具有氮化合物层的钢铁部件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种对钢铁材料的表面通过氮化处理来防止形成的化合物层的高频淬火产生的氧化的方法，即提供一种难以产生由部位所致的氧化防止皮膜的膜厚不均，其结果，可以在高频加热后得到的含氮化合物层均匀地残留的制造方法。一种方法，其为对钢铁材料实施组合氮化处理和高频淬火处理的复合热处理的方法，其特征在于，还包含在氮化处理后高频淬火处理前，通过氮化处理在形成于钢铁的氮化合物层上形成化成皮膜的化成处理工序。

【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表面压力强度、抗磨损性、弯曲疲劳强度等机械性强度优异的机械构造零件使用的淬火钢铁材料、其制造方法(复合热处理方法)及其处理液。
技术介绍
目前，为了提高机械性的强度，对铸铁及钢的机械构造零件实施氮化处理(包含软氮化处理)、加碳淬火、高频淬火等表面硬化处理。其中，已知有通过氮化处理形成于最表面的由氮化物构成的化合物层的滑动性优异、磨损强、烧接阻抗性高(下面，将其称为氮化合物层所致的效果I)。但是，通常，氮化处理与加碳淬火、高频淬火相比，表面压力强度、疲劳强度等方面差，例如在进行滚轴点蚀试验的情况下，有时氮化合物层从钢基体上发生剥离。因此，广泛认为氮化合物层在超过2GPa 那样的高表面压力的疲劳试验中当然造成不良影响的存在。本专利技术者等发现该原因不是出于化合物层本身，而是因为支撑化合物层的基体的硬化层深度浅。即，氮化处理单体中，之所以充分利用最表面的化合物层的良好的滑动性，是因为其正下方的硬化层深度不足。不过，已知含有氮的钢材与不含有氮的钢材相比，在淬火后得到的马氏体组织变微细，因此硬度变高，另外，由于淬火性的提高，从而硬化深度增大。即，氮化处理也可利用于为了形成用于提高淬火性的氮扩散层的氮扩散前处理(下面，称为形成氮化合物层所致的效果II)。即，利用该效果II得到的特性不是起因于氮化合物层本身的作用，而是起因于处于形成氮化合物层时产生的氮化合物层正下方的钢材中的扩散氮的作用。已知通过淬火得到的含氮马氏体组织除了所述高硬度及淬火性提高之外，还具有回火软化阻抗性、用于对龟裂产生和成长的抵抗的高表面压力强度、高疲劳强度。在氮化处理后直接进行高频淬火的情况下，淬火温度至少需要成为奥氏体组织的温度Ac3相变点以上，通常选自750 1050°C的温度范围。氮化温度570°C下形成的氮化合物层为铁和氮的结合，在大气气氛下再加热到650°C以上时受到氧化并分解，氮化合物层的氮在最表面作为氮气排出，氮化合物层消失。这以前就有报告(非专利文献1)。利用氮化处理和淬火进行的复合热处理技术通常只是利用由氮化处理得到的氮扩散层所致的效果II，而不利用由氮化处理形成的氮化合物层的效果I。即，不能阻止氮化合物层在氮化处理的后工序即淬火时消失。对于该技术的公开例很多，例如可以列举专利文献1 5的复合热处理。专利文献6中公开有一种复合热处理方法，该方法为在600°C以上的温度下实施氮化处理形成5 μ m以下的氮化合物层，之后进行高频淬火，得到具有2 μ m以下的氮化合物层的淬火部材。本技术中将氮化条件设为600°C以上的高温的理由是因为越高温越可以期待向钢材内侧高浓度的氮扩散，但在超过600°C的氮化处理温度下得到的氮化合物层是硬度低，是不具有效果I的氮化合物层。即，本技术也是只期待氮化合物层所致的效果II的技术，且是可以没有残留2 μ m以下的氮化合物层的程度的技术。如上所述，在高表面压力的疲劳强度中，与其说氮化合物被广泛地误认为存在造成坏影响，倒不如说是基本没有兼备氮化合物的效果I、效果II的技术。作为解决将通过该氮化处理而形成于表面的氮化物层直接进行高频淬火带来的高温加热下的氮化物层的损伤或消失的问题，且想要兼备效果I、效果II的无先例的技术，专利文献7中公开有在氮化处理后的表面上被覆1 3mm厚度的以氧化硅为成分的气体/离子氮化防止剂、加碳防止剂、抗氧化剂，之后进行淬火的方法。但是，专利文献7的方法中，加热时的氧化现象即使可以暂时防止，也由于Imm以上的厚膜而热传导性低，因此马氏体相变所需要的淬火时的冷却速度不充分，实际上难以得到作为目标的微细马氏体。另外，全部利用效果I、II的专利文献8中公开有一种淬火钢铁部件，其特征在于， 在钢铁材料的表面形成硬质氮化物层，进而，作为其上层形成含有选自Ti、&、Hf、V、Nb、Ta、 Cr、W、Mo及Al中的至少一种金属氧化物的无机化合物层。专利文献7及专利文献8提供一种通过氮化处理形成氮化合物层，之后在高频淬火时以化合物层不氧化、不分解的方式被覆保护皮膜，制造同时兼备深的硬化深度和含氮化合物层的钢材的方法，但这两个方法全部通过用处理液涂敷或浸渍来被覆保护皮膜，不适合对齿轮齿面等复杂的形状物进行均勻涂敷。专利文献1 日本特许第3193320号专利文献2 日本特许第3327386号专利文献3 日本特许第3145517号专利文献4 日本特开平7-90364号专利文献5 日本特开2007-M4254号专利文献6 日本特开2007-77411号专利文献7 日本特开昭58-96815号非专利文献1 热处理16卷4号P206昭和51年 专利文献8 日本特开2008-038220号
技术实现思路
专利技术要解决的课题本专利技术鉴于所述课题其目的在于，提供一种通过使用化成处理作为均勻地形成氮化合物层保护皮膜的方法，难以产生由部位引起的氧化防止皮膜的膜厚不勻，其结果，可在高频加热后得到的含氮化合物层均勻地残留的制造方法，并提供一种使用该制造方法得到的钢铁材料，所述钢铁材料为通过氮化处理形成的硬度为HV550以上且1 μ m以上的氮化合物层残留在表层，且在该氮化合物层下部，距表面的距离为200 μ m以上的部分存在包含含有氮的微细马氏体组织的硬度超过HV550的硬度分布区域。用于解决问题的方法本专利技术(1)涉及一种方法，其为对钢铁材料实施组合氮化处理和高频淬火处理的复合热处理的方法，其特征在于，还包含在氮化处理后高频淬火处理前，通过氮化处理在形成于钢铁的氮化合物层上形成化成皮膜的化成处理工序。本专利技术(2)如上述专利技术(1)所述的复合热处理方法，其特征在于，所述方法是如下方法，即，通过利用化成皮膜抑制高频淬火时氮化合物层的分解，由此得到如下的钢铁材料，所述钢铁材料为通过氮化处理形成的硬度为HV550以上且1 μ m以上的氮化合物层残留在表层，且在该氮化合物层的下部，距表面的距离为200 μ m以上的部分存在包含含有氮的微细马氏体组织的硬度超过HV550的硬度分布区域。本专利技术(3)如上述专利技术(1)或(2)所述的复合热处理方法，其特征在于，作为皮膜量，所述化成皮膜为0. 1 50g/m2。本专利技术(4)如上述专利技术(1) C3)中任一项所述的复合热处理方法，其特征在于， 所述化成皮膜含有选自作为金属的狗、Cr、Ni、Al、Zn、Mn、Mg、&、V、Hf、Si及Ca中的至少 1种金属、和选自磷酸盐、碳酸盐、氧化物、氢氧化物及氟化物中的至少1种化合物。本专利技术( 如上述专利技术(1) (4)中任一项所述的复合热处理方法，其特征在于， 所述氮化合物层的形成方法通过盐浴软氮化处理、气体氮化处理、气体软氮化处理或等离子氮化处理中的任一种来进行，通过该处理在钢材的表面形成含有1 30 μ m的氮的化合物层。本专利技术(6)如上述专利技术(1) ( 中任一项所述的复合热处理方法，其特征在于， 氮化处理的温度为350 600°C，高频淬火时的到达温度为750 860°C。本专利技术(7)涉及一种钢铁部件，其特征在于，其是通过上述专利技术(1) (6)中任一项所述的复合热处理得到的，其是硬度为HV550以上且1 μ m以上的氮化合物层残留在表层，且在该氮化合物层的下部，距表面的距离为200 μ m以上的部分存在包含含有氮的微细马氏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：小西知义，池田芳宏，
申请(专利权)人：日本帕卡濑精股份有限公司，
类型：发明
国别省市：