NACHITECHNICALREPORT

Materials

28A1

Vol.

October/2014■ 解説

真空浸炭シミュレーター

マテリアル事業「EN-CARBO Calc.」
Vacuum Carburizing Simulator"EN-CARBO Calc."〈キーワード〉浸炭・真空浸炭・有限要素法
焼入れ・EN-CARBO

サーモテック事業部／技術部

園部 勝

Masaru Sonobe

真空浸炭シミュレーター「EN-CARBO Calc.」

要旨

真空浸炭処理はトランスミッション歯車など、自動車の駆動部品を中心に適用されています。真空
浸炭はガスの分布が均一なため、安定した硬度分布を得ることができますが、硬度分布の計算方法は従来のガス浸炭の延長線上にあり、真空浸炭に適した計算方法が採用されていませんでした。
このため、顧客から浸炭条件の設定を依頼されても4 ～ 5回の試験が必要となり、条件確定まで時間を要していました。

1. 浸炭とは鋼を焼入れしたときの硬さは、主に炭素の含有量によって決まり、炭素濃度が高い場合には硬く、逆この課題・問題点を解決するため、独自の真空に低い場合にはやわらかくなります。耐摩耗性を要

浸炭理論を使った“真空浸炭シミュレーター”を開求される部品では、耐摩耗性を得るために硬い表発し、真空浸炭によって得られる鋼材の硬さ分布面が望まれますが、芯部はじん性を持たせるためにを精度良く推定できるようになりました。その結果、やわらかく仕上げる必要があります。この目的のため試験回数が半減し、顧客満足度が向上しました。に「浸炭」と呼ばれる表面処理が行なわれる場合があります。

Abstract
Vacuum carburizing process is the process thatthe surface of low-carbon steel is carburized in thevacuum environment and quenched to achieve thehigher surface hardness of the steel.   The fatigue
strength of a part can be improved in a shortertime compared to the time spent in the general gas
carburizing process.   Thus, this method is used
for the drive parts of an automobile.   Vacuum
carburizing process provides the even distributionof gas, realizing the stable hardness distribution.  
However, the method of calculating the hardness
distribution is the same as that of the conventional
gas carburizing.   A proper calculation method ofhardness distribution for vacuum carburizing has notbeen established yet.  Because of this, approximately
four to five trial heat treatments are needed for thesetting of carburization requested by a customer,
causing a delay of the required delivery date.  
To resolve this issue, NACHI is now developing
the Vacuum Carburizing Simulation System forwhich NACHI’s exclusive vacuum carburizing theory
is used.  In this system, the distribution of the steel
hardness from vacuum carburizing is calculated
accurately.   As a result, the number of trial heat
treatments has been reduced to a half, which has
made it possible to improve customer satisfaction.

1「浸炭」は低炭素鋼の表面から炭素を浸透させて、表面の炭素濃度を高くしてから焼入れを行な
い、表面付近に硬い層をつくる鋼材の焼入れ方法の一種です。
「浸炭」では処理温度と処理時間に応じて0.1～ 2mm程 度の表面 硬化層が得られ、同時に部材内部では低炭素で硬さが低くじん性の高い部材を得ることができます。
「浸炭」時に適切な焼入れと焼戻しをすることによって、表面にマルテンサイト変態に起因する圧縮の残留を付与する1）ことができ、疲れ強さを向上させることができます。

2. ガス浸炭と真空浸炭「浸炭」方法には、①固体浸炭、②液体浸炭、鋼中への炭素の浸炭速度は処理品の表面で③ガス浸炭、④真空浸炭、⑤イオン浸炭がありは炭素を含むガスの分解速度に依存すること

1）

ます が、自動車用部品などの一般の浸炭部品が分かります。この分解速度はガスの濃度と処では主に「ガス浸炭」が使われており、高機能理温度に大きく依存するため、ガスの濃度と処浸炭部品で「真空浸炭」が行なわれています。

