專利名稱：滲碳淬火方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對機械零件等進(jìn)行氣體滲碳淬火的滲碳淬火方法。
背景技術(shù)：
以往為了提高機械零件的疲勞強度和耐磨性能，進(jìn)行氣體滲碳淬火處理。氣體滲碳淬火通常是把表面硬化鋼等制成的被處理構(gòu)件加熱到A3線以上的溫度，并保持在由改性氣體或碳?xì)浠衔锏葮?gòu)成的滲碳氛圍下進(jìn)行(例如參照專利文獻(xiàn)1)。被處理構(gòu)件通過滲碳，其表面附近的碳濃度增加，可以提高該被處理構(gòu)件的表面硬度。另一方面，由于被處理構(gòu)件的芯部保持碳濃度比較低的表面硬化鋼的碳濃度，所以因提高了表面硬度而提高了耐磨性能和機械強度，同時可以確保被處理構(gòu)件整體的韌性。專利文獻(xiàn)1日本專利公開公報特開2003-121077號由于上述滲碳淬火一般需要數(shù)小時左右的處理時間，所以從提高生產(chǎn)率或降低制造成本的角度考慮，希望尋求進(jìn)一步縮短處理時間的方法。其中，由于滲碳是通過從外部向材料提供碳并使其固溶、擴(kuò)散來進(jìn)行的，所以如果提高處理溫度，則會提高碳的擴(kuò)散速度，可以在短時間使需要的碳量在被處理構(gòu)件中固溶、 擴(kuò)散，從而可以縮短滲碳處理的處理時間。另一方面，如果提高處理溫度，則因在處理中保持在高溫，會使被處理構(gòu)件的奧氏體晶粒長大，有可能導(dǎo)致被處理構(gòu)件淬火后的機械性能降低，以及因奧氏體晶粒長大造成淬火時在被處理構(gòu)件的表面和內(nèi)部產(chǎn)生微細(xì)的裂紋。對此也可以考慮使用通過添加Nb、Ti可以抑制因保持在高溫而造成的奧氏體晶粒長大的鋼材?？墒牵眠@種鋼材抑制奧氏體晶粒長大的效果在實際應(yīng)用中要在1050°C左右，并且要用特殊的鋼材，所以從成本的角度考慮不是優(yōu)選的。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于這種情況，本發(fā)明的目的是提供一種可以縮短滲碳處理的處理時間的滲碳淬火方法，不使用特殊的鋼材，且不會產(chǎn)生微細(xì)裂紋或降低機械性能。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種用于對表面硬化鋼制成的被處理構(gòu)件進(jìn)行滲碳淬火的滲碳淬火方法，其特征在于包括加熱工序，把所述被處理構(gòu)件加熱到1050°C 1350°C的處理溫度；滲碳工序，把所述被處理構(gòu)件保持在所述處理溫度，在調(diào)整成所述被處理構(gòu)件表面的碳濃度小于JE線或小于Acm線的滲碳氛圍中進(jìn)行滲碳處理，并且用所述滲碳處理使作為碳擴(kuò)散范圍的擴(kuò)散層的碳濃度在0. 6wt%以下；一次淬火工序，在所述滲碳工序后，降溫到規(guī)定的淬火溫度進(jìn)行淬火；保溫工序，把所述一次淬火工序后的所述被處理構(gòu)件保持在1000°C以下而且比A3線或Acm線高的溫度；二次淬火工序，在所述保溫工序后進(jìn)行淬火。按照上述滲碳淬火方法，由于在滲碳工序中使處理溫度為1050°C到1350°C的范圍，并在把處理氛圍調(diào)整成所述被處理構(gòu)件表面的碳濃度小于JE線或小于Acm線的滲碳氛圍中進(jìn)行滲碳處理，所以能向被處理構(gòu)件提供能固溶的碳量，同時可以提高碳向被處理構(gòu)件的擴(kuò)散速度。其結(jié)果，可以用短的時間使需要的碳量以需要的滲碳深度固溶到被處理構(gòu)件中，從而可以用短的時間完成滲碳處理。此外，被保持在1050°C到1350°C高溫的被處理構(gòu)件的金屬組織中，出現(xiàn)奧氏體晶粒長大，有可能會因之后進(jìn)行的淬火產(chǎn)生微細(xì)裂紋。