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JP3996482B2 - Vacuum carburizing method - Google Patents
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Description

【発明の属する技術分野】
本発明は鉄系のワークに対して減圧雰囲気において浸炭を行う真空浸炭方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、減圧雰囲気及び浸炭可能温度以上の高温(930〜980℃)に保持される炉内に、浸炭性のガスを導入して炉内のワークに対して浸炭処理を実行し、その後、炉内を排気して減圧雰囲気において加熱することにより炉内のワークに対して拡散処理を実行する真空浸炭方法が開示されている(特開平06−172960号公報、特開2000−303160号公報)。
【0003】
ガス浸炭は、RXガスをキャリアガスとして、これにプロパン(C)やブタン(C10)をエンリッチガスとして添加し、カーボンポテンシャル(Cp値)を調整しながら、浸炭を行う方法である。この場合、Boudouard反応によるCOガスが浸炭に寄与する。カーボンポテンシャル(Cp値)は、ガスとワークのオーステナイト炭素濃度との平衡関係を示すものであり、例えば、0.8質量%のカーボンポテンシャル(Cp値)のガス中にワークを高温に長時間放置すると、ワークの元の炭素濃度にかかわらず、ワークの炭素濃度は基本的には0.8質量%となる。
【0004】
このようなガス浸炭では、ガス組成を調整してカーボンポテンシャル(Cp値)を制御しながら浸炭を行うことができるため、ワークの平面部及び角部は浸炭深さが相違するものの、炭素濃度は基本的には同一となる。但し、このようなガス浸炭では、浸炭速度が遅いため、必要な有効硬さ深さを得る生産時間としてはかなり長くなる不具合があり、生産性の面では必ずしも充分ではない。
【0005】
これに対して上記した真空浸炭方法は、キャリアガスを用いることなく、炉内を減圧状態とした状態で浸炭性のガス(一般的には、アセチレンやエチレン等の炭化水素系ガス)を炉内に導入するものである。この場合、炭化水素系ガスが直接分解して生成された炭素がワークの内部に進入し、浸炭が行われると言われている。
【0006】
【特許文献1】
特開平06−172960号公報
【特許文献2】
特開2000−303160号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記した真空浸炭方法によれば、カーボンポテンシャル(Cp値)を制御しながら浸炭を行うガス浸炭に比較して、カーボンポテンシャル(Cp値)の制御を行わないため(行うことができないため)、ワークの平面部よりもワークの角部に多量のセメンタイトが過剰に残留する傾向がある。ワークの角部は、単位体積当たりの表出面積が平面部よりも大きいため、炭素の浸透量が高いためである。このようにセメンタイトが過剰に残留すると、ワークの高品質化に限界がある。
【0008】
上記した公報技術によれば、浸炭処理のワークを高い真空度で加熱保持して拡散処理したとしても、ワークの角部にはセメンタイトが多量に存在するため、ワークの角部には未固溶のセメンタイトが残留してしまう。
【0009】
本発明は上記した実情に鑑みなされたものであり、生産時間の短縮を図りつつ、ワークの角部におけるセメンタイトを低減または除去できる真空浸炭方法を提供することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る真空浸炭方法は、減圧雰囲気及び浸炭可能温度以上の高温に保持される炉内に浸炭性ガスを導入して炉内のワークに対して浸炭処理を実行し、
その後、炉内を排気して減圧雰囲気において加熱保持することにより炉内のワークに対して拡散処理を実行する真空浸炭方法において、
拡散処理のうちの少なくとも初期において、脱炭性ガスを炉内に導入して炉内のワークの表面に脱炭処理を行い、ワークの表面のセメンタイトを減少または除去する真空浸炭方法であって、
脱炭処理は、脱炭性ガスが存在している状態で行われ脱炭条件が相対的に強い強脱炭処理と、強脱炭処理後に行われ且つ脱炭性ガスが存在している状態で行われ脱炭条件が強脱炭処理よりも相対的に弱い弱脱炭処理との組み合わせで構成されており、
脱炭処理のうち弱脱炭処理は、脱炭性ガスである二酸化炭素ガスと浸炭性ガスであるプロパンガスとを含む混合ガスで、過剰の脱炭部分について炭素濃度を増加できるように脱炭作用を抑制しつつ実行されることを特徴とするものである。
【0011】
本発明に係る真空浸炭方法によれば、減圧雰囲気及び浸炭可能温度以上の高温に保持される炉内に浸炭性ガスを導入し、炉内のワークに対して浸炭処理を実行する。このためガス浸炭に比較して、短時間のうちにワークの表面に多量の炭素が浸透し、鉄炭化物であるセメンタイトが多量に生成される。この場合、一般的には、ワークの角部ばかりでなく、ワークの平面部にも鉄炭化物であるセメンタイトが多量に生成される。炭化水素系ガスが直接分解して生成された炭素がワークの内部に浸透するためであると考えられている。なお、浸炭処理直後(拡散処理前)のワークの角部の表面の炭素濃度としては、1.0質量%以上、場合によっては1.5質量%以上、2.0質量%以上とすることができる。
【0012】
本発明に係る真空浸炭方法によれば、拡散処理のうちの少なくとも初期において、脱炭性ガスを炉内に導入して炉内のワークの表面に対して脱炭処理を行なう。これによりワークの表面のセメンタイトの分解で生成された炭素は、炉内の脱炭性ガスにより脱炭されて減少または除去する。セメンタイトの分解で生成された炭素は、COガスとなり、脱炭されると考えられている。この結果、セメンタイトの分解で生成された炭素は、特にワークの角部に存在する炭素は、炉内の脱炭性ガスにより脱炭されて減少または除去される。
脱炭処理は、脱炭性ガスが存在している状態で行われ脱炭条件が相対的に強い強脱炭処理と、強脱炭処理後に行われ且つ脱炭性ガスが存在している状態で行われ脱炭条件が強脱炭処理よりも相対的に弱い弱脱炭処理との組み合わせで構成されており、脱炭処理のうち弱脱炭処理は、脱炭性ガスである二酸化炭素ガスと浸炭性ガスであるプロパンガスとを含む混合ガスで脱炭作用を抑制しつつ実行される
【0013】
ワークの角部はワークの平面部に比較して体積当たりの表出面積が大きいため、浸炭処理のとき炭素の浸透量も多くなり、過剰浸炭されるが、脱炭処理においても、炭素の脱炭量は多くなり、多量に脱炭される傾向がある。
【0014】
上記のような脱炭処理が終了すれば、脱炭性ガスを炉内から排気し、加熱保持によりワークに対して拡散処理を行う。これによりワークの表面に存在する炭素が内部に拡散し、焼き入れ後に有効硬化深さが確保される。
【0015】
本発明に係る真空浸炭方法によれば、浸炭処理でワークに対して炭素を過剰に浸透させて過剰浸炭を行い、その後に多量に脱炭させるため、ガス浸炭に比較して有効硬化深さを得るための生産時間を短くすることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明方法によれば、拡散処理のうちの少なくとも初期において、脱炭性ガスを炉内に導入して炉内のワークの表面に脱炭処理を行なう。脱炭処理としては、拡散処理のうちの初期だけおこなっても良いし、拡散処理の全部の間あるいは大部分の間、あるいは間欠的に、脱炭性ガスを炉内に導入して脱炭処理を行っても良い。
【0017】
本発明方法に係る鉄系のワークとしては、浸炭処理前の炭素含有量としては0.7質量%以下のものを採用でき、一般的には0.05〜0.5質量%、0.1〜0.4質量%、0.1〜0.3質量%とすることができる。ワークには他の合金元素(クロム、シリコン、マンガン、アルミニウム、バナジウム、タングステン、ニッケル等のうちの少なくとも1種)を含むことができる。
【0018】
本発明方法を実施した後のワークの表面の炭素濃度としては、共析鋼組成とすることができるが、場合によっては亜共析鋼組成、過共析鋼組成とすることもできる。共析鋼組成は一般的には炭素濃度は0.8質量%と言われている。従って、本発明方法を実施した後のワークの表面の炭素濃度としては、0.5〜1.3質量%とすることができ、0.6〜1.1質量%、0.7〜0.9質量%とすることができる。
【0019】
本発明方法によれば、浸炭処理の際に浸炭性ガスとして炉内に導入するガスとしては、一般的には、炭化水素系のガス、メタノールガス等を採用できる。炭化水素系のガスとしてはアセチレンガス、エチレンガス、プロパンガス、メタンガス等を例示できる。脱炭処理の際に脱炭性ガスとして炉内に導入するガスとしては、一般的には酸素、空気(酸素を含む)、水蒸気、COガスを採用できる。
【0020】
本発明方法によれば、浸炭処理における炉内圧力(絶対圧力)としては、真空浸炭できる圧力であれば良いが、低すぎると、浸炭が充分でなくなり、高すぎるとセメンタイトが過剰になる。そこで浸炭処理における炉内圧力(絶対圧力)としては、一般的には、0.01〜40KPa、1〜20KPa、殊に1〜10KPaを採用できる。
【0021】
脱炭処理における炉内圧力(絶対圧力)としては、脱炭できる圧力であれば良いが、低すぎると、脱炭時間が長くなると共に脱炭が充分でなくなり、高すぎるとワークの炭素濃度が必要以上に低下したり、粒界酸化が過剰となり、他の合金元素が過剰に酸化されてしまう。そこで脱炭処理における炉内圧力(絶対圧力)としては、一般的には、0.5〜100KPa、1〜80KPa、殊に2〜60KPaを採用できる。
【0022】
本発明方法によれば、脱炭処理における炉内圧力(減圧度)を例えば40KPa以下に設定する形態を例示できる。これにより脱炭処理における脱炭性ガスの割合を減少させ得るため、脱炭能はやや低下することがあるものの、ワークにおける粒界酸化を抑制でき、ワークに含まれている合金元素(クロム、シリコン、マンガン、アルミニウム等のうちの少なくとも1種)の酸化を抑制できる。
【0023】
拡散処理(脱炭処理の期間を含まず)における炉内圧力(絶対圧力)としては、減圧雰囲気で拡散処理する場合には、一般的には、20KPa以下、7KPa以下、1KPa以下を採用でき、また、20Pa以下、10Pa以下、0.01Pa以上を採用でき、不活性ガス雰囲気で拡散処理する場合には、大気圧でも良い。
【0024】
本発明方法によれば、浸炭処理を実行した後に、初期における脱炭処理を含む拡散処理を実行する処理を第1サイクルとし、この第1サイクルを複数回連続的に繰り返す工程を含む形態を例示することができる。この場合、第1サイクルを複数回連続的に繰り返すため、浸炭処理の1回あたりの時間、初期における脱炭処理の1回当たりの時間を短くする。これはパルス浸炭の改良として位置づけることができる。この場合、浸炭処理を行ったとしても、ワークに生成されるセメンタイトの量を抑えることができる利点が得られる。このように浸炭処理においてセメンタイトの量を抑えた状態で、脱炭を行うため、セメンタイトの残留は一層抑えられる。第1サイクルを複数回を繰り替えす回数としては、ワークによっても異なるものの、2〜100回、2〜15回、または、2〜10回とすることができる。
【0025】
また本発明方法によれば、前記浸炭処理を実行し、前記初期における脱炭処理を含む拡散処理を実行するサイクルを第1サイクルとし、且つ、前記浸炭処理を実行し、前記脱炭処理を含まない拡散処理を実行するサイクルを第2サイクルとしたとき、前記第1サイクルを複数回連続的に繰り返し、前記第1サイクルの繰り返しの終了後、前記第2サイクルを実行する工程を含む形態を採用できる。
【0026】
