表層部淬火的鋼鐵材料及其製造方法以及淬火零件的製作方法

2023-05-31 11:05:46

專利名稱：表層部淬火的鋼鐵材料及其製造方法以及淬火零件的製作方法
技術領域：
本發明涉及作為表面壓力強度、耐磨損性、彎曲疲勞強度等機械強度優良的機械 構造零件所使用的表層部淬火的鋼鐵材料及其製造方法以及淬火零件。
背景技術：
以往，為了提高機械強度，對鑄鐵、鋼的機械構造零件實施氮化處理、軟氮化處理、 滲碳淬火、高頻淬火等表面硬化處理。其中，眾所周知，通過氮化處理等形成於最表面的氮 化物層、特別是表面側的化合物層的耐滑動性優良，並且耐磨損，抗咬粘(seizure)性也較尚ο
但是，以往的氮化處理或軟氮化處理與滲碳淬火、高頻淬火相比，硬化層深度較 淺，表面壓力強度、疲勞強度等存在改良的餘地。
因此，近年來，利用氮的特性開發出一種這樣的複合硬化處理，S卩，在氮化處理或 軟氮化處理之後，實施高頻淬火處理，加深硬化深度並提高表面壓力強度，從而提高疲勞強度。
在此，例如通過氮化處理在鋼鐵材料的表面形成氮化膜等化合物層之後實施高頻 淬火處理的情況下，化合物層所含有的氮擴散到鋼鐵材料的表層部，所謂的N擴散層擴大。
在這種情況下，在高頻淬火過程中，淬火溫度至少需要成為奧氏體組織的Acl相 變點以上的溫度，通常從750 1050°C的溫度範圍中選擇。例如，以氮化溫度570°C形成的 氮化物層是鐵與氮的結合，再加熱到650°C以上時，該氮化物被氧化而分解，導致氮化物層 的氮在最表面作為氮氣被放出，並在內部擴散。
因而，化合物層的表層部因高頻淬火而被氧化，導致化合物層的表面成為氧化層。 在此，相對於化合物層的緻密，氧化層為多孔質。因此，化合物層的表面被氧化層覆蓋而沒 有露出來，有時還出現化合物層的至少一部分消失而使化合物層變薄，從而使基於化合物 層的特性的機械強度、耐滑動性、耐磨損性受損。
相對於此，在專利文獻1中公開了一種這樣的方法，即，為了解決由於對通過氮化 處理形成於表面的氮化物層未施任何處理地進行高頻淬火而導致在高溫加熱條件下氮化 物層的損傷、消失這樣的問題，在氮化處理後的表面上以1 3mm的厚度包覆以氧化矽為成 分的防氣體氮化·離子氮化劑、防滲碳劑、防氧化劑等，再進行淬火。
另外，例如，在專利文獻2中公開了一種這樣的淬火鋼鐵構件，其特徵在於，在鋼 鐵材料的表面形成有由較硬的氮化物構成的化合物層，並且，作為該化合物層的上層形成 有無機化合物層，該無機化合物層含有從由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及Al構成的組 中選出的至少一種金屬氧化物。
專利文獻1 日本特開昭58-096815號公報
專利文獻2 日本特開2008-038220號公報
但是，採用專利文獻1的淬火方法，雖然能夠防止加熱時的氧化現象，但需要Imm 以上的厚膜，致使導熱性變低、冷卻速度變慢、淬火時的冷卻溫度不充分，而難以獲得目標硬度。另外，由於該防氧化膜的摩擦阻力較大，因此，在淬火處理之後需要除去，導致生產效 率降低。
對於專利文獻2的鋼鐵材料，利用在淬火工序之前施加的無機化合物層的表面保 護劑，來保護形成於鋼鐵材料的表面的、由較硬的氮化物構成的化合物層防止該化合物層 在淬火工序中損傷、消失，但即使採用該發明，自大於800°C的高溫下淬火3秒以上時，也很 有可能無法防止該化合物層的氧化。發明內容