關(guān)于這一點，由于在本發(fā)明中使擴(kuò)散層的碳濃度為0. 6wt%以下，所以在此后一次淬火工序時，可以抑制因奧氏體晶粒長大而可能導(dǎo)致產(chǎn)生的微細(xì)裂紋。此外在一次淬火工序后，由于利用保溫工序把所述被處理構(gòu)件保持在1000°C以下而且比A3線或Acm線高的溫度，所以被處理構(gòu)件組織中的奧氏體晶粒被細(xì)化。因此在二次淬火后，可以防止因原始奧氏體晶粒長大造成的機械性能的降低。根據(jù)以上說明，按照本發(fā)明，即使不用特殊的鋼材，也不會產(chǎn)生微細(xì)裂紋和降低機械性能，可以在高溫下進(jìn)行滲碳處理，可以縮短滲碳淬火的處理時間。在上述滲碳淬火方法中，優(yōu)選的是，所述滲碳工藝包括滲碳處理工序，把所述被處理構(gòu)件保持在所述處理溫度，在調(diào)整成所述被處理構(gòu)件表面的碳濃度大于0. 6wt%而且小于JE線或小于Acm線的滲碳氛圍中進(jìn)行滲碳處理；擴(kuò)散處理工序，使利用滲碳處理工序滲入所述被處理構(gòu)件的碳擴(kuò)散，并使所述擴(kuò)散層的碳濃度在0. 6wt%以下。在這種情況下，即使在滲碳處理工序使被處理構(gòu)件表面的碳濃度調(diào)整成超過 0. 6wt%的高濃度，利用此后的擴(kuò)散處理工序，使?jié)B入被處理構(gòu)件表面的碳向該被處理構(gòu)件內(nèi)部擴(kuò)散，也可以確保必要的滲碳深度，同時使擴(kuò)散層的碳濃度在0. 6wt%以下。因此，可以抑制有可能因一次淬火工序產(chǎn)生的微細(xì)裂紋，同時在滲碳處理工序中，可以使更多的碳固溶到被處理構(gòu)件中，可以用更短的時間完成滲碳處理。在上述滲碳淬火方法中，在想進(jìn)一步提高被處理構(gòu)件的表面硬度的情況下，所述保溫工序也可以在調(diào)整成所述被處理構(gòu)件表面的碳濃度在0. 6wt%以上的滲碳氛圍下進(jìn)行。在這種情況下，在保溫工序中調(diào)整滲碳氛圍，使被處理構(gòu)件表面的碳濃度變成比當(dāng)前碳濃度在0. 6wt%以下更高的碳濃度。其中，即使被處理構(gòu)件表面的碳濃度在0. 6wt% 以上，由于利用保溫工序使奧氏體晶粒細(xì)化，也可以抑制產(chǎn)生上述的微細(xì)裂紋。這樣，通過調(diào)整保溫工序中的氛圍，可以調(diào)整到被處理構(gòu)件所需要的表面硬度。按照本發(fā)明的滲碳淬火方法，不必使用特殊的鋼材，而且不會產(chǎn)生微細(xì)裂紋和降低機械特性，可以縮短滲碳處理的處理時間。


圖1是表示本發(fā)明的滲碳淬火方法的加熱模型圖。圖2是表示鐵-碳平衡圖的主要部分的圖。圖3是表示對被處理構(gòu)件進(jìn)行滲碳淬火用的滲碳裝置的圖。圖4是用于說明對工件的斷面組織和碳濃度分布進(jìn)行評價部分的圖。圖5是在利用滲碳淬火方法進(jìn)行滲碳淬火時，觀察到的在一次淬火工序后和二次淬火工序后的被處理構(gòu)件表面附近的原始奧氏體晶粒的斷面組織照片的一個例子，(a)是一次淬火工序后的斷面組織照片，(b)是二次淬火工序后的斷面組織照片。圖6是表示在利用滲碳淬火方法進(jìn)行滲碳淬火時，在一次淬火工序后和二次淬火工序后的被處理構(gòu)件斷面的碳濃度分布測定結(jié)果的一個例子的曲線，(a)是一次淬火工序后的曲線，(b)是二次淬火工序后的曲線。此外，圖中的橫軸表示距工件W表面的深度距離 (mm)，縱軸表示碳濃度)。圖7是表示驗證擴(kuò)散層的碳濃度和產(chǎn)生微細(xì)裂紋之間關(guān)系用的試樣的滲碳工序條件和其驗證結(jié)果的圖。符號說明W工件(被處理構(gòu)件)
