高濃度滲碳·低應變淬火部件及其製造方法
2023-06-01 20:30:36 1
專利名稱：高濃度滲碳·低應變淬火部件及其製造方法
技術領域：
本發明涉及作為機械構造部件的強化方法被大量利用的滲碳淬火處理中，具有耐回火軟化性(temper softening resistance)高、高強度·高接觸壓力(contact pressure)等特徵的高濃度滲碳淬火部件，還涉及兼具高性能化和熱處理應變的相反的特性的高濃度滲碳·低應變淬火部件(以下，有時簡稱「部件」)及其製造方法。
背景技術：
滲碳淬火部件由於耐久強度以及耐磨耗性等優良的特徵，作為運輸機器或產業機械等的各種部件等被廣泛使用，從基於進一步提高該部件性能的小型化·輕量化等的觀點出發，進行了關於滲碳淬火部件的大量開發。另外，近年開發了真空滲碳(低壓滲碳)工藝，該工藝與以往的氣體滲碳工藝比較具有以下優良的特徵對環境友好、可防止滲碳層的粒間氧化、可進行高溫滲碳處理、容易控制滲碳和碳的擴散等，從部件的更加良好的性能、品質的提高以及部件的生產性更加提高等方面考慮，希望進行進一步的普及。
作為對齒輪或軸承部件等機械構造部件進行滲碳淬火從而使該部件的耐點蝕性能(pitting resistance)提高的方法有碳氮共滲處理。該處理將碳和氮同時擴散至基質，使部件的耐回火軟化性提高。另外，還開發出使碳化物在部件的表層部析出、使部件的耐回火軟化性提高的高濃度滲碳處理，近年來，與低壓滲碳設備的進展相應，進行了大量的研究。
作為高濃度滲碳方法的代表例，在專利文獻1中公開了部件的滲碳處理方法。該專利文獻1中提出了以下方法，進行預滲碳使球狀碳化物在鋼材的表層部析出，並使該表層部的碳濃度在Acm以下且在鋼和碳的共析濃度以上，之後使處理部件緩緩冷卻或驟冷，將該表層部轉化成貝氏體、珠光體或馬氏體組織後，從Ac1點開始以20℃/分鐘以下的加熱速度升溫至750～950℃，進行滲碳淬火，在深度0.4mm的範圍內生成體積率在30％以上的類球狀或球狀碳化物。
但是，在上述方法中，雖然通過使碳化物在部材的表層部析出，改善了該部件的耐點蝕性能等特性，但是該方法由於是使30％的碳化物在表層部析出的高濃度滲碳，因此所得部件存在熱處理變形或應變等問題。
關於通過高濃度滲碳法使碳化物微細析出在部件的表層部的方法，研究了大量的加熱和冷卻方法，據專利文獻1所述預滲碳後，進行空氣冷卻(生成貝氏體或珠光體組織)或者淬火(生成馬氏體組織)，在後續工序的碳化物生成處理中從Ac1轉變溫度開始以20℃/分鐘以下的速度緩緩升溫至750～950℃進行加熱，直接淬火或空氣冷卻後，再進行加熱淬火方法是優良的方法。
另外，在專利文獻2和專利文獻3中提出在預滲碳或一次滲碳之後進行緩慢冷卻(或者30℃/Hr以下)的方法為優選方法。
但是，在專利文獻1、2、3所示的方法中，預滲碳或一次滲碳之後的淬火在空氣冷卻或緩慢冷卻的情況下，部材的表層部內，網狀碳化物容易沿著晶界析出，經後續工序的碳化物生成處理，上述網狀碳化物在短時間內分解，難以使之在表層內分散析出，因此有的示例中進行多次加熱冷卻。
另一方面，在專利文獻1中，為了得到馬氏體而在將部件預滲碳之後，加速冷卻速度地進行淬火，但是表層內的碳化物的核有可能固溶消失，另外，成為碳為過飽和狀態的淬火，由於高碳馬氏體的轉變，有可能出現部件的膨脹、收縮等變形或應變增大。
在專利文獻4中記載了通過低壓滲碳法的高濃度滲碳部件的製造方法，雖然有在一次滲碳時將碳濃度控制在0.5～0.7質量％、在二次滲碳中將碳濃度控制在0.7～1質量％以及將一次冷卻控制在1～10℃/分鐘的緩慢速度等關於碳化物的微細化的記載，但是關於變形應變與上述的引用文獻1、2和3同樣不佳。
