渗碳部件、其制造方法、和渗碳部件用钢的利记博彩app
【专利摘要】本发明涉及渗碳部件、其制造方法、和渗碳部件用钢。本发明提供一种通过渗碳进行表面硬化处理的渗碳部件，其特别地具有优异的中循环疲劳强度。本发明提供一种渗碳部件，其包括通过对钢进行渗碳处理而形成的渗碳处理层，所述钢包括，以质量%计：0.15%至0.25%的C、0.15%以下的Si、0.4%至1.1%的Mn、0.8%至1.4%的Cr、0.25%至0.55%的Mo、0.015%以下的P和0.035%以下的S，余量为Fe和不可避免的杂质，并且所述钢满足以下关系：0.10≤[Mo]/(10[Si]+[Mn]+[Cr])≤0.40，其中[M]表示以质量%计的元素M的含量。
【专利说明】渗碳部件、其制造方法、和渗碳部件用钢
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种通过渗碳进行表面硬化处理的渗碳部件，一种渗碳部件的制造方 法，和一种渗碳部件用钢。更具体地，本发明涉及一种具有优异的的中循环疲劳强度的渗碳 部件，其制造方法，和渗碳部件用钢。
【背景技术】
[0002] 通过渗碳进行表面硬化处理的渗碳部件已经用作汽车变速器（transmission)或 差动装置（differential device)中的齿轮和轴承等部件。从由以约105以上次反复施加 的载荷导致的疲劳失效（高循环疲劳）的观点以及由以约103以下次反复施加的载荷导致 的疲劳失效（低循环疲劳）的观点，对于此类渗碳部件，已经进行了疲劳强度的各种研究。
[0003] 例如，专利文献1已经公开了调整在渗碳部件用钢中的Si、Μη和Cr的组成比例 能够改进通过渗碳进行表面硬化处理的渗碳部件的高循环疲劳强度。在将渗碳部件用钢如 SCM21进行渗碳处理和接下来热处理的情况下，在渗碳钢表面附近产生不良淬火部分（渗 碳异常层），并且特别地导致高循环疲劳强度的劣化。关于此类由于Si、Mn和Cr的内部氧 化而形成的渗碳异常层，专利文献1已经总结出对于钢中这些元素的组成比例的调整使得 改进高循环疲劳强度。更具体地，专利文献1已经公开了，在具有以质量％计的，〇. 05%至 0. 50%的C含量、0. 05%以下的Si含量、5%以下的Μη含量和5%以下的Cr含量并且能够以 低于各个特定值的比例进一步包含其它元素诸如Ni、Mo、Ti、V、Nb、A1和B的钢中，要求对 内部氧化具有影响的兀素 Si、Μη和Cr的含量满足以下关系：
[0004] 10[Si]+0. l([Mn] + [Cr]) ^1.00
[0005] 其中[Μ]表示以质量％计的元素 Μ的含量。
[0006] 另一方面，例如，专利文献2已经公开了通过渗碳进行表面硬化处理的渗碳部件 的低循环疲劳强度能够通过调整渗碳部件用钢的组成为Cr和Μη含量相对的高来改进。此 夕卜，专利文献2陈述了不仅韧性能够通过限定C含量为较低值仍确保渗碳表面附近的硬度 来提高，而且低循环疲劳强度也能够通过控制渗碳表面附近和芯部之间的硬度差以致落 入特定范围内来改进。更具体地，专利文献2已经公开了，在具有以质量％计的，0. 05%至 0. 20%的C含量、0. 7%以下的Si含量、1. 41%至2. 0%的Μη含量和1. 0%至2. 0%的Cr含量 并且能够以低于各个特定值的比例进一步包含其它元素诸如Ni、Mo、Ti、Nb、Al和B的钢中， 将渗碳表面的渗碳处理层中的C含量调整为落入0. 4质量％至0. 75质量％的范围内并且 将渗碳表面附近和芯部之间的硬度差控制为200-至400-H v范围。
[0007] 顺便提及，近年来也进行了对于由于以约103至约105次反复施加的载荷而导致 的疲劳失效或者相当于中循环疲劳失效的研究。通常中循环疲劳强度可以通过进行对低循 环疲劳强度和高循环疲劳强度两者的改进来提高。
