專利名稱：用于機(jī)械部件的鋼，由所述鋼生產(chǎn)機(jī)械部件的方法以及由此獲得的機(jī)械部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵冶金領(lǐng)域，更具體地，涉及用于機(jī)械部件如小齒輪的鋼。
背景技術(shù)：
用于齒輪制造的鋼必須具有高水平的耐接觸疲勞性。大多數(shù)情況下，由這些鋼生產(chǎn)的部件進(jìn)行滲碳或碳氮共滲處理，所述處理意在給它們提供足夠的表面硬度和機(jī)械強(qiáng)度，同時保持高水平的核心強(qiáng)度，這尤其歸因于僅大約0.10-0.30％的碳含量。滲碳層的碳含量可高達(dá)約1％。
各種文件描述了預(yù)期被滲碳的齒輪制造鋼。這些文件包括US-A-5518 685，其中Si和Mn的含量保持在相對低的限度內(nèi)(分別為0.45-1％和0.40-0.70％)，以防止?jié)B碳操作過程中的晶間氧化。JP-A-4-21757描述了用于齒輪制造的鋼，其預(yù)期使用等離子體或在減壓下被滲碳，然后進(jìn)行噴丸處理，并且其可具有高于前述鋼的Si和Mn的含量。它們具有高水平的耐受作用于小齒輪上的表面壓力的性質(zhì)，由此增加了小齒輪的使用期限。
WO-A-03 012 156提出了用于機(jī)械部件如小齒輪的鋼，其組成為0.12％≤C≤0.30％；0.8％≤Si≤1.5％；1.0％≤Mn≤1.6％；0.4％≤Cr≤1.6％；Mo≤0.30％；Ni≤0.6％；Al≤0.06％；Cu≤0.30％；S≤0.10％；P≤0.03％；Nb≤0.050％。這種鋼的優(yōu)點是使部件整體的操作塑性變形最小化，這尤其歸因于硅和錳含量的恰當(dāng)?shù)钠胶?。滲碳或碳氮共滲必須優(yōu)選在非氧化條件下進(jìn)行，例如在減壓下，從而硅和錳的相對高含量不會引起晶間氧化的問題。
通常，滲碳或碳氮共滲在大約850-930℃的溫度下進(jìn)行。但是，目前的趨勢是試圖在大約950-1050℃的更高溫度下(高溫滲碳或碳氮共滲)進(jìn)行此操作。這種加工溫度的升高能夠在相同滲碳深度的情況下使加工時間的長度減少，或者能夠在相同的加工時間長度的情況下使?jié)B碳深度增加。因此生產(chǎn)商能夠進(jìn)行選擇，以便提高設(shè)備的生產(chǎn)率或者提高所獲得產(chǎn)品的有效性。
但是，在將高溫滲碳或碳氮共滲操作應(yīng)用到已描述的已知鋼時出現(xiàn)了許多問題。第一，高溫可能導(dǎo)致控制不足的晶粒增加，其對部件的機(jī)械性能有害。第二，滲碳或碳氮共滲之后進(jìn)行淬火，在淬火過程中部件經(jīng)受變形。這些可能要求部件被重新機(jī)械加工，或者在最極端的情況下導(dǎo)致它被棄用。當(dāng)在高溫和非正常溫度下剛進(jìn)行過滲碳或碳氮共滲操作的部件上進(jìn)行淬火時，這些問題尤為嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為進(jìn)行機(jī)械部件尤其是小齒輪的高溫滲碳或碳氮共滲的冶金工作者提供一種鋼，所述鋼克服了上述問題，同時保持需要的機(jī)械強(qiáng)度，并且其還與正常溫度下進(jìn)行的滲碳和碳氮共滲操作相容。
為此，本發(fā)明的主題是用于機(jī)械部件的鋼，其特征在于其組成為，以重量百分比計-0.19％≤C≤0.25％；-1.1％≤Mn≤1.5％；-0.8％≤Si≤1.2％；-0.01％≤S≤0.09％；-痕量≤P≤0.025％；-痕量≤Ni≤0.25％；-1％≤Cr≤1.4％；-0.10％≤Mo≤0.25％；-痕量≤Cu≤0.30％；-0.010％≤Al≤0.045％；-0.010％≤Nb≤0.045％；
