高疲勞強(qiáng)度燒結(jié)體用預(yù)合金型鋼粉和滲碳淬火材的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于由粉末冶金得到燒結(jié)體的預(yù)合金型鋼粉，和由這樣的預(yù)合金型鋼 粉得到的滲碳淬火材。特別是涉及用于得到可減小燒結(jié)后的燒結(jié)體的硬度而容易發(fā)生塑性 變形、在滲碳淬火處理后發(fā)揮著高疲勞強(qiáng)度的滲碳淬火材的預(yù)合金型鋼粉，和這樣的滲碳 淬火材。
【背景技術(shù)】
[0002] 以鐵粉作為主原料使用而制造燒結(jié)體的粉末冶金中，通常，使用的是含有所述主 原料的鐵粉，和用于使燒結(jié)體的物性提高的副原料粉末（石墨粉末、合金成分粉末等），及 潤(rùn)滑劑等的混合粉末。由這樣的粉末冶金形成的燒結(jié)體，可以達(dá)到近終形，材料成品率良 好，可以低成本制造零件，因此得到廣泛利用。另外，因?yàn)樵跓Y(jié)體中存在空穴，所以也有可 以使零件輕量化這樣的優(yōu)點(diǎn)。但是，在燒結(jié)體中，與通常的鋼材比較，存在強(qiáng)度（特別是疲 勞強(qiáng)度）低這樣的問題。
[0003] 例如，在由粉末冶金法制作的齒輪中，雖然材料成品率良好，達(dá)到了近終形化所適 合的形狀，但是疲勞強(qiáng)度與通常的鋼材相比較有變低這樣的問題。這樣的現(xiàn)象，被認(rèn)為是在 燒結(jié)體中存在對(duì)零件的輕量化有效的空穴，而這樣的空穴的存在會(huì)降低疲勞強(qiáng)度。由粉末 冶金法制作的齒輪，實(shí)際情況是無法適用于負(fù)荷應(yīng)力大的汽車的傳動(dòng)裝置。由此出發(fā)，對(duì)于 以粉末冶金法制作的齒輪，也要求有與作為代表性的熔煉合金鋼的SCM415制作的齒輪同 等以上的疲勞強(qiáng)度。
[0004] 為了提高燒結(jié)體的抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，可知有效的是如下等手段：（1)提高燒 結(jié)體的密度；（2)提高燒結(jié)時(shí)的溫度；（3)使燒結(jié)體合金化，（4)實(shí)施光亮淬火處理和滲碳淬 火回火等的熱處理。另外，作為提高燒結(jié)體的密度的方法之一，已知有組合粉末成形和熱鍛 的粉末鍛造法。提高燒結(jié)體的密度，因?yàn)樽饔糜诳昭ㄗ兩俚姆较?，所以能夠期待抗拉?qiáng)度 和疲勞強(qiáng)度提高。
[0005] 近年來，作為使利用燒結(jié)體制作的齒輪的齒面致密化的方法，已知有齒輪滾壓方 法。該方法是：對(duì)于由粉末冶金形成接近于制品形狀這一形狀（近終形）的燒結(jié)體，通過提 高負(fù)荷應(yīng)力的部分（齒面）的密度而使之致密化，從而提高這部分的疲勞強(qiáng)度的方法。該齒 輪滾壓方法，是上述粉末鍛造法的一種（回旋鍛造法），是利用具有齒輪形狀的多個(gè)（通常 是2個(gè)）成形體（滾軋成形體），夾緊燒結(jié)體原材的齒輪部分，一邊使之彼此旋轉(zhuǎn)一邊對(duì)齒 輪部分的表面實(shí)施壓凹加工處理，以實(shí)現(xiàn)齒輪表面的致密化的方法。這一方法與現(xiàn)有的粉 末鍛造法相比較，致密化的部分是限定的，因此可以維持作為燒結(jié)材原有的特征的輕量化。 另外，作為特征還可列舉不需要加熱，制造成本低廉。因此，正在被期待成為對(duì)于齒輪的高 強(qiáng)度化有效的手法。
[0006] 作為應(yīng)用了這樣的齒輪滾壓方法（該方法有僅稱為"滾壓"的情況）的技術(shù)，至今 也提出有種種（例如，專利文獻(xiàn)1~4)。在至今為止提出的技術(shù)中，除了歷來可行的高強(qiáng)度 化法[上述（1)~（4)]的方法以外，還就提高疲勞強(qiáng)度的合金化方法和規(guī)定鐵粉的化學(xué)成 分組成，或?yàn)榱艘子跐L壓加工而進(jìn)行的鐵粉的合金設(shè)計(jì)進(jìn)行了各種各樣的提案。
[0007] 但是，發(fā)揮易于滾壓加工的特性，和在齒輪成形和滲碳淬火之后發(fā)揮良好的疲勞 強(qiáng)度是相反的。至今為止，還沒有確立滾壓加工性與疲勞強(qiáng)度兩種特性均良好這樣的技術(shù)。 特別是在進(jìn)行滾壓加工時(shí)，需要使之致密化至最大剪切應(yīng)力發(fā)生的深度（〇. 08~0. 2_)。 若凹入量少，則不能致密化，若凹入量大，則塑性變形的區(qū)域變大，發(fā)生毛刺和產(chǎn)生裂紋。作 為凹入量，需要0. 9~1. 3mm，最好是1. 0~1. 2mm。雖然需要確保1mm左右的凹入量，但是 實(shí)際情況是，如果在588MPa左右的滾壓壓力下，無法進(jìn)行壓凹的話，則與良好的滾壓用材 料不符。
[0008]【先行技術(shù)文獻(xiàn)】
[0009] 【專利文獻(xiàn)】
