[发明专利]耐磨性和耐点蚀性优异的氮化处理部件和软氮化处理部件以及氮化处理方法、软氮化处理方法

说明书

提供耐磨性和耐点蚀性优异的氮化处理部件和软氮化处理部件以及氮化处理方法、软氮化处理方法。一种氮化处理部件或软氮化处理部件，其特征在于，是采用钢材来制成的，所述钢材以质量％计包含C：0.05～0.3％、Si：0.05～1.5％、Mn：0.2～1.5％、P：0.025％以下、S：0.003～0.05％、Cr：0.5～2.0％、Al：0.01～0.05％以及N：0.003～0.025％，余量包含Fe以及杂质，表层包含含有铁、氮和碳的化合物层和位于其下方的氮扩散层，所述化合物层由ε单相构成，所述ε单相的厚度为8～30μm，维氏硬度为680HV以上，所述ε单相中的孔隙的体积率小于10％。

技术领域

本发明涉及通过气体氮化、气体软氮化处理而制造的部件、特别是要求耐磨性、耐点蚀性的CVT带轮、齿轮等部件、以及在这些部件的制造中使用的气体氮化、气体软氮化处理的方法。

背景技术

在汽车、各种产业机械等中使用的钢部件中，有要求表面疲劳强度的部件。例如变速器中的CVT带轮要求耐磨性，齿轮要求耐点蚀性的疲劳特性。为了改善这些特性，提高表面硬度被视为较有效，氮化以及软氮化处理的应用不断发展。氮化处理和软氮化处理具有能得到高的表面硬度、且热处理变形小这样的优点。

氮化处理是使氮渗入钢材表面的处理方法，软氮化处理是使氮和碳渗入钢材表面的处理。在氮化处理以及软氮化处理中使用的介质有气体、盐浴、等离子体等。对于汽车的变速器部件，主要应用生产率优异的气体氮化以及气体软氮化处理。

通过气体氮化以及气体软氮化处理而生成的硬化层，由氮扩散层、和在比氮扩散层靠表面的侧生成的厚度几微米～几十微米的化合物层构成。氮扩散层是通过渗入的氮、碳的固溶强化、氮化物的粒子分散强化机制来硬化了的层。已知氮扩散层的硬度和深度的提高会带来耐点蚀性的提高，以往就针对扩散层的硬度、深度的提高进行了许多研究。化合物层由以Fe_2～3N为主体、还含有碳的ε相、以Fe₄N为主体的γ’相构成，在相比于钢材硬度极高地形成的情况下，使耐磨性提高。

作为与化合物层和耐耗性相关的以往的见解，可举出以下见解。

在专利文献1中，提出了一种耐点蚀性和耐磨性优异的齿轮部件，其被实施了氮化或碳氮共渗处理，至少从表面到150μm的深度中的氮含量为0.2～0.8％，淬火硬化层为马氏体和10～40％的残余奥氏体的混合组织。在专利文献1中，有关于钢表面的氮含量的记载，但没有关于在氮化处理中生成的化合物层的成分、组成以及性状的记载。

另外，在专利文献2中，提出了下述处理方法：通过采用包含NH₃残留浓度为45～65容积％浓度的混合气体在气体温度530～565℃下进行2小时的软氮化处理，来生成2～12μm的含有孔隙的化合物层，由此使耐点蚀性、耐磨性等提高。专利文献2中所记载的化合物层由Fe₃N(ε)、Fe₄N(γ’)等构成。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7－190173号公报

专利文献2：日本特开平11－72159号公报

发明内容

在前述的专利文献1中，提出了一种耐点蚀性和耐磨性优异的部件，由于利用了通过淬火产生的表面硬化，因此与通常的氮化以及软氮化处理部件相比，热处理变形大，在后面工序中的磨削成本增加。

在专利文献2中，虽然考虑了化合物层的厚度，但是关于孔隙没有最佳化，因此有时不能应用于需要高的耐点蚀强度的部件。

前述的专利文献1和2中所公开的技术，是按照各实施例所示那样能够提高耐磨性、耐点蚀性等的疲劳特性的技术。但是，没有研究化合物层的成分、组成、性状对耐磨性、耐点蚀性造成的影响。