本發明即是鑑於上述課題而做成的，其目的在於通過避免形成於鋼鐵材料的表面 的化合物層因高頻淬火而氧化地實施淬火，來提供表層部淬火的鋼鐵材料及其製造方法以 及淬火零件。
本發明人等基於反覆進行深入研究的結果，得到能夠通過在短時間內進行高頻加 熱處理來避免形成於鋼鐵材料的表面的化合物層氧化這樣的見解，得以完成本發明。
為了達到上述目的，本發明的表層部淬火的鋼鐵材料由基材、形成於上述基材的 表面的化合物層、及形成在上述化合物層上的防氧化用包覆層構成，其特徵在於，從上述基 材的表面到規定深度具有淬火硬化層，而且，在上述化合物層的表層部未形成多孔質的氧 化層。
在上述構造中，化合物層優選由從i^、Ti、&、Mo、W、Cr、B及Si中選出的至少一種 元素的氮化物層構成，防氧化用包覆層優選由含有如下金屬元素的氧化物構成，該金屬元 素為從由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及Al構成的組中選出的至少1種的金屬元素。
本發明的淬火零件的特徵在於，採用了上述鋼鐵材料。淬火零件例如是動力傳動 系統零件。
為了達到上述目的，本發明的鋼鐵材料高頻淬火方法包括第一處理工序，在該處 理工序中以包覆形成於基材表面的化合物層的方式形成防氧化用包覆層；第二處理工序， 在該處理工序中對在上述基材的表面形成化合物層及防氧化用包覆層而成的鋼鐵材料進 行高頻淬火，其特徵在於，在上述第二處理工序中，在規定的加熱時間(tl)內將上述鋼鐵 材料加熱至規定的加熱溫度(Tl)，在達到上述規定的加熱溫度之後立即進行冷卻。
在上述構造中，優選加熱溫度Tl為760°C彡Tl ( 880°C的範圍，加熱時間tl為 0. 6秒彡tl ( 2秒的範圍。優選以金屬附著量為150 200mg/m2的方式形成第一處理工 序的防氧化用包覆層。
採用上述構造，在形成於基材表面的化合物層上形成有防氧化用包覆層、優選為 氧化鈦層，之後對鋼鐵材料的表層部進行高頻淬火，因此，利用防氧化用包覆層來阻止化合 物層的表面氧化。
因而，能夠抑制化合物層的表層部變成多孔質的氧化層，因此，與以往相比，進一 步較厚地殘留化合物層，且利用高頻淬火提高了硬度，而能夠維持基於化合物層的特性的 機械強度、耐滑動性、耐磨損性等。
採用本發明的表層部淬火的鋼鐵材料及其製造方法以及淬火零件，能夠抑制在化 合物層的表面因高頻淬火形成氧化層。因而，不會發生剩餘的化合物層變薄、或者其一部分 消失，殘留比較厚的化合物層，而使基於化合物層的特性的機械強度、耐滑動性、耐磨損性等不會受損。


圖1是表示本發明的一個實施方式的表層部淬火的鋼鐵材料的高頻淬火前的狀 態的概略剖視圖。
圖2是表示圖1的鋼鐵材料的製造方法的一個實施方式的流程圖。
圖3是示意地表示高頻淬火的加熱條件的圖。
圖4是表示圖1的鋼鐵材料在高頻淬火之後的狀態的概略剖視圖。
圖5是表示在實施例及比較例中以各種高頻淬火時間和溫度製造的鋼鐵材料的 各層厚度的表。
圖6是表示實施例4的高頻淬火後的鋼鐵材料和各種鋼鐵材料的截面硬度分布的 坐標圖。
圖7是表示實施例4的高頻淬火後的鋼鐵材料和各種鋼鐵材料的S-N線圖的坐標 圖。
圖8是表示實施例3的高頻淬火後的鋼鐵材料和各種鋼鐵材料的法維O^ville) 摩擦磨損試驗的結果的坐標圖。
