滲碳部件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及滲碳部件，尤其設(shè)及具有有序晶粒結(jié)構(gòu)的滲碳部件，其中在該晶粒結(jié) 構(gòu)中，晶粒的尺寸均一。
【背景技術(shù)】
[0002] 例如，對(duì)于用在汽車中的齒輪、軸承部件和轉(zhuǎn)軸之類的機(jī)械部件，通常將JIS鋼種 (如SCr420)加工為部件形狀，然后通過(guò)滲碳硬化對(duì)其進(jìn)行表面硬化處理W改善耐磨性、疲 勞強(qiáng)度等從而加W使用。
[0003] 滲碳硬化為長(zhǎng)時(shí)間的高溫?zé)崽幚?，其易于造成晶粒的粗化?br>[0004] 基于運(yùn)一原因，一直W來(lái)，為了防止晶粒變粗，人們進(jìn)行了各種研究并提出了各種 建議。 陽(yáng)〇化]作為防止晶粒變粗的有用的技術(shù)，運(yùn)樣一種技術(shù)是廣泛已知的：其中，在滲碳處理 之前的制造步驟中，通過(guò)析出呈分散狀態(tài)的如A1N等的顆粒從而對(duì)晶界進(jìn)行釘扎作用。
[0006] 例如，在如下的專利文獻(xiàn)1和2中披露了運(yùn)種技術(shù)。
[0007] 然而，對(duì)于運(yùn)種通過(guò)利用析出物顆粒對(duì)晶界進(jìn)行釘扎作用的技術(shù)，其并不能充分 地抑制局部發(fā)生晶粒的異常粗化的異常晶粒生長(zhǎng)。
[000引本文中使用的術(shù)語(yǔ)"異常晶粒生長(zhǎng)"是指由于如下原因而發(fā)生的現(xiàn)象，該原因?yàn)椋?盡管在滲碳初期析出物顆粒的釘扎力大于晶粒生長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力，但是在滲碳過(guò)程中，運(yùn)些力 之間的大小關(guān)系發(fā)生逆轉(zhuǎn)，并且晶粒生長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力變得大于析出物顆粒的釘扎力。由于在 滲碳過(guò)程中析出物顆粒的固溶體的形成、析出物通過(guò)奧氏成長(zhǎng)（Ostwaldgrowth)而粗化等 原因，釘扎力減小，因此發(fā)生了運(yùn)些力的運(yùn)種逆轉(zhuǎn)。
[0009] 此外，關(guān)于進(jìn)行冷鍛的部件，在鍛造時(shí)向部件的內(nèi)部引入了塑性變形分布，并且在 變形顯著的區(qū)域中，會(huì)發(fā)生釘扎力與晶粒生長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力之間的大小逆轉(zhuǎn)，從而造成晶粒的異 常晶粒生長(zhǎng)。
[0010] 圖1度）W模型的方式示出了異常生長(zhǎng)晶粒的發(fā)生。 W11] 圖1做中的（a)示出了滲碳初期的狀態(tài)，P表示析出物顆粒（釘扎顆粒）。在滲 碳初期的運(yùn)種狀態(tài)中，晶界之間插入有大量的析出物顆粒P，并且晶粒q之間的晶界被釘扎 并受到約束，從而抑制了晶粒q生長(zhǎng)至更大的尺寸。
[0012] 然而，通過(guò)在滲碳過(guò)程中形成固溶體，一些釘扎晶界的析出物顆粒P會(huì)消失，并且 運(yùn)些析出物顆粒P的釘扎作用（約束）被破壞（被除去），由此一些鄰近的晶粒對(duì)的晶界處 不存在釘扎作用，因此運(yùn)些晶粒對(duì)發(fā)生接合并生長(zhǎng)為一個(gè)晶粒。
[0013] 通過(guò)運(yùn)種方式實(shí)現(xiàn)尺寸增加的晶粒能夠獲得晶粒生長(zhǎng)的動(dòng)力，并且在析出物顆粒 P的釘扎力相對(duì)降低的情況下，各晶粒分別破壞了析出物顆粒P對(duì)晶界的釘扎作用，并將相 鄰晶粒一個(gè)接一個(gè)地吞并，從而持續(xù)進(jìn)行晶粒生長(zhǎng)。
