(57)【要約】【課題】Ｆｅ基合金の靱性を向上させる。【解決手段】ＳＫＨ５１（Ｆｅ基合金）からなる予備成形体３２の小径部１６の表面に、ＳＫＨ５１に含まれ且つＳＫＨ５１の硬度上昇に寄与しない元素を含む物質の粉末を塗布する。この塗布は、例えば、粉末を有機溶媒に分散させて調製された塗布剤を塗布することによって行われる。塗布剤には、還元剤を混合するようにしてもよい。塗布後に予備成形体３２を熱処理すれば、ＳＫＨ５１に含まれるＷ等が表面側に拡散する。その結果、小径部１６の表面に拡散層及び濃度変化部２０が形成される。この濃度変化部２０では、拡散層に近接する最上方側でＷ等の量が最も低く、このために該最上方の靱性が内部側に比して大きくなる。【選択図】図２
2005220373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層部から内部にかけて硬度が向上するとともに、前記表層部の外表面に拡散層が存在する有層Ｆｅ基合金であって、
前記拡散層は、Ｆｅ基合金の硬度を上昇させる性質を有する第１元素が炭化物化した炭化物を含み、
前記表層部において、Ｆｅ基合金に含まれ且つ前記第１元素以外の第２元素の量が前記内部に比して多く、
前記第１元素の量が前記表層部から前記内部になるに従って増加することを特徴とする有層Ｆｅ基合金。
【請求項２】
請求項１記載の有層Ｆｅ基合金において、前記炭化物は、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎの炭化物であることを特徴とする有層Ｆｅ基合金。
【請求項３】
請求項１又は２記載の有層Ｆｅ基合金において、前記炭化物は、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎの少なくともいずれか１種と、Ｆｅとの固溶体が炭化物化したものであることを特徴とする有層Ｆｅ基合金。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の有層Ｆｅ基合金において、前記第２元素は、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇであることを特徴とする有層Ｆｅ基合金。
【請求項５】
表層部から内部にかけて硬度が向上するとともに、前記表層部の外表面に拡散層が存在し、前記拡散層がＦｅ基合金の硬度を上昇させる性質を有する第１元素が炭化物化した炭化物を含み、前記表層部においてＦｅ基合金に含まれ且つ前記第１元素以外の第２元素の量が前記内部に比して多く、前記第１元素の量が前記表層部から前記内部になるに従って増加する有層Ｆｅ基合金の製造方法であって、
前記第２元素を含む物質の粉末をＦｅ基合金の表面に塗布する工程と、
前記粉末が塗布された前記Ｆｅ基合金を熱処理して、前記第１元素を表層部に拡散させるとともに、該第１元素を、前記表層部に存在して該Ｆｅ基合金を構成する炭素と反応させて炭化物とする工程と、
を有することを特徴とする有層Ｆｅ基合金の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の製造方法において、前記粉末として、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇを使用することを特徴とする有層Ｆｅ基合金の製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の製造方法において、前記拡散層の一部を除去する工程を有することを特徴とする有層Ｆｅ基合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部から表層部にかけて靱性が向上する有層Ｆｅ基合金及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｆｅ基合金である鋼材の耐摩耗性や耐食性、強度等の諸特性を向上させる目的で、物理的気相成長（ＰＶＤ）法や化学的気相成長（ＣＶＤ）法、メッキ、陽極酸化等によって、該鋼材の表面に皮膜が設けられることがある。しかしながら、この場合、皮膜の形成に長時間を要し、しかも、皮膜形成コストが大きいという不具合がある。