理温度を制御する必要があります。

ここでは一般的な「ガス浸炭」と「真空浸炭」の浸炭中の炉内雰囲気中では次に示す副反応違いについて説明します。

が起こっています。

図1に一般的なガス浸炭装置の構造を示しまH2 ＋ CO2 → CO ＋ H2O

す。一般の油焼入れ装置と同様、加熱炉と焼入CH4 ＋ CO2 → 2CO ＋ 2H2

れ油槽から構成されており、加熱炉に大きめのCH4 ＋ H2O → CO ＋ 3H2

浸炭ガス雰囲気中循環ファンがとり付けられており、炉気を保護

このため、ガスの濃度と処理温度が分かれするためにフレームカーテンがとり付けられば、おおよその表面炭素濃度を求めることがでています。また、真空パージ式のフレームレスきます（図2 2））。
炭素濃度 ー 二酸化炭素

も広く引用されています。

オーステナイトフェライト
3.0室）に挿入されます。浸炭室に装填されたワーク

1.0

二酸化炭素
［Vol.%］

ワークは自動搬送装置により加熱室（浸炭は所定の浸炭温度に加熱され、炭化水素を含む浸炭ガスにさらされます。ガス浸炭反応は、一般的に鋼材表面で以下の式で表わされます。
2CO →［C］＋ CO2

処理品の表面

CO ＋ H2→［C］＋ H2O

0.6

オーステナイトセメンタイト

900℃

0.4
0.2

1,000℃

0.1

1,100℃

0.06
オーステナイト

0.04

1,200℃

0.02

［C］
は遊離炭素

CH4 →［C］＋ 2H2

800℃

0.01

00.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.4

1.6

鋼の表面炭素濃度［%］
ファンモータ

炭素濃度 ー 露点

中扉
エレベータ
前扉

15800℃

10フレーム
カーテン

加熱室
（浸炭室）
ワーク
油循環ポンプ

900℃

0−51,000℃−10

1,100℃−15−20

焼入れ油槽

1,200℃−25−30

図1
NACHI TECHNICAL REPORT

オーステナイト00.2

28A1

0.40.60.8

1.0

1.2

鋼の表面炭素濃度［%］

ガス浸炭装置Vol.

オーステナイトセメンタイト

5

露点［℃］

ワーク挿入
テーブル

オーステナイトフェライト

20

循環ファン

図2

ガス濃度と表面炭素濃度2真空浸炭シミュレーター「EN-CARBO Calc.」

ガス浸炭では浸炭加熱処理の各熱処理過程

図5に真空浸炭炉の構造を示します。加熱室（浸におけるカーボンポテンシャル（CP）値を制御炭室）、油槽、エレベータといった基本的な構成しています（図3（a））。ワーク装填から均熱完了は変わりませんが、真空ポンプが接続されていまでの間は、母材炭素濃度と表面炭素濃度がほることと、装置全体が真空容器になっていることぼ等しくなるCP値になるようにガス雰囲気をが特徴になります。

※1

制御しています。ワーク全体が均一な温度に達真空浸炭では、ワークが装置に装填されるとすると、CP値を1.2前後に上げて、表面から炭同時に、1kPa（大気圧の1/100）以下の真空度素を浸透・拡散させます。CP値は大きいほうになるまで真空排気されます。ワークが加熱に（過共析の状態）が処理時間を短縮できますが、よって酸化しない十分な真空度に達するまで、大きすぎると炭化物（セメンタイト（Fe3C））の真空排気された後、中扉を通して加熱室（浸炭析出やすす（黒鉛 Graphite）の生成を引き起こ室）にワークを装填します。浸炭室では真空状態してします。目的の浸炭深さを得るために十で所定の浸炭温度に加熱を行ないます。図3（b）

分な量の炭素を浸炭させた後は、表面に炭化物に真空浸炭時の熱処理パターンの一例を示します。

が析出しないように共析点近くのCP値に落し真空浸炭では980 ～ 1050℃の範囲での高温浸炭が比較的容易にできます。その場合、処理て、表面の炭素を内部へ拡散させます。
このように、ガス浸炭ではCP値を制御する

