滚动部件及其制造方法技术

一种滚动部件及其制造方法，所述滚动部件，使用至少含有０．５～１．５重量％的碳、及０．２～２．０重量％的Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ中的一种以上的合金元素、并且分散有０．４～４．０体积％的、由这些合金元素构成的平均粒子直径为０．２～５μｍ的碳化物、氮化物及碳氮化物的一种以上的钢材，将在滚动面层上实行高频淬火、低温回火的的马氏体组织母相的固溶碳浓度调整为０．３～０．８重量％，在其母相中分散０．４～４．０体积％的、所述碳化物、氮化物及碳氮化物的一种以上。这种滚动部件，改善了齿面的耐烧结性、是用于在３００℃的回火硬度为ＨＲＣ５０以上的各种耐高表面压力用的廉价的高频淬火齿轮等的滚动部件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用高频淬火、渗碳淬火、渗碳渗氮淬火、渗氮淬火等方法将滚动面层淬火硬化所制造的齿轮等。
技术介绍
以往，在建筑·土木工程机械的减速器等中，从耐高表面压力性(200kgf/mm2以上)被重视的观点出发，一般使用对SCr、SCM、SNCM类低碳钢实施渗碳淬火或渗碳渗氮淬火处理的齿轮，但在局部以较低的表面压力(～150kgf/mm2)条件使用的内齿轮类中，使用的是对中碳钢及中碳低合金钢(0.45～0.6重量％C)实施高频淬火等热处理的齿轮。作为用于上述建筑·土木工程机械的齿轮减速器，从更高输出及小型化的观点出发，则要求耐高表面压力并且强度更高、成本更低的齿轮。另外，上述建筑·土木工程机械，大多或在行驶时跨越岩石或结构物等障碍物，或一边旋转一边挖掘这些障碍物，冲击负荷会作用于这些行驶用、旋转用齿轮减速机的齿轮上，因此有渗碳淬火齿轮损坏的问题。另一方面，在高频淬火的硬化齿轮上，虽然具有比渗碳淬火齿轮的高韧性，但如前所述，当在150kgf/mm2以上的高表面压力下使用时，有容易发生点状腐蚀、划痕及早期磨损等的耐表面压力强度方面的问题。另外，在渗碳淬火硬化齿轮上，具有在230kgf/mm2以上的高表面压力下使用时没有足够的耐久性、且用于小型化结构时的表面压力不足的问题。本专利技术为解决上述问题而开发，其目的在于提供一种滚动部件，这种滚动部件，是在伴随着滑动的滚动条件下使用的齿轮中，对于其耐表面压力强度，着眼于在临界润滑状态下因伴随滑动而产生的聚集于局部的发热、使齿面温度上升到300℃，并且通过将滚动面的高频淬火将奥氏体中几乎不固溶的V、Ti、Zr、Nb、Ta、Hf中的一种以上的碳化物、氮化物及/或碳氮化物预先分散到齿面上而改善齿面的耐烧结性，以及，使用添加能有效地提高300℃的低温回火中的回火软化抗力的Al及/或Si的钢材，以300℃的回火硬度为HR50以上的各种耐高表面压力用的便宜的高频淬火的齿轮等；并且，其目的还在于提供一种通过在钢材中更适当地复合添加Al及Ni、即使在高硬度状态下也能具有高韧性化的。
技术实现思路
对于实施了渗碳淬火处理的SNCM815、SCM420、SCr420、SMnB420钢(渗碳表面硬化钢)，在表面压力为375～220kgf/mm2的范围内调查其伴随滑动的滚动面压力强度，其结果是确认了由107旋转而开始产生点状腐蚀的表面压力为210kgf/mm2，由各种表面压力而产生点状腐蚀的滚动面最表层的马氏体相的X射线半衰宽度、减少为4～4.2°，并且在滚动面最表层上有明显的软化。另外，对于将S55C碳素钢用淬火回火处理调整到HRC61～62的碳素钢，预调查其以表面压力为250kgf/mm2的滚动面压力强度，其结果是，由107旋转而开始产生点状腐蚀的表面压力为大约180kgf/mm2，由表面压力250kgf/mm2所产生点状腐蚀的滚动面的马氏体相的X射线半衰宽度、与上述渗碳表面硬化钢的几乎相同地减少为3.6～4.2°。并且，对共析碳素钢(1)(0.77重量％C)预调查其滚动面压力强度的结果表明由107旋转而开始产生点状腐蚀的表面压力为230～240kgf/mm2，与由几乎相同含碳量构成的上述渗碳表面硬化钢的滚动面压力强度大致相同，可看出渗碳表面硬化钢、因存在滚动表面的晶界氧化层或不完全淬火层所产生滚动面压力强度的偏差而较为低下。并且，预调查了将实施了球化处理的共析碳素钢(2)(0.85重量％C、0.43重量％Cr)的滚动面进行高频淬火的滚动面压力强度，其结果表明由107旋转而开始产生点状腐蚀的表面压力约为260～270kgf/mm2，与上述共析碳素钢(1)(0.77重量％C)的滚动面压力强度相比、被高强度化，其原因是因为在滚动面马氏体相中分散了约2％体积的微细的渗碳体粒子。并且，从在使上述微细的渗碳体粒子分散(2％体积)的同时提高马氏体硬度的观点出发，预调查了将含有约1.0重量％碳及1.5重量％Cr的SUJ2、从840℃淬火后回火达到HRC62.5的滚动面压力强度，其结果表明由107旋转开始产生点状腐蚀的表面压力为270kgf/mm2，表示与上述共析钢的几乎相同的强度，由表面压力250kgf/mm2所产生点状腐蚀的滚动面的马氏体相的X射线半衰宽度、与上述渗碳表面硬化钢的几乎相同地减少为4.2～4.5°。另外，为了更多地分散上述微细的渗碳体粒子，将实施了球化处理的SUJ2在加热温度950～980℃下高频淬火材料的滚动面压力强度，与先前的从840℃淬火的相比，改善到了300kgf/mm2，其原因是由于在固溶碳浓度0.35重量％的滚动面马氏体相中分散了约10％体积的微细的渗碳体粒子，并且至少以2％体积、最好为5％体积作为微细的渗碳体粒子的下限分散量、上限分散量为10％体积以上。而且，调查了将含有0.46、0.55、0.66、0.77、0.85重量％碳的碳素钢从820℃淬火，以100～350℃进行了3小时回火时的硬度及X射线半衰宽度，并且参考了所有公开的与其有关的数据(例如[材料」、第26卷280号、P26)并进行了研究，其结果表明，马氏体相的X射线半衰宽度为4～4.2°的硬度其大致相当于被回火到HRC51～53的状态，例如当参照渗碳表面硬化钢的表面碳浓度被调整到约0.7～0.9重量％时，该回火温度大致相当于300℃。根据以上的预试验结果得知，在本专利技术中，因齿轮在高表面压力下嚙合时产生的热，齿面最表面部被回火且被软化而产生点状腐蚀，并且，作为获得渗碳淬火齿轮和点状腐蚀强度的指标，必须以300℃的回火且硬度达到HRC53以上。另外，在对SCM420钢实施渗碳淬火处理的渗碳硬化层的300℃回火硬度、与仅仅实施淬火处理的共析碳素钢的300℃回火硬度的比较中，由于几乎不能确认Cr、Mo对回火软化抗力的改善，所以为了用高频淬火法赋予渗碳淬火齿轮以上的点状腐蚀强度，必须设计在大致300℃的低温回火中提高回火软化抗力的新合金，以及，能如上述共析碳素钢(2)(0.85重量％C)、SUJ2的滚动面压力强度的改善作用一样地将粒子直径0.1～1.5μm的微细的渗碳体粒子等分散在马氏体相中，能有效地改善表面压力强度，并且表明，作为渗碳体粒子，其平均粒子直径最好在1.5μm以下。另外，还表明上述渗碳体粒子的分散、改善耐表面压力强度的机理，是在临界润滑状态下的滑动时的滚动面上的耐烧结性、因渗碳体粒子的分散而被明显地改善，能改善滚动面上的最表面温度的降低及耐磨损性(称为硬质粒子分散效果)，为了更有效地改善其耐烧结性，如后所述，最好利用作为其硬质粒子与钢的附着性极少的V、Ti、Zr、Nb、Ta、Hf等所形成的MC型碳化物、M(C，N)型碳氮化物、MN型氮化物。而且，作为耐与由上述的渗碳淬火形成的点状腐蚀强度同等以上(表面压力Pmax＝230kgf/mm2以上)的高频淬火齿轮设计，根据赫兹表面压力的理论分析，设定了耐表面压力值的0.3倍于脉动剪切应力(R＝0)的疲劳强度的硬度，但其计算值大致为HRC53.4，与在上述预试验中从产生点状腐蚀的滚动面的马氏体相X射线半衰宽度求出的硬度(HRC＝53)极其吻合，并且，由于其硬度通过由伴随滑动的滚动而产生的摩擦热、滚动面最表面部在大致升温到300℃的时候产生点状腐蚀，所以设定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滚动部件，其特征在于：使用至少含有０．５～１．５重量％的碳、及０．２～２．０重量％的Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ中的一种以上的合金元素、并且分散有０．４～４．０体积％的、由这些合金元素构成的平均粒子直径为０．２～５μｍ的碳化 物、氮化物及碳氮化物的一种以上的钢材，将在滚动面层上实行高频淬火、低温回火的的马氏体组织母相的固溶碳浓度调整为０．３～０．８重量％，在其母相中分散０．４～４．０体积％的所述碳化物、氮化物及碳氮化物的一种以上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：高山武盛，
申请(专利权)人：株式会社小松制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]