【０００３】
そこで、浸炭、浸硫、窒化、炭窒化等の様々な表面処理を施すことにより、皮膜を設けることなく鋼材の表面の諸特性を向上させることが広汎に実施されている（例えば、特許文献１、２参照）。また、特許文献３には、ショットピーニングやショットブラスト等の機械的処理を施して表面に１０ｋｇｆ／ｃｍ2（およそ０．１ＭＰａ）の圧縮応力を付与することにより、加工用刃具の耐摩耗性及び耐欠損性を向上させることが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２９２１６号公報
【特許文献２】特開２００３−２３９０３９号公報
【特許文献３】特開平５−１７１４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜３に記載されたような従来技術で諸特性が向上するのは、金属材の表面に限られる。例えば、窒化や浸炭等では、元素が拡散するのは金属材の表面から僅かに数μｍ、最大でも２００μｍ程度であり、それより内部の諸特性を向上させることは困難である。このため、耐摩耗性や耐欠損性が著しく向上するとは言い難い側面がある。
【０００６】
しかも、従来技術に係る処理方法では、形成された窒化層等と母材である金属材との間に界面が存在する。このため、界面に応力集中が起こるような条件下では、界面から脆性破壊が起こることが懸念される。
【０００７】
また、上記した従来技術は、主に硬度を向上させる処理方法であるが、場合によっては、靱性を向上させることが希求されることもある。しかしながら、靱性を向上させる簡便な処理方法は知られていない。
【０００８】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、表層部の靱性が向上し、且つ応力集中が起こり難いので脆性破壊が生じ難い有層Ｆｅ基合金及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明は、表層部から内部にかけて硬度が向上するとともに、前記表層部の外表面に拡散層が存在する有層Ｆｅ基合金であって、
前記拡散層は、Ｆｅ基合金の硬度を上昇させる性質を有する第１元素が炭化物化した炭化物を含み、
前記表層部において、Ｆｅ基合金に含まれ且つ前記第１元素以外の第２元素の量が前記内部に比して多く、
前記第１元素の量が前記表層部から前記内部になるに従って増加することを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、Ｆｅ基合金の硬度上昇に寄与する第１元素の量が表層部側で少なく、内部になるにつれて漸次的に増加する。硬度上昇に寄与する元素の量が少ない部位は、概して靱性が大きくなる。このため、表層部の靱性が大きく、且つ内部の硬度が大きい有層Ｆｅ基合金が構成される。
【００１１】
しかも、この有層Ｆｅ基合金には、表層部と内部との間に界面が存在しない。このため、応力集中が起こり難いので、脆性破壊が生じ難くなる。
【００１２】
拡散層に含まれる金属の炭化物としては、Ｆｅ基合金の硬度を向上させる前記第１元素の炭化物であれば特に限定されるものではないが、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎの炭化物を好適な例として挙げることができる。
【００１３】
炭化物は、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎの少なくともいずれか１種と、Ｆｅとの固溶体が炭化物化したものであってもよい。この場合、上記したような金属炭化物の相対量が低減するので、金属炭化物が過度に生成して脆性が上昇することを抑制することができる。
【００１４】
一方、前記第２元素の好適な例としては、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇを挙げることができる。