在此為了參考，以下顯示了最近正在市場上擴大的低壓滲碳法與通常的氣體滲碳法比較的優點。
a)可以容易迅速地變化爐內氣氛條件，可以容易地從滲碳氣氛切換至碳的擴散氣氛。
b)可以進行高溫處理，可以迅速滲碳。
c)由於部件的表層部中沒有粒間氧化，因此可以抑制以此為原因的處理部件的皸裂的出現。
d)不會產生炭黑(sooting)，不會出現伴隨產生炭黑的滲碳不均。
專利文獻1日本專利特公昭62-24499號公報
專利文獻2日本專利特許第2787455號公報
專利文獻3日本專利特許第2808621號公報
專利文獻4日本專利特開2002-348615號公報
發明內容
但是，即使是通過以往的低壓滲碳法的高濃度滲碳處理，也不能得到被處理部件的表層內的碳化物的生成過程與表層部的顯微組織的最佳平衡，仍然存在處理部件的變形或應變的問題。因此，滲碳工序後需要部件的研磨加工、為修整應變的部件的精加工等，使本來可以得到的高濃度滲碳的高接觸壓力化性能下降，還使生產性下降以及成本上升，這阻礙了高濃度滲碳處理的普及。
本發明中，利用了可以迅速且高精度應對部件的碳濃度、滲碳處理/擴散處理的反覆、部件的升溫、均熱、滲碳、淬火等的各種溫度條件、加熱條件以及冷卻速度(淬火)條件等的各種控制的低壓滲碳設備，開發了能兼顧部件的高接觸壓力化和低應變的最適工序，解決了上述課題。
通過以下的本發明完成了上述課題。
1.高濃度滲碳·低應變淬火部件的製造方法，其特徵在於，包括一次處理和二次處理，一次處理為通過真空滲碳(低壓滲碳)方法，將機械構造用鋼部件加熱至奧氏體範圍的溫度，使共析碳濃度以上的碳固溶在該部件的表層部之後，再將該部件以3～15℃/秒的速度從奧氏體範圍的溫度冷卻到A1轉變點以下的溫度進行淬火，使微細碳化物及/或該碳化物的核生成在上述部件的表層部，二次處理為接著使該部件升溫至奧氏體範圍的溫度並使其均熱後進行迅速淬火，使微細碳化物以有效硬化深度比為10～30％的範圍析出在最表層部。
2.上述部件的製造方法，其特徵在於，在上述二次處理中，在部件的表層部進行追加滲碳處理。
3.上述部件的製造方法，其中，在上述二次處理中，使微細碳化物在上述部件的表層部析出，在該表層部形成部分含有託氏體和殘留的奧氏體等的混合組織的以馬氏體為主體的組織，該層的最表層部(A部)與比A部更內側的層部(B部)與比B部更內側的層部(C部)的各奧氏體結晶粒度的微細度順序為A≥C≥B。
高濃度滲碳法·低應變淬火部件，其特徵在於，表層部為部分含有託氏體和殘留的奧氏體等的混合組織的以馬氏體為主體的組織，該層的奧氏體結晶粒度的微細度順序在最表層部(A部)與比A部更內部的層(B部)與比B部更內部的層(C部)中為A≥C≥B。
本發明的方法使用處理部件的低壓滲碳設備，將以最適的高濃度滲碳和最適的冷卻速度進行部件的淬火的一次處理，以及後續進行的使微細碳化物簡單有效地析出的二次處理組合，可以將處理部件的熱處理變形以及應變抑制到極小。通過該方法，在以往的高濃度滲碳中最令人擔心的，例如在軸的彎曲或齒廓的變形應變等處理後的部件的繁雜的研磨加工、應變修整加工等可以被大量減省，有助於大幅改善高濃度滲碳部件的生產性、品質和成本等。
另外，在本發明的方法中，通過再於二次處理中對部件的表層部實施追加滲碳處理，可有助於基質的高硬度化，可以使部件的最表層部的結晶粒度成為超微細粒，對部件的高強度化以及高韌性化也極有效。通過該本發明的方法，以往難以採用高濃度滲碳的軸承和齒輪等部件的高強度化、高韌性化和高接觸壓力化等變得容易實現。因此，本發明的方法可以廣泛應用至對此具有高需要的領域等範圍中，對部件的高性能化和小型輕量化有很大貢獻。
