[發明專利]滲碳部件

有效

• 申請號: 201480037046.9
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN105339518B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 中山恭平;酒井康明;森田敏之;井上圭介
• 申請（專利權）人: 大同特殊鋼株式會社
• 主分類號: C22C38/00
• 分類號: C22C38/00;C21D9/28;C21D9/32;C21D9/40;C22C38/60;C23C8/22;C21D1/06
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司11112
• 代理人: 常海濤,高釗

技術領域

本發明涉及滲碳部件，尤其涉及具有有序晶粒結構的滲碳部件，其中在該晶粒結構中，晶粒的尺寸均一。

背景技術

例如，對于用在汽車中的齒輪、軸承部件和轉軸之類的機械部件，通常將JIS鋼種(如SCr420)加工為部件形狀，然后通過滲碳硬化對其進行表面硬化處理以改善耐磨性、疲勞強度等從而加以使用。

滲碳硬化為長時間的高溫熱處理，其易于造成晶粒的粗化。

基于這一原因，一直以來，為了防止晶粒變粗，人們進行了各種研究并提出了各種建議。

作為防止晶粒變粗的有用的技術，這樣一種技術是廣泛已知的：其中，在滲碳處理之前的制造步驟中，通過析出呈分散狀態的如AlN等的顆粒從而對晶界進行釘扎作用。

例如，在如下的專利文獻1和2中披露了這種技術。

然而，對于這種通過利用析出物顆粒對晶界進行釘扎作用的技術，其并不能充分地抑制局部發生晶粒的異常粗化的異常晶粒生長。

本文中使用的術語“異常晶粒生長”是指由于如下原因而發生的現象，該原因為：盡管在滲碳初期析出物顆粒的釘扎力大于晶粒生長的驅動力，但是在滲碳過程中，這些力之間的大小關系發生逆轉，并且晶粒生長的驅動力變得大于析出物顆粒的釘扎力。由于在滲碳過程中析出物顆粒的固溶體的形成、析出物通過奧氏成長(Ostwald growth)而粗化等原因，釘扎力減小，因此發生了這些力的這種逆轉。

此外，關于進行冷鍛的部件，在鍛造時向部件的內部引入了塑性變形分布，并且在變形顯著的區域中，會發生釘扎力與晶粒生長驅動力之間的大小逆轉，從而造成晶粒的異常晶粒生長。

圖1(B)以模型的方式示出了異常生長晶粒的發生。

圖1(B)中的(a)示出了滲碳初期的狀態，p表示析出物顆粒(釘扎顆粒)。在滲碳初期的這種狀態中，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生長至更大的尺寸。

然而，通過在滲碳過程中形成固溶體，一些釘扎晶界的析出物顆粒p會消失，并且這些析出物顆粒p的釘扎作用(約束)被破壞(被除去)，由此一些鄰近的晶粒對的晶界處不存在釘扎作用，因此這些晶粒對發生接合并生長為一個晶粒。

通過這種方式實現尺寸增加的晶粒能夠獲得晶粒生長的動力，并且在析出物顆粒p的釘扎力相對降低的情況下，各晶粒分別破壞了析出物顆粒p對晶界的釘扎作用，并將相鄰晶粒一個接一個地吞并，從而持續進行晶粒生長。

即，一旦由析出物顆粒p產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的中心，并且由該晶界開始，會連鎖地發生晶粒的顆粒生長，從而發生如圖1(B)中的(b)所示的異常晶粒生長，并最終異常地形成巨大晶粒Q。

圖1(B)中的(c)示出了異常生長晶粒的實例(滲碳后的晶粒照片)。

順帶提及的是，該實例的照片為表1中列為比較例1的鋼材的中心部分的照片，其中該鋼材經過了1,100℃下的滲碳處理。

當發生這種異常晶粒生長時，由于硬化性的局部改善而造成熱處理變形，因此造成了產生噪音和振動或降低疲勞強度的問題。

一直以來，在這種情況中，人們采取了一些手段，使更大量的處于分散狀態的析出物顆粒析出，以進一步提高析出物顆粒的晶界釘扎力。然而，這些手段并不能充分抑制異常晶粒生長的發生。

尤其是近年來，如下技術被廣泛采用：提高滲碳溫度以縮短滲碳時間的技術；進行冷鍛以降低部件的制造成本的技術；以及適應環境保護的技術，如在生產中進行真空滲碳以減少CO₂排放并提高強度。然而，在這些技術中更易于發生異常晶粒生長。因此，需要能夠有效抑制這種異常晶粒生長的手段。

此外，作為與本發明相關的另一背景技術，在如下專利文獻3中披露了一項發明“具有優異的冷加工性和晶粒粗化性的表面硬化鋼”，該文獻披露了：由于目前用于釘扎晶粒晶界的AlN顆粒是固溶的，或者在900℃以上的溫度區域中其尺寸會增加，因此在滲碳處理時AlN顆粒對于抑制晶粒粗化并不具有太大的效果，試圖通過向鋼中加入Nb和Al并使這些元素與C和N結合來形成微細的復合析出物，從而抑制晶粒的粗化。

然而，專利文獻3中所披露的發明與本發明的根本不同之處在于：專利文獻3中加入了過量的Nb，而與此相反的是，本發明中避免添加作為雜質的Nb。