-0.0130％≤N≤0.0300％；-任選地，痕量≤Bi≤0.10％和/或痕量≤Pb≤0.12％和/或痕量≤Te≤0.015％和/或痕量≤Se≤0.030％和/或痕量≤Ca≤0.0050％；余量為鐵和由生產(chǎn)操作產(chǎn)生的雜質(zhì)，調(diào)節(jié)該化學(xué)組成使得五次Jominy測試的平均值J3m、J11m、J15m和J25m為α＝|J11m-J3m×14/22-J25m×8/22|≤2.5 HRC；和β＝J3m-J15m≤9 HRC。
優(yōu)選地，調(diào)節(jié)其組成使得β＝J3m-J15m≤8 HRC。
優(yōu)選地，其組成為-0.19％≤C≤0.25％；-1.2％≤Mn≤1.5％；-0.85％≤Si≤1.2％；-0.01％≤S≤0.09％；-痕量≤P≤0.025％；-0.08％≤Ni≤0.25％；-1.1％≤Cr≤1.4％；-0.10％≤Mo≤0.25％；-0.06％≤Cu≤0.30％；-0.010％≤Al≤0.045％；-0.015％≤Nb≤0.045％；-0.0130％≤N≤0.0300％；任選地，痕量≤Bi≤0.07％和/或痕量≤Pb≤0.12％和/或痕量≤Te≤0.010％和/或痕量≤Se≤0.020％和/或痕量≤Ca≤0.045％，余量為鐵和由生產(chǎn)操作產(chǎn)生的雜質(zhì)。
最優(yōu)地，其組成為-0.20％≤C≤0.25％；-1.21％≤Mn≤1.45％；-0.85％≤Si≤1.10％；
-0.01％≤S≤0.08％；-痕量≤P≤0.020％；-0.08％≤Ni≤0.20％；-1.10％≤Cr≤1.40％；-0.11％≤Mo≤0.25％；-0.08％≤Cu≤0.30％；-0.010％≤Al≤0.035％；-0.025％≤Nb≤0.040％；-0.0130％≤N≤0.0220％；任選地，痕量≤Bi≤0.07％和/或痕量≤Pb≤0.12％和/或痕量≤Te≤0.010％和/或痕量≤Se≤0.020％和/或痕量≤Ca≤0.045％，余量為鐵和由生產(chǎn)操作產(chǎn)生的雜質(zhì)。
本發(fā)明的主題還在于一種用于由滲碳或碳氮共滲的鋼生產(chǎn)機(jī)械部件的方法，其特征在于使用上述類型的鋼用于此目的，對其進(jìn)行機(jī)械加工操作，滲碳操作或碳氮共滲操作，然后進(jìn)行淬火操作。
該滲碳或碳氮共滲優(yōu)選在950-1050℃的溫度下進(jìn)行。
本發(fā)明的主題還在于鋼機(jī)械部件，如齒輪部件，其特征在于該部件通過上述方法獲得。
應(yīng)該理解，本發(fā)明是基于主要合金元素的含量范圍的調(diào)節(jié)，以及同時存在含量明確限定的鋁、鈮和氮。
期望的效果基本上是兩種。第一，主要合金元素的含量選擇預(yù)期獲得沒有十分明顯的拐點的Jominy曲線。這種條件能夠使得在淬火操作過程中獲得最小的變形。在這方面，如已提及的，在高溫下進(jìn)行的滲碳或碳氮共滲是尤其需要的。
應(yīng)該指出，使用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)化測試產(chǎn)生的鋼的Jominy曲線可以表征鋼的可淬性。它是通過沿著其生成裝置之一測量圓柱形測試件的硬度來產(chǎn)生的，該測試件已使用噴射其一端的水噴射流進(jìn)行了淬火。在離被噴射端的幾個距離x(以mm計)處測量硬度，并且相應(yīng)的值表示為JxoJxm是指在距離x處測量硬度的5個測試中獲得的平均值。
如文件EP-A-0 890 653中所公開的(讀者可參考該文件獲得進(jìn)一步的細(xì)節(jié))，申請人證明，為了在滲碳或碳氮共滲操作之后的淬火操作過程中產(chǎn)生顯著減少的變形，產(chǎn)生沒有拐點的Jominy曲線的鋼的組成是有利的。當(dāng)值J11m、J3m、J25m和J15m滿足以下關(guān)系時，產(chǎn)生這種沒有拐點的Jominy曲線-α＝|J11m-J3m×14/22-J25m×8/22|≤2.5 HRC；-β＝J3m-J15m≤9HRC或優(yōu)選≤8 HRC。
因此調(diào)節(jié)本發(fā)明鋼的組成，從而在這種情況下也產(chǎn)生這種關(guān)系。
