(57)【要約】【課題】汎用的に流通している金属素材を利用し、十分な耐食性や機械的寿命を確保し、しかも高い減衰特性を発揮する制振金属の製造方法を提供する。【解決手段】クロムを８重量％以上含有する合金鋼を母材とし、上記母材の表面から炭素を浸透させて表層部に深部よりも炭素濃度の高い炭素濃化層を形成することにより、表層部と深部との間に鋭敏化の感度に差を設け、上記表層部を鋭敏化させて深部を鋭敏化させない加熱条件で加熱保持することにより、表層部に鋭敏化層を形成し、上記鋭敏化層の粒界に粒界腐食を生じさせることにより、表層部に制振組織層を形成するとともに、深部を粒界にクロム炭化物が実質的に析出していない組織として残すようにした。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロムを８重量％以上含有する合金鋼を母材とし、
上記母材の表面から炭素を浸透させて表層部に深部よりも炭素濃度の高い炭素濃化層を形成することにより、表層部と深部との間に鋭敏化の感度に差を設け、
上記表層部の炭素濃化層を鋭敏化させて深部を鋭敏化させない加熱条件で加熱保持することにより鋭敏化層を形成し、
上記鋭敏化層の粒界に粒界腐食を生じさせることにより、表層部に制振組織層を形成するとともに、深部を粒界にクロム炭化物および粒界腐食が実質的にない組織として残すことを特徴とする制振金属の製造方法。
【請求項２】
クロムを８重量％以上含有する合金鋼を母材とし、
表層部には、粒界に沿ってクロム炭化物が析出するとともに粒界腐食が生じた制振組織層が形成され、
表層部より下側の深部は、粒界にクロム炭化物および粒界腐食が実質的にない組織が残されていることを特徴とする制振金属。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動体や振動伝播体からの振動エネルギーを吸収させる制振金属の製造方法およびそれによって得られた制振金属に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、制振機器としては、ゴムのような粘弾性高分子材からなる制振材料を中心とし、鋼板に高分子材をサンドイッチ状に挟んだ複合材料や、オイルダンパーをはじめとする各種の粘性流体型のダンパー等が用いられ、各種の産業界で広範にわたって使用されている。
【０００３】
一方、支持能力や耐熱性・耐候性等の面で十分でないゴム高分子材に比べ、十分な強度と機械的特性を兼ね備えた金属の制振素材に対する要請も大きい。このような金属の制振素材としては、古くから片状黒鉛鋳鉄等が実用されてきたが、現在では産業界の要求レベルに対応できなくなってきている。
【０００４】
近年では、Ｍｎ−Ｃｕ系合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ系合金、Ａｌ−Ｆｅ系合金、Ｍｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ系合金等の特殊合金による制振材料が注目をあびてきたが、広く普及するには至っていないのが実情である（例えば、下記の特許文献１）。
【０００５】
これらの合金系制振材料は、金属の内部摩擦に関した物理挙動により、振動エネルギーを吸収するものであり、種々の合金系のものが提案されている。いずれも鋳鉄類に比べて大幅に優れた減衰特性を主張しているが、基本的に強度と制振性能が反比例する特性がある。そのうえ、これらの合金は、溶接やプレス等の加工性に問題を包含するほか、減衰特性も応力変化や温度変化に対して弱点を呈するものが多い。
【０００６】
そのうえ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ等、Ｆｅ以外の金属を主要構成元素としているため、汎用性に乏しく、材料価格も高価なものになっている。
【０００７】
鋼板の間に高分子材料を挟みこみ、高分子材料の粘弾性体がせん断変形するときのエネルギー吸収能力を利用した複合型制振鋼板は、高い減衰能と安価な点から有用であるが、形状的な制約が大きいことから機械要素的な形態での使用が不可能に近いうえ、環境温度の制約が大きい等、ゴム類と同様な問題点を有している。
【０００８】
このように、従来の制振材料のほとんどが、特殊金属を主要構成元素とすることから汎用性がなく、コストも高く、溶接や曲プレス等の加工性上に問題があり、強度と制振性能の二律相反等の面でも短所があるのが実情である。
【０００９】
そこで、粒界腐食を利用して金属材料に防振特性をもたせる技術として、下記の非特許文献１に示すものが提案されている。
【特許文献１】特開２００１−１３４２７１号公報
【非特許文献１】「粒界処理による新しい防振技術」森本庄吾，中江秀雄，尾崎敏範，島口崇：材料科学，１５（１９７８），Ｐ．２５９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記非特許文献１の技術は、ステンレス鋼を鋭敏化熱処理して粒界にクロム炭化物を析出させたのち粒界腐食させ、表層部の粒界に積極的に腐食による隙間を生じさせることにより制振性能を付与しようとしたものである。
【００１１】
しかしながら、上記非特許文献１の技術では、鋭敏化熱処理により母材全体が鋭敏化されることから、母材全体が粒界にクロム炭化物が析出した粒界腐食しやすい状態となり、ステンレス鋼の本来の耐食性能や強度性能の観点からは問題がある。すなわち、鋭敏化した素材では、衝撃強度が低下するうえに、腐食と応力の環境如何では、粒界処理層より深部まで組織欠陥が進行する可能性がある。このように、たとえ表層部だけを粒界腐食させていたとしても、その後使用を継続するうちに、粒界腐食層は当然のことながら徐々に深部に進行し、やがて母材全体が腐食されるか、あるいは製品の機械的特性に致命的な欠陥を与えるまでに腐食が進行することが容易に予想される。すなわち、母材そのものが鋭敏化したステンレス鋼は、材料としては不健全であり、環境要因と負荷応力によっては粒界腐食からくる破壊につながるので機械部品としては使用できない。このように、上記非特許文献１の技術は、耐食性や機械的寿命において大きな問題を有することから、検討から長期間が経過しているが未だに実用化されていないのが実情である。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、汎用的に流通している金属素材を利用し、十分な耐食性や機械的寿命を確保し、しかも高い減衰特性を発揮する制振金属の製造方法およびそれによって得られた制振金属の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の制振金属の製造方法は、クロムを８重量％以上含有する合金鋼を母材とし、
上記母材の表面から炭素を浸透させて表層部に深部よりも炭素濃度の高い炭素濃化層を形成することにより、表層部と深部との間に鋭敏化の感度に差を設け、
上記表層部の炭素濃化層を鋭敏化させて深部を鋭敏化させない加熱条件で加熱保持することにより鋭敏化層を形成し、
上記鋭敏化層の粒界に粒界腐食を生じさせることにより、表層部に制振組織層を形成するとともに、深部を粒界にクロム炭化物および粒界腐食が実質的にない組織として残すことを要旨とする。
【００１４】
また、上記目的を達成するため、本発明の制振金属は、クロムを８重量％以上含有する合金鋼を母材とし、
表層部には、粒界に沿ってクロム炭化物が析出するとともに粒界腐食が生じた制振組織層が形成され、