具體實施例方式下面參照附圖對本發(fā)明優(yōu)選的實施方式進(jìn)行說明。圖1是表示本發(fā)明的滲碳淬火方法的加熱模型圖。在本滲碳淬火方法中，對使用表面硬化鋼做成的被處理構(gòu)件進(jìn)行處理。其中所謂的表面硬化鋼是指機械結(jié)構(gòu)用碳鋼和機械結(jié)構(gòu)用合金鋼之中碳濃度為0. 1 0. 2wt%左右的低碳鋼。具體可以例舉JISG4051、JISG4053中記載的主要為表面硬化用的鋼種(例如 SCr415、SCr420、SCM415、420、425、S20CK 等)。在利用本滲碳淬火方法的熱處理中，首先把上述被處理構(gòu)件放置在氣體滲碳處理爐等中，加熱到滲碳處理工序中的處理溫度Tl (加熱工序)。加熱到處理溫度Tl后，把被處理構(gòu)件保持在該處理溫度Tl，通過使?fàn)t內(nèi)氛圍為滲碳氛圍進(jìn)行滲碳處理，并且進(jìn)行利用滲碳處理使作為碳擴(kuò)散范圍的擴(kuò)散層的碳濃度在 0. 6wt%以下的處理(滲碳工序)。上述滲碳工序包括進(jìn)行所述滲碳處理的滲碳處理工序、以及利用滲碳處理使?jié)B入被處理構(gòu)件的碳擴(kuò)散的擴(kuò)散處理工序。在上述滲碳處理工序中，處理溫度Tl被設(shè)定在1050°C 1350°C的范圍內(nèi)。此外， 調(diào)整爐內(nèi)氛圍，使被處理構(gòu)件表面的碳濃度小于JE線或小于Acm線。由此被處理構(gòu)件還是保持處理溫度Tl，但可以使碳固溶，從而使表面附近的碳濃度最大約為2. 0wt%。在規(guī)定期間進(jìn)行滲碳處理后，在保持處理溫度Tl的狀態(tài)下，進(jìn)行使由滲碳處理工序滲入的碳向被處理構(gòu)件內(nèi)部擴(kuò)散的擴(kuò)散處理(擴(kuò)散處理工序)。在該擴(kuò)散處理中，把爐內(nèi)氛圍調(diào)整成在被處理構(gòu)件中作為碳擴(kuò)散范圍的擴(kuò)散層的碳濃度在0. 6wt%以下的滲碳氛圍，或調(diào)整成惰性氣體氛圍。此外，調(diào)整成惰性氣體氛圍是為了使已經(jīng)滲入被處理構(gòu)件的碳向內(nèi)部擴(kuò)散，抑制從外部氛圍滲入碳。圖2是表示鐵-碳平衡圖的主要部分的圖。上述滲碳處理工序?qū)?yīng)于圖2中的處理溫度T1(1050°C到1350°C的范圍)進(jìn)行氛圍調(diào)整，使被處理構(gòu)件表面的碳濃度小于JE線或小于Acm線的碳濃度。例如對于使用SCM420 (含碳量約為0. 2wt % )的被處理構(gòu)件，在使處理溫度Tl為 1200°C進(jìn)行處理的情況下，被處理構(gòu)件表面的碳濃度按圖2所示那樣變化。S卩，被處理構(gòu)件表面的碳濃度在滲碳處理前位于約為0. 2wt%的點1，利用滲碳處理工序提高到最大靠近 JE線的點2(碳濃度約為1.6wt% )位置的碳濃度。然后，利用擴(kuò)散處理工序降低到約為 0. 6wt% 的點 3。如上所述，在滲碳處理工序中，由于使處理溫度Tl為1050°C 1350°C的范圍進(jìn)行滲碳處理，使被處理構(gòu)件表面變成最大約為2. 的高碳濃度，所以能夠向被處理構(gòu)件提供可以固溶的碳量，并且可以提高碳在被處理構(gòu)件中的擴(kuò)散速度。其結(jié)果，可以用短的時間使需要的碳量以需要的滲碳深度固溶在被處理構(gòu)件中，從而可以用短的時間完成滲碳處理。S卩，在滲碳處理工序中即使調(diào)整成使被處理構(gòu)件表面的碳濃度超過0.6wt%達(dá)到更高濃度，利用此后的擴(kuò)散處理工序，使?jié)B入到被處理構(gòu)件表面的碳向該被處理構(gòu)件內(nèi)部擴(kuò)散，也可以確保需要的滲碳深度，并且使擴(kuò)散層的碳濃度在0. 