還調(diào)節(jié)該組成，尤其是歸因于確定含量的鋁、鈮和氮的組合存在，從而使得晶粒尺寸保持被控制，即使是在高溫下進(jìn)行滲碳或碳氮共滲操作的情況下。
最后，所述鋼組成當(dāng)然必須為部件的使用提供期望的機(jī)械性能。監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)更具體地包括滲碳深度(通常定義為所測量的硬度為550HV時的深度)，滲碳部件的表面與核心之間的硬度偏差(其必須盡可能低，以使淬火過程中的變形最小化)，以及核心硬度(其必須高，以致部件有效地響應(yīng)操作過程中的應(yīng)力，并因此具有良好的耐久性和抗疲勞性)。


通過閱讀以下描述，并參考附圖將更好地理解本發(fā)明，附圖表示四種參考鋼和三種本發(fā)明鋼的Jominy曲線。
具體實施例方式
本發(fā)明的鋼主要用于生產(chǎn)經(jīng)受高水平應(yīng)力的機(jī)械部件如齒輪元件，并且該機(jī)械部件預(yù)期在約850-930℃的正常溫度下和約950-1050℃的溫度下進(jìn)行滲碳或碳氮共滲(優(yōu)選在低壓下或在非氧化性氣氛中，以防止大多數(shù)可氧化元素被氧化)。這些部件必須具有高抗疲勞性，高強(qiáng)度，并且在熱處理如滲碳或碳氮共滲之后的淬火操作過程中必須僅輕微變形。它具有以下組成(所有百分比均是重量百分比)。
其碳含量為0.19-0.25％。這些含量對于齒輪制造鋼來說是正常的。而且，該范圍使得能夠調(diào)節(jié)其它元素的含量，這使得Jominy曲線能夠產(chǎn)生所期望的形狀。由在淬火之后可以獲得的核心硬度進(jìn)一步證明了0.19％的最小含量是恰當(dāng)?shù)摹Ｔ诖笥?.25％時，則存在硬度太高以致不能保持鋼所期望的機(jī)械加工性的風(fēng)險。優(yōu)選范圍是0.20-0.25％。
其錳含量為1.1-1.5％。通過結(jié)合其它元素含量獲得所希望的Jominy曲線證明了該最小值是恰當(dāng)?shù)?。在大?.5％時，則存在出現(xiàn)偏析并且還在退火操作過程中出現(xiàn)帶狀構(gòu)造的風(fēng)險。而且，如此高含量將在生產(chǎn)操作過程中導(dǎo)致盛鋼桶的耐熱涂層過度腐蝕。進(jìn)一步限制這個含量范圍是不希望的，因為在煉鋼廠獲得所希望的精確鋼等級可能是極其困難的。優(yōu)選范圍是1.2-1.5％，優(yōu)選1.21-1.45％。
其硅含量為0.8-1.2％。在此范圍中，結(jié)合其它元素含量可獲得所希望的Jominy曲線形狀。通過產(chǎn)生期望的核心硬度和通過在滲碳或碳氮共滲之后限制表面與核心之間的硬度偏差證明了0.8％的最小值是恰當(dāng)?shù)?。在大?.2％時，則存在出現(xiàn)過度偏析的風(fēng)險，因為硅雖然本身僅稍微偏析，但往往會強(qiáng)化其它元素的偏析。另外在滲碳或碳氮共滲過程中氧化的風(fēng)險增加。優(yōu)選范圍是0.85-1.20％，優(yōu)選0.85-1.10％。
其硫含量為0.01-0.09％，通過產(chǎn)生合適的機(jī)械加工性能證明了最小值是恰當(dāng)?shù)摹Ｔ诖笥?.09％時，則存在熱可鍛性過度降低的風(fēng)險。優(yōu)選范圍是0.01-0.08％。
磷含量為痕量至0.025％。通常，現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)往往需要這個等級的最大磷含量。另外，超過此值時，則存在與鈮相互作用的風(fēng)險，這使得大鋼坯或者鋼錠形式的鋼在熱成形和/或連續(xù)澆鑄過程中變脆。磷含量優(yōu)選至多0.020％。
其鎳含量為痕量至0.25％。有意以較高含量引入的這種元素將不必要地增加金屬成本。在實際中，從澆鑄原材料的熔化自然得到的鎳含量是足夠的，不需要有意添加。優(yōu)選范圍是0.08-0.20％。