[0014] 目P，一旦由析出物顆粒P產(chǎn)生的晶界釘扎作用被破壞，則釘扎作用被破壞的晶界 成為晶粒生長(zhǎng)的中屯、，并且由該晶界開始，會(huì)連鎖地發(fā)生晶粒的顆粒生長(zhǎng)，從而發(fā)生如圖 1度）中的（b)所示的異常晶粒生長(zhǎng)，并最終異常地形成巨大晶粒Q。
[001引圖1做中的（C)示出了異常生長(zhǎng)晶粒的實(shí)例（滲碳后的晶粒照片）。
[0016] 順帶提及的是，該實(shí)例的照片為表1中列為比較例1的鋼材的中屯、部分的照片，其 中該鋼材經(jīng)過(guò)了 1，l〇〇°C下的滲碳處理。
[0017] 當(dāng)發(fā)生運(yùn)種異常晶粒生長(zhǎng)時(shí)，由于硬化性的局部改善而造成熱處理變形，因此造 成了產(chǎn)生噪音和振動(dòng)或降低疲勞強(qiáng)度的問(wèn)題。
[001引一直W來(lái)，在運(yùn)種情況中，人們采取了一些手段，使更大量的處于分散狀態(tài)的析出 物顆粒析出，W進(jìn)一步提高析出物顆粒的晶界釘扎力。然而，運(yùn)些手段并不能充分抑制異常 晶粒生長(zhǎng)的發(fā)生。
[0019] 尤其是近年來(lái)，如下技術(shù)被廣泛采用：提高滲碳溫度W縮短滲碳時(shí)間的技術(shù)；進(jìn) 行冷鍛W降低部件的制造成本的技術(shù)；W及適應(yīng)環(huán)境保護(hù)的技術(shù)，如在生產(chǎn)中進(jìn)行真空滲 碳W減少C〇2排放并提高強(qiáng)度。然而，在運(yùn)些技術(shù)中更易于發(fā)生異常晶粒生長(zhǎng)。因此，需要 能夠有效抑制運(yùn)種異常晶粒生長(zhǎng)的手段。
[0020] 此外，作為與本發(fā)明相關(guān)的另一【背景技術(shù)】，在如下專利文獻(xiàn)3中披露了一項(xiàng)發(fā)明 "具有優(yōu)異的冷加工性和晶粒粗化性的表面硬化鋼"，該文獻(xiàn)披露了：由于目前用于釘扎晶 粒晶界的A1N顆粒是固溶的，或者在900°CW上的溫度區(qū)域中其尺寸會(huì)增加，因此在滲碳處 理時(shí)A1N顆粒對(duì)于抑制晶粒粗化并不具有太大的效果，試圖通過(guò)向鋼中加入佩和A1并使 運(yùn)些元素與C和N結(jié)合來(lái)形成微細(xì)的復(fù)合析出物，從而抑制晶粒的粗化。
[0021] 然而，專利文獻(xiàn)3中所披露的發(fā)明與本發(fā)明的根本不同之處在于：專利文獻(xiàn)3中加 入了過(guò)量的Nb，而與此相反的是，本發(fā)明中避免添加作為雜質(zhì)的Nb。
[0022] 作為與本發(fā)明相關(guān)的另一【背景技術(shù)】，如下專利文獻(xiàn)4中披露了一項(xiàng)發(fā)明"具有優(yōu) 異的耐晶粒粗化性、疲勞性和加工性的表面硬化鋼及其制造方法"，該文獻(xiàn)披露了：可通過(guò) 適當(dāng)調(diào)節(jié)鋼中Ti析出物的粒徑分布，從而改善疲勞特性和加工性，而并不會(huì)損害耐晶粒粗 化性。
[0023] 然而，專利文獻(xiàn)4中所披露的內(nèi)容包括：析出10個(gè)/mm2W上的尺寸為1.0μπι至 5. 0μm的Ti析出物，并且專利文獻(xiàn)4中所披露的根據(jù)該發(fā)明的鋼1至26均包含相比于Ν 的量而言過(guò)量的Ti，并且不在本發(fā)明的式（1)的范圍內(nèi)。因此專利文獻(xiàn)4中所披露的發(fā)明 與本發(fā)明不同。
[0024] 作為與本發(fā)明相關(guān)的另一【背景技術(shù)】，如下專利文獻(xiàn)5中披露了一項(xiàng)發(fā)明"一種滲 碳部件用鋼，其具有優(yōu)異的冷加工性，在滲碳時(shí)能夠防止晶粒粗化，并且具有優(yōu)異的耐沖擊 性和耐沖擊疲勞性"，該文獻(xiàn)披露了：將Ti或者將TiW及NbW不損害冷加工性和切削加工 性的量加入到鋼中，并且使其W碳化物或氮化物的形式析出，由此能夠在滲碳時(shí)抑制晶粒 粗化。