6wt%以下。因此，可以抑制有可能因一次淬火工序產(chǎn)生的微細(xì)裂紋，并且可以在滲碳處理工序使更多的碳固溶到被處理構(gòu)件中，可以用更短的時間完成滲碳處理。此外，在滲碳處理工序中，在把滲碳氛圍設(shè)定成比0. 6wt%高的碳濃度的情況下， 為了使擴(kuò)散層的碳濃度在0. 6wt %以下，擴(kuò)散處理工序是必要的，但是在把滲碳氛圍設(shè)定成 0. 6wt%以下的碳濃度的情況下，不需要擴(kuò)散處理工序。此外，在上述滲碳處理工序和擴(kuò)散處理工序中，作為滲碳?xì)怏w除了一般的甲烷和丙烷、城市氣體等單獨的碳?xì)浠衔餁怏w以外，還使用這些碳?xì)浠衔餁怏w和氮等惰性氣體的混合氣體、把所述碳?xì)浠衔餁怏w作為富煤氣(enrich gas)添加的改性氣體，使?fàn)t內(nèi)氛圍成為滲碳氛圍進(jìn)行處理。利用滲碳?xì)怏w的種類、濃度、流量、壓力、處理時間等調(diào)整爐內(nèi)的滲碳氛圍，成為被處理構(gòu)件所希望的碳濃度。此外，在利用上述滲碳工序保持在1050°C到1350°C的高溫的被處理構(gòu)件的金屬組織中，奧氏體晶粒長大。如果使處理溫度Tl在1050°C以上，按照J(rèn)ISG0551的奧氏體晶粒的晶粒度等級大約小于7級。如果就這樣對奧氏體晶粒的晶粒度等級小于7級的鋼材進(jìn)行淬火，則有可能會在淬火組織中產(chǎn)生微細(xì)裂紋。而在本實施方式中通過使擴(kuò)散層的碳濃度在0. 6wt%以下，可以抑制在此后的后面敘述的一次淬火工序時、因奧氏體晶粒長大而產(chǎn)生的微細(xì)裂紋。返回到圖1，在擴(kuò)散處理工序(滲碳工序)后，把被處理構(gòu)件的溫度降到規(guī)定的淬火溫度T2，進(jìn)行一次淬火(一次淬火工序)。該一次淬火的淬火溫度T2被設(shè)定成對滲碳后的表面硬化鋼進(jìn)行淬火時的一般的溫度，即，設(shè)定成在1000°C以下而且比A3線或Acm線高的溫度范圍。淬火時的冷卻方法使用作為對表面硬化鋼進(jìn)行淬火時的一般方法的油淬火等進(jìn)行。由此可以使被處理構(gòu)件的金屬組織成為局部碳濃度分布比較均勻的組織，例如馬氏體、貝氏體、微細(xì)珠光體或它們的混合組織。此時，一次淬火前的被處理構(gòu)件因保持在高溫使奧氏體晶粒長大，但如上所述，由于把擴(kuò)散層的碳濃度調(diào)整到0. 6wt%以下，可以抑制有可能因奧氏體晶粒長大而產(chǎn)生的微細(xì)裂紋。然后，把完成了一次淬火的被處理構(gòu)件重新加熱到保溫溫度T3，并在保溫溫度T3 保持規(guī)定時間(保溫工序)。保溫溫度T3被設(shè)定為對滲碳后的表面硬化鋼進(jìn)行淬火時的一般的溫度(1000°C以下而且高于A3線或Acm線的溫度)。利用在保溫溫度T3保溫，使被處理構(gòu)件的組織重新奧氏體化。其中在保溫工序中，由于不像滲碳工序那樣加熱到1050°C以上的高溫，所以被處理構(gòu)件組織中的奧氏體晶粒被細(xì)化。通過使保溫溫度T3高于A3線或Acm線而在1000°C以下的范圍，調(diào)整被處理構(gòu)件金屬組織中的奧氏體晶粒的晶粒度等級，使其細(xì)化到7級以上。由此，可以防止在后面敘述的二次淬火后因原始奧氏體晶粒長大造成的機械性能降低。此外，如果奧氏體晶粒的晶粒度等級是7級以上，則通過一般的滲碳即使把被處理構(gòu)件的表面碳濃度提高到0. 8% 1. 0%左右，由于使奧氏體晶粒充分細(xì)化，所以也可以抑制產(chǎn)生微細(xì)裂紋。因此，在被處理構(gòu)件用于更高表面硬度要求的情況下，可以把保溫工序中的爐內(nèi)氛圍，調(diào)整到比作為經(jīng)過一次淬火工序的被處理構(gòu)件的表面碳濃度更高的、碳濃度為 0. 