放電硬化した炭素鋼の耐熱性
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(2) . 平成８年８月. ７巻 第１号 北海道教育大学紀要 （第２部Ａ） 第４. Ａｕｇｕｓ ｔ ，１９９６. ｉ ｉ ４ ｉ ｉ ７ ｔ ｌ ｔ ｌｏｆＨｏｋｋａｉ ｄｏ Ｕｎ ｔｙｏｆＥｄｕｃａ Ｊｏｕｒｎａ ｏｎ ＤＡ）Ｖｏ ｓ ｏｎ（Ｓｅ ｃ ｖｅ ｒ ． ．１ ，Ｎｏ. 放電硬化した炭素鋼の耐熱性 馬. 相. 諭. 北海道教育大学釧路校技術科教育研究室 釧路 ０８５. Ｈｅａｔ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｓｔｅｅｌｂｙ Ｓｐａｒｋ Ｈａｒｄｅｎｉｎｇ. Ｍ ａｋｏｔｏ ｓＯＨＭＡ ｉｏｎ， Ｋｕｓｈｉ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａＩＥｄｕｃａｔ ｒｏ Ｃａｍ ーｐｕｓ Ｈｏｋｋａｉｄｏ Ｕｎｉ ｔｙ ｏｆＢｄｕｃａｔ ・ｏｎ ｖｅｒｓｉ Ｋｕｓｈｉｒｏ０８５. Ａｂｓｔｒａｃｔ. ｔｈ ｖ ｖｃ ｂｙ ｓｐａｒｋ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ 。ｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｃａｒｂｏｎ ｓｔｅｅｌｏｆＪ工ＳＳ３５Ｃ ｗａｓｃｏａｔｅｄ ｗｉ ｉｇａｔｅ ｈｅａｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ． ｉ。ｎ ｔｅｓｔ ｗａｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄｉｎ ｓ ｉ ｌ ｌａｉｒｔｏｉｎｖｅｓｔ ｔ 。ｘｉｄａｔ ｌｏｗｓ． Ｔｈｅｒｅｓｕｌ ｔｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌ. １ ） Ａ ｈａｒｄｅｎｄｌａｙｅｒ ｏｆ ａｂｏｕｔｌｏ〆 ｍ. ｌｙ． ｈ／ｃ甫 ｅａｓｉ ｔｈｌ ｍｉｎ／ｃボ ａｎｄ １５戸 ｍ ｗｉ ｔｈ ２ｍｉ ｅ ｗｉ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎａｂｌ. Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆｈａｒｄｅｎｅｄｌａｙｅｒ ｗａｓ ＨＶ６ ００ ．. ２）. ｉ ｉ ｉｎｔ （１１０ＯＫ） Ｔｈｅｓｐａｒｋ－ｈａｒｄｅｎｅｄ ｓｔｅｅｌｓｈｏｗｅｄ ｒｅｍａｒｋａｂｌ ｔ ｅ ｈｅａｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｌｏｗ ｔｈｅｃｒ ｃａｌｐｏ. ｉ。ｎ ａｍｏｕｎｔ ｒｅａｃｈｅｄ ａｂｏｕｔ ７０～８０％ ｃｏｍーｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｎ。ｎ‐ ａｎｄｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｄｅｃｒｅａｓｅｉｎ ｏｘｉｄａｔ ｔｒｅａｔｅｄｉｒｏｎ． ｌ ｉｎｇ ｏｆ ｈａｒｄｅｎｅｄ ｌａｙｅｒ ｗｈ ｉ ３） 工ｎｔｈｅ ａｕｓｔｅｎｉｔｅｔｈｅ ｈｅａｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｖａｒｎｉｓｈｅｄ ｄｕｅｔ。 ｔｈｅ ｆａｌ ｃｈ ｗａｓ ｉｘ ａｎｄｌａｙｅｒ． ｉ ｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｍａｔｒ ｃａｕｓｅｄ ｂｙｔｈｅｌａｒｇｅ ｄ. ４）. ｌ ｉ ｂ ｂ ｉ ｄｆ Ｂｅｌｏｗ ｔｈｅｃｒ ｉ ｉｃａｌｐｏｉｎｔ ｔ ， ｔｈｅｓｐａｒｋ‐ｈａｒｄｅｎｅｄ ｃａｒｂｏｎｓｔｅｅ ｗａｓｃｏｎｓ ｄｅｒｅｄｔｏ ｅｓｕ ｓｔｔｕｔｅ ｏｒ. ｔ ｏｆｈｅａｔ‐ｒｅｓｉｓｔａｎｔｓｔｅｅｌｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｃｒ ａ ｐａｒ ．. １． 緒. 言. 切削工具， 鋸歯， ター ビンブレー ドなどの切削性， 耐久性を向上させる一つの方法として放電硬化法があ り 種々 の 装 置 が開 発 さ れて い る． 中 でも ペ ネ トロ ン装 置 （ユ ニ ツ ー ル社） が注 目さ れて いる が， この装置は，. ０×３２０ｍ 小型軽量 （２１０×２１ ｍ ， １５０Ｎ） で操作が極めて容易であるにもかかわらず火花放電温度は， 約２５０００ Ｋと著しく高いので電極物質の母材への転移速度が迅速で又母材に何等変質， 歪み， ストレス等の影響を及 ） ばさ な い 特 徴 を有 して いる１ ．. ）が報告されて ４ 、 最近金属材料の表面改質によって付加価値を高める研究が注目され， 多くの優れた成果２ いるが， 上記の放電硬化法による研究は殆 ど見当たらない． そこで本研究では， 構造材料として多方面に使 用されている鋼の表面に上述のペネトロン装置で， ＷＣを電極物質として放電皮膜の形成を試み， 耐熱性を 調 べた． そして合金元素を添加することなく放電硬化法で容易に鋼を耐熱材料に改質できるかについて検討 （９９）.
(3) . 相. １００. 馬. 諭. した．. ２． 実. 験. 方. 法. ２－１ 放電硬化法 図１は， 放電硬化法の放電回路の略図である． 電源は直流で， 又電極は， 電磁気的に振動し被加工物との 接触を繰返し断続して花火放電が生じる‐ 電極物質は， 一般的に高硬度の 金属炭化物が用いられ， これが放 電現象によっ て被加工物表面の局部をイオン化して大気中の酸素， 炭酸ガスその他の酸化性ガスの反応しな い雰囲気を形成する． さらに著しい高温によって電極物質が溶融して被加工物の表面に付着， 拡散して硬化 ） 層 が形 成 さ れる１ ． 本 実 験の 放 電 硬 化 は， 前 述 の ペ ネ トロ ン装 置 によ っ て 行 っ た‐ 電力 ：２５０Ｗ， 電圧 ：１１ＯＶそ して 電 極 振 動. 数：１０ ＯＨＺで電極棒を据え付けた振動機を手に持っ て構造用炭素鋼Ｓ３５Ｃの試験片 （１０×１ ０×２０ｍ ｍ） の全面 に行 っ た‐ 電 極 棒 は， ＷＣ系 （Ｗ： ８６ ５ ０ ： ．９３ ．５４ ‐８７ ‐１５ｍａｓｓ％） で寸 法 は， １．５×１‐５×５０ｍｍ ， Ｃｏ：５ ， Ｃ： ， Ｆｅ. である． 放電時間は， 単位面積（ 粛） 当たりｏｍｉ ｎで， それぞれ処理 ｎ （硬化処理なし） ｎ並びに２ｍｉ ｃ ， ｌｍｉ した鋼をＳ０ ， ＳＩ及 びＳ２と名づけた． なお， 放電硬化を行う前に試料表面をエメリー紙で＃５００まで研摩 して ア ルコー ル洗 浄 した．. ２－２ 実 験試 料. 実験に用いた試料の化学組成と諸性質を表１に示した． 顕微鏡組織は， 図２ に示 した がフ ェ ライ トと パ ー ライ トからなっ ている． 左端の白色縦帯状組織が放電硬化法により形成された皮膜である‐ 図３ は， Ｓ１と Ｓ２の皮膜と基地の硬さ分布曲線で皮膜の最高硬さは， ともにＨＶ＝５５０～６００の範囲であっ た． 又皮膜厚さは， ＳＩではおおよそ１ ０口ｍ ５”ｍ ｍでその後は内部に向かっ て１ ｍ程連続的に減少 （拡散層） して基地の硬さＨＶ＝ ２５０に連 した‐ こ れに対 してＳ２の厚 さ は， １５〆 ｍ でそ の 後１０” ｍ で基 地 の 硬 さ に達 した．. ２－３ 酸化実験 放電硬化した鋼は， 図４に示した熱サイクルで酸化実験を行っ た． 