[0025] 專利文獻(xiàn)5的權(quán)利要求1披露了：Ti含量限制為0.1 %至0.2%，N含量限制為 0. 01%W下，并且A1含量限制為0. 005%至0. 05%。然而，在該專利文獻(xiàn)所實(shí)際披露的實(shí) 施例1至11中，為了析出TiC，添加了與N的量相比過(guò)量的Ti(W摩爾比計(jì)）。因此該公開 內(nèi)容的觀念與本發(fā)明相反，并且不在本發(fā)明的式（1)的范圍內(nèi)。 陽(yáng)0%] 此外，在專利文獻(xiàn)5的權(quán)利要求2中，Ti含量限制為0. 025%至0. 05%，佩含量 限制為0. 03%至0. 2%，N含量限制為0. 01%W下，并且A1含量限制為0. 005%至0. 05%。 因此，專利文獻(xiàn)5與本發(fā)明的不同之處在于添加了過(guò)量的佩。
[0027]
【背景技術(shù)】文獻(xiàn) 陽(yáng)0測(cè)專利文獻(xiàn)
[0029] 專利文獻(xiàn) 1:JP-A-2001-303174
[0030] 專利文獻(xiàn) 2:JP-A-08-199303
[0031] 專利文獻(xiàn) 3:JP-A-09-78184
[0032] 專利文獻(xiàn) 4:JP-A-2007-31787
[0033] 專利文獻(xiàn) 5:JP-A-2006-213951

【發(fā)明內(nèi)容】

[0034] 本發(fā)明所解決的問(wèn)題
[0035] 在上述情況的背景下做出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種滲碳部件，該滲碳 部件即使在滲碳處理時(shí)也能夠有效抑制異常晶粒生長(zhǎng)，并且能夠解決由異常晶粒生長(zhǎng)所導(dǎo) 致的性能下降的問(wèn)題。
[0036] 解決問(wèn)題的手段
[0037] 本發(fā)明設(shè)及如下山至[5]項(xiàng)。
[00測(cè) 山一種滲碳部件，滲碳后對(duì)于每lmm2的原始奧氏體晶粒的晶界面積，作為析出物 顆粒的TiC、A1N和ZrC的總量為4. 5X10 "摩爾W下。
[0039] [2]根據(jù)[1]所述的滲碳部件，其中滲碳后所述滲碳部件的結(jié)構(gòu)為具有均勻晶體 粒度的有序晶粒結(jié)構(gòu)，其中原始奧氏體晶粒的晶體粒度差為6W下。 W40] 閒根據(jù)山或凹所述的滲碳部件，其通過(guò)將鋼材加工成為部件的形狀并對(duì)所述 鋼材進(jìn)行滲碳處理而形成，W質(zhì)量％計(jì)，所述鋼材的組成包含：
[0041] 0. 10%至 0. 30%的C;
[0042] 0. 01 %至 1. 50% 的 Si;
[0043] 0. 40 % 至 1. 50% 的 Μη;
[0044] 0. 01%至 0. 10%的S;
[0045] 0. 03%W下的Ρ;
[0046] 0. 05% 至 1. 00% 的 Cu;
[0047] 0. 05% 至 1. 00% 的 Ni;
[0048] 0.01%至2.00%的化；
[0049] 0. 01 %至 0. 50% 的Mo; 陽(yáng)化0] 0. 001%W下的佩；
[0051] 0.005%至 0.050%的3-八1;
[0052] 0. 005%至 0. 030%的N;W及
[0053] 選自0. 001 %至0. 150%的Ti和0. 001 %至0. 300%的Zr中的一種或兩種元素，
[0054] 余量為化和不可避免的雜質(zhì)，
[0055] 其中分別代表Ti、Zr和N的含量的[Ti]、[Zr]和[閑滿足下式（1):
[0056] |[Ti]/47.9+口r]/91.2-[閑/14|/100《3.5X10 6mol/g…式（l)。
[0057] [4]根據(jù)[1]或[2]所述的滲碳部件，其通過(guò)將鋼材加工成為部件的形狀并對(duì)所述 鋼材進(jìn)行滲碳處理而形成，w質(zhì)量％計(jì)，所述鋼材的組成包含：
[0058] 0. 10%至 0. 30%的C;
[0059] 0. 01%至1. 50%的Si ;
[0060