本申請要求2014年6月20日提交的美國臨時申請序列號62/014,962的權(quán)益，其披露內(nèi)容由此通過引用以其全部內(nèi)容結(jié)合在此。

技術(shù)領域

本專利申請涉及一種鐵基合金，例如具有精細顆粒殼層的鐵基合金。

背景

鐵基合金在許多應用中使用，這些應用包括車輛部件。在一些應用中，韌性和強度/硬度都可以是該鐵基合金的重要特性。然而，總體上，隨著材料的強度/硬度的增加，韌性典型地降低。為了減輕在韌性上的降低，典型地將附加的合金元素加入合金中和/或該合金可以經(jīng)受多重熱處理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在至少一個實施例中，提供了一種形成鐵基合金的方法。該方法可以包括在一個富氮氣氛中在超過包含鐵、氮清除劑、和硼的前體鐵基材料的臨界溫度上限的溫度下處理該前體鐵基材料。該方法可以進一步包括將該前體鐵基材料冷卻到低于該臨界溫度上限以形成該鐵基合金。該鐵基合金可以包括具有ASTM9或更精細的平均粒度的精細顆粒殼層。

該方法可以進一步包括當該溫度超過該臨界溫度上限時將該前體鐵基材料引入一個富碳氣氛中。在一個實施例中，該方法可以包括在一個富碳氣氛中在超過該臨界溫度上限的第一溫度下處理該前體鐵基材料，其中在該富氮氣氛中處理該前體鐵基材料是在超過臨界溫度上限的第二溫度下進行的。

該第二溫度可以是低于該第一溫度。在一個實施例中，該方法可以包括在該富碳氣氛中在約1450°F–2200°F的溫度下處理該前體鐵基材料持續(xù)1至28小時的時間段，并且在富氮氣氛中在該第二溫度下處理該前體鐵基材料持續(xù)第二時間段。該第二溫度可以是比該第一溫度小至少25°F。

該前體鐵基材料可以包括范圍在從0.17-1.5重量％的量內(nèi)的碳、范圍在從0.07-1.75重量％內(nèi)的量的錳、范圍在從0.15-0.6重量％內(nèi)的量的硅、小于0.03重量％的量的磷、小于0.05重量％的量的硫、以及大于80重量％的量的鐵。在一個實施例中，該前體鐵基材料包括總數(shù)為小于1.0重量％百分比的鉬、鉻、鎳、銅、和鎢。

該精細顆粒殼層可以具有至少0.001英寸的厚度。該前體鐵基材料可以包括至少0.0005重量％的硼。該氮清除劑可以包括釩、鈦、鎢、鋁、鋯、鈮、鉻、和鉬中的一種或多種，并且能夠以該前體鐵基材料的從約0.01至0.1重量％的量存在。在一個實施例中，僅將該前體鐵基材料淬火一次以形成該精細顆粒殼層。

在至少一個實施例中，提供了一種鐵基合金材料。該材料可以包括鐵、一種氮清除劑、和硼，該材料具有一個精細顆粒殼層。該精細殼層可以具有ASTM 9或更精細的平均粒度以及大于該材料的芯的氮濃度的氮濃度。該精細顆粒殼層可以具有在ASTM 12至ASTM 14范圍內(nèi)的平均粒度。該鐵基合金材料的芯可以包括至少0.0005重量％的硼并且該精細顆粒殼層可以包括比該芯更大的硼濃度。在一個實施例中，該鐵基合金材料包括總數(shù)為小于1.0重量％百分比的鉬、鉻、鎳、銅、和鎢。該精細顆粒殼層的氮濃度可以是比該材料的芯的氮濃度大兩倍。

在至少一個實施例中，提供了一種鐵基材料。該材料可以包括鐵和原子硼，該材料具有一個外殼層。該外殼層可以具有0.001英寸至0.500英寸的殼厚度、大于該材料的芯的氮濃度的氮濃度、以及大于該材料的芯的硼濃度的硼濃度。

