钢制部件的渗碳方法、钢制部件及渗碳剂技术

提供一种钢制部件的渗碳方法，能够以极短处理时间在钢制部件的表面形成期望的深度且均匀的渗碳层，并且容易除去渗碳后的渗碳剂。钢制部件的渗碳方法具有：使渗碳剂(5)与钢制部件(工件(1))的表面的至少一部分接触的工序；以及通过对钢制部件和渗碳剂(5)进行加热，从而使碳侵入到上述表面的至少一部分的加热工序，渗碳剂(5)包含：Fe

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钢制部件的渗碳方法、钢制部件及渗碳剂


[0001]本专利技术涉及在制钢设备、挖掘机械、风力发电机等中使用的、构成圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承、球面滚子轴承等的钢制部件的渗碳方法、钢制部件以及渗碳剂。

技术介绍

[0002]通常，在齿轮、轴承等机械部件中，为了提高表面附近(例如小型部件的距表面1mm左右的深度)的硬度，并提高耐磨损性、滑动性、疲劳强度等各特性，使用渗碳淬火。渗碳法分类为固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳、真空渗碳，均是使碳(C)从加热到奥氏体区域的部件表面侵入的处理。
[0003]在工业上，大部分使用气体渗碳，因此以下对气体渗碳进行具体说明。图6是表示气体渗碳法的渗碳机制的示意图。另外，图7是将纵轴设为温度、将横轴设为C含量的情况下的、Fe
‑
C二元系状态图。
[0004]如图6所示，在加热到图7的状态图所示的A1线(727℃)以上的温度后的炉内配置钢制部件21，并设置成如下的气体气氛(渗碳气氛)：流入以CO、N2及H2为主成分的吸热型转换气体作为载气，还供给丙烷、丁烷等烃气体作为富化气。由此，能够使碳(C)从钢制部件21的表面21a侵入。此时，生成二氧化碳(CO2)。
[0005]所需的渗碳深度根据钢制部件21的尺寸、构成钢制部件21的钢材的化学成分、使用钢制部件21的产品的使用条件来决定，因此对每个部件以成为期望深度的渗碳时间进行处理。在本专利技术的作为主要对象的大型轴承中，例如在对工业机械用的外径超过1000mm那样的超大型滚子轴承的滚道圈以及滚动体实施渗碳处理的情况下，为了确保较大载荷下的滚动疲劳强度，有时需要距各个部件表面超过15mm的渗碳深度。因此，例如在950℃的温度下通过气体渗碳法进行处理的情况下，需要200～300小时的长时间的处理。这样，若使用以往的气体渗碳法，则渗碳处理的准备时间成为最大的瓶颈工序，因此要求缩短处理时间。
[0006]因此，在专利文献1中公开了一种钢材部件的渗碳方法，其能够以更短的渗碳时间使滚动轴承在宽范围内得到充分的渗碳深度。该渗碳方法是在使将粉末状的Fe
‑
C合金和使粉末彼此粘结的硅酸钠混合而成的渗碳剂与钢制部件表面接触的状态下，在构成部件的共晶点以上且低于包晶点的奥氏体区域的温度范围保持一定时间的方法。
[0007]在上述专利文献1中记载了：使用混合有Fe
‑
3.1C％的粉末和硅酸钠水溶液(10wt％)的渗碳剂，进行渗碳处理(1200℃下30min)，从而F.E.Harris的实验式中的渗碳速度常数K达到2.69。该值相对于气体渗碳条件(Cp：1.05，950℃下5hr)的K＝0.74，是迅速的渗碳，表示渗碳处理的效率大幅提高。
[0008]然而，在实施了上述专利文献1所记载的渗碳处理的情况下，有时需要在渗碳后从部件除去渗碳剂的工序。当工序增加时，制造成本有可能上升。
[0009]因此，要求开发能够容易从渗碳处理后的部件除去的渗碳剂。
[0010]另外，专利文献2中公开了一种表面处理方法，其将表面处理剂喷涂于钢材的表面，该表面处理剂包含碳粉末(石墨粉末)、碳酸盐(从碳酸钙和碳酸钡中选择的至少一种)、
金属氧化物(从氧化铝和氧化钛中选择的至少一种)和硅酸钠溶液。根据该表面处理方法，通过利用喷涂，能够进行选择性的渗碳处理。
[0011]需要说明的是，根据上述表面处理方法，通过在高温环境下使碳酸盐分解从而产生二氧化碳气体(CO2)，并且通过使该二氧化碳气体与碳粉末中的碳(C)反应从而生成一氧化碳(CO)，进一步地通过使一氧化碳气体与钢材接触从而引起渗碳作用。另外，在上述专利文献2中记载了金属氧化物具有稀释碳粉末、碳酸盐的功能，在渗碳处理后容易除去渗碳剂。
[0012]进一步地，在专利文献3中提出了一种金属材料的表面处理方法，通过以埋没于包含铁的改性用粉末的状态进行加热，从而使碳从该金属材料的表面扩散浸透到该金属材料，其中，一边从与金属材料分开设置的碳补充源向改性用粉末补充碳一边进行表面处理。根据这样的表面处理方法，由于存在与金属材料分开设置的碳补充源，因此金属材料周边的碳不足部分被补充，表面处理能力不会降低，能够反复使用改性用粉末。
[0013]现有技术文献
[0014]专利文献
[0015]专利文献1：日本特开2018
‑
204085号公报
[0016]专利文献2：日本专利第6194057号公报
[0017]专利文献2：日本专利第6321982号公报

