロムモリブデン鋼の部品が提供できる。
【００２３】さらに、請求項８の発明によれば、前記請
求項６または７に記載のものにおいて、高濃度浸炭焼入
部品は、ピニオンシャフト，ガバナシャフト，流体軸受
シャフト，バルブシート，ギアスリーブ，ターボチャー
ジャー関連部品等の自動車用部品とする。特に、前記ピ
ニオンシャフトは、２２０℃前後において表面硬度の低
下がないこと、および耐摩耗性や耐焼付き性の向上が要
請され、従来、部品表面に無電界Ｎｉメッキが施されて
いる。また、前記ガバナシャフトは、硬質クロムメッキ
が施されている。この発明の高濃度浸炭焼入部品を適用
することにより、これらのメッキの実施を省略すること
も可能であり、この発明の技術的，商業的価値は大き
い。
求項６または７に記載のものにおいて、高濃度浸炭焼入
部品は、ピニオンシャフト，ガバナシャフト，流体軸受
シャフト，バルブシート，ギアスリーブ，ターボチャー
ジャー関連部品等の自動車用部品とする。特に、前記ピ
ニオンシャフトは、２２０℃前後において表面硬度の低
下がないこと、および耐摩耗性や耐焼付き性の向上が要
請され、従来、部品表面に無電界Ｎｉメッキが施されて
いる。また、前記ガバナシャフトは、硬質クロムメッキ
が施されている。この発明の高濃度浸炭焼入部品を適用
することにより、これらのメッキの実施を省略すること
も可能であり、この発明の技術的，商業的価値は大き
い。
【００２４】
【発明の実施の形態】図１ないし図９に基づき、この発
明の実施例について以下に述べる。
明の実施例について以下に述べる。
【００２５】（実施例１）図１に、この発明の実施例１
に関わる高濃度浸炭焼入処理工程を示す。同図におい
て、被処理部材は、クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４１５
（JIS G 4105）で、その寸法は、直径18mm，長さ100mm
とした。図１に示すように、第１の浸炭窒化処理工程に
おいて、浸炭窒化温度は８３０℃、雰囲気の炭素濃度を
０．９％とし、アンモニアガスを５％添加し、処理時間
を２４０分とした。その後、８６０℃に加熱し、その温
度に５分間保持してから６０℃の焼入油で焼入れし、さ
らに焼入れ後、−６０℃でサブゼロ処理を行い、室温に
戻した後、１７０℃で１２０分間の焼戻しを行った。な
お、この実施例において、８６０℃に加熱する際の温度
上昇速度は、２０℃／１０分とした。粒界に沿って析出
した網目状の炭化物のみをオーステナイトに固溶させる
ために、この温度上昇速度を早くする場合には、８６０
℃での保持時間を長めにするのが良い。
に関わる高濃度浸炭焼入処理工程を示す。同図におい
て、被処理部材は、クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４１５
（JIS G 4105）で、その寸法は、直径18mm，長さ100mm
とした。図１に示すように、第１の浸炭窒化処理工程に
おいて、浸炭窒化温度は８３０℃、雰囲気の炭素濃度を
０．９％とし、アンモニアガスを５％添加し、処理時間
を２４０分とした。その後、８６０℃に加熱し、その温
度に５分間保持してから６０℃の焼入油で焼入れし、さ
らに焼入れ後、−６０℃でサブゼロ処理を行い、室温に
戻した後、１７０℃で１２０分間の焼戻しを行った。な
お、この実施例において、８６０℃に加熱する際の温度
上昇速度は、２０℃／１０分とした。粒界に沿って析出
した網目状の炭化物のみをオーステナイトに固溶させる
ために、この温度上昇速度を早くする場合には、８６０
℃での保持時間を長めにするのが良い。
【００２６】上記によって処理された部材の表面硬度
は、ＨV（300g）で９６０で、非常に高い硬度が得られ
た。通常の浸炭焼入法によれば、一般に、ＨV（300g）
は７２０〜７８０程度である。表面硬度分布や浸炭層の
金属組織などについては、異なる実施例と共に後述す
る。
は、ＨV（300g）で９６０で、非常に高い硬度が得られ
た。通常の浸炭焼入法によれば、一般に、ＨV（300g）
は７２０〜７８０程度である。表面硬度分布や浸炭層の
金属組織などについては、異なる実施例と共に後述す
る。
【００２７】（実施例２）図２に、この発明の実施例２
に関わる高濃度浸炭焼入処理工程を示す。同図におい
て、被処理部材は、クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４３５
（JIS G 4105）で、その寸法は、直径20mm，長さ100mm
とした。図２に示すように、第１の浸炭窒化処理工程に
おいて、浸炭窒化温度は８２０℃、雰囲気の炭素濃度を
０．８％とし、アンモニアガスを５％添加し、処理時間
を１２０分とした。その後、８４０℃に加熱しその温度
