[go: up one dir, main page]

TWI399441B - 在高溫下具有優異之表面壓力疲勞強度之滲碳氮化高頻淬火鋼零件及其製造方法 - Google Patents

在高溫下具有優異之表面壓力疲勞強度之滲碳氮化高頻淬火鋼零件及其製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI399441B
TWI399441B TW097140648A TW97140648A TWI399441B TW I399441 B TWI399441 B TW I399441B TW 097140648 A TW097140648 A TW 097140648A TW 97140648 A TW97140648 A TW 97140648A TW I399441 B TWI399441 B TW I399441B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
less
quenching
fatigue strength
concentration
mass
Prior art date
Application number
TW097140648A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200925286A (en
Inventor
Shuji Kozawa
Atsushi Mizuno
Tatsuro Ochi
Original Assignee
Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp filed Critical Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp
Publication of TW200925286A publication Critical patent/TW200925286A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI399441B publication Critical patent/TWI399441B/zh

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • C21D1/10—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation by electric induction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34—Methods of heating
    • C21D1/42—Induction heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
    • C21D1/58—Oils
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
    • C21D1/607—Molten salts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/76—Adjusting the composition of the atmosphere
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/002—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/004—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0068—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/32—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for gear wheels, worm wheels, or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/40—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rings; for bearing races
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/24—Nitriding
    • C23C8/26—Nitriding of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/28—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in one step
    • C23C8/30—Carbo-nitriding
    • C23C8/32—Carbo-nitriding of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/34—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in more than one step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/80—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/001—Austenite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008—Martensite
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/06—Use of materials; Use of treatments of toothed members or worms to affect their intrinsic material properties
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/32—Friction members
    • F16H55/36—Pulleys
    • F16H55/38—Means or measures for increasing adhesion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/32—Friction members
    • F16H55/52—Pulleys or friction discs of adjustable construction
    • F16H55/56—Pulleys or friction discs of adjustable construction of which the bearing parts are relatively axially adjustable
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Description

