铁基烧结合金材料及其制造方法技术

铁基烧结合金材料在表面具有呈现为氮过饱和固溶的马氏体相的硬化层。铁基烧结合金材料可以含有铬、铜、钼、锰和镍中的一种以上。铁基烧结合金材料的制造方法包括：将含有碳的铁基烧结合金基材在含有氨气的气氛中加热至大于或等于590℃的渗氮温度来进行渗氮处理，并通过急冷来进行淬火。

Iron based sintered alloy material and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铁基烧结合金材料及其制造方法
本专利技术涉及通过使表面硬化而提高了强度的铁基烧结合金材料及其制造方法。
技术介绍
以往，为了对金属材料赋予机械部件等所要求的耐磨耗性、耐疲劳性等材料特性，通过化学硬化法进行了表面处理。化学硬化法是使硬化成分作用于材料表面而在表面形成硬化层的方法，有渗碳处理、氮化处理、渗氮处理、渗碳氮化处理、渗硫氮化处理、硼化处理等各种处理方法。渗碳处理是从很久以前开始实施的硬化方法，得到了广泛利用，但存在因作为渗碳后的热处理而实施的淬火所产生的应变大的问题。另一方面，利用基于氮化物的析出强化的氮化处理与渗碳处理相比，能够在较低的加热温度进行处理，能够减少热应变，但存在处理时间长、硬化层薄的问题。此外，氮化物即使硬也具有脆性，因此在强度方面也有问题。另一方面，通过氮的固溶扩散而进行的渗氮处理由于不依赖于氮化物的生成，因而能够避免由脆性引起的问题，与渗碳处理相比，热应变减小。但是，渗氮处理仍存在处理时间长、硬化层浅等缺点。例如，下述专利文献1中记载了使金属材料表面硬化的表层硬化处理方法，公开了通过对金属材料进行渗氮处理而使从表面至78μm深度为止的维氏硬度提高大于或等于5％。该深度的硬化层是通过12小时的处理得到的。现有技术文献专利文献专利文献1：日本再公表专利WO2014/104085号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题渗透扩散了氮的奥氏体在实施淬火时，会发生马氏体转变，使硬度显著提高。即，表面的硬化层是通过实施这样的急冷热处理而形成的。Fe-N系的奥氏体化温度与Fe-C系相比较低，渗氮处理与渗碳处理相比，能够减少因热处理导致的应变。但是，如上所述，以往的渗氮处理中，难以在表面生成足够厚的硬化层。为了有效且低价地提供耐磨耗性等优异的机械部件等，需要能够实现因热处理产生的应变小且能够以短时间形成较厚的硬化层的表面硬化，并提高构成机械部件等的金属材料的材料特性。本专利技术解决上述课题，并以能够有效且低价地提供通过硬化层提高了强度的金属材料且以高精度提供高品质制品为课题。用于解决课题的方法本专利技术人为了解决上述课题，对金属材料的化学硬化法进行了研究，发现通过铁基烧结合金的渗氮淬火能够得到在表面适合地形成了硬化层的金属材料，利用以上发现，实现了能够提供耐磨耗性、疲劳强度优异的链轮齿等机械部件、各种构件的技术。根据本专利技术的一个方式，铁基烧结合金材料在表面具有呈现为氮过饱和固溶的马氏体相的硬化层。上述铁基烧结合金材料可以含有0.1～1.0质量％的碳。进而还可以含有从由铬、铜、钼、锰和镍组成的组中选择的一种以上的合金化成分。合金化成分是0.15～4.5质量％的铬、0.2～4.5质量％的铜、0.1～2.0质量％的钼、0.1～3.0质量％的锰和0.2～4.5质量％的镍中的任一者。上述硬化层通过使从表面起算的深度大于或等于100μm，从而有助于提高面压疲劳强度。此外，根据本专利技术的一个方式，铁基烧结合金材料的制造方法为：将含有碳粉末的铁基混合粉末成形为所希望形状的压粉体，对于上述压粉体，通过在非氧化性环境中将上述压粉体加热至1000～1300℃进行烧结而得到铁基烧结合金基材，将上述铁基烧结合金基材在含有氨气的气氛中加热至大于或等于590℃的渗氮温度而进行渗氮处理，对上述渗氮处理后的上述铁基烧结合金基材进行急冷来进行淬火。上述淬火如果在比上述渗氮温度低的淬火温度进行，则对于抑制热应变是有效的。如果上述淬火后进一步加热至100～200℃进行回火，则对于消除应力和残留奥氏体的马氏体转变是有效的。上述铁基混合粉末所含的碳粉末可以是0.1～1.2质量％的石墨粉末。上述铁基混合粉末可以进一步含有从由铬、铜、钼、锰和镍组成的组中选择的一种以上的合金化成分。上述铁基混合粉末适合含有从由0.15～4.5质量％的铬、0.2～4.5质量％的铜、0.1～2.0质量％的钼、0.1～3.0质量％的锰和0.2～4.5质量％的镍组成的组中选择的一种以上的合金化成分。