JP5501647B2 - Surface hardening treatment method for cast iron and steel - Google Patents
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Description
本発明は、基地組織のフェライト面積率が７０％以上の鋳鉄材または炭素量が０．３％以下の鋼材の表面硬化処理方法に関する。 The present invention relates to a surface hardening method for a cast iron material having a ferrite area ratio of 70% or more in a base structure or a steel material having a carbon content of 0.3% or less.
鋳鉄材は一般的に成形性や低コスト性に優れ、併せて高い切削性や振動吸収能も有している。中でも球状黒鉛鋳鉄は引張強度や伸びなどの機械的性質に優れ、鋼に匹敵する強度を有し、靭性においても優れていることからプレス金型、工作機械、歯車、自動車のエンジンや部品などに用いられている。 Cast iron materials are generally excellent in formability and low cost, and also have high machinability and vibration absorption capability. Among them, spheroidal graphite cast iron has excellent mechanical properties such as tensile strength and elongation, has strength comparable to steel, and has excellent toughness, so it can be used in press dies, machine tools, gears, automobile engines and parts, etc. It is used.
これらの用途の中には、プレス金型や工作機械あるいは歯車の摺動部のように局所的に高い硬度や耐摩耗性などの機械的特性が要求される場合があり、そのために表面硬さを増し、耐摩耗性を向上させる表面焼入れなどの表面硬化処理を施す必要がある。 Some of these applications require locally high mechanical properties such as high hardness and wear resistance, such as press dies, machine tools, and sliding parts of gears. Therefore, it is necessary to perform surface hardening treatment such as surface quenching to increase wear resistance and improve wear resistance.
フェライト面積率が７０％以上の鋳鉄材または炭素量が０．３％以下の鋼材は、基地組織中の炭素量が少ないために従来技術で焼入れを行うことはほとんど不可能である。因みに、図２２は本発明者らがＣｕ量の異なる球状黒鉛鋳鉄（Ｃ３．６５％，Ｓｉ２．２％、ＭｎＯ０．３５％、ＣｕＯ３〜０．５％、Ｍｏ０．４％，Ｎｉ１．２０％，ＭｇＯ０．０４７％）について高周波焼入れを行って硬度を調べた結果を示すが、水冷の場合（ａ）と空冷の場合（ｂ）のいずれにおいても、フェライト面積率が７０％以上になると焼入れが出来ないことが知見されている。 A cast iron material having a ferrite area ratio of 70% or more or a steel material having a carbon content of 0.3% or less is almost impossible to quench by the conventional technique because the carbon content in the base structure is small. Incidentally, FIG. 22 shows that the inventors of the present invention have different spheroidal graphite cast irons with different Cu contents (C 3.65%, Si 2.2%, MnO 0.35%, CuO 3 to 0.5%, Mo 0.4%, Ni 1.20%, This shows the result of induction hardening of MgO (0.047%), and shows the hardness. In both cases of water cooling (a) and air cooling (b), quenching can be performed when the ferrite area ratio is 70% or more. It has been found that there is no.
これに対して炭素含有量が多いパーライト系鋳鉄材やフェライト面積率が７０％以下の鋳鉄材または炭素量が０．３％以上の鋼材は、レーザー焼入れ、火炎焼入れ、下記特許文献１で知られるような高周波焼入れなど従来方法での硬化が可能である。 On the other hand, a pearlite cast iron material having a high carbon content, a cast iron material having a ferrite area ratio of 70% or less, or a steel material having a carbon content of 0.3% or more is known by laser quenching, flame quenching, and Patent Document 1 below. Curing by conventional methods such as induction hardening is possible.
特開平１１−１２６４６号公報 Japanese Patent Laid-Open No. 11-12646
鋼材や鋳鉄材を焼入れする場合には、材料をまず焼入れ温度に加熱してオーステナイト組織に変え、その後急冷してマルテンサイト組織に変態させるのであるが、フェライト面積率が７０％以上の鋳鉄材または炭素量が０．３％以下の鋼材は、鉄−炭素系平衡状態図から知られているように、材料をまずオーステナイト組織に変態させてからフェライト中に炭素を拡散させるために９５０℃以上に加熱した後、マルテンサイト変態を起こすよう急冷する必要がある。ところがレーザー焼入れや火炎焼入れまたは高周波焼入れなどの従来焼入れ法では、どんなに高温で長時間保持したとしても、結局十分な焼入れ硬度が得られないという問題があった。同様に構造材全体を熱処理炉に入れて加熱する焼入れ方法の場合は局所的な急冷が難しいため焼入れには不向きであった。 When quenching steel or cast iron, the material is first heated to a quenching temperature to change to an austenite structure, and then rapidly cooled to transform into a martensite structure. However, a cast iron material having a ferrite area ratio of 70% or more or As is known from the iron-carbon system equilibrium diagram, the steel material having a carbon content of 0.3% or less is transformed to an austenite structure and then diffused into the ferrite at a temperature of 950 ° C. or higher. After heating, it is necessary to rapidly cool to cause martensitic transformation. However, conventional quenching methods such as laser quenching, flame quenching, and induction quenching have had the problem that no matter how high the temperature is kept for a long time, sufficient quenching hardness cannot be obtained. Similarly, in the case of a quenching method in which the entire structural material is heated in a heat treatment furnace, it is difficult to quench because local rapid cooling is difficult.
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、フェライト面積率が７０％以上の鋳鉄材または炭素量が０．３％以下の鋼材について表面硬化を実現できる処理方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a treatment method capable of realizing surface hardening for a cast iron material having a ferrite area ratio of 70% or more or a steel material having a carbon content of 0.3% or less. To do.
上記課題を解決するために、本発明は、ツールと鋼材との摩擦接触部にカーボン粒子を予め供給した後に、鋼材にツールを押圧させて回転させながら移動することにより鋼材の基地組織中に炭素を拡散させ、その後ツール通過領域を冷却させることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a carbon material in a steel base structure by supplying carbon particles to a frictional contact portion between a tool and a steel material in advance and then moving the steel material while pressing and rotating the tool. And then the tool passage area is cooled .
本発明によれば、靭性に優れたフェライト鋳鉄材の表面に所望硬度（たとえばビッカース硬度で４００以上）の硬化層を形成することができる。 According to the present invention, a hardened layer having a desired hardness (for example, Vickers hardness of 400 or more) can be formed on the surface of a ferritic cast iron material having excellent toughness.