在高溫下具有優異之表面壓力疲勞強度之滲碳氮化高頻淬火鋼零件及其製造方法 發明領域
本發明係有關於一種滲碳氮化高頻淬火鋼零件，具體而言，係有關於一種機械構造用零件，特別是適用於汽車等傳動零件之具有較高表面壓力疲勞強度之齒輪、無段變速器、等速接頭、輪轂等鋼零件。
 發明背景
機械構造用零件，諸如自動變速器之齒輪、無段變速器之槽輪、等速接頭、輪轂等傳動零件，皆甚為要求其具備表面壓力疲勞強度。迄今，一般而言，上述零件之材質使用JIS SCr420、SCM420等C為0.2%左右之表面硬化鋼，並施以滲碳淬火處理而使零件表面形成C為0.8%左右之麻田散體組織，以提高表面壓力疲勞強度而加以使用。
近年，伴隨使用條件之嚴格化，亦要求提昇表面壓力疲勞強度，軟化抵抗更佳之滲碳氮化因而備受矚目，而取代了習知之滲碳淬火。
舉例言之，日本特開平7-190173號公報中，已提出一種藉氮化乃至滲碳氮化處理而使氮含量為0.2%以上0.8%以下，接著藉鹽類浸漬之淬火處理進行高強度化，進而接續該處理而施以珠擊處理，而更為提高強度之技術。
又，日本特開2006-292139號公報中，則提出一種在滲碳氮化處理及退火處理後施以高頻淬火處理，而提昇具有 殘留沃斯田體量15體積百分比以上之表層部所影響之小齒輪軸之剝離壽命。
然而，近年，伴隨使用條件更趨嚴格，使用條件下之作業面更加高溫化而為大於300℃~小於400℃，而更須要求表面壓力疲勞強度之提昇。
 發明揭示
因此，本發明之目的即在提供一種表面壓力疲勞強度優於以往之滲碳氮化高頻淬火鋼零件，特別是一種齒輪、無段變速器、等速接頭、輪轂等之鋼零件。
如上所述，已知藉滲碳氮化淬火處理而提昇軟化抵抗，即可提昇表面壓力疲勞強度，但本發明人則發現近年之作業面進而高溫化(大於300℃~小於400℃)後欲提昇表面壓力疲勞強度，至少以以下(a)~(e)事項為必要，而完成了本發明。
(a)滲碳氮化處理後施以高頻淬火處理。
(b)藉滲碳氮化處理，使表面之N濃度為0.1~0.8質量百分比，且N濃度與C濃度之和為1.0~2.0質量百分比。
(c)高頻淬火後之組織內，殘留沃斯田體量限於小於15體積百分比。
(d)不完全淬火層距表面之深度限於小於5μm。
(e)表面之X光繞射半值寬為6.0度以上。(另，本發明中所謂「表面」係指最表面)
即，本發明之要旨如下。
(1)一種在高溫下具有優異之表面壓力疲勞強度之滲碳 氮化高頻淬火鋼零件，其係由化學成分以質量百分比表示，含有以下成分：C：0.05~0.8%、Si：2.0%以下、Mn：0.2~3.0%、P：0.03%、S：0.005~0.10%、Ni：3.0%以下(包括0%)、Cr：5.0%以下(包括0%)、Mo：2.0%以下(包括0%)、W：1.0%以下(包括0%)、B：0.0050%以下(包括0%)、O：0.0050以下%、N：0.003~0.03%，且更含有：Al：0.005~0.2%、Ti：0.005~0.2%中之1種或2種；及V：0.3%以下(包括0%)、Nb：0.3%以下(包括0%)中之1種或2種，而其餘部分實質上由鐵與不可避免之雜質組成之鋼所構成，並且在滲碳氮化處理後經高頻淬火處理而成之鋼零件，表面之N濃度為0.1~0.8質量百分比，且N濃度與C濃度之和為1.0~2.0質量百分比，表面之殘留沃斯田體量小於15體積百分比，不完全淬火層距表面之深度小於5μm，又，表面之X光繞射半值寬為6.0度以上。
(2)如上述(1)之在高溫下具有優異之表面壓力疲勞強度之滲碳氮化高頻淬火鋼零件，前述鋼之化學成分以質量百分比表示，更含有選自於由：Ca：0.0005~0.01%、Mg：0.0005~0.01%、Zr：0.0005~0.05%、Te：0.0005~0.1%所構成之群之1種或2種以上。
(3)如上述(1)或(2)之在高溫下具有優異之表面壓力疲勞強度之滲碳氮化高頻淬火鋼零件，前述鋼零件係齒輪、無段變速器、等速接頭或輪轂之任一種。
(4)一種在高溫下具有優異之表面壓力疲勞強度之滲碳氮化高頻淬火鋼零件之製造方法，係使用化學成分以質量 百分比表示，含有以下成分：C：0.005~0.8%、Si：2.0%以下、Mn：0.2~3.0%、P：0.03%以下、S：0.005~0.10%、Ni：3.0%以下(包括0%)、Cr：5.0%以下(包括0%)、Mo：2.0%以下(包括0%)、W：1.0%以下(包括0%)、B：0.0050%以下(包括0%)、O：0.0050%以下、N：0.003~0.03%，且更含有：Al：0.005~0.2%、Ti：0.005~0.2%之1種或2種；及V：0.3%以下(包括0%)、Nb：0.3%以下(包括0%)中之1種或2種，而其餘部分實質上由鐵與不可避免之雜質組成之鋼進行零件成形，並在滲碳氮化處理後進行油或鹽類淬火，再進行高頻加熱，實施溫度小於40℃之水或聚合物淬火劑之淬火，使前述零件之最表面之N濃度為0.1~0.8質量百分比，且N濃度與C濃度之和為1.0~2.0質量百分比，表面之殘留沃斯田體量則小於15體積百分比，不完全淬火層距表面之深度小於5μm，且使表面之X光繞射半值寬為6.0度以上。
(5)如上述(4)之在高溫下具有優異之表面壓力疲勞強度之滲碳氮化高頻淬火鋼零件之製造方法，其中前述鋼之化學成分以質量百分比表示，更含有選自於由：Ca：0.0005~0.01%、Mg：0.0005~0.01%、Zr：0.0005~0.05%、Te：0.0005~0.1%所構成之群之1種或2種以上。
(6)如上述(4)或(5)之在高溫下具有優異之表面壓力疲勞強度之滲碳氮化高頻淬火鋼零件之製造方法，其中前述鋼零件係齒輪、無段變速器、等速接頭或輪轂之任一種。
圖式簡單說明
第1圖係顯示不完全淬火層深度與疲勞測試壽命之關 係者。
 較佳實施例之詳細說明
為利用滲碳氮化淬火處理以進而提昇表面壓力疲勞強度，接續於滲碳氮化處理後進行高頻淬火處理亦具效果。其理由則如以下(a)~(c)所述。
(a)習知滲碳氮化淬火僅可使表面之沃斯田體結晶粒度控制在8號左右，相對於此，接續於滲碳氮化後施以加熱溫度800℃~900℃之高頻淬火，即可製得沃斯田體結晶粒度10號以上之細粒。
(b)習知之滲碳氮化淬火係零件整體之淬火，故淬火時之冷媒由淬火變形抑制之觀點而言，不得不使用冷卻能力較小之油或鹽類。相對於此，高頻淬火係僅限於零件表層部之加熱，故不致淬火至芯部，因此有利於抑制淬火變形，故可採用冷卻能力較大之水冷方式，而減少表面不可避免生成之不完全淬火層。