6wt%以上的滲碳氛圍。此外在這種情況下，由于已經(jīng)在被處理構(gòu)件表面附近形成擴(kuò)散層，所以僅對最表層調(diào)整到獲得需要的表面硬度的碳濃度就可以，可以使處理時間變成非常短的時間。另一方面，由于使包括被處理構(gòu)件表面的擴(kuò)散層的碳濃度在保溫工序之前為 0. 6wt%以下，所以在被處理構(gòu)件表面的碳濃度的值足夠的情況下，把保溫工序中的爐內(nèi)氛圍調(diào)整到保持其表面碳濃度的滲碳氛圍。這樣，在本實施方式中通過調(diào)整保溫工序中的滲碳氛圍，可以調(diào)整到被處理構(gòu)件需要的表面硬度。保溫工序中的保溫時間設(shè)定成在使被處理構(gòu)件的奧氏體晶粒細(xì)化、而且表面的碳濃度在0. 6wt%以上的情況下，要達(dá)到所希望的碳濃度所需要的時間。在上述保溫工序后進(jìn)行二次淬火(二次淬火工序)。該二次淬火以從保溫溫度T3 快冷的方式進(jìn)行。淬火時的冷卻方法與一次淬火相同，利用作為對表面硬化鋼淬火時的一般方法的油冷(80°C 120°C )等進(jìn)行。此后，對被處理構(gòu)件進(jìn)行回火處理，完成熱處理。按照上述的滲碳淬火方法，利用上述的滲碳工序、一次淬火工序、保溫工序和二次淬火工序，可以在高溫進(jìn)行滲碳處理，可以縮短滲碳淬火的處理時間，即使不使用特殊的鋼材，也不會因伴隨奧氏體晶粒長大而產(chǎn)生微細(xì)裂紋和降低機械特性。下面說明本發(fā)明人利用本發(fā)明的滲碳淬火方法實際進(jìn)行滲碳淬火時，在被處理構(gòu)件一次淬火工序后和二次淬火工序后的斷面組織和碳濃度分布的評價結(jié)果的一個例子。圖3是表示對被處理構(gòu)件進(jìn)行滲碳淬火中使用的滲碳裝置的圖。該滲碳裝置10包括把工件W (被處理構(gòu)件)裝入爐內(nèi)Ila的筒形爐體11、配置在爐體11外部用于對工件W加熱的線圈12、在爐內(nèi)Ila中支承工件W的支承部13。此外，滲碳裝置10還包括控制爐內(nèi)Ila氛圍的控制機構(gòu)(圖中沒有表示)，可以調(diào)整爐內(nèi)Ila的滲碳氛圍等。線圈12連接在圖中沒有表示的電源上，與該電源一起構(gòu)成高頻感應(yīng)加熱裝置。該加熱裝置通過對位于線圈12內(nèi)周一側(cè)的工件W進(jìn)行可以控制溫度的加熱，可以進(jìn)行所謂的高頻淬火。此外，爐體11由于用非導(dǎo)電性的耐熱材料制成，所以加熱裝置僅對工件W進(jìn)行感應(yīng)加熱。支承部13可以在上下方向上動作，可以使工件W在爐內(nèi)Ila沿上下方向移動。因此，支承部13可以把工件W支承在爐內(nèi)Ila線圈12的內(nèi)周一側(cè)，并且也可以投入配置在爐體11下側(cè)的油槽(圖中沒有表示)中進(jìn)行淬火。
在評價中使用的工件W用SCM420制成，使用直齒輪(外徑120mm ；內(nèi)徑70mm ；寬度(厚度)50mm ；模數(shù)3· 5)。此外作為處理條件，處理溫度Tl為1200°C，滲碳處理工序的處理時間為10分鐘， 擴(kuò)散處理工序的處理時間為30分鐘。此外，一次淬火的淬火溫度T2為850°C。再加熱時的保溫工序的保溫溫度T3為950°C，保溫工序的保溫進(jìn)行15分鐘后進(jìn)行淬火(二次淬火)。在一次淬火工序、二次淬火工序中都進(jìn)行油淬火。此外在滲碳處理工序中，調(diào)整滲碳氛圍，使被處理構(gòu)件的最高碳濃度(表面碳濃度)大體為1.5wt% (小于被處理構(gòu)件的最大固溶碳濃度)。然后在擴(kuò)散處理工序中，使?fàn)t內(nèi)氛圍采用氮(惰性氣體)氛圍，抑制碳從外部氛圍進(jìn)入，僅使已經(jīng)滲入被處理構(gòu)件的碳向內(nèi)部擴(kuò)散，調(diào)整到被處理構(gòu)件的碳濃度大體在0. 