該材料還可以包括被布置在該外殼層與該芯之間的一個內(nèi)殼層。該內(nèi)殼層具有的硼濃度可以是小于該外殼層和該芯二者的硼濃度。該外殼層可以具有ASTM 9或更精細的平均粒度。在一個實施例中，該外殼層具有在ASTM 12至ASTM 14范圍內(nèi)的平均粒度。

附圖簡要說明

圖1描繪了根據(jù)在此描述的實施例用于制造鐵基合金的方法的流程圖；

圖2例描繪了根據(jù)在此描述的實施的鐵基合金的光學顯微照片；

圖3描繪了圖2的鐵基合金的一部分的光學顯微照片；

圖4描繪了圖2的鐵基合金的另一部分的光學顯微照片；

圖5描繪了圖2的鐵基合金的另一部分的光學顯微照片；

圖6描繪了圖2的鐵基合金的疲勞應力測量的圖；并且

圖7描繪了在距離圖2的鐵基合金和另一個鐵基合金的表面的距離處的元素重量百分比的圖。

詳細描述

按照要求，本文披露了本發(fā)明的多個詳細實施例；然而，應該理解的是，所披露的這些實施例僅僅是本發(fā)明的能以不同形式和可替代形式實施的示例。這些附圖不必是按比例的；一些特征可以被夸大或者縮至最小以便示出具體部件的細節(jié)。因此，在此披露的具體的結(jié)構(gòu)上和功能上的細節(jié)不得理解為是限制性的，而是僅作為教導本領域技術(shù)人員以不同方式采用本發(fā)明的代表性基礎。

如在背景中描述的，具有高強度和/或硬度的合金傾向于具有降低的韌性。為了增加這些材料的韌性，典型地加入合金元素如鉬、鉻、鎳、銅、和鎢作為合金元素。這些附加的元素可能為該材料增加顯著的成本。增加韌性的另一種方法是對該合金進行多重熱處理?？梢赃M行這些熱處理以便使這些合金再奧氏體化以使粒度精細化。這些熱處理為該材料加工增加時間和成本。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以用大大減少的合金元素和減少的熱處理周期(例如，加熱和淬火)產(chǎn)生高強度和高韌性鐵基合金。例如，可以將鉬、鉻、鎳、銅、和鎢的典型的合金元素降低至總數(shù)為該鐵基合金的小于1重量％，并且可以僅存在一個單一的熱處理和淬火周期。如以下進一步詳細描述的，可以通過將包括硼的鐵基合金(例如，含硼鋼)進行滲碳和滲氮來形成該鐵基合金材料。這是一個出人意料并且出乎意料的結(jié)果。傳統(tǒng)觀點教導反對對含硼鋼進行滲氮，因為硼的加入使得鋼已經(jīng)是可硬化的，這將使得滲碳是沒有必要并且多余的。含硼鋼的碳氮共滲因此是違反直覺的，因為在滲透過程期間加入氮的目的是增加低合金或普通鋼(plain steel)的殼可硬化性。此外，在碳氮共滲過程期間加入氮典型地在低于1600°F進行，這將顯著增加滲碳周期以及鐵基合金的制造成本，而沒有任何可預見的益處。

圖1描繪了一種用于生產(chǎn)精細顆粒鐵基合金或具有精細顆粒殼層的鐵基合金的方法100。該方法100可以產(chǎn)生一種鐵基合金，該鐵基合金是既強又韌，同時減少了昂貴的合金元素的量和冗長并且昂貴的熱處理。盡管將關(guān)于一種示例性方法和通過這種方法生產(chǎn)的材料和產(chǎn)物描述實施例，還應理解該披露內(nèi)容不限制以下描述的具體實施例的范圍，因為具體的組分和條件可能改變。例如，如適合于給定目的的一組或一類材料的描述不必要地顯示出那些材料超過提供相似的作用或特性的其他同樣合適的材料的優(yōu)選。詳細地對于在此的實施例，除了在實例中，或者其中以其他方式明確指出的，在本說明書中指出材料或反應條件的量的所有數(shù)量應理解為在描述最廣的范圍中通過詞“約”修飾。在所述數(shù)值限制內(nèi)的實踐總體上是優(yōu)選的，但是不必須限制。還應指出，如在本說明書和所附權(quán)利要求書中所使用的，單數(shù)形式“一個”、“一種”、和“該”包含復數(shù)個所指示物，除非上下文另外指出。