另，先於高頻淬火而實施之滲碳氮化後之冷卻方法由變形抑制之觀點而言，宜採用水淬火以外之方法，諸如油淬火或鹽類淬火。
(c)同樣地，高頻淬火之冷卻能力較大而可進而抑制表面之殘留沃斯田體量，故滲碳氮化時之C量與N量可增加而增大軟化抵抗。
又，本發明人發現了以往認為有效之珠擊處理對於較以往更為高溫化(大於300℃~小於400℃)後之表面壓力疲勞 強度之提昇反而有害。以往認為加工硬化所致之硬度提高可提昇疲勞強度而為珠擊處理之效果之一。然，珠擊處理時，若於高溫(大於300℃~小於400℃)環境下進行，則已確認將較未施以珠擊處理時，反而更為降低表面壓力疲勞強度。本發明人認為其原因如下。
珠擊處理所達到之硬度係因加工變形所致之加工硬化、壓縮殘留應力之增加所致之硬化及加工誘發麻田散體變態所致之硬化而增加。然而，其等原因中，加工變形所致之加工硬化及壓縮殘留應力之增加所致之硬度增加部分，可推測對於在高溫(大於300℃~小於400℃)下之表面壓力疲勞強度之提昇並無助益。其理由則因大於300℃~小於400℃係較輕微之差排之移動可導致大部分之加工硬化及壓縮殘留應力將開放之溫度區之故。
因此，欲提昇高溫化(大於300℃~小於400℃)之表面壓力疲勞強度，本發明人認為加工硬化及壓縮殘留應力之影響已排除之組織本身，即麻田散體組織本身之硬度提昇甚為重要。
麻田散體組織之硬度對應差排密度，差排密度之大小則對應X光繞射半值寬，故測定X光繞射半值寬，即可測定麻田散體組織真正之硬度，但本發明人之調查顯示，採用珠擊處理將使X光繞射半值寬減少。其機制尚未確定，珠擊雖將導致加工誘發麻田散體變態，但推測因淬火而繼續生成之麻田散體組織之一部分可能已再結晶。
由以上之理由認為，珠擊處理所致之硬度提昇，在高 溫(大於300℃~小於400℃)下，無助於提昇表面壓力疲勞強度，卻反而降低表面壓力疲勞強度。因此，硬度作為表面壓力疲勞強度提昇之指標並不充分，較佳之指標認為應係表面之X光繞射半值寬。
進而，本發明人已確認在大於300℃~小於400℃之使用環境下之表面壓力疲勞強度受到表面性質狀態，特別是表面之不完全淬火層之程度之極大影響。
以往，表面性質狀態對疲勞強度之影響諸如「熱處理」(VOL.30,No.5PAGE.240-246,1990年)中所示，匯整成晶界氧化深度，但本發明人之調查顯示，重要者乃不完全淬火層之程度，測定表面之X光繞射半值寬，亦可推估不完全淬火層之程度。因此，由表面性質狀態之觀點而言，認為宜使用表面之X光繞射半值寬作為表面壓力疲勞強度提昇之指標。進而，亦發現上述不完全淬火層之深度小於5μm甚為重要。基於上述事實加以鑽研之結果，即完成本發明。
首先，就本發明之鋼零件較重要之製造步驟與組織之規定理由加以說明。
[滲碳氮化處理後業經高頻淬火處理之鋼零件]
一如前述，滲碳氮化處理後施以高頻淬火處理，可進而提昇表面壓力疲勞強度。為藉高頻淬火而使零件表面硬化，先行實施之滲碳氮化處理後之冷卻由變形抑制之觀點而言，宜採用冷卻速度較慢之油或鹽類淬火。若採用水等冷卻能力較高之淬火方式，則淬火時之熱處理變形將增大而不適用，反之，若採用冷卻速度較小之爐內冷卻方式， 則冷卻時Cr、Mo等將析出為碳化物而損耗，亦不適用。滲碳氮化處理時之全滲碳深度依零件之大小不同而有異，但小零件可以0.3mm以上為標準，大零件可以0.8mm以上為標準。
高頻淬火時之加熱方法無須採用特別之方法，一般方法即可。舉例言之，頻率在小零件時可為400kHz左右，大零件時則以5kHz為標準，加熱溫度則以800℃~900℃為標準。
淬火所使用之冷媒須在不超過使用溫度40℃之嚴格管理狀態下，使用水、聚合物淬火劑等水系而冷卻能力較大者。藉此，即可將表面之殘留沃斯田體量限制在小於15體積百分比，並將不完全淬火層之深度限制在小於5μm。
高頻淬火後，宜以一般滲碳淬火品或滲碳氮化淬火品為基準，施以150℃左右之低溫回火，以確保零件之韌性。
另，實際之鋼零件中，若為滲碳氮化處理後業經高頻淬火處理之鋼零件，則可藉由鋼零件取得微量樣品而於硝太蝕劑腐蝕後以光學顯微鏡觀察之組織分布、由表面至芯部之硬度分布及進而藉EPMA測定之表面至芯部之C分布及N分布而判別之。
[表面之N濃度為0.1~0.8質量百分比且N濃度與C濃度之和為1.0~2.0質量百分比]
零件之表面壓力疲勞強度係由表面或極淺之表面下部所決定，故表面之N濃度與C濃度甚為重要，由賦予軟化抵抗之觀點，將N濃度設為0.1~0.8質量百分比。此因N濃度若為0.1質量百分比以下，則軟化抵抗之賦予將不充分，若超過0.8質量百分比，則將因Ms點之降低導致表面之殘留沃斯 田體量無法限制在小於15體積百分比。上述N濃度之較佳範圍為0.5~0.8%。另，一般滲碳氮化處理所致之表面N濃度之目的在賦予淬火性，故通常為0.1質量百分比程度，高者亦僅為0.4%程度，目的與本發明不同。
又，表面之N濃度與C濃度之和設為1.0~2.0質量百分比。N濃度與C濃度之和為1.0質量百分比以下時，零件硬度將不足，雖宜超過1.4%，但若超過2.0質量百分比，將因Ms點之降低而使表面之殘留沃斯田體量極難以限制在15體積百分比以下，故本發明設定為1.0~2.0質量百分比。較佳之範圍則為1.4~2.0質量百分比。
[表面之殘留沃斯田體量小於15體積百分比]
表面之殘留沃斯田體將因使用條件下之表面壓力而發生加工誘發而發生麻田散體變態，或變化為低碳麻田散體與碳化物，而改變零件之形狀。表面之殘留沃斯田體量若為15體積百分比以上，則其形狀變化將導致表面壓力疲勞強度之劣化，故必須限制在小於15體積百分比。10體積百分比以下則更佳。為將沃斯田體量限制在小於15體積百分比，至少必須採用設成N濃度為0.8質量百分比以下，且N濃度與C濃度之和為2.0質量百分比以下之滲碳氮化處理。但，零件較小，或使用不超過後述之使用溫度40℃之水或聚合物淬火劑之淬火冷媒之噴射量對零件而言較大，且淬火時之冷卻速度較大時，沃斯田體量可能超過15質量百分比，故此時，必須在不超過40℃之範圍內略微調高淬火冷媒之使用溫度，減少噴射量，或於高頻淬火後施以深冷處 理等而進行調整。且，必須進行預備測試，以先確立將沃斯田體量限制在小於15體積百分比之條件。
