渗碳部件及其制造方法技术

本发明专利技术提供渗碳部件及其制造方法。该渗碳部件的原料钢是具有下述化学组成的钢：按质量％计含有C：0.15％～0.25％、Si：0.03％～0.50％、Mn：大于0.60％且小于等于1.5％、P≤0.015％、S：0.006％～0.030％、Cr：0.05％～2.0％、Al≤0.10％、N≤0.03％及O≤0.0020％，根据需要含有指定量的Mo、Cu、Ni、B、Ti、Nb及V中的1种以上，余量由Fe和杂质构成，表面硬化层部满足下述(a)～(c)的条件的渗碳部件的“低～中循环区域”中的疲劳强度优良。(a)从最表面到深度0.2mm的位置的平均碳浓度：0.35％～0.60％；(b)表面粗糙度Rz≤15μm；(c)部件最表面的压缩残余应力≤-800MPa，距部件最表面100μm的位置的压缩残余应力≤-800MP?a、及Ir≥80000。其中，Ir是指将从部件最表面到100μm深度的位置的距最表面的深度设为yμm，将该部位的残余应力设为σr(y)，使积分区间为0～100地由[∫|σr(y)|dy]求出的值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及实施了渗碳的部件(以下称作“渗碳部件”)及其制造方法。详细地讲，是涉及可用作汽车、建筑工程机械、工业机械等的各种轴类或者动力传递用部件等的高强度钢制渗碳部件及其制造方法。更详细地讲，是提高了强度、特别是随着冲击负荷而产生的所谓的“低～中循环区域”中的疲劳强度、即“在为了付与塑性变形而施加反复的冲击负荷的情况下，在103～104循环左右以下的反复次数下产生疲劳破坏的强度”的高强度钢制渗碳部件及其制造方法。
技术介绍
汽车桥轴(axle shaft)、驱动轴、等速接头用轴承座圈(outer race)或者动力传递用的齿轮等汽车部件、建筑工程机械部件及工业机械部件通常在机械加工成规定形状之后，为了具有期望的机械性质而实施表面硬化处理或者采用通常的“淬火-回火”的硬化处理来制造。对于上述部件中的特别是汽车部件，从近年来的汽车的燃烧消耗率提高或者废气降低等应对环境问题的方面考虑，越来越谋求小型化、轻量化。因此，部件承受的负荷越发增大，特别是在冲击负荷成为问题的“低～中循环区域”中，提高疲劳强度非常重要。对于部件的高疲劳强度化，通常大多采用作为表面硬化处理的“渗碳淬火”。但是，在通常的“渗碳淬火”处理的情况下，表面被硬化处理后的部位的碳浓度按质量％计为0.8％左右，淬火后的微观组织是高碳马氏体组织。因此，虽然能够实现较高的硬度，但是很难避免由高碳马氏体组织引起的“脆化”。本说明书中说明的“马氏体”是指利用等温相变及连续冷却相变得到的所谓的“新生马氏体(フレツシユマルテンサイト)”、“进行了自热回火后的马氏体”及将它们回火而得到的“回火马氏体”中的、“板条状组织形态”的组织，在上述“板条状组织”中也包含析出有ε或者θ等的碳化物的组织。在将上述“新生马氏体”及“进行了自热回火后的马氏体”回火的情况下，也实施高温下的回火、例如超过700℃这样的较高温度下的回火，在“板条状组织”再结晶而成为等轴状的铁素体的情况下，不包含在“回火马氏体”中。在非专利文献1中，对以“渗碳淬火”处理为前提的材料进行了研究。但是，在这样的仅变更材料的情况下，很难避免由上述高碳马氏体组织引起的“脆化”。因此，不能充分提高随着冲击负荷而产生的“低～中循环区域”中的疲劳强度。因此，作为实现较高的疲劳强度的方法之一，研究了在实施渗碳淬火等表面硬化处理之后，进行喷丸强化处理，对部件表面付与压缩残余应力。具体地讲，例如在专利文献1～4中提出了组合渗碳淬火等表面硬化处理和喷丸强化处理的高疲劳强度部件及其制造方法。在专利文献5中，作为实现较高的疲劳强度的另一种方法提出了在实施渗碳淬火的表面硬化处理之后，再对制品的特定部位进行高频淬火的高疲劳强度部件及其制造方法。即，在专利文献1中公开了一种“疲劳强度较高的驱动系统机械部件的制造方法”，其特征在于，使用含有0.1％～0.3％的碳的钢成形为机械部件，进行渗碳处理或者渗碳氮化处理而使维氏硬度大于等于400且小于700的不完全淬火层存在于从表面起到10μm～50μm的深度之后，或者使用含有0.35％～0.75％的碳的钢成形为机械部件，进行淬火而使维氏硬度大于等于400且小于700的不完全淬火层存在于从表面起到10μm～50μm的深度并再进行回火之后，利用具有维氏硬度为500以上的硬度的投射材料进行喷丸强化处理。