在方法100中的步驟102中，在超過該鐵基材料的臨界溫度上限(在下文中稱為‘Ac₃溫度’)的所選擇的溫度下處理一種鐵基材料同時暴露于所選擇的氣氛，即，同時暴露于所選擇的各種氣態(tài)組分的分壓。盡管，為了清楚起見，當描述在方法100的各種步驟中被處理的材料時，總體上使用術(shù)語“鐵基材料”，應理解，貫穿該方法100，該鐵基材料經(jīng)歷顯微結(jié)構(gòu)和/或組成變化。因此，該鐵基材料當被引入該方法100的步驟102中時可以總體上被確認為是一種前體鐵基材料，當貫穿該方法100經(jīng)受處理時被確認是各種中間體材料，并且當完成方法100時被確認是一種最終的鐵基合金。臨界溫度上限(Ac₃溫度)是用于維持該鐵基材料處于全部奧氏體相的下邊界溫度。該Ac₃溫度取決于所使用的鐵基材料的具體組成。除了選擇超過該Ac₃溫度的溫度之外，該處理溫度可以基于所希望的殼層厚度、加工時間、和爐容量進行選擇。在一個實施例中，可以使用1450°F-1800°F(787.8℃-982.2℃)的溫度。

可以在步驟102中將該鐵基材料引入一個富碳氣氛中，其中該氣氛碳勢可以基于加工時間和希望的材料特性進行選擇。如在此使用的，一個富碳氣氛描述了在其中來自該氣氛的組分的碳原子可供用于擴散到該鐵基材料中(例如，處于超過該前體合金的碳含量的碳勢)的條件。作為舉例，在該滲碳氣氛中的碳勢可以是超過0.5重量％的碳并且可以是在從0.5重量％的碳勢至1.4重量％的碳勢范圍內(nèi)?？梢蕴峁┰摑B碳氣氛持續(xù)足以提供到該鐵基材料中的希望的碳擴散的時間段。

在該滲碳氣氛中的處理時間可以針對基于希望的殼層深度和殼層特性所選擇的應用而變化?？傮w上，更長的處理時間將導致更高的碳濃度(一直到碳勢)和更深的殼深度。在一個實施例中，該處理時間可以在從一(1)至二十八(28)小時的范圍內(nèi)。在另一個實施例中，該處理時間可以在從四(4)至二十(20)小時的范圍內(nèi)。該滲碳步驟的處理溫度可以針對基于希望的殼層深度和殼層特性所選擇的應用而變化?？傮w上，更高的處理溫度將導致更高的碳濃度(一直到碳勢)和更深的殼深度。在一個實施例中，該處理溫度可以是從Ac₃溫度至2200°F(1204.4℃)。在另一個實施例中，該處理溫度可以是從1450°F至2200°F(787.8℃至1204.4℃)。在另一個實施例中，該處理溫度可以是從1450°F至1800°F(787.8℃至982.2℃)。

在方法100的步驟104中，可以將該鐵基材料引入一個富氮氣氛中。如在此使用的，富氮描述了在其中來自該氣氛的組分的氮可供用于擴散到該鐵基材料中(例如，處于超過該前體合金的氮含量的氮勢)的條件。在一個實施例中，使用含有所選擇的氨的水平的氣氛來引發(fā)氮到該鐵基材料中。富氮處理時間可以針對基于希望的殼層深度和殼層特性所選擇的應用而變化。在一個實施例中，該處理時間可以在從半(0.5)小時至三(3)小時的范圍內(nèi)?？傮w上，更高的處理溫度將導致更高的氮濃度(一直到氮勢)和更深的殼深度。在一個實施例中，該處理溫度可以是從Ac₃溫度至1800°F(982.2℃)。在另一個實施例中，該處理溫度可以是從1450°F至1800°F(787.8℃至982.2℃)。