55wt %以下的滲碳氛圍。在保溫工序中，調(diào)整到被處理構(gòu)件的表面碳濃度為0. 8wt%的滲碳氛圍。關(guān)于對斷面組織和碳濃度分布的評價，分別用刀具等將在上述條件下進(jìn)行一次淬火工序后或二次淬火工序后的工件W切成規(guī)定的尺寸。此時如圖4所示，以形成沿與工件W 的表面w2垂直的方向切斷的、包括表面w2端部邊緣的斷面wl的方式切取。并且，把切取后的工件W以使斷面wl露出的狀態(tài)鑲?cè)霕渲戎?，對斷面wl進(jìn)行鏡面研磨。把該斷面wl 中的工件表面附近作為斷面組織的觀察面K進(jìn)行觀察。此外，原始奧氏體晶粒的觀察方法按JISG0551進(jìn)行。此外，碳濃度分布是通過從圖4中斷面wl的表面w2沿與該表面w2大體垂直的線 L向工件W內(nèi)部的方向，連續(xù)測量碳濃度，來獲得斷面中的碳濃度分布。圖5是在用上述滲碳淬火方法進(jìn)行滲碳淬火時，觀察到的一次淬火工序后和二次淬火工序后的被處理構(gòu)件表面附近的原始奧氏體晶粒的斷面組織照片的一個例子，(a)是一次淬火工序后斷面組織照片，(b)是二次淬火工序后的斷面組織照片。看圖5(a)，存在有100微米以上的原始奧氏體晶粒(即滲碳工序后的奧氏體晶粒)，可以確認(rèn)因滲碳工序使奧氏體晶粒長大。在該圖例中按照J(rèn)ISG0551的奧氏體晶粒的晶粒度等級為2級。而在圖5(b)中，原始奧氏體晶粒為50微米以下，可以確認(rèn)因保溫工序使奧氏體晶粒細(xì)化。在該圖例中，原始奧氏體晶粒的晶粒度等級為8級。這樣，在滲碳工序中奧氏體晶粒長大，但在最終處理完成階段的二次淬火工序后， 因保溫工序使奧氏體晶粒細(xì)化，可以確認(rèn)能夠防止因原始奧氏體晶粒長大造成的機械性能降低。此外，觀察在上述工件W表面附近斷面的結(jié)果，也確認(rèn)了在斷面上沒有產(chǎn)生微細(xì)裂紋。圖6是在用上述滲碳淬火方法進(jìn)行滲碳淬火時，測量一次淬火工序后和二次淬火工序后被處理構(gòu)件斷面的碳濃度分布結(jié)果的一個例子的曲線，(a)是一次淬火工序后的曲線，(b)是二次淬火工序后的曲線。此外，圖中的橫軸表示距工件W表面的深度距離(mm)， 縱軸表示碳濃度)?？磮D6(a)，從距表面的深度約為1.5mm左右的部位向芯部方向的范圍，材質(zhì) (SCM420)的碳濃度約為0. 2wt%，碳濃度隨著從距表面的深度1.5mm左右的部位向表面方向增加，碳濃度在距表面的深度為0.5mm的部位變成約為0.#t%。在表面附近變
8成0. 45wt%左右的定值。在這種情況下，由于調(diào)整成被處理構(gòu)件擴(kuò)散層的碳濃度大體為 0. 55wt%以下的滲碳氛圍，所以顯示稍有降低。從圖中可以看出，本工件W利用滲碳處理使作為碳擴(kuò)散范圍的擴(kuò)散層為從表面到約為1. 5mm深度的范圍。從該結(jié)果可以確認(rèn)，在滲碳處理工序中，即使調(diào)整成工件W表面的碳濃度為比較高的濃度，利用此后的擴(kuò)散處理工序使?jié)B入工件W表面的碳擴(kuò)散，也可以確保需要的滲碳深度，并且使擴(kuò)散層的碳濃度在0. 6wt%以下。此外在圖6(b)中，從距表面的深度約為1.5mm左右的部位向芯部方向的范圍， 材質(zhì)的(SCM420)碳濃度約0. 2wt%，碳濃度隨著從距表面的深度1. 5mm左右的部位向表面方向增加，擴(kuò)散層為從表面到約為1.5mm的深度范圍。此外，本工件由于在保溫工序中采用使被處理構(gòu)件的表面碳濃度為0. 8wt%的滲碳氛圍，所以最表面部分的碳濃度為超過 0. 8wt% 的值。這樣，在一次淬火工序后，工件W表面的碳濃度為0. 