具體實施例方式 以下，例舉實施本發明的最佳方式來詳細說明本發明。完成本發明的技術過程和發現如下所示。
本發明人的目的在於開發出使用低壓滲碳設備，使微細碳化物在部件的表層部析出的高濃度滲碳工藝，詳盡研究了上述表層部的碳濃度、各種加熱和冷卻條件與表層部的微細碳化物的析出狀態以及基質的顯微組織的關係。另外，對設想為齒輪和軸承等的部件的熱處理應變的改良等進行了多方面的研究，確定目標為建立通過高濃度滲碳可使部件的高性能化和部件的變形、應變等相反的特性保持高度均衡，可以兼顧兩者的新的高濃度滲碳·低應變淬火方法。
在向鋼材(部件)的表層部進行高濃度滲碳方面，重要的點在於將一次處理和二次處理最佳組合儘量使多的微細碳化物分散析出在部件的表層部，在控制微細碳化物的生成中，使用的滲碳淬火設備也起到重要作用。本發明中，使用與以往的滲碳設備相比，可以迅速且高精度應對碳濃度、滲碳/擴散的反覆、升溫、均熱、滲碳、淬火等的各種溫度條件、加熱條件以及冷卻速度條件等的各種控制的低壓滲碳設備，進行各種開發。
具體是，對一次處理時的部件的升溫、均熱、高濃度滲碳、擴散和冷卻(淬火)條件等進行各種研究，首先，實現減少一次處理階段中的部件的變形或應變，再者，後續工序的二次處理中，可以調整微細碳化物的析出和滲碳層的奧氏體結晶粒度的滲碳和淬火(冷卻)條件是重要的。即，發現了二次處理中使部件的表層部的微細碳化物的析出範圍以滲碳層的有效硬化深度比表示為10～30％，再將最表層部成為超微細結晶結構，就可以使部件的熱處理變形及應變極小化。
在此的有效硬化深度比是指在結束部件的二次處理之後(也包括180℃回火處理)的滲碳有效硬化深度(T)與存在於該部件的最表面層部的微細碳化物的析出深度(t)之比(t/T)。另外，滲碳有效硬化深度是指根據JIS G0557鋼的滲碳硬化層深度測定方法的，處於淬火狀態或以不超過200℃的溫度回火後的硬化層的，從表面到維氏硬度(HV)為550的極限深度的位置的距離。
微細碳化物的析出深度是指利用光學顯微鏡或電子顯微鏡進行分析，從該部件的最表層部起微細碳化物存在的最大深度。在此，為了容易判斷微細碳化物，在使用5％的硝酸酒精等蝕刻液蝕刻該部件的狀態下進行分析。
本發明中使用的真空滲碳(低壓滲碳)設備是具有滲碳加熱室的設備，該滲碳加熱室包括可以分壓控制在200～2000Pa的處理爐，該設備已有市售，市售的設備均可在本發明中使用。本發明中，作為一次處理，在該設備的爐內將部件升溫及均熱到規定的溫度後，為了使部件的表層部的碳濃度為共析碳濃度以上的碳濃度，將滲碳與擴散交替重複之後，以合適的冷卻速度進行部件的淬火。另外，在後續的二次處理中，使碳化物在部件的表層部微細析出，還可以根據需要進行追加滲碳處理。
本發明的方法中的一次處理中，將被處理鋼材(部件)升溫至900～1100℃的奧氏體範圍進行均熱後，進行滲碳優選使表層部的碳濃度在0.8質量％以上，接著，從該狀態開始以最適的冷卻速度進行淬火。在此，最適冷卻條件為在滲碳溫度(奧氏體範圍的溫度)開始到A1轉變點以下，優選為至400℃以下的溫度範圍以3～15℃/秒的冷卻速度將部件均一冷卻。通過該冷卻使微細碳化物在部件的表層部析出，使在表層部形成以馬氏體為主的組織。在此，微細碳化物是指Fe3C(碳化鐵)或鋼中的Cr、Mo等碳化物形成元素與過飽和固溶的碳結合所生成的M23C6型碳化物。
