JPH04364A - ガス軟窒化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、鉄鋼部品をガス軟窒化するための方法に関す
る。

（従来の技術） 軟窒化処理は、主として耐摩耗性と耐疲労性との向上を
目的に行われるもので、従来一般には塩浴中で処理して
いた。しかしながら、この塩浴は有害なシアンを含むた
めに公害問題を引き起こす危険があり、そこで、最近は
窒化ガス中で処理するガス軟窒化が多用されるようにな
ってきている。このガス軟窒化処理には、軟窒化温度（
５５０〜６５０℃）に保持した炉内にアンモニアガス（
ＮＨ３）と吸熱型変成ガスを導入して行う方法があるが
、最近では、吸熱型変成ガスを生産するためのわずられ
しさを避けかつ窒化時間を早めるため、窒化ガスとして
ＮＨ３ガス、Ｃ０２ガスおよびＮ２ガスを直接炉内に導
入して行う方法が実用化されている（特開昭６２−２７
０７６１号、特開昭８３−２５５３５５号公報等）。

ところで、上記ＮＨ３、ＣＯ２、Ｎ２の混合ガスは軟窒
化温度下の炉内で以下のように反応する。

２　ＮＨ３＝：２　（Ｎ）　　＋　３　Ｈ２・・・（１
）００２　　＋　Ｈ２：　ＣＯ＋　　Ｎ２　０　　　　
　・・・（２）２　ＣＯ：：　（Ｃ）＋　ＣＯ２・・・
（３）すなわち、ＮＨ３は（１）式により分解して発生
期の（Ｎ）を生成し、これがワークＷの表面に侵入して
窒化反応が起こる。またＣ０２は（１）式で生成したＮ
２と反応してＣＯとＮ２０　（水蒸気）を生成し、この
ＣＯは、さらに（３）式によって発生期の（Ｃ）を生成
し、これがワーク表面に侵入していわゆる浸炭が起こる
。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記混合ガスを用いる軟窒化方法によれ
ば、混合ガス中に含むＣ０２ガスおよび上記反応で生じ
たＮ２０がワーク表面において酸化反応を起こし、これ
に起因して窒化物層中にポーラス部が発生して、表面硬
さや耐摩耗性の低下、あるいは摺動特性や剛性の低下を
招き、窒化部品の性能が安定しないという問題があった
。

本発明は、上記従来の問題を解決することを課題として
なされたもので、その目的とするところは、窒化物層の
ポーラス化現象を抑制し、もって性能的に安定した窒化
部品を得ることができるガス軟窒化方法を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するため、洗浄処理した鉄鋼
部品を真空または窒素雰囲気中で昇温した後、ＮＨ３、
ＣＯ２およびＮ２の供給雰囲気中でかつ５００〜８００
　Ｔｏｒｒの減圧下で軟窒化温度に所定時間加熱し、引
続き冷却するようにしたことを特徴とする。

本発明の方法を実行するには、窒化処理室に真空ポンプ
を接続して室内を任意に真空排気できるようにすると共
に、窒化処理室にＮＨ３、ＣＯ２およびＮ２ガスの導入
口を設けて、これらガスを所定の配合で室内に導入でき
るようにする。この場合、Ｎ）１３　、　ＣＯ２および
Ｎ２ガスの導入口は、ガス相互の反応に起因するガス導
入口の目詰まりを防止するため、それぞれ分離独立して
設けるのが望ましい。

軟窒化処理に際しては、ワークの表面から切削油、防錆
油等の不純物を予め除去する必要があるが、本発明は、
この不純物の除去方法を限定するものでなく、有機溶剤
やアルカリ溶剤による洗浄、直火バーナの燃焼生成ガス
による加熱気化、あるいは間接加熱による加熱気化洗浄
を採用することができるが、ワーク表面に薄い酸化膜を
形成することが軟窒化処理の促進に有効なことから、間
接加熱による加熱気化洗浄を採用するのが望ましい、ま
た軟窒化処理に際しでは、安定な窒化物層÷１篩を得る
ため、窒化処理後にワークを冷却する必要があるが、本
発明は、この冷却の方法も限定するものでなく、ガス冷
却または液中冷却をすることができる。

（作用） 上記構成のガス軟窒化方法においては、　５００〜Ｅ１
００　Ｔｏｒｒの減圧下で窒化することにより、　Ｃ０
２、Ｎ２０等の酸化性ガスによる酸化反応が抑制され、
窒化物層のポーラス化現象が抑えられる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。

ＷＳｌ、２図は、本発明にか振るガス軟窒化方法を実行
するためのガス軟窒化処理装置を示したものである。こ
れらの図において、ガス軟窒化処理装置ｌは、断熱材を
内張すした窒化処理室２と水冷ジャケット構造の装入兼
冷却室３を備え、両室を直列に配置している。窒化処理
室２は、装入兼冷却室３に対面する側にワークが通過す
る開ロアを設けている。また装入兼冷却室３は、その前
、後にワークが通過する開口　９．１０を設けている。

窒化処理室２の開ロアおよび装入兼冷却室３の開口８，
１０には装入扉１１．！２．１３がそれぞれ付設されて
おり、各室２．３は密閉室として区画されている。

窒化処理室２の扉１１と装入兼冷却室３の扉１３とは、
連結体１４を介して一体化されて中間扉１５を構成して
いる。また窒化処理室２と装入兼冷却室３との間には扉
フード１６が配設され、両室２．３密閉状態で連接して
いる。扉フード１Ｂの上端にはシリンダ１７が固定され
ており、シリンダ１７の出力軸１？ａには前記連結体１
４が連結されている。すなわち、中間扉１５はシリンダ
１７の作動により上下動するようになっている。一方、
装入兼冷却室３の扉１２は支持フレーム１８に固定した
シリンダ１９の出力軸１９ａに連結されており、該扉１
２はシリンダ１８の作動により上下動し、開口１２を開
閉する。

窒化処理室２および装入兼冷却室３にはヒータ２０とフ
ァン２１とが配設されている。また窒化処理室２内およ
び装入兼冷却室３内にはワーク−を搬送するローラコン
ベア２５が配設されている。ローラコンベア２５を構成
する各ローラ２６は、第２図に示すように、その両端部
が窒化処理室２（装入兼冷却室３についても同じ）の側
壁を貫通して水平方向へ引き出されている。各ローラ２
６が引き出された窒化処理室２の外壁部分には、該ロー
ラ２６を気密下に挿通させて内部へのエアの流入を規制
するシール箱２７が固設されている。なお、ローラコン
ベア２５は、各ローラ２６の一端部に固定したスプロケ
ット２８に掛けたチェーン（図示時）によって回転駆動
されるようになっている。

しかして、窒化処理室２の天井にはＮＨ３ガス導入口３
０およびＣ０２ガス導入口３１が設けられ、ＮＨ３ガス
導入口３０にはＮＨ３ガスの発生源（図示時）に通じる
配管３２の一端が、ＣＯ２ガス導入口３１にはＣ０２ガ
スの発生源（図示時）に通じる配管３３の一端がそれぞ
れ接続されている（第２図）、また上記シール箱２７に
は、Ｎ２ガスの発生源（図示時）に通じる配管３４の一
端が接続されており、該配管３４を給送されたＮ２ガス
がローラ２８の挿通隙間から窒化処理室２内に導入され
るようになっている。さらに、窒化処理室２の側壁には
排気口３５が設けられ、この排気口３５には真空ポンプ
３６に通じる配管３７の一端が接続されている。

なお、上記配管類にはバルブ（電磁バルブ）３８．３８
・・・が介装されており、これらバルブの操作により窒
化処理室２に対するガスの流出入が制御されるようにな
っている。また装入兼冷却室３にはＮ２ガス導入口３９
と排気口（図示時）とが設けられ、Ｎ２ガス導入口３９
にはＮ２ガス発生源に通じる配管（図示時）の一端が接
続されると共に、前記排気口には真空ポンプに通じる配
管（図示時）の一端が接続されている。さらに装入兼冷
却室３の前方には、その開口　９に臨んでローラ４１を
有する装入テーブル４０が配置されている。

以下、上記のように構成したガス軟窒化処理装置を用い
て行うガス軟窒化方法について、第３．４図も参照して
説明する。なお、第３．４図は処理中におけるワークの
熱サイクルとガス軟窒化処理装置の圧力サイクルとを示
したものである。

窒化処理に際しては、予め窒化処理室２と装入兼冷却室
３との間の中間扉１５．を閉め、ヒータ２０に通電して
窒化処理室２を軟窒化温度（５５０〜６５０℃）に保持
しておくと共に、真空ポンプ３６を運転して窒化処理室
２内を０．５　Ｔｏｒｒ以下に排気しておく、そして先
ず、シリンダ１９の作動により装入兼冷却室３の扉１２
を開け、装入テーブル４０上の、洗浄を終えたワークＷ
を開口　９から装入兼予熱室３内に装入し、続いてシリ
ンダ１８の再作動により扉１２を閉じる０次に、真空ポ
ンプ（図示時）を運転して装入兼予熱室３内を０．５Ｔ
ｏｒｒ以下まで排気し、装入兼予熱室３内が前記窒化処
理室２と同圧になった時点で、シリンダ１７の作動によ
り中間扉１５を開け、ローラコンベア２５によってワー
ク−を窒化処理室２へ搬入する。

そして、上記窒化処理室２へのワークＷの搬入後、中間
扉１５を閉じると共にＮ２ガス発生源に通じる配管３４
のバルブ３８（第２図）を開いてＮ２ガスを６５０〜７
００　Ｔａｒｒになるまで導入しファン２３を回転する
。ワーク讐はファン２３の回転により　Ｎ２雰囲気中で
対流加熱され、速やかに窒化温度（５５０〜６５０℃）
まで加熱される。

ワークＷが前記窒化温度まで昇温したら、次に、再び真
空ポンプ３６を運転して窒化処理室２内を高真空になる
まで排気し、今度は、前記Ｎ２ガス発生源に通じる配管
３４に加え、ＮＨ３ガス発生源に通じる配管３２および
Ｃ０２ガス発生源に通じる配管３３のバルブ３８（第２
図）も開き、窒化処理室２内にＮＨ３ガス、Ｃ０２ガス
、Ｎ２ガスを所定の比率で連続的に導入する。この時、
真空ポンプ３６に通じるバルブ３８を開閉して窒化処理
室２内の圧力を５００〜６００↑ｏｒｒに調整する。

上記混合ガスは、窒化処理室２内で前記（１）〜（３）
式のように反応し、これによってワークＷの表面には窒
化と浸炭とが同時に起こる。これと同時に、窒化室２内
に導入したｃｏ２ガス、前記反応で生じたＮ２０および
残留ｏ２は、ワーク表面において酸化反応を起こして窒
化物層にポーラス部を生じさせようとする。しかしなが
ら本発明においては５００〜６００　Ｔｏｒｒという減
圧下で軟窒化を行っているので、室２内の酸素分圧が低
くなり、前記酸化反応が抑制されてポーラス部の生成が
抑制される。

上記窒化処理完了後、ＮＨ３、００２およびＮ２ガスの
導入経路を閉じ、真空ポンプ３６の運転により窒化処理
室２内を０．５Ｔｏｒｒ以下まで排気し、その後、直ち
にシリンダ１７の作動により中間扉１５を開け、ローラ
コンベア２５によりワークＷを装入兼冷却室３内へ搬入
する。この時、装入兼冷却室３は窒化処理室２と同圧状
態となっている。そして、中間扉１５を閉じると同時に
Ｎ２ガス発生源に通じる配管のバルブを開け、　Ｎ２ガ
ス流入口３８を通じて装入兼冷却室３内に　Ｎ２ガスを
導入し、真空ポンプに通じるバルブを開閉して装入兼冷
却室３内の圧力を６５０〜７００Ｔｏｒｒに調整すると
共に、ファン２３を回転する。

ワークＷはＮ２ガス雰囲気下で強制ガス冷却されて窒化
物層は安定となる。冷却終了後は、装入兼冷却室３を大
気に戻し、その装入扉１２を開けてワークＷを装入テー
ブル４０上に搬出し、これにて一連の表面処理は完了す
る。

しかして、上記のように軟窒化処理を施したワーク（処
理品）Ｗの表層部には、第４図に示すように１表面Ｂ下
に緻密な窒化物層Ａが形成される。これに対して、従来
のように、減圧することなく、単にガス軟窒化を施した
ものでは、第５図に示すように、窒化物層Ａ内にポーラ
ス部Ｃが形成される。

なお、上記実施例において、窒化処理室２内にＮＨ３、
ＣＯ２およびＮ２の混合ガスを連続的に導入して窒化を
行うようにしたが、本発明は、この窒化中、第６図に示
すように、窒化処理室２内を繰返し排気して断続的に混
合ガスを供給するようにしても良い、この場合は、酸化
性ガスによる酸化反応をより確実に抑えることができ、
窒化物層のポーラス化現象をより確実に防止することが
できる。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように、本発明にか振るガス軟窒
化方法によれば、酸化反応に起因する窒化物層のポーラ
ス化現象を抑えて、表面硬さや耐摩耗性の低下、あるい
は摺動特性や剛性の低下を未然に防止することができ、
軟窒化処理品の性能向上に大きく寄与する効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかへるガス軟窒化を行うためのガス
軟窒化処理装置の構造を示す断面図、第２図は、第１図
の■−■矢視線に沿う断面図、第３図と第６図は、本方
法における熱サイクルおよび圧力サイクルを示す線図、
第４図は、本方法によって得た処理品の表層部の金属組
織を示す顕微鏡写真、第５図は、従来のガス軟窒化処理
品の表層部の金属組織を示す顕微鏡写真である。 ２・・・窒化処理室、　　　３・・・装入兼冷却室１１
．１２．１３・・・扉、　　　　１５・・・中間扉２０
・・・ヒータ、　　　　　２１・・・ファン２５・・・
ローラコンベア、３ｏ・・・Ｎ２ガス導入口３１・・・
Ｃ０２ガス導入口、３６・・・真空ポンプＷ・・・ワー
ク 特許出願人　トヨタ自動車株式会社 （ほか２名） 第１ 図 中間扉 第 図 第２ 図 第４：：：４ ζ）Ｉ　５　゛

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）洗浄処理した鉄鋼部品を真空または窒素雰囲気中
   で昇温した後、ＮＨ＿３、ＣＯ＿２およびＮ＿２の供給
   雰囲気中でかつ５００〜８００Ｔｏｒｒの減圧下で軟窒
   化温度に所定時間加熱し、引続き冷却することを特徴と
   するガス軟窒化方法。