に１分間保持し、その後の処理は、実施例１と同様に行
った。８４０℃までの温度上昇速度も実施例１と同じと
した。上記のようにして処理された部材の表面硬度は、
ＨV（300g）で９４０で、実施例１と同様に非常に高い
硬度が得られた。
に関わる高濃度浸炭焼入処理工程を示す。同図におい
て、被処理部材は、クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４３５
（JIS G 4105）で、その寸法は、直径20mm，長さ100mm
とした。図２に示すように、第１の浸炭窒化処理工程に
おいて、浸炭窒化温度は８２０℃、雰囲気の炭素濃度を
０．８％とし、アンモニアガスを５％添加し、処理時間
を１２０分とした。その後、８４０℃に加熱しその温度
に１分間保持し、その後の処理は、実施例１と同様に行
った。８４０℃までの温度上昇速度も実施例１と同じと
した。上記のようにして処理された部材の表面硬度は、
ＨV（300g）で９４０で、実施例１と同様に非常に高い
硬度が得られた。
【００２８】（実施例３）図３に、実施例３に関わる処
理部材の表面硬度および深さ方向の硬度分布の測定結果
を示す。また、図６および図７に、この実施例３に関わ
る浸炭層金属組織の表面組織および断面組織の顕微鏡写
真を示す。実施例３における被処理部材は、前記ピニオ
ンシャフト用部材としてのクロムモリブデン鋼ＳＣＭ４
１８（JISG 4105）とした。高濃度浸炭焼入処理工程
は、実施例１と同様とした。
理部材の表面硬度および深さ方向の硬度分布の測定結果
を示す。また、図６および図７に、この実施例３に関わ
る浸炭層金属組織の表面組織および断面組織の顕微鏡写
真を示す。実施例３における被処理部材は、前記ピニオ
ンシャフト用部材としてのクロムモリブデン鋼ＳＣＭ４
１８（JISG 4105）とした。高濃度浸炭焼入処理工程
は、実施例１と同様とした。
【００２９】図３に示すように、表面硬度は９８０と極
めて高く、表面から０．５mmの深さにおいても、その硬
度は６２０と高い硬度を示す部品が得られた。
めて高く、表面から０．５mmの深さにおいても、その硬
度は６２０と高い硬度を示す部品が得られた。
【００３０】図６および図７の表面組織および断面組織
の顕微鏡写真によれば、網目状の炭化物は存在せずに、
マルテンサイト内に微細な粒状炭化物（写真の白い部
分）が析出しており、また、この粒状炭化物は、表面か
ら深いところにまで分布していることが分かる。なお、
図７の写真において、４個の菱形の黒色部分は、硬度測
定時のダイヤモンド圧痕である。
の顕微鏡写真によれば、網目状の炭化物は存在せずに、
マルテンサイト内に微細な粒状炭化物（写真の白い部
分）が析出しており、また、この粒状炭化物は、表面か
ら深いところにまで分布していることが分かる。なお、
図７の写真において、４個の菱形の黒色部分は、硬度測
定時のダイヤモンド圧痕である。
【００３１】この実施例によるピニオンシャフト用部材
は、前記のような高い硬度と炭化物の分布により、耐摩
耗性と耐焼付き性が高く、また、部材の温度上昇に伴う
表面硬度の低下は、少なくとも２２０℃までは生ずるこ
となく、大きな軟化抵抗を有することが確認された。
は、前記のような高い硬度と炭化物の分布により、耐摩
耗性と耐焼付き性が高く、また、部材の温度上昇に伴う
表面硬度の低下は、少なくとも２２０℃までは生ずるこ
となく、大きな軟化抵抗を有することが確認された。
【００３２】（実施例４）図４に、実施例４に関わる処
理部材の表面硬度および深さ方向の硬度分布の測定結果
を示す。また、図８および図９に、この実施例４に関わ
る浸炭層金属組織の表面組織および断面組織の顕微鏡写
真を示す。実施例４における被処理部材は、クロムモリ
ブデン鋼ＳＣＭ４３５（JIS G 4105）とした。高濃度浸
炭焼入処理工程は、実施例２と同様とした。
理部材の表面硬度および深さ方向の硬度分布の測定結果
を示す。また、図８および図９に、この実施例４に関わ
る浸炭層金属組織の表面組織および断面組織の顕微鏡写
真を示す。実施例４における被処理部材は、クロムモリ
ブデン鋼ＳＣＭ４３５（JIS G 4105）とした。高濃度浸
炭焼入処理工程は、実施例２と同様とした。
【００３３】図４に示すように、表面硬度は９４０と非
常に高く、表面から０．５mmの深さにおいても、その硬
度は６００と高い硬度を示す部品が得られた。さらに、
表面から１．０mmの深さにおいても、その硬度は５８０
と高い硬度を示した。
常に高く、表面から０．５mmの深さにおいても、その硬
度は６００と高い硬度を示す部品が得られた。さらに、
表面から１．０mmの深さにおいても、その硬度は５８０
と高い硬度を示した。
【００３４】図８および図９の表面組織および断面組織