圖9是表示實施例4的高頻淬火後的鋼鐵材料和各種鋼鐵材料的法列克司摩擦磨 損試驗的結果的坐標圖。
圖10是表示實施例4的高頻淬火後的鋼鐵材料和各種鋼鐵材料的SRV試驗的結 果的坐標圖。
具體實施方式
下面，參照附圖詳細說明本發明的幾個實施方式。
圖1是表示本發明的表層部淬火的鋼鐵材料10的一個實施方式的高頻淬火前的 狀態的概略剖視圖。
在圖1中，鋼鐵材料10在高頻淬火之前由鋼鐵材料(以下稱作基材)11、形成於基 材11表面的化合物層12、及形成在化合物層12上的防氧化用包覆層13構成。
另外，發明名稱中的「鋼鐵材料」是稱呼在表面層疊有化合物層12和防氧化用包 覆層13的鋼鐵材料，「基材」僅是稱呼在表面未層疊化合物層12和防氧化用包覆層13的鋼 鐵材料。
基材11例如是碳鋼、低合金鋼、高合金鋼、鑄鐵等鋼鐵材料，優選例如使用高碳 鋼、低合金鋼等。
化合物層12通過對基材11進行表面處理而形成。該化合物層12優選為例如從 Fe、Ti、Zr、Mo、W、Cr、B及Si中選出的至少一種元素的氮化物層。
形成化合物層12的表面處理的方法並沒有特別的限定，例如通過氮化擴散處理、 CVD (Chemical Vapor D印osition 化學氣相沉積法)、PVD (Physical Vapor Deposition 物理氣相沉積法)等形成。較為優選IS0NITE(註冊商標)處理、低溫鹽浴軟氮化處理等鹽 浴軟氮化處理、氣體軟氮化處理、離子氮化處理、等離子氮化處理等方法。
防氧化用包覆層13由金屬元素的氧化物形成，該金屬元素的氧化物含有例如從由Ti、&、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及Al構成的組中選出的至少1種。其中，優選為Ti的氧 化物(TiO2)，例如能夠使用將被處理物浸漬於含有Ti化合物的溶液中並將其提起、之後使 其乾燥的浸塗法(dip coat method)等塗敷方法形成在化合物層12上。
為了使上述防氧化用包覆層13能夠可靠地防止處於其下面的化合物層12因高頻 淬火而氧化，例如將該防氧化用包覆層13形成為金屬附著量為150 200mg/m2左右。
本發明的實施方式的鋼鐵材料10在高頻淬火之前如上所述地構成，下面，說明其 製造方法。
圖2是表示圖1的鋼鐵材料10的製造方法的一個實施方式的流程圖。
首先，在步驟STl中，例如通過IS0NITE (註冊商標)處理在基材11的表面形成化 合物層12。
其次，在步驟ST2中，在化合物層12的表面形成防氧化用包覆層13。
接著，在步驟ST3中，對包括化合物層12和防氧化用包覆層13的基材11實施高 頻淬火處理。
圖3是示意地表示高頻淬火的加熱條件的圖。圖中的橫軸表示加熱時間(秒)，圖 中的縱軸表示加熱溫度(°c)。如圖3所示，高頻淬火通過這樣的方式來進行，S卩，在規定的 加熱時間(tl)達到規定的加熱溫度(Tl)為止地在短時間內進行加熱，達到規定的加熱溫 度(Tl)之後立即急速冷卻。圖示的情況是以加熱速度(°C/秒)恆定的情況為例來表示 的。
優選加熱溫度Tl為760°C以上、880°C以下的溫度(760°C≤Tl≤880°C )的範圍， 加熱時間tl為0. 6秒 2秒的範圍(0. 6秒≤tl≤2秒)。只要加熱時間tl在0. 6秒 2秒的範圍內，則加熱速度也可以不恆定。
由此，基材11的含有化合物層12的表層部通過淬火來提高硬度，並且，利用防氧 化用包覆層13包覆化合物層12，因此，利用防氧化用包覆層13來抑制化合物層12的表面 部氧化，不形成氧化層。
圖4是表示圖1的鋼鐵材料10在高頻淬火之後的狀態的概略剖視圖。高頻淬火後 的鋼鐵材料10的基材11的與化合物層12接觸的表層部通過高頻淬火變為N濃化層11a。 由於該N濃化層Ila比較柔軟，因此，提高了化合物層12的相對於基材11的保持性。
另外，氮原子自化合物層12擴散到該N濃化層Ila的正下方，而形成N擴散層lib。
以上，完成了表層部淬火的鋼鐵材料10。
在步驟ST3中，在上述範圍(760°C≤Tl ≤880°C、0. 6秒≤tl≤2秒)內進行高 頻淬火的情況下，淬火後的化合物層12、N濃化層Ila均良好，而且，形成於基材11表面的 硬化層的硬度也良好。
在加熱時間tl和加熱溫度Tl在上述範圍之外的情況下，形成於基材11表面部的 硬化層的硬度降低，而且，淬火後的化合物層12的表面、N濃化層Ila不良，因而不優選該 種方式。在加熱溫度Tl過高時和即使加熱溫度Tl低於規定溫度範圍的下限值但加熱時間 tl過長時，這種情況下的化合物層12的不良表現為因過熱導致防氧化用包覆層13的表面 成為多孔質。
在通過步驟ST3的高頻淬火使基材11的與化合物層12接觸的表層部變為N濃化 層Ila的情況下，由於形成N濃化層Ila而提高基材11的表層部的硬度。
採用本發明的表層部淬火的鋼鐵材料10，通過在化合物層12的表面又包覆了防 氧化用包覆層13，能夠抑制在化合物層12的表面因高頻淬火而形成氧化層。因而，不會發 生剩餘的化合物層12變薄、或者其一部分消失，殘留比較厚的化合物層12，而使基於化合 物層12的特性的機械強度、耐滑動性、耐磨損性等不會受損。另外，防氧化用包覆層13既 可以在高頻淬火之後除去，也可以不除去，能夠根據需要來選定。
由此，本發明的鋼鐵材料10即使在高表面壓力下的試驗中也不會發生彎曲，能夠 應用於各種齒輪、CVT零件、或者小齒輪軸(pinion shaft)等在高負荷狀態下使用的零件。 例如，能夠應用於汽車等的從發動機到輪胎的驅動系統零件、即所謂的動力傳動系統用零 件。
實施例1
下面，詳細說明本發明的表層部淬火的鋼鐵材料(以下簡稱作鋼鐵材料)10的實 施例。
作為基材11，使用直徑6. 5mm、長度40mm的鉻鉬鋼(SCM440)，在對其表面進行脫脂 清洗之後，在熔融鹽浴中以570°C對基材11進行兩小時的鹽浴軟氮化處理(IS0NITE(註冊 商標)處理日本帕卡瀨精(株式會社)制)，之後油冷，從而在基材11的表面形成厚度約 Hum的由氮化鐵構成的化合物層12。
在這樣地在表面形成了化合物層12的基材11上再浸塗濃度4%的氧化鈦中性水 分散溶膠(「> f夕> 5603 銳鈦礦(anatase)+非晶質溶膠(Amorphous sol)，日本帕卡 瀨精(株式會社)制)，在除去多餘的液體之後，在180°C溫度下使其乾燥。用螢光X射線 分析裝置測量Ti的附著量，結果附著150mg/m2。
接著，利用高頻淬火裝置對這樣地形成了由氧化鈦層構成的防氧化用包覆層13 和由氮化鐵構成的化合物層12的基材11進行加熱，在開始加熱後的0. 6秒達到780°C之 後，立即停止加熱、即進行冷卻，製作出實施例1的鋼鐵材料10。
