JP3448608B2 - 窒化処理方法 - Google Patents
窒化処理方法Info
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- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は鋼材に対する窒化処理方
法に関し、詳しくは、疲労強度を向上させることができ
る窒化処理方法に関する。 【０００２】 【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】機械構
造用鋼の疲労強度向上のための表面硬化処理方法の一つ
として窒化処理がある。この窒化処理は同じ表面硬化処
理方法である高周波焼入れや浸炭焼入れに比べて熱処理
歪が小さいため有用な手法である。一般的には、機械構
造用鋼材（ＳＣ材やＳＣＭ材等）に窒化処理を行う場合
と、ＳＡＣＭ６４５のような窒化鋼を用いる場合がある
が、いずれの鋼種においても窒化処理方法としては一段
窒化及び二段窒化が一般的に採用されている。 【０００３】一段窒化は５００℃程度の一定温度に一定
時間保持する方法であるが、一般に硬化深さが浅く、化
合物層が厚くなるため、耐摩耗性は優れているが、疲労
強度が低いという問題点がある。また、長時間処理によ
り硬化深さを大きくして疲労強度をある程度向上させる
ことも可能であるが、長時間化によりコストアップにつ
ながり現実的ではない。二段窒化は一段窒化の長時間化
を改善するものとして、一段目の加熱により窒化物層を
形成して窒素ポテンシャルを高くし、その後より高温に
して鋼材内部へ窒素をより速く拡散させようとしたもの
であるが、疲労強度を向上させるという点からは不十分
である。 【０００４】一方、疲労強度を向上させるという観点か
ら、特開昭６３−９３８２１号公報には窒化処理後ショ
ットピーニングを施す方法が、特開平２−２９４４６３
号公報にはイオン窒化処理時に２段窒化を施す方法が夫
々開示されている。しかし、前者はショットピーニング
という別工程を付加する必要があり、後者はイオン窒化
という高価な方法を用いる必要があるため、いずれもコ
ストアップにつながってしまう。本発明は、かかる事情
に鑑みてなされたものであって、低コストで疲労強度を
向上させることができる窒化処理方法を提供することを
目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、鋼材
に窒化処理を施すにあたり、窒化処理開始温度を４８０
〜５５０℃の範囲に設定し、窒化処理終了温度を５６０
〜６３０℃の範囲に設定して、窒化処理開始から窒化処
理終了までを連続的に昇温させることを特徴とする窒化
処理方法を提供する。 【０００６】本願発明者らは、通常の窒化処理のみで、
しかも低コストで疲労強度を向上させることができる窒
化処理方法について鋭意研究を行った結果、窒化処理開
始温度及び窒化処理終了温度をある特定の温度範囲に規
定し、その間を連続的に昇温すればよいことを見出し
た。すなわち、窒化処理開始温度及び窒化終了温度を特
定範囲に設定し、その間を連続的に昇温することによ
り、低温で化合物が形成されてもすぐに昇温されて化合
物層が消滅しやすく、また大きな硬化深さが得られ、結
果として疲労強度を向上させ得ることを見出したのであ
る。上記構成を有する本発明は本願発明者らのこのよう
な知見に基づいて完成されたものである。以下、本発明
について具体的に説明する。 【０００７】窒化処理は、鋼材の表面に窒化物層（化合
物層）を生成させ、同時に内部に窒素を拡散させて窒化
物を形成することにより、α−鉄格子内に大きな歪を生
じさせて鋼材の表面を硬化させるものである。 【０００８】本発明においては、このような窒化処理を
行うにあたり、窒化処理開始温度を４８０〜５５０℃の
範囲に設定し、窒化処理終了温度を５６０〜６３０℃の
範囲に設定して、窒化処理開始から窒化処理終了までを
連続的に昇温させる（このような方法を以下傾斜窒化法
と呼ぶ。）。 【０００９】窒化処理開始温度に関しては、その温度が
４８０℃未満では窒化反応が遅いため有効な硬化深さが
得られず、一方、５５０℃を超えると化合物層厚さが大
きくなり、疲労強度に悪影響を及ぼす。従って窒化処理
開始温度は４８０℃〜５５０℃の範囲に規定する。 【００１０】窒化処理終了温度に関しては、その温度が
５６０℃未満では窒素の拡散が遅いため有効な硬化深さ
が得られず、一方、６３０℃を超えると窒素がより内部
まで拡散するため表面硬さが低下し疲労強度が劣化す
る。従って窒化処理終了温度は５６０〜６３０℃の範囲
に規定する。なお、窒化処理終了温度が鋼の焼もどし温
度を超える場合には内部が軟化してしまうので、焼戻し