[不完全淬火層距表面之深度小於5μm]
對鋼材施以滲碳淬火處理或滲碳氮化淬火處理時，在滲碳時將因由表面進入之氧與鋼材中之合金元素(Si、Mn、Cr等)結合導致合金元素之損耗，造成表層下10μm程度以上之領域淬火不足，該淬火不足之領域則泛稱為不完全淬火層。實施滲碳氮化處理與高頻淬火處理雙方，並在不超過使用溫度40℃之嚴格管理狀態下，使用水、聚合物淬火劑等水系而冷卻能力較大者作為上述之淬火所使用之冷媒進行淬火，即可藉淬火時之冷卻速度之增加，將不完全淬火層距表面之深度限制在小於5μm。
本發明人之調查顯示，如第1圖所示，發現不完全淬火層之深度以5μm為界，若為小於5μm，則表面壓力疲勞強度將大幅提昇。詳細觀察疲勞強度測試後之零件，可知不完全淬火層之深度為5μm以上時，連接於表面之結晶粒個別之約半周以上為不完全淬火層所包圍，故使用時，上述結晶粒容易發生剝離。另，晶界氧化深度即便超過5μm，在表面壓力疲勞強度亦無妨礙。
[表面之X光繞射半值寬為6.0度以上]
X光繞射半值寬若為6.0度以下，則無法獲得充分之表面壓力疲勞強度，設成6.0度以上，即可獲致優於以往之表面壓力疲勞強度，故設成6.0以上。X光繞射半值寬為6.0度，相當於珠擊處理所致之加工硬化與未賦予壓縮殘留應力時 之常溫硬度55HRC程度，而設為獲致表面壓力疲勞強度之下限。6.2度以上則較佳。
為實現以上目的，至少必須接續表面之N濃度與C濃度之和為1.0~2.0質量百分比之滲碳氮化處理，而進行冷媒使用不超過使用溫度40℃之水或聚合物淬火劑之高頻淬火處理。但，零件較大，或淬火冷媒之噴射量對於零件而言較小時，可能因淬火時之冷卻速度不足而使X光半值寬為6.0度以下，故此時，可降低冷媒之使用溫度或增加噴射量等而進行調整。且，必須進行預備測試，以先確立達到6.0度以上，6.2度以上為更佳之條件。另，上述淬火冷媒之條件須為同時可達成上述之表面之殘留沃斯田體量小於15體積百分比以下之條件。
在此，所謂X光繞射半值寬，係指使用微小部X光殘留應力測定裝置(Cr管球)在60秒之間測定α-Fe之(211)面所得之峰值之半值寬。
另，零件被要求之彎曲疲勞強度較高等，而須進行珠擊處理時，須限於弧形高度0.3mmA程度之輕微珠擊處理，而確保X光繞射半值寬在6.0度以上。
又，本發明之滲碳氮化高頻淬火零件在高頻淬火處理後，即便進而進行深冷處理、回火處理、WPC處理、滾筒抛光處理、磨齒處理、搪磨完工加工等追加處理，凡表面之殘留沃斯田體量與X光繞射半值寬尚在發明之範圍內，即不致對效果造成任何妨礙。
其次，就本發明之鋼之化學成分之規定理由加以說 明。另，此所記載之%係指質量百分比。
C：0.05~0.8%
C係用以獲致鋼之強度之重要元素，但藉添加Mn或Cr等淬火性提昇元素，則可被替代，故0.005%以上即可。因此，本發明中，C量之下限設成0.005%。然而，其含量若超過0.8%，將明顯損及零件製作時之切削性及鍛造性，故上限設成0.8%以下。最佳之添加量則為0.1~0.6%。
Si：2.0%以下
Si亦可不添加，或添加不可避免之雜質程度。若添加，具有可藉提昇淬火層之軟化抵抗而提昇表面壓力疲勞強度之效果。為獲致上述效果，宜添加0.2%以上。然而，若超過2.0%，則鍛造時之脫碳將趨明顯，故以2.0%為上限。最佳添加量則為0.2~2.0%。
Mn：0.2~3.0%
Mn係可有效提昇淬火性之元素，且亦為可有效提昇軟化抵抗之元素。為獲致上述效果，須添加0.2%以上。然而，若添加超過3.0%，則鋼材製造時將過硬而有損棒狀鋼裁切性等，故以3.0%為上限。最佳添加量則為0.2~2.0%。
P：0.03%以下
P係作為不可避免之雜質而存在，將朝晶界偏析而降低韌性，故須極力降低其含量，而須限制在0.03%以下。
S：0.005~0.10%
S由切削性之觀點而言，須為0.005%以上。因此，本發明中，將S量之下限設為0.005%。然而，若超過0.10%，則 有損鍛造性，故以0.10%為上限。最佳添加量則為0.01~0.03%。
Ni：3.0%以下(包括0%)
Ni亦可不添加。若添加則具有進而提昇韌性之效果。為獲致上述效果，宜設為0.2%以上。然而，若超過3.0%則切削性將劣化，故以3.0%為上限。最佳添加量則為0.2~2.0%。
Cr：5.0%以下(包括0%)
Cr亦可不添加，若添加則具有提昇淬火層之軟化抵抗，而提昇表面壓力疲勞強度之效果。為獲致上述效果，宜設為0.2%以上。但，若超過5.0%將損及切削性，故以5.0%為上限。最佳添加量則為0.2~2.0%。
Mo：2.0%以下(包括0%)
Mo亦可不添加，若添加則具有提昇淬火層之軟化抵抗，而提昇表面壓力疲勞強度之效果，且具使淬火層強韌化而提昇彎曲疲勞強度之效果。為獲致上述效果，宜設成0.01%以上。但，若超過2.0%則添加之效果亦飽和而有損經濟性，故以2.0%為上限。最佳之上限則為0.7%。
W：1.0%以下(包括0%)
W亦可不添加。若添加則具有提昇淬火層之軟化抵抗，而提昇表面壓力疲勞強度之效果。為獲致上述效果，宜設成0.1%以上。但，若超過1.0%則切削性將劣化，故以1.0%為上限。最佳添加量則為0.1~0.4%。
B：0.0050%以下(包括0%)
B亦可不添加。若添加則有助淬火性之提昇。為獲致上述效果，宜設成0.0006%以上。但，若超過0.0050%，其效果亦將飽和，故以0.0050%為上限。最佳添加量則為0.0006~0.0040%。
O：0.0050以下%
O係作為氧化鋁或氧化鈦等氧化物系夾雜物而存在於鋼中，O若增多則上述氧化物將大型化，因此導致傳動零件之破損，故須限制在0.0050%以下。愈少愈好，故宜為0.0020%以下，進而，欲達到高壽命時，則宜為0.0015%以下。
N：0.003~0.03%
N可形成各種氮化物而有助於高頻淬火處理時之沃斯田體組織之細粒化，故須為0.003%以上。然而，若超過0.03%，則將明顯損及鍛造性，故以0.03%為上限。最佳添加量則為0.003~0.02%。
Al：0.005~0.2%、Ti：0.005~0.2%中之1種或2種
Al、Ti可作為氮化物而析出分散於鋼中，藉此有效幫助高頻淬火處理時之沃斯田體量組織之細粒化，故Al、Ti中之1種或2種分別須為0.005%以上。然而，若分別超過0.2%，則析出物將粗大化而而使鋼脆化，故分別以0.2%為上限。最佳添加量則為添加0.005~0.05%之Al。