在一個實施例中，該鐵基材料在一個富碳、氮中性氣氛中在第一處理溫度下進行處理。氮中性可以是指這樣一種氣氛：該鐵基材料的氮含量將不通過該處理增加。隨后，該鐵基材料可以在與富氮氣氛組合的富碳氣氛中在第二處理溫度下進行處理。該第二處理溫度可以低于該第一處理溫度，其中該溫差據(jù)信阻止顆粒生長同時提供充足的氮吸收速率。在一個實施例中，該第二處理溫度是比該第一處理溫度低至少25°F(或℃)。在另一個實施例中，該第二處理溫度是比該第一處理溫度低至少50°F(或℃)。在另一個實施例中，該第二處理溫度是比該第一處理溫度低至少100°F(或℃)。

在一個實施例中，該鐵基材料經(jīng)歷奧氏體化處理，其中在步驟102中將該鐵基材料加熱到1675°F(912.8℃)的溫度，其中將該合金暴露于具有0.75重量％碳的碳勢的富碳、氮中性氣氛中持續(xù)十三(13)小時。然后將該溫度降低至1550°F(843.3℃)，并且在步驟104中將氨作為氮原子的載氣加入該氣氛中，其中，將這些鐵基材料維持在含有碳和氮的氣氛中持續(xù)1.25小時。當該鐵基材料的殼是處于全部奧氏體相中時，可以發(fā)生富碳氣氛的引入以及富氮或富碳加氮氣氛的引入二者。在其他實施例中，可以完成氮擴散到該鐵基材料中而在該奧氏體化處理之前和/或期間不暴露于富碳氣氛。

在步驟106中，將該鐵基材料淬火?？梢赃x擇該淬火溫度和淬火持續(xù)時間以便提供選擇的或某些顯微結(jié)構(gòu)特征。在一個實施例中，在鹽浴中在超過該馬氏體初始(M_s)溫度的溫度下將該鐵基材料淬火以提供具有主要地貝氏體或貝氏體和馬氏體的混合的顯微結(jié)構(gòu)的殼，例如在超過525°F(273.9℃)的溫度下，如530°F(276.7℃)的溫度。此外，可以將該鐵基材料淬火持續(xù)充足的持續(xù)時間以確保在該鐵基材料內(nèi)的等溫轉(zhuǎn)變。在一個實施例中，在希望的淬火溫度下將該鐵基材料維持在鹽浴中持續(xù)一個小時。在一個實施例中，在低于該馬氏體初始(M_s)溫度的溫度下，將該鐵基材料淬火以提供具有主要地馬氏體顯微結(jié)構(gòu)的殼，例如在200°F(93.3℃)的溫度下淬火。

以上實施例可以不使這些材料經(jīng)受多重加熱和淬火操作(例如，將該鐵基材料加熱超過該Ac₃溫度并且低于該Ac₃溫度淬火僅一次)而產(chǎn)生具有精細粒度的鐵基材料。淬火后，后處理的鐵基合金可以經(jīng)受其他金屬調(diào)理步驟。例如，在一個實施例中，該后處理的鐵基合金可以經(jīng)受回火。在一個實施例中，該后處理的鐵基合金可以經(jīng)受噴丸處理。

在一個實施例中，該前體鐵基材料包含原子的硼和一種氮清除劑。原子的或非鍵合的硼能夠以各種量存在于各種實施例中。在至少一個實施例中，該前體材料可以包括至少0.0005重量％的硼。例如，對于一些應用，原子的硼可以在從約0.0005重量％至約0.006重量％的范圍內(nèi)。該氮清除劑可以是防止在該合金中的原子的或非鍵合的硼與可能存在于該合金的主體中的氮相互作用的元素或物質(zhì)?？梢圆⑶一谙Ｍ牟牧咸匦院筒牧铣杀具x擇氮清除劑的量以便適當減少在該前體鐵基材料中的硼與氮之間的相互作用。例如，該氮清除劑能夠以約0.01重量％至0.1重量％的水平存在，并且可以包含一種或多種以下元素：釩、鈦、鎢、鋁、鋯、鈮、鉻、和鉬。

