N-QUENCH新しい表面硬化熱処理法

新しい表面硬化熱処理法「N-クエンチ」の有用性を実証しました

  

  

課題を解決する新しい表面硬化熱処理法、それが「N-クエンチ」です

N-QUENCHとは?

銅に窒素のみを浸入・拡散し、オーステナイト状態から焼入を行う「浸窒焼入」のことです。
N-QUENCH試料について、断面・窒素濃度プロフィール、ひずみ、摩擦・磨耗特性を評価して、以上のような結果を得ました。

1、低炭素鋼でHmv800以上を確保

低炭素鋼(SPCC)に窒素のみを侵入させて焼入れを行いカーボン系のガスを使用しないので環境に優しい熱処理法である。

2、熱処理歪は浸炭窒化の半分以下

処理温度は700~800℃で浸炭窒化より100℃低い領域での処理温度の為、変形に対しては有利

3、摩擦・摩擦特性についても優位性を実証

摩耗量は、浸炭窒化焼入れ材の1/2、ガス軟窒化材の1/3と良好です。

新しい表面硬化熱処理法「N-クエンチ」の有用性を実証しました

断面硬度および窒素濃度プロフィール

●試験条件/
 ・使用設備 : 400kgチャージの真空浸炭窒化炉
 ・供試材 : SPCC材
 ・処理温度 : 750~780℃ ・処理ガス : アンモニアガス

●断面組織(鋼種:SPCC)

Fig.1
処理温度 : 750℃ 処理時間 : 30分
約50μmの改質層が確認される

Fig.2
処理温度 : 780℃ 処理時間 : 90分 拡散時間 : 60分
約150μmの改質層と、その下に拡散層が確認される

Fig.1
N-クエンチ試料の硬度・窒素濃度プロフィール

Fig.2
拡散時間を設けたN-クエンチ試料の硬度・窒素濃度プロフィール

Fig.3
浸窒後に浸炭を行った試料の硬度・窒素濃度プロフィール

[Fig.1]の試料では、約0.09mmまで窒素が浸入。安価なSPCC材を用いた場合でも、窒素が浸入している範囲では焼入硬化によって硬度が素地よりも高くなっています。
また拡散時間を設けて、より内部まで窒素を浸入させることにより、より内部まで硬化させることも可能です。それを示すのが、
[Fig.2]の試料を使った試験です。150分間で約0.15mmの有効硬化層深さが得られ、ガス軟窒化処理より短時間で深い硬化層を得ることが可能です。

浸炭窒化の約半分のひずみ量

●比較した処理方法/
  (1)浸炭窒化焼入、(2)ガス軟窒化、(3)N-クエンチ
●使用した試料/
  外径:φ127mm、内径:φ86.8mm、厚さ:φ1.6mmで、内側に歯が切ってある円盤状のSPCC材
●試験方法/
  各処理方法とも4試料を用い、1試料内で23箇所ずつ測定し、測定値の最大値と最小値をひずみ量としました。

Fig.4
N-クエンチ試料のひずみ量

「浸炭窒化焼入」の処理後の試料は、0.00~0.20mmの範囲のひずみを生じているのに対して、「N-クエンチ」の場合は-0.05~+0.06mm。それは「浸炭窒化焼入」の場合の、約半分しかひずみがなく、「ガス軟窒化」と比べても最大で0.04mm大きいのみです。「N-クエンチ」は、低ひずみが求められる部品に対する表面硬化法として有用であるといえます。

摩擦・磨耗特性についても優位性を実証

●使用した試料/
  30×30×5mmのSPHC材
●比較した試料/
  (1)未処理材、(2)浸炭窒化後に焼入を行った試料、(3)ガス軟窒化した試料、(4)N-クエンチを行った試料
●試験方法/
  上記の4つの各試料を使用。相手材として、焼入後に端面に硬質クロムめっきを施したカラー形状のS45C材を使用。
  カラー・ディスク型摩擦・磨耗試験機で、摩擦・磨耗試験を行いました。

Fig.5
N-クエンチ試料の摩擦試験結果

Fig.6
N-クエンチ試料の磨耗試験結果

摩擦試験について
「N-クエンチ材」の摩擦係数と焼きつけ面圧は、「浸炭窒化焼入試料」や「ガス軟窒化試料」とほぼ同等です。「N-クエンチ」は、部品の代替表面硬化法として有用だと言えます。
摩耗試験について
「N-クエンチ材」の磨耗深さは、「浸炭窒化焼入試料」の約1/2、「ガス軟窒化試料」の約1/3と、良好な結果を示しました。これによって、摩擦耗性が必要な部品についても、表面硬化処理の代替として使用可能であることがわかります。窒素の浸入により焼戻軟化抵抗が向上することが、「N-クエンチ」が良好な摩擦耗性を示す一因です。

熱処理技術

 
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新しい表面硬化熱処理法 N-クエンチの実力

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