JP5501647B2 - 鋳鉄材・鋼材の表面硬化処理方法 - Google Patents
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Description
(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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
(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。
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。
(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。
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)。
(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。
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。
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。
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
Claims (5)
- 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
ことを特徴とする鋼材の表面硬化処理方法。 - 鋼材の処理は、ツールにより、供給されたカーボンを覆う第1のステップと、その後該カーボンを撹拌する第2のステップと、攪拌されたカーボンを鋼材の基地組織中に拡散する第3のステップと、拡散後急冷する第4のステップから成り、前記第1〜第4のステップをツールの1回の移動により完了する
ことを特徴とする請求項1に記載の表面硬化処理方法。 - 鋼材の処理は、あらかじめ供給されたカーボンを覆う過程と、カーボンを攪拌する過程を1回のツールの移動で同時に行うステップの後に、攪拌されたカーボンを鋼材の基地組織中に拡散するステップと、拡散後急冷するステップの3つのステップとを有する
ことを特徴とする請求項1に記載の表面硬化処理方法。 - 鋼材の処理は、あらかじめ供給されたカーボンを覆った後、該カーボンを攪拌するステップと、攪拌されたカーボンを鋼材の基地組織中に拡散するステップを1回のツールの移動で行い、拡散後急冷するステップを有する
ことを特徴とする請求項1に記載の表面硬化処理方法。 - 鋼材の処理は、ツールにより、供給されたカーボンを覆う第1のステップと、その後該カーボンを撹拌する第2のステップと、攪拌されたカーボンを鋼材の基地組織中に拡散する第3のステップと、拡散後急冷する第4のステップの複数ステップからなる
ことを特徴とする請求項1に記載の表面硬化処理方法。
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JP2009077419A JP5501647B2 (ja) | 2009-03-26 | 2009-03-26 | 鋳鉄材・鋼材の表面硬化処理方法 |
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JP2009077419A JP5501647B2 (ja) | 2009-03-26 | 2009-03-26 | 鋳鉄材・鋼材の表面硬化処理方法 |
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JP2009077419A Active JP5501647B2 (ja) | 2009-03-26 | 2009-03-26 | 鋳鉄材・鋼材の表面硬化処理方法 |
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