在专利文献2中公开了一种“高疲劳强度渗碳淬火品的制造方法”，其特征在于，对按质量％计分别含有C：0.1％～0.4％、Si：0.3％以下、Al：0.02％～0.08％、并以满足[6.4％≤2[Mn]+[Ni]+[Cr]+[Mo]≤8.2％]的式子的方式含有从由Mn：0.3％～3.1％、Ni：0％～6％、Cr：0％～1.2％、Mo：0％～1.2％构成的组中选择的两种以上元素、并且根据需要含有从由Nb：0.005％～0.2％和V：0.03％～0.8％构成的组中选择的一种或者两种、余量由铁和不可避免的杂质构成的钢材，实施满足[0.55％≤表面碳量(质量％)+表面氮量(质量％)≤0.90％]的式子的渗碳或者渗碳氮化处理，接着自奥氏体单相区域进行淬火，从而得到渗碳淬火硬化层的最高硬度按维氏硬度计为550～620、且从表面到300μm深度的残留奥氏体面积率不会达到20％以下的钢材，之后在弧高：0.6mmA以上的条件下进行喷丸强化处理。在专利文献3中公开了一种“耐剥离性(耐ピツチング性)和耐磨损性优良的高表面压力用部件”，其特征在于，由按质量％计含有C：0.15％～0.60％、Si：0.01％～2.00％、Mn：0.01％～2.00％、Al：0.003％～0.050％、N：0.005％～0.100％、Cr：1.50％～6.00％、Mo：0.01％～3.00％、且Cr+2Mo：2.00％～8.00％的钢构成，并且，根据需要含有从Ni：0.1％～2.0％、B：0.0001％～0.0020％、V：0.01％～0.50％、Nb： 0.01％～0.20％、Ti：0.01％～0.20％中选择的一种或者两种以上，余量由Fe和不可避免的杂质构成，在表层中长径和短径之积的平方根为2μm以上的碳化物按面积率计为2％以下；以及一种“高表面压力用部件的制造方法”，其特征在于，对于该高表面压力用部件，将加热温度控制在930℃～1050℃、渗碳表层的C浓度控制在0.60％～0.80％、淬火温度控制在850℃～900℃地实施渗碳淬火、回火处理，或者实施渗碳氮化淬火、回火处理，或者在实施上述回火处理之后，再进行研磨、喷丸强化、高能喷丸(Hard Shot Peening)、微粒子喷丸强化中的任一种或者其中多种表面硬化处理。在专利文献4中公开了一种“低循环疲劳特性优良的渗碳部件”，其特征在于，按质量％计含有C：大于等于0.10％且小于0.30％、Si：0.1％以下、Mn：0.20％～0.60％、P：0.015％以下、S：0.035％以下、Cr：0.50％～1.00％、Mo：0.50％～1.00％、B：0.0005％～0.0030％、Ti：0.010％～0.100％、Nb：0.010％～0.100％，余量由Fe和不可避免的杂质构成，气体渗碳处理之后的表层C浓度为0.40％～0.60％，使极限硬度按维氏硬度计为513的有效硬化层深度为0.6mm～1.2mm，而且，喷丸强化处理后的表面硬度按维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.05.27 JP 2009-1271751.一种渗碳部件，该渗碳部件为钢制，其特征在于，
原料钢是具有按质量％计含有C：0.15％～0.25％、Si：
0.03％～0.50％、Mn：大于0.60％且小于等于1.5％、P：0.015％
以下、S：0.006％～0.030％、Cr：0.05％～2.0％、Al：0.10％
以下、N：0.03％以下及O：0.0020％以下、余量由Fe和杂质构
成的化学组成的钢；
表面硬化层部满足下述(a)～(c)的条件；
(a)C(ave)：按质量％计为0.35％～0.60％；
(b)表面粗糙度Rz：15μm以下；以及
(c)σr(0)：-800MPa以下、σr(100)：-800MPa以
下及残余应力强度指数Ir：80000以上；
其中，
C(ave)：从最表面到深度0.2mm的位置的平均碳浓度；
表面粗糙度Rz：JIS B 0601(2001)所规定的最大高度粗
糙度；
σr(0)：部件最表面的压缩残余应力；
σr(100)：距部件最表面100μm的位置的压缩残余应力；
残余应力强度指数Ir：将从部件最表面到100μm深度的位
置的距最表面的深度设为yμm，将该部位的残余应力设为σr
(y)，用[Ir＝∫|σr(y)|dy]表示的值；
在此，积分区间、即“y”的范围为0(μm)～100(μm)。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：根石丰，浜田贵成，末野秀和，小林祐次，杉浦英明，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，新东工业株式会社，
类型：发明
国别省市：