温度が高いほど表面炭素濃度が上がり炭素の必要がありますが、雰囲気制御を大気圧下で行拡散速度が速くなるため、より短い時間での浸なっているため、炉気攪拌の問題が生じやすく炭処理が可能となります。また、図4（a）に見らなります。また、ガスの分解によって発生するれるような表面での有害な粒界酸化が発生し水（H2O）や一酸化炭素（CO）、酸素（O2）などににくいため、熱処理後の取り代の分だけ浸炭深よって、粒界表面酸化を生じます。図4（a）はガさを浅くすることができ、熱処理時間の短縮が

ス浸炭処理をした歯車（SCM415鋼）で観察さ見込めます。図4（b）に真空浸炭部品の表面近れた粒界酸化組織の一例です。

傍の組織写真を示します。ガス浸炭部品に認められる有害な粒界酸化物はほとんど認めらな930℃いことが分かります。

850℃

CP=1.2%

CP=0.8%O.Q.

CP=0.3%→ 時間(a) ガス浸炭におけるカーボンポテンシャル（CP）
浸炭処理の例
950℃
850℃
パルス浸炭

拡散O.Q.

→ 時間(b) 真空浸炭におけるパルス浸炭処理の例

図33

浸炭の熱処理パターン

0.5mm0.5mm（a）ガス浸炭部品
ECD=0.7mm（b）真空浸炭部品
ECD=0.4mm

図4ガス浸炭と真空浸炭部品の断面真空浸炭中には次式の反応が鋼材表面や浸炭ガス雰囲気中で起こっていると考えられます。
C3H8 →［C］＋ 2CH4処理品の表面

C2H4 →［C］＋ CH4［C］
は浸炭した炭素

C2H2 → 2［C］＋ H2
C3H8 → C2H4 ＋ 2H2
C 2H 4 → C 2H 2 ＋ H 2  浸炭ガス雰囲気中

2CH4 → C2H4 ＋ CH4  

真空浸炭における炭素はメタンやプロパンからの直接の分解炭素ではなく、加熱によって熱分解・生成したエチレンやアセチレンなどの不飽和炭化水素から供給されていると考えられています。また、真空浸炭時間が30分以下の※2※3領域において、Acm線炭素濃度と共析点炭素濃度の差異の分に相当した炭化物が油没後に析出するため、油没後の炭化物析出量は真空浸炭中の炭化物析出量よりも増加しますが、セメンタイトの炭素含有率（6.7％）と共析炭素濃度（約0.67％）の比からその影響は1割以下であると推測されます。

中扉
エレベータ
前扉
加熱室
（浸炭室）
ワーク
ワーク挿入
テーブル
焼入れ油槽
真空ポンプ
油循環ポンプ

図5

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真空浸炭炉

4

真空浸炭シミュレーター「EN-CARBO Calc.」

3. 真空浸炭理論
ガ ス 浸 炭 で はCP値 で 表 面 炭 素 濃 度 を 制 御3C2H2 → C6H6

鋼材表面しますが、真空浸炭では表面にセメンタイト（Fe3C）層が生成し、セメンタイトを通じて鋼中エチレンを主成分とした真空浸炭処理においに炭素が浸透します。このためセメンタイト層て、表層からセメンタイトが析出・成長するよう直下の炭素濃度はその鋼のその温度に飽和炭素な鋼種では図7（b）に示す真空浸炭モデルが適用濃度に成ります。つまり、真空浸炭での炭素濃できると考えられます。すなわち、表面はエチ度はその鋼が吸収できる最大の炭素濃度になる

レンの分解による吸着炭素によって覆われてため、ガス浸炭よりも短時間で浸炭できます。

セメンタイトを形成・成長し、そのセメンタイト

図6にSCM420を950℃で5時間連続真空浸炭が炭素の供給源となる。セメンタイト－鋼界面し、油没急冷したときに得られた表面組織観察

ではAcm線に対応した炭素濃度となり、鋼材結果を示します。連続真空浸炭により、表面に内部に向かって濃度勾配に応じて浸透・拡散する厚さ数ミクロンのほぼ均一な表層炭化物（セメンというモデルです。

タイト）層が形成されていることが分かります。
3）

炭化物が生成する鋼種（SCM420）において、森田 らは真空浸炭中の炭素侵入機構を調べ、炭化物の生成量を定量的にとり扱うために、真図7（a）に示す浸炭モデルを提唱しています。

