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，更具體地涉及通過實施真空滲碳處理而制造的滲碳部件。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了提高機械部件的彎曲疲勞強度、耐磨耗性，對機械部件實施表面硬化處理。例 如，對于作為汽車的變速器使用的齒輪、帶式無級變速器（CVT)用滑輪，作為表面硬化處 理，有時實施滲碳淬火處理。
[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，在通過真空滲碳處理所制造的滲碳部件中，各部中的碳濃度有時不均。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 量滲碳。在發(fā)生過量滲碳的邊緣部中，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，因此，邊緣部的彎曲疲勞強度有時降低。
[0005] 國際公開第2009/131202號（專利文獻1)、日本特開2007-291486號公報（專利 文獻2)、日本特開2006-349055號公報（專利文獻3)、日本特開2000-129418號公報（專 利文獻4)、日本特開2008-81781號公報（專利文獻5)和日本特開2009-57597號公報（專 利文獻6)提出了真空滲碳處理的改善策略。
[0006] 具體而言，專利文獻1目的是抑制滲碳部件的大致整個表面的表面碳濃度的不 均。在專利文獻1公開的真空滲碳處理中，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，對滲 碳部件實施高頻加熱，實施水淬火。
[0007] 專利文獻2的目的是抑制邊緣部的過量滲碳。在專利文獻2公開的真空滲碳處 理中，鋼材的化學(xué)組成按質(zhì)量％計含有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。總之，專利文獻 2 中，提高Si含量，減低Cr含量，抑制邊緣部的過量滲碳。
[0008] 專利文獻3也提出了實施真空滲碳處理，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3中，對位于齒根附近的應(yīng)力集中部分實施倒角（chamfering)加 工，此后實施真空滲碳處理。
[0009] 專利文獻4的目的是抑制滲碳不均的發(fā)生。專利文獻4中，實施真空滲碳處理之 后，將鋼部件冷卻到Ar 3相變點以下。此后，將鋼部件再加熱至奧氏體化溫度區(qū)，實施淬火。 在專利文獻4的圖2中，上述冷卻時的冷卻速度為2°C /秒。
[0010] 專利文獻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5中，在擴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5的圖4和圖6中，正火工序時的冷卻速度為I. 5°C / 秒。
[0011] 專利文獻6的目的是提供抑制粗大滲碳體的殘留，提尚耐點蝕性（pitting resistance)的齒輪。在專利文獻6中，齒輪的化學(xué)組成按質(zhì)量％計含有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點以上，實施真空滲碳處理，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、點以下的溫度。
[0012] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0013] 專利文獻
[0014] 專利文獻1 :國際公開第2009/131202號
[0015] 專利文獻2 :日本特開2007-291486號公報
[0016] 專利文獻3 :日本特開2006-349055號公報
[0017] 專利文獻4 :日本特開2000-129418號公報
[0018] 專利文獻5 :日本特開2008-81781號公報
[0019] 專利文獻6 :日本特開2009-57597號公報
[0020] 專利文獻7 :日本特開2008-223060號公報
[0021] 然而，專利文獻1的通過真空滲碳處理而制造的滲碳部件的碳濃度由于較低，彎 曲疲勞強度有可能較低。另外，如專利文獻2公開的化學(xué)組成那樣，如果Si含量過高或者 Cr含量過低，則彎曲疲勞強度有可能變低。另外，如專利文獻3中公開的齒根附近的倒角加 工是非常困難的。此外，即使在實施倒角加工的情況下，彎曲疲勞強度也有可能較低。
[0022] 此外，在實施專利文獻4和專利文獻5的真空滲碳處理的情況下，滲碳體變得粗 大，彎曲疲勞強度有可能較低。
[0023] 專利文獻6的齒輪由于Si含量過高，彎曲疲勞強度有時較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024] 本發(fā)明的目的是提供實施真空滲碳處理而制造的、邊緣部和平坦部的彎曲疲勞強 度優(yōu)異的滲碳部件。
[0025] 本實施方式的滲碳部件是對鋼材實施真空滲碳處理而制造的。滲碳部件的表面包 括頂點部、邊緣部和平坦部。頂點部包括由3個以上的面形成的頂點和距離頂點Imm以內(nèi) 的表面部分。邊緣部是如下的表面部分：距離上述頂點超過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部和邊緣部以外的表面部分。鋼材按質(zhì)量％計含有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 為0. 7 %以上且低于I. 0 %。從邊緣部起至深度80 μ m的邊緣表層部內(nèi)的滲碳體的長度為 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] 本實施方式的滲碳部件中，邊緣部和平坦部的彎曲疲勞強度優(yōu)異。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本實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內(nèi)的滲碳體的長度與4點彎曲疲勞強 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)彎曲疲勞強度 的關(guān)系圖。
[0033] 圖6所示為本實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為實施例中使用的小野式旋轉(zhuǎn)彎曲試驗片的側(cè)面圖。
【具體實施方式】
[0035] 以下參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。圖中相同或相當(dāng)部分給與相同的附圖 標(biāo)記，并省略其說明。
[0036] 本發(fā)明人對于實施真空滲碳處理而制造的滲碳部件的彎曲疲勞強度進行了調(diào)查 和研宄，獲得了以下的認(rèn)識。
[0037] (A)實施了真空滲碳處理的滲碳部件的表面包括頂點部、平坦部和邊緣部時，邊緣 部容易發(fā)生過量滲碳。
[0038] 在滲碳部件的表面中，頂點部包括由3個以上的面形成的頂點和距離頂點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定義。在滲碳部件的表面中，著眼于上述 頂點部以外（即距離頂點超過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、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，該部分也是平坦部。
[0044] 如圖1所示，假定滲碳部件100為4點彎曲試驗片的情況。著眼于滲碳部件100 的表面中的距離頂點10超過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上的任意的點定義為"點Pc"。點Pc位于距離由3個 以上的面形成的頂點10超過Imm的邊上。
[0046]