本発明の表面硬化処理法によれば、被処理材の大きさや形状を問わずまた部材の局所に対して表面硬化処理が可能である。摩擦熱の影響を受けるのは被処理材の局部に限られるので、内部応力の発生が少なく、そのために材料に焼き割れや歪あるいは変形などが生じることがない。 According to the surface hardening treatment method of the present invention, the surface hardening treatment can be performed regardless of the size and shape of the material to be processed and the local part of the member. Since the influence of the frictional heat is limited only to the local part of the material to be processed, the generation of internal stress is small, and the material does not suffer from cracking, distortion or deformation.
また本発明の表面硬化処理法は外部からの強制加熱によらず、局部的に発生する摩擦熱による加熱であるため被処理材全体を過加熱することなく、材料の溶損を防止することができるとともに、被処理材の再結晶化を促進し、結晶粒の粗大化および硬化層の脆弱化を防ぐことができる。 In addition, the surface hardening treatment method of the present invention is based on locally generated frictional heat, not by forced heating from the outside, so that the material to be treated can be prevented from being melted without overheating. In addition, recrystallization of the material to be treated can be promoted, and coarsening of crystal grains and weakening of the hardened layer can be prevented.
本発明による表面硬化処理は、ツールの回転速度、移動速度、ツールにかける荷重の大きさをコンピュータ制御することにより行われるので、従来の焼入れ法のような作業者の勘や経験に基づく熟練を要さずに均一な焼入れ硬度を得ることができる。ツールの条件を制御することにより、材料に部分的な焼入れ領域や深さを自由に調整することができる。 Since the surface hardening treatment according to the present invention is performed by computer-controlling the rotational speed, moving speed, and load applied to the tool, the skill based on the intuition and experience of the operator such as the conventional quenching method is obtained. A uniform quenching hardness can be obtained without necessity. By controlling the conditions of the tool, it is possible to freely adjust the partial quenching area and depth of the material.
以下本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の表面硬化処理方法は、ツールと呼ばれる工具を使って表面処理しようとする材料に押し当てながら高速で回転させ、材料とツールとの間に生じる摩擦熱を利用して材料中に炭素を拡散させ、その後急冷して材料に変態と組織の微細化を同時に引き起こさせるものである。 The surface hardening treatment method of the present invention uses a tool called a tool to rotate the material at a high speed while pressing it against the material to be surface treated, and uses frictional heat generated between the material and the tool to cause carbon in the material. It is diffused and then rapidly cooled, causing the material to simultaneously transform and refine the structure.
また本発明で焼入れつまり硬化処理できる材料は、フェライト面積率が７０％以上の鋳鉄材または炭素量が０．３％以下の鋼材が好ましい。 The material that can be quenched or hardened in the present invention is preferably a cast iron material having a ferrite area ratio of 70% or more or a steel material having a carbon content of 0.3% or less.
図１は本発明による表面硬化処理方法を説明する図である。 FIG. 1 is a diagram for explaining a surface hardening treatment method according to the present invention.
図において、１は表面硬化処理しようとする鋳鉄材または鋼材のような被処理材、２は被処理材１に加圧状態で接触しながら回転し、移動するほぼ円柱状のツール、３はツール２に荷重をかけながら回転、移動する工作機械などの駆動装置である。４はツール２が通過して硬化処理された処理部、５は処理部４が深さ方向に及んでいることを示す。ツールは、バリの発生状態に応じて底面を凸面または凹面形状とするのが効果的であり、攪拌量を増やすために円柱底部中央に突起を付けるのも効果的である。 In the figure, 1 is a material to be treated such as cast iron or steel to be surface-hardened, 2 is a substantially cylindrical tool that rotates and moves while contacting the material 1 under pressure, and 3 is a tool. It is a drive device such as a machine tool that rotates and moves while applying a load to 2. Reference numeral 4 denotes a processing unit that has passed through the tool 2 and has undergone a curing process, and reference numeral 5 denotes that the processing unit 4 extends in the depth direction. The tool is effective to make the bottom surface convex or concave according to the state of occurrence of burrs, and it is also effective to add a protrusion at the center of the bottom of the cylinder to increase the amount of stirring.
図２はツール２を動作状態で示しており、ツール２は白矢印Ｄで示す方向に荷重をかけられて被処理材１に押しつけられた状態で図１に矢印Ａで示すように回転されながら矢印Ｂの方向に移動される。その際ツール２は被処理材１の表面に対して移動方向後方に角度（前進角）θ（°）だけ傾斜させる。 FIG. 2 shows the tool 2 in an operating state. The tool 2 is loaded in the direction indicated by the white arrow D and pressed against the workpiece 1 while being rotated as indicated by the arrow A in FIG. It is moved in the direction of arrow B. At this time, the tool 2 is inclined by an angle (advance angle) θ (°) rearward in the movement direction with respect to the surface of the workpiece 1.
以下に本発明の実施例を説明する。 Examples of the present invention will be described below.
フェライト球状黒鉛鋳鉄を被処理材とした表面硬化処理について説明する。 The surface hardening treatment using ferrite spheroidal graphite cast iron as the material to be treated will be described.
被処理材：フェライト球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ４５０）製板材
（厚さ５ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ３００ｍｍ）
基地組織はすべてフェライト組織
ビッカース硬度 １８０〜２００ＨＶ
ツール：超鋼合金（WC）製
直径２５ｍｍ、長さ３０ｍｍ
処理条件：ツールの前進角３°
ツールの回転速度 ９００〜１５００ｒｐｍ
ツールの移動速度 ５０ｍｍ〜１５０ｍｍ／分
ツールへの荷重 ５０００ｋｇｆ（5トン）
上記被処理材に対してツール２の前進角（３°）および荷重（５０００ｋｇｆ）は同じとし、回転速度Ｎを９００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ、移動速度Ｖを５０ｍｍ／分 、１００ｍｍ／分、１５０ｍｍ／分と変えて下記の９条件について実験した。
Material to be treated: Ferrite spheroidal graphite cast iron (FCD450) plate material
(Thickness 5mm, width 100mm, length 300mm)
All base structures are ferrite structures
Vickers hardness 180-200HV
Tool: Made of super steel alloy (WC)
Diameter 25mm, length 30mm
Processing conditions: Tool advance angle 3 °
Tool rotation speed 900 ~ 1500rpm
Tool moving speed 50mm ~ 150mm / min
Load on the tool 5000kgf (5 tons)
The advance angle (3 °) and load (5000 kgf) of the tool 2 are the same with respect to the material to be processed, the rotational speed N is 900 rpm, 1200 rpm, 1500 rpm, and the moving speed V is 50 mm / min, 100 mm / min, 150 mm / min. The experiment was conducted under the following nine conditions.
