[发明专利]渗碳钢构件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种渗碳钢构件及其制造方法，所述渗碳钢构件例如是齿轮等的通过施行渗碳处理来制造而成的渗碳钢构件。

背景技术

例如，齿轮等钢构件，作为用于保持韧性并提高表面硬度的处理，在多数情况下施行渗碳处理和淬火处理（下面，将适当施加了渗碳处理的钢构件称为渗碳钢构件）。渗碳处理，是在加热钢构件至奥氏体化温度以上的状态下使表面的碳浓度增大的处理，通常，在施行该渗碳处理后紧接着进行淬火处理。通过实施该渗碳处理和淬火处理，可以在确保钢构件芯部韧性的同时还能够提高表面硬度。

作为以往的渗碳钢构件，采用了添加有Cr和Mo的材质以达到提高淬火性和抗回火软化性等目的。另外，作为施行渗碳处理之后施行淬火处理而制造钢构件的方法，有人提出了有利于品质提高的新方法，而不是以往的渗碳处理和淬火处理的连续而单纯性的组合（参照专利文献1）。

在专利文献1的制造方法中，采用了“渗碳-缓冷（缓慢冷却）-高频淬火处理”，即所谓在渗碳处理后暂时缓冷，然后，对所需部分经高频加热后就紧接着急冷（快速冷却）而进行淬火。通过采用该“渗碳-缓冷-高频淬火处理”，不仅使特定部位的表层部确保高硬度，而且可抑制伴随着淬火处理而发生的变形。

下面，在本说明书中，对包含“渗碳处理”和“淬火处理”的热处理在广义上表述为“渗碳淬火处理”，若无特别标明，则作为包含以往在渗碳处理后就紧接着进行淬火处理的方法和上述渗碳-缓冷-高频淬火处理的术语来使用。在需要进行区分的情况下，每次都对其加以说明。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：WO2006/118242号公报

发明内容

发明要解决的课题

对渗碳淬火处理后的渗碳钢构件而言，理想的情况是至少表面附近的内部组织成为均匀的马氏体组织。但是，特别是，当渗碳处理后的淬火工序的加热是利用高密度能量而在非常短的时间内施行加热处理时，已知在淬火处理后的内部组织中，容易产生诸如马氏体中残留有合金碳化物等组织不均匀现象。这种组织的不均匀会影响到渗碳钢构件的耐久性等，因此是不优选的。

例如，当使用从以往以来为得到高硬度且高精度的钢构件所用的Cr含量高的（例如Cr为0.2质量%以上的）钢材并采用上述的渗碳-缓冷-高频淬火处理的情况下，在渗碳处理后进行缓冷时，在渗碳层中生成Cr碳化物。若在渗碳处理和缓冷处理之后接着用较高的温度（例如950℃以上）进行高频加热，则该Cr碳化物会熔透于基质中而形成均匀的奥氏体转变，获得均匀的淬火组织，硬度也会变得均匀。另一方面，当采用较低的温度（例如，低于950℃）加热时，Cr碳化物难以熔透于基质中，难以获得均匀的奥氏体转变，有时会发生硬度不均匀现象。当Mo的含量高（例如0.1重量%以上）时，虽然比不上Cr含量高时的程度，但也会生成Mo碳化物，并成为与Cr同样地引起硬度不均匀的原因之一。

采用高频加热等的高密度能量来进行加热时，要根据零部件的形状、所需特性等来改变被处理品的渗碳层在升温至何等温度后施行淬火。

例如，当要求齿轮有高精度并且需要齿轮表层部达到高硬度而内部成为高韧性、低硬度时，需要在高频淬火中以轮廓状方式只加热齿轮表层部后进行淬火。为了实现这一点，需要实施高输出且短时间的高频加热。基于短时间内加热即结束的方式，能够抑制向内部的热传导而达到轮廓状的加热。此时设定为高输出加热，因此表层部与整体相比温度较高，特别是齿轮尖端部有时会成为接近熔点的温度。在该加热方法中，如上所述，Cr碳化物和Mo碳化物容易熔透于基质中，在表层部中获得硬度均匀的淬火组织。

另一方面，例如差速器环齿轮之类的高转矩传动齿轮，在使用该齿轮时，应力不仅施加在表层而且还施加到齿轮内部，因此内部硬度也需要提高。因此，当高频加热高转矩传动齿轮时，需要不仅对表层而且对齿轮内部也加热至奥氏体转变温度以上。此时会积极利用向内部的热传导并加热到内部，因此，与前者相反地，采用低输出且较长时间的加热。于是，还能够抑制齿轮尖端的温度上升，并能得到温度分布比较均匀的加热。但是，因为在较低的温度下使奥氏体转变，特别是在难以升温的齿轮根部等处，若存在大量Cr碳化物或Mo碳化物，则会导致无法完全熔透于奥氏体中而残留下来，在这种情况下，有时会引起硬度降低和不均匀现象。

对这种问题而言，重要的是对渗碳淬火处理中的各处理方法进行最优化。但是，还强烈地要求对渗碳钢构件其本身的化学成分进行最优化而且要求即使处理条件不同也能抑制组织不均匀和由此引起的硬度不均匀的现象。