の顕微鏡写真によれば、実施例３と同様に、網目状の炭
化物は存在せず、マルテンサイト内に微細な粒状炭化物
が析出しており、また表面から深いところにまで分布し
ていることが分かる。
の顕微鏡写真によれば、実施例３と同様に、網目状の炭
化物は存在せず、マルテンサイト内に微細な粒状炭化物
が析出しており、また表面から深いところにまで分布し
ていることが分かる。
【００３５】（実施例５）図５に、実施例５に関わる処
理部材の耐摩耗性や耐焼付き性を評価するための摩擦係
数の測定結果を示す。この実施例における試験片は、ピ
ニオンシャフト用部材としてのクロムモリブデン鋼ＳＣ
Ｍ４１５（JIS G 4105）とした。
理部材の耐摩耗性や耐焼付き性を評価するための摩擦係
数の測定結果を示す。この実施例における試験片は、ピ
ニオンシャフト用部材としてのクロムモリブデン鋼ＳＣ
Ｍ４１５（JIS G 4105）とした。
【００３６】図５において、縦軸は摩擦係数を示し、横
軸は試験時間（秒）を示す。図中、Ａで示す測定結果
は、ＳＣＭ４１５に従来の通常の浸炭焼入れおよび焼戻
しを施した基材に対して、表面処理として、実施例１と
同様の高濃度浸炭焼入処理工程を施したものの測定結果
を示し、Ｂで示す測定結果は、前記表面処理をしない、
即ち、下記表１において未処理としたものの測定結果を
示す。
軸は試験時間（秒）を示す。図中、Ａで示す測定結果
は、ＳＣＭ４１５に従来の通常の浸炭焼入れおよび焼戻
しを施した基材に対して、表面処理として、実施例１と
同様の高濃度浸炭焼入処理工程を施したものの測定結果
を示し、Ｂで示す測定結果は、前記表面処理をしない、
即ち、下記表１において未処理としたものの測定結果を
示す。
【００３７】図５は、Falex式摩耗試験機によって測定
したもので、固定試験片，回転試験片等の試料および試
験条件などは、下記表１に示す。
したもので、固定試験片，回転試験片等の試料および試
験条件などは、下記表１に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】図５に示す結果から明らかなように、この
発明の高濃度浸炭焼入処理を施したＡの回転試験片は、
Ｂに比較して、摩擦係数がかなり小さくなり、本発明の
適用により、ピニオンシャフト用部材や流体軸受シャフ
トなどの回転部材の耐摩耗性や耐焼付き性が向上するこ
とが判る。
発明の高濃度浸炭焼入処理を施したＡの回転試験片は、
Ｂに比較して、摩擦係数がかなり小さくなり、本発明の
適用により、ピニオンシャフト用部材や流体軸受シャフ
トなどの回転部材の耐摩耗性や耐焼付き性が向上するこ
とが判る。
【００４０】以上、５つの実施例について説明したが、
この技術思想の範囲内において、処理工程上の種々の変
更は可能である。特に、焼入れにおける冷却温度、サブ
ゼロ処理や焼戻しにおける処理温度，処理時間，処理雰
囲気などは、上記実施例に限定されない。
この技術思想の範囲内において、処理工程上の種々の変
更は可能である。特に、焼入れにおける冷却温度、サブ
ゼロ処理や焼戻しにおける処理温度，処理時間，処理雰
囲気などは、上記実施例に限定されない。
【００４１】
【発明の効果】上記のとおり、この発明によれば、高濃
度浸炭焼入方法において、鋼材を８００〜８８０℃の温
度で浸炭窒化する浸炭窒化処理工程と、引き続きこの鋼
材を前記浸炭窒化温度より高い温度で焼入れする焼入処
理工程とを含むこととし、浸炭窒化処理工程は、浸炭雰
囲気の炭素（Ｃ）濃度を０．７〜１．２％とし、アンモ
ニアガス（ＮＨ3）を３〜８％添加して処理することと
したので、従来に比較して浸炭温度が低くかつ簡単な処
理工程により、粒状炭化物をマルテンサイト内に略均一
に、表面から深い部分まで分布させることができる。
度浸炭焼入方法において、鋼材を８００〜８８０℃の温
度で浸炭窒化する浸炭窒化処理工程と、引き続きこの鋼
材を前記浸炭窒化温度より高い温度で焼入れする焼入処
理工程とを含むこととし、浸炭窒化処理工程は、浸炭雰
囲気の炭素（Ｃ）濃度を０．７〜１．２％とし、アンモ
ニアガス（ＮＨ3）を３〜８％添加して処理することと
したので、従来に比較して浸炭温度が低くかつ簡単な処
理工程により、粒状炭化物をマルテンサイト内に略均一
に、表面から深い部分まで分布させることができる。
【００４２】その結果、表面部分硬度，耐摩耗性，耐疲
労性，大きな軟化抵抗等の優れた機械的特性を備え、前
述のような一般機械構造部品，一般駆動力伝達部品、特
に自動車用部品として好適な高濃度浸炭焼入部品を提供
することができる。また、この発明の高濃度浸炭焼入部
品は、その部材硬度の高温度における安定した高さ故
に、工具鋼として適用されている高速度鋼（ハイス鋼）
への代替材料としての利用も期待できる。
労性，大きな軟化抵抗等の優れた機械的特性を備え、前