6wt%以下比較低的值，但是在保溫工序中如果調(diào)整處理氛圍，則可以達(dá)到一般的滲碳淬火后的表面碳濃度。此外，在一次淬火工序后可以為比較低的碳濃度的情況下，通過把保溫工序中的處理氛圍調(diào)整成可以保持一次淬火工序后的碳濃度分布，也可以成為圖6(a)所示的碳濃度分布。下面說明在一次淬火工序中，即在奧氏體晶粒長大了的狀態(tài)下的淬火中，驗證擴(kuò)散層的碳濃度和產(chǎn)生微細(xì)裂紋的關(guān)系的結(jié)果。作為驗證方法，用上述的滲碳裝置，通過在多個不同條件下對規(guī)定的試樣進(jìn)行滲碳工序，制成本發(fā)明的實施例的試樣和作為其比較對象的比較例的試樣，對它們的一次淬火后的斷面組織進(jìn)行觀察和對斷面的碳濃度分布進(jìn)行測量。根據(jù)對斷面組織進(jìn)行觀察，掌握在從表面到什么程度的距離范圍產(chǎn)生了微細(xì)裂紋，從其掌握的距離和碳濃度分布的測量結(jié)果，驗證了在什么程度的碳濃度下會產(chǎn)生微細(xì)裂紋。制作實施例和比較例用的試樣(被處理構(gòu)件)，使用SCM420做成的圓筒形構(gòu)件 (外徑115讓；內(nèi)徑:75mm ；寬度(高度)20mm)。圖7是表示驗證用的試樣的滲碳工序的條件和其驗證結(jié)果的圖。在圖中所示的滲碳工序的條件中，滲碳處理工序和擴(kuò)散處理工序的爐內(nèi)氛圍在實施例和比較例中采用相同的設(shè)定，通過調(diào)整滲碳處理工序和擴(kuò)散處理工序的處理時間，調(diào)整試樣的碳濃度分布。此外，處理溫度Tl和滲碳工序后的一次淬火條件在實施例和比較例中相同。實施例和比較例都在一次淬火工序后進(jìn)行回火(160°C、90分鐘)，此后，都對斷面組織進(jìn)行觀察以及測量碳濃度分布。對斷面組織進(jìn)行觀察和測量碳濃度分布，都是分別對實施例和比較例的試樣中位置能夠特別指定的不同的四個部分(部分1 部分4)進(jìn)行。實施例的試樣滲碳處理工序的處理時間為5分鐘、擴(kuò)散處理工序的處理時間為15 分鐘，各部分表面的碳濃度如圖6所示，在0. 50 0. 60wt%的范圍。在實施例的試樣中不能確認(rèn)產(chǎn)生了微細(xì)裂紋。也如圖6所示，在斷面的碳濃度分布中，由于表面的碳濃度最大，所以實施例試樣的擴(kuò)散層的碳濃度在0. 60wt%以下，判斷在這樣的范圍中不能確認(rèn)產(chǎn)生微細(xì)裂紋。比較例1采用滲碳處理工序的處理時間為20分鐘、擴(kuò)散處理工序的處理時間為0分鐘。比較例1試樣各部分的表面碳濃度為0. 84 1. 05wt%的范圍，可以看到產(chǎn)生微細(xì)裂紋是從表面到0. 20 0. 32mm的距離范圍。從表面到0. 20 0. 32mm的距離中的碳濃度為 0. 70 0. 80wt%，碳濃度在這些值以上的情況下，判斷產(chǎn)生微細(xì)裂紋。比較例2采用滲碳處理工序的處理時間為10分鐘、擴(kuò)散處理工序的處理時間為10 分鐘。比較例2試樣各部分的表面碳濃度為0. 65 0. 77wt%范圍，可以看到產(chǎn)生微細(xì)裂紋是從表面到0. 05 0. 06mm的距離范圍。從表面到0. 05 0. 06mm的距離中的碳濃度為 0. 62 0. 77wt%。特別是在部分3中，碳濃度為0. 62wt%產(chǎn)生微細(xì)裂紋，在部分4中碳濃度為0. 65wt%產(chǎn)生微細(xì)裂紋。從上述結(jié)果可以判斷，當(dāng)一次淬火工序時(在奧氏體晶粒長大的狀態(tài)下的淬火)， 在碳濃度大于0. 60wt%的情況下，產(chǎn)生微細(xì)裂紋。從上述驗證試驗可以看出，如果利用滲碳工序(擴(kuò)散處理工序)使擴(kuò)散層的碳濃度在0. 