表層部より下側の深部は、粒界にクロム炭化物および粒界腐食が実質的にない組織が残されていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
すなわち、本発明の制振金属の製造方法は、クロムを８重量％以上含有する合金鋼を母材とし、上記母材の表面から炭素を浸透させて表層部に深部よりも炭素濃度の高い炭素濃化層を形成することにより、表層部と深部との間に鋭敏化の感度に差を設けている。さらに、上記表層部の炭素濃化層を鋭敏化させて深部を鋭敏化させない加熱条件で加熱保持することにより鋭敏化層を形成する。そして、上記鋭敏化層の粒界に粒界腐食を生じさせることにより、表層部に制振組織層を形成するとともに、深部を粒界にクロム炭化物および粒界腐食が実質的にない組織として残すことにより、表層部の制振組織層の存在により、伝播された振動エネルギーを有効に吸収し、優れた振動減衰特性を発揮する。また、深部は、粒界にクロム炭化物が実質的に析出していない健全な組織が残されていることから、深部は母材の耐食性能や機械的強度を維持しており、表層部の粒界腐食は深部にまで進行することがなく、十分な耐食性や機械的寿命が確保される。
【００１６】
また、本発明の制振金属は、クロムを８重量％以上含有する合金鋼を母材とし、表層部には、粒界に沿ってクロム炭化物が析出するとともに粒界腐食が生じた制振組織層が形成され、表層部より下側の深部は、粒界にクロム炭化物および粒界腐食が実質的にない組織が残されていることから、表層部の制振組織層の存在により、伝播された振動エネルギーを有効に吸収し、優れた振動減衰特性を発揮する。また、深部は、粒界にクロム炭化物が実質的に析出していない健全な組織が残されていることから、深部は母材の耐食性能や機械的強度を維持しており、表層部の粒界腐食は深部にまで進行することがなく、十分な耐食性や機械的寿命が確保される。
【００１７】
本発明において、母材が炭素量０．０３重量％以下であり、炭素濃化層を炭素量０．１重量％以上とする場合には、表層部と深部との間における鋭敏化の感度差が大きく、確実に表層部だけを鋭敏化して粒界腐食による制振組織層とし、深部を健全な組織で残すことができる。
【００１８】
本発明において、炭素濃化層を形成したのち鋭敏化層を形成する前に、炭素濃化層の炭素原子を拡散させて炭素濃化層の炭素濃度勾配を緩やかにする炭素拡散処理を行なう場合には、炭素濃化層の厚みを増すとともに、炭素濃度を適正化することができ、その後の鋭敏化処理の際に結晶粒内にまで炭化物が生成されるのが防止されることから、腐食処理の際に粒内の組織まで脆化してしまったり、制振機能が低下したりするおそれが大幅に低下する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００２０】
本発明の制振金属の製法は、
クロムを８重量％以上含有する合金鋼を母材とし、
上記母材の表面から炭素を浸透させて表層部に深部よりも炭素濃度の高い炭素濃化層を形成することにより、表層部と深部との間に鋭敏化の感度に差を設け、
上記表層部の炭素濃化層を鋭敏化させて深部を鋭敏化させない加熱条件で加熱保持することにより鋭敏化層を形成し、
上記鋭敏化層の粒界に粒界腐食を生じさせることにより、表層部に制振組織層を形成するとともに、深部を粒界にクロム炭化物および粒界腐食が実質的にない組織として残すことが行なわれる。
【００２１】
上記母材とするクロムを８重量％以上含有する合金鋼としては、鋼をベースとしてクロムを８重量％以上含むものであれば各種のものを適用することができる。例えば、各種のステンレス鋼や耐熱鋼等をあげることができる。例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、オーステナイト系耐熱鋼等をあげることができる。これらのなかでも、炭素０．０３重量％以下の低炭素でクロムを１５重量％以上含むオーステナイト系合金鋼であるオーステナイト系ステンレス鋼またはオーステナイト系耐熱鋼を好適に用いることができる。
【００２２】
オーステナイト系ステンレス鋼では、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等の安定型オーステナイトステンレス鋼が好適であり、特に、６００〜７５０℃の温度範囲で素材が鋭敏化しない（例えば蓚酸エッチミクロ組織段状型もしくは混合型組織の状態）よう、０．０３重量％以下の炭素を含有するものが好適である。これらの素材は、一般的に市場に流通しており、プレス、曲げ、溶接の加工が容易であり、靱性にも富み強度も通常の普通鋼レベルを確保できることからも好適に用いることができる。
【００２３】
上記母材を、必要に応じて、プレス成形やフォーミング加工等により、板、棒、管、ブロック、ニアネットシェイプ等の所望の形状に加工する。このような実用形状への加工成形は、後述する溶体化処理後に行なってもよいし、後述する鋭敏化処理後粒界腐食処理前に行なうこともできるが、最終形状への成形加工後に溶体化処理を行なうのが好ましい。
【００２４】
まず、上記母材から形成されたワークに対し、必要に応じて溶体化処理を行なう。上記溶体化処理としては、例えば、１０００℃〜１１００℃の温度に加熱保持してクロム等の合金元素を素地に十分溶け込ませたのち急冷することにより行なわれる。
【００２５】
上述した溶体化処理は、振動エネルギーが最も効率良く吸収出来る制振組織層を形成するために有効である。すなわち、ワークとなる母材は、何段階かの加工と最終成形の過程で結晶粒径が細かくなりすぎていることがある。このような微細粒径は、炭素濃化層の鋭敏化時の粒界処理において好適な炭化物析出相をもたらさない。そこで、加工前の組織に戻すために上記溶体化処理を行なうのが好ましい。このように、溶体化処理は、結晶をある程度粗大にするとともに丸みを帯びたものとし、これを鋭敏化することにより、ある程度粗大かつ丸みを帯びた結晶粒界にクロム炭化物が連続的に析出した状態となってその粒界を粒界腐食するため、その後に形成する制振組織層は、振動エネルギーが最も効率良く吸収出来る状態となる。ただし、溶体化処理の機会は、これに限るわけではなく、成形時の加工度が大きくない場合は溶体化処理を省くことも可能である。
【００２６】
ついで、上記ワークに対して炭素浸透処理を行なって、上記母材の表面から炭素を浸透させて表層部に深部よりも炭素濃度の高い炭素濃化層を形成することにより、表層部と深部との間に鋭敏化の感度に差を設けることが行なわれる。
【００２７】
上記炭素浸透処理は、例えば、フッ素系ガスを含有する雰囲気下で加熱保持するフッ化処理を行なったのち、浸炭性ガス雰囲気下で加熱保持する浸炭処理を行なうことにより行なうことができる。
【００２８】
上記フッ化処理に用いられるフッ素系ガスとしては、ＮＦ３，ＢＦ３，ＣＦ４，ＨＦ，ＳＦ６，Ｃ２Ｆ６，ＷＦ６，ＣＨＦ３，ＳｉＦ４，ＣｌＦ３等のフッ素化合物ガスのほか、Ｆ２ガス等の分子内にフッ素（Ｆ）を含む他のフッ素系ガスを挙げることができる。これらは、単独でもしくは２種以上を併せて使用することができる。
【００２９】
上記フッ素系ガスは、それのみで用いることもできるが、通常はＮ２ガス等の不活性ガスで希釈されて使用される。希釈されたフッ素系ガスの濃度は、例えば、容量基準で１００００〜１０００００ｐｐｍであり、好ましくは２００００〜７００００ｐｐｍ、より好ましくは、３００００〜５００００ｐｐｍである。
【００３０】
上記フッ素系ガスとして最も実用性を備えているのは、常温でガス状であり、化学的安定性が高く、取扱いが容易なＮＦ３であり、Ｎ２ガスで希釈されて上記濃度範囲内で用いることができる。
【００３１】
上記フッ化処理は、上記ワークを上述した所定濃度のフッ素系ガス雰囲気下において加熱状態で保持し、フッ化処理する。この場合、加熱保持は、ワーク自体を、例えば、２５０〜６００℃、好適には、２８０〜４５０℃の温度に保持することによって行われる。加熱保持時間は、通常は、１０数分〜数十分に設定される。
【００３２】
ワークをフッ化処理することにより、表面に形成された、Ｃｒ２Ｏ３を含む不動態皮膜がフッ化膜に変化し、このフッ化膜が不動態皮膜に比べて浸炭に用いる炭素原子の浸透を容易にすると予想され、表面は上記フッ化処理によって「Ｃ」原子の浸透の容易な表面状態になるものと推測される。
【００３３】
上記浸炭処理は、フッ化処理後のワークを、浸炭性ガス雰囲気下で加熱保持することにより行なう。浸炭性ガスとしては、例えば、ＣＯを含む浸炭性雰囲気ガスや、ＲＸガスのような吸熱型浸炭性ガスを用いることができる。上記浸炭処理の加熱温度は、６８０℃以下、好適には５００〜６００℃の温度範囲で行なわれる。上記浸炭処理の加熱保持時間は、雰囲気ガスの組成や過熱温度、要求品質等によって適宜設定されるが、数時間〜２０数時間程度である。
【００３４】
なお、上記炭素浸透処理は、上述したフッ化処理後にガス浸炭処理を行なうものに限定するものではなく、プラズマ浸炭や真空浸炭等他の手法による浸炭処理を適用することもできる。
【００３５】
上記炭素浸透処理では、例えば、炭素濃化層の表面部で炭素が最大１．８〜２重量％程度となるまで炭素を浸透させるのが好ましい。
【００３６】
また、上記炭素濃化層の炭素濃度や厚み等の性状により、粒界処理すなわち鋭敏化処理と粒界腐食による制振組織層の厚みが決まるので、目標とする振動減衰性能は基材の板厚保や外径等のサイズに応じた熱処理条件を行なうことにより設定することができる。したがって、上記炭素濃化層の厚みは、目標とする振動減衰性能を得るために必要な制振組織層の厚みによって設定すればよい。炭素浸透処理後に鋭敏化処理を行なう場合は、制振組織層の厚みは上記炭素濃化層の厚みと同程度か若干厚くなる。炭素浸透処理後に後述する炭素拡散処理としての二次炭素浸透処理を行なってから鋭敏化処理を行なう場合は、上記二次炭素浸透処理により炭素濃化層の厚みが厚くなるので、制振組織層の厚みは、炭素浸透処理での炭素濃化層より厚くなる。
【００３７】
上述した炭素浸透処理により、ワークの表層部に炭素濃化層を形成する。上記炭素濃化層は、深部に比べて炭素濃度が高い。また、炭素浸透処理後に後述する炭素拡散処理としての二次炭素浸透処理を行なってから鋭敏化処理を行なう場合でも、拡散後の炭素濃化層は深部に比べて炭素濃度が高い。この炭素濃度の差により、表層部と深部との間に鋭敏化の感度に差を設けることが行なわれる。
【００３８】
すなわち、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼であれば、炭素０．０７重量％であれば７００℃に４〜５分保持すると鋭敏化し、炭素０．１重量％以上であれば７００℃で数分以内ともっと容易に鋭敏化するのに対し、炭素０．０３重量％であれば６００℃で８時間程度保持しないと鋭敏化せず、炭素０．０２重量％であれば６００℃で１００時間程度保持しても鋭敏化しない。そして、上記炭素浸透処理により、深部の炭素量に比べて炭素濃化層の炭素量が高くなるため、表層部と深部との間に鋭敏化の感度に差が形成されるのである。
【００３９】
つぎに、上記炭素浸透処理の後、ワークを上記表層部を鋭敏化させて深部を鋭敏化させない加熱条件で加熱保持することにより、表層部に鋭敏化層を形成する鋭敏化処理を行なう。
【００４０】
鋭敏化処理は、表層部の炭素濃化層の粒界に良好な炭化物析出相を得るとともに、深部を粒界にクロム炭化物および粒界腐食が実質的にない健全な状態の組織で残すために、炭素濃化層は鋭敏化し深部は鋭敏化しない条件で行なわれる。
【００４１】
具体的には、母材の炭素量が０．０３重量％以下、炭素濃化層の炭素量が０．１重量％以上の場合で、カーボンポテンシャル０．０３〜０．５の弱浸炭性雰囲気下、６００〜７５０℃、好ましくは６５０℃〜７３０℃の温度に加熱保持することにより行なわれる。加熱時間は１０数分〜５時間程度である。
【００４２】
この鋭敏化処理により、上記炭素濃化層では、炭素濃化層の炭素が粒内に存在できなくなるため、周囲のクロム原子と結合してＣｒ７Ｃ３、Ｃｒ２３Ｃ６などのクロム炭化物となって結晶粒界に沿って析出する。このように、粒界近傍は素地に溶け込んでいたクロムがクロム炭化物として析出するため、粒界近傍では素地中のクロム量が欠乏した状態となり、結晶粒界に沿って腐食しやすい相が出現し、炭素濃化層は鋭敏化層になる。
【００４３】
なお、鋭敏化処理では、炭素濃化層の炭素原子がさらに深く拡散する。厚い制振組織が必要な場合は、鋭敏化処理は７５０℃を超える温度でできないため、あらかじめ７８０〜９５０℃で行なう後述の炭素拡散処理としての二次炭素浸透処理を行ない、所定の制振組織層の厚みに近づけておくことができる。また、ワークの厚みや径が小さい場合は、炭素浸透処理と鋭敏化処理だけで所定厚みの制振組織層となり、所定の制振性能を得ることができる。この場合は、炭素浸透処理後の最表部の炭素濃度を０．５重量％程度にしておく。この鋭敏化処理と二次炭素浸透処理は、カーボンポテンシャル０．０５〜０．３程度の弱浸炭性雰囲気下で実施され、加熱時間は３０分〜５時間程度とすることができる。
【００４４】
一方、炭素濃化層下部の深部は、炭素濃化層よりも炭素濃度が低く、鋭敏化しないので、上記鋭敏化処理によるクロム炭化物の析出はなく、母材組織もしくは溶体化組織が健全な状態で維持される。
【００４５】
そののち、上記鋭敏化層の粒界に粒界腐食を生じさせることにより、表層部に制振組織層を形成するとともに、深部を粒界にクロム炭化物および粒界腐食が実質的にない組織として残すことが行なわれる。
【００４６】
上記粒界腐食は、鋭敏化処理を行なったワークを腐食液に浸漬することにより行なわれる。上記腐食液としては、種々の薬品を用いることができるが、粒界のみを選択的にエッチングしうるものが好ましく、例えば、硫酸銅−硫酸の混合溶液、酢酸、リン酸やパラチオン酸等が挙げられるが、シュトラウス溶液として知られる５−７％のＣｕＳＯ４と８−１６％の硫酸の混合溶液が最も適している。ＨＦ、王水の様な強還元性の腐食液は鋭敏化層全体を破壊脱落させることから適当ではない。上記粒界腐食は、常温でも処理可能であるが、３０℃以上の加熱溶液により、短時間に腐食層である制振組織層を得ることが出来る。
【００４７】
図１は、上記のようにして得られた制振組織層を走査型電子顕微鏡で観察した状態である。このように、制振組織層には、粒界近傍にサブミクロンの溝（隙間）が観察される。振動エネルギーが吸収される原理は必ずしも明らかでないが、振動応力の存在下、上記微細な隙間が振動時に溝外壁相互の摩擦を引き起こし、振動エネルギーが消費されるものと考えられる。一方、深部は、制振組織層のような粒界の隙間は全く存在せず、母材もしくは溶体化処理後の健全な組織を呈している。
【００４８】
上述した二次炭素浸透処理においては、雰囲気から炭素が浸透するとともに、既に浸透していた炭素が深部に向かって拡散する。すなわち、炭化物の析出は金属の転位や粒界で起り易いが、上述したようなフッ化処理後に低温で浸炭処理して最表層の炭素濃度が１重量％以上に達した場合、多量の炭素原子による格子歪みにより、結晶粒内でも誘起転位が生成する。この後すぐに６００〜７５０℃で鋭敏化処理を行なうと、結晶粒内にもクロム炭化物が生成して周辺のクロム濃度を下げてしまうことになり、粒界腐食処理の際に粒界だけでなく表層組織自体を脆化する危険が増加する。そこで、炭素浸透処理後に二次炭素浸透処理を行なってから鋭敏化処理を行なうことにより、これを防止することができる。