加熱雰囲気は静止空気中で， 試料は， 磁性皿にのせマッフル炉に挿入した‐ そして図中に示した温度と時間で恒温加熱 した後， ５７３Ｋまで炉冷 し た後， レンガボックス内で室温まで冷却して重量を測定して顕微鏡組織観察を行っ た‐ 表１ Ｒ. 電. 極. （＋）. 炭素銅（Ｓ３５Ｃ）の化学組成（ｍａｓｓ ％）. Ｃ. Ｓｉ. 順. Ｐ. Ｓ. ０ ．３５. ０ ．２１. ０ ‐７０. ０ ．０１０. ０ ‐０１７. Ｃ. Ｔ電源 図１. １. 伽工物 」（ ‐ ）. 放電硬化法の回路図. 諸. 性. 質. 引張強さ 伸 び ブリネル硬さ 密 度 （ Ｍｐａ ）. ６１ ３. （１０ ０）. ％ （ ）. ） （ １ ０ ／ ３ ０ ０ ０. Ｘ彫が） （. ２９ ．０. ６ ３ １. ７ ．７７.
(4) . . 放電硬化した炭素銅の耐熱性. 警 蒔 嚢諸 発議虐 き 一粒鱈尋滋 藤象潟豊灘鰐総鋒露 ・. ３Ｋ ７ ３Ｋ ７ ， １１７ ， ９７３Ｋ １ ，３ ，５ ， １０ ， ２０ ｈ. ０“ 連奏繋５ 慕ご署節導き ｍ. 図２. ＄ ８１０. Ｋ ／. 炭素鋼Ｓ３５Ｃの組織と放電皮膜 （３％ナイタール腐食）. 〉 １０００ ー. １０１. １１ー１１ー１１１. ↑ 試来梓事入. ７５０. 時 間. ・ Ｓ２（２ ｍｉｎ／ｃｍ２） ′ ｔ 、. ５００ ２５０. レンガ箱. ｏ Ｓ１（ｌ ｍｉｎ／ｃｍ２）. ． 話鴇腐熟－. 図４. ド． １１！１１１－－. 酸化実験の熱サイクル. ｓ ２ 秤 平ー，－ ，，，. ０. １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０. ０. 試料端からの距離， ”ｍ 図３. 皮膜の硬さ分布曲線. ３． 実. 験. 結. 果. ３－１ 重量増加量 図５は， 各温度で恒温加熱した後室温で測定した重量増加割合 （重量増加量） を示す． ７７ ３Ｋにおいて放電硬化しないＳＯの重量は加熱時間ｌｏｈまでわずかに減少したが， その後は増大 した． こ れに対して放電硬化した場合はおおよそ半減した． またＳＩはＳ２より大きいが両者の差は微量で類似した曲 線 を描 い た‐ すな わち， ｌｏｈ まではほぼ一定で， その後はわずかに増大した‐ なお重量増加は， 後述の組織 変化から酸化で， 減少は脱炭によると考えられる． ９７ ３Ｋで恒温加熱したＳ１とＳ２の重量増加はＳＯに比較して著しく減少して２０ｈ加熱後のＳＩはＳＯのおおよそ３０ ％， Ｓ２は２０％ で あ っ た． １１７３Ｋの 場 合 は， Ｓ０ ， ＳＩ及 びＳ２の 順 に重 量 増 加 が小 さ い が， そ の 差 は わ ず か で ３ 者 は ほ ば等 しく， し か. も加熱時間と共に連続的に増大した． 図６は， 放電硬化しない炭素鋼 （ＳＯ） の重量増加量に対する放電硬化した炭素鋼 （ＳＩ及 びＳ２ ） の重量増 加量の割合を示してある‐ ７７３Ｋの 場 合ＳＯに対 するＳＩは， 平均 して５０％， Ｓ２は４０％ であ る がこ れは ｌ ｍｉ ｎの 放 電 硬 化 に よ っ て 酸 化 量 が５０％， ２ ｍｉｎで は６０％ 減 少 した こ と 示 す．. ９７ ３Ｋの加熱時間ｌｈのＳ１とＳ２は， ９０～９５％であるので放電効果が殆どないと言える． しかし３ｈで両者は ほ ぼ５０％ にな っ た 後， ５ｈ 以上 でＳＩは４０％， Ｓ２は３０％ 以下 にな っ た の が注 目さ れる．. ３Ｋの場合は， ９７ ３Ｋとは逆に加熱時間ｌｈでは２０～２５％と耐熱性が著しいが， ３ｈ以上ではＳＩは平均し １１７ （１ ０１）.