接著，在二次處理中，將部件的非滲碳部分(內部)升溫及均熱至奧氏體化溫度+80℃以內，優選為奧氏體化溫度+10～70℃的範圍，之後急速冷卻進行微細碳化物的析出並使表層部的碳濃度優選在0.8質量％以上，更優選為1.0～2.0質量％。另外，優選的是通過與二次處理中的微細碳化物的析出一併進行在表層部的追加滲碳處理，助長表層部的微細碳化物的析出，並且將基質的碳濃度調整為適當從該狀態急速淬火。
另外，對於二次處理後的最終淬火溫度隨前處理條件而不同，也就是是否最終淬火在升溫·均熱之後，或者在升溫·均熱·追加滲碳後，可以直接在該溫度下進行急速淬火，也可以對該溫度進行升降溫。即，可以根據對該部件要求的硬度和顯微組織等熱處理品質來設定二次處理後的最終淬火溫度。
本發明人為了構建高濃度滲碳的最佳條件，對使用低壓滲碳設備的在部件的表層部進行高濃度滲碳的一次處理和使碳化物的微細粒在表層部內析出的二次處理，詳盡研究了升溫、均熱、滲碳時的碳濃度以及擴散和各種冷卻(淬火)條件。結果成功得到了高濃度滲碳淬火部件，其最表層部中以有效硬化深度比(t/T)計在10～30％的範圍內的碳濃度優選為0.8質量％以上，更優選在1.0～2.0質量％，並且該高濃度滲碳淬火部件具有從最表層開始為奧氏體結晶粒度在10號以上的超微細粒層、細粒層、微細粒層的3層結構。發現了，該高濃度滲碳淬火部件在處理後的變形和應變極小，不需要在以往的高濃度滲碳中不可避免的應變的校正，或者比以往方法更容易應對。
實施例 以下，例舉實施例進一步說明本發明。
使用下表1所示的機械構造用鋼材(材料)，事先在900℃將材料進行常化處理之後，進行機械加工製成φ30/φ25/φ20×L300mm的帶階的圓棒試驗片。該試驗片的滲碳淬火使用能在低壓下加熱及滲碳、且能夠油淬火和加壓氣體冷卻的設備，進行本發明的高濃度滲碳工序的一次處理。
在此，鋼種記號1和2為JIS的滲碳淬火用鋼材，記號1為鉻-鉬鋼的SCM420，記號2為鉻鋼的SCr415。鋼種記號3的MAC14為鋼材廠家開發的商品記號，與上述的2鋼種相比，Cr含量更多，另外還添加了Mo元素，是以在高濃度滲碳時(一次和二次處理)析出M23C6型的微細碳化物為目的而開發的鋼材。
表1使用鋼材和化學成分 (質量％) 表2是針對本發明的一次處理中的冷卻速度對試驗片的表層部的碳化物的析出狀態以及試驗片的熱處理變形的影響進行各種實驗而得到的總結。在此，作為一次處理條件，按照圖1所示的熱循環，在升溫·均熱後，以有效硬化深度為0.5mm作為目標，進行試驗片的高濃度滲碳。具體是，在950℃的溫度下交替進行高濃度滲碳和擴散處理約70分鐘，使最終狀態的試驗片的表層部的碳濃度約為1.5質量％，從試驗片的表層部的碳濃度為過飽和的狀態開始，在表2所示的各種冷卻速度條件下進行試驗片的淬火，考察試驗片的表層部的碳化物的形狀、大小、表層部的顯微組織。
另外，為了考察經一次處理的試樣片的熱處理變形和應變，使用帶階的圓棒試驗片(φ30/φ25/φ20×L300mm)作為試驗片，分析處於兩端支撐狀態下的試驗片的軸中央部的偏心量(runout)，考察試驗片的淬火時的冷卻速度和試驗片的軸偏心量之間的關係。
表2一次處理的冷卻條件和碳化物的析出形態以及軸偏心量的關係 在此，表中所示記號和分析方法如下說明。
1)冷卻速度表示從試驗片的滲碳·擴散結束後的淬火溫度950℃開始，到400℃的試驗片的軸中央部的平均冷卻速度。
2)碳化物的形狀和大小利用掃描電子顯微鏡來觀察。
3)顯微組織的省略號 F鐵素體、P珠光體、B貝氏體、T託氏體、M馬氏體、γ殘留奧氏體 4)軸偏心量是將試驗片安裝在兩端支撐的偏心測定器上，利用測微儀測得的軸中央部的偏心量。