专利技术效果根据本专利技术，表面形成了硬化层的铁基烧结合金材料的疲劳强度、耐磨耗性等特性提高，通过减少热应变，能够高精度且低价地提供机械部件等各种制品。附图说明图1是对经表面硬化的铁基烧结合金材料的截面的金属组织进行拍摄所得的SEM图像，(a)表示通过渗碳淬火进行了硬化的SEM图像，(b)表示通过渗碳氮化淬火进行了硬化的SEM图像，(c)表示通过渗氮淬火进行了硬化的SEM图像。具体实施方式铁基烧结合金材料是以铁为主成分的合金组成的烧结材料，其如下获得，将以铁为主成分的粉末压缩成形为所希望的形状而得到压粉体，对所得到的压粉体进行加热烧结。通过在成形中例如成形为目标制品的净形或近净形，从而最终所得的烧结体成为铁基烧结合金制的制品。烧结材料是具有气孔的多孔质材料，本专利技术的铁基烧结合金材料也是以与成形时的压粉密度对应的气孔率具有气孔的多孔质材料。关于烧结材料，根据需要对烧结材料实施整形(サイジング)、精压(コイニング)等加工而制成制品来使用，因而这种情况下，烧结材料的表面会被致密化。以熔炼材料、铸造材料、锻造材料等形态提供的钢铁材料作为构成机械部件、结构构件等的原材料被广泛利用，具有同样的合金组成的铁基烧结合金材料也适用于各种部件、构件。因此，低价、有效地制造发挥优异的材料特性的铁基烧结合金材料是非常有用的，通过实现利用表面的硬化处理改善了材料特性的铁基烧结合金材料，能够以高品质提供动力传送部件、机械装置部件等。本专利技术中的铁基烧结合金材料是通过对具有与钢铁材料同样的合金组成、即具有含碳的铁合金组成的烧结合金基材实施渗氮淬火而得到的表面硬化材料。通过实施渗氮处理，氮从合金表面渗透扩散，生成固溶了氮的奥氏体。其经过淬火而发生马氏体转变，形成氮过饱和固溶的马氏体的硬化层。氮的扩散层能够在较短时间内以从最外表面起算大于或等于100μm程度的深度形成，由此形成的硬化层对于提高面压疲劳强度是有效的。通过延长渗氮处理时间，也能够更深地形成硬化层。由硬化层带来的表面部分硬度提高有助于改善强度、耐磨耗性。由于铁基烧结合金基材是多孔质材料，因此氮的渗透扩散不仅在烧结合金基材的外表面进行，也能在气孔内进行。因此，通过渗氮淬火而形成的硬化层会达到气孔内面、即烧结合金的深部，因而能够得到与形成较深硬化层类似的效果。熔炼材料的由渗氮淬火所形成的硬化层的深度通常为50μm左右，而在烧结合金材料中，硬化层的深度容易达到200μm左右。需要说明的是，关于淬火，现实中难以进行完全的淬火，本专利技术中，根据氮的含量，氮化物可能分散于马氏体相中，但一定程度的氮化物的分散是允许的，不会损害作为硬化层的功能。Fe-C系的奥氏体化温度为727℃左右，而Fe-N系的奥氏体化温度是与之相比低大于或等于130℃的590℃左右，因而渗氮处理可以在与渗碳处理相比低大于或等于100℃的温度进行。因此，渗氮处理后的淬火温度也可以设定为比渗碳淬火温度低的温度。因此，热应变与渗碳淬火相比能够显著减小。而且，Fe-N系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁基烧结合金材料，其含有碳，并且在表面具有呈现为氮过饱和固溶的马氏体相的硬化层。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171110 JP 2017-2170641.一种铁基烧结合金材料，其含有碳，并且在表面具有呈现为氮过饱和固溶的马氏体相的硬化层。


2.如权利要求1所述的铁基烧结合金材料，其含有0.1～1.0质量％的碳。


3.如权利要求1或2所述的铁基烧结合金材料，其进一步含有从由铬、铜、钼、锰和镍组成的组中选择的一种以上的合金化成分。


4.如权利要求1或2所述的铁基烧结合金材料，其进一步含有从由0.15～4.5质量％的铬、0.2～4.5质量％的铜、0.1～2.0质量％的钼、0.1～3.0质量％的锰和0.2～4.5质量％的镍组成的组中选择的一种以上的合金化成分。


5.如权利要求1～4中任一项所述的铁基烧结合金材料，所述硬化层的从表面起算的深度大于或等于100μm。


6.一种铁基烧结合金材料的制造方法，
将含有碳粉末的铁基混合粉末成形为所希望形状的压粉体，
对于所述压粉体，在非氧化性环境中将所述压粉体加热至1000～1300℃进行烧结，从而得到铁基烧结合金基...

【专利技术属性】
技术研发人员：大守洋，
申请(专利权)人：日立化成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP