JP3226777B2 - 時効硬化鋼製品およびその表面処理方法 - Google Patents
時効硬化鋼製品およびその表面処理方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、時効硬化鋼の表面
にＰＶＤ被膜を強固に被着する方法ならびにそれから得
られた鋼製品に関する。
にＰＶＤ被膜を強固に被着する方法ならびにそれから得
られた鋼製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理は、真空槽内で、ターゲ
ット金属に電子線を照射して叩き出したターゲット金属
原子を前記ターゲット金属に対向して配置した被処理物
の表面に被着せしめる方法である。この処理において、
真空槽内に微量の窒素を介在させ、かつ、ターゲット金
属としてＴｉ等の硬質な窒化物を形成する物質を用いれ
ば、叩き出されたターゲット金属原子は窒化物となって
被処理物の表面に付着するので、被処理物の表面に硬質
な被膜を形成することができる。
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理は、真空槽内で、ターゲ
ット金属に電子線を照射して叩き出したターゲット金属
原子を前記ターゲット金属に対向して配置した被処理物
の表面に被着せしめる方法である。この処理において、
真空槽内に微量の窒素を介在させ、かつ、ターゲット金
属としてＴｉ等の硬質な窒化物を形成する物質を用いれ
ば、叩き出されたターゲット金属原子は窒化物となって
被処理物の表面に付着するので、被処理物の表面に硬質
な被膜を形成することができる。
【０００３】ＰＶＤ処理は、高温での化学反応を利用す
るＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ）処理に比べて低い温度で処理できるので、
熱による変形が少なく、高い寸法精度を要する製品の表
面硬化処理方法として使用されている。一方、時効硬化
鋼は、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ６３１、マルエージング鋼
等のようにＣｕ、Ｍｏ、Ａｌ等の時効硬化性元素を含む
鋼で、固溶化熱処理によって時効硬化性元素をマトリッ
クスに固溶し、時効硬化処理を行うことにより硬度を高
めることができる鋼である。
るＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ）処理に比べて低い温度で処理できるので、
熱による変形が少なく、高い寸法精度を要する製品の表
面硬化処理方法として使用されている。一方、時効硬化
鋼は、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ６３１、マルエージング鋼
等のようにＣｕ、Ｍｏ、Ａｌ等の時効硬化性元素を含む
鋼で、固溶化熱処理によって時効硬化性元素をマトリッ
クスに固溶し、時効硬化処理を行うことにより硬度を高
めることができる鋼である。
【０００４】時効硬化鋼は、固溶化処理状態では比較的
硬度が低いので、冷間成形、切削加工などの加工が容易
であり、また、時効硬化処理は５００℃附近の比較的低
い温度における加熱によって高い硬度が得られる。時効
硬化鋼にＰＶＤ処理を施せば、時効硬化鋼の優れた加工
性、高硬度が利用できるうえ、さらに、寸法精度を損う
ことなく高い表面硬度を備える製品をうることができる
ので、時効硬化鋼製品、たとえば複雑な形状をもつ金型
や、耐摩耗性を要する軸部品、軸受部品、高強度ボルト
などとして利用される。
硬度が低いので、冷間成形、切削加工などの加工が容易
であり、また、時効硬化処理は５００℃附近の比較的低
い温度における加熱によって高い硬度が得られる。時効
硬化鋼にＰＶＤ処理を施せば、時効硬化鋼の優れた加工
性、高硬度が利用できるうえ、さらに、寸法精度を損う
ことなく高い表面硬度を備える製品をうることができる
ので、時効硬化鋼製品、たとえば複雑な形状をもつ金型
や、耐摩耗性を要する軸部品、軸受部品、高強度ボルト
などとして利用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、時効
硬化鋼にＰＶＤ処理を施す場合、時効硬化鋼に固溶化処