在此，表2的試驗片No.1、4、6所示比較例由於冷卻時的冷卻速度緩慢為1℃/秒，因而在表層部的碳化物的析出以片狀碳化物連接的網狀碳化物的析出為主，基質成為鐵素體、珠光體和貝氏體的不完全淬火組織，結果軸偏心量和變形增大。另外，試驗片No.3所示的比較例由於進行了相當於一般的油淬火(20℃/秒)的急速冷卻，因此碳化物的析出量非常少，並且成為碳來自過飽和的高碳狀態的淬火組織，軸偏心量和變形較大。
試驗樣片2、5和7所示的實施例的冷卻速度為4～12℃/秒時(本發明)，微細碳化物大量析出，還出現了成為其核的微細組織，改善了作為高濃度滲碳的令人大為擔心的課題的試驗片的變形和應變(軸偏心量)。即，與冷卻緩慢的緩冷或者相反迅速的急速淬火相比，本發明的試驗片的軸偏心量為其它示例的大致1/2水平，可以實現軸偏心量的大幅減少。由這些結果可知，最優選的是，一次處理的淬火時的冷卻速度為3～15℃/秒。
表3中顯示了，使用表2所示的一次處理的代表的試驗片進行以使微細碳化物最終析出在表層部為目的的二次處理，對表層部的碳濃度、碳化物的析出狀態和顯微組織、結晶粒度以及試驗片的軸偏心量等進行各種研究的結果。作為二次處理的條件，按照圖2所示的熱循環，將均熱溫度設定在A1轉變以上的800℃、850℃、900℃的3個水平，另外，作為為了更加提高二次處理中的表層部的碳濃度，以及使微細碳化物的析出增多的方法，在升溫·均熱後還同時實施追加滲碳以達到共析碳濃度以上。
圖1～3中(滲碳/擴散)n和(追加滲碳/擴散)n中的「n」表示在各工序中的滲碳和擴散的重複次數，該「n」數根據對各部件要求的品質來設定。例如，在表2所示的實施例No.2的情況中n＝8，另外在表3所示的實施例No.2-2的情況中n＝5。
表3二次處理的處理條件與碳化物的析出形態和軸偏心的關係 [表層部的碳濃度的分析方法] 使用試驗片(φ30/φ25/φ20×L300mm)，用在削加工從φ25mm部的表層部採集切削至0.05mm深的碎片，利用溼式分析法求出表層部的碳濃度。
由表3顯示了試驗片No.2系列的使二次處理溫度變化時的對碳化物的析出形態和其它方面的影響，以及No.5和7系列的由於是否在二次處理中進行追加滲碳而對微細碳化物的析出和對表層部的最終碳濃度等的影響。
在此，關於二次處理溫度(在此被稱為追加滲碳溫度)，在使用試驗片No.2-1的900℃的溫度下，表層部的碳化物固溶，整體中碳化物粒子的析出少，另外存在試驗片的軸偏心量也增大的問題。另外，使用試驗片No.2-3的800℃的二次處理溫度中，片狀碳化物在表層部的晶界析出，而且部件的內部(非硬化部)不完全淬火，試驗片的軸偏心量出現不均。由這些結果可知，進行二次處理使微細碳化物在表層部析出的最佳處理溫度可根據該部件的組成(滲碳處理前)來確定，優選為相當於A3轉變點溫度+10～70℃的溫度。
關於在二次處理中有無追加滲碳處理的情況，由試驗片5-1和7-1的結果可知，通過實施追加滲碳處理，不僅提高了表層部中碳濃度，而且碳化物也微細析出。作為其理由認為是，由於表層部的碳以碳化物析出，基質中的碳濃度減少，因此通過進行追加滲碳向表層部中補給碳，有助於表層部中新的Fe3C和M23C6等微細碳化物和其核的生成。
另外，追加滲碳處理部件如圖4所示，可知最表層部的奧氏體結晶粒度為超微細粒度。在此，超微細粒度是指按照JIS-G0551鋼的奧氏體粒度試驗方法中的滲碳粒度試驗方法，相當於奧氏體結晶粒度在10號以上，還發現了朝向內部方向形成由細粒和微細粒構成的3層結構這一顯著特徵。另外，如果關注這些奧氏體結晶粒度與滲碳層之間的關係，若將微細碳化物的析出量多的最表層部作為A部，將其內部的滲碳層部(細粒部)作為B部，再將其內部(非硬化部)的微細粒部作為C部，則該3層的結晶粒度具有A≥C≥B的關係。另外，通常滲碳中的表層部的奧氏體結晶粒度一般約相當於7～8號，本發明中形成了特徵性的3層結構的晶粒結構。這在以往的滲碳處理中沒有出現過。