在至少一個實施例中，該鐵基合金可以包括超出痕量的硼，如至少0.0001重量％。例如，該合金可以包括至少0.0005重量％、至少0.001重量％、至少0.005重量％、或至少0.01重量％。例如，由于氮清除劑的存在，該硼可以是原子的或非鍵合的硼。在一個實施例中，該鐵基合金組合物包括在從約0.001重量％至0.004重量％范圍內(nèi)、或在其中的任何子范圍(如0.0015重量％至0.0035重量％或0.002重量％至0.003重量％)的量的硼。在一個實施例中，該鐵基合金組合物包括在從約0.02重量％至0.08重量％范圍內(nèi)、或在其中的任何子范圍(如0.03重量％至0.07重量％或0.04重量％至0.06重量％)的量的鈦。

該鐵基材料可以連同各種其他種類的鐵基材料一起包含幾個品級中任何一種的商業(yè)鋼。不受這些實施例的范圍的限制，這些商業(yè)鋼的實例可以包括10B35、10B36、15B21、15B28H、15B29、15B30H、15B35H、15B37H、15B41H、15B48H、和15B62H。不受這些實施例的范圍的限制，鐵基材料的普遍組成范圍包括范圍在從0.17-1.5重量％的量內(nèi)的碳、范圍在從0.07-1.75重量％的量內(nèi)的錳、范圍在從0.15-0.6重量％內(nèi)的硅、小于0.030重量％的量的磷、小于0.050重量％的量的硫、以及大于80重量％的量的鐵。在此描述的鐵基合金可以比使用傳統(tǒng)合金劑的那些(例如，“合金鋼”)在更低的成本下具有希望的高硬度和疲勞特性。該鐵基材料可以實現(xiàn)希望的高硬度和疲勞特性，同時包含小于1重量％的傳統(tǒng)合金劑，該鐵基材料包括一種或多種以下元素：鉬、鉻、鎳、銅、和鎢。該合金可以具有單獨并且合計小于1重量％的每種合金元素(例如，鉬+鉻+鎳+銅+鎢≤1wt.％)。

圖2描繪了通過經(jīng)由方法100處理15B29鋼前體材料產(chǎn)生的鐵基合金10的橫截面的顯微照片。該顯微照片被放大，使得比尺線11表示0.01英寸(0.254mm)。鐵基合金10包括部分20、30和40，這些部分是該后處理的合金10的代表性的層。

圖3描繪了被放大的部分20，使得比尺線21表示0.005英寸(0.127mm)。部分20可以被稱為一個殼層、精細顆粒殼層、或外殼層。殼層20可以由該合金的表面朝向該合金的芯向內(nèi)延伸。殼層20可以至少部分地包圍該合金的芯。在一個實施例中，殼層20完全或基本上完全包圍該合金的芯(例如，至少95％)。在部分20內(nèi)的顆粒樣品具有經(jīng)由樣線截取法測量的在下表1中表示的尺寸：

