[发明专利]渗碳钢部件及渗碳工艺

说明书

一种渗碳钢部件，其包括钢基体和渗碳层，该钢基体包含按重量百分比计0.08％至0.35％的碳、0.5％至1.3％的锰、0％至0.35％的硅、0.2％至2.0％的铬、0％至4％的镍、0％至0.50％的钼、0％至0.06％的铌，该渗碳层具有从渗碳层的表面到渗碳层深度的按重量百分比计大于0.35％的碳，其中，该渗碳层深度为0.5mm至3.0mm，其中该渗碳层可以包括显微组织，该显微组织包括马氏体、残余奥氏体、碳化物和小于2体积％的非马氏体转变产物(NMTP)，并且其中该渗碳层包含从表面到至少0.2mm的深度的3.0‑8.0微米的原奥氏体平均晶粒尺寸。

技术领域

本发明总体上涉及经热处理的钢部件，并且更具体地涉及具有改善表面接触疲劳性能的细晶粒渗碳层的渗碳钢部件，并且涉及产生此类部件的渗碳工艺。

背景

通常在各种器械、机械装置、系统等中实施钢制品和部件，诸如齿轮、轴和用作轴承的那些。这些各种钢部件的表面之间的恒定接合和通常的磨损可导致表面接触疲劳，从而导致对接触表面的损坏，例如点蚀、剥落等。为了改善表面接触疲劳寿命，钢部件可能经历渗碳过程。渗碳是通过增加暴露钢表面的碳含量来增加低碳钢表面硬度的有效方法。因此，渗碳可导致钢部件具有较硬、耐磨损的外壳/层。渗碳通常需要将钢放置在含碳量大于钢的基础碳含量的气氛中，并加热到高于钢的奥氏体转变温度的温度。在所需量的碳已经扩散到钢中至预定深度之后，通过冷却钢，例如，淬火来形成硬度。

Tipton等人提交的美国专利第4,921,025号(“’025专利”)描述了一种渗碳的低硅钢制品，其具有不超过0.1％的硅和0.08至0.35％的碳含量。存在各种渗碳钢制品/零件和所述制品/零件的在先渗碳工艺，诸如在上述专利中公开的那些。然而，在该领域仍然需要进行额外的开发。为了促进这种需要，本发明描述了一种渗碳钢部件及其渗碳工艺。

本发明的渗碳钢部件和渗碳工艺可以解决本领域中的一个或多个问题。然而，本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由解决任何具体问题的能力限定。

发明内容

根据一个示例，渗碳钢部件可以包括钢基体和渗碳层，该钢基体包含按重量百分比计0.08％至0.35％的碳、0.5％至1.3％的锰、0％至0.35％的硅、0.2％至2.0％的铬、0％至4％的镍、0％至0.50％的钼、0％至0.06％的铌，该渗碳层具有从渗碳层的表面到渗碳层深度的按重量百分比计大于0.35％的碳，其中，该渗碳层深度为0.5mm至3.0mm。渗碳层可以包括显微组织，该显微组织包括马氏体、残余奥氏体、碳化物和小于2体积％的非马氏体转变产物(NMTP)，并且可以包括从表面到至少0.2mm的深度的3.0-8.0微米的原奥氏体平均晶粒尺寸。

在另一个示例中，该渗碳层可以进一步包含从该渗碳层的表面到0.2mm的深度的每200平方微米场350个以上的碳化物颗粒计数。该渗碳层可以进一步包含如在距该表面0.1mm的深度处测量的每200平方微米场400至500个碳化物颗粒计数。该渗碳层可以进一步包含从该渗碳层的表面到0.2mm的深度的超过7.5％的碳化物面积分数。该渗碳层可以进一步包含从该渗碳层的表面到0.1mm至0.2mm的深度的7.5％至15％的碳化物面积分数。

在另一个示例中，该渗碳层可以具有至少63的HRC表面硬度，以及从该渗碳层的表面到0.2mm的深度在截面上截取的至少772的显微硬度(HV高)。此外，渗碳层的70％的碳化物可以具有从渗碳层表面到0.05mm至0.2mm深度的0.01m²至0.10m²的最小面积。

根据另一个示例，钢基体可以包含按重量百分比计从0.18％至0.23％的碳、0.8％至1.20％的锰、0％至0.35％的硅、0.65％至1.0％的铬、0.15％至0.45％的镍、0.02％至0.08％的钼、0％至0.06％的铌，和剩余重量百分比的铁。