実験番号 回転速度Ｎ 移動速度Ｖ 回転ピッチＶ／Ｎ
（ｒｐｍ） （ｍｍ／分） （ｍｍ／ｒ）
１ １５００ ５０ ０．０３
２ １２００ ５０ ０．０４
３ ９００ ５０ ０．０６
４ １５００ １００ ０．０７
５ １２００ １００ ０．０８
６ １５００ １５０ ０．１０
７ ９００ １００ ０．１１
８ １２００ １５０ ０．１３
９ ９００ １５０ ０．１７
回転ピッチとはツールが１回転する間に移動する距離で、移動速度Ｖ／回転速度Ｎで表され、回転ピッチが大きいと被処理材に投入される熱量（入熱量という）が減少する。
Experiment number Rotational speed N Moving speed V Rotational pitch V / N
(Rpm) (mm / min) (mm / r)
1 1500 50 0.03
2 1200 50 0.04
3 900 50 0.06
4 1500 100 0.07
5 1200 100 0.08
6 1500 150 0.10
7 900 100 0.11
8 1200 150 0.13
9 900 150 0.17
The rotation pitch is the distance that the tool moves during one rotation, and is represented by the movement speed V / rotation speed N. If the rotation pitch is large, the amount of heat input to the material to be processed (referred to as heat input) decreases.
この実施例における硬化処理のメカニズムは、被処理材であるフェライト材の基地組織中に分散している球状黒鉛がツールと被処理材との摩擦攪拌により発生する熱により基地組織中に拡散し、ツール通過後急速に冷却されてマルテンサイト組織に変態し硬化するものと考えられる。冷却は自然冷却である。 The mechanism of the hardening treatment in this example is that the spherical graphite dispersed in the base structure of the ferrite material that is the material to be processed diffuses into the base structure due to heat generated by frictional stirring between the tool and the material to be processed, It is thought that after passing through the tool, it is rapidly cooled to transform into a martensite structure and harden. Cooling is natural cooling.
処理後、被処理材の処理部の硬度を測定した。 After the treatment, the hardness of the treated portion of the material to be treated was measured.
硬度測定にはビッカース硬度計を用い、荷重を１．９６１Ｎ、圧子保持時間を１５秒とし、圧痕（測定）間隔はツールの通過中心から左右にそれぞれ１２ｍｍの領域を１．０ｍｍ間隔でかつ被処理材の表面から０．１ｍｍごとの深さについて測定した。その結果を図３〜図１１に示す。各図にはビッカース硬度（Ｈｖ）のカラー指標をつけてある。 The Vickers hardness tester is used for the hardness measurement, the load is 1.961 N, the indenter holding time is 15 seconds, and the indentation (measurement) interval is 12 mm from the center of passage of the tool to the left and right at 1.0 mm intervals. It measured about the depth for every 0.1 mm from the surface of the material. The results are shown in FIGS. Each figure has a color index of Vickers hardness (Hv).
実験番号１〜９のうち、後述する入熱量が過多気味の実験番号１と入熱量が適切な実験番号３について処理後の一部の組織の高倍率顕微鏡写真を図１２および図１３として示す。図１２からは、実験番号１の条件ではパーライト領域が広く深く認められ、そのビッカース硬度は４００程度であることが分かる。また図１３からは、実験番号３の条件ではマルテンサイト領域が広く深く認められ、そのビッカース硬度は５５０以上にも至っていることが分かる。 Among experiment numbers 1 to 9, high magnification micrographs of some tissues after treatment are shown for experiment number 1 with excessive heat input described later and experiment number 3 with appropriate heat input, as FIGS. 12 and 13. From FIG. 12, it can be seen that under the condition of Experiment No. 1, a pearlite region is widely and deeply recognized, and its Vickers hardness is about 400. Further, FIG. 13 shows that the martensite region is widely and deeply recognized under the condition of the experiment number 3, and the Vickers hardness reaches 550 or more.
図１４は同じ実験結果について、ツールの通過中心位置と中心から左右に６ｍｍ離れた位置の３つの位置における材料表面の硬度の平均値を示しており、図１５は被処理材の表面から深さ０．２ｍｍ、０．７ｍｍ、１．２ｍｍの３つの位置における硬度の平均値を９実験例について示したものである。 FIG. 14 shows the average value of the hardness of the material surface at three positions of the tool passing center position and the position 6 mm away from the center to the left and right for the same experimental result, and FIG. 15 shows the depth from the surface of the workpiece. Average values of hardness at three positions of 0.2 mm, 0.7 mm, and 1.2 mm are shown for 9 experimental examples.
図１４からは、処理部の中心に近いほど硬化の度合いが大きくなっており、後退側（ツールの回転方向下流側）の硬化の度合いが前進側（ツールの回転方向上流側）の硬度の度合いより小さくなっていることが分かる。安定してより広範囲に硬化させたい場合は実験番号３が適している。 From FIG. 14, the degree of curing increases as it is closer to the center of the processing section, and the degree of curing on the backward side (downstream direction of the tool rotation) is the degree of hardness on the forward side (upstream side of the tool rotation direction). It can be seen that it is smaller. Experiment number 3 is suitable when it is desired to cure more stably in a wider range.
また図１５からは、処理部の表面に近いほど硬化の度合いが大きいことが分かる。また実験番号２からは、より深くまで改質できることが分かる。ツールの移動速度と回転速度のいずれの組み合わせにおいても処理前の硬度（ビッカース高度１８０〜２００ＨＶ）よりも硬度が向上していることが確認できたが、用途面から材料に要求される硬度の程度や深さに応じてツールの移動速度と回転速度の組み合わせを決定すればよい。たとえば材料表面においてビッカース硬度４００以上を必要とする場合には、移動速度１５０ｍｍ／分と回転速度１２００ｒｐｍの組み合わせは好ましくないことになる。 Also, from FIG. 15, it can be seen that the closer to the surface of the processing section, the higher the degree of curing. From Experiment No. 2, it can be seen that the modification can be made deeper. Although it was confirmed that the hardness was higher than the hardness before processing (Vickers altitude of 180 to 200 HV) in any combination of the moving speed and the rotational speed of the tool, the degree of hardness required for the material from the application side What is necessary is just to determine the combination of the moving speed and rotational speed of a tool according to the depth. For example, when a Vickers hardness of 400 or more is required on the material surface, a combination of a moving speed of 150 mm / min and a rotating speed of 1200 rpm is not preferable.