表1

在部分20中取樣的粒度測量出基本上在12-13范圍內(nèi)的粒度。該殼層的粒度分布是與90％至100％的落入以上尺寸范圍內(nèi)的顆?；旧贤|(zhì)的。在另一個實施例中，所列出的粒度可以是均值或平均粒度。盡管，一個實施例描繪了在該部分20內(nèi)ASTM 12并且更精細的顆粒，在其他實施例中，粒度可以通過改變組成和溫度以實現(xiàn)其他粒度來控制。該部分20可以具有任何粒度，如ASTM 0至ASTM 14。例如，該平均粒度可以是ASTM 9或更精細(例如，≤0.625×10^-3英寸或者15.9μm)、ASTM 10或更精細(例如，≤0.442×10^-3英寸或者11.2μm)、ASTM 11或更精細(例如，≤0.313×10^-3英寸或者7.9μm)、ASTM 12或更精細(例如，≤0.221×10^-3英寸或者5.6μm)、ASTM 13或更精細(例如，≤0.156×10^-3英寸或者4.0μm)、或ASTM 14或更精細(例如，≤0.111×10^-3英寸或者2.8μm).該平均粒度還可以是在以上任何一個范圍內(nèi)，例如從ASTM 9至ASTM 14、ASTM 9至ASTM 12、ASTM 12至ASTM 14，或者任何其他子范圍。盡管在部分20中的顆?？梢跃哂兄饕伛R氏體顯微結(jié)構(gòu)，可以連同其他加熱和冷卻過程一起調(diào)節(jié)淬火溫度以便提供具有基本上相似的粒度范圍的其他顯微結(jié)構(gòu)。例如，在替代實施例中，鐵基合金可以具有主要貝氏體顯微結(jié)構(gòu)同時具有與以上所述的基本上相似的粒度。該精細顆粒殼層的深度可以基于處理時間、處理溫度、處理氣氛組成和基礎合金特征進行選擇。在一個實施例中，這些鐵基合金的殼深度(例如，該精細顆粒殼層20的厚度)可以是從0.001英寸至0.500英寸(0.0000254mm至12.7mm)。在另一個實施例中，該殼深度可以是從0.01至0.3英寸(0.254mm至7.62mm)。在另一個實施例中，該殼深度可以是從0.03至0.1英寸(0.762mm至2.54mm)。

圖4描繪了被放大的該基合金10的部分30，使得比尺線31表示0.005英寸(0.127mm)部分30包括在鐵基合金10的殼與芯之間的過渡。部分30可以被稱為該內(nèi)殼層或一個中間體或過渡層。圖5描繪了被放大的部分40，使得比尺線41表示0.005英寸(0.127mm)。部分40是在鐵基合金10的芯中，或者可以被稱為合金10的主體。在至少一個實施例中，內(nèi)殼層30可以是直接在(或者包夾在)外殼層20與40之間。例如，內(nèi)殼層30可以直接與外殼層20和芯40相接觸。

圖6描述了以鐵基合金100的千磅/平方英寸(‘ksi’)計在不同周期中的彎曲疲勞應力測量的圖110。如在圖數(shù)據(jù)112中示出的，疲勞應力是超過200ksi并且超過30,000個周期，其表明了超過在先前的鐵基合金上基本上相似的疲勞測試的改進。例如，特別是在高應力下，鐵基合金100勝過具有更高的合金元素的濃度的合金。

圖7描繪了在與鐵基合金10和鐵基合金2的表面的距離處元素重量百分比的圖200。像鐵基合金10一樣，鐵基合金2包含根據(jù)以上描述的方法100處理的15B29商業(yè)含硼鋼。

切開合金10和合金2各自的橫截面，并且測量在距離合金10的表面不同距離處的元素的重量％。根據(jù)合金10的重量％(y-軸)對于與合金10的表面的距離(x-軸)繪制在圖200中標記為‘樣品10’的合金10的硼水平202、氮水平204、和碳水平206。同樣地，根據(jù)合金10的重量％(y-軸)對于與合金2的表面的距離(x-軸)繪制標記為‘樣品2’的合金2的硼水平212、氮水平214、和碳水平216。

圖200示出了基于與每個對應的合金2和合金10的表面的距離的區(qū)段，其中外殼220(相似于外殼層20)被指定在從該表面至約0.017英寸(0.432mm)的距離處；內(nèi)殼222(相似于內(nèi)殼層30)被指定在從0.017至.080英寸(0.432mm至2.032mm)的距離處并且芯224(相似于芯或主體40)被指定在距離該表面大于.080的距離處。如在圖200中示出的，當與該芯224相比時外殼220具有超過硼的水平(0.022重量％-0.023重量％)的硼的富集水平0.050重量％-0.070重量％。該內(nèi)殼當與芯224比較時具有減少的硼水平(小于0.020重量％)。