【００１５】
また、本発明は、表層部から内部にかけて硬度が向上するとともに、前記表層部の外表面に拡散層が存在し、前記拡散層がＦｅ基合金の硬度を上昇させる性質を有する第１元素が炭化物化した炭化物を含み、前記表層部においてＦｅ基合金に含まれ且つ前記第１元素以外の第２元素の量が前記内部に比して多く、前記第１元素の量が前記表層部から前記内部になるに従って増加する有層Ｆｅ基合金の製造方法であって、
前記第２元素を含む物質の粉末をＦｅ基合金の表面に塗布する工程と、
前記粉末が塗布された前記Ｆｅ基合金を熱処理して、前記第１元素を表層部に拡散させるとともに、該第１元素を、前記表層部に存在して該Ｆｅ基合金を構成する炭素と反応させて炭化物とする工程と、
を有することを特徴とする。
【００１６】
第２元素が表面に塗布されたＦｅ基合金に対して熱処理を施すと、第１元素が第２元素に指向して拡散し始める。すなわち、Ｆｅ基合金の硬度を上昇させる第１元素が表面側に拡散し始める。この理由は、第２元素に第１元素を捕捉する作用があるためであると推察される。
【００１７】
従って、上記したような工程を経ることにより、第１元素を表層部の最上方に拡散させて偏在させることができる。これにより、表層部の外表面に第１元素の量が最も多い拡散層が設けられる。
【００１８】
そして、このようにして表層部の外表面に第１元素が偏在する結果、第１元素の量は、表層部における拡散層の直下で最も少なくなり、内部に向かうにつれて漸次的に増加する。すなわち、得られた有層Ｆｅ基合金の硬度は、拡散層の直下で最も低くなる。上記したように、硬度が小さい部位は概して靱性が大きいことから、この有層Ｆｅ基合金の靱性は、内部側に比して表層部側が大きくなる。換言すれば、表層部側が高靱性で且つ内部側が高硬度である有層Ｆｅ基合金を得ることができる。
【００１９】
すなわち、本発明によれば、粉末を塗布した後に熱処理を行うという簡便な操作を行うことによって、表層部の靱性が向上した有層Ｆｅ基合金を容易に得ることができる。
【００２０】
なお、粉末には、第１元素を含む物質の粉末が配合されていてもよい。この場合、Ｆｅ基合金の種類や熱処理条件に応じて、第１元素を含む物質の粉末と第２元素を含む物質の粉末との配合比を適宜設定すればよい。
【００２１】
粉末としては、Ｆｅ基合金に含まれて且つ該Ｆｅ基合金の硬度上昇に寄与しない元素を含む物質であれば特に限定されないが、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇが好ましい。特に、ＣとＳｉは第１元素を拡散させる効果に優れ、一方、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇは酸素を遮断する効果に優れる。
【００２２】
また、拡散層を、例えば、切削加工代等として除去するようにしてもよい。この場合、高硬度な部位が減少して高靱性な部位が残留するので、曲げ加工等を行うことが容易な有層Ｆｅ基合金を得ることができる。
【００２３】
さらに、窒素雰囲気下で前記熱処理を行い、炭化物を窒化して炭窒化物とするようにしてもよい。この場合、有層Ｆｅ基合金の表層部の硬度を低下させ、靱性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、Ｆｅ基合金の硬度を上昇させる元素が表層部に向かうにつれて漸次的に減少するので、表層部側の靱性が大きな有層Ｆｅ基合金を構成することができる。しかも、表層部と内部との間に界面が存在しないので、脆性破壊が生じることを回避することもできる。すなわち、諸特性に優れた有層Ｆｅ基合金を構成することができるという効果が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る有層Ｆｅ基合金及びその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