理、時効硬化処理を施して所要の材料硬度に調整した
後、ＰＶＤ処理を行って表層部に硬質被膜を形成するこ
とが行われている。しかし、この方法によると、しばし
ば使用中に硬質被膜の剥離が生じ、そのため製品の使用
寿命が短縮するという問題があった。
硬化鋼にＰＶＤ処理を施す場合、時効硬化鋼に固溶化処
理、時効硬化処理を施して所要の材料硬度に調整した
後、ＰＶＤ処理を行って表層部に硬質被膜を形成するこ
とが行われている。しかし、この方法によると、しばし
ば使用中に硬質被膜の剥離が生じ、そのため製品の使用
寿命が短縮するという問題があった。
【０００６】本発明は、上記の現状に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、ＰＶＤ処理によって時
効硬化鋼製品の表面に密着性に優れ、剥離し難い硬質被
膜を形成する方法を提供することにある。
ので、その目的とするところは、ＰＶＤ処理によって時
効硬化鋼製品の表面に密着性に優れ、剥離し難い硬質被
膜を形成する方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の時効硬化鋼製品の表面処理方法は、 （１）時効硬化鋼製品の製造において、時効硬化鋼を固
溶化熱処理し、次いでＰＶＤ処理し、その後前記ＰＶＤ
処理の処理温度より高い温度３００℃から６５０℃の範
囲内で時効硬化処理することを特徴とする。
に、本発明の時効硬化鋼製品の表面処理方法は、 （１）時効硬化鋼製品の製造において、時効硬化鋼を固
溶化熱処理し、次いでＰＶＤ処理し、その後前記ＰＶＤ
処理の処理温度より高い温度３００℃から６５０℃の範
囲内で時効硬化処理することを特徴とする。
【０００８】また、本発明の時効硬化鋼製品は、 （２）時効硬化鋼を固溶化熱処理し、次いでＰＶＤ処理
し、その後前記ＰＶＤ処理の処理温度より高い温度３０
０℃から６５０℃の範囲内で時効硬化処理することによ
って、表面にＰＶＤ被膜を被着したことを特徴とする。
時効硬化鋼製晶とは、たとえば金型や軸部品、軸受部
品、高強度ボルトなどである。
し、その後前記ＰＶＤ処理の処理温度より高い温度３０
０℃から６５０℃の範囲内で時効硬化処理することによ
って、表面にＰＶＤ被膜を被着したことを特徴とする。
時効硬化鋼製晶とは、たとえば金型や軸部品、軸受部
品、高強度ボルトなどである。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明において、時効硬化鋼は、
鉄基合金であって固溶化熱処理後、好ましくは３００〜
６５０℃で加熱することによって時効硬化するものとす
る。固溶化熱処理は、時効硬化処理によって時効硬化の
原因となる元素をマトリックスに固溶させる処理であっ
て、時効硬化処理によって時効硬化鋼を時効硬化させる
ために行う。また、この処理によって、時効硬化鋼の硬
度が低下し、冷間成形、切削加工などの成形作業が容易
になる。
鉄基合金であって固溶化熱処理後、好ましくは３００〜
６５０℃で加熱することによって時効硬化するものとす
る。固溶化熱処理は、時効硬化処理によって時効硬化の
原因となる元素をマトリックスに固溶させる処理であっ
て、時効硬化処理によって時効硬化鋼を時効硬化させる
ために行う。また、この処理によって、時効硬化鋼の硬
度が低下し、冷間成形、切削加工などの成形作業が容易
になる。
【００１０】ＰＶＤ処理は時効硬化鋼の表面に硬質な被
膜を形成するために行う。表面に形成する被膜の種類に
よって、表面の硬度を高めることによる耐摩耗性の改
善、耐食性の改善等の時効硬化鋼製品の表面品質の改善
を行うことができる。形成するＰＶＤ被膜と時効硬化鋼
表面との密着性を向上するために、ＰＶＤ処理におい
て、被処理物である時効硬化鋼を加熱することが行われ
るが、本発明の方法においては、前記加熱の温度は、少
なくとも以後に行う時効硬化処理の加熱温度未満とし、
好ましくは時効硬化処理温度より２０℃以上低い温度と
する。なお、ＰＶＤ処理における加熱によって、鋼にあ
る程度の時効硬化が生じるが、これは本発明の効果を妨
げるものではない。
膜を形成するために行う。表面に形成する被膜の種類に
よって、表面の硬度を高めることによる耐摩耗性の改
善、耐食性の改善等の時効硬化鋼製品の表面品質の改善