図１６は上記実験結果に基づき、少なくとも硬度向上が認められたツールの移動速度Ｖ（ｍｍ／分）と回転速度Ｎ（ｒｐｍ）との組み合わせ領域を示したもので、斜線の領域がそれに当たる。図中には上記実験番号１〜９のツール条件を対応する数字を丸で囲んで示してある。ツールの移動速度をＶ、回転速度をＮ、ツールへの荷重をＬ（ｋｇ）とすると、処理部の温度はツールの摩擦撹拌により発生し被処理材に投入される熱量（入熱量）により決まり、この入熱量はＮ×Ｌ／Ｖに比例するので、図１６の斜線領域は次の式（１）で表される。 FIG. 16 shows a combination region of the moving speed V (mm / min) and the rotational speed N (rpm) of the tool at which at least improvement in hardness is recognized based on the above experimental results, and the hatched region corresponds to it. In the figure, the tool conditions of the above experiment numbers 1 to 9 are shown by enclosing the corresponding numbers in circles. If the moving speed of the tool is V, the rotational speed is N, and the load on the tool is L (kg), the temperature of the processing part is determined by the amount of heat (heat input) generated by frictional stirring of the tool and input to the workpiece. Since this heat input is proportional to N × L / V, the shaded area in FIG. 16 is expressed by the following equation (1).
３０，０００≦Ｎ×Ｌ／Ｖ<１５０，０００ ・・・ （１）
ツールの径（２５ｍｍ）Ｄを考慮すると、入熱量はＮ×Ｌ×Ｄ／Ｖに比例するので斜線領域は次の式（２）で表される。
30,000 ≦ N × L / V <150,000 (1)
Considering the tool diameter (25 mm) D, the amount of heat input is proportional to N × L × D / V, so the hatched area is expressed by the following equation (2).
７５０，０００≦Ｎ×Ｌ×Ｄ／Ｖ<３，７５０，０００ ・・・（２）
上記実施例は被処理材の一例としてＦＣＤ４５０を用いたが、他のフェライト系球状黒鉛鋳鉄、特に従来表面硬化処理が不可能とされているフェライト率７０％以上の鋳鉄、さらには、オーステナイト系鋳鉄、パーライト系鋳鉄についても同様に適用して表面硬度の向上を実現できる。
750,000 ≦ N × L × D / V <3,750,000 (2)
In the above examples, FCD450 was used as an example of the material to be treated. However, other ferrite-based spheroidal graphite cast irons, particularly cast irons having a ferrite ratio of 70% or more, which cannot be conventionally surface-hardened, and austenitic cast irons The pearlite cast iron can be similarly applied to improve the surface hardness.
上式（１）および（２）は板厚が５ｍｍ、幅が１００ｍｍ、長さが３００ｍｍの被処理材に対するものである。したがって、被処理材の板厚がより厚くなると、式（１)および（２）の上限の値をそれぞれ、１５０，０００×ｔ／5 （ｔ：板厚（mm））、３，７５０，０００×ｔ／5 （ｔ：板厚（mm））とするのが望ましい。 The above formulas (1) and (2) are for a material to be processed having a plate thickness of 5 mm, a width of 100 mm, and a length of 300 mm. Accordingly, when the plate thickness of the material to be processed becomes thicker, the upper limit values of the expressions (1) and (2) are set to 150,000 × t / 5 (t: plate thickness (mm)) and 3,750,000, respectively. It is desirable to set xt / 5 (t: thickness (mm)).
さらに、式（１）および（２）は前進角を3°としているため、前進角をこれより大きくした場合には、接触面積が小さくなりより局所的に加熱されるため、温度が上昇し、前進角をこれより小さくした場合には温度が低下することが予測される。したがって、前進角が3°以上の場合には、式（１）の下限の値を３０，０００×cos θ／cos (3°)（θ：前進角：°）とし、式（２）の下限の値を７５０，０００×cos θ／cos (3°)（θ：前進角：°）とし、また前進角が3°以下の場合には、式（１）の上限の値を１５０，０００×cos θ／cos (3°)（θ：前進角：°）とし、式（２）の上限の値を３，７５０，０００×cos θ／cos (3°)（θ：前進角：°）と考えればよい。 Furthermore, since the formulas (1) and (2) have an advancing angle of 3 °, when the advancing angle is made larger than this, the contact area becomes smaller and more locally heated, so the temperature rises, If the advance angle is made smaller than this, the temperature is expected to decrease. Therefore, when the advance angle is 3 ° or more, the lower limit value of the equation (1) is set to 30,000 × cos θ / cos (3 °) (θ: the advance angle: °), and the lower limit of the equation (2). Is set to 750,000 × cos θ / cos (3 °) (θ: advancing angle: °), and when the advancing angle is 3 ° or less, the upper limit value of equation (1) is set to 150,000 × cos θ / cos (3 °) (θ: advancing angle: °), and the upper limit value of Equation (2) is 3,750,000 × cos θ / cos (3 °) (θ: advancing angle: °) Think about it.
また被処理材に対してツールの通過領域を同方向に一部重ねて処理すること（いわゆるマルチパス）により幅広い領域を硬化することができることが実験により確認された。 In addition, it was confirmed by experiments that a wide region can be cured by partially overlapping the processing region of the tool in the same direction on the workpiece (so-called multi-pass).
純鉄を被処理材とした表面硬化処理について説明する。 A surface hardening process using pure iron as a material to be treated will be described.
被処理材：純鉄（９９．９％）製板材
（厚さ５ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ３００ｍｍ）
ツール：超鋼合金製
直径２５ｍｍ、長さ３０ｍｍ
処理条件：ツールの前進角３°
ツールの回転速度 ９００〜１５００ｒｐｍ
ツールの移動速度 ５０ｍｍ〜１５０ｍｍ／分
ツールへの荷重 ５０００ｋｇｆ（5トン）
処理に先立ち、図１７に示すように、被処理材１の中央部長手方向に幅３ｍｍ、深さ３ｍｍの溝１０を形成し、その溝１０に黒鉛粒子２０約２．７ｇを均一に充填する。
Material to be treated: Pure iron (99.9%) plate material
(Thickness 5mm, width 100mm, length 300mm)
Tool: Super steel alloy diameter 25mm, length 30mm
Processing conditions: Tool advance angle 3 °
Tool rotation speed 900 ~ 1500rpm
Tool moving speed 50mm ~ 150mm / min
Load on the tool 5000kgf (5 tons)
Prior to the treatment, as shown in FIG. 17, a groove 10 having a width of 3 mm and a depth of 3 mm is formed in the longitudinal direction of the central portion of the material 1 to be processed, and about 2.7 g of graphite particles 20 are uniformly filled in the groove 10. .
処理は次の４つのステップから成る。 The process consists of the following four steps.
ステップI：溝１０に蓋をする。 Step I: Cover the groove 10.
ステップII：炭素の撹拌
ステップIII：炭素の拡散
ステップIV：急冷
本発明者らはステップI〜IVを何工程（パス）で処理するかをいろいろ変えて実験した。冷却は自然冷却である。
（１）ステップI、II、III、IVを１工程で処理（１パス処理）
ツールの条件
移動速度：１６〜５０ｍｍ／分
回転速度：１２００ｒｐｍ
荷 重 ：２０００ｋｇ
実施例１における式（１）および（２）と同様に、ツールの移動速度をＶ（ｍｍ／分）、回転速度をＮ（ｒｐｍ）、荷重をＬ（ｋｇ）、直径をＤ（ｍｍ）とすると、この処理で硬度化が認められツール条件は次の式（３)および（４）を満足する領域になる。
Step II: Carbon agitation
Step III: Carbon diffusion
Step IV: Rapid Cooling The present inventors conducted experiments by changing the number of steps (passes) in which steps I to IV were processed. Cooling is natural cooling.
(1) Steps I, II, III, and IV are processed in a single process (1-pass processing)
Tool conditions
Movement speed: 16-50mm / min
Rotation speed: 1200rpm
Load: 2000kg
Similarly to the equations (1) and (2) in Example 1, the moving speed of the tool is V (mm / min), the rotating speed is N (rpm), the load is L (kg), and the diameter is D (mm). Then, the hardness is recognized by this treatment, and the tool condition becomes a region satisfying the following expressions (3) and (4).
４８，０００<Ｎ×Ｌ／Ｖ<１５０，０００ ・・・ （３）
１，２００，０００<Ｎ×Ｌ×Ｄ／Ｖ<３，７５０，０００ ・・・（４）
上式（３）および（４）は板厚が５ｍｍ、幅が１００ｍｍ、長さが３００ｍｍの被処理材に対するものである。したがって、被処理材の板厚がより厚くなると、式（３)および（４）の上限の値をそれぞれ、１５０，０００×ｔ／5 （ｔ：板厚（mm））、３，７５０，０００×ｔ／5 （ｔ：板厚（mm））とするのが望ましい。
48,000 <N × L / V <150,000 (3)
1,200,000 <N × L × D / V <3,750,000 (4)
The above formulas (3) and (4) are for materials to be processed having a plate thickness of 5 mm, a width of 100 mm, and a length of 300 mm. Therefore, when the plate thickness of the material to be processed becomes thicker, the upper limit values of the equations (3) and (4) are set to 150,000 × t / 5 (t: plate thickness (mm)) and 3,750,000, respectively. It is desirable to set xt / 5 (t: thickness (mm)).
また、式（３）および（４）は前進角を3°としているため、実施例１の場合と同様に、前進角をこれより大きくした場合には、接触面積が小さくなりより局所的に加熱されるため、温度が上昇し、前進角をこれより小さくした場合には温度が低下することが予測される。したがって、前進角が3°以上の場合には、式（３）の下限の値を４８，０００×cos θ／cos (3°)（θ：前進角：°）とし、式（４）の下限の値を１，２００，０００×cos θ／cos (3°)（θ：前進角：°）とし、また前進角が3°以下の場合には、式（３）の上限の値を１５０，０００×cos θ／cos (3°)（θ：前進角：°）とし、式（４）の上限の値を３，７５０，０００×cos θ／cos (3°)（θ：前進角：°）と考えればよい。 Further, since the expressions (3) and (4) have advancing angle of 3 °, as in the case of the first embodiment, when the advancing angle is made larger than this, the contact area becomes smaller and heating is performed more locally. Therefore, if the temperature rises and the advance angle is made smaller than this, it is predicted that the temperature will fall. Therefore, when the advance angle is 3 ° or more, the lower limit value of the equation (3) is 48,000 × cos θ / cos (3 °) (θ: the advance angle: °), and the lower limit of the equation (4). Is set to 1,200,000 × cos θ / cos (3 °) (θ: advancing angle: °), and when the advancing angle is 3 ° or less, the upper limit value of the expression (3) is 150, 000 × cos θ / cos (3 °) (θ: advancing angle: °), and the upper limit value of equation (4) is 3,750,000 × cos θ / cos (3 °) (θ: advancing angle: °) )
（２）ステップI、II、IIIとステップIVの２工程で処理（２パス処理）
ツールの条件
１回目のパス（ステップI、II、III）
移動速度 回転速度 荷 重
４０ｍｍ／分 １２００ｒｐｍ ２０００ｋｇ
２回目のパス（ステップIV）
実験番号 移動速度 回転速度 荷 重 入熱量 ピッチ
１ 1400ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 5000ｋｇ 4.3×103 1.17
２ 1600ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 5000ｋｇ 3.8×103 1.33
３ 1800ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 5000ｋｇ 3.3×103 1.50
４ 2000ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 5000ｋｇ 3.0×103 1.66
５ 58ｍｍ／分 1750ｒｐｍ 2000ｋｇ 6.0×104 0.033
６ 40ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 2000ｋｇ 6.0×104 0.033
７ 30ｍｍ／分 900ｒｐｍ 2000ｋｇ 6.0×104 0.033
８ 20ｍｍ／分 600ｒｐｍ 2000ｋｇ 6.0×104 0.033
実験番号１〜６に対してマルテンサイトが確認された（ビッカース硬度５５０HV 以上）。ただし実験番号１〜４については硬化層はやや薄い。
(2) Process in 2 steps, Step I, II, III and Step IV (2-pass process)
Tool condition 1st pass (Steps I, II, III)
Travel speed Rotational speed Load
40mm / min 1200rpm 2000kg
Second pass (Step IV)
Experiment number Movement speed Rotational speed Load Heat input Pitch
1 1400mm / min 1200rpm 5000kg 4.3 × 10 3 1.17
2 1600mm / min 1200rpm 5000kg 3.8 × 10 3 1.33
3 1800mm / min 1200rpm 5000kg 3.3 × 10 3 1.50
4 2000mm / min 1200rpm 5000kg 3.0 × 10 3 1.66
5 58mm / min 1750rpm 2000kg 6.0 × 10 4 0.033
6 40mm / min 1200rpm 2000kg 6.0 × 10 4 0.033
7 30mm / min 900rpm 2000kg 6.0 × 10 4 0.033
8 20mm / min 600rpm 2000kg 6.0 × 10 4 0.033
Martensite was confirmed for Experiment Nos. 1 to 6 (Vickers hardness of 550 HV or higher). However, for the experiment numbers 1 to 4, the hardened layer is slightly thin.
以上から、マルテンサイトが確認できた条件は次のようになる。 From the above, the conditions under which martensite was confirmed are as follows.