本実施の形態に係る有層Ｆｅ基合金から設けられた鍛造加工用パンチの概略全体斜視図を図１に示す。この鍛造加工用パンチ１０は、ＳＫＨ５１を原材料（母材）として作製されたものであり、大径部１２と、該大径部１２に連接されてテーパ状に縮径した縮径部１４と、小径部１６と、該小径部１６の一端部から突出形成されて湾曲した湾曲突出部１８とを有する。このうちの湾曲突出部１８と、小径部１６の先端部とが、図示しないダイのキャビティ内に収容されたワークを押圧して、該ワークを所定の形状に成形させる。すなわち、小径部１６の先端部と湾曲突出部１８は、ワーク押圧部位である。
【００２７】
ここで、ワーク押圧部位から延在する小径部１６の胴部の断面を拡大して図２に示す。該図２から諒解されるように、ワーク押圧部位の表層部には、母材であるＳＫＨ５１中の金属元素の濃度が変化する濃度変化部２０が存在する。
【００２８】
この濃度変化部２０において濃度が変化する金属元素は、ＳＫＨ５１の構成元素であり、且つＳＫＨ５１の硬度上昇に寄与するもの、具体的には、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ等である。
【００２９】
上記したような金属元素は、通常、合金又は炭化物の形態で存在する。炭化物としては、その組成式がＣｒ6Ｃ、Ｗ6Ｃ、Ｍｏ6Ｃ等のようにＭ6Ｃで表されるもの、又はＭ23Ｃ6で表されるものであってもよいが、Ｍ6ＣやＭ23Ｃ6が過度に存在すると、鍛造加工用パンチ１０が脆性を示すようになる。これを回避するべく、ＦｅとＭの固溶体の炭化物、すなわち、（Ｆｅ，Ｍ）6Ｃや（Ｆｅ，Ｍ）23Ｃ6等で表される炭化物として、Ｍ6ＣやＭ23Ｃ6の相対量を低減させることが好ましい。
【００３０】
金属元素の濃度は、濃度変化部２０の最上方から内部側に向かうにつれて漸次的に増加する。すなわち、金属元素の濃度は濃度変化部２０の最上方で最も低く、このため、濃度変化部２０の硬度は、最上方で最も小さく、内部側に向かうにつれて大きくなる。
【００３１】
このように、小径部１６の表層部には、ＳＫＨ５１の硬度を上昇させる元素が内部側に向かうにつれて漸次的に増加する濃度変化部２０が形成されている。この濃度変化部２０は、後述するように、ＳＫＨ５１に含まれた元素が内部から表層部に拡散して排出されることによって設けられる。この際に表層部に生成する拡散層は、機械加工によって切削除去される。
【００３２】
一般的に、硬度と靱性はトレードオフの関係にあり、硬度が低下すると靱性が向上する。上記したように、濃度変化部２０の最上方においては、硬度上昇に寄与する元素の量が少なく、このため、小径部１６の外表面では、内部側に比して靱性が大きくなる。すなわち、小径部１６の表層部は、濃度変化部２０が形成されていないＳＫＨ５１に比して高靱性を示す。このため、小径部１６自体も靱性が向上して脆性破壊が生じ難くなるので、該小径部１６の胴部では、濃度変化部２０が存在しないワーク押圧部位に比して割れ等が生じ難くなる。
【００３３】
また、上記した金属元素、換言すれば、合金や炭化物の濃度は、該小径部１６の表面で最も低く、内部になるにつれて漸次的に増加する。このため、濃度変化部２０と母材との間に明確な界面は存在しない。従って、応力集中が起こることを回避することができるので、濃度変化部２０を設けることに伴って脆性が増すことを回避することができる。なお、図２においては、濃度変化部２０が存在することを明確にするため、濃度変化部２０と母材との間に便宜的に境界線を付している。
【００３４】
濃度変化部２０には、ＳＫＨ５１に含まれ且つＳＫＨ５１の硬度上昇には寄与しない元素、具体的には、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ等が、例えば合金又は炭化物の形態で存在する。後述するように、このような元素が熱処理時に表面側に存在する場合、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ等の金属元素が小径部１６の外表面側に指向して拡散する。
【００３５】
