[发明专利]非调质型软氮化部件

说明书

一种非调质型软氮化部件，其坯料钢材的化学组成以质量％计为，C：0.35～0.50％、Si：0.10～0.35％、Mn：2.3～2.8％、S≤0.10％、N：0.0030～0.0250％、Cu：0～1.0％、Mo：0～0.3％、Ni：0～0.5％、Ti：0～0.020％、余量：Fe和杂质，3.10≤(0.316C+0.122)×(0.7Si+1)×(5.1Mn‑1.12)×(0.364Ni+1)×(2.16Cr+1)×(3Mo+1)≤6.00，杂质中的P、Al和Cr分别为P≤0.08％、Al≤0.05％和Cr<0.20％；在应力集中部，距表面0.05mm位置的HV硬度为410～480，距表面1.0mm位置的HV硬度为200以上，化合物层深度为5μm以下；且坯料的金相组织为贝氏体组织。该非调质型软氮化部件具有优异的弯曲矫正性和高的疲劳强度。

技术领域

本发明涉及非调质型软氮化部件。更详细而言，涉及具有高的弯曲疲劳强度和优异的弯曲矫正性的非调质型软氮化部件。

“非调质型软氮化部件”是指在机械加工后不经受所谓“调质处理”即“淬火-回火处理”而实施软氮化处理的部件。以下，将上述的“实施了软氮化处理的部件”简称为“软氮化部件”。

背景技术

汽车、工业机械以及建筑机械等中使用的曲轴、连杆等如下制造：在锻造以及机械加工为所需的形状之后，不进行淬火-回火的调质处理，而实施软氮化处理来制造。特别是，在要求高疲劳强度、耐摩耗性等的汽车部件的制造中，大多在锻造和机械加工之后实施作为表面硬化处理的高频淬火处理、软氮化处理等处理。

上述的“软氮化处理”为以A₁相变点以下的温度使氮和碳进行扩散渗透处理的处理，以热处理温度低、与“高频淬火处理”相比热处理变形小为较大的特征。在实施了软氮化处理的部件的表层形成用硝酸乙醇腐蚀液进行腐蚀时可观察到发白的“化合物层”(Fe₃N等氮化物析出的层)。在上述的化合物层和坯料(以下，也称为“母材”)之间形成“扩散层”。

对于软氮化处理中的热处理变形，虽然小但并非完全没有，对尺寸精度产生很多不良影响。尤其，在作为转轴部件的曲轴等中，尺寸精度的降低即便轻微也存在问题。因此，需要在软氮化处理后进行弯曲矫正来提高尺寸精度。

然而，对软氮化部件进行弯曲矫正时，存在自表层起产生龟裂的情况。因此，对于曲轴那样的软氮化部件，在弯曲疲劳强度高的基础上还要求即便进行弯曲矫正时也不产生龟裂、即弯曲矫正性优异。

在以下的说明中，有时以“曲轴”为代表来说明上述的软氮化部件。

近年来，随着要求对于环境的照顾，作为发动机的主要部件的曲轴也不例外地要求轻量小型化，例如要求800MPa以上的极高的弯曲疲劳强度。

此外，从低成本化、节省资源化等观点出发，对于在制造时不实施“淬火-回火处理”(调质处理)的非调质型曲轴的期望也变大。

为了确保非调质型的曲轴有上述的800MPa以上的弯曲疲劳强度，需要使距部件表面0.05mm位置的硬度(以下，有时称为“表层硬度”)在软氮化处理后至少为以维氏硬度(以下，称为“HV硬度”)计为410以上。

然而，使距曲轴的表面0.05mm位置的HV硬度为410以上的情况下，进行弯曲矫正时，表层产生龟裂。对这样的曲轴实施弯曲疲劳试验时，以该龟裂为起点而产生疲劳破坏。

而且，如上所述，对于曲轴来说向着进一步轻量化的要求逐渐增大，对于曲轴形状的设计也要求等于或超过至今为止的自由度。因此，对于曲轴用钢材，要求即便对于在软氮化时容易产生比以往大的弯曲的形状的曲轴也可以进行弯曲矫正、即高的弯曲矫正性。

因此，对于在800MPa以上的弯曲疲劳强度的基础上具有足够的弯曲矫正性的曲轴的期望变得极大。