１回目パスについては、荷重２０００ｋｇ、移動速度５０ｍｍ／分以下、回転速度１２００ｒｐｍ、２回パスについては荷重５０００ｋｇ、移動速度２０００ｍｍ／分、回転速度６００ｒｐｍ以上。 For the first pass, the load is 2000 kg, the moving speed is 50 mm / min or less, the rotational speed is 1200 rpm, and for the second pass, the load is 5000 kg, the moving speed is 2000 mm / min, and the rotational speed is 600 rpm or more.
以上の２パス処理の場合で硬化度が認められるツール条件は、ツールの移動速度Ｖ（ｍｍ／分）と回転速度Ｎ（ｒｐｍ）と荷重（ｋｇ）と直径Ｄ（ｍｍ）が次の式（５）、（６）、（７）、（８）を満足する領域となる。 The tool conditions under which the degree of hardening is recognized in the case of the above two-pass processing are as follows: the moving speed V (mm / min), the rotating speed N (rpm), the load (kg), and the diameter D (mm) of the tool This is a region that satisfies 5), (6), (7), and (8).
１回目のパス
４８，０００<Ｎ×Ｌ／Ｖ ・・・ （５）
2回目のパス
１，５００＜Ｎ×Ｌ／Ｖ<１５０，０００ ・・・ （６）
1回目のパス
１，２００，０００<Ｎ×Ｌ×Ｄ／Ｖ ・・・（７）
2回目のパス
３７,５００<Ｎ×Ｌ×Ｄ／Ｖ<３，７５０，０００ ・・・（８）
被処理材の板厚(５ｍｍ)とツールの前進角（３°）を変えた場合は、１パス処理について記載した場合と同じ考え方をすればよい。
First pass 48,000 <N × L / V (5)
Second pass 1,500 <N × L / V <150,000 (6)
First pass 1,200,000 <N × L × D / V (7)
Second pass 37,500 <N × L × D / V <3,750,000 (8)
When the plate thickness (5 mm) of the material to be processed and the advance angle (3 °) of the tool are changed, the same idea as that described for the one-pass process may be used.
（３）ステップIと、ステップII、IIIと、ステップIVの３工程で処理（３パス処理）
ツールの条件１
１回目のパス（ステップI）
移動速度 回転速度 荷 重
５０ｍｍ／分 １２００ｒｐｍ １０００ｋｇ
２回目のパス（ステップIIおよびIII）
移動速度 回転速度 荷 重
４０ｍｍ／分 １２００ｒｐｍ ２０００ｋｇ
３回目のパス（ステップIV）
実験番号 移動速度 回転速度 荷 重 入熱量 ピッチ
１ 2000ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 5000ｋｇ 3.0×103 1.67
２ 2000ｍｍ／分 1000ｒｐｍ 5000ｋｇ 2.5×103 2.00
３ 2000ｍｍ／分 900ｒｐｍ 5000ｋｇ 2.3×103 2.22
４ 2000ｍｍ／分 800ｒｐｍ 5000ｋｇ 2.0×103 2.50
実験番号１〜４のすべてについてマルテンサイトが確認された（ビッカース硬度５５０HV 以上）。また、ステップIをステップII、IIIと切り離すことで、黒鉛の排出が少なく、硬化層は厚くできる。
(3) Process in 3 steps of Step I, Step II, III and Step IV (3-pass process)
Tool condition 1
First pass (Step I)
Travel speed Rotational speed Load
50mm / min 1200rpm 1000kg
Second pass (Steps II and III)
Travel speed Rotational speed Load
40mm / min 1200rpm 2000kg
Third pass (Step IV)
Experiment number Movement speed Rotational speed Load Heat input Pitch
1 2000mm / min 1200rpm 5000kg 3.0 × 10 3 1.67
2 2000mm / min 1000rpm 5000kg 2.5 × 10 3 2.00
3 2000mm / min 900rpm 5000kg 2.3 × 10 3 2.22
4 2000mm / min 800rpm 5000kg 2.0 × 10 3 2.50
Martensite was confirmed for all of Experiment Nos. 1 to 4 (Vickers hardness of 550 HV or higher). Further, by separating Step I from Steps II and III, the discharge of graphite is small and the hardened layer can be made thick.
第３回目のパスについては、荷重５０００ｋｇ、移動速度２０００ｍｍ／分に対して回転速度６００ｒｐｍまで硬化が可能であることが確認できた。 In the third pass, it was confirmed that curing was possible up to a rotational speed of 600 rpm for a load of 5000 kg and a moving speed of 2000 mm / min.
硬化層（マルテンサイト層）の厚さは回転速度が小さい方が厚くなることが確認できた。それはバリとしての排出が少なくて有効であると考えられる。 It was confirmed that the thickness of the hardened layer (martensite layer) becomes thicker as the rotational speed is lower. It is thought that it is effective because it emits less burrs.
ツールの条件２
１回目のパス（ステップI）
移動速度 回転速度 荷 重
５０ｍｍ／分 １２００ｒｐｍ １０００ｋｇ
２回目のパス（ステップIIおよびIII）
実験番号 移動速度 回転速度 荷 重 入熱量 ピッチ
１ 10mm／分 1200ｒｐｍ 2000ｋｇ 2.4×105 0.008
２ 20mm／分 1200ｒｐｍ 2000ｋｇ 1.2×105 0.017
３ 30mm／分 1200ｒｐｍ 2000ｋｇ 0.8×105 0.025
４ 40mm／分 1200ｒｐｍ 2000ｋｇ 0.6×105 0.033
３回目のパス（ステップIV）
移動速度 回転速度 荷 重
２００ｍｍ／分 １２００ｒｐｍ １０００ｋｇ
実験番号１はツールが沈みすぎて実験できず、実験番号２についてはマルテンサイトは確認できなかった。実験番号３、４についてはマルテンサイトが確認された（ビッカース硬度５５０HV 以上）。
Tool condition 2
First pass (Step I)
Travel speed Rotational speed Load
50mm / min 1200rpm 1000kg
Second pass (Steps II and III)
Experiment number Movement speed Rotational speed Load Heat input Pitch
1 10mm / min 1200rpm 2000kg 2.4 × 10 5 0.008
2 20mm / min 1200rpm 2000kg 1.2 × 10 5 0.017
3 30mm / min 1200rpm 2000kg 0.8 × 10 5 0.025
4 40mm / min 1200rpm 2000kg 0.6 × 10 5 0.033
Third pass (Step IV)
Travel speed Rotational speed Load
200mm / min 1200rpm 1000kg
In Experiment No. 1, the tool was too sunk to conduct an experiment, and in Experiment No. 2, martensite could not be confirmed. Martensite was confirmed for Experiment Nos. 3 and 4 (Vickers hardness of 550 HV or higher).
