ガス窒化処理したクロム含有低合金鋼の拡散層硬さに及ぼす窒化温度と合金成分の影響

摘要

自動車部品をはじめとして多くの機械部品に適用されているガス窒化処理は，Fe-N系の共析変態点以下の温度で処理され，浸炭や高周波焼入れなどにおける焼入れを伴わないため，熱処理ひずみが小さい表面硬化処理である.ガス窒化処理された鋼の表面には，化合物層と呼ばれるγ′相(Fe_4N)やε相(Fe_(2-3)N)を主体とする鉄窒化物層と，その下地に母相に固溶した窒素拡散層（以下は拡散層）が形成する.また，ガス窒化処理に適用するJIS-SCM435鋼やJIS-SACM645鋼のようなCr含有低合金鋼の多くは，拡散層中に合金窒化物が析出し，拡散層をさらに硬化させる.化合物層は耐摩耗性や耐食性，また拡散層は耐疲労特性の向上に寄与することから，化合物層の厚さや相構造，また拡散層の硬さ分布といったそれぞれの層を代表とする窒化特性の制御は，機械部品の機能を高めるために重要である.しかし，部品毎に窒化特性を最適化するためには多くの試作を伴うため，事前にこれらの特性値を予測可能であることが試作低減に欠かせない.%Low alloy steels containing chromium, JIS-SCM435, DIN-31CrMoV9 and JIS-SACM645, were gas-nitrided at 773 K, 813 K and 853 K under several nitriding potentials, where the compound layer was generated at almost the beginning of the nitriding. Their hardness profiles and nitrogen distributions were characterized in the nitrogen diffusion layer. A linear relationship between the hardness increased, ΔHV, and nitrogen content in the diffusion layer was detected at each nitriding temperature in the steels. Their linear constants K were given by the Arrhenius type equation as a function of nitriding temperature in the steels. The hardness increased in the diffusion layer was demonstrated by the Orowan bypass mechanism for CrN platelets in DIN-31CrMoV9. The linear relationship in low alloy steels can be represented when the total volume fraction of precipitates such as CrN and AlN is less than several percent and their average particle size is less than 20 nm.