[发明专利]高强度渗碳高频淬火零件

说明书

技术领域

本发明作为钢的表面硬化处理方法，涉及并用渗碳和高频淬火的机械零件。

背景技术

在以钢为材料制造要求高表面硬度的机械零件，例如齿轮时，作为表面硬化处理的方法，渗碳和高频淬火是代表性的方法。渗碳是使零件表面的碳浓度增加的操作，其结果是可以得到高强度，但是由于渗碳之后的淬火使零件的内部也被马丁体化，因而存在残留变形大的问题。另一方面，高频淬火是不使零件内部组织发生变化，而仅使表面硬化的处理，因此有变形小的优点，但从制造性角度考虑，可达到的表面碳浓度是有限度的，不能期待很高的强度。

以前就尝试着结合渗碳和高频淬火方法，欲实现二者优点并存的表面处理。作为其中方法之一，已公开了如下技术，即，在特定碳势能条件下实施渗碳淬火处理，得到表层碳浓度和芯部碳浓度之差在一定值以上的渗碳产品，对于此渗碳产品，进行使渗碳时的全硬化层深度的0.3～1.5倍达到奥氏体化的高频淬火(专利文献1)。根据公开的技术，可以将决定渗碳产品的疲劳强度的旧奥氏体结晶粒度，以JIS粒度编号计，晶粒细化到10号以上。

也有如下的提案，即，将特定的合金组成的表面硬化钢经过渗碳淬火之后，在400～600℃进行退火处理后施以高频淬火，使因退火而软化的渗碳层的硬度得到恢复(专利文献2)。采用此方法制造的产品，充分确保了抗拉强度、冲击强度、渗碳层硬度等渗碳产品通常要求的很多特性，而且具备优异的耐延迟破坏性。

为了改善零件的疲劳强度、冲击强度，有必要将结晶粒度细微化，对于表面硬化的零件为实现结晶粒度细微化，提出了进行第二次淬火工序的热处理方法，即，继渗碳渗氮淬火后，使钢的温度升温到奥氏体区域而淬火(专利文献3)。据此方法，通过渗碳渗氮淬火，含有碳和氮的钢从奥氏体变态成马丁体，然后通过第二次淬火，结晶粒度细微化。

[专利文献1]日本特开昭64-36779

[专利文献2]日本特开平5-255733

[专利文献3]日本特开平10-18020

发明者的意图是，渗碳工序后不淬火而进行慢冷却，通过后续的高频淬火进行淬火，由此来避免渗碳淬火引起的变形的发生并且提高表面硬度。作为原料，如果使用常用于渗碳零件制造的JIS钢种SCR420、SCM420，则得不到所期望的强度。追究其原因可知，是由于渗碳生成的碳化物在高频淬火工序中没有溶入母体而残留，渗碳产品中的碳化物作为起因而使破坏进展。由于高频淬火的加热时间短，没有碳化物溶入的余地。为了避免这些，有必要降低碳浓度，但是由于表面的碳浓度和强度存在比例关系，因而如果降低碳浓度将导致强度下降。

作为渗碳方法，除了以往的气体渗碳，近年多数采用真空渗碳的方法。真空渗碳法和气体渗碳法相比，有如下等的优点，

(1)由于避免了渗碳时的晶界氧化，所以易得到高强度，

(2)由于高温操作容易，因而可以迅速渗碳，

(3)运营成本低廉，

购买其，并应用在各种齿轮、轴的制造中。但是，由于零件的位置导致碳浓度的差异大，尤其是边缘形状的部分容易形成高浓度，因而残留碳化物量也增加，由于存在这样的问题，与高频淬火的组合就更困难。由此，发明者想到，通过选择不易生成碳化物的合金组成，可不必期待高频淬火时的碳化物溶入的原理，确立了可以实现此意图的渗碳用钢的合金组成。

发明内容

本发明的目的在于提供利用上述发明者的认识，在制造机械零件时并用渗碳和高频淬火来得到产品的技术，具体而言，通过渗碳后进行慢冷却来避免组织马丁体化，之后实施高频淬火，提供整体的变形小，并且表面强度高的机械零件。

本发明的机械零件是将具有合金组成的钢加工为零件形状，施以真空渗碳处理后进行慢冷却，之后通过高频淬火使表面硬化而成，上述合金组成以质量％计含有C：0.10～0.30％、Si：0.50～3.00％、Mn：0.30～3.00％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cu：0.01～1.00％、Ni：0.01～3.00％、Cr：0.20～1.00％、Al：0.20％以下以及N：0.05％以下，剩余部分含有Fe以及不可避免的杂质，并且满足下述条件：[Si％]+[Ni％]+[Cu％]-[Cr％]＞0.50。该合金组成中渗碳时碳化物生成少，而且，慢冷却时产生的碳化物随着高频淬火时的再加热可容易使其溶解。