[发明专利]高浓度渗碳·低应变淬火部件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及作为机械构造部件的强化方法被大量利用的渗碳淬火处理中， 具有耐回火软化性(temper softening resistance)高、高强度·高接触压力 (contact pressure)等特征的高浓度渗碳淬火部件，还涉及兼具高性能化和热 处理应变的相反的特性的高浓度渗碳·低应变淬火部件(以下，有时简称“部 件”)及其制造方法。

背景技术

渗碳淬火部件由于耐久强度以及耐磨耗性等优良的特征，作为运输机器或产业 机械等的各种部件等被广泛使用，从基于进一步提高该部件性能的小型化·轻量化 等的观点出发，进行了关于渗碳淬火部件的大量开发。另外，近年开发了真空渗碳 (低压渗碳)工艺，该工艺与以往的气体渗碳工艺比较具有以下优良的特征：对环境 友好、可防止渗碳层的粒间氧化、可进行高温渗碳处理、容易控制渗碳和碳的扩散 等，从部件的更加良好的性能、品质的提高以及部件的生产性更加提高等方面考虑， 希望进行进一步的普及。

作为对齿轮或轴承部件等机械构造部件进行渗碳淬火从而使该部件的耐点蚀 性能(pitting resistance)提高的方法有碳氮共渗处理。该处理将碳和氮同时扩散 至基质，使部件的耐回火软化性提高。另外，还开发出使碳化物在部件的表层部析 出、使部件的耐回火软化性提高的高浓度渗碳处理，近年来，与低压渗碳设备的进 展相应，进行了大量的研究。

作为高浓度渗碳方法的代表例，在专利文献1中公开了部件的渗碳处理方法。 该专利文献1中提出了以下方法，进行预渗碳使球状碳化物在钢材的表层部析出， 并使该表层部的碳浓度在Acm以下且在钢和碳的共析浓度以上，之后使处理部件缓 缓冷却或骤冷，将该表层部转化成贝氏体、珠光体或马氏体组织后，从Ac1点开始 以20℃/分钟以下的加热速度升温至750～950℃，进行渗碳淬火，在深度0.4mm 的范围内生成体积率在30％以上的类球状或球状碳化物。

但是，在上述方法中，虽然通过使碳化物在部材的表层部析出，改善了该部件 的耐点蚀性能等特性，但是该方法由于是使30％的碳化物在表层部析出的高浓度 渗碳，因此所得部件存在热处理变形或应变等问题。

关于通过高浓度渗碳法使碳化物微细析出在部件的表层部的方法，研究了大量 的加热和冷却方法，据专利文献1所述预渗碳后，进行空气冷却(生成贝氏体或珠 光体组织)或者淬火(生成马氏体组织)，在后续工序的碳化物生成处理中从Ac1转 变温度开始以20℃/分钟以下的速度缓缓升温至750～950℃进行加热，直接淬火或 空气冷却后，再进行加热淬火方法是优良的方法。

另外，在专利文献2和专利文献3中提出在预渗碳或一次渗碳之后进行缓慢冷 却(或者30℃/Hr以下)的方法为优选方法。

但是，在专利文献1、2、3所示的方法中，预渗碳或一次渗碳之后的淬火在空 气冷却或缓慢冷却的情况下，部材的表层部内，网状碳化物容易沿着晶界析出，经 后续工序的碳化物生成处理，上述网状碳化物在短时间内分解，难以使之在表层内 分散析出，因此有的示例中进行多次加热冷却。

另一方面，在专利文献1中，为了得到马氏体而在将部件预渗碳之后，加速冷 却速度地进行淬火，但是表层内的碳化物的核有可能固溶消失，另外，成为碳为过 饱和状态的淬火，由于高碳马氏体的转变，有可能出现部件的膨胀、收缩等变形或 应变增大。

在专利文献4中记载了通过低压渗碳法的高浓度渗碳部件的制造方法，虽然有 在一次渗碳时将碳浓度控制在0.5～0.7质量％、在二次渗碳中将碳浓度控制在 0.7～1质量％以及将一次冷却控制在1～10℃/分钟的缓慢速度等关于碳化物的微 细化的记载，但是关于变形应变与上述的引用文献1、2和3同样不佳。

在此为了参考，以下显示了最近正在市场上扩大的低压渗碳法与通常的气体渗 碳法比较的优点。

a)可以容易迅速地变化炉内气氛条件，可以容易地从渗碳气氛切换至碳的扩散 气氛。

b)可以进行高温处理，可以迅速渗碳。

c)由于部件的表层部中没有粒间氧化，因此可以抑制以此为原因的处理部件的 皲裂的出现。

d)不会产生炭黑(sooting)，不会出现伴随产生炭黑的渗碳不均。

专利文献1：日本专利特公昭62-24499号公报

专利文献2：日本专利特许第2787455号公报