[0008] 例如，专利文献3已经陈述了中循环疲劳强度可以通过将在渗碳类表面硬化处理 后形成的渗碳异常层的深度调整为15 μ m以下和降低沿深度的变化同时控制渗碳部件用 钢中Si、Mo和B的含量来提高。其中，低循环疲劳强度通过提高渗碳处理层中晶界（grain boundary)强度来改进，同时，疲劳龟裂的发生通过控制渗碳异常层的深度及其中的变化而 降低，这有助于提高高循环疲劳强度。因此，专利文献3已经得出结论中循环疲劳强度也可 以得到提商。
[0009] 此外，例如，专利文献4已经公开了在渗碳类表面硬化处理后形成的渗碳异常层 的深度可以通过控制渗碳部件用钢中Si、Mn和Cr的含量来调整至特定值以下。更具体地， 专利文献4已经公开了，在具有以质量％计的，0. 15%至0. 25%的C含量、0. 1%以下的Si含 量、0. 2%至0. 8%的Μη含量和0. 2%至0. 8%的Cr含量并且能够以低于各个特定值的比例进 一步包含其它元素诸如Ni、Mo、Ti、Nb、A1和B的钢中，渗碳异常层的深度可以通过如下而 降低至6 μ m以下：将渗碳处理层中的C含量调整为落入0. 7%至0. 9%的范围内，将渗碳处 理层中的结晶粒度调整为#9以上且将元素 Si、Mn和Cr的含量调整为满足以下关系：
[0010] 10[Si] + [Mn] + [Cr] ^ 2. 0
[0011] 其中[M]表示以质量％计的渗碳处理层的元素 Μ的含量。
[0012] [专利文献 1] JP-A-S5l_9〇9l8
[0013] [专利文献 2] JP-A-2008-248284
[0014] [专利文献 3]JP-A_2〇l〇-l5〇592
[0015] [专利文献 4] JP-A-H6-306572
【发明内容】
[0016] 发明要解决的问是页
[0017] 如上所述，为了改进中循环疲劳强度，应当提高低循环疲劳强度和高循环疲劳强 度，并且这两种疲劳强度的提高需要控制在通过渗碳得到的有效硬化层中硬度的分布。 [0018] 用于解决问题的方案
[0019] 考虑到这些情况进行了本发明，本发明的目的是提供一种通过渗碳进行表面硬化 处理的特别地具有优异的中循环疲劳强度的渗碳部件，其制造方法和此类渗碳部件用钢。
[0020] 本发明提供一种渗碳部件，其包括通过对钢进行渗碳处理而形成的渗碳处理层， 所述钢包括，以质量％计：〇. 15%至0. 25%的C，0. 15%以下的Si，0. 4%至1. 1%的Mn，0. 8% 至1. 4%的Cr，0. 25%至0. 55%的Mo, 0. 015%以下的P，和0. 035%以下的S，余量为Fe和不 可避免的杂质，并且所述钢满足以下关系：〇. 1〇< [M0V(10[Si] + [Mn] + [Cr]) <0. 40,其中 [M]表示以质量％计的元素 Μ的含量，其中，在所述渗碳部件中，所述渗碳处理层的最大C含 量以质量％计在0. 45%至0. 75%的范围内，在所述渗碳处理层的表面下方25 μ m的深度位 置的硬度H v d=25lJni为650H v以上，在所述渗碳处理层的表面下方50 μ m的深度位置的硬度 Hvd=5QlJmS 750Hv以下且在所述硬度Hvd=25lJm和所述硬度Hvd=5QlJm之间的差为50Hv以 下。
[0021] 根据本发明，不仅低循环疲劳强度至中循环疲劳强度通过控制特别是在渗碳处理 层中的最大C含量而增加渗碳处理层的韧性而提高，所述渗碳处理层的硬度通过对具有特 定组成的钢进行渗碳类表面硬化处理而提高，而且中循环疲劳强度至高循环疲劳强度也通 过在渗碳处理层的表面附近实现特定的硬度分布而提高。因此本发明的渗碳部件能够获得 优异的中循环疲劳强度。
[0022] 此外，在本发明中，优选所述渗碳部件由于所述渗碳处理而包括设置在所述渗碳 处理层的表面下方350 μ m以内的深度位置的硬度为700HV以上的区域。根据特征如上的 本发明，所述渗碳部件能够获得特别优异的中循环疲劳强度。
