[发明专利]渗氮钢构件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用渗氮处理使表面渗氮的渗氮钢构件及其制造方法。具体而言，涉及用于汽车等的齿轮，提高了耐点蚀性和弯曲强度的高强度·渗氮钢构件。

背景技术

例如用于汽车用变速器的齿轮要求较高的耐点蚀性和弯曲强度，为了满足该要求，以往广泛实施渗碳处理作为强化齿轮等钢构件的手法。此外，为了进一步提高耐点蚀性，提出了利用碳氮共渗处理实现高强度化的发明（专利文献1）。另一方面，在行星齿轮中，由于啮合次数高，因此，齿形精度（应变）对齿轮噪声的影响较大，特别是内齿轮，由于其厚度较薄且直径大，因此存在容易产生应变的问题。因此，也提出了关于减少钢构件的应变，且减小应变偏差的气体碳氮共渗处理的发明（专利文献2）。

专利文献1：日本特开平5－70925号公报

专利文献2：日本特开平11－72159号公报

利用气体碳氮共渗处理实现高强度化的钢构件虽然应变量、应变偏差小，但是与利用渗碳、碳氮共渗实现高强度化的钢构件相比，耐点蚀性、弯曲强度等疲劳强度较差。

此外，经过专利文献1所述的碳氮共渗处理的高强度碳氮共渗构件的耐点蚀性虽然在渗碳材料以上，但是存在弯曲强度低的问题。此外，由于在钢的奥氏体相变温度范围进行热处理，因此，存在应变量变大的问题。再者，渗碳、碳氮共渗处理必须需要淬火工序，因此，存在同一批量内、各批量之间的应变偏差大的问题。

此外，实施了专利文献2等所述的气体碳氮共渗处理的渗氮构件通过减薄化合物层，与通过以往的气体碳氮共渗处理所得的化合物层相比，能谋求提高耐点蚀性（最外表面的化合物层剥离的问题），但与通过渗碳处理所得的化合物层相比，其耐点蚀性则较差。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有较高的耐点蚀性和弯曲强度，并且与渗碳、碳氮共渗处理相比应变低的高强度·低应变渗氮钢构件。

为了解决上述问题，本发明人进行了深入研究，结果发现，通过对由机械结构用碳素钢、合金钢构成的钢构件实施规定的渗氮处理，使钢构件的表面生成结构（组织）得到了控制的铁氮化化合物层，能够获得低应变且具有充分的耐点蚀性和弯曲强度的高强度·低应变渗氮钢构件，从而完成了本发明。

根据本发明，提供一种渗氮钢构件，其是在由机械结构用碳素钢钢材或机械结构用合金钢钢材构成的钢构件的表面形成有铁氮化化合物层的构件，其特征在于，以IFe₄N(111)/{IFe₄N(111)＋IFe₃N(111)}表示的强度比为0.5以上，上述IFe₄N(111)和IFe₃N(111)分别是利用X射线衍射对该渗氮钢构件的表面进行测定所得的Fe₄N的（111）晶面的X射线衍射峰强度和Fe₃N的(111)晶面的X射线衍射峰强度；该铁氮化化合物层的厚度为2μm～17μm。

优选该渗氮钢构件具有氮扩散层。本发明的渗氮钢构件例如为用于变速器的齿轮。

此外，根据本发明，提供一种渗氮钢构件的制造方法，其特征在于，在设总压力为1时的NH₃气体的分压比为0.08～0.34、H₂气体的分压比为0.54～0.82、N₂气体的分压比为0.09～0.18的渗氮处理气体的气氛中，以使上述渗氮处理气体的流速为1m/s以上的条件，在500℃～620℃的温度范围下对由机械结构用碳素钢·合金钢构成的钢构件实施渗氮处理，而使上述钢构件的表面形成厚度为2μm～17μm的铁氮化化合物层。

另外，在本说明书中，所谓“铁氮化化合物层”是指，通过气体渗氮处理形成的钢构件表面的以γ’相-Fe₄N、ε相-Fe₃N等为代表的铁的氮化化合物。

发明的效果

根据本发明，能够提供具有充分的耐点蚀性和弯曲强度，并且与渗碳、碳氮共渗处理相比应变低的渗氮钢构件。

附图说明

图1是热处理装置的说明图。

图2是气体渗氮处理的工序说明图。

图3是滚轴点蚀试验（Roller Pitting Test）的说明图。

图4是小野式旋转弯曲疲劳试验的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的渗氮钢构件。