其鉻含量為1.00-1.40％。在此范圍中，結(jié)合其它元素的含量，可產(chǎn)生期望的Jominy曲線形狀。而且，1.00％的最小含量能夠產(chǎn)生高水平的核心硬度。在大于1.40％時，生產(chǎn)操作成本將不必要地增加。優(yōu)選范圍是1.10-1.40％。
其鉬含量為0.10-0.25％。在此范圍中，結(jié)合其它元素的含量，可產(chǎn)生期望的Jominy曲線形狀和核心硬度。優(yōu)選范圍是0.11-0.25％。
其銅含量為痕量至0.30％。還是在這種情況下，與針對鎳一樣，通常完全且簡單地保持原材料熔融之后所產(chǎn)生的含量。在大于0.30％時，將會損害部件的延展性和核心強(qiáng)度。優(yōu)選范圍是0.06-0.30％，優(yōu)選0.08-0.30％，以優(yōu)化Jominy曲線形狀和淬火之后的硬度。
其鋁、鈮和氮含量必須控制在精確限度內(nèi)。這些元素在相互作用時會引起金屬晶粒的細(xì)度控制。這種細(xì)度是所希望的，目的是為了導(dǎo)致滲碳或碳氮共滲層的高強(qiáng)度，高的抗疲勞性和淬火過程中變形分散的減少。而且，其對于產(chǎn)生期望的Jominy曲線形狀來說也是重要的。在本發(fā)明的上下文中，控制晶粒尺寸是更加重要的，因為鋼必須能夠在高溫下經(jīng)受滲碳或碳氮共滲操作，而不發(fā)生晶粒尺寸的過度增大。
所述晶粒控制基本上利用鋁和/或鈮的氮化物和碳氮化物的析出來進(jìn)行。為了產(chǎn)生這種控制，因此需要大量存在這兩種元素，以及明顯高于通常在正常條件下進(jìn)行生產(chǎn)操作之后所產(chǎn)生的含量的氮含量。
鋁含量必須為0.010-0.045％。除了其上述晶?？刂谱饔靡酝?，這種元素控制鋼的脫氧及其氧化物夾雜物的清凈度。在小于0.010％時，從以上的角度來看，其作用將不足。在大于0.045％時，氧化物夾雜物的清凈度對于主要預(yù)期的應(yīng)用來說存在不足的風(fēng)險。優(yōu)選范圍是0.010-0.035％。
鈮含量必須為0.010-0.045％。在小于0.010％時，晶粒控制的效果將不足，尤其是對于最低含量的鋁來說。在大于0.045％時，則在鋼的連續(xù)澆鑄過程中存在出現(xiàn)裂縫的風(fēng)險，尤其是如果可能發(fā)生與磷的相互作用時，這正如以上所說明的。優(yōu)選范圍是0.015-0.045％，優(yōu)選0.015-0.040％。
結(jié)合所述的鋁和鈮的含量，氮含量必須為0.0130-0.0300％(130-300ppm)，從而實現(xiàn)晶粒尺寸和Jominy曲線形狀的期望調(diào)節(jié)。優(yōu)選范圍是0.0130-0.0220％。
如果期望的話，可向鋼中加入通常已知的一種或多種元素，以提高其機(jī)械加工性尤其是鉛、碲、硒、鈣、鉍。最大含量對于Bi為0.10％，優(yōu)選為0.07％，對于Pb為0.12％，對于Te為0.015％，優(yōu)選為0.010％，對于Se為0.030％，優(yōu)選為0.020％，對于Ca為0.0050％，優(yōu)選為0.0045％。
其它元素是通常作為由生產(chǎn)操作產(chǎn)生的雜質(zhì)存在于鋼中的那些元素，它們不是有意添加的。尤其是必須保證，鈦含量不超過0.005％。由于本發(fā)明鋼非常富含氮，超出此含量將有形成粗氮化鈦和/或碳氮化鈦(這些物質(zhì)可以通過顯微鏡看到)的風(fēng)險，這將降低抗疲勞性并損害機(jī)械加工性。而且，鈦由此將捕獲氮，則氮將不再能夠用于控制晶粒。
現(xiàn)在將利用實施例說明本發(fā)明。附圖所示為四種鋼的Jominy曲線，所述四種鋼的組成在表1中列出。鋼A、B、C和D是參考鋼。鋼E、F和G是本發(fā)明鋼。
表1樣品的組成

對于樣品A，如上所定義的量值α等于8.7，如上所定義的量值β等于19.1。因此它們遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本發(fā)明要求的最大值?？煽闯觯琂ominy曲線具有非常明顯的拐點。