實施例2
作為高頻淬火的條件，在開始加熱後的0. 6秒達到800°C之後立即停止加熱來進 行淬火，除此之外與實施例1同樣地製作出實施例2的鋼鐵材料10。
實施例3
作為高頻淬火的條件，在開始加熱後的1秒達到780°C之後立即停止加熱來進行 淬火，除此之外與實施例1同樣地製作出實施例3的鋼鐵材料10。
實施例4
作為高頻淬火的條件，在開始加熱後的1秒達到800°C之後立即停止加熱來進行 淬火，除此之外與實施例1同樣地製作出實施例4的鋼鐵材料10。
比較例1
在與實施例相對應的比較例1中，作為高頻淬火的條件，在開始加熱後的3秒達到 760°C之後立即停止加熱來進行淬火，除此之外與實施例1同樣地製作出鋼鐵材料。
比較例2
作為高頻淬火的條件，在開始加熱後的3秒達到880°C之後立即停止加熱來進行 淬火。除此之外，與實施例1同樣地製作出比較例2的鋼鐵材料。
在此，在對高頻淬火的條件進行了各種變更的實施例及比較例中，用掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察鋼鐵材料10的面，在截面中，測量從表面側起的防氧化用包覆層13、化合 物層12、形成於基材11表面的N濃化層Ila的厚度。
圖5是表示在實施例及比較例中以各種高頻淬火時間和高頻淬火溫度製造出的 鋼鐵材料的各層厚度的表。由圖5明確可知高頻淬火溫度越高，化合物層12越薄，且N濃 化層Ila越厚。在高頻淬火溫度T為760°C和780V的條件下，化合物層12沒有變薄，並良 好地形成N濃化層11a。
圖5表中的數值表示化合物層12和N濃化層Ila的維氏硬度。維氏硬度使用微 小硬度計以施加10秒鐘0. 49N的載荷來測量。在高頻淬火時間為0. 6秒和1秒的情況下， 高頻淬火溫度上升時，化合物層12和N濃化層Ila的維氏硬度有降低的趨勢。另一方面， 在高頻淬火溫度為780°C和800°C的條件下，能得到良好的利用淬火形成於基材11表面的 硬化層的維氏硬度值。
表1是表示實施例和比較例的高頻淬火條件、淬火後的鋼鐵材料10的化合物層 12、N濃化層11a、硬化層各層的維氏硬度的評價和鋼鐵材料10的綜合判斷的表。由表1明 確可知在實施例1 4中，化合物層12、N濃化層11a、硬化層各層的維氏硬度均較高，良好 地實施了淬火。另一方面，在高頻淬火的溫度Tl為760°C、加熱時間tl為3秒的比較例1 中，硬化層的維氏硬度降低。在高頻淬火的溫度Tl為880°C、加熱時間tl為3秒的比較例 2中，硬化層的維氏硬度較高，對含有化合物層12的鋼鐵材料10進行了良好的淬火，但N濃 化層Ila的維氏硬度較低。
像以上說明的那樣，可知相對於在實施例1 4中能夠對含有化合物層12的鋼鐵 材料10進行良好的高頻淬火，在比較例1和比較例2中，化合物層12或硬化層的維氏硬度 不足，無法作為鋼鐵材料10。
表 1
\熱處理條件化合物層N濃化層硬化層綜合判斷溫度Tl ( V )時間tl (秒)實施例17800.6良好良好良好良好實施例28000.6合格合格良好合格實施例37801良好良好良好良好實施例48001合格合格良好合格比較例17603良好良好不合格不合格比較例28803不合格不合格良好不合格