V：0.3%以下(包括0%)、Nb：0.3%以下(包括0%)中之1種或2種
V、Nb亦可不添加，但若添加，則可藉V、Nb作為氮化物而析出分散於鋼中，有效幫助高頻淬火處理時之沃斯 田體量組織之細粒化。為發揮上述效果，須添加V、Nb中1種或2種分別0.01%以上。然而，若分別添加超過0.3%，則其效果亦將飽和而有損經濟性，故分別以0.3%為上限。最佳添加量則為添加0.1~0.2%之V。
Ca：0.0005~0.01%、Mg：0.0005~0.01%、Zr：0.0005~0.05%、Te：0.0005~0.1%所組成範圍中選出之1種或2種以上
進而，零件亦被要求彎曲疲勞強度之提昇時，可添加以下含量之Ca、Mg、Zr、Te所組成範圍中選出之1種或2種，該等成分係對於齒輪之彎曲疲勞破壞及軸零件之栓槽底部之疲勞破壞，可抑制MnS之延伸，進而提昇彎曲疲勞強度之元素。即，為賦予MnS之延伸抑制效果，可含有Ca為0.0005~0.01%、Mg為0.0005~0.01%、Zr為0.0005~0.05%及Te為0.0005~0.1%所組成範圍中選出之至少1種以上。然而，各元素若含量超過上述之量，其效果亦將飽和而有損經濟性，故以上述之量為上限。
又，以上所規定之化學成分以外，在不損及本發明效果之範圍內，亦可含有Sn、Zn、Rem、Pb、Sb等。
實施例
以下藉實施例具體說明本發明。
就具有表1所示之化學組成之各鋼材施以鍛造與退火後，藉機械加工製作用於軋輥壓凹疲勞測試片之直徑26mm、寬28mm之具有圓筒部之小輥軋測試片2個，直徑130mm、寬18mm之大輥軋測試片1個。然後，就上述小輥 軋測試片與上述大輥軋測試片實施表2所示之以下處理。
就No.1~No.17施以滲碳氮化處理(950℃×5小時之RX氣體滲碳→850℃×4小時之氨與RX氣體之滲碳氮化→油淬火)。高頻淬火時之冷媒則如表2之高頻淬火時之冷卻方法所示，使用淡水或聚乙烯吡咯烷酮系聚合物淬火劑。然後，在180℃下進行90分鐘之回火處理，以供疲勞測試之用。
就No.18進行滲碳氮化處理(950℃×5小時之RX氣體滲碳→850℃×4小時之氨與RX氣體之滲碳氮化→油淬火)後，再進行180℃下90分鐘之回火處理，以供疲勞測試之用。
就No.19進行滲碳處理(950℃×5小時之RX氣體滲碳→油淬火)與接續之高頻淬火(頻率100kHz、加熱溫度850℃)。高頻淬火時之冷媒係使用表2所示之高頻淬火時之冷卻方法所示之淡水。然後，再進行180℃下90分鐘之回火處理，以供疲勞測試之用。
就No.20進行滲碳氮化處理(950℃×5小時之RX氣體滲碳→850℃×4小時之氨與RX氣體之滲碳氮化→油淬火)與接續之高頻淬火(頻率100kHz、加熱溫度850℃)。高頻淬火時之冷媒係使用表2所示庂高頻淬火時之冷卻方法所示之淡水或聚乙烯吡咯烷酮系聚合物淬火劑。然後，再接續進行180℃下90分鐘之回火處理，並進行弧形高度1.0mmA(使用ψ0.8mm鋼球)之珠擊處理，以供疲勞測試之用。
使用上述已製作之大輥軋測試片1個與小輥軋測試片2個進行軋輥壓凹疲勞測試。軋輥壓凹疲勞測試係對小輥軋測試片以赫茲應力4000MPa之表面壓力壓抵大輥軋測試 片，而使接觸部之兩輥軋測試片之周速方向為同一方向，並使滑移率為-40%(大輥軋測試片之接觸部之周速較小輥軋測試片大40%)而使其等旋轉，而以小輥軋測試片產生壓凹為止之小輥軋測試片之旋轉數為壽命。對前述接觸部供給之齒輪油之油溫為90℃而流量為每分鐘2公升，以使測試時之磨擦熱使小輥軋測試片之表面溫度為350℃。壓凹產生之檢知係由裝設於測試器之振動計進行之，檢知振動後即停止兩輥軋測試片之旋轉，確認壓凹之產生與旋轉數。輥軋測試片之材質調查則使用未進行上述之軋輥壓凹疲勞測試之殘餘之小輥軋測試片，依以下之要領進行之。表面之N濃度及C濃度則藉朝垂直方向裁切測試片之周面，並實施裁切面之鏡面研磨後，再藉EPMA進行最表面之分析。殘留沃斯田體量與X光繞射半值寬已藉X光法直接測定周面。不完全淬火層距表面之深度則藉朝垂直方向裁切測試片之周面，並經裁切面之鏡面研磨後，乃進行蝕刻以辨識測定不完全淬火組織。沃斯田體結晶粒度編號則藉垂直地裁切測試片之周面，並經裁切面之鏡面研磨後，乃就極接近裁切面之周面之部分以JIS G 0551為標準進行測定。其結果顯示於表2。
如表2所示，本發明例之No.1~No.14之輥軋測試片壽命為1000萬次以上，明顯具有優異之壓凹疲勞強度(表面壓力疲勞強度)。
相對於此，高頻淬火時之自來水之溫度不符建議之小於40℃之比較例之No.15之疲勞測試壽命為8,152,000次而 較短。此可推論係水溫較高而使淬火時之冷卻速度降低所致，而無法將表面之殘留沃斯田體限制在小於15體積百分比，且表面之X光繞射半值寬未達6.0度以上，而有此結果。
表面之N濃度不符本發明所規定之成分範圍之比較例No.16之疲勞測試壽命為8,068,000次而較短。此可推論係因N濃度較高而使Ms點降低所致，而無法將表面之殘留沃斯田體限制在小於15體積百分比，故有此結果。
表面之N濃度與C濃度之和不符本發明所規定之成分範圍之比較例No.17之疲勞測試壽命為5,663,000次而較短。此可推論係因N濃度與C濃度之和較高，造成Ms點降低所致，而無法將表面之殘留沃斯田體限制在小於15體積百分比，且表面之X光繞射半值寬未達6.0度以上，而有此結果。
滲碳氮化後未進行高頻淬火之比較例No.18之疲勞測試壽命為612,000次而極短。此可推論係因未進行高頻淬火而使淬火時之冷卻速度較慢所致，且不完全淬火層之深度為5μm以上，而有此結果。
未進行氮化之No.19之疲勞測試壽命為773,000次而極短。此可推論壽命較短之原因係未進行氮化而造成回火軟化抵抗不足所致。
業經珠擊之No.20之疲勞測試壽命為7,655,000次而較低。此可推論係因珠擊處理使X光繞射半值寬降低所致。
產業上之可利用性
本發明可提供一種具有較高表面壓力疲勞強度之滲碳氮化高頻淬火鋼零件，特別是一種適用於汽車等之傳動零件、具有較高之表面壓力疲勞強度之齒輪、無段變速器、等速接頭、輪轂等之零件，因此而相當有助於汽車之高輸出化及低成本化等。
第1圖係顯示不完全淬火層深度與疲勞測試壽命之關係者。