【００４９】
また、炭素濃化層を形成したのち、その炭素濃化層の炭素を拡散させる熱処理操作を行なう場合がある。これは、炭素濃化層の厚みの拡大と炭素濃化層の炭素濃度を適正化するためであり、６５０〜７３０℃の鋭敏化処理だけでは炭素の拡散が十分でない場合に、鋭敏化処理に先立って７８０〜９５０℃での炭素拡散処理すなわち二次炭素浸透処理を行なうのである。炭素浸透処理において形成される炭素濃化層内の炭素濃度は最表面で１．５〜２重量％にも及ぶ場合があり、粒内にも炭化物が形成されてしまうため、粒界腐食処理後に制振層としての減衰性能が低下し、表面層の強度劣化をまねくおそれがあるので、それを防止するために拡散処理すなわち二次炭素浸透処理が行なわれる。
【００５０】
上記二次炭素浸透処理は、炭素浸透処理のワークを、カーボンポテンシャル０．０５〜０．３の弱浸炭性雰囲気下で、７８０℃以上９５０℃以下の温度に加熱保持するものである。加熱保持時間は、１〜５時間程度である。このように、二次炭素浸透処理を行なうことにより、結晶粒内の転位が解きほぐされ、炭素分が十分に内部に拡散されて、炭素濃化層中の炭素濃度勾配が緩やかになり、濃度が均一化する。このようにすることにより、その後の鋭敏化処理によって、結晶粒内への炭化物の生成が防止されることから、腐食処理の際に粒内の組織まで脆化してしまう危険が大幅に低下する。
【００５１】
大きな振動減衰性能を得るためには、上記制振組織層は大きい方がいいが、大きすぎると素材の強度を弱めることとなる。このため、制振組織層の深さは、断面の深さ寸法比率で、全断面の最大でも１０〜３０％程度に設定される（例えば、２ｍｍ厚みの板材であれば、片側１０μｍで１０％である）。１０％未満では、必要な振動減衰性能が得られず、３０％を超えると強度が十分でなくなる。上記制振組織層は、炭素浸透処理による炭素浸透層の厚みによって律速されるため、厚肉系のものや大径品は炭素浸透処理に要する経済性が悪くなる。例えば、板材であれば、素材の板厚は３．５ｍｍ程度以下、線材であれば、直径８ｍｍ程度以下のものに好適に適用することができる。
【００５２】
このように、クロムを含有する合金鋼を実用形状に加工成形した後、炭素浸透処理を施して炭素濃化層を形成し、上記炭素濃化層を鋭敏化して連続性のクロム炭化物析出相を形成させた後、シュトラウス溶液等の腐食液に浸漬し、表面層の粒界を選択的に腐食し、サブミクロンの隙間を持つ制振組織層を形成させる。この制振組織層は、素材に伝播した振動エネルギーを上記間隙壁の振動摩擦により吸収する。一方、低炭素含有の深部は鋭敏化および粒界腐食されずに健全さを保ち、母材のヤング率、強度、靱性が維持されている。このように、表層部だけで素材に伝播された振動エネルギーを有効に吸収し、母材で強度を維持する制振素材は機械部品素材として極めて有用である。
【００５３】
上記のようにして得られた制振金属の表面は、ステンレス鋼や耐熱鋼本来のような耐食性を維持できず、普通鋼と同様に耐食保持のために、亜鉛メッキ、電気合金メッキ、化学メッキ、塗装などの表面処理を施すことが好ましい。
【００５４】
このような、制振金属は、高い振動遮断能力が得られ、住宅産業における、防音、防振用の様々の締結部品や支持部品に応用可能で、さらに広汎な産業分野の各種精密機器や工作機械の振動遮断部品にも有用である。また、コイルばね状や板ばね状に成形して、従来のゴムの代用としてばね常数を小さくできゴムに比べて低周波領域の振動をも有効に遮断できる振動遮断用ダンパーとしても適用が可能である。さらに、母材がステンレス鋼の場合には、温度変化に強く、延性に富み強度も十分なので、自動車分野で使用されているダイナミックダンパーにも適用の可能性がある。