このように構成された鍛造加工用パンチ１０は、例えば、ワークに対して温間鍛造加工が施される際に使用され、この際には、該鍛造加工用パンチ１０のワーク押圧部位がワークを押圧する。従って、小径部１６の胴部にも荷重が加わる。
【００３６】
上記したように、該胴部は、その表層部の靱性が高いために高靱性である。このため、該胴部は、鍛造加工を繰り返し行っても割れが生じ難い。すなわち、ＳＫＨ５１の硬度上昇に寄与する元素を表層部に拡散・排出させて濃度変化部２０を設けることにより、鍛造加工用パンチ１０の寿命を長期化することができる。
【００３７】
この鍛造加工用パンチ１０は、以下のようにして製造することができる。
【００３８】
先ず、図３（ａ）に示すＳＫＨ５１からなる円筒体形状のワークＷに対して、図３（ｂ）に示すように、バイト３０による切削加工を施し、鍛造加工用パンチ１０の形状に対応する形状の予備成形体３２とする。
【００３９】
次に、この予備成形体３２の表面に、図３（ｃ）に示すように、ＳＫＨ５１に含まれる元素であって、且つＳＫＨ５１の硬度を上昇させるものではないもの、すなわち、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ等以外の元素を含む物質の粉末をワーク押圧部位の表面に塗布する。このような粉末の好適な例としては、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇを挙げることができる。
【００４０】
上記したような粉末の塗布は、該粉末を溶媒に分散させて調製した塗布剤３４を塗布することによって行う。溶媒としては、アセトンやアルコール等、容易に蒸発する有機溶媒を選定することが好ましい。そして、この溶媒に、ＣやＳｉ等の粉末を分散させる。
【００４１】
ここで、予備成形体３２であるＳＫＨ５１の表面には、通常、酸化物膜が形成されている。この状態でＣやＳｉ等を拡散させるには、ＣやＳｉが酸化物膜を通過できるように、多大な熱エネルギを供給しなければならない。これを回避するために、塗布剤３４に、酸化物膜を還元することが可能な還元剤を混合することが好ましい。
【００４２】
具体的には、酸化物膜に対して還元剤として作用し、且つＳＫＨ５１とは反応しない物質を溶媒に分散ないし溶解させる。還元剤の好適な例としては、ニトロセルロース、ポリビニル、アクリル、メラミン、スチレンの各樹脂を挙げることができるが、特にこれらに限定されるものではない。なお、還元剤の濃度は、５％程度とすればよい。
【００４３】
以上の物質が溶解ないし分散された塗布剤３４は、図３（ｃ）に示すように、刷毛３６を使用する刷毛塗り法によって小径部１６の胴部の表面に塗布される。勿論、刷毛塗り法以外の公知の塗布技術を採用するようにしてもよい。
【００４４】
次いで、ワーク押圧部位の表面に塗布剤３４が塗布された予備成形体３２に対して熱処理を施す。この熱処理は、図３（ｄ）に示すように、バーナー火炎３８を予備成形体３２の一端面側から当てることによって施すことができる。勿論、熱処理炉内において不活性雰囲気中で熱処理するようにしてもよい。
【００４５】
この昇温の過程では、２５０℃程度で還元剤が分解し始め、炭素や水素が生成する。予備成形体３２の酸化物膜は、この炭素や水素の作用下に還元されて消失する。このため、ＣやＳｉ等が酸化物膜を通過する必要がなくなるので、拡散に要する時間を短縮することができるとともに、熱エネルギを低減することができる。
【００４６】
さらに昇温を続行すると、ＳＫＨ５１の構成元素であるＷやＣｒ等が、還元剤が分解することによって生成したＣやＳＫＨ５１に含まれる遊離Ｃ等と反応し、その結果、Ｗ6ＣやＣｒ6Ｃ、Ｗ23Ｃ6、Ｃｒ23Ｃ6等が生成する。塗布粉末にＦｅが混合されている場合、Ｆｅとの固溶体の炭化物である（Ｆｅ，Ｗ）6Ｃ、（Ｆｅ，Ｃｒ）6Ｃ、（Ｆｅ，Ｗ）23Ｃ6、（Ｆｅ，Ｃｒ）23Ｃ6等がさらに生成する。ここで、Ｆｅの拡散速度はＣ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇに比して大きく、従って、塗布剤３４に含まれたＦｅの濃度は、濃度変化部２０の内部側で大きくなる。
