层状铁基合金及其制造方法技术

本发明专利技术涉及层状铁基合金及其制造方法。由ＳＫＨ５１（铁基合金）制成的预成形体的表面涂布有Ａｌ和Ｃｒ等的粉末。可以通过涂布将所述粉末分散于有机溶剂中而制得的涂布剂来进行涂布。涂布剂可以含有还原剂。涂布后，对所述预成形体进行热处理，从而形成金属碳化物。所述预成形体可以进一步氮化处理，从而形成具有扩散层（２０）的层状铁基合金，所述扩散层（２０）通过碳化物、氮化物和ＡｌＮ在母材中的扩散而形成。此后，可以对所述预成形体进行精加工，从而产生具有预定形状的热辊锻造加工用冲头（１０）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，所述层状铁基合金在由铁 基合金构成的母材的表面设有扩散层，所述扩散层含有碳化物和氮化物 并且具有比所述母材高的硬度。
技术介绍
为了改善材料的诸如耐磨损性、耐腐蚀性和强度等各种特性，例如，通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、电镀或阳极氧化等在由 铁基合金制成的钢材的表面上设置覆层。不过，在上述方法中，形成覆 层需要较长的时间，并且形成覆层的成本较高。考虑到上述情况，例如，在日本特开2003-129216号公报以及日本 特开2003-239039号公报中，已经广泛地实施了下述工艺，其中施加了如 渗碳、渗硫、氮化和碳氮化等各种表面处理以在不使用覆层的情况下改 善钢材的各种表面特性。另外，日本特开平05-171442号公报提议，可以 通过如喷丸加工或喷丸处理等机械处理将10 kgf/cm、约0.1 MPa)的压縮 应力施加到表面，由此改善加工用刀具的耐磨损性和耐破损性。另外，在日本特许第3083292号公报和日本特开2004-323891号公 报中，着眼于Fe-Al合金的耐腐蚀性，并尝试通过进行热处理使Al扩散 并渗透进钢材中。为了实现此工艺，在日本特许第3083292号公报中已 提议在将Al粉末或Al合金粉末以及Ti粉末或Ti合金粉末涂布到钢材的 同时进行热处理。另一方面，在日本特开2004-323891号公报中已提议在 将Al粉末或Al合金粉末与金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物和金 属硼化物中的至少一种的混合粉末涂布到钢材的同时进行热处理。不过，由日本特开2003-129216号公报、日本特开2003-239039号公 报和日本特开平05-171442号公报所记载的常规技术带来的各种特性的改善局限于金属材料的表面。例如，在氮化和渗碳中，元素从金属材料 的表面仅扩散数微米至最大约200微米的距离。这难以改善比上述更深 的内部位置处的所述特性。因此，不能确保耐磨损性和耐破损性得以显 著地改善。另外，在有关常规技术的处理方法中，在所形成的氮化层等与作为 母材的金属材料之间存在界面。因此，在应力集中于界面的条件下，脆 性破坏可从界面不利地发生。在日本特许第3083292号公报以及日本特开2004-323891号公报所 披露的技术中，Al的扩散渗透深度也为约100nm。因此，这难以改善金 属材料内部深处的各种特性。
技术实现思路
本专利技术的一般目的是提供一种在其内部深处具有改善的硬度和强度 的层状铁基合金。本专利技术的主要目的是提供一种层状铁基合金，其中由于物性逐渐变 化，脆性破坏和应力集中难以发生。本专利技术的另一目的是提供一种上述层状铁基合金的制造方法。根据本专利技术的一个方面，提供了一种层状铁基合金，所述层状铁基 合金包含母材和扩散层，所述母材由铁基合金构成，所述扩散层通过碳 化物和氮化物从所述母材的表面侧的扩散而形成并且具有比所述母材高 的硬度，其中，至少含有A1N作为所述氮化物；且在所述扩散层中，所述碳化物和所述氮化物的浓度随位置变深而逐 渐降低。在本专利技术的层状铁基合金中，碳化物和含有A1N的氮化物扩散至作 为母材的铁基合金的内部深处。因此，在铁基合金的内部深处也显示出 优异的硬度和强度。另外，在所述层状铁基合金中，扩散层与母材之间 不存在界面。因此，不易发生应力集中，由此不易发生脆性破坏。由于例如氮化物和碳化物的存在，压縮残留应力得以施加。不过，在本专利技术中，碳化物和氮化物从最外表面的基点起扩散了 0.5 mm以上的 深度。因此，这能够增大内部深处的压縮残留应力。因为碳化物和氮化 物的浓度从最外表面向内部逐渐降低，所以压縮残留应力也逐渐降低。 基于此观点，应力集中也可以避免。金属碳化物的优选例子包括Cr、 W、 Mo、 V、 Ni和Mn的碳化物， 金属氮化物的优选例子包括Cr、 W、 Mo、 V、 Ni和Mn的氮化物以及 A1N。基于下述理由，优选所述碳化物的组成式为M6C或M23C6，其中M表示金属元素。即，具有上述组成式的碳化物在改善铁基合金的硬度方 面特别优异。所述碳化物可以通过将Cr、 W、 Mo、 V、 Ni和Mn的至少一种与 Fe的固溶体碳化而获得。此情况中，上述金属碳化物的相对量减少。因 此，抑制了由金属碳化物的过度生成而导致的脆性增加。优选的固溶体的碳化物具有由(Fe, M)6C或(Fe, M)23C6所示的组成 式，其中M表示金属元素。上述特征同样也与上述相同的方式适用于下述说明。根据本专利技术的另一方面，提供了一种层状铁基合金的制造方法，所 述层状铁基合金包含母材和扩散层，所述母材由铁基合金构成，所述扩 散层通过碳化物和氮化物在所述母材中的扩散而形成并且具有比所述母 材高的硬度，其中，至少含有A1N作为所述氮化物，所述方法包括下述步骤将含有Al粉末的金属粉末涂布到所述铁基合金的表面； 对涂布有所述粉末的所述铁基合金进行热处理；和 对经所述热处理的铁基合金进行氮化处理。当进行了上述歩骤后，能够形成具有较大厚度的扩散层，并且能够 制造扩散层与母材之间不存在界面的层状铁基合金。因为存在扩散层， 所以所得层状铁基合金硬度和强度优异。根据本专利技术的又一方面，提供了一种层状铁基合金，所述层状铁基 合金包含母材和扩散层，所述母材由铁基合金构成，所述扩散层通过碳化物和氮化物从所述母材的表面侧的扩散而形成并且具有比所述母材高 的硬度，其中，在所述扩散层中，所述碳化物和所述氮化物的浓度随位置变深而逐 渐降低。所述层状铁基合金可以含有或者不含有A1N作为氮化物。 根据本专利技术的又一方面，提供了一种层状铁基合金的制造方法，所 述层状铁基合金包含母材和扩散层，所述母材由铁基合金构成，所述扩 散层通过碳化物和氮化物从所述母材的表面侧的扩散而形成并且具有比 所述母材高的硬度，其中，在所述扩散层中，所述碳化物和所述氮化物 的浓度随位置变深而逐渐降低，所述方法包括下述步骤将含有Al粉末的金属粉末涂布到所述铁基合金的表面；和 在氮化气氛中对所述铁基合金进行氮化处理。 艮口，在此工艺中，用于扩散的热处理与氮化处理同时进行。 根据本专利技术的又一方面，提供了一种层状铁基合金，所述层状铁基 合金包含母材和扩散层，所述母材由铁基合金构成，所述扩散层通过碳 化物和氮化物从所述母材的表面侧的扩散而形成并且具有比所述母材高 的硬度，其中，在所述扩散层中，随着所述碳化物和所述氮化物的浓度随位置变深而逐渐降低时，硬度逐渐降低，并且在从最外表面起至0.1mm深度内的 部位处所提供的最大硬度与最小硬度之差以维氏硬度值计为10%以内。在硬度差较小的钢材中，应变减小，疲劳强度进一步增大。因此， 与进行通常的氮化处理的钢材相比能够实现较长的使用寿命。根据本专利技术的又一方面，提供了一种层状铁基合金的制造方法，所 述层状铁基合金包含母材和扩散层，所述母材由铁基合金构成，所述扩 散层通过碳化物和氮化物从所述母材的表面侧的扩散而形成并且具有比 所述母材高的硬度，其中，在所述扩散层中，随着所述碳化物和所述氮 化物的浓度随位置变深而逐渐降低，硬度逐渐降低，且在从最外表面起至0.1 mm深度内的部位处所提供的最大硬度与最小硬度之差以维氏硬度 值计为10%以内，所述方法包括下述步骤将金属粉末涂布到所述铁基合金的表面； 对涂布有所述金属粉末的所述铁基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层状铁基合金，所述层状铁基合金包含母材和扩散层，所述母材由铁基合金构成，所述扩散层通过碳化物和氮化物从所述母材的表面侧的扩散而形成并且具有比所述母材高的硬度，其中：　　　　至少含有ＡｌＮ作为所述氮化物；且　　　　在所述扩散层中，所述碳化物和所述氮化物的浓度随位置变深而逐渐降低。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊木利正，松下和男，桑原光雄，小杉雅纪，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]