BR112013009229B1

BR112013009229B1 - aço não tratado termicamente para nitrocarbonetação e componente nitrocarbonetado

Info

Publication number: BR112013009229B1
Application number: BR112013009229A
Authority: BR
Inventors: Taniyama Akira; Takahashi Hiromasa; Matsumoto Hitoshi; Saito Isamu; Egashira Makoto; Yuya Masato; Takasuga Motoki; Sano Naoyuki; Nishitani Shigefumi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2018-09-25
Also published as: BR112013009229A2; CN103221566A; WO2012070349A1; JP5639188B2; BR112013009229A8; JPWO2012070349A1; CN103221566B

Description

(54) Título: AÇO NÃO TRATADO TERMICAMENTE PARA NITROCARBONETAÇÃO E COMPONENTE NITROCARBONETADO (51) Int.CI.: C22C 38/00; C22C 38/60; C21D 1/06; C21D 8/06; C21D 9/30 (30) Prioridade Unionista: 22/11/2010 JP 2010-259721 (73) Titular(es): NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL CORPORATION. HONDA MOTOR CO., LTD.

(72) Inventor(es): SHIGEFUMI NISHITANI; MOTOKI TAKASUGA; HITOSHI MATSUMOTO; MASATO YUYA; AKIRA TANIYAMA; NAOYUKI SANO; ISAMU SAITO; HIROMASA TAKAHASHI; MAKOTO EGASHIRA (85) Data do Início da Fase Nacional: 16/04/2013

1/28

AÇO NÃO TRATADO TERMICAMENTE PARA NITROCARBONETAÇÃO E COMPONENTE NITROCARBONETADO.

CAMPO TÉCNICO [001] A presente invenção refere-se a um aço não tratado termicamente para nitrocarbonetação e um componente nitrocarbonetado. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um componente que é usado após a realização de uma nitrocarbonetação, tal como um virabrequim, que é um componente do motor de automóveis, máquinas de construção e similares (a seguir referido como um “componente nitrocarbonetado”), e também se refere a um aço para nitrocarbonetação que é usado apropriadamente como um material primário para o dito componente acima, sem um tratamento térmico, tal como, “têmpera e revenido”, “normalização”, “recozimento” e assim por diante após ser laminado (a seguir referido como “um aço não tratado termicamente para nitrocarbonetação”). Ainda mais particularmente, a presente invenção refere-se a um componente nitrocarbonetado tendo uma alta resistência à fadiga de flexão de 600 MPa ou mais e uma excelente capacidade de endireitamento, e também se refere a um aço não tratado termicamente para nitrocarbonetação, que é usado apropriadamente como um material primário de um componente nitrocarbonetado, sendo necessárias operações de endireitamento, e é capaz de fornecer as características acima mencionadas ao componente nitrocarbonetado sob várias condições nitrocarburizantes, em particular, mesmo quando o resfriamento à água é realizado na etapa de resfriamento após a nitrocarbonetação.

[002] A “capacidade de endireitamento” descrita acima significa uma propriedade em que quando as operações de endireitamento são realizadas na etapa de finalização após nitrocarbonetação, nenhuma trinca ocorra em uma camada nitrocarbonetada na superfície do componente nitrocarbonetado, até que o deslocamento da flexão torne-se grande.

TÉCNICA DE REFERÊNCIA [003] Um componente em que seja requerida uma alta resistência à fadiga de flexão e resistência ao desgaste, incluindo um virabrequim para automóveis, de 27/07/2018, pág. 18/46

2/28 máquinas de construção e similares, é frequentemente manufaturado, por submissão do componente a tratamentos de endurecimento de superfície, tais como têmpera por indução, nitrocarbonetação e assim por diante, em um estado não tratado termicamente depois de ter sido formado em um componente de forma bruta pré5 determinada, por forja a quente e usinagem.

[004] Entre os tratamentos de endurecimento de superfície acima mencionados, a nitrocarbonetação tem um atributo principal de modo que a deformação ocorrendo no momento do tratamento de endurecimento de superfície é menor do que a deformação no momento do têmpera por indução.

[005] Consequentemente, em particular, um componente, tal como um virabrequim é frequentemente submetido à nitrocarbonetação; entretanto, até no caso da citada nitrocarbonetação, a deformação não pode ser inteiramente impedida de ocorrer.