(5) . 相 ， 馬 、 、. １〇２. 諭 言. ０％と増大 したことから放電効果が殆ど消失したと理解できる． て８０％， Ｓ２は７ １ ー . 。 . ー０. （ 。Ｎ の一也 郡云Ｓ咽員響噺細. ×. １１１－－１１ ＝ －－１１１１１’１１. 決も ′. ヌ. ‐０ ０， ３ ５. ，０. １ｈ. ２０. 各温度で恒温加熱した炭素鋼の重量増加量. ５ｈ. 加熱時間、. 加熱時間、 ｈ 図５. ３Ｋ １ １７. ｌｏｈ ２０ｈ. ｈ. 図６ 放電硬化しない炭素鋼の重量増加量に対する 放 電硬 化 した 炭素鋼 の 重 量 増加 量 の割 合. ３－２ 光学顕微鏡組織変化 ３Ｋで２０ｈ恒温加熱した後， 室温で試料の端から中心部に向かっ て観察 した光 図７－（ａ） は， Ｓ０とＳ２を７７ 学顕微鏡組織変化である． 酸化実験後のＳＯの端部には微量な変質が認められるが， 内部の組織は加熱前と同じであっ た． Ｓ２の場合は， 皮膜の剥離は ごく微量でその部分にはＳ０と同じくわずかな変質が見られたが， ほとん ど加 熱前と同じ皮膜の付着状態であっ た． （ｂ） は９７ ３Ｋの場合である． ＳＯの組織は， 外側から試料表面上に形成された酸化皮膜， 脱炭層そして未変 ） 最外部の酸化皮膜と脱炭層の間は黒色であるが これは試料を切断した際酸化皮膜が 質層に区分できる５ ． ， 試料から剥離して出来た空間に樹脂が流入した結果と考えられる‐ （ｃ ） は， １１７３Ｋで加熱した場合である． 大きな剥離部より左側のＳＯの酸化物層は， Ｓ２より２０％程厚い． こ れはＳＯの重量増加がＳ２より２０％程大きいのにほ ば対応している． 剥離部より内側では粒界に酸化物の堆積， 脱炭層が形成されたがＳ０とＳ２の脱炭層の厚さがほ ば等しく， 又内部の粗大化 したフ ェ ライ トとパー ライ ト の組織も類似している． ３－３ 酸化速度定数の変化 ー ０ ５（Ｗ ： 酸 化量 Ａ： 表 ）は 高 温 での加 熱 によ る 酸化 傾 向 は Ｗ ／Ａ＝Ｋ・ｔ ・ ピー リ ン グとペ ッ トワ ース６ ， ， ，. 面積， Ｋ：酸化速度定数， ｔ：時間） で表せるとした‐ そこで本研究で得られたＷ， Ａ， ｔを上式に代入 して 酸化速度定数を求め， その結果を図８に示した． そして放電硬化した鋼の耐熱性を酸化速度定数の変化から 検討した． ７７ ３Ｋの場合， 放電硬化によっ て酸化速度定数がほば半減した． 又いずれの鋼 も加熱時間と共に減少した 後， ＳＯはｌｏｈ， ＳＩは ７ｈそ してＳ２は３ｈで ほ ぼ一 定 にな っ た． さ ら に７ｈ 以上 のＳ１とＳ２の 値 は ほ ぼ等 しくなっ ２） （１ ０.
(6) . ｌ０３. 放電硬化した炭素鋼の耐熱性 た．. ９７３Ｋの 場 合， 加 熱 ｌｈで のＳ０ ， ＳＩ及 びＳ２の酸 化速 度 定 数 は ほ ば等 しい． そ の後， ＳＯはｌｏｈま で著 しく 増 大. する傾向を示した後一定になった． これに対してＳＩはわずかに増大， Ｓ２は減少する傾向を示 し， ２０ｈ加熱 にお い て はＳ２はＳＩの約 半 分 にな っ た．. １ １７ ３ＫのＳＯの酸化速度定数は， 加熱初期から大きく， Ｓ１とＳ２の約４倍である． その後はわずかに減少 した が， ２０ｈ加熱まで比校的大きな値を示した． 一方， Ｓ１とＳ２の酸化速度定数は殆 ど同じ傾向で， ｌｏｈまで増大 してＳＯに ほ ぼ等 しく な っ た．. 端←→内部 弓こ. 変質層. し憲. . ＼. ィ雌 酸. Ｓ０ （ ｏ ｍｉｎ／ｃｍ２）. 端←→内部 滋 観－ ； こ Ｉ － …． Ｓ０ （０ 皿ｉｎ／ｃｍ２）. 腕炭層. 端←→内部 擬鰐ぞ滋. 端←→内部 彰控越 Ｓ２ （ ２ ｍｉｎ／ｃ皿２）. 酸イ飯蝦剥離空間. Ｓ２ （ ２ ｍｉｎ／ｃｍ２）. Ｋ ｈ （ｂ）９ ７ ３ － ２ ０. （ａ） ７７３Ｋ‐２０ｈ. 酸イ被膜剥離空間 . . ： 三一きざ 二. 護 憲 喜 憂. ． ′. ・＼ 、 二 Ｓ ２（ ２ ｍｉｎ／ｃｍ２）. ．キ ー≦ ．” 、. 端←→内部. ３Ｋ‐２０ｈ （ｃ） １１７. 図７. 光学顕微鏡組織変化 （ ３％ナイタール腐食）. ３） （１ ０. .
(7) . １０ ４. 相 ｌｏ ０ ・ ○ ０９ ・. ぬ 総. 馬. 論. 表２. ７７３Ｋ ４ ０ ，. ＋Ｓ Ｏ ００６ ー －トＳＩ. . ３ Ｏ ．. ． ０ ０５ 十５ ・ ト５２ ， ０ ＯＡ ． ０ ０３ 。 ． ０ ２ ｔ ０ ｏ ｏ ． ， １ ０ ０ ・. Ｊ 」 〕. １３５ ↑ ０. 放電硬化しない鋼に. 対する酸化減少量 ７７ ３Ｋ. ９７ ３Ｋ. １１７３ Ｋ. ＳＩ. ５０ ％. ６０ ％. ２０ ％. Ｓ２. ６０ ％. ０％ ７. ３０ ％. ２ ０ ． １ ｏ ， ２ ０. ０ ・ １３５ １ ０. 加熱時間、 ｈ. （ ３ ，５ ，１０ ，２０ ｈ 恒温加熱の平均）. Ｓ１：方奮電硬化 １ （ ｍｉｎ／ｃ ｍ２）. 図８ 加熱に伴う酸化速度定数の変化. Ｓ （ ２ ： 放瞳電硬化 ２ｍｉｎ／ｃｍ２） 察. ４． 考. ボではおおよそ 電極物質としてＷＣを用い炭素鋼Ｓ３ ５Ｃに放電硬化を行うと前述のよう に放電時間ｌｍｉ ｎ／ｃ ７ ） １０〆 ｍ そ して２ｍｉ ｎ／ｃ孟で は１５〆ｍ のＦｅ ， Ｗ， Ｃｒ及 びＣか らなる 複 炭 化物 皮 膜 が形 成 さ れ ， 皮 膜 の 最 高 硬 さ. は， ＨＶ＝６ ００であっ た． そして皮膜から素材の硬さに達するまでほば連続的に硬さが低下 した． 又， 火花 放電により加熱・急冷されるので一部マルテンサイ トの生成が考えられるが， これについては組織的に明瞭 で はな か っ た．. 