對于樣品B，α等于2.38，β等于11.1。因此β不滿足本發(fā)明的要求，并且Jominy曲線也有明顯的拐點，雖然這種鋼包含在前述限度內(nèi)的鈮和氮。這種情況的基本原因是其硅含量不足。
對于樣品C，α等于3.38，β等于10.7。α和β都不在規(guī)定的限度內(nèi)，Jominy曲線具有明顯的拐點。Cr和Mo剛好低于所需最小值，尤其是氮含量不足。
對于樣品D，α等于2.845，β等于9.5，其又在規(guī)定限度外。因為Cr和氮的含量不足，Jominy曲線具有明顯的拐點。
但是，對于根據(jù)本發(fā)明的樣品E，α等于0.41，β等于2.7。所需條件得到滿足，并且可看出，Jominy曲線幾乎是呈直線的，沒有拐點。
以相同的方式，對于根據(jù)本發(fā)明的樣品F，α等于0.23，β等于3.7。在這種情況下，其Jominy曲線也幾乎是呈直線的，沒有拐點。
以相同的方式，對于根據(jù)本發(fā)明的樣品G，α等于0.83，β等于6.6。其Jominy曲線幾乎是呈直線的，沒有明顯拐點。
在正常溫度條件下和高溫下還研究了表1中的鋼A、B和E在滲碳過程中的性質(zhì)。
正常溫度(930℃)下的滲碳操作在低壓和使用圓柱形試樣的類似條件下進(jìn)行，以在滲碳表面賦予0.75％的碳含量。在這些滲碳操作之后，接著在氣相介質(zhì)中(在這種情況下是在氮氣中，但是例如可以使用包含10％氫的氮/氫混合物)，在兩種不同的壓力條件5巴和20巴下進(jìn)行淬火操作。因此預(yù)期獲得700-800HV的表面硬度和0.50mm的滲碳深度(也就是說，硬度為550HV時的深度)。結(jié)果在表2(在5巴下測試)和表3(在20巴下測試)中給出。
表2在5巴下氣相介質(zhì)中淬火時的滲碳性質(zhì)

表3在20巴下氣相介質(zhì)中淬火時的滲碳性質(zhì)

這些測試說明，參考鋼A不能容易地獲得期望的滲碳深度。這是由于其缺乏可淬性。
參考鋼B和C以及本發(fā)明鋼E這三種鋼均能夠在滲碳的正常溫度條件下產(chǎn)生預(yù)期的滲碳深度。
對于5巴下的淬火介質(zhì)，表面硬度與核心硬度之間的偏差ΔHV對于參考鋼B和本發(fā)明鋼E(ΔHV分別等于352和354)是非常相當(dāng)?shù)?，并且比參考鋼A(ΔHV＝497)低得多。但是，對于20巴下的淬火介質(zhì)，ΔHV對于參考鋼B和C比對本發(fā)明的鋼E(ΔHV分別等于297、330和226)明顯不利。結(jié)果是這些硬度偏差產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這導(dǎo)致當(dāng)滲碳部件在嚴(yán)格條件下淬火時發(fā)生變形，該殘余應(yīng)力可通過使用本發(fā)明鋼而最小化。
最后，本發(fā)明鋼E產(chǎn)生最高水平的核心硬度。因此，對于在操作過程中經(jīng)受高水平應(yīng)力的齒輪部件，并且對于該齒輪部件尋求高水平的機(jī)械性能(尤其是在滲碳層下和在核心處的高水平硬度)，其比部件在操作過程中經(jīng)受的應(yīng)力更大，為了保證操作過程中的高水平抗疲勞性，本發(fā)明鋼在給定的滲碳條件下最適合于操作過程中的高水平抗疲勞性。
滲碳測試也在高溫(980℃)下在上述參考鋼A和D及本發(fā)明鋼E的圓柱形樣品上進(jìn)行。在這種情況下，滲碳表面又具有0.75％的碳含量。在兩種情況下，尋求700-800HV的表面硬度和550HV硬度下0.50mm的滲碳深度。滲碳之后在氣相介質(zhì)(氮氣)中的淬火對于鋼A和D在20巴的壓力下進(jìn)行，對于鋼E僅在1.5巴下進(jìn)行。結(jié)果在表4中列出。晶粒尺寸的評價也根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)給出。