Claims (6)

  1. 一種在高溫下具有優異之表面壓力疲勞強度之滲碳氮化高頻淬火鋼零件，係由化學成分以質量百分比表示，含有以下成分：C：0.05~0.8%、Si：2.0%以下、Mn：0.2~3.0%、P：0.03%以下、S：0.005~0.10%、Ni：3.0%以下(包括0%)、Cr：5.0%以下(包括0%)、Mo：2.0%以下(包括0%)、W：1.0%以下(包括0%)、B：0.0050%以下(包括0%)、O：0.0050以下%、N：0.003~0.03%，且更含有：Al：0.005~0.2%、Ti：0.005~0.2%之1種或2種；及V：0.3%以下(包括0%)、Nb：0.3%以下(包括0%)中之1種或2種，而其餘部分實質上由鐵與不可避免之雜質組成之鋼所構成，並且在滲碳氮化處理後經高頻淬火處理而成之鋼零件，表面之N濃度為0.1~0.8質量百分比，且N濃 度與C濃度之和為1.0~2.0質量百分比，表面之殘留沃斯田體量小於15體積百分比，不完全淬火層距表面之深度小於5μm，又，表面之X光繞射半值寬為6.0度以上。
  2. 如申請專利範圍第1項之在高溫下具有優異之表面壓力疲勞強度之滲碳氮化高頻淬火鋼零件，其中前述鋼之化學成分以質量百分比表示，更含有選自於由：Ca：0.0005~0.01%、Mg：0.0005~0.01%、Zr：0.0005~0.05%、Te：0.0005~0.1%所構成之群之1種或2種以上。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之在高溫下具有優異之表面壓力疲勞強度之滲碳氮化高頻淬火鋼零件，其中前述鋼零件係齒輪、無段變速器、等速接頭或輪轂之任一種。
  4. 一種在高溫下具有優異之表面壓力疲勞強度之滲碳氮化高頻淬火鋼零件之製造方法，係使用化學成分以質量百分比表示，含有以下成分：C：0.005~0.8%、Si：2.0%以下、Mn：0.2~3.0%、P：0.03%以下、S：0.005~0.10%、Ni：3.0%以下(包括0%)、Cr：5.0%以下(包括0%)、Mo：2.0%以下(包括0%)、 W：1.0%以下(包括0%)、B：0.0050%以下(包括0%)、O：0.0050%以下、N：0.003~0.03%，且更含有：Al：0.005~0.2%、Ti：0.005~0.2%中之1種或2種；及V：0.3%以下(包括0%)、Nb：0.3%以下(包括0%)中之1種或2種，而其餘部分實質上由鐵與不可避免之雜質組成之鋼進行零件成形，並在滲碳氮化處理後進行油或鹽類淬火，再進行高頻加熱，實施小於溫度40℃之水或聚合物淬火劑之淬火，使前述零件之最表面之N濃度為0.1~0.8質量百分比，且N濃度與C濃度之和為1.0~2.0質量百分比，表面之殘留沃斯田體量則小於15體積百分比，不完全淬火層距表面之深度小於5μm，且使表面之X光繞射半值寬為6.0度以上。
  5. 如申請專利範圍第4項之在高溫下具有優異之表面壓力疲勞強度之滲碳氮化高頻淬火鋼零件之製造方法，其中前述鋼之化學成分以質量百分比表示，更含有選自於由：Ca：0.0005~0.01%、Mg：0.0005~0.01%、Zr：0.0005~0.05%、Te：0.0005~0.1%所構成之群之1種或2種以上。
  6. 如申請專利範圍第4或5項之在高溫下具有優異之表面壓力疲勞強度之滲碳氮化高頻淬火鋼零件之製造方法，其中前述鋼零件係齒輪、無段變速器、等速接頭或輪轂之任一種。
TW097140648A 2007-10-24 2008-10-23 在高溫下具有優異之表面壓力疲勞強度之滲碳氮化高頻淬火鋼零件及其製造方法 TWI399441B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007276887 2007-10-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200925286A TW200925286A (en) 2009-06-16
TWI399441B true TWI399441B (zh) 2013-06-21

