[发明专利]表层部淬火的钢铁材料及其制造方法以及淬火零件

说明书

技术领域

本发明涉及作为表面压力强度、耐磨损性、弯曲疲劳强度等机械强度优良的机械构造零件所使用的表层部淬火的钢铁材料及其制造方法以及淬火零件。

背景技术

以往，为了提高机械强度，对铸铁、钢的机械构造零件实施氮化处理、软氮化处理、渗碳淬火、高频淬火等表面硬化处理。其中，众所周知，通过氮化处理等形成于最表面的氮化物层、特别是表面侧的化合物层的耐滑动性优良，并且耐磨损，抗咬粘(seizure)性也较高。

但是，以往的氮化处理或软氮化处理与渗碳淬火、高频淬火相比，硬化层深度较浅，表面压力强度、疲劳强度等存在改良的余地。

因此，近年来，利用氮的特性开发出一种这样的复合硬化处理，即，在氮化处理或软氮化处理之后，实施高频淬火处理，加深硬化深度并提高表面压力强度，从而提高疲劳强度。

在此，例如通过氮化处理在钢铁材料的表面形成氮化膜等化合物层之后实施高频淬火处理的情况下，化合物层所含有的氮扩散到钢铁材料的表层部，所谓的N扩散层扩大。

在这种情况下，在高频淬火过程中，淬火温度至少需要成为奥氏体组织的Ac1相变点以上的温度，通常从750～1050℃的温度范围中选择。例如，以氮化温度570℃形成的氮化物层是铁与氮的结合，再加热到650℃以上时，该氮化物被氧化而分解，导致氮化物层的氮在最表面作为氮气被放出，并在内部扩散。

因而，化合物层的表层部因高频淬火而被氧化，导致化合物层的表面成为氧化层。在此，相对于化合物层的致密，氧化层为多孔质。因此，化合物层的表面被氧化层覆盖而没有露出来，有时还出现化合物层的至少一部分消失而使化合物层变薄，从而使基于化合物层的特性的机械强度、耐滑动性、耐磨损性受损。

相对于此，在专利文献1中公开了一种这样的方法，即，为了解决由于对通过氮化处理形成于表面的氮化物层未施任何处理地进行高频淬火而导致在高温加热条件下氮化物层的损伤、消失这样的问题，在氮化处理后的表面上以1～3mm的厚度包覆以氧化硅为成分的防气体氮化·离子氮化剂、防渗碳剂、防氧化剂等，再进行淬火。

另外，例如，在专利文献2中公开了一种这样的淬火钢铁构件，其特征在于，在钢铁材料的表面形成有由较硬的氮化物构成的化合物层，并且，作为该化合物层的上层形成有无机化合物层，该无机化合物层含有从由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及Al构成的组中选出的至少一种金属氧化物。

专利文献1：日本特开昭58-096815号公报

专利文献2：日本特开2008-038220号公报

但是，采用专利文献1的淬火方法，虽然能够防止加热时的氧化现象，但需要1mm以上的厚膜，致使导热性变低、冷却速度变慢、淬火时的冷却温度不充分，而难以获得目标硬度。另外，由于该防氧化膜的摩擦阻力较大，因此，在淬火处理之后需要除去，导致生产效率降低。

对于专利文献2的钢铁材料，利用在淬火工序之前施加的无机化合物层的表面保护剂，来保护形成于钢铁材料的表面的、由较硬的氮化物构成的化合物层防止该化合物层在淬火工序中损伤、消失，但即使采用该发明，自大于800℃的高温下淬火3秒以上时，也很有可能无法防止该化合物层的氧化。

发明内容

本发明即是鉴于上述课题而做成的，其目的在于通过避免形成于钢铁材料的表面的化合物层因高频淬火而氧化地实施淬火，来提供表层部淬火的钢铁材料及其制造方法以及淬火零件。

本发明人等基于反复进行深入研究的结果，得到能够通过在短时间内进行高频加热处理来避免形成于钢铁材料的表面的化合物层氧化这样的见解，得以完成本发明。

为了达到上述目的，本发明的表层部淬火的钢铁材料由基材、形成于上述基材的表面的化合物层、及形成在上述化合物层上的防氧化用包覆层构成，其特征在于，从上述基材的表面到规定深度具有淬火硬化层，而且，在上述化合物层的表层部未形成多孔质的氧化层。

在上述构造中，化合物层优选由从Fe、Ti、Zr、Mo、W、Cr、B及Si中选出的至少一种元素的氮化物层构成，防氧化用包覆层优选由含有如下金属元素的氧化物构成，该金属元素为从由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及Al构成的组中选出的至少1种的金属元素。

本发明的淬火零件的特征在于，采用了上述钢铁材料。淬火零件例如是动力传动系统零件。