（４）ステップI、II、III、IVを別々の４工程で処理（４パス処理）
ツールの条件１
１回目のパス（ステップI）
移動速度 回転速度 荷 重
５０ｍｍ／分 １２００ｒｐｍ １０００ｋｇ
２回目のパス（ステップII）
移動速度 回転速度 荷 重
５０ｍｍ／分 １２００ｒｐｍ 位置制御
３回目のパス（ステップIII）
移動速度 回転速度 荷 重
２５ｍｍ／分 １２００ｒｐｍ ２０００ｋｇ
４回目のパス（ステップIV）
実験番号 移動速度 回転速度 荷 重 入熱量 ピッチ
１ 600ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 5000ｋｇ 1.0×104 0.50
２ 800ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 5000ｋｇ 7.5×103 0.67
３ 1000ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 5000ｋｇ 6.0×103 0.83
４ 1200ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 5000ｋｇ 5.0×103 1.00
５ 1400ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 5000ｋｇ 4.3×103 1.17
６ 100ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 1000ｋｇ 1.2×104 0.083
７ 200ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 1000ｋｇ 0.6×104 0.167
８ 200ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 2000ｋｇ 1.2×104 0.167
９ 400ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 2000ｋｇ 0.6×104 0.333
１０ 600ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 3000ｋｇ 0.6×104 0.500
実験番号１および６に対してはマルテンサイトが確認されなかったが、実験番号２に対しては一部にマルテンサイトの生成が認められた。従って入熱が多い側の境界は実験番号２のツール条件であることが確認できた。また入熱が少ない側では移動速度が１４００ｍｍ／分の実験番号4の場合でもマルテンサイトの生成が確認された。実験番号３、４、５、７〜１０のすべてに対してはマルテンサイト（ビッカース硬度５５０HV 以上）の生成が確認された。同じ入熱量なら移動速度が速いほうがマルテンサイトの生成には有利であることが分かる。
(4) Steps I, II, III, and IV are processed in four separate steps (4-pass processing)
Tool condition 1
First pass (Step I)
Travel speed Rotational speed Load
50mm / min 1200rpm 1000kg
Second pass (Step II)
Travel speed Rotational speed Load
50mm / min 1200rpm Position control
Third pass (Step III)
Travel speed Rotational speed Load
25mm / min 1200rpm 2000kg
Fourth pass (Step IV)
Experiment number Movement speed Rotational speed Load Heat input Pitch
1 600mm / min 1200rpm 5000kg 1.0 × 10 4 0.50
2 800mm / min 1200rpm 5000kg 7.5 × 10 3 0.67
3 1000mm / min 1200rpm 5000kg 6.0 × 10 3 0.83
4 1200mm / min 1200rpm 5000kg 5.0 × 10 3 1.00
5 1400mm / min 1200rpm 5000kg 4.3 × 10 3 1.17
6 100mm / min 1200rpm 1000kg 1.2 × 10 4 0.083
7 200mm / min 1200rpm 1000kg 0.6 × 10 4 0.167
8 200mm / min 1200rpm 2000kg 1.2 × 10 4 0.167
9 400mm / min 1200rpm 2000kg 0.6 × 10 4 0.333
10 600mm / min 1200rpm 3000kg 0.6 × 10 4 0.500
Although martensite was not confirmed for Experiment Nos. 1 and 6, some martensite was observed for Experiment No. 2. Therefore, it was confirmed that the boundary on the side with the larger heat input was the tool condition of Experiment No. 2. On the side with less heat input, the formation of martensite was confirmed even in the case of Experiment No. 4 where the moving speed was 1400 mm / min. Formation of martensite (Vickers hardness of 550 HV or higher) was confirmed for all of experiment numbers 3, 4, 5, and 7-10. It can be seen that if the heat input is the same, a faster moving speed is advantageous for the generation of martensite.
また、2回目のパス、すなわち攪拌のプロセスではツールの底面にある突起のあるツールを用いることで攪拌量が増し、硬化層を厚くできる。 In the second pass, that is, the stirring process, the amount of stirring can be increased by using a tool with protrusions on the bottom surface of the tool, and the hardened layer can be thickened.
ツールの条件２
１回目のパス（ステップI）
移動速度 回転速度 荷 重
５０ｍｍ／分 １２００ｒｐｍ １０００ｋｇ
２回目のパス（ステップII）
移動速度 回転速度 荷 重
５０ｍｍ／分 １２００ｒｐｍ 位置制御
３回目のパス（ステップIII）
実験番号 移動速度 回転速度 荷 重 ピッチ
１ 25ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 1000ｋｇ 0.021
２ 20ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 1000ｋｇ 0.017
３ 40ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 2000ｋｇ 0.033
４ 15ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 1000ｋｇ 0.013
５ 30ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 2000ｋｇ 0.025
６ 25ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 2000ｋｇ 0.021
７ 10ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 1000ｋｇ 0.008
８ 10ｍｍ／分 1200ｒｐｍ 2000ｋｇ 0.008
４回目のパス（ステップIV）
移動速度 回転速度 荷 重
２００ｍｍ／分 １２００ｒｐｍ １０００ｋｇ
実験番号１および２に対してはマルテンサイトが確認されなかったが、実験番号３に対しては一部にマルテンサイトの生成が認められ、実験番号４〜８のすべてに対してはマルテンサイト（ビッカース硬度５５０HV 以上）の生成が確認された。
Tool condition 2
First pass (Step I)
Travel speed Rotational speed Load
50mm / min 1200rpm 1000kg
Second pass (Step II)
Travel speed Rotational speed Load
50mm / min 1200rpm Position control
Third pass (Step III)
Experiment number Movement speed Rotational speed Load Pitch
1 25mm / min 1200rpm 1000kg 0.021
2 20mm / min 1200rpm 1000kg 0.017
3 40mm / min 1200rpm 2000kg 0.033
4 15mm / min 1200rpm 1000kg 0.013
5 30mm / min 1200rpm 2000kg 0.025
6 25mm / min 1200rpm 2000kg 0.021
7 10mm / min 1200rpm 1000kg 0.008
8 10mm / min 1200rpm 2000kg 0.008
Fourth pass (Step IV)
Travel speed Rotational speed Load
200mm / min 1200rpm 1000kg
Martensite was not confirmed for Experiment Nos. 1 and 2, but some of Martensite was observed for Experiment No. 3, and martensite ( Generation of Vickers hardness of 550 HV or higher) was confirmed.
図１８は４パス処理（ツール条件２）の中で３回目パスについての実験番号８つまり下記の条件で得られた処理部の表層部の高倍率顕微鏡写真を示す。 FIG. 18 shows a high-magnification micrograph of the surface layer portion of the processing portion obtained under the experiment number 8 for the third pass in the 4-pass processing (tool condition 2), that is, the following conditions.