圖6 圖10表示按照本發明實施了高頻淬火處理後的鋼鐵材料10和以往的鋼鐵 材料的試驗結果。
圖6是表示實施例4的鋼鐵材料10和各種鋼鐵材料的截面硬度分布的坐標圖。圖6中的橫軸表示距表面的深度(μ m)，圖6中的縱軸表示維氏硬度(HV0. 05)。在這種情況 下，試驗方法使用微小硬度計作為硬度試驗機，施加10秒鐘0. 49N的載荷來測量維氏硬度。
在圖6中，附圖標記Al表示在實施例4中被高頻淬火處理後的鋼鐵材料10，附圖 標記A2表示通過IS0NITE (註冊商標)處理在基材11上僅形成化合物層12且未進行高 頻淬火的材料，附圖標記A3表示對基材11進行了高頻淬火處理(以下稱作IH處理)後 的材料，附圖標記A4表示對基材11進行了滲碳淬火處理(以下稱作CQ處理)後的材料 (SCM415，有效深度0. 5mm)，附圖標記A5表示對基材11進行了調質處理(以下稱作QT處 理)後的材料。
根據圖6，可知實施例4的鋼鐵材料10(附圖標記Al)在表面附近具有較高的硬 度、以維氏硬度HV來表示為870左右，與附圖標記A2所表示的材料相比硬度較高。另外， 實施例4的鋼鐵材料10的硬化層變深，具有與附圖標記A4所表示的進行了 CQ處理後的材 料大致相同的硬度特性。
圖7是表示實施例4的鋼鐵材料10和各種鋼鐵材料的S-N線圖的坐標圖。S-N 線圖也稱作韋勒(Wohler)曲線，是表示造成破壞所需的應力(S)與重複次數(N)的關係的 圖。圖7中的橫軸表示次數，圖7中的縱軸表示疲勞強度(MPa)。這種情況的試驗方法使用 小野式旋轉彎曲疲勞試驗機，在室溫氣氛下以截止次數1X107對由材質SCM440構成的直 徑8mm的平滑試驗片進行試驗。
在圖7中，附圖標記Bl表示實施例4的鋼鐵材料10，附圖標記B2表示通過 IS0NITE(註冊商標)處理在基材11上僅形成化合物層12且未進行高頻淬火的材料，附圖 標記B3表示對基材11進行了 IH處理後的材料，附圖標記A4表示對基材11進行了 QT處 理後的材料。
根據圖7，可知實施例4的鋼鐵材料10 (附圖標記Bi)的疲勞強度為860MPa，與疲 勞強度為575MPa的附圖標記B2所表示的鋼鐵材料相比僅提高了 1. 59倍，與疲勞強度為 680MPa的附圖標記B3所表示的鋼鐵材料相比僅提高了 1. 26倍。
圖8是表示實施例3的鋼鐵材料10和各種鋼鐵材料的法維摩擦磨損試驗的結果 的坐標圖。圖8中的橫軸表示載荷(N)，圖8中的縱軸表示轉矩(N· m)。這種情況的試 驗方法使用法維摩擦磨損試驗機，在使由SCM440(CQ :SCM415)構成的直徑6. 5mm的銷和 由SCM415(CQ)構成的V塊以圓周速度0. Im/秒旋轉的同時、使用發動機油(engine oil) (10W-30)作為潤滑油，自初始載荷200kg起以秒逐漸增加來測量轉矩。
在圖8中，附圖標記Cl表示實施例3的鋼鐵材料10，附圖標記C2表示通過 IS0NITE(註冊商標)處理在基材11上僅形成化合物層12且未進行高頻淬火的材料，附圖 標記C3表示對基材11進行了 IH處理後的材料，附圖標記C4表示對基材11進行了 CQ處 理後的材料。根據圖8，實施例3的鋼鐵材料10 (附圖標記Cl)與附圖標記C2所表示的鋼 鐵材料相同，即使在2300kg的載荷下也未發生咬粘。相對於此，附圖標記C3所表示的鋼鐵 材料約在700kg、附圖標記C4所表示的鋼鐵材料約在350kg發生咬粘。
圖9是表示實施例4的鋼鐵材料10和各種鋼鐵材料的法列克司摩擦磨損試驗的 結果的坐標圖。圖9中的縱軸表示極限咬粘載荷(kg)。這種情況的試驗方法使用法列克司 摩擦磨損試驗機，在使由SCM440 (CQ :SCr420)構成的直徑IOmm的銷和由SCr420 (CQ處理+ 磷酸錳處理)構成的V塊以圓周速度0. 4m/秒旋轉的同時、一邊使用CVT油(NS2)作為潤滑油以50kg/分鐘施加階段載荷，一邊測量極限咬粘載荷。
在圖9中，附圖標記Dl表示實施例4的鋼鐵材料10，附圖標記D2表示對基材11 進行了 CQ處理後的材料。附圖標記D3表示對基材11進行了 QPQ處理後的材料。QPQ處理 是在對基材11進行了軟氮化處理之後進行氧化處理和研磨的組合處理的方法。例如，在實 施了軟氮化處理之後，將基材11浸漬在以鹼金屬氫氧化物及鹼金屬硝酸鹽為主要成分的 熔融鹽中來進行氧化處理，之後，利用噴砂處理等研磨表面，之後再次浸漬在熔融鹽中，來 在氮化物層上生成氧化被膜。QPQ處理的特長在於，在基材11上殘留著氮化的化合物層12 的狀態下做成平滑狀且最表層氧化，因此提高了滑動特性。附圖標記D4表示對基材11實 施了無電解鍍鎳(Ni-P處理)後的材料。
由圖9明確可知對於實施例4的鋼鐵材料10 (附圖標記Dl)與實施了 CQ處理和 磷酸錳處理後的V塊的組合，即使在800kg載荷下也未發生咬粘，但附圖標記D2、D3、D4所 表示的鋼鐵材料均發生了咬粘。由此可知實施例4的鋼鐵材料10與對基材11進行了 QPQ 處理後的材料相比，其滑動特性上升。
圖10是表示實施例4的鋼鐵材料10和各種鋼鐵材料的SRV試驗的結果的坐標圖。 圖10中的橫軸表示時間(秒)，圖10中的縱軸表示摩擦係數(μ)。這種情況的試驗方法 使用SRV試驗機，在使由SCM440(CQ :SCM420)構成的銷和由SCM420 (CQ)構成的圓板以速度 30Hz移動2mm的同時、在溫度110°C的油中測量摩擦。
在圖10中，附圖標記El表示實施例4的鋼鐵材料10，附圖標記E2表示對基材11 進行了 CQ處理後的材料，附圖標記E3表示對基材11進行了 CQ處理和磷酸錳處理後的材 料，附圖標記E4表示對基材11進行了 CQ處理、磷酸錳處理和固體潤滑處理後的材料。
根據圖10，如附圖標記El所示，實施例4的鋼鐵材料10在超過300秒之後發生咬 粘，顯示出最佳的耐咬粘性。附圖標記E2所表示的進行了 CQ處理後的基材11和附圖標記 E4所表示的進行了 CQ處理、磷酸錳處理和固體潤滑處理後的基材11在幾十秒就發生了咬 粘，附圖標記E3所表示的被實施了 CQ處理和磷酸錳處理後的基材11也在100 200秒就 發生了咬粘。
由此，附圖標記El所表示的實施例4的鋼鐵材料10即使在高表面壓力下的試驗 中也不會發生彎曲，能夠應用於各種齒輪、CVT零件、或者小齒輪軸等在高負荷狀態下使用 的零件。
如上所述，採用本發明，能夠提供一種利用防氧化用包覆層13防止形成於基材11 的表面的化合物層12因高頻淬火而氧化的、極其優良的鋼鐵材料10及其製造方法以及高 頻淬火零件。
附圖標記說明
10、表層部淬火的鋼鐵材料；11、基材(鋼鐵材料)；11a、N濃化層；lib、N擴散層； 12、化合物層；13、防氧化用包覆層。
權利要求
1.一種表層部淬火的鋼鐵材料，該表層部淬火的鋼鐵材料由基材、形成於上述基材的 表面的化合物層和形成在上述化合物層上的防氧化用包覆層構成，其中，從上述基材的表面到規定深度具有淬火硬化層，而且，在上述化合物層的表層部未形 成多孔質的氧化層。
2.根據權利要求1所述的表層部淬火的鋼鐵材料，其特徵在於，上述化合物層由從Fe、Ti、Zr、Mo、W、Cr、B及Si中選出的至少一種元素的氮化物層構成。
3.根據權利要求1或2所述的表層部淬火的鋼鐵材料，其特徵在於，上述防氧化用包覆層由從Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及Al所構成的組中選出的至 少一種金屬元素的氧化物構成。
4.根據權利要求1 3中任一項所述的表層部淬火的鋼鐵材料，其特徵在於，上述淬火硬化層通過實施這樣的高頻淬火而形成，即，在加熱溫度Tl為 7600C^ Tl ( 880°C的範圍、且上述加熱時間tl為0. 6秒彡tl ( 2秒的範圍內升溫加熱， 在達到加熱溫度Tl之後立即進行冷卻。
5.一種鋼鐵材料的高頻淬火方法，該鋼鐵材料的高頻淬火方法包括第一處理工序， 在該處理工序中以包覆形成於基材表面的化合物層的方式形成防氧化用包覆層；第二處理 工序，在該處理工序中對在上述基材的表面形成化合物層及防氧化用包覆層而成的鋼鐵材 料進行高頻淬火；其特徵在於，在上述第二處理工序中，在規定的加熱時間tl內將上述鋼鐵材料加熱至規定的加熱 溫度Tl，在達到上述規定的加熱溫度之後立即進行冷卻。
6.根據權利要求5所述的鋼鐵材料的高頻淬火方法，其特徵在於，上述加熱溫度Tl為760°C彡Tl彡880°C的範圍，上述加熱時間tl為0. 6秒彡tl彡2 秒的範圍。
7.根據權利要求5或6所述的鋼鐵材料的高頻淬火方法，其特徵在於，以金屬附著量為150 200mg/m2的方式形成上述第一處理工序的防氧化用包覆層。
8.一種高頻淬火零件，其特徵在於，該高頻淬火零件採用權利要求1 4中任一項所述的表層部淬火的鋼鐵材料而形成。
9.根據權利要求8所述的高頻淬火零件，其特徵在於， 上述淬火零件是動力傳動系統零件。
全文摘要
本發明提供表層部淬火的鋼鐵材料及其製造方法以及高頻淬火零件，以便避免形成於鋼鐵材料的表面的化合物層因淬火而氧化。該表層部淬火的鋼鐵材料(10)由鋼鐵材料(11)、形成在其表面的化合物層(12)和形成在該化合物層(12)上的防氧化用包覆層(13)構成，鋼鐵材料(11)具有規定深度的硬化層，提高了鋼鐵材料(11)的表面上的硬度。鋼鐵材料(10)通過下述方法得到，該方法包括在表面形成有化合物層(12)的鋼鐵材料(11)上形成防氧化用包覆層(13)的第一階段和對具有化合物層(12)和防氧化用包覆層(13)的鋼鐵材料(11)進行高頻淬火的第二階段，在第二階段中，在規定的加熱時間內升溫至規定的加熱溫度，在達到加熱溫度之後立即進行冷卻。
文檔編號C23C8/38GK102037159SQ20098011823
公開日2011年4月27日 申請日期2009年5月19日 優先權日2008年5月19日
發明者三阪佳孝, 別府正昭, 川嵜一博, 池田芳宏, 深澤劍吾, 須田新 申請人:日本帕卡瀨精株式會社, 高周波熱煉株式會社