述のような一般機械構造部品，一般駆動力伝達部品、特
に自動車用部品として好適な高濃度浸炭焼入部品を提供
することができる。また、この発明の高濃度浸炭焼入部
品は、その部材硬度の高温度における安定した高さ故
に、工具鋼として適用されている高速度鋼（ハイス鋼）
への代替材料としての利用も期待できる。
【００４３】さらに、高濃度浸炭焼入における粒状炭化
物の大きさと分布の調整、ひいては所望の機械的特性へ
の対応調整は、処理条件次第で容易であり、また部材へ
の煤の発生の抑止も容易に制御できる。
物の大きさと分布の調整、ひいては所望の機械的特性へ
の対応調整は、処理条件次第で容易であり、また部材へ
の煤の発生の抑止も容易に制御できる。
【図１】この発明に関わる高濃度浸炭焼入処理工程の一
例を示す図
例を示す図
【図２】この発明に関わり図１とは異なる処理工程の一
例を示す図
例を示す図
【図３】実施例３に関わる処理部材の表面硬度および深
さ方向の硬度分布の測定結果を示す図
さ方向の硬度分布の測定結果を示す図
【図４】実施例４に関わる処理部材の表面硬度および深
さ方向の硬度分布の測定結果を示す図
さ方向の硬度分布の測定結果を示す図
【図５】実施例５に関わる処理部材の摩擦係数の測定結
果を示す図
果を示す図
【図６】実施例３に関わる処理部材の浸炭層金属組織の
表面組織の顕微鏡写真
表面組織の顕微鏡写真
【図７】実施例３に関わる処理部材の浸炭層金属組織の
断面組織の顕微鏡写真
断面組織の顕微鏡写真
【図８】実施例４に関わる処理部材の浸炭層金属組織の
表面組織の顕微鏡写真
表面組織の顕微鏡写真
【図９】実施例４に関わる処理部材の浸炭層金属組織の
断面組織の顕微鏡写真
断面組織の顕微鏡写真
なし
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２１Ｄ 1/76 Ｃ２１Ｄ 1/76 Ｒ // Ｃ２１Ｄ 9/28 9/28 Ａ
Claims (8)
- 【請求項１】 鋼材を８００〜８８０℃の温度で浸炭窒
化する浸炭窒化処理工程と、引き続きこの鋼材を前記浸
炭窒化温度より高い温度で焼入れする焼入処理工程とを
含むことを特徴とする鋼材の高濃度浸炭焼入方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の方法において、浸炭窒化
処理工程は、Ａcm変態より高い温度と炭素濃度にして炭
化物を析出させる工程であり、焼入処理工程は、粒界に
沿って析出した網目状の炭化物のみをオーステナイトに
固溶させ、結晶粒の境界に析出した炭化物を残し、かつ
焼入れによりオーステナイトがマルテンサイトに変態し
た際に、前記固溶した炭化物を再析出させて、マルテン
サイト内に略均一に粒状に分布させる工程であることを
特徴とする鋼材の高濃度浸炭焼入方法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の方法において、
浸炭窒化処理工程は、浸炭雰囲気の炭素（Ｃ）濃度を
０．７〜１．２％とし、アンモニアガス（ＮＨ 3）を３
〜８％添加して処理する工程であることを特徴とする鋼
材の高濃度浸炭焼入方法。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の方
法において、前記焼入処理工程後に、サブゼロ処理工程
と焼戻処理工程とを含むことを特徴とする鋼材の高濃度
浸炭焼入方法。 - 【請求項５】 請求項３に記載の方法において、処理鋼
材表面に煤が付着しないように、前記Ｃ濃度およびＮＨ
3添加量を制御することを特徴とする鋼材の高濃度浸炭
焼入方法。 - 【請求項６】 肌焼鋼や機械構造用鋼等の高濃度浸炭焼
入部品において、浸炭層はマルテンサイト内に粒状炭化
物が略均一に分散してなる組織を有し、かつ、部品表面
から少なくとも０．５mm深さまでの部材硬度ＨV（300
g）が、５５０以上であることを特徴とする鋼材の高濃
度浸炭焼入部品。 - 【請求項７】 請求項６に記載のものにおいて、前記肌
焼鋼はクロムモリブデン鋼であり、部品表面硬度が少な
くとも２００℃において、常温における部品表面硬度と
同等であることを特徴とする鋼材の高濃度浸炭焼入部
品。 - 【請求項８】 請求項６または７に記載のものにおい
て、高濃度浸炭焼入部品は、ピニオンシャフト，ガバナ
シャフト，流体軸受シャフト，バルブシート，ギアスリ
ーブ，ターボチャージャー関連部品等の自動車用部品で
あることを特徴とする鋼材の高濃度浸炭焼入部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001137690A JP3677462B2 (ja) | 2000-05-12 | 2001-05-08 | 鋼材の高濃度浸炭焼入方法および高濃度浸炭焼入部品 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-140877 | 2000-05-12 | ||