【００４７】
生成したＷ6ＣやＣｒ6Ｃ、（Ｆｅ，Ｗ）6Ｃ、（Ｆｅ，Ｃｒ）6Ｃ等の炭化物は即座に分解し、Ｆｅ、Ｗ、Ｃｒに戻る。このうち、Ｗ、Ｃｒは、表面側に拡散移動する。この理由は、表面側に存在するＣやＳｉ等が、ＷやＣｒ等を捕捉する作用があるためであると推察される。なお、塗布剤にＣｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇが含まれている場合、これらは酸素を遮断する作用をも営む。このため、ＳＫＨ５１が酸化することを回避することができる。
【００４８】
上記の拡散過程で、ＷやＣｒは、予備成形体３２の表面側に存在するＳＫＨ５１の構成元素であるＣ、Ｆｅや、該表面側に遊離状態で存在するＣと結合して、新たにＷ6Ｃ、Ｃｒ6Ｃ、（Ｆｅ，Ｗ）6Ｃ、（Ｆｅ，Ｃｒ）6Ｃ等を生成する。このＷ6ＣやＣｒ6Ｃ、（Ｆｅ，Ｗ）6Ｃ、（Ｆｅ，Ｃｒ）6Ｃも即座に分解してＷ、Ｃｒに戻った後、予備成形体３２の一層表面側に存在するＣ、Ｆｅや、該表面側に遊離状態で存在するＣと結合して、再度Ｗ6Ｃ、Ｃｒ6Ｃ、（Ｆｅ，Ｗ）6Ｃ、（Ｆｅ，Ｃｒ）6Ｃ等を生成する。このようにして炭化物が分解、生成を繰り返すことにより該炭化物が予備成形体３２の外表面まで拡散し、その結果、該外表面に炭化物からなる拡散層が形成される。この炭化物は化学的に安定であり、従って、予備成形体３２が、表層部の外表面に拡散層を有する有層Ｆｅ基合金となる。なお、拡散層の厚みは、およそ０．５ｍｍ程度である。
【００４９】
このようして、表層部側に存在するＷやＣｒが、Ｗ6ＣやＣｒ6Ｃ、（Ｆｅ，Ｗ）6Ｃ、（Ｆｅ，Ｃｒ）6Ｃ等として予備成形体３２の外表面に拡散される。その結果として、ＷやＣｒ等の濃度が、拡散層の直下の表層部で最も低くなるとともに内部側になるにつれて漸次的に増加するようになる。すなわち、濃度変化部２０が形成される（図２参照）。なお、ＷやＣｒ等の濃度は漸次的に増加するので、上記したように、濃度変化部２０の終端部と母材との間に明確な界面が生じることはない。従って、濃度変化部２０を設けることに伴って脆性破壊が生じることを回避することができる。
【００５０】
その一方で、塗布剤に含まれたＣ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ等が濃度変化部２０に拡散し、該濃度変化部２０に合金や炭化物として残留する。これらの元素はＳＫＨ５１の硬度上昇に寄与しないものであることから、該元素が拡散することによって濃度変化部２０の硬度が上昇することはない。
【００５１】
最後に、図３（ｅ）に示すように、予備成形体３２に対してバイト３０で仕上げ加工を行い、鍛造加工用パンチ１０とする。小径部１６においては、この際に拡散層が切削除去される。上記したように、拡散層の厚みは０．５ｍｍ程度であるので、切削除去は比較的容易である。
【００５２】
拡散層が切削除去された結果、濃度変化部２０が露呈する。上記したように、濃度変化部２０では最上方が最も靱性が高く、従って、小径部１６では、その表面において靱性が最も大きくなる。
【００５３】
このようにして得られた鍛造加工用パンチ１０を長手方向に沿って切断し、小径部１６の胴部の切断面において、表面側から内部に指向して測定したＣスケールのロックウェル硬度（ＨＲＣ）を図４に示す。図４から、この場合、約４ｍｍの深さまで表面から内部に指向してＨＲＣが上昇していること、換言すれば、表層部における靱性が内部に比して大きいことが明らかである。
【００５４】
上記の熱処理を、熱処理炉内において窒素雰囲気下で行うようにしてもよい。この場合、濃度変化部２０に残留したＷ、Ｃｒ等の炭化物が窒化されて炭窒化物となる。この種の金属炭窒化物の粒子は、端部が丸みを帯びた形状を呈する。このような形状の粒子間では脆性破壊が生じ難くなるので、濃度変化部２０の靱性が大きくなる。すなわち、靱性が一層優れた有層Ｆｅ基合金を得ることができる。
【００５５】
上記と同様にして、例えば、モリブデン鋼からＭｏを除去することもできる。
