滲碳部件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及滲碳部件，更具體地涉及通過(guò)實(shí)施真空滲碳處理而制造的滲碳部件。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了提高機(jī)械部件的彎曲疲勞強(qiáng)度、耐磨耗性，對(duì)機(jī)械部件實(shí)施表面硬化處理。例 如，對(duì)于作為汽車的變速器使用的齒輪、帶式無(wú)級(jí)變速器（CVT)用滑輪，作為表面硬化處 理，有時(shí)實(shí)施滲碳淬火處理。
[0003] 作為滲碳淬火處理，以往大多利用氣體滲碳淬火處理。然而，最近真空滲碳淬火處 理開(kāi)始普及。在真空滲碳淬火處理中，在與氣體滲碳淬火處理相比壓力減低的氣氛內(nèi)，使用 烴氣體實(shí)施滲碳處理。在真空滲碳淬火處理中，利用與真空爐結(jié)構(gòu)相同的熱處理爐。因此， 與氣體滲碳淬火處理比較，可以提高滲碳溫度，可以縮短處理時(shí)間。另外，由于在減壓下滲 碳處理，因此晶界氧化被抑制，容易獲得高疲勞強(qiáng)度。此外，由于碳收率高，因此可以抑制二 氧化碳的排出量。
[0004] 然而，在通過(guò)真空滲碳處理所制造的滲碳部件中，各部中的碳濃度有時(shí)不均。尤 其，包括邊角部的邊緣部的碳濃度與平坦部相比容易變高。這樣，碳濃度增高的現(xiàn)象稱為過(guò) 量滲碳。在發(fā)生過(guò)量滲碳的邊緣部中，容易殘留粗大的滲碳體。由于粗大的滲碳體容易構(gòu) 成裂紋的起點(diǎn)，因此，邊緣部的彎曲疲勞強(qiáng)度有時(shí)降低。
[0005] 國(guó)際公開(kāi)第2009/131202號(hào)（專利文獻(xiàn)1)、日本特開(kāi)2007-291486號(hào)公報(bào)（專利 文獻(xiàn)2)、日本特開(kāi)2006-349055號(hào)公報(bào)（專利文獻(xiàn)3)、日本特開(kāi)2000-129418號(hào)公報(bào)（專 利文獻(xiàn)4)、日本特開(kāi)2008-81781號(hào)公報(bào)（專利文獻(xiàn)5)和日本特開(kāi)2009-57597號(hào)公報(bào)（專 利文獻(xiàn)6)提出了真空滲碳處理的改善策略。
[0006] 具體而言，專利文獻(xiàn)1目的是抑制滲碳部件的大致整個(gè)表面的表面碳濃度的不 均。在專利文獻(xiàn)1公開(kāi)的真空滲碳處理中，以使平坦部的碳濃度在0. 65±0. 1質(zhì)量％的范 圍內(nèi)的滲碳條件實(shí)施真空滲碳處理。此后，在冷卻氣體中將滲碳部件緩慢冷卻。此后，對(duì)滲 碳部件實(shí)施高頻加熱，實(shí)施水淬火。
[0007] 專利文獻(xiàn)2的目的是抑制邊緣部的過(guò)量滲碳。在專利文獻(xiàn)2公開(kāi)的真空滲碳處 理中，鋼材的化學(xué)組成按質(zhì)量％計(jì)含有Si :0. 5?3. 0%、Ni :0. 01?3. 0%、Cu :0. 01? 1.00%和 Cr :0.3 ?1.0%，滿足[Si% ] + [Ni% ] + [Cu% ]-[Cr% ]>0.5?？傊瑢＠墨I(xiàn) 2 中，提高Si含量，減低Cr含量，抑制邊緣部的過(guò)量滲碳。
[0008] 專利文獻(xiàn)3也提出了實(shí)施真空滲碳處理，使齒輪的表面部與角部的表面碳濃度差 異減小的齒輪。專利文獻(xiàn)3中，對(duì)位于齒根附近的應(yīng)力集中部分實(shí)施倒角（chamfering)加 工，此后實(shí)施真空滲碳處理。
[0009] 專利文獻(xiàn)4的目的是抑制滲碳不均的發(fā)生。專利文獻(xiàn)4中，實(shí)施真空滲碳處理之 后，將鋼部件冷卻到Ar 3相變點(diǎn)以下。此后，將鋼部件再加熱至奧氏體化溫度區(qū)，實(shí)施淬火。 在專利文獻(xiàn)4的圖2中，上述冷卻時(shí)的冷卻速度為2°C /秒。