表4在氣相介質(zhì)中20巴(鋼A和C)和1.5巴(鋼E)下淬火時的滲碳性質(zhì)

對于在930℃的正常溫度下的滲碳操作，兩種鋼能夠獲得預(yù)期的表面硬度。
本發(fā)明能夠產(chǎn)生明顯比參考A更大的滲碳深度，雖然參考A已經(jīng)在更嚴(yán)格得多的條件下淬火，已知這會增加滲碳深度，其中所有其它方面是相同的。
表面與核心之間的硬度偏差對于本發(fā)明來說比對于參考A和D(ΔHV分別對于E等于240，對于A等于428，對于D等于274)明顯更小。上述關(guān)于在正常溫度下滲碳之后的淬火過程中的變形方面的優(yōu)點在這種情況下也進(jìn)一步被加強(qiáng)。
核心硬度對于本發(fā)明來說比對于參考鋼來說更高，雖然淬火介質(zhì)的壓力低得多。在這種情況下也發(fā)現(xiàn)在正常溫度下淬火的上述操作過程中的抗疲勞性提高方面的結(jié)果。
最后，在滲碳區(qū)中和滲碳區(qū)外，本發(fā)明鋼都具有比參考鋼A和D更細(xì)的ASTM晶粒尺寸。因此，其更加不易于有高溫下滲碳過程中晶粒尺寸增加的風(fēng)險。這是非常重要的優(yōu)點，因為滲碳部件上晶粒尺寸的增加對齒狀物底部處的抗疲勞性和滲碳部件的強(qiáng)度有非常有害的影響。因此本發(fā)明鋼完全適合用于生產(chǎn)在高溫下被滲碳或碳氮共滲的齒輪部件(或需要相當(dāng)性質(zhì)的任何其它部件)，并且這帶來所有的經(jīng)濟(jì)優(yōu)點，而不會以任何方式犧牲部件的有效性。
其它滲碳測試也在低壓下在參考鋼A和本發(fā)明鋼E上進(jìn)行。
對于之后為20巴下氣體淬火的930℃下在鋼A上進(jìn)行的低壓滲碳操作來說，需要72分鐘的滲碳，以產(chǎn)生對于HV＝550為0.50mm的預(yù)期滲碳深度。使用本發(fā)明鋼E，對于之后為1.5巴下氣體淬火(與對于鋼A相同的氣體)的930℃下的低壓滲碳，30分鐘的滲碳足以產(chǎn)生對于HV＝550為0.50mm的相同滲碳深度。
對于980℃的高溫下在參考鋼A上進(jìn)行的低壓滲碳，需要30分鐘的滲碳和20巴下的氣體淬火，以產(chǎn)生對于HV＝550為0.50mm的預(yù)期滲碳深度。980℃和低壓下20分鐘的滲碳時間對于本發(fā)明鋼E來說足以產(chǎn)生對于HV＝550為0.5mm的相同滲碳深度，并且氣體淬火在僅1.5巴的壓力下進(jìn)行。當(dāng)然，用于鋼A和E的淬火氣體是相同的。
這表明，本發(fā)明鋼E在正常滲碳溫度(930℃)和高溫(980℃)下都能夠減少滲碳時間，這能夠降低滲碳成本(滲碳?xì)怏w的量、滲碳時間......)，并能夠提高生產(chǎn)滲碳部件的生產(chǎn)率。
本發(fā)明鋼由于其受控的可淬性還能夠降低淬火氣體的壓力，以產(chǎn)生相同的滲碳深度，這能夠進(jìn)一步減少或消除滲碳部件中的變形，并且能夠在氣體淬火爐的腔室中氣體淬火部件的技術(shù)方面獲得節(jié)約和簡化。
在低壓和高溫(980℃)下，還在沒有切口的沖擊強(qiáng)度樣品(尺寸L＝55mm，橫截面10×10mm)上進(jìn)行滲碳，一方面在20巴的壓力下氣體淬火之前在參考鋼A上進(jìn)行，另一方面在本發(fā)明鋼E上進(jìn)行，但是在這種情況下在僅1.5巴的壓力下氣體淬火之前進(jìn)行。期望的滲碳深度是相同的，因為淬火氣體的類型是相同的。然后，以這種方式被滲碳和淬火的樣品通過在室溫下沖擊而斷裂。以這種方式獲得的斷裂時的能量結(jié)果分別為-對于參考鋼A，19焦耳，-對于本發(fā)明鋼E，29焦耳。
同時，參考鋼A的沖擊強(qiáng)度樣品在低壓和正常溫度(930℃)下滲碳，以獲得如上的相同滲碳深度。然后用相同的氣體在20巴的壓力下對它們進(jìn)行淬火。然后如上在室溫下使這些樣品斷裂，以這種方式獲得的斷裂時的能量為17焦耳，也就是說，比對于在高溫下滲碳的本發(fā)明鋼E要小得多。