| JP2000140877 | 2000-05-12 | ||
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001137690A Expired - Fee Related JP3677462B2 (ja) | 2000-05-12 | 2001-05-08 | 鋼材の高濃度浸炭焼入方法および高濃度浸炭焼入部品 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3677462B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004339562A (ja) * | 2003-05-15 | 2004-12-02 | Air Water Inc | オーステナイト系金属の表面改質方法およびそれによって得られる耐熱金属製品ならびにターボ部品 |
| US7037229B2 (en) * | 2002-10-28 | 2006-05-02 | Ntn Corporation | Hydraulic tensioner |
| JP2007063666A (ja) * | 2005-08-02 | 2007-03-15 | Honda Motor Co Ltd | 有層Ｆｅ基合金及びその製造方法 |
| JP4931601B2 (ja) * | 2003-12-23 | 2012-05-16 | ロールス−ロイス・コーポレーション | 鋼部材を浸炭するための方法 |
| JP2013227615A (ja) * | 2012-04-25 | 2013-11-07 | Nsk Ltd | ピニオンシャフト |
| WO2015156374A1 (ja) * | 2014-04-11 | 2015-10-15 | 日本精工株式会社 | ピニオンシャフト及びその製造方法 |
| KR101839166B1 (ko) | 2013-12-25 | 2018-03-15 | 주식회사 포스코 | B 첨가강의 침탄질화 열처리 방법 |
| CN113211010A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-08-06 | 昆山缔微致精密电子有限公司 | 一种工件快速装夹治具生产工艺 |
| CN115261775A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-11-01 | 东宇东庵(无锡)热处理有限公司 | 一种碳氮共渗后保温淬火热处理工艺 |
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-
2001
- 2001-05-08 JP JP2001137690A patent/JP3677462B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| EP1416125A3 (en) * | 2002-10-28 | 2007-12-26 | Ntn Corporation | Hydraulic tensioner |
| JP2004339562A (ja) * | 2003-05-15 | 2004-12-02 | Air Water Inc | オーステナイト系金属の表面改質方法およびそれによって得られる耐熱金属製品ならびにターボ部品 |
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| JP2013227615A (ja) * | 2012-04-25 | 2013-11-07 | Nsk Ltd | ピニオンシャフト |
| KR101839166B1 (ko) | 2013-12-25 | 2018-03-15 | 주식회사 포스코 | B 첨가강의 침탄질화 열처리 방법 |
| WO2015156374A1 (ja) * | 2014-04-11 | 2015-10-15 | 日本精工株式会社 | ピニオンシャフト及びその製造方法 |
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| CN113211010A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-08-06 | 昆山缔微致精密电子有限公司 | 一种工件快速装夹治具生产工艺 |
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