[0023] 此外，本发明提供一种渗碳部件的制造方法，所述方法至少包括：对钢进行预定 的机械加工的预机械加工步骤，所述钢包括，以质量％计：〇. 15%至0. 25%的C，0. 15%以下 的 Si，0· 4% 至 1. 1% 的 Μη, 0· 8% 至 1. 4% 的 Cr，0· 25% 至 0· 55% 的 Mo, 0· 015% 以下的 P，和 0. 035%以下的S，余量为Fe和不可避免的杂质，并且所述钢满足以下关系：0. 10 < [Mo]/ (10 [Si] + [Μη] + [Cr])彡0. 40,其中[Μ]表示以质量％计的元素 Μ的含量；和渗碳处理步 骤，其中将所述机械加工过的钢在预定温度下加热并且在具有预定碳势的渗碳气氛中进行 渗碳和扩散处理后，在最高保持在80°C以下的温度下的低温油浴中淬火，由此提供渗碳处 理层，其中，在所述渗碳处理步骤中，将所述渗碳处理层的以质量％计的最大C含量控制 在0. 45%至0. 75%的范围内，并将在所述渗碳处理层的表面下方25 μ m的深度位置的硬 度H v d=25lJm控制为650H v以上，在所述渗碳处理层的表面下方50 μ m的深度位置的硬度 H v d=5(llJni控制为750H v以下且在所述硬度H v d=25lJni和所述硬度H v d=5(llJni之间的差控制为 50Hv以下。
[0024] 根据特征如上的本发明，特别是在渗碳处理层中的最大C含量的控制使得改进渗 碳处理层的韧性，由此提高低循环疲劳强度至中循环疲劳强度，并且同时实现渗碳处理层 表面附近的特定硬度分布，由此提高中循环疲劳强度至高循环疲劳强度。由此本发明能够 提供具有优异的中循环疲劳强度的渗碳部件。
[0025] 在本发明中，优选所述渗碳处理步骤提供在所述渗碳处理层的表面下方350 μ m 以内的深度位置的硬度为700Hv以上的区域。根据特征如上的本发明，变得能够提供具有 优异的中循环疲劳强度的渗碳部件。
[0026] 此外，本发明提供一种渗碳部件用钢，其要用于通过借助渗碳的表面硬化处 理而获得的渗碳部件，所述钢包括，以质量％计：〇. 15%至0. 25%的C，0. 15%以下的 Si，0. 4% 至 1. 1% 的 Μη，0. 8% 至 1. 4% 的 Cr，0. 25% 至 0. 55% 的 Mo,0. 015% 以下的 P，和 0. 035%以下的S，余量为Fe和不可避免的杂质，并且所述钢满足以下关系：0. 10 < [Mo]/ (10 [Si] + [Μη]+ [Cr])彡0.40,其中[Μ]表示以质量％计的元素 Μ的含量。
[0027] 发明的效果
[0028] 根据特征如上的本发明，给出特定的渗碳处理，由此能够获得具有优异的中循环 疲劳强度的渗碳部件。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1是示出渗碳部件的截面的硬度分布的图。
[0030] 图2是根据本发明的渗碳部件的制造过程的流程图。
[0031] 图3(A)-3(C)是示出在不同的渗碳和淬火条件下的热处理的图。
[0032] 图4(A)_4(B)分别示出绘出在4点弯曲疲劳试验中载荷位置的试验片的正面图 ⑷和侧面图（B)。
【具体实施方式】
[0033] 关于具有通过进行渗碳处理而形成的渗碳处理层的渗碳部件，渗碳处理层的硬度 增加通常使得高循环疲劳强度相对提高，但是相反地带来低循环疲劳强度的降低。本发明 人认为通过降低渗碳处理层整体的硬度同时增加渗碳处理层的最外表面的硬度而提高耐 高循环疲劳和耐低循环疲劳两者的强度并且由此使得渗碳部件具有优异的中循环疲劳强 度。
[0034] 更具体地，如在图1中所示，在由渗碳得到的硬度分布L1中，在能够包含渗碳异 常层的渗碳处理层的最外表面留意到硬度降低。然而，通过调整钢中Mo和Ni的组成比 例而控制渗碳异常层的出现、并且进一步通过补偿由于随着在渗碳处理后的淬火的强烈度 (intensity)增加出现渗碳异常层导致的淬火性能的劣化，可以防止渗碳处理层的最外表 面的硬度降低（硬度分布L2)。另一方面，通过控制渗碳处理而将渗碳处理层中的碳含量调 整为落入特定范围，由此降低渗碳处理层整体的硬度（硬度分布L3)。
[0035] 为了找出用于制备如上所述的渗碳部件的钢的成分组成和渗碳处理条件，以下给 出关于通过对分别根据示于表1的实施例1-10、比较例1-17和参考例1的渗碳部件成型后 的试验片进行各种试验而获得的结果的说明，表1是示出实施例、比较例的成分组成和渗 碳处理条件的表格。