這表明，雖然參考鋼A的樣品的核心硬度(312HV)比本發(fā)明鋼E(500HV)更低，但對于相同的最終滲碳深度來說，在高溫下滲碳的鋼E的韌性比在高溫或正常溫度下滲碳的參考鋼A更高。也就是說，使用本發(fā)明鋼來進(jìn)行預(yù)期產(chǎn)生特定滲碳深度的高溫滲碳操作與使用參考鋼相比不會損害由這種鋼生產(chǎn)的滲碳部件的韌性，其中該參考鋼也已經(jīng)在高溫或正常滲碳溫度下滲碳以獲得相同的滲碳深度。兩種鋼之間核心硬度方面的差異在此方面并不是不利的。這也表明，本發(fā)明鋼尤其適合于高溫下的滲碳，與在正常溫度或高溫下滲碳的已知鋼相比，本發(fā)明鋼減少滲碳時間、提高生產(chǎn)率和降低滲碳成本。這些部件所獲得的使用性質(zhì)(如韌性)與參考鋼相比不受損害。
在上述條件下，本發(fā)明鋼E的疲勞彎曲(fatigue-flexion)樣品還在低壓和高溫(980℃)下滲碳，在其中心包括加寬的U形切口。滲碳之后是在僅1.5巴壓力下的氣體淬火，預(yù)期滲碳深度和淬火氣體類型都與針對沖擊強(qiáng)度樣品的測試相同。以相同的方式，在930℃的正常滲碳溫度下在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的鋼A上進(jìn)行氣體滲碳，以獲得如上相同的滲碳深度，在疲勞彎曲樣品上進(jìn)行的氣體滲碳與鋼E的相同。在滲碳之后，對它們進(jìn)行油淬火操作，以提高鋼A的疲勞彎曲方面的硬度和強(qiáng)度。然后對以此方式滲碳的鋼E和A的兩批樣品在4個點比較在疲勞彎曲方面的疲勞極限，其中這些樣品的加寬U形切口在根據(jù)疲勞彎曲施加負(fù)荷的區(qū)域的中心。對在以上條件下滲碳和淬火的每種鋼A和E進(jìn)行疲勞彎曲測試高達(dá)1000萬次循環(huán)。
在這些條件下，在1000萬次循環(huán)下的疲勞極限為本發(fā)明鋼E的1405MPa，而鋼A僅為1165MPa。
這表明，使用本發(fā)明鋼來進(jìn)行預(yù)期獲得特定滲碳深度的高溫滲碳操作并不會損害疲勞彎曲方面的強(qiáng)度，相反，與在正常滲碳溫度下在現(xiàn)有技術(shù)的鋼上進(jìn)行的正常滲碳操作相比，其反而是非常有利的，其中所述現(xiàn)有技術(shù)的鋼已被滲碳至相同的深度并且還在油中淬火，以提高其疲勞彎曲方面的強(qiáng)度。
在這一點上應(yīng)該補(bǔ)充的是，這些疲勞彎曲的測試意在模擬齒輪齒底部，機(jī)動車變速箱中使用的齒輪機(jī)構(gòu)或齒輪部件。這還表明，本發(fā)明的鋼尤其適合于高溫滲碳，與已在正常溫度下滲碳的已知鋼相比，本發(fā)明的鋼減少滲碳時間、提高生產(chǎn)率、降低滲碳成本，而不損害利用部件所獲得的使用性能，如小齒輪或齒輪機(jī)構(gòu)的齒輪齒滲碳底部的疲勞彎曲方面的強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.用于機(jī)械部件的鋼，其特征在于，其組成為，以重量百分比計-0.19％≤C≤0.25％；-1.1％≤Mn≤1.5％；-0.8％≤Si≤1.2％；-0.01％≤S≤0.09％；-痕量≤P≤0.025％；-痕量≤Ni≤0.25％；-1％≤Cr≤1.4％；-0.10％≤Mo≤0.25％；-痕量≤Cu≤0.30％；-0.010％≤Al≤0.045％；-0.010％≤Nb≤0.045％；-0.0130％≤N≤0.0300％；-任選地，痕量≤Bi≤0.10％和/或痕量≤Pb≤0.12％和/或痕量≤Te≤0.015％和/或痕量≤Se≤0.030％和/或痕量≤Ca≤0.0050％；余量為鐵和由生產(chǎn)操作產(chǎn)生的雜質(zhì)，調(diào)節(jié)該化學(xué)組成使得五次Jominy測試的平均值J3m、J11m、J15m和J25m為α＝|J11m-J3m×14/22-J25m×8/22|≤2.5HRC；和β＝J3m-J15m≤9HRC。