[发明专利]渗碳部件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及实施了渗碳的部件(以下称作“渗碳部件”)及其制造方法。详细地讲，是涉及可用作汽车、建筑工程机械、工业机械等的各种轴类或者动力传递用部件等的高强度钢制渗碳部件及其制造方法。更详细地讲，是提高了强度、特别是随着冲击负荷而产生的所谓的“低～中循环区域”中的疲劳强度、即“在为了付与塑性变形而施加反复的冲击负荷的情况下，在10³～10⁴循环左右以下的反复次数下产生疲劳破坏的强度”的高强度钢制渗碳部件及其制造方法。

背景技术

汽车桥轴(axle shaft)、驱动轴、等速接头用轴承座圈(outer race)或者动力传递用的齿轮等汽车部件、建筑工程机械部件及工业机械部件通常在机械加工成规定形状之后，为了具有期望的机械性质而实施表面硬化处理或者采用通常的“淬火-回火”的硬化处理来制造。

对于上述部件中的特别是汽车部件，从近年来的汽车的燃烧消耗率提高或者废气降低等应对环境问题的方面考虑，越来越谋求小型化、轻量化。因此，部件承受的负荷越发增大，特别是在冲击负荷成为问题的“低～中循环区域”中，提高疲劳强度非常重要。

对于部件的高疲劳强度化，通常大多采用作为表面硬化处理的“渗碳淬火”。

但是，在通常的“渗碳淬火”处理的情况下，表面被硬化处理后的部位的碳浓度按质量％计为0.8％左右，淬火后的微观组织是高碳马氏体组织。因此，虽然能够实现较高的硬度，但是很难避免由高碳马氏体组织引起的“脆化”。

本说明书中说明的“马氏体”是指利用等温相变及连续冷却相变得到的所谓的“新生马氏体(フレツシユマルテンサイト)”、“进行了自热回火后的马氏体”及将它们回火而得到的“回火马氏体”中的、“板条状组织形态”的组织，在上述“板条状组织”中也包含析出有ε或者θ等的碳化物的组织。

在将上述“新生马氏体”及“进行了自热回火后的马氏体”回火的情况下，也实施高温下的回火、例如超过700℃这样的较高温度下的回火，在“板条状组织”再结晶而成为等轴状的铁素体的情况下，不包含在“回火马氏体”中。

在非专利文献1中，对以“渗碳淬火”处理为前提的材料进行了研究。但是，在这样的仅变更材料的情况下，很难避免由上述高碳马氏体组织引起的“脆化”。因此，不能充分提高随着冲击负荷而产生的“低～中循环区域”中的疲劳强度。

因此，作为实现较高的疲劳强度的方法之一，研究了在实施渗碳淬火等表面硬化处理之后，进行喷丸强化处理，对部件表面付与压缩残余应力。具体地讲，例如在专利文献1～4中提出了组合渗碳淬火等表面硬化处理和喷丸强化处理的高疲劳强度部件及其制造方法。在专利文献5中，作为实现较高的疲劳强度的另一种方法提出了在实施渗碳淬火的表面硬化处理之后，再对制品的特定部位进行高频淬火的高疲劳强度部件及其制造方法。

即，在专利文献1中公开了一种“疲劳强度较高的驱动系统机械部件的制造方法”，其特征在于，使用含有0.1％～0.3％的碳的钢成形为机械部件，进行渗碳处理或者渗碳氮化处理而使维氏硬度大于等于400且小于700的不完全淬火层存在于从表面起到10μm～50μm的深度之后，或者使用含有0.35％～0.75％的碳的钢成形为机械部件，进行淬火而使维氏硬度大于等于400且小于700的不完全淬火层存在于从表面起到10μm～50μm的深度并再进行回火之后，利用具有维氏硬度为500以上的硬度的投射材料进行喷丸强化处理。

在专利文献2中公开了一种“高疲劳强度渗碳淬火品的制造方法”，其特征在于，对按质量％计分别含有C：0.1％～0.4％、Si：0.3％以下、Al：0.02％～0.08％、并以满足[6.4％≤2[Mn]+[Ni]+[Cr]+[Mo]≤8.2％]的式子的方式含有从由Mn：0.3％～3.1％、Ni：0％～6％、Cr：0％～1.2％、Mo：0％～1.2％构成的组中选择的两种以上元素、并且根据需要含有从由Nb：0.005％～0.2％和V：0.03％～0.8％构成的组中选择的一种或者两种、余量由铁和不可避免的杂质构成的钢材，实施满足[0.55％≤表面碳量(质量％)+表面氮量(质量％)≤0.90％]的式子的渗碳或者渗碳氮化处理，接着自奥氏体单相区域进行淬火，从而得到渗碳淬火硬化层的最高硬度按维氏硬度计为550～620、且从表面到300μm深度的残留奥氏体面积率不会达到20％以下的钢材，之后在弧高：0.6mmA以上的条件下进行喷丸强化处理。