移動速度 回転速度 荷 重
１回目のパス ５０ｍｍ／分 １２００ｒｐｍ １０００ｋｇ
２回目のパス ５０ｍｍ／分 １２００ｒｐｍ 位置制御
３回目のパス １０ｍｍ／分 １２００ｒｐｍ ２０００ｋｇ
４回目のパス ２００ｍｍ／分 １２００ｒｐｍ １０００ｋｇ
白い結晶粒の中に針状のマルテンサイト組織が認められ、硬度はビッカース硬度で６００ＨＶ〜７００ＨＶであった。
Travel speed Rotational speed Load
1st pass 50mm / min 1200rpm 1000kg
Second pass 50 mm / min 1200 rpm Position control Third pass 10 mm / min 1200 rpm 2000 kg
4th pass 200mm / min 1200rpm 1000kg
A needle-like martensite structure was observed in the white crystal grains, and the hardness was 600 HV to 700 HV in terms of Vickers hardness.
以上から、ステップI、II、III、IVを別々の工程で処理すると、工程的には時間がかかるが、生成されるマルテンサイトの厚みは厚くなり、材料を安定して硬化することができることが判明した。 From the above, when steps I, II, III, and IV are processed in separate processes, the process takes time, but the thickness of the martensite that is generated is increased, and the material can be cured stably. found.
上記実施例２は被処理材の一例として純鉄を使用したが、ＳＳ４００，ＳＭ４９０，Ｓ２０Ｃ等の普通炭素鋼についても同様に適用して表面硬度の向上を実現できる。また、従来法でも硬化処理することが可能なＳ３５ＣやＳ５０Ｃなどの中炭素鋼や高炭素鋼においても、本プロセスを用いることにより、炭素量が増加するため、到達する硬度は上昇するので、用途によっては有用である。また被処理材に対してツールの通過領域を同方向に一部重ねて処理すること（いわゆるマルチパス）により幅広い領域を硬化することができることができることは実施例１の場合と同じである。 In Example 2 described above, pure iron was used as an example of the material to be treated. However, the surface hardness can be improved by applying the same to ordinary carbon steels such as SS400, SM490, and S20C. Also, in medium carbon steel and high carbon steel such as S35C and S50C, which can be hardened by the conventional method, the amount of carbon increases by using this process, so the reached hardness increases. Some are useful. Further, it is the same as in the case of the first embodiment that a wide area can be cured by partially overlapping the passing area of the tool on the material to be processed in the same direction (so-called multi-pass).
実施例２の場合、カーボン粒子を外部から供給する方法として図１９に示すようにカーボンシート２２を被処理材１上の硬化したい部分に貼り付ける方法、ペースト状に塗布する方法、図２０に示すようにスプレーによって炭素を供給する方法、図２１に示すようにツール２の中心に穴２４を形成し、その穴２４にカーボン粒子をあらかじめ充填しておき、ツール２の回転・移動とともにそのカーボン粒子をツール２の被処理材１との接触摩擦面に供給する方法、あるいはツール材に炭素を含有させ、ツールを消耗させながら移動することによって黒鉛を供給する方法等が考えられる。 In the case of Example 2, as a method of supplying carbon particles from the outside, as shown in FIG. 19, a method of sticking the carbon sheet 22 to a portion to be cured on the material 1 to be cured, a method of applying in a paste form, and FIG. 21. As shown in FIG. 21, a hole 24 is formed in the center of the tool 2, and carbon particles are filled in the hole 24 in advance. Or a method of supplying graphite to the contact friction surface of the tool 2 with the workpiece 1 or a method of supplying graphite by containing carbon in the tool material and moving the tool while consuming it.
なお、実施例１および２では自然冷却によるものであるが、冷却に液体ＣＯ２、水又は液体窒素などの冷媒を用いると、冷却速度を増加させることができるため、ツールの動作条件の範囲を大きくすることができる。 In Examples 1 and 2, although natural cooling is used, if a refrigerant such as liquid CO 2 , water, or liquid nitrogen is used for cooling, the cooling rate can be increased. Can be bigger.
本発明は、フェライト面積率が７０％以上の鋳鉄材または炭素量が０．３％以下の鋼材を用いた部品や構造材の表面硬化や一部の硬化に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for surface hardening or partial hardening of parts and structural materials using a cast iron material having a ferrite area ratio of 70% or more or a steel material having a carbon content of 0.3% or less.
１ 被処理材
２ ツール
３ 加圧・回転・移動装置
４ 処理部
５ 深さ部
１０ 溝
２０ 黒鉛粒子
２２ カーボンシート
２３ 消耗式炭素棒
２４ 穴
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Material to be processed 2 Tool 3 Pressurizing / rotating / moving device 4 Processing unit 5 Depth unit 10 Groove 20 Graphite particle 22 Carbon sheet 23 Consumable carbon rod 24 Hole
Claims (5)
ことを特徴とする鋼材の表面硬化処理方法。 After supplying carbon particles to the frictional contact between the tool and steel in advance, carbon is diffused into the base structure of the steel by moving the tool against the steel while rotating the tool, and then the tool passage area is cooled. A method for surface hardening of a steel material.
ことを特徴とする請求項１に記載の表面硬化処理方法。 The steel material treatment includes a first step of covering the supplied carbon by a tool, a second step of subsequently stirring the carbon, and a third step of diffusing the stirred carbon into the steel base structure. The surface hardening treatment method according to claim 1 , comprising a fourth step of rapid cooling after diffusion, wherein the first to fourth steps are completed by a single movement of the tool.
ことを特徴とする請求項１に記載の表面硬化処理方法。 The treatment of the steel material includes a step of covering the carbon supplied in advance, a step of simultaneously stirring the carbon by a single tool movement, and a step of diffusing the stirred carbon into the base structure of the steel material, The surface hardening treatment method according to claim 1, further comprising three steps of rapid cooling after diffusion.
ことを特徴とする請求項１に記載の表面硬化処理方法。 In the steel material treatment, after covering the carbon supplied in advance, the step of stirring the carbon and the step of diffusing the stirred carbon into the base structure of the steel material are carried out by moving the tool once, followed by rapid cooling after diffusion. The surface hardening processing method according to claim 1, further comprising a step of:
ことを特徴とする請求項１に記載の表面硬化処理方法。 The steel material treatment includes a first step of covering the supplied carbon by a tool, a second step of subsequently stirring the carbon, and a third step of diffusing the stirred carbon into the steel base structure. The surface hardening treatment method according to claim 1, comprising a plurality of steps of a fourth step of rapid cooling after diffusion.
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