在此，作為這些超微細粒度層的效果，可以改善以往的滲碳處理部件中令人擔心的表面硬化層的韌性，具有賦予作為本發明特徵的高接觸壓力化的同時，也可一併賦予滲碳層自身的高韌性的顯著特徵，對進一步提高今後的滲碳部件的高強度化極有效。
表4中，顯示了本發明的高濃度滲碳中碳化物析出層的有效硬化深度比對各種特性的影響。在此，各種試驗片為使用JIS機械構造用鋼的SCM420作為材料，事先在900℃將材料進行常化處理後再進行機械加工製得。試驗片的高濃度滲碳處理按照圖3所示的一次處理和二次處理的熱循環來進行。分析考察經處理的試驗片的抗點蝕壽命、耐衝擊強度和熱處理應變等。另外，對於表5所示的試驗片的最表層部的碳濃度對試驗片的強度耐久性和熱處理變形的影響，也與表4的各試驗片同樣進行圖3所示的熱循環處理，考察處理試驗片的碳濃度等。
在此，表4的碳化物的析出深度的調整主要通過控制滲碳時間和碳濃度等，另外，表5的最表層部的碳濃度的調整是通過根據事先計算的程序控制重複一次處理和二次處理的滲碳·擴散時的工作氣體量、時間等來進行的。作為低壓滲碳用工作氣體有丙烷、乙炔、乙烯等，其中使用最常用且廉價的丙烷或者作為擴散時的惰性氣體的氮氣。另外，在二次處理中的急速淬火用油冷卻來實施，除此之外也可以採用單獨使用或複合使用N2、He、H2等氣體的加壓氣體冷卻。
表4有效硬化深度比對強度、耐久性以及熱處理變形的影響 表5最表層部碳濃度對強度、耐久性以及熱處理變形的影響 1)有效硬化深度比表示微細碳化物層的深度與以顯微維氏硬度計具有550HMV以上硬度的深度(T)的比值(t/T)。
2)滾動疲勞壽命表示在以下條件下直到出現點蝕的反覆次數。
接觸壓力3GPa，旋轉次數1500rpm，滑動率-40％、油壓80℃ 3)耐衝擊強度表示使用卻貝(charpy)試驗片而得的破壞能量。
4)圓度表示使用試驗片形狀為φ100(φ80)×15t的環，利用形狀測定器測定的環內徑的X-Y方向的變形量。
關於有效硬化深度比對滾動疲勞壽命的影響，當為記號A的比較例的有效硬化深度比較淺為5％時，微細碳化物自身的析出量少，缺乏作為高濃度滲碳的特徵的耐回火軟化性，抗點蝕性(pitting toughness)低。另一方面，當為有效硬化深度比為40％的記號E的比較例的情況時，由於高硬度的範圍廣，因此存在抗衝擊強度降低的問題，另外，對於從圓度而得的熱處理變形也有應變增加的傾向。由這些結果可知，碳化物析出層與有效硬化深度的深度比優選在10～30％的範圍內。
接著，對於表5所示的最表層部的碳濃度對抗點蝕壽命的影響，可以認為是最表層部的碳濃度高的記號H、J、K優良，碳濃度較前者低、為1％的記號G、I的抗點蝕壽命部分劣化。如作為參考例顯示的記號F的最表層部碳濃度不到0.8質量時，試驗片的抗點蝕性大幅劣化。也就是說，最表層部中微細碳化物多析出的碳濃度越高越好。因此，在本發明中將高濃度滲碳的碳濃度設定在0.8質量％以上。
關於被滲碳的碳濃度的上限，到2.0質量％沒有特別的問題。另外當碳濃度成為超過2.0質量％的高濃度時，容易析出片狀碳化物，試驗片的抗衝擊強度和熱處理變形有可能向不利方向發展。因此，需要根據部件(試驗片)的要求特性來設定最表層部的碳濃度。