空浸炭時間と真空浸炭油没後の炭化物生成量

すなわち、真空浸炭の炭素浸入機構は、鋼材表面の関係を調べました。図8にSCM420のエチレンで浸炭ガスの分解により黒鉛（Graphite）が生ガスによる連続真空浸炭後の油没組織で観察

成し、黒鉛が鋼材に吸収されることであり、鋼材された炭化物厚さと真空浸炭時間との関係を表面は黒鉛と平衡していると推察しています。

示します。4）測定は母材とセメンタイト（Fe3C）

アセチレンを主成分とした真空浸炭では重の理想X線解説強度とX線透過率から計算により合反応により容易にベンゼン環を生じるため、求めた炭化物厚さ（図中●印）と断面SEM観察容易に表層グラファイトを生成しますが、エチにより測定した炭化物厚さ（図中■印）を併記

レンを主成分とした場合は表層でのエチレンしました。の分解反応が主反応となり、吸着炭素としてセメンタイトに吸収されるため、表層グラファイト

黒鉛
真空はあまり生成しません。

鋼アセチレン水素

セメンタイト層（a）
グラファイト生成ー相分解モデル10μm

表層炭化物
真空エチレン

セメンタイトメタンSCM420 950℃ 5時間連続浸炭後 油没

図6

真空浸炭中に油没、急冷した鋼（b）炭素吸着 セメンタイトモデル

図75浸炭モデル

鋼田中ら5）は、SCr420H鋼の粒界セメンタイト

真空浸炭においても、以下の実験事実が広くの体積率が時間の平方根と良い直線関係にあ信じられてきました。たとえば 1）ることを報告していますが、本報の5分を越え（1）同一温度では、浸炭時間（Tc）と拡散時間（Td）

る長時間の真空浸炭の結果では炭化物層の厚の比が一定なら、表面の炭素濃度（Cs）は常にさが真空浸炭時間の1 ／ 4乗に比例していまし  同じである。

た。これはセメンタイト層が層状に生成した場合（浸炭処理時間T＝Tc＋Td）に、通常の濃度勾配による拡散現象に加えて、固（2）TcとTdの比が一定であれば、全浸炭深さおよ

体表面からセメンタイト層を通じてセメンタイト

び有効浸炭深さと    の間には比例関係がT－オーステナイトイ界面に炭素が移動するため成り立つ。の時間が余分に必要になるためと考えられます

現在、これらの式が成り立つのは図9（a）にが、詳細なメカニズムは分かりません。

示すような比較的ガス浸炭に近い通常浸炭の連続的な真空浸炭時間を長くしても炭素供みであり、図9（b）に示すような高濃度浸炭に給源であるセメンタイトの膜厚があまり厚くは適用できないことが分かっています。これならないということは、浸炭ガスを長時間供給は、浸炭時間（Tc：各パルス浸炭時間×パルスするよりも、短時間のパルスで供給したほうが回数）と拡散時間（Td：各パルス後の拡散時間より効率的に炭素を浸透させることができるとの総和＋拡散期）が同一であっても、最終パルいうことになります。浸炭パルスの長さとそのスで浸透させた炭素が拡散するための時間が間隔は各真空浸炭装置メーカーで異なりますが、大幅に違い、拡散期が長いほど有効浸炭深さはより短時間で深くまで浸炭する場合には図9に深くなり、逆に拡散期が短いほど表面炭素濃度示すようにパルス間の拡散時間を徐々に長くが濃くなるからです。

していくと、最も効率がよくなります。

このため、パルスを多用する真空浸炭におい6）て高精度な浸炭深さ推定を行なうためには、有の実験式を元に浸炭期の処理温度とカーボン限要素法を用いたコンピューターシミュレー

ポテンシャルに応じたK値を代入することで求めションなどの手法を用いる必要があることがられています。

分かります。

一般にガス浸炭における浸炭深さはHarris

D ＝ K T・・・
（1）

950℃
850℃

D：0.3%C有効浸炭深さ［mm］

浸炭期

K：浸炭温度係数

拡散期
O.Q.