【００５５】
例えば、ＳＵＳ３０４Ｌ材をベースにして上述したようにして得られた２５ｍｍ×５０ｍｍ×板厚０．８ｍｍ、１．２ｍｍ、２ｍｍの処理片を、セラミック床や硬質木製机上に自然落下させても、全く金属音を発しない。振動エネルギーが金属組織内の内部摩擦で消費される割合の標準指標である損失係数を測定したところ、厚み１．２ｍｍの板に片側８０μｍの制振層（断面寸法比１３％）で０．０４の数値を得た。
【００５６】
つぎに、実施例について説明する。
【実施例１】
【００５７】
１０３０℃で溶体化処理した１．２ｍｍ厚みの１０ｍｍ幅、長さ１５０ｍｍのＳＵＳ３０４Ｌ材の試験片（炭素含有０．０２重量％）を複数個準備し、３００℃でフッ化処理した後、金属レトルト型の浸炭炉においてＲＸガス浸炭雰囲気にて５５０℃で２時間保持した、このときの炭素濃化層の深さは３０μｍであった。
【００５８】
その後、ワークを耐火壁型炉に移し、この耐火壁炉にて８３０℃においてカーボンポテンシャル０．３のＲＸ雰囲気で３時間保持して炭素拡散処理を行なった。続いて６５０℃に炉温を下げて４時間保持して鋭敏化処理を行なった後取り出した。このときの鋭敏化層厚さは１５０μｍであった。
【００５９】
このワークを、ＪＩＳＧ０５７５で規定される粒界腐食試験用の５．５％の硫酸銅と１５．７％の硫酸の常温混合溶液に５時間浸漬して粒界腐食処理を行なった後取り出した。この処理片は、腰の高さから自然落下しても、金属音を全く発しなかった。
【００６０】
この処理片を一端固定の片持梁状態に支持し、自由端を引っ張った後に解放することにより１次モードの減衰振動を発生させ、レーザドップラ振動計により非接触で受振し、減衰波形の各部分の周波数によりヤング率を、包絡線の減衰度により損失係数を求めた。片持梁の有効長さは９３．７ｍｍであった。その結果を図２に示す。比較例としたＳＵＳ３０４未処理剤に比べ、高い損失係数を示し、良好な制振性能を発揮していることがわかる。
【実施例２】
【００６１】
１０５０℃で溶体化処理した１．２ｍｍ厚みの２５ｍｍ幅、１００ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌ材の試験片を複数個準備した。実施例１と同様の手法で、３５０℃でフッ化処理した後、５００℃で８時間炭素浸透処理を行なった。
【００６２】
このワークを耐火壁炉に入れ、８６０℃でカーボンポテンシャル０．４のＲＸガス雰囲気で２時間保持して炭素拡散処理を行ない、次に炉温を７００℃に下げ、９０分保持して鋭敏化処理した後取り出した。
【００６３】
次に、５０℃に加熱した７．５％硫酸銅＋１０％の硫酸の混合液に１時間浸漬して粒界腐食処理を行なった。
【００６４】
この処理片を腰の高さから床に自然落下させても全く金属音を発しなかった。また、上記処理片を硬性の木机上に５０ｃｍの高さから自然落下させ、落下位置から２０ｃｍの距離に置いた騒音計により、音圧レベルを測定した。その結果、当該処理片と同一サイズ、重量のＳＵＳ３１６Ｌの未処理片が、９５〜９６ｄＢであったのに対し、本実施例は７５〜７７ｄＢであり、音量は約２０ｄＢ小さかった。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態の制振金属の断面組織である。
【図２】実施例と比較例の減衰性能を示す図である。
【図２】
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【図１】
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