温度を超えないようにすることが必要である。 【００１１】本発明では窒化処理開始から窒化処理終了
までを連続的に昇温させるのであり、連続的に昇温させ
る限りその態様は限定されないが、直線的に昇温するこ
とが好ましい。 【００１２】本発明でいう窒化処理には、通常行われて
いるガス窒化法のみならず、イオン窒化法、塩浴窒化法
などを適用することができ、いずれの方法の場合にも本
発明の効果を得ることができる。なお、本発明の方法に
適用される鋼の組成については特に制限がないが、通常
の窒化鋼をベースにした組成の鋼に主に適用される。 【００１３】 【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 【００１４】表１の組成を有する窒化鋼ＳＡＣＭ６４５
（ＪＩＳＧ４２０２アルミニウム・クロム・モリブデン
鋼）の熱間圧延丸棒（３０ｍｍφ）を用い、９００℃×
１時間油焼入れ、６５０℃×１時間水冷の焼入れ焼もど
しを行った後、平行部８ｍｍφの小野式回転曲げ疲労試
験片を加工し、供試材とした。 【００１５】 【表１】 【００１６】この供試材について窒化処理を施した。窒
化処理は、Ｎ2 −ＮＨ3 −ＣＯ2 雰囲気のガス窒化炉を
用い、図１に示す３つの窒化温度パターンで、処理時間
を２０時間に設定して行った。図１中、傾斜窒化法は温
度を連続的に上げるもの、二段窒化法は第一段窒化の後
第二段の窒化を行うもの、一段窒化法は一定温度に保持
するものである。 【００１７】この窒化処理の処理条件と、処理結果とを
表２に示す。表２中、表面硬さは表面から０．０５ｍｍ
位置の硬さ、化合物厚さは表面に形成された窒化物層の
厚さ、有効硬化深さはＨＶ５５０となる距離、疲労強度
は繰返し数１０7 回での応力値で評価した。なお、表２
中、番号１〜３は本発明の範囲内に含まれる実施例であ
り、番号４〜１３は比較例である。比較例のうち、番号
４〜７は昇温方法は本発明と同様であるが、窒化処理開
始温度又は窒化処理終了温度が本発明の条件から外れて
いるもの、番号８、９は二段窒化法を採用したもの、番
号１０〜１３は一段窒化方を採用したものである。 【００１８】 【表２】 【００１９】表２から明らかなように、本発明の範囲内
である番号１〜３はいずれも化合物層が小さく、表面硬
さが適度であり、有効硬化深さが大きいため疲労強度に
優れている。 【００２０】比較例の番号４〜７は本発明と同様の傾斜
窒化法を採用しているが、処理開始温度あるいは処理終
了温度が本発明の範囲から外れており、有効硬化深さが
小さいか、化合物層厚さが大きく、疲労強度が低下して
いる。比較例の番号６〜１１は従来の窒化処理方法であ
り、化合物層厚さ、有効硬化深さのいずれかが劣るた
め、疲労強度が低下している。 【００２１】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、窒化処理
開始温度と窒化処理終了温度とを特定温度範囲に設定
後、その間を連続昇温させるだけで、化合物層を小さ
く、かつ有効硬化深さを大きくすることができ、結果と
して低コストで疲労強度を向上させることができる。
法に関し、詳しくは、疲労強度を向上させることができ
る窒化処理方法に関する。 【０００２】 【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】機械構
造用鋼の疲労強度向上のための表面硬化処理方法の一つ
として窒化処理がある。この窒化処理は同じ表面硬化処
理方法である高周波焼入れや浸炭焼入れに比べて熱処理
歪が小さいため有用な手法である。一般的には、機械構
造用鋼材（ＳＣ材やＳＣＭ材等）に窒化処理を行う場合
と、ＳＡＣＭ６４５のような窒化鋼を用いる場合がある
が、いずれの鋼種においても窒化処理方法としては一段
窒化及び二段窒化が一般的に採用されている。 【０００３】一段窒化は５００℃程度の一定温度に一定
時間保持する方法であるが、一般に硬化深さが浅く、化
合物層が厚くなるため、耐摩耗性は優れているが、疲労
強度が低いという問題点がある。また、長時間処理によ
り硬化深さを大きくして疲労強度をある程度向上させる
ことも可能であるが、長時間化によりコストアップにつ
ながり現実的ではない。二段窒化は一段窒化の長時間化
を改善するものとして、一段目の加熱により窒化物層を
形成して窒素ポテンシャルを高くし、その後より高温に
して鋼材内部へ窒素をより速く拡散させようとしたもの
であるが、疲労強度を向上させるという点からは不十分
である。 【０００４】一方、疲労強度を向上させるという観点か
ら、特開昭６３−９３８２１号公報には窒化処理後ショ
ットピーニングを施す方法が、特開平２−２９４４６３
号公報にはイオン窒化処理時に２段窒化を施す方法が夫
々開示されている。しかし、前者はショットピーニング
