はじめに
高周波誘導加熱の熱処理方法は電気エネルギーを利用し、浸炭や焼入れなどの一般的な熱処理に比べてCO2の排出が少なく、クリーンな熱処理方法です。加工されたワークの加熱、局所加熱、表面加熱を行うため、表面硬化処理に使用され、機械部品の小型化に大きな役割を果たします。 、安定した熱処理品質が得られ、熱処理後のワークの変形が少なく、安定した変形の少ない熱処理方法です。わずか0.5秒の周波数熱処理装置は、ワークピースの表面をオーステナイト化し、急冷することができます。 tyと小さな変形だけでなく、ワークピースの表面に高い残留圧縮応力を追加し、ワークピースの表面を細かく結晶化して、ワークピースの疲労強度を向上させることができます。
しかし、部品の性能を向上させるための高周波熱処理やその他の単一の熱処理方法は限られています。 そこで、部品の性能をさらに向上させるため、複合熱処理や表面改質処理技術の研究を行いました。
2. SRIQと表面熱処理を組み合わせた複合熱処理技術
2.1 「PALNIP」処理
PALNIP（塩浴軟窒化SRIQ）は、塩浴軟窒化とSRIQを組み合わせた表面酸化防止処理の複合熱処理技術です。 PALNIP 処理した焼戻し鋼 SCM440 を例にとると、断面組織から表面酸化防止処理と SRIQ 処理の効果により、ワークは高周波で硬化するが、窒化層はそのままの状態であることが観察されました。 SRIQの前にSCM440を窒化し、FE-CN系のオーステナイト転移点を下げます。 そのため、本来のSRIQ加熱温度よりも低い温度でSRIQ処理を行うことができ、ワーク表面の残留窒化層に大きな影響を与えます。
上記の PALNIP 処理された材料に対して、ロール露出試験が行われました。 比較のため，SCM440 鋼の塩浴軟窒化処理のみのサンプル（N 材）と SCM420 鋼の真空浸炭焼入れ処理のサンプル（VCQ 材）を用意した。 N材の窒素拡散硬化層の厚さは約0.4mmで、表面硬度は約600HVです。酸化防止剤SRIQで処理されたPALNIP材は、拡散窒素の焼入れ硬化効果により、表面硬度が800HVに上昇しました。ソルトバスでの軟窒化により表面の化合物層と硬化層が増加し、SRIQ処理により硬化層が厚くなっています。 さらに、PALNIP 表面は、他の熱処理された材料よりも高い残留圧縮応力を持っています。
各種材質のロール剥き出し試験結果（試験条件：回転数1500r/min 摺動率40％ 油温80℃ 日産ATF D-Ⅲ用油 大型ロール材質SCM420浸炭焼入れ表面）研削. ビッグローラーを300mm上げます. 各面の圧力下で, N材の露出寿命は他の熱処理された材料のそれよりも短いです. N材の露出寿命が短い理由は, N材は化合物層を持っていますが,硬化層が非常に薄い.PALNIP材は硬化層が厚いため,材料の強度と削剥寿命が大幅に向上し,VCQ材と同等以上である.さらに,PALNIP材の断面は107回圧延した最大面圧2950MPaの試験片を試験したところ、試験片の表面全体に化合物層が存在することが確認された.したがって、強度と寿命の増加の理由1) 化合物層はロール加圧試験時の摩擦係数を低減する効果がある.2) ロール加圧試験で温度が上昇すると, -Fe2n および -Fe3n 鉄窒化物が表面から抽出される.強化された FE-CN マルテンサイト層。焼戻しによる材料の軟化を抑制することができます。
PALNIP 処理技術は、処理された材料の表面に均質な化合物層を提供しながら、硬化層の厚さを増加させ、露出に対する優れた耐性を提供します。 SRIQ処理により厚い硬化層が得られるため、耐疲労性に優れています。PALNIP処理はすでに一部の自動車部品に採用されており、さらなる応用が進んでいます。
2.2 スーパープロセッシング SRIQ
SRIQ加工とは、摩擦加工法を用いて被加工物を超強力加工した後にSRIQ加工を施す複合熱処理技術です。 摩擦加工とは、加工物表面に加工ツールを押し付けて摩擦を行い、加工物表面にナノ結晶の微細構造を形成する表面改質方法です。 超強力加工SRIQ工法は、SRIQ処理後もナノメートル粒子の微細構造を維持し、その微細構造の下にSRIQ処理により深い硬化層を形成する新しい複合加工プロセスです。 S45C鋼をCNC旋盤で超強力加工（旋盤回転数1600r/min、圧縮荷重1500N）した後、SRIQ加工を施しました。 SRIQ処理によるオーステナイト焼入れではありますが、超強加工により形成された超微細ナノ結晶構造は継承されています。 処理鋼はS45Cですが、超微細なナノ結晶組織の存在により硬さは900HVに達します。 SRIQ処理材は、超高強度加工だけでは得られない有効硬化層厚0.9mmを実現。 超高強度加工を施したSRIQコンポジット処理を施したS45Cの回転疲労寿命は、SRIQ単独処理を施したS45Cに比べて大幅に高いことがローラー削剥試験の結果からわかります。
2.3 SRIQ DLC 処理
SRIQ DLC処理は、SRIQ処理後にDLC（ダイヤモンドライクコーティング膜）処理を施した複合熱処理技術です。 ギアは低温処理が可能なUBMS（非平衡マグネトロンスパッタリング）によるDLC処理が可能です。 調質鋼S45Cを動的循環歯車疲労試験片（モジュラス3、ピッチ円直径99mmの平歯車）に加工し、歯車試験片の歯底の有効硬化層深さを0.6mmにするSRIQ処理を施した。 . 次に歯車サンプルをＵＢＭＳ処理して、厚さ３μｍのＤＬＣコーティングフィルムを形成した。 THE DLC 皮膜の形成条件は，DLC 皮膜の構造が厚さ 3 μm で Wadded の組成勾配を持つ me-DLC 純 DLC の複合層と，ME-DLC 純 DLC と厚さ 2 m で 10%W の厚さ。 疲労試験に使用したコントラストギアは、S1CをSRIQ処理後、DLCコーティング温度と同じ低温(45℃)で焼戻ししたサンプルです。 DLCコーティング温度150℃は、高周波焼入れ後の炉焼戻し温度に相当するため、SRIQ処理で得られた高硬度、高残留圧縮応力、微細組織がDLC処理後も保持されます。 そのため、SRIQ処理後の高い疲労強度とSRIQ皮膜の優れた摩擦特性を併せ持つ処理材です。 動的循環ギアの疲労試験結果は、DLC 処理がギアの耐疲労性を向上させることを示しています。 さらに、ローラー露出テストは、DLC処理が露出に対する材料の耐性を改善できることも証明しています。 断面観察と FEM 解析の結果、DLC 処理はコーティングの摩擦係数が低いため、上記の効果があり、DLC 処理された材料表面の応力負荷が軽減され、表面の微視的な露出の発生が抑制されることがわかりました。