炭素鋼Ｓ３５Ｃも放電硬化による表面改質が可能であることが明らかになっ たので酸化実験を行い耐熱性を 調べその結果を図５と６に示したが， さらに表２に改めてまとめた． これは， 表中に示した条件下で放電硬 化しない炭素鋼 （ＳＯ ） に対する放電硬化炭素鋼 （ＳＩ及 びＳ２） の酸化減少量で， 各保持時間の平均値である‐ 粛の放電硬化によっ て７７ ３Ｋでは５０％， ９７ ３Ｋでは６０％酸化量が減少， すなわち耐熱性が増大 例えば， ｌｍｉ ｎ／ ｃ ３Ｋ－ＳＩの２０％は皮膜の効果が殆どなかっ たことを示す‐ したことを， また１１７ ３Ｋの加熱では基地 （熱膨 ７７３Ｋ加熱においてＳ１とＳ２の酸化量はＳＯに比較して半分以上減少した‐ これは７７ ６ ６ 張係 数：約１２×１０－ ／ Ｋ） と皮膜 （熱膨張係数：約４×１ ０－ ／ Ｋ） の熱膨張差による内部応力 が生 じても皮膜. が硬く基地との密着性が良いので皮膜の破壊， 剥離が加熱の終段までほとんどなく酸化の侵入が抑制された ０％程小であっ たのは皮膜厚さの効 ためであることが組織観察から考えられた． 又， Ｓ２はＳＩより酸化量が１ 果と考えられる． ９７３Ｋ加 熱 にお い て加 熱 ｌｈ の三 つ の鋼 の 重量 増 加 は わ ず か （図５） で ほ ば 等 し か っ た． こ れ は， ＳＯの 表. ）が形成されて雰囲気の侵入が一時抑制されＳＩ並びにＳ２との差が減少したと考えら 面に薄い耐熱的酸化膜８ れる． しかしＳＯの重量増加が保持加熱時間の増大とともに著しくなっ たのは， ＳＯ表面上の酸化膜が破壊 し て雰囲気の影響を強く受けるようになっ た結果と考えられる． これに対して放電硬化鋼は， 加熱が進み基地 と皮膜の熱膨張差が７７ ３Ｋ加熱の場合より増大して皮膜の剥離が生じても付着部分がかなり保持される結果， 基地の酸化が抑制されて酸化減少量が６０～７０％にもなったのであろう． オース テ ナイ ト域 加 熱 である１１７３Ｋの場 合， 加 熱 時 間ｌｈでのＳＩ並 び にＳ２の 酸化 減 少 量 は， ７５％ と８０％ で. あるが， ３ｈ以上では著しく減少してわずかに２０％と３０％になった‐ 又， 外側に形成される酸化層の厚さが Ｓ２ ， ＳＩ及 びＳＯの順に大きいがその差はわずかでさらに内部の脱炭層及び粗大化したフェ ライ ト結晶粒の大 きさはほば同じであることから， 放電による効果が殆ど消失したと考えられる． この現象は， 上記二つの保 持加熱温度より高いオーステナイト域加熱では熱膨張差が増大して皮膜の剥離が多くなり， 露出した鋼表面 及 び近く の粒界に酸化物の堆積が生じてさらに皮膜が剥離される． 加熱時間ｌｈを除いてこの繰返しによっ て激しい変質が進んだ結果と理解される． ３Ｋ （ ５ ００℃） 以上での使用は不可 機械構造用炭素鋼は， 主に建築， 橋， 船舶， 車輔などに使用されるが７７ （１０ ４）.
(8) . 放 電 硬 化 した 炭 素 鋼 の 耐 熱 性. １０５. を増大させる が， 代表的な耐熱 ｉ 能とされている． これに対してはＣｒ ，Ｓ ， Ｎｉなどの元素を添加して耐熱性 鋼としては， 耐酸化性， 耐蝕性が強く， 主に内燃機関の排気弁， 化学機械等に使用 さているクロム系 耐熱鋼 ９ ） そして航空機排気弁， 炉材， 機械部品な どに使用されているクロムーニッケル系耐熱鋼など があり， そ れ ぞれの最高使用温度は１０２３Ｋ （７５０℃） と１２７３Ｋ （１０００℃） 前後である． これらの耐熱鋼は上記のように機械部品材料として重要な役割を果たしているが， 高合金鋼であるので製 造コストが高い． これに対して低コス トで容易に表面被覆が可能な本研究の放電 硬化法による放電硬化鋼 ３Ｋ （７００℃） で著しい耐熱性を示 した． したがっ てこの温度以 ＯＫ） 以下の９７ （ＣＯ ．３５％） は， 変態点 （１１０ 下ではクロム系 耐熱鋼の一部に取っ て変わるこ とができる鋼 と考えられた．. ５． ま. と. め. 構造用炭素鋼Ｓ３５Ｃの耐熱的付加価値を高めるために放電硬化法 （電極物質：ＷＣ） で表面改質を試み静止 空気中で酸化実験を行い耐熱性を調べた． 得られた結巣をまとめると次のようになる‐ ０〆ｍ， ２ｍｉ ） をするとおおよそ１ 証） 当たりｌｍｉ ｎ （Ｓ２） では， １） 炭素鋼の表面に単位面積 （ ｎ放電硬化 （ＳＩ ｃ １５〆 ｍ の 放 電 皮 膜 が形成 さ れ た． 皮 膜 の最 高 硬 さ は， ＨＶ＝６００であ っ た‐. ３Ｋ ２）７７ ３Ｋで恒温加熱すると加熱初期のｌｈを除いてＳＩの酸化量 はＳＯより５０％Ｓ２は６０％減少した． また， ９７ で は６０％ と７０％ そ して１１７３Ｋで は２０％ と３０％ の 減 少 で あ っ た．. ００℃） では著しい耐熱性を示した． しか しオーステナイ ト域では ３） 放電硬化鋼は， 変態点以下の９７３Ｋ （７ 皮膜と基地の熱膨張差が大きくなって皮膜の剥離， それに続く鋼内部への酸化の侵入によ っ て耐熱性が 消 失 した．. ７３Ｋの場合， 放 ４） 酸化速度定数の変化からも放電硬化による耐熱性増大の傾向が明かであっ た． すなわち７ ３Ｋの場合， ＳＯはｌｏｈまで著しく増大する傾向を示した後一定になった‐ 電処理によっ てほ ば半減した． ９７ これに対してＳＩはわずかに増大， Ｓ２は減少する傾向を示した． ３ＫのＳＯの酸化速度定数は， 加熱初期から大きく， Ｓ１とＳ２の約４倍であっ た． 一方， Ｓ１とＳ２は殆 ど同 ５）１１７ じ傾 向で， ｌｏｈま で増 大 してＳＯに ほ ぼ等 しく な っ た．. ６） 変態点以下では放電硬化鋼 は， 耐熱性が高いのでクロム系 耐熱鋼の一部に取っ て変わる ことのできる新 たな材料と考えられた．. 献. 文 ） ・川 喜代一：関東学 院大学工学部研 究報告， １６（１９７２）１ １ ， ｐ．２５～４２ １９９０）３月， ｐ．４１～５０ ２） 河田一喜 ：金属 プレス， （ ３） 山本彰利， 高森. 誠， 岡崎章三， 清重正 典： 熱処理， ２９（ １９８９）５ ， ｐ．２８５～２９０. ）９ ４～１９ ４） 鹿田幸生， 竹 田博 光：鋳物， ５８（１９８６ ， ｐ．１ ）３ ５） 三 島徳七， 椙山正孝：鉄と鋼， ２９（１９４２ ， ｐ‐２４～３３ ６） 津 田昌利， 西 田. １９６７）６ ９ 情 ：鋳物， ３９（ ， ｐ．４６９～４７. ８ １９６４） ４ ７ ） 岡本正三 ：鉄鋼材 料 （コロナ社）（ ， ｐ．１４４～１. １ ２ ） ３ ３～１ ３ ４ ９ ８ ８ ） 長岡金吾：機械材料学 （工学図書）（ ．１ ，ｐ １９８２） ８～２０ ９ ９） 長岡金吾 ：機械材 料学 （工学図書）（ ， ｐ．２０. （１０ ５）.
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