T：浸炭処理時間（浸炭時間（Tc）＋拡散時間（Td））［h］

炭化物厚さ（μm）

2.5
2.0
1.5→ 時間（a）
通常浸炭における浸炭パルスの例

930℃ X線法からの理論計算
980℃ X線法からの理論計算
1,040℃ X線法からの理論計算
1,040℃ 光学顕微鏡による実測
Guide of eye

950℃
850℃
浸炭期

1.0

拡散期
O.Q.

0.50.0

社内データ

0110100

真空浸炭時間（min）

図8

真空浸炭時間と炭化物厚さ

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1,000（b）
高濃度浸炭における浸炭パルスの例

図9→ 時間通常浸炭と高濃度浸炭の例
6真空浸炭シミュレーター「EN-CARBO Calc.」

4. 浸炭深さシミュレーション
従来の浸炭シミュレーションは表面炭素濃計算の単位深さを25μmとした際に、セメンタイト度を含む炭素濃度分布を求めるものが一般的の厚さは数μｍ程度であり、炭化物層の厚さを求でした。ところが、炭素濃度分布の測定は高価めることが目的ではないため、セメンタイト厚さにな分析装置が必要であり、分析にも時間がかか相当する蓄積炭素量としてとり扱い、セメンタイトることから、所望の浸炭条件を設定するには層の厚さは便宜上0とし、界面は動かない物とし分析と浸炭を繰り返す必要がありました。さらて界面以深の各セルについて濃度勾配に基づくに、実際の浸炭処理は表面硬度や有効硬化層深固体内拡散を計算しています。

※4

さで生産管理を行なう場合が多く、最終的には表面に浸炭ガスがある場合、図8に例示した熱処理技術者が焼入れ性や形状効果を判断す関係式から蓄積炭素量を増やします。浸炭ガる必要がありました。

スが無くても、蓄積炭素量がある場合、界面直上述の問題点を解決するため、真空浸炭シ下の炭素の拡散移動量に従って蓄積炭素量をミュレーター「EN-CARBO Calc.」は炭素濃度減らします。いずれの場合にも界面の炭素濃度分布に加え、焼入れ性を考慮した硬度分布の計はその温度、鋼種におけるAcm線炭素濃度とし算機能を追加しました。

ます。浸炭ガスも蓄積炭素量も無い場合、界面ガス浸炭の浸炭シミュレーションでは各浸炭（この場合表面）炭素濃度は内部拡散により減工程におけるCP値を元に表面炭素濃度を計算少させます。鋼材内部では有本 7）の求めた炭素して拡散方程式を解くのが一般的です。前述の濃度依存の拡散係数を使った円筒または平面ように真空浸炭では真空浸炭中にセメンタイトの拡散方程式に従って、単位時間分、浸透・拡散が形成される場合があるため、セメンタイト層させます。真空浸炭および拡散が完了した後、形成による侵入炭素の蓄積を考慮する必要があ

炭素濃度と硬さの関係式からビッカース硬度をります。図10に計算のフローチャートを示します。

算出します。

開始

浸炭中か？
ガスが在る、浸炭中ガスが無い、拡散期蓄積炭素量を増やす

濃度勾配に基づく固体内拡散濃度勾配に基づく固体内拡散

界面の炭素濃度は、内部拡散に応じて減らす。

界面の炭素濃度はAcm濃度

蓄積炭素量は、界面の内部拡散量に応じて減らす。
蓄積炭素が存在する場合、界面の炭素濃度はAcm濃度終了？
炭素濃度に基づく硬さ計算

図107計算のフローチャート

5. 炭素濃度と硬さの関係
図11に本シミュレーターで採用している炭素

本シミュレーターでは合金成分に応じたマルテン濃度と硬さの関係を示します。マルテンサイト硬サイト開始温度（Ms）線と連続冷却（CCT）曲線のさ（図中の破線）は相当炭素濃度の増加に従って近似式およびワークの重量、形状、曲率半径等増加し、0.8％を超えるとほぼ一定の値となります。