【００５６】
なお、上記した実施の形態においては、Ｆｅ基合金として鍛造加工用パンチ１０を例示して説明したが、特にこれに限定されるものではなく、その他の部材であってもよいことはいうまでもない。
【００５７】
また、この実施の形態では拡散層を切削除去するようにしているが、拡散層を除去することなく用いるようにしてもよい。
【００５８】
さらに、塗布粉末には、Ｆｅ基合金の硬度を上昇させる性質を有する元素を含む物質の粉末が配合されていてもよい。この場合、該粉末と、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇとの配合比は、Ｆｅ基合金の種類や熱処理条件に応じて適宜設定すればよい。
【実施例１】
【００５９】
熱間金型用鋼であるＤＨ３１を用い、底面の直径が８０ｍｍ、高さが８０ｍｍの円柱体を作製した。
【００６０】
その一方で、エポキシ樹脂１０％のアセトン溶液に、周期表ＩＩＩ族〜ＶＩＩＩ族に属する物質の粉末（粒径１０〜７０μｍ）を図５に示す割合で添加して、２種の塗布剤Ａ、Ｂを調製した。ここで、塗布剤Ａには、ＤＨ３１をはじめとする各種鋼材の硬度を向上させる物質が主に含まれ、また、塗布剤Ｂには、各種鋼材に含まれ且つ硬度上昇に寄与しない物質が主に含まれる。
【００６１】
その後、塗布剤Ａ、Ｂのそれぞれを、同一円柱体の表面における異なる部位に塗布した。なお、塗布は刷毛塗りによって行い、塗布剤Ａ、Ｂの厚みは１ｍｍとした。
【００６２】
塗布剤Ａ、Ｂのそれぞれを自然乾燥させた後、１０００〜１１８０℃で２時間保持することによって焼入処理を行い、次に、５００〜６００℃で２時間保持して焼戻処理を行った。
【００６３】
次に、前記円柱体を高さ方向に切断して、塗布剤Ａ又は塗布剤Ｂを塗布した部位それぞれにつき、底面の中心から高さ方向に沿って０．５ｍｍ毎にＨＲＣを測定した。なお、塗布剤Ｂを塗布した部位では、拡散層をすべて切削除去した後に測定を行った。
【００６４】
各々の部位における表面からの距離とＨＲＣとの関係を併せて図６に示す。未処理のＤＨ３１におけるＨＲＣが概ね５２〜５４であるのに対し、塗布剤Ａを塗布した場合には硬度が上昇していること、一方、塗布剤Ｂを塗布した場合には硬度が減少していることが明らかである。後者から、塗布剤Ｂを塗布することによって靱性を向上させることができることが諒解される。
【００６５】
また、このことから、同一部材に対して熱処理を施す場合であっても、塗布剤の種類を変更することによって、硬度が向上した部位と靱性が向上した部位を個別に作製することができることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】有層Ｆｅ基合金である鍛造加工用パンチの概略全体斜視図である。
【図２】図１の鍛造加工用パンチの要部拡大縦断面図である。
【図３】図１の鍛造加工用パンチの製造過程を示すフロー説明図である。
【図４】得られた鍛造加工用パンチの切断面の表面から内部に指向して測定したＨＲＣを示すグラフである。
【図５】塗布剤の組成と割合を示す図表である。
【図６】ＤＨ３１製のテストピースにおける表面からの距離とＨＲＣとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１０…鍛造加工用パンチ                １２…大径部
１４…縮径部                          １６…小径部
１８…湾曲突出部                      ２０…濃度変化部
３０…バイト                          ３２…予備成形体
３４…塗布剤                          ３６…刷毛
【図１】
2005220373.tif 000003
【図２】
2005220373.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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