Family

ID=40579631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW097140648A TWI399441B (zh) 2007-10-24 2008-10-23 在高溫下具有優異之表面壓力疲勞強度之滲碳氮化高頻淬火鋼零件及其製造方法

Country Status (10)

Country Link
US (1) US8328956B2 (zh)
EP (1) EP2218799B1 (zh)
JP (1) JP5251868B2 (zh)
KR (1) KR101129370B1 (zh)
CN (1) CN101652494B (zh)
BR (1) BRPI0807878B1 (zh)
PL (1) PL2218799T3 (zh)
RU (1) RU2437958C1 (zh)
TW (1) TWI399441B (zh)
WO (1) WO2009054530A1 (zh)

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110041959A1 (en) * 2008-12-19 2011-02-24 Atsushi Mizuno Steel for machine structure use for surface hardening and steel part for machine structure use
WO2010082685A1 (ja) 2009-01-16 2010-07-22 新日本製鐵株式会社 表面硬化用機械構造用鋼及び機械構造用部品
US20110002807A1 (en) * 2009-01-16 2011-01-06 Nippon Steel Corporation Steel for induction hardening
KR101474627B1 (ko) 2010-03-30 2014-12-18 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 고주파 켄칭용 강, 고주파 켄칭용 조형재, 그 제조 방법 및 고주파 켄칭 강 부품
US20120318408A1 (en) * 2010-04-19 2012-12-20 Shuji Kozawa Steel part excellent in temper softening resistance
JP5541048B2 (ja) * 2010-09-29 2014-07-09 新日鐵住金株式会社 耐ピッチング性に優れた浸炭窒化鋼部品
CN102443740B (zh) * 2010-10-14 2013-10-09 宝山钢铁股份有限公司 一种合金氮化钢及其制造方法
CN102803539B (zh) 2010-12-08 2014-12-03 新日铁住金株式会社 面疲劳强度优异的气体渗碳钢部件、气体渗碳用钢材以及气体渗碳钢部件的制造方法
JP5597563B2 (ja) 2011-02-01 2014-10-01 新日鐵住金株式会社 窒化用鋼および窒化部品
US9303302B2 (en) * 2011-05-25 2016-04-05 Kobe Steel, Ltd. Steel with excellent rolling-contact fatigue properties
KR101327136B1 (ko) * 2011-09-19 2013-11-07 기아자동차주식회사 고강도 변속기기어 및 그 제조방법
CN102392192B (zh) * 2011-11-01 2012-12-05 南京钢铁股份有限公司 一种80mm厚低压缩比海洋工程用钢板及其制造方法
JP5716640B2 (ja) * 2011-11-21 2015-05-13 新日鐵住金株式会社 熱間鍛造用圧延棒鋼
US9587288B2 (en) 2012-03-30 2017-03-07 Kobe Steel, Ltd. Gear having excellent seizing resistance
FR2991341A1 (fr) * 2012-06-01 2013-12-06 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede d'enrichissement thermochimique avec trempe par induction.
ES2690085T3 (es) * 2012-11-05 2018-11-19 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Acero de baja aleación para productos tubulares para pozos de petróleo con excelente resistencia al agrietamiento bajo tensión por sulfuro, y método de fabricación del mismo
WO2015156374A1 (ja) * 2014-04-11 2015-10-15 日本精工株式会社 ピニオンシャフト及びその製造方法
JP6314648B2 (ja) * 2014-05-16 2018-04-25 新日鐵住金株式会社 表面硬化処理部品及び表面硬化処理部品の製造方法
CN106661691B (zh) * 2014-07-29 2018-07-24 新日铁住金株式会社 碳氮共渗轴承用钢
KR101928680B1 (ko) * 2014-09-02 2018-12-12 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 비조질형 연질화 부품
RU2556442C1 (ru) * 2014-10-21 2015-07-10 Юлия Алексеевна Щепочкина Сталь
JP6447064B2 (ja) * 2014-11-28 2019-01-09 新日鐵住金株式会社 鋼部品
KR101655181B1 (ko) 2015-01-20 2016-09-07 현대자동차 주식회사 고강도 강 및 기어 제조 방법
KR101685486B1 (ko) * 2015-04-14 2016-12-13 현대자동차주식회사 내구성을 향상시킨 침탄 합금강 및 이의 제조방법
KR101705168B1 (ko) * 2015-04-20 2017-02-10 현대자동차주식회사 내구성이 향상된 침탄 합금강 및 이의 제조방법
CN104946991A (zh) * 2015-05-14 2015-09-30 机械科学研究院浙江分院有限公司 一种高温快速渗碳汽车用齿轮钢
CN104928588A (zh) * 2015-05-14 2015-09-23 机械科学研究院浙江分院有限公司 一种高温渗碳钢及熔炼方法
CA2982511A1 (en) 2015-06-17 2016-12-22 Inventio Ag Elevator system having a pulley, the contact surface of which has an anisotropic structure
CN105385817A (zh) * 2015-11-12 2016-03-09 芜湖天金机械有限公司 提高切削性能的万向节球壳正火工艺
JP6605118B2 (ja) 2016-03-08 2019-11-13 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 鋼部品、歯車部品および鋼部品の製造方法
CN106282725A (zh) * 2016-08-15 2017-01-04 合肥万向钱潮汽车零部件有限公司 一种汽车轮毂材料配方
WO2019026909A1 (ja) * 2017-08-03 2019-02-07 アイシン精機株式会社 鋼部品の製造方法および鋼部品
US10760150B2 (en) 2018-03-23 2020-09-01 General Electric Company Martensitic alloy component and process of forming a martensitic alloy component
JP7261385B2 (ja) * 2018-12-26 2023-04-20 大同特殊鋼株式会社 構造用部材及びその製造方法
KR20220039011A (ko) 2020-09-21 2022-03-29 현대자동차주식회사 기어용 강재 및 이를 이용한 기어 제조방법
WO2023080064A1 (ja) * 2021-11-04 2023-05-11 Ntn株式会社 軸部材及び転がり軸受
JP2023068855A (ja) * 2021-11-04 2023-05-18 Ntn株式会社 軸部材
EP4455344A4 (en) 2021-12-22 2025-07-30 Posco Co Ltd STEEL MATERIAL FOR HOT FORMING, HOT FORMED PART AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF
CN114807764B (zh) * 2022-04-29 2023-03-28 东风商用车有限公司 重型变速箱齿轮用高镍高钼渗碳钢、热处理和渗碳方法
CN117089771B (zh) * 2023-10-19 2023-12-15 北京科技大学 镁碲复合微合金化齿轮钢
FR3156804A1 (fr) * 2023-12-18 2025-06-20 Safran Procédé de traitement thermique de pièces de transmission de puissance, notamment pour turbomachine d’aéronef

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5545267A (en) * 1993-03-12 1996-08-13 Nippon Steel Corporation Steel product for induction-hardened shaft component and shaft component using the same
US20040256029A1 (en) * 2003-03-11 2004-12-23 Komatsu Ltd. Rolling element and method of producing the same
TW200702443A (en) * 2005-05-31 2007-01-16 Kobe Steel Ltd High Cr cast iron having excellent fatigue crack resistance and the manufacturing method thereof
TW200710227A (en) * 2005-07-05 2007-03-16 Jfe Steel Corp Steel material for mechanical structure excellent in strength, ductility and toughness and manufacturing method thereof
TW200730641A (en) * 2006-02-15 2007-08-16 Yuki Koshuha Kabushiki Kaisha Nitriding and quenching product and preparation thereof