關於記號I、J、K的二次處理中採用追加滲碳處理時對耐點蝕壽命、耐衝擊強度、熱處理變形(應變)帶來的影響，與碳濃度同等的追加滲碳為「無」的記號G、H相比，所有特性均離差小，比較理想。作為其理由，認為是由於通過追加滲碳處理，基質的碳濃度穩定化，還有助於最表層部的微細碳化物的生成，滲碳層自身成為緻密且均衡的組織，熱處理品質整體穩定化。
通過以上的各種分析結果，本發明的方法中最適處理條件為，使用機械構造用鋼作為部件，將低壓滲碳下的一次處理和二次處理組合進行高濃度滲碳，經過最適的加熱和冷卻條件後，使最終工序的碳化物的析出深度以有效硬化深度比計控制在10～30％的範圍，並且使表層部的碳濃度控制在0.8質量％以上。
產業上利用的可能性 通過上述的一系列的結果，可知通過本發明可使作為機械構造部件的齒輪和軸承部件等實現高強度化和高接觸壓力化，而且也能夠以低應變實現要求低應變的部件、具有軸承結構的旋轉滑動或往返滑動部件、以及要求在高接觸壓力下的接觸疲勞和耐磨耗性的部件等各種部件的高強度化、高性能化和輕型小型化等要求，可以提供全新的高濃度滲碳·低應變淬火部件以及其製造方法。
圖1一次處理的熱循環 圖2二次處理的熱循環 圖3實施例的熱循環 圖4表3的試驗片No.2-2的光學顯微鏡照片(放大率×100)
權利要求
1.高濃度滲碳·低應變淬火部件的製造方法，其特徵在於，包括一次處理和後續的二次處理，一次處理為通過真空滲碳(低壓滲碳)方法，將機械構造用鋼部件加熱至奧氏體範圍的溫度，使共析碳濃度以上的碳固溶在該部件的表層部之後，再將該部件以3～15℃/秒的冷卻速度從奧氏體範圍的溫度冷卻到A1轉變點以下的溫度進行淬火，使微細碳化物及/或該碳化物的核生成在上述部件的表層部，二次處理為使該部件升溫至奧氏體範圍的溫度並使其均熱後進行迅速淬火，使微細碳化物以有效硬化深度比為10～30％的範圍析出在最表層部。
2.如權利要求1所述的上述部件的製造方法，其特徵在於，在上述二次處理中，在部件的表層部進行追加滲碳處理。
3.如權利要求2所述的上述部件的製造方法，其特徵在於，在上述二次處理中，使微細碳化物在上述部件的表層部析出，在該表層部形成以馬氏體為主的組織，其中包括一部分託氏體和殘留的奧氏體等的混合組織，該層的最表層部(A部)與比A部更內側的層(B部)與比B部更內側的層(C部)的各奧氏體結晶粒度的微細度順序為A≥C≥B。
4.高濃度滲碳·低應變淬火部件，其特徵在於，表層部為以馬氏體為主的組織，其中包含一部分託氏體和殘留的奧氏體等的混合組織，該層的奧氏體結晶粒度的微細度順序在最表層部(A部)與比A部更內部的層(B部)與比B部更內部的層(C部)中為A≥C≥B。
全文摘要
本發明在具有高強度·高接觸壓力等特徵的高濃度滲碳淬火領域，可以提供兼有高性能化和熱處理應變極小化的高濃度滲碳·低應變淬火部件極其製造方法，該高濃度滲碳·低應變淬火部件製造方法包括一次處理和後續的二次處理，一次處理為通過真空滲碳(低壓滲碳)方法，將機械構造用鋼部件加熱至奧氏體範圍的溫度，使共析碳濃度以上的碳固溶在該部件的表層部之後，再將該部件以3～15℃/秒的速度從奧氏體範圍的溫度冷卻到A1轉變點以下的溫度進行淬火，使微細碳化物及/或該碳化物的核生成在上述部件的表層部，二次處理為使該部件升溫至奧氏體範圍的溫度並使其均熱後進行迅速淬火，使微細碳化物以有效硬化深度比為10～30％的範圍析出在最表層部。
文檔編號C21D1/06GK101115859SQ20068000411
公開日2008年1月30日 申請日期2006年2月8日 優先權日2005年2月8日
發明者町田功, 安部壽士, 福島壽夫, 堀切浩司 申請人:帕卡熱處理工業株式會社