[发明专利]碳氮共渗部件及碳氮共渗部件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及实施了碳氮共渗处理的部件(以下称为“碳氮共渗部件”)和碳氮共渗部件的制造方法。更具体而言，本发明涉及适合作为要求具有优异的接触疲劳强度(contact pressure fatigue strength)尤其是对于点蚀(pitching)而言的高强度与优异的耐磨耗性的动力传输部件的碳氮共渗部件及该碳氮共渗部件的制造方法。

背景技术

作为汽车的变速器使用的齿轮、带式无级变速器(CVT)用滑轮等动力传输部件目前如下制造：通过锻造、切削等加工，将JIS G4053(2003)规定的机械结构用合金钢钢材成型为规定的形状，进行渗碳淬火、碳氮共渗淬火，此后进一步回火。

近年来，对改善汽车燃料消耗率的要求越来越严格。在该状况下，为了实现与燃料消耗率改进直接相关的车体的轻量化，对上述部件提出了进一步小型化和高强度化的要求，提高作为接触疲劳之一的点蚀的极限强度(以下称为“点蚀强度”)与耐磨耗性被重视。

一般，为了提高点蚀强度与耐磨耗性，有效的是，通过渗碳或碳氮共渗使部件表面硬化。因此，以含有0.2％左右(质量％)的碳的SMn420为代表的锰系、以SMnC420为代表的锰铬系、以SCr420为代表的铬系和以SCM420为代表的铬钼系等机械结构用合金钢钢材作为渗碳部件和碳氮共渗部件的原料使用。然而，在上述钢材中含有的元素当中，稀有金属元素在近年来价格显著高涨，尤其是钼，发生了显著的价格高涨。

“碳氮共渗”包括在渗碳性气氛中混合氨气，在渗碳的同时进行渗氮的“气体碳氮共渗”等，氮被视为具有提高所谓的“抗回火软化性(temper softening resistance)”的效果。然而，氮具有抑制碳扩散的作用，而且，渗氮处理在比渗碳处理更低的温度下实施，因此，具有硬化深度变小的问题。此外，氮是奥氏体稳定化元素，由于与C同样地Ms点降低，因此，容易存在残留奥氏体，还存在难以获得硬质的马氏体的问题。

因此，例如在专利文献1～4中公开了解决碳氮共渗中的上述问题的技术。

具体而言，专利文献1中公开了“一种齿面强度优异的齿轮的制造方法，其特征在于，该齿轮以机械结构用表面硬化钢(case hardening steel)为原料，具有如下的表面硬化组织：最表面的C量为0.5重量％以上且0.9重量％以下，且最表面的N量为0.3重量％以上且0.8重量％以下，N量为与C量同等程度的同时，N的侵入深度达到能获得硬度Hv550的有效深度即有效硬化深度的至少80％的深度。该方法中，在800℃以上且950℃以下的温度下对由机械结构用表面硬化钢构成的齿轮原料进行渗碳处理的同时进行渗氮处理，之后冷却，进一步再加热至800以上且930以下的奥氏体化温度，再次进行渗氮处理，之后淬火，从而使表面硬化组织由不仅固溶有C而且固溶有N的致密马氏体组织构成”。

专利文献2中公开了“一种高强度齿轮，其特征在于，该齿轮以化学成分为C、Si、Mn、P、S、Cr或在这些成分中添加有Mo或Mo和V的机械结构用表面硬化钢为原料，对齿轮成型体实施过碳氮共渗处理，该处理是依次进行渗碳工序、利用NH₃气体的氮化工序、在盐中的浸渍工序和回火工序的表面硬化热处理，从表面到至少150μm深度的氮含量为0.2％以上且0.8％以下，而且具有由含氮的致密马氏体和10～40％的残留奥氏体的混合组织，或者含氮的致密马氏体、下部贝氏体(bainite)和10～40％的残留奥氏体的混合组织构成的表面硬化层”。

专利文献3中公开了“耐点蚀性优异的碳氮共渗处理部件的热处理方法，其特征在于，将按重量％计(以下相同)含有C：0.10～0.35％、Si：0.05～1.00％、Mn：0.30～1.50％、S：0.005～0.03％、Cr：0.50～4.00％和Al：0.02～0.60％，根据需要含有Ni：0.05～3.00％、Mo：0.05～4.00％、V：0.05～1.00％和W：0.05～1.00％中的一种或两种以上，此外根据需要还含有Nb：0.005～0.10％，其余部分基本上由Fe构成的钢的部件渗碳后碳氮共渗或直接碳氮共渗，此后淬火，在200～560℃的温度下回火”。(“耐点蚀性”与本发明中的“点蚀强度”同义)。