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于機(jī)械部件的鋼，其特征在于，調(diào)節(jié)其組成使得β＝J3m-J15m≤8HRC。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的用于機(jī)械部件的鋼，其特征在于，其組成為-0.19％≤C≤0.25％；-1.2％≤Mn≤1.5％；-0.85％≤Si≤1.2％；-0.01％≤S≤0.09％；-痕量≤P≤0.025％；-0.08％≤Ni≤0.25％；-1.1％≤Cr≤1.4％；-0.10％≤Mo≤0.25％；-0.06％≤Cu≤0.30％；-0.010％≤Al≤0.045％；-0.015％≤Nb≤0.045％；-0.0130％≤N≤0.0300％；-任選地，痕量≤Bi≤0.07％和/或痕量≤Pb≤0.12％和/或痕量≤Te≤0.010％和/或痕量≤Se≤0.020％和/或痕量≤Ca≤0.045％，余量為鐵和由生產(chǎn)操作產(chǎn)生的雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的用于機(jī)械部件的鋼，其特征在于，其組成為-0.20％≤C≤0.25％；-1.21％≤Mn≤1.45％；-0.85％≤Si≤1.10％；-0.01％≤S≤0.08％；-痕量≤P≤0.020％；-0.08％≤Ni≤0.20％；-1.10％≤Cr≤1.40％；-0.11％≤Mo≤0.25％；-0.08％≤Cu≤0.30％；-0.010％≤Al≤0.035％；-0.025％≤Nb≤0.040％；-0.0130％≤N≤0.0220％；-任選地，痕量≤Bi≤0.07％和/或痕量≤Pb≤0.12％]和/或痕量≤Te≤0.010％和/或痕量≤Se≤0.020％和/或痕量≤Ca≤0.045％，余量為鐵和由生產(chǎn)操作產(chǎn)生的雜質(zhì)。
5.一種用于由滲碳或碳氮共滲的鋼生產(chǎn)機(jī)械部件的方法，其特征在于使用根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項的鋼用于此目的，對其進(jìn)行機(jī)械加工操作，滲碳操作或碳氮共滲操作，然后進(jìn)行淬火操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，所述滲碳或碳氮共滲在950-1050℃的溫度下進(jìn)行。
7.鋼機(jī)械部件，其特征在于，它通過根據(jù)權(quán)利要求5或6的方法獲得。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的機(jī)械部件，其特征在于，它是齒輪部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于機(jī)械部件的鋼，其特征在于，其組成為，以重量百分比計0.19％≤C≤0.25％；1.1％≤Mn≤1.5％；0.8％≤Si≤1.2％；0.01％≤S≤0.09％；痕量≤P≤0.025％；痕量≤Ni≤0.25％；1％≤Cr≤1.4％；0.10％≤Mo≤0.25％；痕量≤Cu≤0.30％；0.010％≤Al≤0.045％；0.010％≤Nb≤0.045％；0.0130％≤N≤0.0300％；任選地，痕量≤Bi≤0.10％和/或痕量≤Pb≤0.12％和/或痕量≤Te≤0.015％和/或痕量≤Se≤0.030％和/或痕量≤Ca≤0.0050％；余量為鐵和由生產(chǎn)操作產(chǎn)生的雜質(zhì)，調(diào)節(jié)該化學(xué)組成使得五次Jominy測試的平均值J
文檔編號C23C8/32GK1950533SQ200580014026
公開日2007年4月18日 申請日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月24日
發(fā)明者P·達(dá)吉耶, P·迪耶里克, C·皮沙爾 申請人:阿斯克邁塔爾公司