を元に実験的に求めた冷却速度から図11の硬度

マルテンサイト開始温度（図中の二点鎖線）は炭素曲線を求め、前項で求めた炭素濃度分布に適用濃度の増加に伴って単調に減少していきます。

し、最終的な硬度分布曲線を得ます。

焼入れ中の焼入油の温度は60℃～ 100℃の温度に達するため、炭素濃度が高い表面では残留オーステナイトが生成し、図中の①に示すように表面硬度の低下が発生します。一方、材料の内部では焼遅れ時間にもよりますが、合金成分に応じた連続冷却（CCT）曲線のノーズを通過するため、マルテンサイト化率が低下し、②に示すような母材硬度の低下を引き起こします。

1,000

内部

Vickers Hardness
（Hv）

900

表面Martensite
1800700600500400Hardness

600300500200Ms

24008006004002000100

Oil Temp

300200Temperature
（℃）

1,000

110.20.40.60.8

1.01.210102310410（s）
Cooling time001（b）
表面近傍CCTー100

1,000

Equivalent carbon content（wt.%）
Temperature
（℃）

（a）
硬度曲線

8002600
40020001110102103104

Cooling time（s）

図11

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焼入れ硬さの模式図（c）
内部でのCCT8真空浸炭シミュレーター「EN-CARBO Calc.」

6. 計算事例紹介
図12にアセチレンガスによるリングの真空

図13はエチレンガスによる歯車（歯先）の真浸炭硬度分布曲線の計算事例を示します。アセ

空浸炭硬度分布曲線の計算事例です。エチレン

チレンガスによる真空浸炭では、鋼中への炭素ガスによる真空浸炭では、ワーク表面でのスーの浸入量以上にアセチレンガスを流すと鋼材チングがアセチレンに比べて発生しにくいた表面でスーチングが発生します。このため、各め、各パルスにおけるガス流量の厳密な計算は浸炭パルスのアセチレンガス流量は浸入炭素必要ありません。また、実測値は計算結果と非量に応じて調整する必要があります。各パルス

常に良い対応を示し、ガスの流れの影響が少な終了時の炭素濃度分布を積分して炭素の浸入いため、ワークの設置場所による浸炭深さのば量を求め、浸炭ワークの表面積を掛けることらつきもほとんど発生しません。

で、各パルスに必要な最低ガス流量が求まりま図14に本シミュレーターによる浸炭深さのす。これにガスの反応率と安全係数を掛けるこ計算結果と実測値の比較を示します。浅い（加とで図12上に示したアセチレンガスのフロー

熱温度が低く拡散時間の短い）浸炭の場合に計パターンが設定できます。硬度分布の計算結算結果と実測値がずれる場合がありますが、深果（図中の赤色実線）と実測値（図中の赤点）はい（加熱温度が高く、各三時間が長い）浸炭の非常に良い対応を示しています。なお、実測値場合には非常に良い対応を示しています。これの浸炭深さが計算値よりも若干深めになっては炭化物が炭化物層を形成するのに十分な量いること、および表面近傍で実測結果が低いのの炭素が供給された場合には拡散が律速となは、前述の浸炭ガスの安全係数が大きかったたるために精度良く計算できることを示していめ、浸入炭素量が増えたためと考えられます。

ますが、逆に浸炭初期において炭化物が層を形将来的には真空浸炭シミュレーションによる成していない状態の浸入炭素量の計算精度がフィードフォワード制御とガスセンサーによ不十分なことを示しています。