[0036]
【权利要求】
1. 一种渗碳部件，其包括通过对钢进行渗碳处理而形成的渗碳处理层，所述钢包括，以 质量％计： 0. 15% 至 0. 25% 的 C， 0. 15%以下的Si， 0. 4% 至 1. 1% 的 Μη， 0. 8% 至 1. 4% 的 Cr， 0· 25% 至 0· 55% 的 Mo， 0. 015%以下的P，和 0. 035%以下的S， 余量为Fe和不可避免的杂质，并且所述钢满足以下关系： 0. 10 ^ [Mo]/(10[Si] + [Mn] + [Cr]) ^ 0. 40 其中[M]表示以质量％计的元素 Μ的含量， 其中，在所述渗碳部件中，所述渗碳处理层的最大C含量以质量％计在0. 45%至0. 75% 的范围内，且在所述渗碳处理层的表面下方25 μ m的深度位置的硬度Η ν d=25lJm为650Η ν以 上，在所述渗碳处理层的表面下方50 μ m的深度位置的硬度H v d=5(llJm为750H v以下且在所 述硬度H v d=25lJni和所述硬度H v d=5(llJni之间的差为50H v以下。
2. 根据权利要求1所述的渗碳部件，由于所述渗碳处理，所述渗碳部件包括设置在所 述渗碳处理层的表面下方350 μ m以内的深度位置的硬度为700H v以上的区域。
3. -种渗碳部件的制造方法，其至少包括： 对钢进行预定的机械加工的预机械加工步骤，所述钢包括，以质量％计： 0. 15% 至 0. 25% 的 C， 0. 15%以下的Si， 0. 4% 至 1. 1% 的 Μη， 0. 8% 至 1. 4% 的 Cr， 0· 25% 至 0· 55% 的 Mo， 0. 015%以下的P，和 0. 035%以下的S， 余量为Fe和不可避免的杂质，并且所述钢满足以下关系： 0. 10^ [Mo]/(10[Si] + [Mn] + [Cr]) ^0.40 其中[Μ]表示以质量％计的元素 Μ的含量；和 渗碳处理步骤，其中将机械加工过的钢在预定温度下加热并且在具有预定碳势的渗碳 气氛中进行渗碳和扩散处理后，在最高保持在80°C以下的温度下的低温油浴中淬火，由此 提供渗碳处理层， 其中，在所述渗碳处理步骤中，将所述渗碳处理层的以质量％计的最大C含量控制 在0. 45%至0. 75%的范围内，并将在所述渗碳处理层的表面下方25 μ m的深度位置的硬 度H v d=25lJm控制为650H v以上，在所述渗碳处理层的表面下方50 μ m的深度位置的硬度 H v d=5(llJni控制为750H v以下且在所述硬度H v d=25lJni和所述硬度H v d=5(llJni之间的差控制为 50Hv以下。
4. 根据权利要求3所述的渗碳部件的制造方法，其中所述渗碳处理步骤提供在所述渗 碳处理层的表面下方350 μ m以内的深度位置的硬度为700HV以上的区域。
5. -种渗碳部件用钢，其要用于通过借助渗碳的表面硬化处理而获得的渗碳部件，所 述钢包括，以质量％计： 0. 15% 至 0. 25% 的 C， 0. 15%以下的Si， 0. 4% 至 1. 1% 的 Μη， 0. 8% 至 1. 4% 的 Cr， 0· 25% 至 0· 55% 的 Mo， 0. 015%以下的P，和 0. 035%以下的S， 余量为Fe和不可避免的杂质，并且所述钢满足以下关系： 0. 10 ^ [Mo]/(10[Si] + [Mn] + [Cr]) ^ 0. 40 其中[M]表示以质量％计的元素 Μ的含量。
【文档编号】C23C8/22GK104099518SQ201410139384
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2013年4月8日
【发明者】二宫彬仁, 冈田善成, 宫崎贵大, 松村康志, 加藤进一郎, 下村哲也, 山口胜矢 申请人:大同特殊钢株式会社, 本田技研工业株式会社