[0010] 專利文獻(xiàn)5的目的是改善晶粒的粗大化，獲得具有規(guī)定的物性值的被處理物。專 利文獻(xiàn)5中，在擴(kuò)散工序與淬火工序之間，使被處理物（工件，workpiece)的溫度從第1溫 度下降到規(guī)定溫度（正火工序）。接著，將被處理物保持在規(guī)定溫度。此后，使被處理物的 溫度上升至第2溫度。在專利文獻(xiàn)5的圖4和圖6中，正火工序時(shí)的冷卻速度為I. 5°C / 秒。
[0011] 專利文獻(xiàn)6的目的是提供抑制粗大滲碳體的殘留，提尚耐點(diǎn)蝕性（pitting resistance)的齒輪。在專利文獻(xiàn)6中，齒輪的化學(xué)組成按質(zhì)量％計(jì)含有C :0. 10?0. 30%、 Si :1. 0 ?L 5%、Mn :0· 20 ?L 5%、Cr :0· 31% 以下、Mo :0· 1 ?L 0%，余量由 Fe 和不可 避免的雜質(zhì)構(gòu)成。將上述齒輪加熱至Ae3點(diǎn)以上，實(shí)施真空滲碳處理，在齒輪的表層上形成 具有1質(zhì)量％以上的碳濃度的滲碳層。此后，將齒輪冷卻至、點(diǎn)以下的溫度。
[0012] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0013] 專利文獻(xiàn)
[0014] 專利文獻(xiàn)1 :國(guó)際公開(kāi)第2009/131202號(hào)
[0015] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2007-291486號(hào)公報(bào)
[0016] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開(kāi)2006-349055號(hào)公報(bào)
[0017] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開(kāi)2000-129418號(hào)公報(bào)
[0018] 專利文獻(xiàn)5 :日本特開(kāi)2008-81781號(hào)公報(bào)
[0019] 專利文獻(xiàn)6 :日本特開(kāi)2009-57597號(hào)公報(bào)
[0020] 專利文獻(xiàn)7 :日本特開(kāi)2008-223060號(hào)公報(bào)
[0021] 然而，專利文獻(xiàn)1的通過(guò)真空滲碳處理而制造的滲碳部件的碳濃度由于較低，彎 曲疲勞強(qiáng)度有可能較低。另外，如專利文獻(xiàn)2公開(kāi)的化學(xué)組成那樣，如果Si含量過(guò)高或者 Cr含量過(guò)低，則彎曲疲勞強(qiáng)度有可能變低。另外，如專利文獻(xiàn)3中公開(kāi)的齒根附近的倒角加 工是非常困難的。此外，即使在實(shí)施倒角加工的情況下，彎曲疲勞強(qiáng)度也有可能較低。
[0022] 此外，在實(shí)施專利文獻(xiàn)4和專利文獻(xiàn)5的真空滲碳處理的情況下，滲碳體變得粗 大，彎曲疲勞強(qiáng)度有可能較低。
[0023] 專利文獻(xiàn)6的齒輪由于Si含量過(guò)高，彎曲疲勞強(qiáng)度有時(shí)較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024] 本發(fā)明的目的是提供實(shí)施真空滲碳處理而制造的、邊緣部和平坦部的彎曲疲勞強(qiáng) 度優(yōu)異的滲碳部件。
[0025] 本實(shí)施方式的滲碳部件是對(duì)鋼材實(shí)施真空滲碳處理而制造的。滲碳部件的表面包 括頂點(diǎn)部、邊緣部和平坦部。頂點(diǎn)部包括由3個(gè)以上的面形成的頂點(diǎn)和距離頂點(diǎn)Imm以內(nèi) 的表面部分。邊緣部是如下的表面部分：距離上述頂點(diǎn)超過(guò)1mm、且距離表面的邊Imm以內(nèi) 的表面部分之中，垂直于邊的截面中與以邊為中心的半徑Imm的假想圓重疊的部分的面積 OA (mm2)、和重疊的部分中的滲碳部件的表面長(zhǎng)度SL (mm)滿足式⑴的表面部分。平坦部是 上述表面中除了頂點(diǎn)部和邊緣部以外的表面部分。鋼材按質(zhì)量％計(jì)含有C :0. 10?0. 30%、 Si :0· 05 ?0· 8%、Mn :0· 3 ?2· 0%、P :0· 06% 以下、S :0· 006 ?0· 1%、Cr :0· 5 ?3. 0%、 Al :0· 01 ?0· 1%、和 N :0· 025% 以下、Cu :0 ?0· 5%、Ni :0 ?0· 5% 以及 Mo :0 ?L 0%， 余量由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成。從平坦部起至深度0. 05mm的平坦表層部中的碳濃度按質(zhì)量％計(jì) 為0. 7 %以上且低于I. 0 %。從邊緣部起至深度80 μ m的邊緣表層部?jī)?nèi)的滲碳體的長(zhǎng)度為 3. Oym以下。邊緣表層部的滲碳體百分率為5?15%。