あるいは本発明方法によれば、前記浸炭処理を実行し、前記初期における脱炭処理を含む拡散処理を実行するサイクルを第1サイクルとし、且つ、前記浸炭処理を実行し、前記脱炭処理を含まない拡散処理を実行するサイクルを第2サイクルとしたとき、前記複数回の第1サイクルを連続的に繰り返した後、前記複数回の第1サイクルの繰り返し途中において前記第1サイクルと前記第1サイクルとの間において、前記第2サイクルを実行する工程を含む形態を採用できる。この場合、第2サイクルは、第1サイクルの繰り返し数をNとしたとき、N/3以降、N/2以降の後半期に行うことが好ましい。粒界酸化を解消または低減させるためである。 上記した場合、第1サイクルの脱炭処理時に発生した僅かの粒界酸化を第2サイクルによって還元でき、粒界酸化を解消または低減させるのに有利となる。例えば、1000℃×3Pa中の雰囲気であれば、Crの酸化物も還元される。
【0027】
換言すると、上記した場合、粒界酸化を解消させるのに有利な第2サイクルとしては、第1サイクルを少なくとも1回実行した後に行うことが必要である。ここで、第1サイクルを複数回実行した後に、第1サイクルの後で第2サイクルを少なくとも1回以上実行する形態を採用することができる。このように粒界酸化の解消または低減に有利な第2サイクルを最後の側に実行した方が、粒界酸化の解消または低減に有利である。また第1サイクルを複数回繰り返して実行する場合、第2サイクルとしては、前記したように第1サイクルと第1サイクルとの間に実行しても良い。
【0028】
本発明方法によれば、ワークの温度としては、ワークの材質、要請される特性、浸炭性ガスの組成、脱炭性ガスの組成等によっても相違するものの、浸炭処理において一般的には880〜1150℃、900〜1100℃、900〜1050℃、または930〜1050℃を採用できる。ガス浸炭における浸炭温度よりも高温側とすることができるが、場合によってはガス浸炭と同程度、あるいは低めでも良い。脱炭処理の温度については、一般的には880〜1150℃、900〜1100℃、900〜1050℃、または930〜1050℃を採用できる。拡散処理(脱炭処理を含まず)の温度については、一般的には880〜1150℃、900〜1100℃、900〜1050℃、または930〜1050℃を採用できる。浸炭処理、脱炭処理、拡散処理(脱炭処理を含まず)においては、ワークの温度を基本的には同一としても良いと、それぞれ異ならせても良い。
【0029】
本発明方法によれば、脱炭処理は、脱炭能力が相対的に強い強脱炭処理と、強脱炭処理後に行われ脱炭能力が強脱炭処理よりも相対的に弱い弱脱炭処理との組み合わせで構成されている形態を採用する。強脱炭処理のみであれば、脱炭能力が相対的に強いため、ワークの角部の表面に多量に存在するセメンタイトを良好に低減、除去できるものの、ワークの平面部の表面の炭素濃度の低下が大きくなり、場合によってはワークの平面部の表面の炭素濃度を必要以上に低下させてしまうおそれがある。これに対して弱脱炭処理のみであれば、脱炭能力が相対的に弱いため、ワークの平面部の表面の炭素濃度を確保できるものの、ワークの角部の表面のセメンタイトの除去能力が低下するおそれがある。
【0030】
そこで、脱炭処理として、前述したように、脱炭能力が相対的に強い強脱炭処理を実行した後に、強脱炭処理よりも脱炭能力が相対的に弱い弱脱炭処理を実行することにすれば、ワークの平面部の表面の炭素濃度の低下を抑制しつつ、ワークの角部の表面のセメンタイトの除去能力を確保することができる。強脱炭処理は、脱炭性ガスを炉内に導入して脱炭期の炉内圧力を6KPaを越える形態を採用でき、殊に、脱炭性ガスを単独(浸炭性ガスを含まない)で炉内に導入して脱炭期の炉内圧力を6KPaを越える形態を採用できる。弱脱炭処理は、浸炭性ガスと脱炭性ガスとを混合して炉内に導入する形態を採用する。強脱炭処理及び弱脱炭処理で同一の脱炭性ガスを炉内に導入する場合には、弱脱炭処理における脱炭性ガスの分圧としては、強脱炭処理に比較して1/15〜1/2の範囲内、あるいは、1/10〜1/3の範囲内とすることができる。
【0031】
弱脱炭処理における脱炭温度としては強脱炭処理の脱炭温度と同一でも良いし、強脱炭処理の脱炭温度よりも相対的に低めでも良い。故に、強脱炭処理の温度は880〜1150℃、または、900〜1100℃を例示でき、弱脱炭処理の温度は870〜1150℃、または、890〜1100℃を例示することができるが、これに限定されるものではない。強脱炭処理の時間としては5〜700分、弱脱炭処理の時間は3〜500分を例示することができるが、脱炭条件によっても相違するため、これに限定されるものではないことは勿論である。
【0032】
本発明方法によれば、脱炭処理のうちの弱脱炭処理は、脱炭性ガスと浸炭性ガスとを含む混合ガスで脱炭作用を抑制しつつ脱炭処理を実行する形態を採用する。この場合、後述の実施例で示すように、浸炭によりワークの角部に過剰のセメンタイトが生成し、ワークの平面部の表面の炭素濃度とワークの角部の表面の炭素濃度との差が大きくなったとしても、脱炭処理により、ワークの平面部の表面の炭素濃度とワークの角部の表面の炭素濃度とを近づけることができる利点が得られる。即ち、浸炭によりワークの平面部の表面の炭素濃度とワークの角部の表面の炭素濃度との差が大きくなったとしても、脱炭処理によりワークの平面部の表面の炭素濃度とワークの角部の表面の炭素濃度とを目標炭素濃度にそれぞれ近づけることができる利点が得られる。脱炭性ガスとしては二酸化炭素ガス及び浸炭性ガスとしてはプロパンガスを採用する。この場合においても、脱炭処理は、脱炭能力が相対的に強い強脱炭処理を実行した直後に、強脱炭処理よりも脱炭能力が相対的に弱い弱脱炭処理を、脱炭性ガスと浸炭性ガスとを含む混合ガスを用いて実行する。なお、二酸化酸素ガス(COで形成される脱炭性ガスと、プロパンガス(Cで形成される浸炭性ガスとの混合ガスを用いるときには、その混合比としては、体積比で、脱炭性ガス:浸炭性ガス=(20〜2):1、あるいは、(10〜4):1とすることができる。
【0033】
なお本発明方法によれば、浸炭処理、脱炭処理を含む拡散処理を実行した後に、焼き入れ処理するのが一般的であるが、場合によっては焼き入れ処理せずとも良い。なお焼き入れ処理は、水焼き入れ、油焼き入れ、場合によってはダイクエンチ等を採用できる。焼き入れ処理前にワークを均熱処理する場合には、均熱処理の温度としては780〜1100℃を採用できるが、これに限定されるものではない。
【0034】
【実施例】
以下、本発明の実施例について参考例および比較例と共に具体的に説明する。
【0035】
(真空浸炭)
本実施例によれば、減圧雰囲気及び浸炭可能温度以上の高温に保持した炉を用いる。炉内には鉄系のワークが装入されている。図1は炉200を模式化したものであり、真空ポンプ300が接続されている。100はワークの平面部を示し、102はワークの角部を示す。角部102は体積当たりの表出面積が大きいため、浸炭量、脱炭量が大きいものである。浸炭処理前のワークの炭素含有量は0.2質量%である。本実施例で用いるワークの材質はJIS−SCM420相当材であり、Fe−C−Cr−Mo系であり、基本的な組成は、Crを1質量%、Moを0.23質量%、Mnを0.7質量%含む。
【0036】
図2は条件2〜条件6の温度変化を模式化したものである。この場合、所定の温度に加熱されている炉内に炭化水素系ガスの浸炭性ガス(アセチレンガス)を導入し、炉内圧力を所定圧力にした後に、炉内の鉄系のワークに対して浸炭処理を実行した。その後、炉内を排気して炉内を減圧雰囲気とし、減圧雰囲気において加熱することにより、炉内のワークに対して拡散処理を実行した。
【0037】
記した拡散処理のうちの初期において、脱炭性ガスを炉内に導入して炉内のワークの表面に対して脱炭処理を行い、ワークの表面のセメンタイトを減少または除去した。脱炭性ガスとして炉内に装入するガスとして空気を採用した。そして脱炭処理を含む拡散処理を行った後に、図2に示すように、850℃で均熱処理を30分行い、油焼き入れを行った。本実施例に係る製造方法を実施したワーク(焼き入れ後)の有効硬化深さ(ビッカース硬度Hv513までの表面深さ)の目標は、1.80〜1.85mmである。
【0038】
表1に示す処理時間の目標値は、浸炭処理と、脱炭処理を含む拡散処理とを合計したものであり、生産性を考慮して240分前後としている。この処理時間前後で収まるように、浸炭処理の時間と、脱炭処理を含む拡散処理の時間とを表1に示すように設定している。
【0039】
比較例1は表1の条件1に相当する。参考例1は表1の条件2に相当し、参考例2は表1の条件3に相当し、参考例1Bは表1の条件4に相当し、参考例2Bは表1の条件5に相当し、参考例3は表1の条件6に相当する。
【0040】
表1に示すように、条件2〜条件6、比較例1共に、浸炭処理については、浸炭温度を1000℃とし、浸炭時間を70分、炉内圧力(減圧度)を3KPaとした。このように真空浸炭すれば、ワークの全面にセメンタイトが過剰に生成した。即ち、ワークの平面部の表面及びワークの角部の表面には、セメンタイトが過剰に生成した。
【0041】
図3の特性線M1は、真空浸炭したときのワークの表面付近の炭素濃度の形態を模式的に示す。真空浸炭の場合には、ガス浸炭に比較して、炭素はワークの表面に過剰に浸透するため、ワークの表面付近の炭素濃度はかなり高くなり、1.0質量%を越えているものと推察される。殊に、体積の割に表出面積が大きいワークの角部の表面では、炭素濃度は1.5質量%、2.0質量%、場合によっては3.0質量%を越えているものと推察される。
【0042】
【表1】

Figure 0003996482
【0043】
【表2】
Figure 0003996482
【0044】
条件2〜条件6によれば、強い脱炭条件のもとで強脱炭処理を実施した。殊に参考例1B、参考例2Bによれば、相対的に強い脱炭条件のもとで強脱炭処理を実施した後に、強脱炭処理よりも相対的な弱い脱炭条件のもとで弱脱炭処理を実施した。
【0045】
即ち、条件2〜条件6によれば、表1に示すように拡散処理の初期に脱炭性ガスを導入して強脱炭処理をワークに対して実行した。この場合、脱炭性ガスとして機能する空気(酸素含有)を50リットル(NL)/分の割合で炉内に導入しつつ炉内ガスをポンプで吸引し、表1に示す所定の炉内圧力に維持した。
【0046】
図3の特性線M2は、真空浸炭した後に脱炭を含む拡散処理を実行したときにおけるワークの表面付近の炭素濃度の形態を模式的に示す。特性線M2に模式的に示すように、ワークの最表面の炭素濃度のピークはかなり下がっており、更に炭素がワークの内部にかなり浸透している。なお例によれば、ワークの表面の炭素濃度の目標値は0.8質量%である。
【0047】
比較例1については、表1に示すように、拡散処理(1000℃、170分、2Pa)を実行するものの、脱炭性ガスを導入せず脱炭処理を実行しなかった。このため表2に示すように、比較例1に係る試験結果によれば、ワークの平面部の表面の炭素濃度は0.86質量%と、亜共析鋼組成付近であるにもかかわらず、ワークの角部の表面の炭素濃度は1.91質量%と過剰に多く、ワークの平面部の表面と角部の表面とで炭素濃度の差が非常に大きく、好ましいものではなかった。更に比較例1によれば、ワークの平面部の表面にはセメンタイトが残留していないものの、ワークの角部の表面においてはセメンタイトが多量に残留しており、好ましいものではなかった。なおワークの炭素濃度はEPMAで測定したものである。
【0048】
表1に示すように、参考例3に係る強脱炭処理については、脱炭時間を50分とし、脱炭性ガスを装入した炉内圧力は40KPaとかなり高めであり、即ち、脱炭性ガスの量がかなり多めであり、強脱炭条件とした。このため表2に示すように、参考例3に係る試験結果によれば、ワークの角部の表面の炭素濃度は0.98質量%と亜析鋼組成に近いものとなり、この結果、ワークの平面部の表面の炭素濃度(0.75質量%)に近いものとなり、更に、ワークの平面部の表面ばかりか、ワークの角部の表面においてもセメンタイトが残留しておらず、良好であった。
【0049】
なお参考例3によれば、強脱炭条件で強脱炭処理を行うため、14μm程度の酸化物が認められ、粒界酸化が認められた。但し、RXガスを用いる一般的なガス浸炭法(浸炭温度950℃、浸炭時間10時間)によれば、浸炭時間が長くなるため、20〜25μm程度の酸化物の生成が認められるのが一般的である。従って参考例3は酸化物が認められるものの、一般的なガス浸炭法よりも粒界酸化はかなり少ないものである。
