[发明专利]氮化处理部件及其制造方法

说明书

一种不仅弯曲矫正性优异而且旋转弯曲疲劳强度也优异的氮化处理部件及其制造方法，所述氮化处理部件的特征在于，以具有规定的化学组成的钢材作为原材料，其中，该部件具有形成于钢表面的含有铁、氮及碳的厚度为3μm以上且低于15μm的化合物层，从表面到5μm的深度为止的范围的化合物层中的相结构以面积率计含有50％以上的γ’相，在从表面到3μm的深度为止的范围内空隙面积率低于1％，化合物层表面的压缩残留应力为500MPa以上。

技术领域

本发明涉及实施了气体氮化处理的钢部件，特别涉及弯曲矫正性及弯曲疲劳强度优异的齿轮、CVT滑轮等氮化处理部件及其制造方法。

背景技术

对于在汽车和各种产业机械等中使用的钢部件，为了使疲劳强度、耐磨性及耐烧结性等机械性质提高，实施渗碳淬火、高频淬火、氮化及软氮化等表面硬化热处理。

氮化处理及软氮化处理由于是在A₁点以下的铁素体区域中进行，在处理中没有相变，所以能够减小热处理应变。因此，氮化处理及软氮化处理大多被用于具有高的尺寸精度的部件和大型的部件，例如适用于汽车的传动部件中使用的齿轮、引擎中使用的曲轴。

氮化处理是使氮侵入钢材表面的处理方法。对于氮化处理中使用的介质，有气体、盐浴、等离子体等。对于汽车的传动部件，主要应用生产率优异的气体氮化处理。通过气体氮化处理，在钢材表面形成厚度为10μm以上的化合物层(Fe₃N等氮化物析出的层)，进而，在化合物层的下侧的钢材表层形成氮扩散层即硬化层。化合物层主要由Fe_2～3N(ε)和Fe₄N(γ’)构成，化合物层的硬度与成为母材的钢相比极高。因此，化合物层在使用的初期会使钢部件的耐磨性提高。

在专利文献1中公开了一种氮化处理部件，其中，通过将化合物层中的γ’相比率设定为30mol％以上，从而使弯曲疲劳强度提高。

在专利文献2中公开了一种低应变且具有优异的表面疲劳强度和弯曲疲劳强度的钢构件，其在钢构件中生成了具有规定的结构的铁氮化化合物层。

在专利文献3中公开了一种氮化部件的制造方法，其通过将元素的含量最优化，从而提高氮化处理后的疲劳强度、抑制了氮化处理后的变形。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-117412号公报

专利文献2：日本特开2013-221203号公报

专利文献3：国际公开第2016/098143号

发明内容

发明所要解决的课题

据认为：专利文献1的氮化处理部件由于是在气氛气体中使用了CO₂的气体软氮化，所以化合物层的表面侧容易变成ε相，因此弯曲疲劳强度还不充分。另外，专利文献2的氮化处理部件由于不论钢的成分如何，均按照NH₃气体成为0.08～0.34、H₂气体成为0.54～0.82、N₂气体成为0.09～0.18的方式来进行控制，所以根据钢的成分有可能化合物层的结构和厚度没有达到目标。

就专利文献3的氮化处理而言，处理时的气体条件的控制不恰当，化合物层中的γ’相的比率变低、空隙率变高，容易成为点蚀和弯曲疲劳断裂的起点。此外，就专利文献3公开的气体软氮化处理而言，空隙率容易变高。

本发明的目的是提供不仅弯曲矫正性优异而且旋转弯曲疲劳强度也优异的部件及其制造方法。

用于解决课题的手段

本发明的发明者们着眼于通过氮化处理而形成于钢材的表面的化合物层的形态，对与疲劳强度的关系进行了调查。