[0010] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2002-129295號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)2:日本特開2004-502028號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2007-262536號(hào)公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開2005-42612號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明是在這樣的狀況之下完成的，其目的在于，提供一種高疲勞強(qiáng)度燒結(jié)體用 預(yù)合金型鋼粉，其能夠得到滾壓加工性良好的燒結(jié)體，達(dá)到以小的應(yīng)力就可以發(fā)生塑性變 形的程度，而且還能夠得到在滲碳淬火等的熱處理后能夠發(fā)揮良好的疲勞強(qiáng)度的滲碳淬火 材，以及提供一種使用這樣的預(yù)合金型鋼粉的、即使在滲碳淬火回火之后也能夠發(fā)揮出良 好的疲勞強(qiáng)度的滲碳淬火材。
[0015] 解決上述課題的本發(fā)明的高疲勞強(qiáng)度燒結(jié)體用預(yù)合金型鋼粉，其特征在于，含有 Mo:0? 8~1. 5質(zhì)量％、與Ni:0? 5~1. 4質(zhì)量％和0 :0? 5~1. 1質(zhì)量％中的至少一種作為 合金成分，且Mo的含量[Mo]、Ni的含量[Ni]和Cr的含量[Cr]滿足由下述（1)式所示的 Mo?Ni?Cr平衡的關(guān)系。
[0016] 8. 10 [Ni] +3. 71 [Mo] +10. 25 [Cr] ^ 14. 45. . . (1)
[0017] 本發(fā)明的高疲勞強(qiáng)度燒結(jié)體用預(yù)合金型鋼粉，作為滾壓加工用是有用的預(yù)合金型 鋼粉。該預(yù)合金型鋼粉與相對(duì)于該鋼粉100質(zhì)量份為〇. 3質(zhì)量份的石墨粉末一起被放入圓 柱狀的模具中，使成形體密度為7. 5g/cm3、以溫度1120°C進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，能夠得到表面硬度以 洛氏B標(biāo)尺計(jì)為85HRB以下的燒結(jié)體。
[0018] 混合上述這樣的高疲勞強(qiáng)度燒結(jié)體用預(yù)合金型鋼粉、和相對(duì)于該預(yù)合金型鋼粉 1〇〇質(zhì)量份為〇. 1~〇. 5質(zhì)量份的石墨粉末，并通過燒結(jié)、滾壓、滲碳淬火而得到的滲碳淬火 材，能夠發(fā)揮良好的疲勞強(qiáng)度。該滲碳淬火材作為應(yīng)用于齒輪的材料是極其有用的。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，通過使Ni和Cr與Mo-起，一邊保持其含量平衡，一邊作為預(yù)合金型 使之在鐵粉中含有而成為燒結(jié)體用預(yù)合金型鋼粉，能夠?qū)崿F(xiàn)如下這樣的燒結(jié)體用鋼粉，即， 能夠得到滾壓加工性良好的燒結(jié)體，達(dá)到以小的應(yīng)力就可以發(fā)生塑性變形的程度，而且能 夠得到在滲碳淬火等的熱處理后能夠發(fā)揮良好的疲勞強(qiáng)度的滲碳淬火材，并且通過使用這 樣的燒結(jié)體用鋼粉制造燒結(jié)體，能夠得到在滲碳淬火后也能夠發(fā)揮出良好的疲勞強(qiáng)度的 滲碳淬火材。
【附圖說明】
[0020] 圖1是表示負(fù)荷應(yīng)力588MPa時(shí)燒結(jié)體的硬度與加工變化量的關(guān)系的標(biāo)繪圖。 [0021]圖2是各種滲碳淬火材的基于齒根彎曲疲勞試驗(yàn)得出的S-N曲線。
[0022] 圖3是各種滲碳淬火材的基于齒輪面壓疲勞試驗(yàn)得出的S-N曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 本發(fā)明者們對(duì)于能夠達(dá)成上述目的這樣的原料粉末（燒結(jié)體用鋼粉），從各個(gè)角 度進(jìn)行了研宄。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使Ni和Cr與Mo-起，一邊確保其含量平衡，一邊使之與鐵粉 預(yù)先發(fā)生合金化而成為預(yù)合金型鋼粉，則能夠成為可得到發(fā)揮著預(yù)期的特性的燒結(jié)體的燒 結(jié)體用鋼粉，從而完成了本發(fā)明。以下，對(duì)于本發(fā)明完成的經(jīng)過和本發(fā)明所規(guī)定的各要件進(jìn) 行說明。
[0024] 使燒結(jié)體合金化的方法，根據(jù)原料粉末的形態(tài)被大致分為如下兩種。其一是，在鐵 粉的制造階段（熔煉工序）使強(qiáng)化元素合金化的方法（預(yù)合金型鋼粉）。另外作為其他的 方法，是將鎳（Ni)、鉬（Mo)、銅（Cu)等的金屬粉末混合在鐵粉中，通過對(duì)該混合粉末進(jìn)行燒 結(jié)，而使燒結(jié)體合金化的方法（預(yù)混合法）。在后者的方法中，混合的金屬粉末一般是混合 在純鐵粉中的，但對(duì)于預(yù)先合金化的預(yù)合金型鋼粉添加金屬粉末而成為原料粉末?；蛘?，從 防止這些金屬粉末的偏析這一觀點(diǎn)出發(fā)，也提出有對(duì)于金屬粉末加熱，和通過有機(jī)粘合劑 使金屬粉末附著在鐵粉表面的鐵粉。
[0025] 使用預(yù)合金型鋼粉制造燒結(jié)體時(shí)，燒結(jié)體的強(qiáng)度基本上顯示出提高的傾向。但