[发明专利]碳氮共渗构件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种被实施了碳氮共渗处理后的构件(以下称作“碳氮共渗构件”)的制造方法。更详细地讲，是涉及一种适合作为动力传递部件的、耐磨损性、相对于点蚀(pitting)的极限强度和弯曲疲劳强度优良的碳氮共渗构件的制造方法。

背景技术

被用作汽车的变速器的齿轮、带式无级变速器(CVT)用带轮等动力传递部件以往这样来制造：通过锻造、切削等加工将JIS G 4053(2008)所规定的机械构造用合金钢钢材成形为规定的形状，实施渗碳淬火、碳氮共渗淬火等表面硬化处理，之后再进行回火。

近年来，对于提高汽车的燃料消耗率的要求愈发严格，为了实现与提高燃料消耗率直接相关的车体的轻量化，对于上述部件也寻求进一步的小型化和高强度化，提高相对于作为接触疲劳(contact fatigue)的一种的点蚀的极限强度(以下称作“点蚀强度”)和耐磨损性的做法受到重视。

在以质量％计含有0.2％左右的碳、可用作渗碳部件和碳氮共渗部件的原料的机械构造用合金钢钢材中存在SMn420所代表的锰系、SMnC420所代表的锰铬系、SCr420所代表的铬系和SCM420所代表的铬钼系等。近年来稀有金属元素的价格上涨明显，特别是钼发生了显著的价格上涨。

在“碳氮共渗”中存在向渗碳性的气氛中混合氨气而在渗碳的同时进行渗氮的“气体碳氮共渗”等，氮具有提高所谓的“回火软化阻力”的效果。但是，氮具有抑制碳扩散的作用，此外，与渗碳处理相比，渗氮处理在更低的温度下实施，因此，存在硬化深度变小这样的问题。并且，氮是奥氏体稳定化元素，其与C同样地降低Ms点，因此易于存在残留奥氏体，也存在难以得到硬质的马氏体这样的问题。

因此，在专利文献1～4中，分别作为“齿面强度优良的齿轮的制造方法”、“高强度齿轮”、“耐点蚀性优良的碳氮共渗处理构件的热处理方法”及“高硬度部件”公开了解决碳氮共渗中的上述问题的技术。

专利文献1：日本特开平11-51155号公报

专利文献2：日本特开平7-190173号公报

专利文献3：日本特开2001-140020号公报

专利文献4：日本特开2002-194492号公报

在上述专利文献1所公开的齿轮制造方法的情况下，为了加深氮的进入深度而增大有效硬化深度，需要进行再加热淬火。因此，在制造工序和能量消耗的方面效率很低。

专利文献2所公开的高强度齿轮将含有氮的致密的马氏体或者含有氮的致密的马氏体和下部贝氏体作为主要的组织，因此，专利文献2所公开的仅是将残留奥氏体量限制在10％～40％的技术。因而，并不一定能够得到充分的耐磨损性和点蚀强度。

专利文献3所公开的热处理方法基于这样的技术思想：通过在比以往的150℃～180℃高的200℃～560℃的温度下回火，柔软的残留奥氏体被分解成马氏体和η碳化物，能够提高表面硬度，并且，CrN、AlN等氮化物微细地析出而发生析出硬化，由此耐点蚀性得到提高。但是，在200℃～560℃的温度范围内回火时，为了分解成能够提高表面硬度的马氏体和η碳化物的混合组织，虽然控制原本的残留奥氏体中的氮浓度非常重要，但是对于在碳氮共渗工序中应该导入何种程度的氮(即，最优的氮势)完全没有公开。因此，仅凭氮势的选择方法，存在完全无法得到上述混合组织的情况。此外，在甚至也会发生CrN、AlN等合金元素氮化物的析出这样的、指定的温度范围中的高温侧的温度下进行回火时，存在如下问题：残留奥氏体不分解成马氏体和η碳化物而分解成铁素体和渗碳体或者析出有粗大的γ′-Fe₄N氮化物，从而硬度显著降低，点蚀强度反而降低。

专利文献4所公开的高硬度部件所应用的碳氮共渗用钢基于增大Si的含有量来提高回火软化阻力这样的技术思想。但是，在不控制碳氮共渗的气氛而仅应用通常的气体碳氮共渗的情况下，由于Si的含有量较高，因此无法避免促进内部氧化(日文：粒界酸化)，因此，存在无法得到充分的表面硬度这样的问题。

如上所述，在迄今提出的碳氮共渗技术中，对于高效地提供耐磨损性和点蚀强度这两者优良的碳氮共渗构件并不充分。并且，在上述碳氮共渗技术中，有时也无法确保充分的弯曲疲劳强度。

发明内容

本发明即是鉴于上述现状而做成的，其目的在于提供即使降低作为昂贵的合金元素的Mo的含有量或者不添加Mo、也具有优良的耐磨损性、很大的点蚀强度和优良的弯曲疲劳强度的碳氮共渗构件的制造方法。