6wt%以下，可以抑制產(chǎn)生微細(xì)裂紋。此外，本發(fā)明不限定于上述各實施方式。雖然在上述實施方式中是利用高頻淬火對被處理構(gòu)件進(jìn)行滲碳淬火，但本發(fā)明也包括用連續(xù)滲碳爐和全能爐等進(jìn)行滲碳淬火的情況。此外在上述實施方式中，舉例表示了用油淬火進(jìn)行一次淬火和二次淬火的情況， 但在一次淬火中，被處理構(gòu)件的金屬組織如果是局部的碳濃度分布比較均勻的組織，例如馬氏體、貝氏體、微細(xì)珠光體或它們的混合組織，則即使硬度有些低，由于在后面要進(jìn)行二次淬火工序，所以也沒有問題。因此也可以用除了油淬火以外的冷卻方法，例如也可以在 500°C左右的鹽浴或在氮氣等中冷卻。對于二次淬火也不限于油淬火，只要進(jìn)行淬火可以獲得需要的硬度，可以采用其他的冷卻方法。
權(quán)利要求
1.一種滲碳淬火方法，用于對表面硬化鋼制成的被處理構(gòu)件進(jìn)行滲碳淬火，其特征在于包括加熱工序，把所述被處理構(gòu)件加熱到1050°C 1350°C的處理溫度； 滲碳工序，把所述被處理構(gòu)件保持在所述處理溫度，在調(diào)整成所述被處理構(gòu)件表面的碳濃度小于JE線或小于Acm線的滲碳氛圍中進(jìn)行滲碳處理，并且利用所述滲碳處理使作為碳擴(kuò)散范圍的擴(kuò)散層的碳濃度在0. 6wt%以下；一次淬火工序，在所述滲碳工序后，降溫到規(guī)定的淬火溫度進(jìn)行淬火； 保溫工序，把所述一次淬火工序后的所述被處理構(gòu)件保持在1000°C以下而且比A3線或Acm線高的溫度；二次淬火工序，在所述保溫工序后進(jìn)行淬火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳淬火方法，其特征在于， 所述滲碳工序包括滲碳處理工序，把所述被處理構(gòu)件保持在所述處理溫度，在調(diào)整成所述被處理構(gòu)件表面的碳濃度大于0. 6wt%而且小于JE線或小于Acm線的滲碳氛圍中進(jìn)行滲碳處理；擴(kuò)散處理工序，使利用滲碳處理工序滲入所述被處理構(gòu)件的碳擴(kuò)散，并使所述擴(kuò)散層的碳濃度在0. 6wt%以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳淬火方法，其特征在于，所述保溫工序在調(diào)整成所述被處理構(gòu)件表面的碳濃度在0. 6wt%以上的滲碳氛圍中進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種滲碳淬火方法，不會產(chǎn)生微細(xì)裂紋和降低機械性能，且可以縮短滲碳處理的處理時間。本發(fā)明的滲碳淬火方法用于對表面硬化鋼制成的被處理構(gòu)件進(jìn)行滲碳淬火，包括加熱工序，把所述被處理構(gòu)件加熱到1050℃～1350℃的處理溫度；滲碳工序，把所述被處理構(gòu)件保持在所述處理溫度，在調(diào)整成所述被處理構(gòu)件表面的碳濃度小于JE線或小于Acm線的滲碳氛圍中進(jìn)行滲碳處理，并利用所述滲碳處理使作為碳擴(kuò)散范圍的擴(kuò)散層的碳濃度在0.6wt％以下；一次淬火工序，在所述滲碳工序后，降溫到規(guī)定的淬火溫度進(jìn)行淬火；此外還包括保溫工序，把所述一次淬火工序后的所述被處理構(gòu)件保持在1000℃以下且比A3線或Acm線高的溫度；二次淬火工序，在所述保溫工序后進(jìn)行淬火。
文檔編號C23F17/00GK102345132SQ20111005609
公開日2012年2月8日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者山本亮介 申請人:光洋熱系統(tǒng)株式會社