を行うことができる。形成するＰＶＤ被膜と時効硬化鋼
表面との密着性を向上するために、ＰＶＤ処理におい
て、被処理物である時効硬化鋼を加熱することが行われ
るが、本発明の方法においては、前記加熱の温度は、少
なくとも以後に行う時効硬化処理の加熱温度未満とし、
好ましくは時効硬化処理温度より２０℃以上低い温度と
する。なお、ＰＶＤ処理における加熱によって、鋼にあ
る程度の時効硬化が生じるが、これは本発明の効果を妨
げるものではない。
【００１１】時効硬化処理はＰＶＤ処理の後に行う。時
効硬化処理の加熱温度は３００〜６５０℃が好ましい。
前記温度で加熱することにより時効硬化鋼は硬化すると
ともに、等方的に収縮する。時効硬化鋼の収縮によっ
て、時効硬化鋼の表面に形成されていたＰＶＤ被膜には
圧縮残留応力が作用し、ＰＶＤ被膜の剥離を防止する。
時効硬化処理の加熱温度が３００℃未満であると所要の
硬度に達するのに長時間を要するとともに、前記圧縮応
力の生成が過小なためＰＶＤ被膜の剥離を防止できな
い。また、６５０℃を超える温度では短時間で過時効と
なり高い硬度が得られないうえ、形成されたＰＶＤ被膜
の特性が損われてしまう。
効硬化処理の加熱温度は３００〜６５０℃が好ましい。
前記温度で加熱することにより時効硬化鋼は硬化すると
ともに、等方的に収縮する。時効硬化鋼の収縮によっ
て、時効硬化鋼の表面に形成されていたＰＶＤ被膜には
圧縮残留応力が作用し、ＰＶＤ被膜の剥離を防止する。
時効硬化処理の加熱温度が３００℃未満であると所要の
硬度に達するのに長時間を要するとともに、前記圧縮応
力の生成が過小なためＰＶＤ被膜の剥離を防止できな
い。また、６５０℃を超える温度では短時間で過時効と
なり高い硬度が得られないうえ、形成されたＰＶＤ被膜
の特性が損われてしまう。
【００１２】本発明の時効硬化鋼製品は、熱処理歪が小
さく、かつ、表面に硬質のＰＶＤ被膜を被着しており、
耐摩耗性に優れるので、たとえば精密を要する金型に適
用して好適である。また、熱処理歪が小さく、かつ、表
面に硬質のＰＶＤ被膜を被着しているので歪が小さく耐
摩耗性を要する精密軸類、長尺ねじ棒、軸受部品等とし
ても好適である。
さく、かつ、表面に硬質のＰＶＤ被膜を被着しており、
耐摩耗性に優れるので、たとえば精密を要する金型に適
用して好適である。また、熱処理歪が小さく、かつ、表
面に硬質のＰＶＤ被膜を被着しているので歪が小さく耐
摩耗性を要する精密軸類、長尺ねじ棒、軸受部品等とし
ても好適である。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。実
験に供した時効硬化鋼の化学組成を表１に示す。表１に
示す鋼に対して表２に示す固溶化熱処理を施し、平行部
直径８ｍｍの平滑回転曲げ疲労試験片に加工した。前記
の固溶化熱処理状態の疲労試験片に、表２に示す温度、
時間条件でＰＶＤ処理を行った。ＰＶＤ処理は、ターゲ
ット物質としてＴｉを用いて希薄な窒素雰囲気で行っ
た。次いで、表２に示す条件で時効硬化処理を行って試
験に供した。
験に供した時効硬化鋼の化学組成を表１に示す。表１に
示す鋼に対して表２に示す固溶化熱処理を施し、平行部
直径８ｍｍの平滑回転曲げ疲労試験片に加工した。前記
の固溶化熱処理状態の疲労試験片に、表２に示す温度、
時間条件でＰＶＤ処理を行った。ＰＶＤ処理は、ターゲ
ット物質としてＴｉを用いて希薄な窒素雰囲気で行っ
た。次いで、表２に示す条件で時効硬化処理を行って試
験に供した。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】比較例として、８３０℃×１ｈｒ空冷の固
溶化熱処理を施した鋼１によって前記同様の疲労試験片
を作成し、これに４８０℃×５ｈｒ空冷の時効硬化処理
行い、次いで、４６０℃×５ｈｒのＰＶＤ処理を行って
試験に供した。ＰＶＤ処理は、実施例と同様に、ターゲ
ット物質としてＴｉを用いて希薄な窒素雰囲気で行っ
た。
溶化熱処理を施した鋼１によって前記同様の疲労試験片
を作成し、これに４８０℃×５ｈｒ空冷の時効硬化処理
行い、次いで、４６０℃×５ｈｒのＰＶＤ処理を行って
試験に供した。ＰＶＤ処理は、実施例と同様に、ターゲ
ット物質としてＴｉを用いて希薄な窒素雰囲気で行っ
た。
【００１７】疲労試験片の掴み部横断面について心部硬
度を測定した。また、疲労試験片の掴み部表面について
表面硬度を測定した。疲労試験片の平行部表面について
表面残留応力、耐剥離性を測定した。表面残留応力はＸ
線残留応力測定装置を用いて行った。また、耐剥離性は
スクラッチ試験を行い、ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ）発生強度によって判定した。疲労強度
は、疲労試験片の平行部に４９０〜１２８０ＭＰａの表
皮曲げ応力を負荷して回転曲げ疲労試験を行い、破断ま
での回転数を測定した。それらの測定結果を表３に示
す。耐剥離性および疲労強度については、比較例の値を
１として実施例の強度比を示した。
度を測定した。また、疲労試験片の掴み部表面について
表面硬度を測定した。疲労試験片の平行部表面について
表面残留応力、耐剥離性を測定した。表面残留応力はＸ
線残留応力測定装置を用いて行った。また、耐剥離性は
スクラッチ試験を行い、ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ）発生強度によって判定した。疲労強度
は、疲労試験片の平行部に４９０〜１２８０ＭＰａの表
皮曲げ応力を負荷して回転曲げ疲労試験を行い、破断ま
での回転数を測定した。それらの測定結果を表３に示
す。耐剥離性および疲労強度については、比較例の値を
１として実施例の強度比を示した。
【００１８】
【表３】
【００１９】表３によれば、比較例においては表皮残留
応力が引張残留応力（＋）であるのに対して、本発明の
実施例では表皮残留応力が圧縮残留応力（−）である
か、または引張残留応力であっても比較例に比べて著し
く小さい。本発明の実施例は、いづれも耐剥離性、疲労
強度において比較例に比べて優れている。鋼１に、８３
０℃×１ｈｒ空冷の固溶化熱処理を施し、切削加工によ
ってプラスチック射出成形用金型を作成した。これに４
６０℃×４ｈｒのＰＶＤ処理を行って、金型キャビティ
部にＴｉＮ被膜を形成した。次いで、窒素中で４８０℃
×１．５ｈｒ加熱放冷の時効硬化処理を行った。前記金
型をプラスチック射出成形機に装着してプラスチック射
出成形加工を行った結果、ＴｉＮ被膜が剥離することな
く優れた金型寿命を示した。
応力が引張残留応力（＋）であるのに対して、本発明の
実施例では表皮残留応力が圧縮残留応力（−）である
か、または引張残留応力であっても比較例に比べて著し
く小さい。本発明の実施例は、いづれも耐剥離性、疲労
強度において比較例に比べて優れている。鋼１に、８３
０℃×１ｈｒ空冷の固溶化熱処理を施し、切削加工によ
ってプラスチック射出成形用金型を作成した。これに４
６０℃×４ｈｒのＰＶＤ処理を行って、金型キャビティ
部にＴｉＮ被膜を形成した。次いで、窒素中で４８０℃
×１．５ｈｒ加熱放冷の時効硬化処理を行った。前記金
型をプラスチック射出成形機に装着してプラスチック射
出成形加工を行った結果、ＴｉＮ被膜が剥離することな
く優れた金型寿命を示した。
【００２０】鋼１に、８３０℃×１ｈｒ空冷の固溶化熱
処理を施し、冷間圧造によってＭ１２六角ボルトに成形
した。これに４５０℃×４ｈｒのＰＶＤ処理をおこなっ
て表面にＴｉＮ被膜を形成した。次いで、窒素中で５０
０℃×１．５ｈｒ加熱放冷の時効硬化処理を行った結
果、締めつけによって表面のＴｉＮ被膜が剥離すること
のない高強度ボルトが得られた。
処理を施し、冷間圧造によってＭ１２六角ボルトに成形
した。これに４５０℃×４ｈｒのＰＶＤ処理をおこなっ
て表面にＴｉＮ被膜を形成した。次いで、窒素中で５０
０℃×１．５ｈｒ加熱放冷の時効硬化処理を行った結
果、締めつけによって表面のＴｉＮ被膜が剥離すること
のない高強度ボルトが得られた。
【００２１】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ＰＶＤ
処理によって時効硬化鋼製品の表面に密着性に優れ、剥
離し難い硬質被膜を形成する方法を提供することができ
る。本発明の時効硬化鋼製品は、硬質被膜が剥離し難い
ので耐摩耗性に優れ、疲労強度も高いので、たとえば金
型に適用した場合、長寿命の金型を得ることができる。
また、本発明の時効硬化鋼製品は高い表面硬度と高い疲
労強度を有するので、耐摩耗性を要する軸部品、軸受部
品、高強度ボルト等に適用しても優れた特性を発揮す
る。
処理によって時効硬化鋼製品の表面に密着性に優れ、剥
離し難い硬質被膜を形成する方法を提供することができ
る。本発明の時効硬化鋼製品は、硬質被膜が剥離し難い
ので耐摩耗性に優れ、疲労強度も高いので、たとえば金
型に適用した場合、長寿命の金型を得ることができる。
また、本発明の時効硬化鋼製品は高い表面硬度と高い疲
労強度を有するので、耐摩耗性を要する軸部品、軸受部
品、高強度ボルト等に適用しても優れた特性を発揮す
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−64024（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−125642（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−68458（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 C21D 6/00
Claims (2)
- 【請求項１】 時効硬化鋼製品の製造において、時効硬
化鋼を固溶化熱処理し、次いでＰＶＤ処理し、その後前
記ＰＶＤ処理の処理温度より高い温度３００℃から６５
０℃の範囲内で時効硬化処理することを特徴とする時効
硬化鋼製品の表面処理方法。 - 【請求項２】 時効硬化鋼を固溶化熱処理し、次いでＰ
ＶＤ処理し、その後前記ＰＶＤ処理の処理温度より高い
温度３００℃から６５０℃の範囲内で時効硬化処理する
ことによって、表面にＰＶＤ被膜を被着したことを特徴
とする時効硬化鋼製品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34316695A JP3226777B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 時効硬化鋼製品およびその表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34316695A JP3226777B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 時効硬化鋼製品およびその表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09184071A JPH09184071A (ja) | 1997-07-15 |
| JP3226777B2 true JP3226777B2 (ja) | 2001-11-05 |
Family
ID=18359426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34316695A Expired - Fee Related JP3226777B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 時効硬化鋼製品およびその表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3226777B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110484861B (zh) * | 2019-08-09 | 2021-03-12 | 广东工业大学 | 一种镁合金材料及镁合金固溶处理+pvd涂层同步强化方法 |
| CN110438421B (zh) * | 2019-08-09 | 2020-10-09 | 广东工业大学 | 一种铝合金材料及铝合金固溶处理+pvd涂层同步强化方法 |
| CN116240485A (zh) * | 2023-03-18 | 2023-06-09 | 营口理工学院 | 一种提高搅拌摩擦焊搅拌头耐高温摩擦磨损性能的方法 |
-
1995
- 1995-12-28 JP JP34316695A patent/JP3226777B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09184071A (ja) | 1997-07-15 |
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