[006] Consequentemente, com relação ao componente nitrocarbonetado, no qual a deformação ocorreu por conta da nitrocarbonetação, a deformação foi removida por operações de endireitamento na etapa de finalização após a nitrocarbonetação.

[007] Contudo, se o componente nitrocarbonetado na camada exterior, a qual foi endurecida excessivamente, for submetido a operações de endireitamento, trincas às vezes ocorrem na camada nitrocarbonetada da superfície. Se as trincas ocorrem na camada nitrocarbonetada, a resistência à fadiga de flexão que o componente nitrocarbonetado tinha inerentemente antes das operações de endireitamento, reduz significativamente. Em particular, no caso em que tratamentos nos quais a taxa de resfriamento é alta, tal como resfriamento à água, é realizado na etapa de resfriamento depois da nitrocarbonetação, a dureza de camada exterior do componente nitrocarbonetado torna-se alta, de modo que a redução na capacidade de endireitamento é inevitável. Portanto, é requerido que o componente nitrocarbonetado tenha, também, uma excelente capacidade de endireitamento.

[008] Por outro lado, em alguns casos, somente o tratamento de resfriamento à água pode ser realizado na etapa de resfriamento após a

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3/28 nitrocarbonetação, do ponto de vista da segurança e restrição do equipamento.

[009] Portanto, tem sido exigido um componente nitrocarbonetado que constantemente tenha uma alta resistência à fadiga de flexão e uma excelente capacidade de endireitamento, até no caso de não ser somente resfriado por óleo mas também de ser resfriado a água, na etapa de resfriamento após a nitrocarbonetação, e um aço não tratado termicamente para nitrocarbonetação que é adequado como material primário do componente nitrocarbonetado.

[0010] Convencionalmente, tanto alta resistência à fadiga de flexão como excelente capacidade de endireitamento foram alcançadas no componente nitrocarbonetado, mesmo em um estado não tratado termicamente, por conterem um elemento caro de ligação, tal como o Mo. Por outro lado, do mundo industrial tem surgido uma crescente demanda pelo fornecimento uma alta resistência à fadiga de flexão e uma excelente capacidade de endireitamento ao componente nitrocarbonetado sem que contenha um elemento de ligação caro, na medida do possível, para economizar os custos de material.

[0011] Consequentemente, a fim de satisfazer a demanda acima mencionada, “um aço não tratado termicamente para nitrocarbonetação” é descrito na Literatura de Patente 1, e, além disso, “um membro de aço nitrocarbonetado não tratado termicamente” é descrito na Literatura de Patente 2.

[0012] De forma concreta, a Literatura de Patente 1 descreve “um aço não tratado termicamente para nitrocarbonetação” caracterizado pelo fato de o aço consistir, em percentual de massa, de C: 0,2 a 0,6%, Si: 0,05 a 1,0%, Mn: 0,25 a 1,0%, S: 0,03 a 0,2%, Cr: 0,2% ou menos, s-AL: 0,045% ou menos, Ti: 0,002 a 0,010%, N: 0,005 a 0,025%, e O: 0,001 a 0,005%, e, ainda, de acordo com a necessidade, um tipo ou mais dois tipos de Pb: 0,01 a 0,40%, Ca: 0,0005 a 0,0050%, e Bi: 0,005 a 0,40%, e satisfazendo as condições de [0,12 x Ti < O < 2,5 x Ti ] e [0,04 x N < O < 0,7 x N], e o balanço de Fe e impurezas inevitáveis, em que a microestrutura, após forjamento a quente, é uma microestrutura composta de ferrita e perlita.

[0013] A Literatura de Patente 2 descreve um “membro de aço

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4/28 nitrocarbonetado não tratado termicamente” caracterizado em que o membro de aço consiste de um aço não tratado termicamente tendo uma camada nitrocarbonetada na superfície e também tendo uma microestrutura de ferrita mais perlita em uma estrutura de seção transversal de aço excluindo a camada nitrocarbonetada, a composição de acima citado aço contendo, além de Fe, contido como um componente principal, por percentual de massa, C: 0,30 a 0,50%, Si: 0,05 a 0,30%, Mn: 0,50 a 1,00%, S: 0,03 a 0,20%, Cu: 0,05 a 0,60%, Ni: 0,02 a 1,00%, e Cr: 0,05 a 0,30%, e, ainda, de acordo com a necessidade, um ou ambos de (1) Ti: 0,0020 a 0,0120%, N: 0,0050 a 0,0250%, e O: 0,0005 a 0,008% e (2) Ca: 0,0005 a 0,0050%, em que, quando os conteúdos de Cu, Ni e Cr são tomados como WCu, WNi, e WCr, respectivamente, e quando parâmetros de composição F1 e F2 são tomados como F1 = 185WCr + 50WCu e F2 = 8 + 4WNi + 1,5WCu - 44WCr, respectivamente, [F1> 20] e [F2> 0] são satisfeitos.