【0050】
表1に示すように、参考例2Bに係る強脱炭処理については、脱炭性ガスを装入した炉内圧力は25KPaと高めであり、即ち、脱炭性ガスの量が多めであり、脱炭時間も60分とやや長めとし、強脱炭条件とした。このため表2に示すように、参考例2Bに係る試験結果によれば、ワークの角部の表面の炭素濃度(1.01質量%)は、ワークの平面部の表面の炭素濃度(0.77質量%)に近いものとなり、更に、ワークの平面部の表面ばかりかワークの角部の表面においてもセメンタイトが残留しておらず、良好であった。なお参考例2Bによれば、5μm程度の酸化物が認められ、粒界酸化が認められたが、前述同様に一般的なガス浸炭法に比較して粒界酸化は少ないと言える。
【0051】
表1に示すように、参考例1Bに係る強脱炭処理については、脱炭性ガスを装入した炉内圧力は20KPaと高めであり、即ち、脱炭性ガスの量が比較的多めであり、脱炭時間も60分とやや長めとし、強脱炭条件とした。このため表2に示すように、参考例1Bに係る試験結果によれば、ワークの角部の表面の炭素濃度(1.07質量%)は、ワークの平面部の表面の炭素濃度(0.79質量%)に近いものとなり、更に、ワークの平面部の表面にセメンタイトが残留していないし、ワークの角部の表面においてはセメンタイトがほんの僅かに残留しているに過ぎず、良好であった。
【0052】
表1に示すように、参考例2に係る強脱炭処理については、脱炭性ガスを装入した炉内圧力は20KPaと高めであり、即ち、脱炭性ガスの量が比較的多めであり、脱炭時間は50分とやや長めとし、強脱炭条件とした。このため表2に示すように、参考例2に係る試験結果によれば、ワークの角部の表面の炭素濃度(1.26質量%)は、比較例1に比べて、ワークの平面部の表面の炭素濃度(0.81質量%)に近いものとなり、更に、ワークの平面部の表面にセメンタイトが残留していないし、ワークの角部の表面においてはセメンタイトが少量残留しているに過ぎず、良好であった。
【0053】
表1に示すように、参考例1に係る強脱炭処理については、脱炭性ガスを装入した炉内圧力は11KPaと参考例1B,2Bに較べてやや低めであり、即ち、脱炭性ガスの量が比較的低めであるものの、脱炭時間を170分とかなり長めとし、やや強脱炭条件とした。このため表2に示すように、参考例1に係る試験結果によれば、ワークの角部の表面の炭素濃度は1.32質量%となり、ワークの平面部の表面の炭素濃度は0.64質量%となり、更に、ワークの平面部の表面にセメンタイトが残留していないし、ワークの角部の表面においてはセメンタイトが少量残留しているに過ぎず、良好であった。
【0054】
このように参考例1では、強脱炭処理であるものの、脱炭性ガスの濃度が実施例1,2に比較してやや低い(11KPa)ため、脱炭時間(170分)であれば、ワークの角部の表面においてはセメンタイトが少量であるものの残留してしまう。但し、この程度のセメンタイトであればワークの用途によっては支障がない。
【0055】
更に参考例1B、参考例2Bについては、表1に示すように、強脱炭処理の後で、強脱炭処理と同じ温度に維持しつつ、強脱炭処理よりも脱炭性ガスの分圧を低めとした弱脱炭処理を70分実行した。即ち、参考例1B及び参考例2Bに係る弱脱炭処理においては、脱炭温度を1000℃に維持した状態で、脱炭性ガスとして機能する空気を炉内に10リットル(NL)/分の割合で導入しつつ炉内ガスをポンプで吸引し、所定の炉内圧力(参考例1Bでは4KPa、参考例2Bでは6KPa)に維持した。なお、この弱脱炭処理における脱炭性ガスの分圧は、前記した強脱炭処理に比較して1/10〜1/3の範囲内である。なお、弱脱炭処理における脱炭温度は参考例1B参考例2Bでは同じ温度とされているが、弱脱炭処理における脱炭温度を強脱炭処理の脱炭温度よりも低めとしても良い。
【0056】
上記したように参考例1B参考例2Bによれば、強脱炭処理の後で弱脱炭処理を実行するため、最終製品のワークの角部のセメンタイトを除去しつつ、ワークの平面部の炭素濃度も高めに確保されるため、好ましいものである。
【0057】
なお、参考例3によれば、強脱炭処理のみであるため、ワークの角部の表面におけるセメンタイトを効果的に脱炭して除去できるものの、ワークの平面部の表面の炭素濃度の低下が比較的大きめとなる傾向がある。また弱脱炭処理のみとすれば、脱炭能力が低いため、ワークの角部の表面に残留するセメンタイトの量が課題となり易い。そこでワークの角部の表面におけるセメンタイトを除去しつつ、ワークの平面部の表面の炭素濃度の低下を抑えるためには、参考例1B参考例2Bのように強脱炭処理の後で弱脱炭処理を実行することが好ましいと考えられる。
【0058】
上記した各例を実施したワークについては、真空雰囲気(炉内圧力3Pa)で850℃で均熱処理された後に、油焼き入れされた。
【0059】
(パルス真空浸炭)
表1に示す比較例2はパルス浸炭に相当するものである。パルス浸炭は、浸炭処理の時間及び拡散処理の時間をそれぞれ通常の真空浸炭処理に比較して短時間とし、浸炭処理及び拡散処理を繰り返すものであり、一般的にはセメンタイトの発生を抑えるのに有利と言われている。
【0060】
比較例2はパルス浸炭に相当するものであり、表1に示すように、浸炭処理(1)を実行した後に、脱炭処理を含まない拡散処理(3)を実行する処理を1サイクルとし、このサイクルを実施例6と同様に7回連続的に繰り返した後に、本拡散処理(拡散温度1000℃、拡散時間20分、炉内圧力2Pa)を実行した。表2に示すように、比較例2に係る試験結果によれば、ワークの角部の表面の炭素濃度(1.06質量%)は、ワークの平面部の表面の炭素濃度(0.85質量%)に近くなり、更に、ワークの平面部の表面にセメンタイトが残留していないものの、ワークの角部の表面においてはセメンタイトが僅かに残留していた。
【0061】
また参考例3B(条件8)によれば、表1に示すように、浸炭処理(1)を実行した後で、初期における脱炭処理(2)を含む拡散処理(3)を実行する処理((1)(2)(3))を第1サイクルとしている。脱炭処理(2)は表1において強脱炭処理の欄に記載されており、拡散処理(3)は表1において弱脱炭処理の欄に記載されている。そしてこの(1)(2)(3)からなる第1サイクルを7回連続的に繰り返した。その後、本拡散処理(拡散温度1000℃、拡散時間20分、炉内圧力2Pa)を実行した。この参考例3Bは従来のパルス浸炭の改良として位置づけうる。
【0062】
また参考例4Bは参考例3Bと基本的に同様である。参考例4Bによれば、浸炭処理(1)を実行した後で、初期における脱炭処理(2)を含む拡散処理(3)を実行する処理((1)(2)(3))を第11サイクルとしている。そしてこの(1)(2)(3)からなるサイクルを6回連続的に繰り返した。その後、参考例3Bに係る浸炭処理(1)を再び実行した後に、脱炭処理を実行せずに拡散処理(拡散温度1000℃、炉内圧力2Pa、拡散時間29分(15分+14分:(15分=参考例3Bの脱炭処理に相当する時間),14分=参考例3Bの拡散処理に相当する時間)を実行した。その後参考例3Bと同様に本拡散処理(拡散温度1000℃、拡散時間20分、炉内圧力2Pa)を実行した。この参考例4Bは従来のパルス浸炭の改良として位置づけうる。
【0063】
表2に示すように、参考例3Bに係る試験結果によれば、ワークの角部の表面の炭素濃度は0.92質量%であり、比較例2よりも低めであり、ワークの平面部の表面の炭素濃度(0.83質量%)に近くなり、更に、ワークの平面部の表面にセメンタイトが残留しておらず、ワークの角部の表面においてもセメンタイトが残留しておらず、良好であった。また表2に示すように、参考例4Bに係る試験結果によれば、ワークの角部の表面の炭素濃度は0.93質量%であり、比較例2よりも低めであり、ワークの平面部の表面の炭素濃度(0.83質量%)に近くなり、更に、ワークの平面部の表面にセメンタイトが残留しておらず、ワークの角部の表面においてもセメンタイトが残留しておらず、良好であった。従って本発明方法はパルス浸炭にも有効であることがわかる。
【0064】
【表3】
Figure 0003996482
【0065】
表3は参考例1A、2A、本発明に係る実施例3Aを示す。参考例1A、2A、実施例3Aは、浸炭処理を実行した後に拡散処理を実行するものの、拡散処理の全時間にわたり脱炭処理を行うものであり、拡散処理時間=脱炭処理時間となる。即ち、脱炭処理ではワークは高温領域に加熱されているため、ワークにおける拡散現象も生じているためである。
【0066】
表3に示すように、参考例1Aによれば、浸炭性ガスとしてアセチレンガスを用い、浸炭温度950℃で炉内圧力を3KPaとし、45分浸炭処理を実行した後に、脱炭性ガスとして空気を120リットル(NL)/分の割合で炉内に装入し、炉内圧力を20KPaとした。この脱炭処理は、浸炭性ガスを含んでいない空気を炉内に導入して脱炭しているため、強脱炭処理に相当する。
【0067】
このような参考例1Aを実施したワークの平面部の表面の炭素濃度は0.5質量%であり、ワークの角部の表面の炭素濃度は0.8質量%であり、角部におけるセメンタイトは無かった。脱炭処理が良好であったためである。なお脱炭性ガスとして空気を脱炭期に炉内に導入した場合には、空気は本来的には脱炭性ガスとして機能できるが、脱炭処理の開始直後には、浸炭処理において炉内に残留していたすすの影響を受けて、空気中の酸素がCOを生成するため、脱炭処理の開始直後には浸炭気味となるが、開始直後を経過すれば次第に脱炭ガスとして機能することなる。従って空気を炉内に導入するときには、脱炭を良好に行うためには、一般的には導入時間としては5分以上が好ましい。
【0068】
表3に示すように、参考例2Aによれば、浸炭温度950℃で炉内圧力を3KPaとし、45分浸炭処理を実行した後に、脱炭性ガスとして二酸化酸素ガス(CO)と浸炭性ガスであるプロパンガス(C)とを混合した混合ガスを34.8リットル(NL)/分の割合で炉内に装入し、炉内圧力を30KPaとした。この脱炭処理は、浸炭性ガスを含んでいる脱炭性ガスを炉内に導入して脱炭しているため、弱脱炭処理に相当する。
【0069】
上記した場合、二酸化酸素ガス(CO)とプロパンガス(C)との混合比は、体積比で、表3に示すように、二酸化酸素ガス:プロパンガス=33:4.2とした。即ち、二酸化酸素ガスを33リットル(NL)/分で炉内に供給し、プロパンガスを4.2リットル(NL)/分で炉内に供給している。換言すれば、上記した混合ガスにおいて、脱炭性ガスである二酸化酸素ガス(CO)は、浸炭性ガスであるプロパンガス(C)よりもリッチとされている。
【0070】
このような参考例2Aを実施したワークの平面部の表面の炭素濃度は0.8質量%であり、ワークの角部の表面の炭素濃度は0.9質量%であり、ワークの平面部の表面の炭素濃度とワークの角部の表面の炭素濃度とは接近しており、更に、ワークの平面部ばかりか、ワークの角部においてもセメンタイトは無かった。
【0071】
このように参考例2Aにおいてワークの表面の炭素濃度と角部の炭素濃度とが接近している理由としては、混合ガスのカーボンポテンシャル(Cp値)を0.7〜0.8程度となるように、脱炭性ガスである二酸化酸素ガス(CO)と浸炭性ガスであるプロパンガス(C)とを所定の混合比で混合した混合ガスを脱炭期に導入しているため、ワークの平面部の上記Cp値よりも低い炭素濃度が増加してCp値に近づき、且つ、ワークの角部の上記Cp値よりも高い炭素濃度が減少してCp値に近づき、結果として、ワークの平面部の表面の炭素濃度とワークの角部の表面の炭素濃度とが近づくためと推察される。
【0072】
従って、脱炭性ガスである二酸化酸素ガス(CO)と浸炭性ガスであるプロパンガス(C)とを混合した混合ガスを脱炭期に導入し、カーボンポテンシャル(Cp値)を所定の目標炭素濃度に設定すれば、ワークの平面部の上記目標炭素濃度よりも低い炭素濃度(例えば0.75質量%)が増加して目標炭素濃度(例えば0.8質量%)に近づき、且つ、ワークの角部の上記目標炭素濃度よりも高い炭素濃度(例えば0.9質量%)が減少して目標炭素濃度(例えば0.8質量%)に近づき、結果として、ワークの平面部の表面の炭素濃度とワークの角部の表面の炭素濃度との双方がそれぞれ目標炭素濃度(例えば0.8質量%)に近づくためと推察される。
【0073】
表3に示すように、本発明に係る実施例3Aによれば、浸炭温度950℃で炉内圧力を3KPaとし、45分浸炭処理を実行した後に、脱炭処理として条件1Aで強脱炭処理を15分行い、その後に直ちに、条件2Aで弱脱炭処理を35分行なった。条件1Aは、脱炭性ガスとして空気を120リットル(NL)/分の割合で炉内に装入し、炉内圧力を20KPaとするものである。条件2Aは、脱炭性ガスとして二酸化酸素ガス(CO)とプロパンガス(C)とを混合した混合ガスを37.2リットル(NL)/分の割合で炉内に装入し、炉内圧力を30KPaとするものである。
【0074】
このように強脱炭処理の直後に弱脱炭処理を行なう本発明に係る実施例3Aを実施すれば、表3に示すように、ワークの表面の炭素濃度は0.8質量%となり、角部の炭素濃度は0.83質量%となり、ワークの平面部の表面の炭素濃度とワークの角部の表面の炭素濃度とはかなり接近しており、更に、ワークの平面部ばかりか、ワークの角部においてもセメンタイトは無かった。
【0075】
このように実施例3Aにおいてワークの平面部の表面の炭素濃度とワークの角部の表面の炭素濃度とが近づいている理由としては、前述同様に、脱炭性ガスである二酸化酸素ガス(CO)と浸炭性ガスであるプロパンガス(C)とを所定の混合比で混合した混合ガスにおいてカーボンポテンシャル(Cp値)を0.7〜0.9程度となるように制御できると推察されるため、ワークの平面部の上記Cp値よりも低い炭素濃度が増加してCp値に近づき、且つ、ワークの角部の上記Cp値よりも高い炭素濃度が減少してCp値に近づき、結果として、ワークの平面部の表面の炭素濃度とワークの角部の表面の炭素濃度とが近づくためと推察される。なお、参考例1A、2A、実施例3Aを実施したワークについては、前述同様な条件で均熱処理された後に、油焼き入れされる。
【0076】
(その他)その他、本発明方法は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
【0077】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る真空浸炭方法によれば、生産時間の短縮を図りつつ、ワークの角部におけるセメンタイトを低減または除去できる。脱炭処理は、脱炭性ガスと浸炭性ガスとを含む混合ガスで脱炭作用を抑制しつつ実行される。この結果、前述したように、ワークの平面部の表面の炭素濃度とワークの角部の表面の炭素濃度とを近づけることができ、高品質化に有利である。
【0078】
次の形態の場合には、特有の効果が認められる。浸炭処理を実行した後に、初期における脱炭処理を含む拡散処理を実行する処理を1サイクルとし、このサイクルを複数回連続的に繰り返す場合には、前述したように、ワークの角部におけるセメンタイトの低減または除去に一層有利である。
【0079】
脱炭処理における炉内圧力(真空度)を40KPa以下に設定した場合には、酸素分圧が低下しているため、ワークにおける粒界酸化を抑制するのに有利である。更に脱炭処理が、脱炭能力が相対的に強い強脱炭処理と、強脱炭処理後に行われ脱炭能力が強脱炭処理よりも相対的に弱い弱脱炭処理との組み合わせで構成されているため、前述したように、ワークの平面部の表面の炭素濃度を確保しつつ、ワークの角部の表面におけるセメンタイトを低減または除去するのに有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】炉を模式的に示す構成図である。
【図2】温度の変化の形態を模式的に示すグラフである。
【図3】真空浸炭直後におけるワークの表面付近の炭素濃度を模式的に示すグラフである。
【符号の説明】
図中、100はワークの平面部を示し、102はワークの角部、200は炉を示す。BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a vacuum carburizing method for carburizing an iron-based workpiece in a reduced pressure atmosphere.
[0002]
[Prior art]
  Conventionally, a carburizing gas is introduced into a furnace maintained at a high temperature (930 to 980 ° C.) higher than a depressurized atmosphere and a carburizable temperature, and carburizing treatment is performed on a workpiece in the furnace, and then the inside of the furnace A vacuum carburizing method is disclosed in which diffusion treatment is performed on a workpiece in a furnace by evacuating and heating in a reduced-pressure atmosphere (Japanese Patent Laid-Open Nos. 06-172960 and 2000-303160).
[0003]
  Gas carburizing uses RX gas as a carrier gas and propane (C3H8) Or butane (C4H10) As an enriched gas and carburizing while adjusting the carbon potential (Cp value). In this case, CO gas by the Boudouard reaction contributes to carburization. The carbon potential (Cp value) indicates an equilibrium relationship between the gas and the austenite carbon concentration of the workpiece. For example, the workpiece is left at a high temperature for a long time in a gas having a carbon potential (Cp value) of 0.8% by mass. Then, regardless of the original carbon concentration of the workpiece, the carbon concentration of the workpiece is basically 0.8% by mass.
[0004]
  In such gas carburizing, since carburizing can be performed while adjusting the gas composition and controlling the carbon potential (Cp value), the carbon concentration is different between the plane portion and the corner portion of the workpiece, although the carburizing depth is different. Basically the same. However, in such gas carburizing, since the carburizing speed is slow, there is a problem that the production time for obtaining the necessary effective hardness depth is considerably long, and the productivity is not always sufficient.
[0005]
  On the other hand, the vacuum carburizing method described above does not use a carrier gas, and a carburizing gas (generally, a hydrocarbon-based gas such as acetylene or ethylene) is introduced into the furnace while the furnace is in a reduced pressure state. To be introduced. In this case, it is said that carbon produced by direct decomposition of hydrocarbon gas enters the workpiece and carburization is performed.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 06-172960
[Patent Document 2]
JP 2000-303160 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
  According to the vacuum carburizing method described above, the carbon potential (Cp value) is not controlled (because it cannot be performed) compared to gas carburizing in which carburizing is performed while controlling the carbon potential (Cp value). There is a tendency for a large amount of cementite to remain excessively at the corners of the work rather than at the flat part. This is because the corner area of the workpiece has a higher carbon permeation amount because the exposed area per unit volume is larger than that of the plane area. If cementite remains excessively in this way, there is a limit to improving the quality of the workpiece.
[0008]
  According to the above-mentioned publication technique, even if the carburized workpiece is heated and held at a high degree of vacuum and diffusion treatment is performed, a large amount of cementite is present at the corner of the workpiece. Cementite remains.
[0009]
  This invention is made | formed in view of the above-mentioned actual condition, and makes it a subject to provide the vacuum carburizing method which can reduce or remove the cementite in the corner | angular part of a workpiece | work, aiming at shortening of production time.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  In the vacuum carburizing method according to the present invention, a carburizing gas is introduced into a furnace maintained at a high temperature equal to or lower than a reduced pressure atmosphere and a carburizable temperature to perform a carburizing process on a workpiece in the furnace,
  Thereafter, in the vacuum carburizing method of performing diffusion treatment on the work in the furnace by evacuating the furnace and heating and holding in a reduced pressure atmosphere,
  At least in the initial stage of the diffusion treatment, a decarburizing gas is introduced into the furnace to decarburize the surface of the work in the furnace, and a vacuum carburizing method for reducing or removing cementite on the surface of the work,
  The decarburization process is performed in the presence of a decarburization gas, and the decarburization conditions are relatively strong, and the decarburization process is performed after the strong decarburization process and the decarburization gas is present. The decarburization conditions are relatively weaker than the strong decarburization treatment, and is composed of a weak decarburization treatmentAnd
  Among the decarburization processes, the weak decarburization process is a mixed gas containing carbon dioxide gas, which is a decarburizing gas, and propane gas, which is a carburizing gas, so that the carbon concentration can be increased in excess decarburized parts. It is executed while suppressing the actionIt is characterized by this.
[0011]
  According to the vacuum carburizing method according to the present invention, a carburizing gas is introduced into a furnace maintained at a high temperature equal to or higher than a reduced pressure atmosphere and a carburizable temperature, and a carburizing process is performed on a workpiece in the furnace. For this reason, as compared with gas carburizing, a large amount of carbon penetrates into the surface of the workpiece in a short time, and a large amount of cementite which is iron carbide is generated. In this case, in general, a large amount of cementite, which is an iron carbide, is generated not only at the corners of the work but also at the flat parts of the work. This is thought to be because carbon produced by direct decomposition of the hydrocarbon gas penetrates into the workpiece. In addition, as carbon concentration of the surface of the corner | angular part of a workpiece | work immediately after carburizing process (before spreading | diffusion process), it may be 1.0 mass% or more, and 1.5 mass% or more depending on the case, and 2.0 mass% or more. it can.
[0012]
  According to the vacuum carburizing method according to the present invention, at least in the initial stage of the diffusion treatment, a decarburizing gas is introduced into the furnace, and the surface of the workpiece in the furnace is decarburized. As a result, the carbon produced by the decomposition of cementite on the surface of the workpiece is decarburized by the decarburizing gas in the furnace and is reduced or removed. Carbon produced by the decomposition of cementite becomes CO gas and is considered to be decarburized. As a result, the carbon produced by the decomposition of cementite, in particular the carbon present in the corners of the workpiece, is decarburized by the decarburizing gas in the furnace, and is reduced or removed.
  The decarburization process is performed in the presence of a decarburization gas, and the decarburization conditions are relatively strong, and the decarburization process is performed after the strong decarburization process and the decarburization gas is present. The decarburization conditions are relatively weaker than the strong decarburization treatment, and is composed of a weak decarburization treatmentIn the decarburization process, the weak decarburization process is performed while suppressing the decarburization action with a mixed gas containing carbon dioxide gas which is a decarburizing gas and propane gas which is a carburizing gas..
[0013]
  The corner of the work has a larger exposed area per volume than the flat part of the work, so the amount of carbon permeated during the carburizing process increases and is excessively carburized. The amount of charcoal increases and tends to be decarburized in large quantities.
[0014]
  When the above decarburization process is completed, the decarburized gas is exhausted from the furnace, and the workpiece is diffused by heating and holding. As a result, carbon existing on the surface of the workpiece diffuses inside, and an effective hardening depth is ensured after quenching.
[0015]
  According to the vacuum carburizing method according to the present invention, carbon is excessively permeated into the workpiece by carburizing treatment to perform excessive carburization and then decarburize a large amount. The production time for obtaining can be shortened.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  According to the method of the present invention, at least in the initial stage of the diffusion treatment, a decarburizing gas is introduced into the furnace, and the surface of the workpiece in the furnace is decarburized. The decarburization process may be performed only in the initial stage of the diffusion process, or the decarburization process is performed by introducing a decarburizing gas into the furnace during the entire or most of the diffusion process or intermittently. May be performed.
[0017]
  As the iron-based workpiece according to the method of the present invention, the carbon content before carburizing treatment can be 0.7% by mass or less, and generally 0.05 to 0.5% by mass, 0.1% -0.4 mass% and 0.1-0.3 mass%. The workpiece can contain other alloy elements (at least one of chromium, silicon, manganese, aluminum, vanadium, tungsten, nickel, etc.).
[0018]
  The carbon concentration on the surface of the workpiece after carrying out the method of the present invention can be a eutectoid steel composition, but in some cases, it can be a hypoeutectoid steel composition or a hypereutectoid steel composition. The eutectoid steel composition is generally said to have a carbon concentration of 0.8% by mass. Therefore, the carbon concentration on the surface of the work after the method of the present invention is carried out can be 0.5 to 1.3% by mass, 0.6 to 1.1% by mass, 0.7 to 0.00%. It can be 9 mass%.
[0019]
  According to the method of the present invention, as a gas introduced into the furnace as the carburizing gas during the carburizing process, generally, a hydrocarbon-based gas, methanol gas, or the like can be employed. Examples of the hydrocarbon gas include acetylene gas, ethylene gas, propane gas, and methane gas. As the gas introduced into the furnace as a decarburizing gas during the decarburization treatment, generally, oxygen, air (including oxygen), water vapor, CO2Gas can be used.
[0020]
  According to the method of the present invention, the furnace pressure (absolute pressure) in the carburizing process may be any pressure that can be vacuum carburized, but if it is too low, the carburization is not sufficient, and if it is too high, the cementite becomes excessive. Therefore, as the furnace pressure (absolute pressure) in the carburizing process, generally 0.01 to 40 KPa, 1 to 20 KPa, and particularly 1 to 10 KPa can be employed.
[0021]
  The pressure in the furnace (absolute pressure) in the decarburization process may be any pressure that can be decarburized, but if it is too low, the decarburization time becomes long and the decarburization becomes insufficient. Lower than necessary, grain boundary oxidation becomes excessive, and other alloy elements are excessively oxidized. Therefore, as the furnace pressure (absolute pressure) in the decarburization treatment, generally 0.5 to 100 KPa, 1 to 80 KPa, particularly 2 to 60 KPa can be employed.
[0022]
  According to the method of the present invention, a mode in which the furnace pressure (decompression degree) in the decarburization process is set to 40 KPa or less, for example, can be exemplified. As a result, the ratio of decarburizing gas in the decarburization treatment can be reduced, so that the decarburization ability may be slightly reduced, but the grain boundary oxidation in the work can be suppressed, and the alloy elements (chromium, Oxidation of at least one of silicon, manganese, aluminum and the like can be suppressed.
[0023]
  As the furnace pressure (absolute pressure) in the diffusion treatment (not including the period of decarburization treatment), in the case of diffusion treatment in a reduced pressure atmosphere, generally, 20 KPa or less, 7 KPa or less, 1 KPa or less can be adopted, Moreover, 20 Pa or less, 10 Pa or less, 0.01 Pa or more can be employ | adopted, and when carrying out the diffusion process in inert gas atmosphere, atmospheric pressure may be sufficient.
[0024]
  According to the method of the present invention, after performing the carburizing process, the first cycle is a process for performing the diffusion process including the decarburizing process in the initial stage, and the embodiment includes a step of continuously repeating the first cycle a plurality of times. can do. In this case, since the first cycle is continuously repeated a plurality of times, the time per carburizing process and the time per initial decarburizing process are shortened. This can be positioned as an improvement of pulse carburization. In this case, even if carburizing is performed, an advantage that the amount of cementite generated in the workpiece can be suppressed is obtained. Thus, since decarburization is performed in a state in which the amount of cementite is suppressed in the carburizing process, residual cementite is further suppressed. The number of times the first cycle is repeated a plurality of times can be 2 to 100 times, 2 to 15 times, or 2 to 10 times, although it varies depending on the workpiece.
[0025]
  Further, according to the method of the present invention, the cycle for performing the carburizing process, performing the diffusion process including the decarburizing process in the initial stage is a first cycle, and performing the carburizing process, including the decarburizing process. When the second cycle is a cycle in which no diffusion process is performed, the first cycle is repeatedly repeated a plurality of times, and the second cycle is executed after the first cycle is repeated. it can.
[0026]
  Alternatively, according to the method of the present invention, the cycle for performing the carburizing process, performing the diffusion process including the decarburizing process in the initial stage is a first cycle, and performing the carburizing process, including the decarburizing process. When the second cycle is a cycle in which no diffusion process is performed, the first cycle and the first cycle are repeated in the middle of the repetition of the plurality of first cycles after continuously repeating the plurality of first cycles. A mode including a step of executing the second cycle can be adopted. In this case, the second cycle is preferably performed after N / 3 and in the latter half of N / 2 and thereafter, where N is the number of repetitions of the first cycle. This is to eliminate or reduce grain boundary oxidation. In the case described above, the slight grain boundary oxidation generated during the decarburization treatment in the first cycle can be reduced by the second cycle, which is advantageous in eliminating or reducing the grain boundary oxidation. For example, if the atmosphere is 1000 ° C. × 3 Pa, Cr oxide is also reduced.
[0027]
  In other words, in the case described above, the second cycle advantageous for eliminating the grain boundary oxidation needs to be performed after the first cycle is executed at least once. Here, after the first cycle is executed a plurality of times, a mode in which the second cycle is executed at least once after the first cycle can be adopted. In this way, it is advantageous to eliminate or reduce the grain boundary oxidation when the second cycle advantageous for eliminating or reducing the grain boundary oxidation is executed on the last side. Further, when the first cycle is repeatedly executed a plurality of times, the second cycle may be executed between the first cycle and the first cycle as described above.
[0028]
  According to the method of the present invention, the temperature of the workpiece is generally 880 to 800 in the carburizing treatment, although it varies depending on the material of the workpiece, the required characteristics, the composition of the carburizing gas, the composition of the decarburizing gas, and the like. 1150 degreeC, 900-1100 degreeC, 900-1050 degreeC, or 930-1050 degreeC is employable. The temperature can be higher than the carburizing temperature in gas carburizing, but depending on the case, it may be the same as or lower than that of gas carburizing. About the temperature of a decarburization process, generally 880-1150 degreeC, 900-1100 degreeC, 900-1050 degreeC, or 930-1050 degreeC can be employ | adopted. About the temperature of a diffusion process (a decarburization process is not included), generally 880-1150 degreeC, 900-1100 degreeC, 900-1050 degreeC, or 930-1050 degreeC is employable. In the carburizing process, the decarburizing process, and the diffusion process (not including the decarburizing process), the temperature of the workpiece may be basically the same or different.
[0029]
  According to the method of the present invention, the decarburization process is a strong decarburization process having a relatively strong decarburization capacity, and a weak decarburization process that is performed after the strong decarburization process and is relatively weaker than the strong decarburization process. The form comprised by the combination with a process is employ | adopted. If only strong decarburization treatment is used, the decarburization capability is relatively strong, so that cementite existing in large quantities on the surface of the corner of the workpiece can be reduced and removed well, but the carbon concentration of the surface of the plane of the workpiece is reduced. There is a risk that the reduction will increase, and in some cases, the carbon concentration on the surface of the planar portion of the workpiece may be reduced more than necessary. On the other hand, if only weak decarburization treatment is used, the decarburization ability is relatively weak, so the carbon concentration on the surface of the flat part of the work can be secured, but the ability to remove cementite on the surface of the corner of the work is reduced. There is a risk.
[0030]
  Therefore, as described above, as described above, after performing the strong decarburization process with relatively strong decarburization capacity, the weak decarburization process with relatively weaker decarburization capacity than the strong decarburization process is performed. By doing so, it is possible to ensure the ability to remove cementite from the surface of the corner of the workpiece while suppressing a decrease in the carbon concentration of the surface of the flat portion of the workpiece. Strong decarburization treatment can adopt a form in which the decarburization gas is introduced into the furnace and the pressure in the decarburization period exceeds 6 KPa, and in particular, the decarburization gas alone (not including the carburizing gas). Thus, it is possible to adopt a configuration in which the pressure inside the furnace in the decarburization period exceeds 6 KPa when introduced into the furnace. Weak decarburization is a form in which carburizing gas and decarburizing gas are mixed and introduced into the furnace.Adopt. When the same decarburizing gas is introduced into the furnace in the strong decarburizing process and the weak decarburizing process, the partial pressure of the decarburizing gas in the weak decarburizing process is 1 in comparison with the strong decarburizing process. It can be in the range of / 15 to 1/2 or in the range of 1/10 to 1/3.
[0031]
  The decarburization temperature in the weak decarburization process may be the same as the decarburization temperature in the strong decarburization process, or may be relatively lower than the decarburization temperature in the strong decarburization process. Therefore, the temperature of strong decarburization treatment can illustrate 880-1150 degreeC, or 900-1100 degreeC, and the temperature of weak decarburization process can illustrate 870-1150 degreeC, or 890-1100 degreeC, It is not limited to this. The time for strong decarburization treatment can be exemplified by 5 to 700 minutes, and the time for weak decarburization treatment can be exemplified by 3 to 500 minutes, but it is not limited to this because it differs depending on the decarburization conditions. Of course.
[0032]
  According to the method of the present invention,Weakness ofThe decarburization process adopts a form in which the decarburization process is performed while suppressing the decarburization action with a mixed gas containing a decarburizing gas and a carburizing gas.TheIn this case, as shown in the examples described later, excess cementite is generated at the corners of the workpiece by carburization, and the difference between the carbon concentration at the surface of the workpiece and the carbon concentration at the surface of the workpiece is large. Even if it becomes, the carbon concentration of the surface of the plane part of a workpiece | work and the carbon concentration of the surface of the corner | angular part of a workpiece | work can be brought close by decarburization processing. That is, even if the difference between the carbon concentration on the surface of the flat part of the workpiece and the carbon concentration on the surface of the workpiece corner due to carburization increases, The advantage is that the carbon concentration on the surface of the portion can be made close to the target carbon concentration. As decarburizing gasCarbon dioxide gasAnd as carburizing gaspropane gasAdoptTo do. ThisIn this case, the decarburization process is performed immediately after executing the strong decarburization process having a relatively strong decarburization capacity. Using a mixed gas containing reactive gas and carburizing gasTheIn addition, oxygen dioxide gas (CO2)Formed withDecarburized gas and propane gas (C3H8)Formed withWhen using a mixed gas with a carburizing gas, the mixing ratio should be a decarburizing gas: carburizing gas = (20-2): 1 or (10-4): 1 by volume. Can do.
[0033]
  In addition, according to the method of the present invention, the quenching process is generally performed after the diffusion process including the carburizing process and the decarburizing process is performed, but the quenching process may not be performed in some cases. The quenching process may be water quenching, oil quenching, or die quenching depending on circumstances. When the workpiece is soaked before the quenching treatment, the soaking temperature may be 780 to 1100 ° C., but is not limited thereto.
[0034]
【Example】
  Hereinafter, examples of the present invention will be described.Reference examples andA specific example will be described together with a comparative example.
[0035]
  (Vacuum carburizing)
  According to the present embodiment, a furnace maintained at a high temperature equal to or higher than a reduced pressure atmosphere and a carburizable temperature is used. Iron-based workpieces are charged in the furnace. FIG. 1 schematically shows a furnace 200 to which a vacuum pump 300 is connected. Reference numeral 100 denotes a plane portion of the workpiece, and reference numeral 102 denotes a corner portion of the workpiece. Since the corner portion 102 has a large exposed area per volume, the carburization amount and the decarburization amount are large. The carbon content of the workpiece before carburizing is 0.2% by mass. The material of the workpiece used in this example is a material equivalent to JIS-SCM420 and is Fe-C-Cr-Mo type, and the basic composition is Cr 1 mass%, Mo 0.23 mass%, and Mn. Including 0.7% by mass.
[0036]
  FIG. 2 schematically shows changes in temperature under conditions 2 to 6. In this case, after introducing a carburizing gas (acetylene gas) of a hydrocarbon-based gas into a furnace heated to a predetermined temperature and setting the furnace pressure to a predetermined pressure, the iron-based workpiece in the furnace Carburizing treatment was performed. Then, the inside of the furnace was evacuated, the inside of the furnace was made into a reduced pressure atmosphere, and the diffusion treatment was performed on the work in the furnace by heating in the reduced pressure atmosphere.
[0037]
  UpIn the initial stage of the diffusion treatment described above, a decarburizing gas was introduced into the furnace, and the surface of the workpiece in the furnace was decarburized to reduce or remove cementite on the surface of the workpiece. Air was adopted as the gas to be charged into the furnace as a decarburizing gas. And after performing the diffusion process including a decarburization process, as shown in FIG. 2, the soaking process was performed for 30 minutes at 850 degreeC, and the oil quenching was performed. The target of the effective hardening depth (surface depth up to Vickers hardness Hv513) of the workpiece (after quenching) in which the manufacturing method according to this example is performed is 1.80 to 1.85 mm.
[0038]
  Shown in Table 1The target value of the processing time is the sum of the carburizing process and the diffusion process including the decarburizing process, and is set to around 240 minutes in consideration of productivity. As shown in Table 1, the time for carburizing treatment and the time for diffusion treatment including decarburization treatment are set so as to be within the range of the treatment time.
[0039]
  Comparative Example 1 corresponds to Condition 1 in Table 1. Reference Example 1 corresponds to Condition 2 in Table 1, Reference Example 2 corresponds to Condition 3 in Table 1,Reference Example 1BCorresponds to condition 4 in Table 1,Reference Example 2BCorresponds to condition 5 in Table 1, and Reference Example 3 corresponds to condition 6 in Table 1.
[0040]
  As shown in Table 1, in both the conditions 2 to 6 and the comparative example 1, the carburizing temperature was set to 1000 ° C., the carburizing time was set to 70 minutes, and the furnace pressure (decompression degree) was set to 3 KPa. When vacuum carburizing was performed in this manner, excessive cementite was generated on the entire surface of the workpiece. That is, excessive cementite was generated on the surface of the planar portion of the workpiece and the surface of the corner portion of the workpiece.
[0041]
  A characteristic line M1 in FIG. 3 schematically shows the form of the carbon concentration near the surface of the workpiece when vacuum carburizing is performed. In the case of vacuum carburizing, carbon permeates excessively on the surface of the workpiece as compared with gas carburizing, so the carbon concentration near the surface of the workpiece is considerably high, which is assumed to exceed 1.0% by mass. Is done. In particular, the carbon concentration on the surface of the corner of the workpiece having a large exposed area relative to the volume is estimated to be 1.5% by mass, 2.0% by mass, and in some cases exceeding 3.0% by mass. Is done.
[0042]
[Table 1]
Figure 0003996482
[0043]
[Table 2]
Figure 0003996482
[0044]
  According to the conditions 2 to 6, the strong decarburization treatment was performed under strong decarburization conditions. EspeciallyReference Example 1B, Reference Example 2BAccording to the above, after carrying out the strong decarburization treatment under relatively strong decarburization conditions, the weak decarburization treatment was carried out under relatively weak decarburization conditions than the strong decarburization treatment.
[0045]
  That is, according to the conditions 2 to 6, as shown in Table 1, the decarburizing gas was introduced at the initial stage of the diffusion process and the strong decarburization process was performed on the workpiece. In this case, while introducing air (oxygen-containing) functioning as a decarburizing gas into the furnace at a rate of 50 liters (NL) / min, the furnace gas is sucked with a pump, and the predetermined furnace pressure shown in Table 1 is obtained. Maintained.
[0046]
  A characteristic line M2 in FIG. 3 schematically shows the form of the carbon concentration in the vicinity of the surface of the workpiece when a diffusion process including decarburization is performed after vacuum carburization. As schematically shown in the characteristic line M2, the peak of the carbon concentration on the outermost surface of the workpiece is considerably lowered, and further, carbon penetrates considerably into the workpiece. In additionFor exampleAccording to this, the target value of the carbon concentration on the surface of the workpiece is 0.8% by mass.
[0047]
  About Comparative Example 1, as shown in Table 1, although the diffusion treatment (1000 ° C., 170 minutes, 2 Pa) was performed, the decarburization gas was not introduced and the decarburization treatment was not performed. For this reason, as shown in Table 2, according to the test result according to Comparative Example 1, the carbon concentration of the surface of the plane portion of the workpiece is 0.86% by mass, despite being near the hypoeutectoid steel composition. The carbon concentration at the surface of the corner of the workpiece was excessively high at 1.91% by mass, and the difference in carbon concentration between the surface of the flat portion of the workpiece and the surface of the corner was very large, which was not preferable. Further, according to Comparative Example 1, although cementite did not remain on the surface of the flat portion of the workpiece, a large amount of cementite remained on the surface of the corner portion of the workpiece, which was not preferable. The carbon concentration of the work is measured by EPMA.
[0048]
  As shown in Table 1, with respect to the strong decarburization treatment according to Reference Example 3, the decarburization time was set to 50 minutes, and the furnace pressure charged with the decarburizing gas was as high as 40 KPa, that is, decarburization. The amount of sex gas was rather large, and strong decarburization conditions were adopted. For this reason, as shown in Table 2, according to the test result according to Reference Example 3, the carbon concentration at the surface of the corner of the workpiece is 0.98% by mass, which is close to the segregation steel composition. It was close to the carbon concentration (0.75% by mass) of the surface of the flat part, and further, cementite remained not only on the surface of the flat part of the work but also on the surface of the corner of the work. .
[0049]
  According to Reference Example 3, since strong decarburization treatment was performed under strong decarburization conditions, oxides of about 14 μm were observed and grain boundary oxidation was observed. However, according to a general gas carburizing method using RX gas (carburizing temperature 950 ° C., carburizing time 10 hours), the carburizing time becomes longer, so that it is generally recognized that oxides of about 20 to 25 μm are formed. It is. ThereforeReference example 3Although an oxide is observed, grain boundary oxidation is considerably less than that of a general gas carburizing method.
[0050]
  As shown in Table 1,Reference Example 2BWith regard to the strong decarburization treatment, the pressure inside the furnace charged with decarburized gas is as high as 25 KPa, that is, the amount of decarburized gas is large, and the decarburization time is slightly longer at 60 minutes. Strong decarburization conditions were used. For this reason, as shown in Table 2,Reference Example 2BAccording to the test results, the carbon concentration (1.01% by mass) on the surface of the workpiece corner is close to the carbon concentration (0.77% by mass) on the surface of the flat surface of the workpiece. No cementite remained on the surface of the corner portion of the workpiece as well as the surface of the flat portion, and it was good. In additionReference Example 2BAccording to the above, oxides of about 5 μm were recognized and grain boundary oxidation was observed, but it can be said that the grain boundary oxidation is small as compared with the general gas carburizing method as described above.
[0051]
  As shown in Table 1,Reference Example 1BFor the strong decarburization treatment, the pressure inside the furnace charged with the decarburized gas is as high as 20 KPa, that is, the amount of the decarburized gas is relatively large, and the decarburization time is slightly 60 minutes. Long and strong decarburization conditions. For this reason, as shown in Table 2,Reference Example 1BAccording to the test results, the carbon concentration (1.07% by mass) of the surface of the corner of the workpiece is close to the carbon concentration (0.79% by mass) of the surface of the flat surface of the workpiece. There was no cementite remaining on the surface of the flat portion, and only a slight amount of cementite remained on the surface of the corner portion of the workpiece.
[0052]
  As shown in Table 1, in the strong decarburization process according to Reference Example 2, the pressure inside the furnace charged with the decarburizing gas is as high as 20 KPa, that is, the amount of the decarburizing gas is relatively large. Yes, the decarburization time was a little longer, 50 minutes, and strong decarburization conditions. For this reason, as shown in Table 2, according to the test results according to Reference Example 2, the carbon concentration (1.26% by mass) of the surface of the corner portion of the workpiece is higher than that of Comparative Example 1 in the plane portion of the workpiece. It is close to the surface carbon concentration (0.81% by mass). Furthermore, no cementite remains on the surface of the flat part of the workpiece, and only a small amount of cementite remains on the surface of the corner of the workpiece. ,It was good.
[0053]
  As shown in Table 1, with respect to the strong decarburization treatment according to Reference Example 1, the furnace pressure charged with the decarburizing gas was 11 KPa.Reference examples 1B and 2BHowever, the decarburization time was set to 170 minutes, and the decarburization condition was set to be slightly stronger, although the amount of decarburizing gas was relatively low. For this reason, as shown in Table 2,Reference example 1According to the test results, the carbon concentration at the surface of the workpiece corner is 1.32% by mass, the carbon concentration at the surface of the workpiece flat is 0.64% by mass, and the surface of the workpiece flat surface is No cementite remained on the surface of the workpiece, and only a small amount of cementite remained on the surface of the corner of the workpiece.
[0054]
  Thus, in Reference Example 1, although it is a strong decarburization treatment, the concentration of the decarburizing gas is slightly lower (11 KPa) than in Examples 1 and 2, so if the decarburization time (170 minutes), A small amount of cementite remains on the surface of the corners. However, if it is such a cementite, there is no problem depending on the use of the workpiece.
[0055]
  MoreReference Example 1B, Reference Example 2BAs shown in Table 1, after the strong decarburization treatment, while maintaining the same temperature as the strong decarburization treatment, weak decarburization with a lower partial pressure of the decarburizing gas than the strong decarburization treatment The process was run for 70 minutes. That is,Reference Example 1B and Reference Example 2BIn the weak decarburization process according to the above, while the decarburization temperature is maintained at 1000 ° C., air that functions as a decarburizing gas is introduced into the furnace at a rate of 10 liters (NL) / min. Suction with a pump and a predetermined furnace pressure (Reference Example 1BThen 4KPa,Reference Example 2BThen, it was maintained at 6 KPa). In addition, the partial pressure of the decarburizing gas in this weak decarburization process is in the range of 1/10 to 1/3 compared with the above-described strong decarburization process. The decarburization temperature in the weak decarburization process isReference Example 1B,Reference Example 2BHowever, the decarburization temperature in the weak decarburization process may be lower than the decarburization temperature in the strong decarburization process.
[0056]
  As mentioned aboveReference Example 1B,Reference Example 2BAccording to the present invention, since the weak decarburization process is performed after the strong decarburization process, the carbon concentration in the flat part of the work is secured high while removing the cementite at the corners of the work of the final product, which is preferable. Is.
[0057]
  In addition, according to the reference example 3, since it is only a strong decarburization process, although the cementite in the surface of the corner | angular part of a workpiece | work can be effectively decarburized and removed, the fall of the carbon concentration of the surface of the plane part of a workpiece | work is reduced. There is a tendency to be relatively large. Further, if only weak decarburization treatment is performed, the amount of cementite remaining on the surface of the corner portion of the work tends to be a problem because the decarburization capability is low. Therefore, in order to suppress the decrease in carbon concentration on the surface of the flat part of the workpiece while removing the cementite on the surface of the corner of the work,Reference Example 1B,Reference Example 2BThus, it is considered preferable to perform the weak decarburization process after the strong decarburization process.
[0058]
  AboveExamplesThe workpieces subjected to the above were subjected to soaking at 850 ° C. in a vacuum atmosphere (furnace pressure 3 Pa), followed by oil quenching.
[0059]
  (Pulse vacuum carburizing)
  Comparative Example 2 shown in Table 1 corresponds to pulse carburization. In pulse carburizing, the time for carburizing treatment and the time for diffusion treatment are set to a short time compared to normal vacuum carburizing treatment, respectively, and the carburizing treatment and diffusion treatment are repeated. It is said to be advantageous.
[0060]
  Comparative Example 2 corresponds to pulse carburization, and as shown in Table 1, after executing the carburization process (1), the process of executing the diffusion process (3) not including the decarburization process is one cycle, After repeating this cycle seven times in the same manner as in Example 6, the main diffusion treatment (diffusion temperature 1000 ° C., diffusion time 20 minutes, furnace pressure 2 Pa) was performed. As shown in Table 2, according to the test results according to Comparative Example 2, the carbon concentration (1.06% by mass) on the surface of the corner portion of the workpiece is equal to the carbon concentration (0.85 mass on the surface of the plane portion of the workpiece). Furthermore, although cementite did not remain on the surface of the flat portion of the workpiece, cementite remained slightly on the surface of the corner of the workpiece.
[0061]
  AlsoReference Example 3B (Condition 8)As shown in Table 1, after performing the carburizing process (1), the process ((1) (2) (3) including the initial decarburizing process (2) and the diffusion process (3) is performed. )) Is the first cycle. Decarburization process (2) is described in the column of strong decarburization process in Table 1, and diffusion process (3) is described in the column of weak decarburization process in Table 1. And this (1) (2) (The first cycle consisting of 3) was repeated 7 times continuously. Thereafter, the main diffusion treatment (diffusion temperature 1000 ° C., diffusion time 20 minutes, furnace pressure 2 Pa) was performed. thisReference Example 3BCan be positioned as an improvement over conventional pulse carburizing.
[0062]
  AlsoReference Example 4B is Reference Example 3BAnd basically the same.Reference Example 4BAccording to the above, after executing the carburizing process (1), the process ((1) (2) (3)) for executing the diffusion process (3) including the decarburizing process (2) in the initial stage is set as the eleventh cycle. Yes. The cycle consisting of (1), (2) and (3) was continuously repeated 6 times. afterwards,Reference Example 3BAfter performing the carburization process (1) according to the above, the diffusion process (diffusion temperature 1000 ° C., furnace pressure 2 Pa, diffusion time 29 minutes (15 minutes + 14 minutes: (15 minutes = 15 minutes =Reference Example 3BEquivalent to the decarburization process),14 minutes =Reference Example 3BThe time corresponding to the diffusion process) was executed. afterwardsReference Example 3BThe diffusion treatment (diffusion temperature 1000 ° C., diffusion time 20 minutes, furnace pressure 2 Pa) was performed in the same manner as above. thisReference Example 4BCan be positioned as an improvement over conventional pulse carburizing.
[0063]
  As shown in Table 2,Reference Example 3BAccording to the test results, the carbon concentration at the surface of the corner of the work is 0.92% by mass, which is lower than that of Comparative Example 2, and the carbon concentration at the surface of the flat part of the work (0.83% by mass). In addition, no cementite remained on the surface of the flat part of the work, and no cementite remained on the surface of the corner of the work. As shown in Table 2,Reference Example 4BAccording to the test results, the carbon concentration at the surface of the corner of the workpiece is 0.93% by mass, which is lower than that of Comparative Example 2, and the carbon concentration at the surface of the plane portion of the workpiece (0.83 mass%). In addition, no cementite remained on the surface of the flat part of the work, and no cementite remained on the surface of the corner of the work. Therefore, it can be seen that the method of the present invention is also effective for pulse carburizing.
[0064]
[Table 3]
Figure 0003996482
[0065]
  Table 3 shows reference examples 1A, 2A,According to the present inventionExample 3A is shown. In Reference Examples 1A, 2A, and Example 3A, the diffusion process is performed after the carburization process is performed. However, the decarburization process is performed over the entire time of the diffusion process, and the diffusion process time is equal to the decarburization process time. That is, in the decarburization process, since the workpiece is heated to a high temperature region, a diffusion phenomenon occurs in the workpiece.
[0066]
  As shown in Table 3, according to Reference Example 1A, acetylene gas was used as the carburizing gas, the furnace pressure was 3 KPa at a carburizing temperature of 950 ° C., and after performing the carburizing process for 45 minutes, air was used as the decarburizing gas. Was charged into the furnace at a rate of 120 liters (NL) / min, and the furnace pressure was 20 KPa. This decarburization process corresponds to a strong decarburization process because air containing no carburizing gas is introduced into the furnace for decarburization.
[0067]
  The carbon concentration of the surface of the flat part of the workpiece subjected to such Reference Example 1A is 0.5% by mass, the carbon concentration of the surface of the corner of the work is 0.8% by mass, and the cementite at the corner is There was no. This is because the decarburization treatment was good. In addition, when air is introduced into the furnace as a decarburizing gas during the decarburization period, the air can function as a decarburizing gas in nature, but immediately after the start of the decarburizing process, Under the influence of soot remaining in the atmosphere, oxygen in the air produces CO, so it becomes carburized immediately after the start of the decarburization treatment, but gradually functions as a decarburization gas after the start of the decarburization. It will be different. Therefore, when introducing air into the furnace, in order to perform decarburization satisfactorily, the introduction time is generally preferably 5 minutes or more.
[0068]
  As shown in Table 3, according to Reference Example 2A, the carburization temperature was 950 ° C., the furnace pressure was 3 KPa, and after performing the carburizing process for 45 minutes, oxygen dioxide gas (CO2) And propane gas (C3H8) Was charged into the furnace at a rate of 34.8 liters (NL) / min, and the furnace pressure was 30 KPa. This decarburization process corresponds to the weak decarburization process because the decarburization gas containing the carburizing gas is introduced into the furnace for decarburization.
[0069]
  In the above case, oxygen dioxide gas (CO2) And propane gas (C3H8)), And the volume ratio was, as shown in Table 3, oxygen dioxide gas: propane gas = 33: 4.2. That is, oxygen dioxide gas is supplied into the furnace at 33 liters (NL) / min, and propane gas is supplied into the furnace at 4.2 liters (NL) / min. In other words, in the mixed gas described above, oxygen dioxide gas (CO2) Is a carburizing gas, propane gas (C3H8) Is richer than.
[0070]
  The carbon concentration of the surface of the flat part of the workpiece on which the reference example 2A is implemented is 0.8% by mass, the carbon concentration of the surface of the corner of the work is 0.9% by mass, The carbon concentration at the surface and the carbon concentration at the surface of the corner of the workpiece were close to each other, and there was no cementite not only at the flat portion of the workpiece but also at the corner of the workpiece.
[0071]
  As described above, in Reference Example 2A, the carbon concentration at the surface of the workpiece and the carbon concentration at the corner are close to each other so that the carbon potential (Cp value) of the mixed gas is about 0.7 to 0.8. In addition, oxygen dioxide gas (CO2) And propane gas (C3H8) Is introduced at a predetermined mixing ratio in the decarburization period, the carbon concentration lower than the Cp value of the plane part of the workpiece increases and approaches the Cp value, and the angle of the workpiece It is inferred that the carbon concentration higher than the Cp value of the part decreases and approaches the Cp value, and as a result, the carbon concentration of the surface of the flat part of the work and the carbon concentration of the surface of the corner of the work approach.
[0072]
  Therefore, oxygen dioxide gas (CO2) And propane gas (C3H8)) Is introduced in the decarburization period, and the carbon potential (Cp value) is set to a predetermined target carbon concentration. 75% by mass) increases and approaches the target carbon concentration (for example, 0.8% by mass), and the carbon concentration (for example, 0.9% by mass) higher than the target carbon concentration at the corner of the workpiece decreases. It approaches the target carbon concentration (for example, 0.8% by mass), and as a result, both the carbon concentration on the surface of the plane portion of the workpiece and the carbon concentration on the surface of the corner portion of the workpiece are respectively the target carbon concentration (for example, 0.8 mass). %).
[0073]
  As shown in Table 3,According to the present inventionAccording to Example 3A, the carburization temperature is 950 ° C., the furnace pressure is 3 KPa, the carburizing process is performed for 45 minutes, then the carburizing process is performed for 15 minutes under the condition 1A, and immediately thereafter, the condition 2A The weak decarburization treatment was performed for 35 minutes. Condition 1A is that decarburizing gas is charged with air at a rate of 120 liters (NL) / min and the pressure in the furnace is 20 KPa. Condition 2A is an oxygen dioxide gas (CO2) as a decarburizing gas.2) And propane gas (C3H8) Is introduced into the furnace at a rate of 37.2 liters (NL) / min, and the furnace pressure is set to 30 KPa.
[0074]
  Thus, the weak decarburization process is performed immediately after the strong decarburization process.According to the present inventionWhen Example 3A is carried out, as shown in Table 3, the carbon concentration on the surface of the workpiece becomes 0.8 mass%, the carbon concentration on the corner becomes 0.83 mass%, and the carbon on the surface of the plane portion of the workpiece The concentration and the carbon concentration at the surface of the workpiece corner were very close, and there was no cementite at the workpiece corner as well as the workpiece flat.
[0075]
  Thus, in Example 3A, the reason why the carbon concentration of the surface of the plane portion of the workpiece is close to the carbon concentration of the surface of the corner portion of the workpiece is the oxygen dioxide gas (CO2) that is a decarburizing gas as described above.2) And propane gas (C3H8) With a predetermined mixing ratio, the carbon potential (Cp value) can be controlled to be about 0.7 to 0.9. The low carbon concentration increases and approaches the Cp value, and the carbon concentration higher than the Cp value at the corner of the workpiece decreases and approaches the Cp value. It is presumed that the carbon concentration at the surface of the corners of the corners approaches. In addition, about the workpiece | work which implemented Reference Example 1A, 2A, and Example 3A, after carrying out the soaking | uniform-heating process on the same conditions as the above-mentioned, it quenches with oil.
[0076]
  (Others) In addition, the method of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the invention.
[0077]
【The invention's effect】
  As described above, according to the vacuum carburizing method of the present invention, it is possible to reduce or remove cementite at the corners of the workpiece while shortening the production time.The decarburization process is executed while suppressing the decarburization action with a mixed gas containing a decarburizing gas and a carburizing gas. As a result, as described above, the carbon concentration on the surface of the planar portion of the workpiece can be brought close to the carbon concentration on the surface of the corner portion of the workpiece, which is advantageous for high quality.
[0078]
  In the case of the following form, a specific effect is recognized. After performing the carburizing process, the process of performing the diffusion process including the decarburizing process in the initial stage is one cycle. When this cycle is continuously repeated a plurality of times, as described above, the cementite at the corners of the workpiece is More advantageous for reduction or elimination.
[0079]
  When the furnace pressure (degree of vacuum) in the decarburization process is set to 40 KPa or less, the oxygen partial pressure is reduced, which is advantageous for suppressing grain boundary oxidation in the workpiece. In addition, the decarburization process consists of a combination of a strong decarburization process with relatively strong decarburization capacity and a weak decarburization process that is performed after the strong decarburization process and is relatively weaker than the strong decarburization process. Has beenForAs described above, it is advantageous for reducing or removing cementite on the surface of the corner portion of the workpiece while ensuring the carbon concentration of the surface of the flat portion of the workpiece.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a furnace.
FIG. 2 is a graph schematically showing a form of temperature change.
FIG. 3 is a graph schematically showing the carbon concentration near the surface of a workpiece immediately after vacuum carburization.
[Explanation of symbols]
  In the figure, 100 indicates a plane portion of the workpiece, 102 indicates a corner portion of the workpiece, and 200 indicates a furnace.

Claims (4)

減圧雰囲気及び浸炭可能温度以上の高温に保持される炉内に浸炭性ガスを導入して炉内の鉄系のワークに対して浸炭処理を実行し、
その後、炉内を排気して減圧雰囲気において加熱保持することにより炉内の前記ワークに対して拡散処理を実行する真空浸炭方法において、
前記拡散処理のうちの少なくとも初期において、脱炭性ガスを炉内に導入して炉内の前記ワークの表面に脱炭処理を行い、前記ワークの表面のセメンタイトを減少または除去する真空浸炭方法であって、
前記脱炭処理は、脱炭性ガスが存在している状態で行われ脱炭条件が相対的に強い強脱炭処理と、前記強脱炭処理後に行われ且つ脱炭性ガスが存在している状態で行われ脱炭条件が前記強脱炭処理よりも相対的に弱い弱脱炭処理との組み合わせで構成されており、
前記脱炭処理のうち弱脱炭処理は、脱炭性ガスである二酸化炭素ガスと浸炭性ガスであるプロパンガスとを含む混合ガスで、過剰の脱炭部分について炭素濃度を増加できるように脱炭作用を抑制しつつ実行されることを特徴とする真空浸炭方法。
Carburizing gas is introduced into the furnace maintained at a high temperature that is higher than the reduced-pressure atmosphere and carburizable temperature, and the carburizing process is performed on the iron-based workpiece in the furnace.
Thereafter, in the vacuum carburizing method of performing diffusion treatment on the workpiece in the furnace by evacuating the furnace and heating and holding in a reduced pressure atmosphere,
In a vacuum carburizing method in which decarburizing gas is introduced into a furnace at least in the initial stage of the diffusion treatment to decarburize the surface of the work in the furnace, and cementite on the surface of the work is reduced or removed. There,
The decarburization process is performed in the presence of a decarburizing gas, and a strong decarburization process with relatively strong decarburization conditions, and is performed after the strong decarburization process and the decarburizing gas is present. The decarburization conditions are performed in a state where the decarburization process is relatively weaker than the strong decarburization process ,
Among the decarburization processes, the weak decarburization process is a mixed gas containing carbon dioxide gas, which is a decarburizing gas, and propane gas, which is a carburizing gas, and is desorbed so that the carbon concentration can be increased in excess decarburized parts. A vacuum carburizing method which is performed while suppressing charcoal action .
請求項1において、前記浸炭処理を実行し、前記初期における脱炭処理を含む拡散処理を実行するサイクルを第1サイクルとし、前記第1サイクルを複数回連続的に繰り返す工程を含むことを特徴とする真空浸炭方法。In Claim 1, the cycle which performs the carburization process, performs the diffusion process including the decarburization process in the initial stage is made into the 1st cycle, and the process of repeating the 1st cycle several times continuously is included, Vacuum carburizing method. 請求項1において、前記浸炭処理を実行し、前記初期における脱炭処理を含む拡散処理を実行するサイクルを第1サイクルとし、且つ、前記浸炭処理を実行し、前記脱炭処理を含まない拡散処理を実行するサイクルを第2サイクルとしたとき、
前記第1サイクルを複数回連続的に繰り返し、前記第1サイクルの繰り返しの終了後、あるいは、前記複数回の第1サイクルの繰り返し途中において前記第1サイクルと前記第1サイクルとの間において、前記第2サイクルを実行する工程を含むことを特徴とする真空浸炭方法。
The diffusion process according to claim 1, wherein a cycle in which the carburizing process is performed and a diffusion process including the decarburizing process in the initial stage is a first cycle, and the carburizing process is performed and the decarburizing process is not included. When the cycle to execute is the second cycle,
The first cycle is repeated a plurality of times continuously, after the end of the repetition of the first cycle, or during the repetition of the plurality of first cycles, between the first cycle and the first cycle, A vacuum carburizing method comprising a step of executing a second cycle.
請求項1〜請求項3のいずれか一項において、前記脱炭処理における減圧度を40KPa以下に設定することを特徴とする真空浸炭方法。
【0001】
The vacuum carburizing method according to any one of claims 1 to 3, wherein a degree of vacuum in the decarburization process is set to 40 KPa or less.
[0001]
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9212416B2 (en) 2009-08-07 2015-12-15 Swagelok Company Low temperature carburization under soft vacuum
US10246766B2 (en) 2012-01-20 2019-04-02 Swagelok Company Concurrent flow of activating gas in low temperature carburization

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4655528B2 (en) * 2004-07-12 2011-03-23 日産自動車株式会社 Manufacturing method of high-strength machine structure parts and high-strength machine structure parts
US8580050B2 (en) 2005-08-24 2013-11-12 Daido Steel Co., Ltd. Carburized machine parts
JP4458079B2 (en) 2006-09-27 2010-04-28 株式会社Ihi Vacuum carburizing equipment
JP4458107B2 (en) 2007-03-09 2010-04-28 株式会社Ihi Vacuum carburizing method and vacuum carburizing apparatus
JP2009235443A (en) * 2008-03-26 2009-10-15 Aisin Seiki Co Ltd Method of manufacturing steel with adjusted surface carbon concentration
CN111020460B (en) * 2019-12-27 2022-02-11 常熟天地煤机装备有限公司 A kind of high nickel carburized steel and preparation method thereof
CN114293138B (en) * 2021-12-31 2024-03-19 常州新区河海热处理工程有限公司 Vacuum low-pressure carburization process for shaft tooth parts

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9212416B2 (en) 2009-08-07 2015-12-15 Swagelok Company Low temperature carburization under soft vacuum
US10156006B2 (en) 2009-08-07 2018-12-18 Swagelok Company Low temperature carburization under soft vacuum
US10934611B2 (en) 2009-08-07 2021-03-02 Swagelok Company Low temperature carburization under soft vacuum
US10246766B2 (en) 2012-01-20 2019-04-02 Swagelok Company Concurrent flow of activating gas in low temperature carburization
US11035032B2 (en) 2012-01-20 2021-06-15 Swagelok Company Concurrent flow of activating gas in low temperature carburization

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