るフィードバック制御を組み合わせることで

01.2

400 600
800 1,000
Process time（min）

900

Calculated Hardness

800

1.00.80.60.40.20.00.0

図129200

Observed Hardness

700

550Hv

600

Calculated
carbon proﬁleSub-Surface hardness

1.02.03.0
Depth from surface（mm）

500
4003004.0

計算事例 その１ リングのアセチレン浸炭

Ethylene Gas ﬂow pattern

800
700

050500100
150
200
Process time（min）

1.2
1.00.8900

図13700Observed Hardness

600

550Hv

0.40.00.0

800

Calculated Hardness

0.60.2

C2H 4 gas（arb.）

700

C2H2Gas ﬂow pattern

100

Heating pattern

900

Vickers Hardness（Hv）

800

Temperature（℃）

900

1,000

Carbon concentration（wt.%）

Heating pattern

302520151050C2H 2 gas（arb.）

1,000

Vickers Hardness（Hv）

Carbon concentration（wt.%）

Temperature（℃）

さらなる精度向上が図れると考えています。

Sub-Surface
Hardness
Calculated
carbon proﬁle1.02.0Depth from surface（mm）

500
4003003.0

計算事例 その２ 歯車のエチレン浸炭

図15は表面近傍（表面から2 ～ 3mm深さの）※高濃度浸炭窒化では表面に炭化物が析出し、硬度の計算結果と実測値の比較を示します。低窒化物も生成するため、本シミュレーターで炭素鋼から高炭素鋼まで円筒近似によって実使用しているマルテンサイト分率による硬度用的な精度が得られていることが分かります。本近似が成立しません。

シミュレーターで使用している硬度近似は800℃から400℃への冷却時間tcからマルテンサイト化率を求め、焼入れ硬度を推定しています。冷（焼遅れ時間や油種等の焼入れ条件）を含むため汎用性はありませんが、表面近傍硬度から冷却時間tcを逆算することによって異なる焼入れ条件についても硬度分布曲線を推定することができます。
図16に表面硬度の計算結果と実測値の比較結果を示します。高濃度浸炭窒化の結果を含んでいないため、図14、15と比べて測定点数は少なくなりますが、ほぼ±10％以内の精度で計算

600
Calculated sub-surface hardness（Hv）

却時間tcにはNACHIの真空浸炭装置固有の値

＋10%
500

ー10%

400

300

200200できることが分かります。

300400500

600

Observed sub-surface hardness
（Hv）

図15

900

＋10%

2.5

ー10%2.0
1.5
1.0
0.5

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

Calculated surface hardness（Hv）

Calculated ECD550（mm）

3.00.00.0

表面近傍硬度 計算結果と実測値の比較

800ー10%700

600500500

Observed ECD550（mm）

図14ECD深さ 計算結果と実測値の比較

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＋10%

Plotted data are only standard carburization

600

700

800

900

Observed surface hardness（Hv）

図16

表面硬度 計算結果と実測値の比較

107. おわりにガス浸炭に比べて真空浸炭はガスの流れのられます。それらの時代の変化に対応するため、影響が少なく、適切な拡散方程式と実効的な硬窒化や結晶粒度、組織などについても知見・適用度計算式を利用することで精度良く深さ分布例を増やし、実用的な真空熱処理シミュレーターを計算できることが分かりました。今後は高濃に発展させていきたいと思っています。

度浸炭窒化のような複雑な熱処理が増え、浸炭深さの推定がより一層困難になっていくと考え

用語解説

参考文献

※1 カーボンポテンシャル（CP）値とは
浸炭ガスの濃度と処理温度によって決まる鋼材の表面炭素濃度

1） NACHI TECHNICAL REPORT Vol.9（2005） D1※2 Acm線鋼の状態図において、オーステナイトからセメンタイトが析出する炭素濃度を表した線。

3） 森田敏之・井上幸一郎・羽生田智紀※3 共析点鋼の状態図において、オーステナイトからフェライトとセメンタイトが同時に析出する炭素濃度で、Fe-C状態図では0.77％

6） F. E. Harris：Metal Progress, 44, pp.265-272（1943）

2） 新・知りたい熱処理※4 有効硬化層深さ（ECD）
浸炭焼入れにおいて、焼入れのまま、または200℃を超えない温度で焼戻しした硬化層の表面から、ビッカース硬さ（550HV）の位置までの距離。
JIS G0557：2006

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.28A1

October / 2014〈発4） 原井 哲・村上 茂

不二越熱処理研究会著

P.1

P.197

電気製鋼77（2006）5

不二越技報 Vol.55（1999）No.2、P.17

5） 田中浩司・池畑秀哲・高宮宏之・水野浩行

鉄と鋼97（2011）P.32

7） 有本亨三 熱処理変形と残留応力©（2011）P.98
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