[0026] OA/SL 彡 0· 7 (1)
[0027] 本實(shí)施方式的滲碳部件中，邊緣部和平坦部的彎曲疲勞強(qiáng)度優(yōu)異。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1為本實(shí)施方式的滲碳部件的立體圖。
[0029] 圖2為圖1中的滲碳部件的截面圖。
[0030] 圖3為滲碳部件的一個(gè)例子的齒輪的齒部分的立體圖。
[0031] 圖4所示為圖1中的滲碳部件的邊緣表層部?jī)?nèi)的滲碳體的長(zhǎng)度與4點(diǎn)彎曲疲勞強(qiáng) 度的關(guān)系圖。
[0032] 圖5所示為圖1中的滲碳部件的平坦表層部的碳濃度與小野式旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞強(qiáng)度 的關(guān)系圖。
[0033] 圖6所示為本實(shí)施方式的真空滲碳處理和淬火處理的處理模式的示意圖。
[0034] 圖7為實(shí)施例中使用的小野式旋轉(zhuǎn)彎曲試驗(yàn)片的側(cè)面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 以下參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖中相同或相當(dāng)部分給與相同的附圖 標(biāo)記，并省略其說(shuō)明。
[0036] 本發(fā)明人對(duì)于實(shí)施真空滲碳處理而制造的滲碳部件的彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行了調(diào)查 和研宄，獲得了以下的認(rèn)識(shí)。
[0037] (A)實(shí)施了真空滲碳處理的滲碳部件的表面包括頂點(diǎn)部、平坦部和邊緣部時(shí)，邊緣 部容易發(fā)生過(guò)量滲碳。
[0038] 在滲碳部件的表面中，頂點(diǎn)部包括由3個(gè)以上的面形成的頂點(diǎn)和距離頂點(diǎn)Imm以 內(nèi)的表面部分。
[0039] 滲碳部件的表面中的邊緣部如下所述來(lái)定義。在滲碳部件的表面中，著眼于上述 頂點(diǎn)部以外（即距離頂點(diǎn)超過(guò)Imm)、且距離表面的邊Imm以內(nèi)的表面部分。將該表面部分 稱為"邊緣表面部分"。邊緣表面部分中，假定包括邊上的任意的點(diǎn)、與邊垂直的截面。在 該截面中，假定以滲碳部件的上述邊上的點(diǎn)為中心的半徑Imm的假想圓。而且，用下式定義 FI (mm)。
[0040] FI =與假想圓重疊的截面部分的面積OA(mm2)/與假想圓重疊的截面部分的表面 長(zhǎng)度SL (mm)
[0041] 在邊緣表面部分中，將滿足下述式（1)的表面部分定義為"邊緣部"。
[0042] FI = OA/SL 彡 0· 7 (1)
[0043] 將滲碳部件的表面中除了頂點(diǎn)部和邊緣部以外的部分定義為"平坦部"。例如，即 使是邊緣表面部分，F(xiàn)I大于0. 7mm時(shí)，該部分也是平坦部。
[0044] 如圖1所示，假定滲碳部件100為4點(diǎn)彎曲試驗(yàn)片的情況。著眼于滲碳部件100 的表面中的距離頂點(diǎn)10超過(guò)1mm、距離切口部分的邊2在Imm以內(nèi)的表面部分（邊緣表面 部分）。
[0045] 在邊緣表面部分中，將邊2上的任意的點(diǎn)定義為"點(diǎn)Pc"。點(diǎn)Pc位于距離由3個(gè) 以上的面形成的頂點(diǎn)10超過(guò)Imm的邊上。
[0046]