という別工程を付加する必要があり、後者はイオン窒化
という高価な方法を用いる必要があるため、いずれもコ
ストアップにつながってしまう。本発明は、かかる事情
に鑑みてなされたものであって、低コストで疲労強度を
向上させることができる窒化処理方法を提供することを
目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、鋼材
に窒化処理を施すにあたり、窒化処理開始温度を４８０
〜５５０℃の範囲に設定し、窒化処理終了温度を５６０
〜６３０℃の範囲に設定して、窒化処理開始から窒化処
理終了までを連続的に昇温させることを特徴とする窒化
処理方法を提供する。 【０００６】本願発明者らは、通常の窒化処理のみで、
しかも低コストで疲労強度を向上させることができる窒
化処理方法について鋭意研究を行った結果、窒化処理開
始温度及び窒化処理終了温度をある特定の温度範囲に規
定し、その間を連続的に昇温すればよいことを見出し
た。すなわち、窒化処理開始温度及び窒化終了温度を特
定範囲に設定し、その間を連続的に昇温することによ
り、低温で化合物が形成されてもすぐに昇温されて化合
物層が消滅しやすく、また大きな硬化深さが得られ、結
果として疲労強度を向上させ得ることを見出したのであ
る。上記構成を有する本発明は本願発明者らのこのよう
な知見に基づいて完成されたものである。以下、本発明
について具体的に説明する。 【０００７】窒化処理は、鋼材の表面に窒化物層（化合
物層）を生成させ、同時に内部に窒素を拡散させて窒化
物を形成することにより、α−鉄格子内に大きな歪を生
じさせて鋼材の表面を硬化させるものである。 【０００８】本発明においては、このような窒化処理を
行うにあたり、窒化処理開始温度を４８０〜５５０℃の
範囲に設定し、窒化処理終了温度を５６０〜６３０℃の
範囲に設定して、窒化処理開始から窒化処理終了までを
連続的に昇温させる（このような方法を以下傾斜窒化法
と呼ぶ。）。 【０００９】窒化処理開始温度に関しては、その温度が
４８０℃未満では窒化反応が遅いため有効な硬化深さが
得られず、一方、５５０℃を超えると化合物層厚さが大
きくなり、疲労強度に悪影響を及ぼす。従って窒化処理
開始温度は４８０℃〜５５０℃の範囲に規定する。 【００１０】窒化処理終了温度に関しては、その温度が
５６０℃未満では窒素の拡散が遅いため有効な硬化深さ
が得られず、一方、６３０℃を超えると窒素がより内部
まで拡散するため表面硬さが低下し疲労強度が劣化す
る。従って窒化処理終了温度は５６０〜６３０℃の範囲
に規定する。なお、窒化処理終了温度が鋼の焼もどし温
度を超える場合には内部が軟化してしまうので、焼戻し
温度を超えないようにすることが必要である。 【００１１】本発明では窒化処理開始から窒化処理終了
までを連続的に昇温させるのであり、連続的に昇温させ
る限りその態様は限定されないが、直線的に昇温するこ
とが好ましい。 【００１２】本発明でいう窒化処理には、通常行われて
いるガス窒化法のみならず、イオン窒化法、塩浴窒化法
などを適用することができ、いずれの方法の場合にも本
発明の効果を得ることができる。なお、本発明の方法に
適用される鋼の組成については特に制限がないが、通常
の窒化鋼をベースにした組成の鋼に主に適用される。 【００１３】 【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 【００１４】表１の組成を有する窒化鋼ＳＡＣＭ６４５
（ＪＩＳＧ４２０２アルミニウム・クロム・モリブデン
鋼）の熱間圧延丸棒（３０ｍｍφ）を用い、９００℃×
１時間油焼入れ、６５０℃×１時間水冷の焼入れ焼もど
しを行った後、平行部８ｍｍφの小野式回転曲げ疲労試
験片を加工し、供試材とした。 【００１５】 【表１】 【００１６】この供試材について窒化処理を施した。窒
化処理は、Ｎ2 −ＮＨ3 −ＣＯ2 雰囲気のガス窒化炉を
用い、図１に示す３つの窒化温度パターンで、処理時間
を２０時間に設定して行った。図１中、傾斜窒化法は温
度を連続的に上げるもの、二段窒化法は第一段窒化の後
第二段の窒化を行うもの、一段窒化法は一定温度に保持
するものである。 【００１７】この窒化処理の処理条件と、処理結果とを
表２に示す。表２中、表面硬さは表面から０．０５ｍｍ
位置の硬さ、化合物厚さは表面に形成された窒化物層の
厚さ、有効硬化深さはＨＶ５５０となる距離、疲労強度
は繰返し数１０7 回での応力値で評価した。なお、表２
中、番号１〜３は本発明の範囲内に含まれる実施例であ
り、番号４〜１３は比較例である。比較例のうち、番号
４〜７は昇温方法は本発明と同様であるが、窒化処理開
始温度又は窒化処理終了温度が本発明の条件から外れて
いるもの、番号８、９は二段窒化法を採用したもの、番
号１０〜１３は一段窒化方を採用したものである。 【００１８】 【表２】 【００１９】表２から明らかなように、本発明の範囲内
である番号１〜３はいずれも化合物層が小さく、表面硬
さが適度であり、有効硬化深さが大きいため疲労強度に
優れている。 【００２０】比較例の番号４〜７は本発明と同様の傾斜
窒化法を採用しているが、処理開始温度あるいは処理終
了温度が本発明の範囲から外れており、有効硬化深さが
小さいか、化合物層厚さが大きく、疲労強度が低下して
いる。比較例の番号６〜１１は従来の窒化処理方法であ
り、化合物層厚さ、有効硬化深さのいずれかが劣るた
め、疲労強度が低下している。 【００２１】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、窒化処理
開始温度と窒化処理終了温度とを特定温度範囲に設定
後、その間を連続昇温させるだけで、化合物層を小さ
く、かつ有効硬化深さを大きくすることができ、結果と
して低コストで疲労強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例及び比較例の窒化処理の温度パターンを
示す図。
示す図。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 桑原 美博
新潟県長岡市新保４丁目11−10
(56)参考文献 特開 平２−294463（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−255355（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−198464（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−198463（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−202754（ＪＰ，Ａ)
特開 昭49−125234（ＪＰ，Ａ)
特開 昭49−17328（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C23C 8/26
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 鋼材に窒化処理を施すにあたり、窒化処
理開始温度を４８０〜５５０℃の範囲に設定し、窒化処
理終了温度を５６０〜６３０℃の範囲に設定して、窒化
処理開始から窒化処理終了までを連続的に昇温させるこ
とを特徴とする窒化処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04938393A JP3448608B2 (ja) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | 窒化処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04938393A JP3448608B2 (ja) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | 窒化処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06264211A JPH06264211A (ja) | 1994-09-20 |
| JP3448608B2 true JP3448608B2 (ja) | 2003-09-22 |
Family
ID=12829503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04938393A Expired - Fee Related JP3448608B2 (ja) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | 窒化処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3448608B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011235318A (ja) * | 2010-05-11 | 2011-11-24 | Daido Steel Co Ltd | ダイカスト金型の表面処理方法 |
-
1993
- 1993-03-10 JP JP04938393A patent/JP3448608B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06264211A (ja) | 1994-09-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |