高浓度渗碳.低应变淬火部件及其制造方法技术

本发明专利技术在具有高强度.高接触压力等特征的高浓度渗碳淬火领域，可以提供兼有高性能化和热处理应变极小化的高浓度渗碳.低应变淬火部件极其制造方法，该高浓度渗碳.低应变淬火部件制造方法包括一次处理和后续的二次处理，一次处理为通过真空渗碳（低压渗碳）方法，将机械构造用钢部件加热至奥氏体范围的温度，使共析碳浓度以上的碳固溶在该部件的表层部之后，再将该部件以３～１５℃／秒的速度从奥氏体范围的温度冷却到Ａ↓［１］转变点以下的温度进行淬火，使微细碳化物及／或该碳化物的核生成在上述部件的表层部，二次处理为使该部件升温至奥氏体范围的温度并使其均热后进行迅速淬火，使微细碳化物以有效硬化深度比为１０～３０％的范围析出在最表层部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及作为机械构造部件的强化方法被大量利用的渗碳淬火处理中，具有耐回火软化性(temper softening resistance)高、高强度·高接触压力(contact pressure)等特征的高浓度渗碳淬火部件，还涉及兼具高性能化和热处理应变的相反的特性的高浓度渗碳·低应变淬火部件(以下，有时简称“部件”)及其制造方法。
技术介绍
渗碳淬火部件由于耐久强度以及耐磨耗性等优良的特征，作为运输机器或产业机械等的各种部件等被广泛使用，从基于进一步提高该部件性能的小型化·轻量化等的观点出发，进行了关于渗碳淬火部件的大量开发。另外，近年开发了真空渗碳(低压渗碳)工艺，该工艺与以往的气体渗碳工艺比较具有以下优良的特征对环境友好、可防止渗碳层的粒间氧化、可进行高温渗碳处理、容易控制渗碳和碳的扩散等，从部件的更加良好的性能、品质的提高以及部件的生产性更加提高等方面考虑，希望进行进一步的普及。 作为对齿轮或轴承部件等机械构造部件进行渗碳淬火从而使该部件的耐点蚀性能(pitting resistance)提高的方法有碳氮共渗处理。该处理将碳和氮同时扩散至基质，使部件的耐回火软化性提高。另外，还开发出使碳化物在部件的表层部析出、使部件的耐回火软化性提高的高浓度渗碳处理，近年来，与低压渗碳设备的进展相应，进行了大量的研究。 作为高浓度渗碳方法的代表例，在专利文献1中公开了部件的渗碳处理方法。该专利文献1中提出了以下方法，进行预渗碳使球状碳化物在钢材的表层部析出，并使该表层部的碳浓度在Acm以下且在钢和碳的共析浓度以上，之后使处理部件缓缓冷却或骤冷，将该表层部转化成贝氏体、珠光体或马氏体组织后，从Ac1点开始以20℃/分钟以下的加热速度升温至750～950℃，进行渗碳淬火，在深度0.4mm的范围内生成体积率在30％以上的类球状或球状碳化物。 但是，在上述方法中，虽然通过使碳化物在部材的表层部析出，改善了该部件的耐点蚀性能等特性，但是该方法由于是使30％的碳化物在表层部析出的高浓度渗碳，因此所得部件存在热处理变形或应变等问题。 关于通过高浓度渗碳法使碳化物微细析出在部件的表层部的方法，研究了大量的加热和冷却方法，据专利文献1所述预渗碳后，进行空气冷却(生成贝氏体或珠光体组织)或者淬火(生成马氏体组织)，在后续工序的碳化物生成处理中从Ac1转变温度开始以20℃/分钟以下的速度缓缓升温至750～950℃进行加热，直接淬火或空气冷却后，再进行加热淬火方法是优良的方法。 另外，在专利文献2和专利文献3中提出在预渗碳或一次渗碳之后进行缓慢冷却(或者30℃/Hr以下)的方法为优选方法。 但是，在专利文献1、2、3所示的方法中，预渗碳或一次渗碳之后的淬火在空气冷却或缓慢冷却的情况下，部材的表层部内，网状碳化物容易沿着晶界析出，经后续工序的碳化物生成处理，上述网状碳化物在短时间内分解，难以使之在表层内分散析出，因此有的示例中进行多次加热冷却。 另一方面，在专利文献1中，为了得到马氏体而在将部件预渗碳之后，加速冷却速度地进行淬火，但是表层内的碳化物的核有可能固溶消失，另外，成为碳为过饱和状态的淬火，由于高碳马氏体的转变，有可能出现部件的膨胀、收缩等变形或应变增大。 在专利文献4中记载了通过低压渗碳法的高浓度渗碳部件的制造方法，虽然有在一次渗碳时将碳浓度控制在0.5～0.7质量％、在二次渗碳中将碳浓度控制在0.7～1质量％以及将一次冷却控制在1～10℃/分钟的缓慢速度等关于碳化物的微细化的记载，但是关于变形应变与上述的引用文献1、2和3同样不佳。 在此为了参考，以下显示了最近正在市场上扩大的低压渗碳法与通常的气体渗碳法比较的优点。 a)可以容易迅速地变化炉内气氛条件，可以容易地从渗碳气氛切换至碳的扩散气氛。 b)可以进行高温处理，可以迅速渗碳。 c)由于部件的表层部中没有粒间氧化，因此可以抑制以此为原因的处理部件的皲裂的出现。 d)不会产生炭黑(sooting)，不会出现伴随产生炭黑的渗碳不均。 专利文献1日本专利特公昭62-24499号公报专利文献2日本专利特许第2787455号公报专利文献3日本专利特许第2808621号公报专利文献4日本专利特开2002-348615号公报
技术实现思路
但是，即使是通过以往的低压渗碳法的高浓度渗碳处理，也不能得到被处理部件的表层内的碳化物的生成过程与表层部的显微组织的最佳平衡，仍然存在处理部件的变形或应变的问题。因此，渗碳工序后需要部件的研磨加工、为修整应变的部件的精加工等，使本来可以得到的高浓度渗碳的高接触压力化性能下降，还使生产性下降以及成本上升，这阻碍了高浓度渗碳处理的普及。 本专利技术中，利用了可以迅速且高精度应对部件的碳浓度、渗碳处理/扩散处理的反复、部件的升温、均热、渗碳、淬火等的各种温度条件、加热条件以及冷却速度(淬火)条件等的各种控制的低压渗碳设备，开发了能兼顾部件的高接触压力化和低应变的最适工序，解决了上述课题。 通过以下的本专利技术完成了上述课题。 1.高浓度渗碳·低应变淬火部件的制造方法，其特征在于，包括一次处理和二次处理，一次处理为通过真空渗碳(低压渗碳)方法，将机械构造用钢部件加热至奥氏体范围的温度，使共析碳浓度以上的碳固溶在该部件的表层部之后，再将该部件以3～15℃/秒的速度从奥氏体范围的温度冷却到A1转变点以下的温度进行淬火，使微细碳化物及/或该碳化物的核生成在上述部件的表层部，二次处理为接着使该部件升温至奥氏体范围的温度并使其均热后进行迅速淬火，使微细碳化物以有效硬化深度比为10～30％的范围析出在最表层部。 2.上述部件的制造方法，其特征在于，在上述二次处理中，在部件的表层部进行追加渗碳处理。 3.上述部件的制造方法，其中，在上述二次处理中，使微细碳化物在上述部件的表层部析出，在该表层部形成部分含有托氏体和残留的奥氏体等的混合组织的以马氏体为主体的组织，该层的最表层部(A部)与比A部更内侧的层部(B部)与比B部更内侧的层部(C部)的各奥氏体结晶粒度的微细度顺序为A≥C≥B。 高浓度渗碳法·低应变淬火部件，其特征在于，表层部为部分含有托氏体和残留的奥氏体等的混合组织的以马氏体为主体的组织，该层的奥氏体结晶粒度的微细度顺序在最表层部(A部)与比A部更内部的层(B部)与比B部更内部的层(C部)中为A≥C≥B。 本专利技术的方法使用处理部件的低压渗碳设备，将以最适的高浓度渗碳和最适的冷却速度进行部件的淬火的一次处理，以及后续进行的使微细碳化物简单有效地析出的二次处理组合，可以将处理部件的热处理变形以及应变抑制到极小。通过该方法，在以往的高浓度渗碳中最令人担心的，例如在轴的弯曲或齿廓的变形应变等处理后的部件的繁杂的研磨加工、应变修整加工等可以被大量减省，有助于大幅改善高浓度渗碳部件的生产性、品质和成本等。 另外，在本专利技术的方法中，通过再于二次处理中对部件的表层部实施追加渗碳处理，可有助于基质的高硬度化，可以使部件的最表层部的结晶粒度成为超微细粒，对部件的高强度化以及高韧性化也极有效。通过该本专利技术的方法，以往难以采用高浓度渗碳的轴承和齿轮等部件的高强度化、高韧性化和高接触压力化等变得容易实现。因此，本专利技术的方法可以广泛应用至对此具有高需要的领域等范围中，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
高浓度渗碳.低应变淬火部件的制造方法，其特征在于，包括一次处理和后续的二次处理，一次处理为通过真空渗碳（低压渗碳）方法，将机械构造用钢部件加热至奥氏体范围的温度，使共析碳浓度以上的碳固溶在该部件的表层部之后，再将该部件以３～１５℃／秒的冷却速度从奥氏体范围的温度冷却到Ａ↓［１］转变点以下的温度进行淬火，使微细碳化物及／或该碳化物的核生成在上述部件的表层部，二次处理为使该部件升温至奥氏体范围的温度并使其均热后进行迅速淬火，使微细碳化物以有效硬化深度比为１０～３０％的范围析出在最表层部。

【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：町田功，安部壽士，福島寿夫，堀切浩司，
申请(专利权)人：帕卡热处理工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]