技术实现思路

[0018]专利技术欲解决的技术问题
[0019]然而，若如上述专利文献2那样使用喷涂，则能够涂布于金属表面的渗碳剂的厚度存在极限，特别是难以获得大型轴承所需的渗碳深度。另外，在对部件整面进行渗碳的情况下，若使用喷涂，则所涂布的渗碳剂的量产生不均，无法得到均匀的渗碳层。进而，作为碳酸盐而使用的碳酸钙和碳酸钡的熔点为800～850℃，在以共晶点以上进行处理的情况下，它们会熔融，从而无法保持均匀碳浓度的渗碳剂，有时渗碳产生不均。
[0020]另外，根据上述专利文献3中记载的表面处理方法，金属材料与改性用粉末的密合性低，因此有时产生渗碳不均。
[0021]本专利技术是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种钢制部件的渗碳方法，其能够以极短的处理时间在钢制部件的表面形成期望的深度且均匀的渗碳层，并且能够容易地除去渗碳后的渗碳剂。
[0022]另外，本专利技术的目的在于提供一种在表面以期望的深度且均匀地渗碳的钢制部件。
[0023]进而，本专利技术的目的在于提供一种渗碳剂，其能够以极短的处理时间在钢制部件的表面形成期望的深度且均匀的渗碳层，并且能够在渗碳后容易地除去。
[0024]用于解决问题的技术手段
[0025]本专利技术的上述目的通过钢制部件的渗碳方法所涉及的下述[1]的构成来实现。
[0026][1]一种钢制部件的渗碳方法，具有：
[0027]使渗碳剂与钢制部件的表面的至少一部分接触的工序；以及
[0028]通过对所述钢制部件和所述渗碳剂进行加热，从而使碳侵入到所述表面的至少一
部分的加热工序，
[0029]所述渗碳剂包含：Fe
‑
C合金粉末；石墨粉末，其含量相对于渗碳剂总体积为20体积％以上且70体积％以下；以及粘接剂，其使所述Fe
‑
C合金粉末和石墨粉末彼此粘结，
[0030]所述加热工序是将加热温度保持在所述钢制部件的共晶点以上且小于包晶点的奥氏体区域的温度范围内一定时间的工序。
[0031]另外，钢制部件的渗碳方法所涉及的本专利技术的优选实施方法涉及以下[2]至[4]。
[0032][2]如[1]所述的钢制部件的渗碳方法，其中，
[0033]所述Fe
‑
C合金粉末在所述共晶点以上的温度时是固相和液相的混合状态或液相状态，所述石墨粉末在所述共晶点以上时是固相状态。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种钢制部件的渗碳方法，其特征在于，具有：使渗碳剂与钢制部件的表面的至少一部分接触的工序；以及通过对所述钢制部件和所述渗碳剂进行加热，从而使碳侵入到所述表面的至少一部分内的加热工序，所述渗碳剂包含：Fe
‑
C合金粉末；石墨粉末，所述石墨粉末的含量相对于渗碳剂总体积为20体积％以上且70体积％以下；以及粘接剂，所述粘接剂使所述Fe
‑
C合金粉末和所述石墨粉末彼此粘结，所述加热工序是将加热温度在所述钢制部件的共晶点以上且小于所述钢制部件的包晶点的奥氏体区域的温度范围内保持一定时间的工序。2.如权利要求1所述的钢制部件的渗碳方法，其特征在于，所述Fe
‑
C合金粉末在所述钢制部件的共晶点以上的温度时是固相和液相的混合状态或液相状态，所述石墨粉末在所述钢制部件的共晶点以上时是固相状态。3.如权利要求1或2所述的钢制部件的渗碳方法，其特征在于，所述粘结剂包含硅酸钠和硫酸钙中的至少一种。4.如权利要求1至3中任一项所述的钢制部件的渗碳方法，其特征在于，所述加热工序在惰性气体气氛中实施。5.一种钢制部件，其特征在于，使渗碳剂与所述钢制部件的表面的至少一部分接触，并通过加热工序使碳侵入到所述表面的至少一部分内来得到所述钢制部件，所述加热工序对所述钢制部件和所述渗碳剂进行加热，所述渗碳剂包含：Fe
‑
C合金粉末；石墨粉末，所述石墨粉末的含量相对于渗碳剂总体积为20体积％以上且70体积％以下；以及粘结剂，所述粘结剂使所述Fe
‑
C合金粉末和所述石墨粉末彼此粘结，所述加热的温度在所述钢制部件的共晶点以上且小于所述钢制部件的包晶点的奥氏体区域内，所述钢制部件通过以所述加热的温度保持一定时间而得到。6.一种渗碳剂，其特征在于，是权利要求1至4中任一项所述的钢制部件的渗碳方法中使用的渗碳剂，所述渗碳剂包含：Fe
‑
C合金粉末；石墨粉末，所述石墨粉末的含量相对于渗碳剂总体积为20体积％以上且70体积％以下；以及粘结剂，所述粘结剂使所述Fe
‑
C合金粉末和所述石墨粉末彼此粘结。...

【专利技术属性】
技术研发人员：中本智之，宫本祐司，
申请(专利权)人：日本精工株式会社，
类型：发明
国别省市：