不受任何具體理論的限制，在處理100期間該鐵基材料的硼似乎從該內(nèi)殼遷移到該外殼，由此提供一種具有在此描述的有益特性的材料。據(jù)信，由于在該外殼中的增加的氮濃度，硼從該內(nèi)殼遷移。該遷移硼可以是原子的或非鍵合的硼，這可能是由于氮清除劑存在于該合金中。鍵合的硼由于被其到其他元素的鍵鎖定在位可以不以相同的方式遷移。該硼可以與在該外殼中的氮反應以形成氮-硼沉淀物、化合物、或金屬間化合物，如BN。據(jù)信，這些氮-硼化合物有助于該粒度的精制。這些氮-硼沉淀物可以給予該鐵基材料(或者至少該外殼)與沉淀物硬化/強化的鋼相一致的強度。

盡管提供了具體的距離以在實例合金10和2中限定該外殼、該內(nèi)殼和該芯，應理解，在該滲氮步驟期間改變處理時間和溫度以及改變氨或其他供氮物質(zhì)的水平可以產(chǎn)生在合金2、10的層中的不同的深度以及硼水平。此外，由一個區(qū)域到另一個區(qū)域(例如，外殼至內(nèi)殼)的過渡可以是漸進的或連續(xù)的，并且不以急劇變化為標志。

因而，在至少一個實施例中，可以提供一種鐵基合金10，其具有與該合金的主體或芯40相比具有精細粒度(例如，ASTM 9或更精細的平均值)的外殼20。外殼20還可以具有與合金的芯40相比增加的氮和/或硼的濃度。在一些實施例中，外殼20還可以具有與芯40相比增加的碳的濃度。在外殼20中的增加的氮濃度可以是來自于氮富集過程(例如，步驟104)，而在外殼20中的增加的硼濃度可以是來自于從外殼20外部到外殼20的硼的遷移(例如，內(nèi)殼30)。如果在外殼20中存在增加的碳濃度，它可能來自于滲碳過程(例如，步驟102)。如以上描述的，該硼的遷移可以來自于在外殼20與芯40之間的內(nèi)殼30。這種遷移可以在該滲氮過程和/或該滲碳和滲氮過程(例如，步驟102和/或104)期間發(fā)生。該遷移可以導致該內(nèi)殼相對于外殼20和芯40(例如，具有比任一項更低的濃度)是硼減少的。內(nèi)殼30可以具有總體上從臨近外殼20至臨近芯40降低的碳和/或氮濃度。

在至少一個實施例中，外殼20可以具有是主體濃度的至少兩倍的氮濃度。例如，該氮濃度可以是該主體濃度的至少五倍或至少十倍。在一個實施例中，外殼20的氮濃度可以是至少0.02重量％，如至少0.03重量％或0.05重量％。在一個實施例中，芯40的氮濃度可以是不大于0.01重量％或不大于0.015重量％。

可以在以上處理過程之前或之后切割、鍛造、鑄造、機加工或者以其他方式制造包含鐵基合金10的零件。例如，在一個實施例中，從該前體鐵基合金切割齒輪，并且然后使這些齒輪經(jīng)受以上描述的方法100的處理。

在示例性實施例中，車輛動力傳動系統(tǒng)的部件包含鐵基合金10。例如，重載車輛傳動系部件和非公路傳動系車輛部件可以包含鐵基合金10。在一個實施例中，車輛動力傳動系統(tǒng)的齒輪包含鐵基合金10。使用鐵基合金10的齒輪可以包括在動力傳輸箱中使用的齒輪、在差速器箱中使用的齒輪以及用來改變轉(zhuǎn)矩比水平的齒輪，包括在傳動系統(tǒng)和車輪末端中的那些?？梢詫⒃撹F基合金使用或結(jié)合到其中希望良好的耐磨性的任何部件中，如在軸或軸承中。還可以將該鐵基合金使用或結(jié)合到其中希望高強度和韌性的組合的任何部件中。

雖然以上描述了多個示例性實施例，但這些實施例并不旨在描述本發(fā)明的所有可能形式。而是，本說明書中使用的這些言詞是說明而非限制的言詞，并且應當理解的是在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以做出各種改變。此外，可以組合不同實現(xiàn)的實施例的特征以形成本發(fā)明的另外的實施例。