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU863706A1 (ru) * 1979-05-03 1981-09-15 Научно-исследовательский институт металлургии Сталь
SU1211333A1 (ru) * 1983-07-05 1986-02-15 Научно-исследовательский институт автотракторных материалов Конструкционна сталь
SU1305193A1 (ru) * 1985-11-10 1987-04-23 Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им.И.П.Бардина Сталь
RU2009262C1 (ru) * 1992-09-24 1994-03-15 Скворцов Александр Иванович Сталь
JP3701036B2 (ja) 1993-12-27 2005-09-28 株式会社神戸製鋼所 高強度歯車
JP3483093B2 (ja) * 1996-09-26 2004-01-06 日産自動車株式会社 トロイダル式無段変速機用転動体およびその製造方法
JP3521190B2 (ja) * 1999-09-16 2004-04-19 三菱製鋼室蘭特殊鋼株式会社 浸炭及び浸炭窒化処理用高強度クロム鋼
JP2001181785A (ja) * 1999-12-20 2001-07-03 Ntn Corp 動力伝達部品および駆動装置ならびに動力伝達部品の製造方法
JP2003055711A (ja) * 2001-08-16 2003-02-26 Mazda Motor Corp 鋼部材の表面処理方法およびその焼入れ部品
JP4229609B2 (ja) * 2001-12-25 2009-02-25 新日本製鐵株式会社 浸炭焼入歯車及びその製造方法
JP4390576B2 (ja) * 2003-03-04 2009-12-24 株式会社小松製作所 転動部材
JP4359548B2 (ja) * 2004-09-22 2009-11-04 Ｊｆｅ条鋼株式会社 Ｂｎ系快削鋼
JP2006292139A (ja) 2005-04-14 2006-10-26 Nsk Ltd ピニオンシャフト及びその製造方法並びにプラネタリギヤ装置
JP2007182926A (ja) * 2006-01-06 2007-07-19 Ntn Corp 針状ころ軸受用軌道部材の製造方法、針状ころ軸受用軌道部材および針状ころ軸受
JP2008020003A (ja) * 2006-07-13 2008-01-31 Ntn Corp 軌道部材の製造方法、動弁装置の製造方法および軌道部材

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5545267A (en) * 1993-03-12 1996-08-13 Nippon Steel Corporation Steel product for induction-hardened shaft component and shaft component using the same
US20040256029A1 (en) * 2003-03-11 2004-12-23 Komatsu Ltd. Rolling element and method of producing the same
TW200702443A (en) * 2005-05-31 2007-01-16 Kobe Steel Ltd High Cr cast iron having excellent fatigue crack resistance and the manufacturing method thereof
TW200710227A (en) * 2005-07-05 2007-03-16 Jfe Steel Corp Steel material for mechanical structure excellent in strength, ductility and toughness and manufacturing method thereof
TW200730641A (en) * 2006-02-15 2007-08-16 Yuki Koshuha Kabushiki Kaisha Nitriding and quenching product and preparation thereof

Also Published As

Publication number Publication date
TW200925286A (en) 2009-06-16
CN101652494A (zh) 2010-02-17
BRPI0807878B1 (pt) 2017-12-05
WO2009054530A1 (ja) 2009-04-30
RU2437958C1 (ru) 2011-12-27
EP2218799A4 (en) 2014-03-12
EP2218799A1 (en) 2010-08-18
PL2218799T3 (pl) 2016-06-30
KR20090121308A (ko) 2009-11-25
KR101129370B1 (ko) 2012-03-26
JP5251868B2 (ja) 2013-07-31
EP2218799B1 (en) 2016-01-13
US20100139811A1 (en) 2010-06-10
BRPI0807878A2 (pt) 2014-06-17
JPWO2009054530A1 (ja) 2011-03-10
CN101652494B (zh) 2012-10-24
US8328956B2 (en) 2012-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI399441B (zh) 在高溫下具有優異之表面壓力疲勞強度之滲碳氮化高頻淬火鋼零件及其製造方法
CN105026602B (zh) 高频淬火构件的半成品及其制造方法
US5595613A (en) Steel for gear, gear superior in strength of tooth surface and method for producing same
JP5958652B2 (ja) 面疲労強度に優れる軟窒化高周波焼入れ鋼部品
CN104220621B (zh) 耐咬合性优异的齿轮
EP2436795A1 (en) Carburized component and manufacturing method therefor
CN102859023B (zh) 高频淬火用钢、高频淬火用粗型材、其制造方法及高频淬火钢部件
WO2006118243A1 (ja) 浸炭高周波焼入部品
JP7152832B2 (ja) 機械部品
JP2001073072A (ja) 耐ピッチング性に優れた浸炭窒化部品
JP4102866B2 (ja) 歯車の製造方法
JP2021006660A (ja) 鋼部品およびその製造方法
JP7270343B2 (ja) 機械部品の製造方法
JP3006034B2 (ja) 面圧強度にすぐれた高強度機械構造用部材
JP4798963B2 (ja) 高強度歯車およびその製造方法
TW201809309A (zh) 面疲勞強度及撓曲疲勞強度優異的滲碳氮化零件及其製造方法
JP4757831B2 (ja) 高周波焼入れ部品およびその製造方法
JP2002212672A (ja) 鋼部材
JP4970811B2 (ja) 高面圧用部品とその製造方法
JP4835367B2 (ja) 浸炭部品または浸炭窒化部品
JP2021006659A (ja) 鋼部品およびその製造方法
JP3607583B2 (ja) 動力伝達部品用鋼および動力伝達部品
JP4821582B2 (ja) 真空浸炭歯車用鋼
JP3541013B2 (ja) 優れた接触疲労特性を有する動力伝達部品用鋼
JPH08174340A (ja) 面疲労強度に優れた機械構造用部品およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees