(57)【要約】【課題】ワークに浸透拡散された窒素の浸窒濃度のバラつきをなくし、ひいては浸窒焼入処理品の品質を安定させる浸窒焼入処理方法を提供することを課題とする。【解決手段】鉄鋼素材からなるワーク１に窒素を浸透拡散させ、その後これに焼入れを行う、浸窒焼入処理方法であって、ワーク１の温度をワーク１のオーステナイト域温度に昇温して所定時間保持することによって、ワークの塑性流動層を改良する、塑性流動層改良工程Ｓ１と、前記ワーク１の温度を浸窒処理温度に昇温または降温して、塑性流動層が改良されたワーク１に浸窒処理を行う、浸窒処理工程Ｓ２と、浸窒処理が行われたワーク１に焼入処理を行う、焼入処理工程Ｓ３と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鋼素材からなるワークに窒素を浸透拡散させ、その後これに焼入れを行う、浸窒焼入処理方法であって、
該ワークの温度を該ワークのオーステナイト域温度に昇温して所定時間保持することによって、該ワークの塑性流動層を改良する、塑性流動層改良工程と、
前記ワークの温度を浸窒処理温度に昇温または降温して、塑性流動層が改良された前記ワークに浸窒処理を行う、浸窒処理工程と、
浸窒処理が行われた前記ワークに焼入処理を行う、焼入処理工程と、
を具備する、浸窒焼入処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼素材からなるワークに窒素を浸透拡散させ、その後これに焼入れを行う、浸窒焼入処理方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄鋼素材からなるワークの表面に窒素を浸透拡散させ、その後、これに焼入れを行って、当該ワークの表面に硬化層が形成された浸窒焼入処理品を得ることは公知となっている。例えば、特許文献１に示す如くである。
【０００３】
このような浸窒焼入処理品を得るワークの浸窒焼入処理方法は、まず、鉄鋼素材からなるワークを密閉された処理炉内に配置する。次いで、図３（ａ）に破線で示す如く、処理炉内の温度を浸窒処理温度、例えば８００℃に昇温させる。さらに、ワークの温度を前記浸窒処理温度まで上昇して当該浸窒処理温度を保持しつつ、処理炉内にアンモニアガスを単独でまたは浸窒処理に影響を与えないガスとともに導入して、ワークの表面から窒素を浸透拡散させる。そして、窒素が浸透拡散されたワークを油急冷等することにより焼入れを行う。このようにして、ワークに浸窒焼入処理を行って、ワークの表面に硬化層が形成された浸窒処焼入理品を得る。
また、このような鉄鋼素材からなるワークは、浸窒焼入処理の前工程において切断や切削等の加工が施されるため、ワークの加工面の表層部分には、加工抵抗による塑性流動層が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−４６０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、塑性流動の程度は、ワークを加工する際の加工条件によって異なる。つまり、ワークの加工面の表層部分に存在する塑性流動層の状態は、例えば、ワークを加工する際に用いられる刃具の状態や当該刃具の接触条件等によって異なる。
さらに、塑性流動が大きい程、当該塑性流動層における粒界密度は大きくなるため、当該粒界密度が大きいワークの表面からは、浸窒処理における窒素の浸透拡散が進行し易くなる。他方、塑性流動が小さい程、当該塑性流動層における粒界密度は小さくなるため、当該粒界密度が小さいワークの表面からは、浸窒処理における窒素の浸透拡散が進行し難くなる。
このため、鉄鋼素材からなるワークに浸窒焼入処理を行った場合、塑性流動層の状態によって、ワークに浸透拡散された窒素の浸窒濃度はバラつき、ひいては浸窒焼入処理品の品質にバラつきが生じることとなる。
【０００６】
本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、ワークに浸透拡散された窒素の浸窒濃度のバラつきをなくし、ひいては浸窒焼入処理品の品質を安定させる浸窒焼入処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、鉄鋼素材からなるワークに窒素を浸透拡散させ、その後これに焼入れを行う、浸窒焼入処理方法であって、該ワークの温度を該ワークのオーステナイト域温度に昇温して所定時間保持することによって、該ワークの塑性流動層を改良する、塑性流動層改良工程と、前記ワークの温度を浸窒処理温度に昇温または降温して、塑性流動層が改良された前記ワークに浸窒処理を行う、浸窒処理工程と、浸窒処理が行われた前記ワークに焼入処理を行う、焼入処理工程と、を具備するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１０】
即ち、本発明に係る浸窒焼入処理方法によれば、ワークに浸透拡散された窒素の浸窒濃度のバラつきをなくし、ひいては浸窒焼入処理品の品質を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る浸窒焼入処理方法の実施形態におけるフロー図。
【図２】処理炉内を示す概略図。
【図３】（ａ）は浸窒焼入処理を行う温度プロファイルを示す図、（ｂ）は浸窒焼入処理品の硬化層深さのバラつきを示す図。
【図４】（ａ）は窒素の浸入状態を示す模式図、（ｂ）は窒素の浸入状態を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明に係る浸窒焼入処理方法の実施形態を、図１から図４を用いて説明する。
図１に示す如く、本発明の実施形態における浸窒焼入処理方法は、塑性流動層改良工程Ｓ１と、浸窒処理工程Ｓ２と、焼入処理工程Ｓ３と、を具備する。
【００１３】
塑性流動層改良工程Ｓ１について説明する。塑性流動層改良工程Ｓ１とは、ワーク１の塑性流動層１０を改良する工程である。具体的には、図２に示す如く、まず、処理炉２内に前記ワーク１を設置する。
ここで、ワーク１とは、鉄鋼素材からなる浸窒焼入処理の対象物を示す。また、ワーク１の加工面の表層部分には、切断や切削等の加工抵抗による塑性流動層１０が存在している（図４（ａ）参照）。なお、本実施形態におけるワーク１は、その材質がＳＣＭ４２０鋼（炭素濃度：０．１８〜０．２３％）であるものとして説明する。
さらに、処理炉２とは、ワーク１の表面に窒素を浸透拡散させる装置であり、その内部には治具３が配置されている。ワーク１は、治具３上に載置されることによって、処理炉２内に設置される。また、処理炉２には、処理炉２内にアンモニアガス等のガスを供給するためのガス供給管４が接続されている。そして、ワーク１に浸窒処理を行うときには、ガス供給管４を通じて処理炉２内に所定流量のアンモニアガス等のガスが供給されるように構成されている。
【００１４】
次に、図３（ａ）に実線で示す如く、ワーク１が配置された処理炉２内の温度をワーク１のオーステナイト域温度、具体的には９００℃に昇温する。処理炉２内の温度は、図２に示す制御装置５によって制御される。
この場合、処理炉２内の温度が昇温すると、それに伴ってワーク１の温度も昇温し、このワーク１の温度は処理炉２内の温度と同等の温度にまで昇温する。
【００１５】
ここで、オーステナイト域温度とは、所定の鉄鋼素材からなるワークを加熱していき、当該所定の鉄鋼素材からなるワークの結晶構造が、オーステナイト単層、または、オーステナイトとフェライトとの結晶構造に変態している状態の温度をいう。
本実施形態におけるワーク１のオーステナイト域温度は、ワーク１の炭素濃度が０．１８〜０．２３％であるため、ワーク１の結晶構造がフェライトとパーライトとの２層構造からオーステナイト単層の結晶構造へ変態している状態の温度域をいう。
【００１６】
さらに、図３（ａ）に実線で示す如く、昇温した処理炉２内の温度をそのまま保持することで、処理炉２内に配置されたワーク１の温度を、ワーク１のオーステナイト域温度に昇温した状態で所定時間保持する。具体的には、前記処理炉２内に配置されたワーク１の温度を９００℃に昇温し、係る状態を６０分間保持する。
【００１７】
ここで、図４（ａ）に示す如く、前記オーステナイト域温度に昇温される前段階におけるワーク１の加工面の表層部分には、塑性流動層１０が存在している。
しかしながら、上述のようにワーク１の温度を９００℃（オーステナイト域温度）に昇温することによって、ワーク１の転位は消滅し始める。さらに、当該９００℃の温度を６０分間保持することによって、図４（ｂ）に示す如く、ワーク１の転位が消滅してワーク１の表層部分における塑性流動層１０は消滅する。このように、処理炉２内に配置されたワーク１の温度を９００℃に昇温し、係る状態を６０分間保持することによって、ワーク１の塑性流動層１０は改良される。なお、ワーク１の温度をワーク１のオーステナイト域温度に昇温して保持する前記所定時間とは、ワーク１の温度をオーステナイト域温度に昇温した後、当該ワーク１の塑性流動層１０が消滅するまでの時間を示す。
【００１８】
浸窒処理工程Ｓ２を説明する。浸窒処理工程Ｓ２とは、ワーク１のオーステナイト域温度に昇温されたワーク１の温度を浸窒処理温度に昇温または降温して、塑性流動層改良工程Ｓ１にて塑性流動層１０が改良された前記ワーク１に浸窒処理を行う工程である。
具体的には、図３（ａ）に実線で示す如く、処理炉２内の温度を８００℃に降温する。この場合、処理炉２内の温度が降温すると、それに伴ってワーク１の温度も降温し、このワーク１の温度は処理炉２内の温度と同等の温度にまで降温することとなる。そして、ガス供給管４を通じて当該処理炉２内に所定の流量のアンモニアガスおよび窒素ガスを供給し、係る状態で前記浸窒処理温度を１０５分間保持する。このようにしてワーク１に浸窒処理を行う。なお、浸窒処理温度とは、ワーク１に窒素を浸透拡散させるための温度をいう。
【００１９】
焼入処理工程Ｓ３を説明する。焼入処理工程Ｓ３とは、浸窒処理が行われたワーク１に焼入処理を行う工程である。
具体的には、図３（ａ）に実線で示す如く、浸窒処理工程Ｓ２にて浸窒処理が行われたワーク１を、所定の油冷装置等で油急冷（例えば、６５℃で油急冷）することによって、ワーク１の結晶構造をマルテンサイトに変態させてワーク１を硬化させる。
このようにして、ワーク１の表面に硬化層が形成された浸窒焼入処理品を得る。
【００２０】
ここで、図３（ｂ）および図４（ａ）に示す如く、従来の浸窒焼入処理方法のように、表層部分に塑性流動層１０が存在するワーク１に対して浸窒焼入処理を行うと、当該ワーク１における硬化層深さ（浸窒深度）にバラつきが生じている。即ち、ワーク１に浸透拡散された窒素の浸窒濃度にバラつきが生じている。このことは、塑性流動層１０の粒界密度が大きい部分では窒素の浸透拡散が進行し易く、また、塑性流動層１０の粒界密度が小さい部分では窒素の浸透拡散が進行し難いために生じている。
【００２１】
しかしながら、本実施形態における浸窒焼入処理方法は、塑性流動層改良工程Ｓ１にてワーク１の塑性流動層１０を消滅させ、次いで、浸窒処理工程Ｓ２にて塑性流動層１０が消滅したワーク１に浸窒処理を行っている。このように塑性流動層１０が消滅したワーク１に浸窒処理を行うことで、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示す如く、当該ワーク１における硬化層深さ（浸窒深度）、即ち、ワーク１に浸透拡散された窒素の浸窒濃度はバラつき無く安定することとなる。このことは、ワーク１の表層部分における粒界密度を均一なものとして、ワーク１への窒素の浸入拡散の容易さを一定にしたためである。
以上のことから、本発明に係る浸窒焼入処理方法の実施形態では、ワーク１に浸透拡散された窒素の浸窒濃度のバラつきを無くし、また、ワーク１に浸透拡散された窒素の浸窒濃度を任意の濃度にコントロールして、ひいては浸窒焼入処理品の品質を安定させることができる。
【００２２】
また、ワーク１の温度をオーステナイト域温度に昇温させる手段として、高周波加熱装置を用いても良いものとする。このように、高周波加熱装置によりワーク１を昇温させることにより、本実施形態における浸窒焼入処理方法の処理時間を短縮することができ、また、ワーク１の必要な部位のみに対して当該浸窒焼入処理方法を施すことができる。
【符号の説明】
【００２３】
１      ワーク
１ａ    塑性流動層
２      処理炉
Ｓ１    塑性流動層改良工程
Ｓ２    浸窒処理工程
Ｓ３    焼入処理工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010229524.tif 000005
【図４】
2010229524.tif 000006