LISTA DE DOCUMENTO DE TÉCNICA PRÉVIA

LITERATURAS DE PATENTE

Literatura de Patente 1: JP 2002-226939 A

Literatura de Patente 2: JP 2007-197812 A REVELAÇÃO DA INVENÇÃO

PROBLEMAS A SEREM RESOLVIDOS PELA INVENÇÃO [0014] Na técnica descrita na supracitada Literatura de Patente 1, a resistência à fadiga de flexão não alcança 600 MPa. Além disso, na Literatura de Patente 1, o método de resfriamento na etapa de resfriamento depois da nitrocarbonetação não é descrito em absoluto.

[0015] Como na Literatura de Patente 1, na técnica descrita na Literatura de

Patente 2, também, a resistência à fadiga de flexão não alcança 600 MPa, e, além disso, o método de resfriamento na etapa de resfriamento depois da nitrocarbonetação não é descrito.

[0016] Consequentemente, os objetivos da presente invenção são fornecer um componente nitrocarbonetado tendo uma alta resistência à fadiga de flexão de

600 Mpa, ou mais, e uma excelente capacidade de endireitamento sob a

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5/28 nitrocarbonetação, em particular mesmo quando o resfriamento à água é realizado na etapa de resfriamento após nitrocarbonetação, e um aço não tratado termicamente para nitrocarbonetação, que é adequado como um material primário para o componente nitrocarbonetado.

MEIOS PARA RESOLVER OS PROBLEMAS [0017] De modo a resolver os problemas acima, os presentes inventores conduziram vários estudos. Como resultado, os itens (a) a (c) descritos abaixo, foram esclarecidos.

(a) Mn (manganês) é um elemento que pode dar uma alta resistência à fadiga de flexão ao componente nitrocarbonetado a um custo baixo, sem adicionar um elemento de ligação caro, tal como Mo e V.

(b) Entretanto, se o Mn está contido no aço, muito nitrogênio penetra na camada exterior, no momento da nitrocarbonetação, de modo que a camada exterior do componente nitrocarbonetado se endureça excessivamente, e dessa forma a capacidade de endireitamento é suscetível à degradação.

(c) Cr (cromo) é contido no aço como uma impureza, e o seu conteúdo tem uma grande influência na resistência à fadiga de flexão e na capacidade de endireitamento do componente nitrocarbonetado.

[0018] Consequentemente, os presentes inventores conduziram estudos adicionais. Como resultado, os seguintes achados (d) a (i) foram obtidos.

(d) Controlando o teor de Mn de modo que seja baixo, a camada exterior do componente nitrocarbonetado pode ser impedida de endurecer excessivamente, e a capacidade de endireitamento pode ser impedida de degradarse. Neste caso, entretanto, a resistência à fadiga de flexão diminui.

(e) Mesmo se o teor de Mn for alto, se um aço no qual o teor de C é controlado de modo a estar em uma faixa específica de uso, uma alta resistência à fadiga de flexão e uma excelente capacidade de endireitamento podem ser dadas ao componente nitrocarbonetado.

(f) Controlando o teor de Cr, que é contido como uma impureza, de modo a ser baixo, a camada exterior do componente nitrocarbonetado pode ser de 27/07/2018, pág. 22/46

6/28 impedida de endurecer excessivamente, e a capacidade de endireitamento pode ser impedida de degradar-se.

(g) Se uma quantidade específica de Al estiver contida, a profundidade da camada de difusão pode ser aumentada, enquanto impede a camada exterior do componente nitrocarbonetado de endurecer excessivamente. Por meio disso, uma alta resistência à fadiga de flexão e uma excelente capacidade de endireitamento podem ser dadas ao componente nitrocarbonetado.

(h) Controlando os teores de C, Mn, Cr e Al para estar em uma faixa muito apropriada, sob várias condições de nitrocarbonetação, em particular, mesmo quando o resfriamento à água é realizado na etapa de resfriamento após a nitrocarbonetação, a profundidade de camada de difusão pode ser aumentada, enquanto a camada exterior do componente nitrocarbonetado é impedida de endurecer excessivamente.

(i) Mn não somente fortalece a camada exterior, aumentando a quantidade de nitrogênio dissolvido mas também fortalece a camada exterior formando finos nitretos de Mn. De forma concreta, no caso em que a nitrocarbonetação é realizada usando um aço não tratado termicamente, tendo um teor de Mn aumentado, um Mn₃N₂ em forma de placa fina, tendo uma espessura de 5 nm ou menos e uma largura de 200 nm ou menos precipita, enquanto mantém estado um coerente, na ferrita de uma microestrutura composta de ferrita e perlita (a seguir referida como “uma estrutura perlita-ferrita”) que forma a camada de difusão. Um precipitado em forma de placa fina coerentemente precipitando na ferrita, que é uma matriz, como descrito acima, aumenta a força do componente nitrocarbonetado, e contribui para o aumento da resistência à fadiga de flexão. A precipitação deste precipitado em forma de placa fina quase termina durante o tempo em que são mantidas em altas temperaturas no momento da nitrocarbonetação, de modo que a influência da taxa de resfriamento na etapa de resfriamento após a nitrocarbonetação seja a pequena. Por isso, mesmo se o tratamento de resfriamento à água seja realizado na etapa de resfriamento após a nitrocarbonetação, uma alta resistência à fadiga de flexão e uma excelente capacidade de endireitamento podem de 27/07/2018, pág. 23/46

7/28 ser constantemente dadas ao componente nitrocarbonetado.

[0019] A presente invenção foi realizada com base nos achados supracitados. Os pontos principais da presente invenção são o aço não tratado termicamente para nitrocarbonetação mostrado a seguir (1) e o componente nitrocarbonetado mostrado a seguir (2).

(1) Um aço não tratado termicamente para nitrocarbonetação, caracterizado pelo fato de que o aço tem uma composição química consistindo, em percentual de massa, de C: 0,25% ou mais a menos de 0,35%, Si: 0,15 a 0,35%, Mn: 0,85 a 1,20%, S: 0,10% ou menos, Al: mais de 0,010% a 0,030% ou menos, Ti: 0,003 a 0,020%, e N: 0,010 a 0,024%, e o balanço de Fe e impurezas, em que P e Cr entre as impurezas são P: 0,08% ou menos e Cr: 0,10% ou menos, respectivamente, e, ainda, o P1 e o P2 expresso pelas fórmulas (1) e (2) são P1 > 0,96 e P2 > 0,90 respectivamente:

P1 = 0,02C + 0,22Mn + 0,87Cr + 0,85Al + 0,72 ... (1),

P2 = 2,40C - 0,54Mn - 9,26Cr - 0,01Al + 1,59 ... (2), em que cada símbolo C, Mn, Cr e Al nas fórmulas acima (1) e (2) representam o teor em percentual de massa do elemento em questão.

(2) Um componente nitrocarbonetado, caracterizado pelo componente, onde a composição química da matriz deste consiste, em percentual de massa, de C: 0,25% ou mais a menos de 0,35%, Si: 0,15 a 0,35%, Mn: 0,85 a 1,20%, S: 0,10% ou menos, Al: mais de 0,010% a 0,030% ou menos, Ti: 0,003 a 0,020%, e N: 0,010 a 0,024%, e o balanço de Fe e impurezas, em que P e Cr entre as impurezas são P: 0,08% ou menos e Cr: 0,10% ou menos respectivamente, e ainda o P1 e o P2 expressos pelas fórmulas (1) e (2) são P1 > 0,96 e P2 > 0,90, respectivamente, em que, ainda, a camada de difusão do mesmo consiste de uma estrutura perlita-ferrita, e o número de precipitados em forma de placa, tendo uma espessura de 5 nm ou menos e uma largura de 200 nm ou menos, que precipitaram na ferrita, é 130 a 250/pm²:

P1 = 0,02C + 0,22Mn + 0,87Cr + 0,85Al + 0,72 ... (1),

P2 = 2,40C - 0,54Mn - 9,26Cr - 0,01Al + 1,59 ... (2), de 27/07/2018, pág. 24/46

8/28 [0020] em que cada símbolo C, Mn, Cr e Al nas fórmulas acima mencionadas (1) e (2) representam o teor, em percentual de massa, do elemento em questão. [0021] O termo “impurezas” como referido na frase “o balanço de Fe e impurezas” indica aqueles elementos que vêm das matérias-primas, tais como minério e sucata, e/ou o ambiente de produção quando o aço é produzido em escala industrial.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO [0022] O componente nitrocarbonetado da presente invenção constantemente tem uma alta resistência à fadiga de flexão de 600 MPa ou mais e uma excelente capacidade de endireitamento sob várias condições de nitrocarbonetação, em particular mesmo quando o resfriamento à água é realizado na etapa de resfriamento após a nitrocarbonetação; e, portanto, o dito componente nitrocarbonetado é adequado como um virabrequim para automóveis e similares. Se o aço não tratado termicamente da presente invenção for usado como um material inicial, o dito componente nitrocarbonetado pode ser facilmente manufaturado. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0023] [Fig. 1] A Figura 1 é uma visão mostrando a forma de uma peça de teste do tipo Ono de resistência à fadiga de flexão rotacional. Nesta figura, a unidade de cada valor numérico é “mm”.

[0024] [Fig. 2] A Figura 2 é um gráfico resumindo a relação entre a resistência à fadiga de flexão e o P1 (= 0,02C + 0,22Mn + 0,87Cr + 0,85Al + 0,72) para os aços AA a AF.

[0025] [Fig. 3] A Figura 3 é uma visão de três lados mostrando a forma de uma peça de teste de resistência à fadiga de flexão em quatro pontos para medir a capacidade de endireitamento. Nesta figura, a unidade de cada valor numérico é em “mm”.

[0026] [Fig. 4] A Figura 4 é um gráfico que resume a relação entre a quantidade da deformação de endireitamento, que é um índice da capacidade de endireitamento, e P2 (= 2,40C - 0,54Mn - 9,26Cr - 0,01Al + 1,59) para os aços BA a

BF.

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9/28 [0027] [Fig. 5] A Figura 5 é uma visão esquemática para explicar um método para cortar uma peça de teste para a observação, usando um microscópio eletrônico de transmissão, da peça de teste de resistência à fadiga de flexão em quatro pontos, tendo sido submetida à nitrocarbonetação e tendo a forma mostrada na Figura 3.

[0028] [Fig. 6] A Figura 6 é uma microfotografia mostrando um exemplo de uma imagem de campo claro no caso onde a ferrita, na estrutura perlita-ferrita de uma camada de difusão, após a nitrocarbonetação, é observada usando um microscópio de eletrônico de transmissão; onde as porções indicadas pelas setas brancas são q-Mn₃N₂. No caso desta figura, a observação é feita por excitação da reflexão sistemática de g = (020)_a-Fe para reduzir a influência da deformação existente, por exemplo, em volta de um precipitado e para obter resultado de observação mais claro no estado onde a direção incidente do raio de elétrons é feita [001] _a-Fe. A seta preta na figura indica a direção do vetor g da reflexão sistemática excitada em um espaço recíproco.

[0029] [Fig. 7] A Figura 7 é uma microfotografia mostrando padrões de difração de raio de elétrons do mesmo campo daquele da Figura 6, no caso onde a observação é realizada usando um microscópio eletrônico de transmissão. Nesta figura, porções similares a pontos são os padrões de difração α-Fe, e porções que estendendo-se em uma forma de raia longitudinalmente e transversalmente são os padrões de difração do q-Mn₃N₂. O fato de os padrões de difração estendendo-se em forma de raia serem obtidos como descrito acima, é característico de um precipitado em forma de placa fina.

MODO PARA REALIZAR A INVENÇÃO [0030] A seguir, todas das exigências da presente invenção são descritas em detalhes. Na seguinte descrição, o símbolo “%” para o teor de cada elemento significa “% em massa”.

(A) A composição química do aço não tratado termicamente para nitrocarbonetação e a matriz do componente nitrocarbonetado:

C: 0,25% ou mais a menos de 0,35% [0031] C (carbono) é um elemento eficaz para assegurar a resistência à

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10/28 fadiga após a nitrocarbonetação. A fim de assegurar a força da matriz, que é necessária para obter uma alta resistência à fadiga de flexão, de 600 MPa ou mais, 0,25% ou mais de C deve estar contido. Entretanto, se o teor de C se torna excessivo, a dureza das camadas exteriores aumenta excessivamente. Além disso, a fração da área de ferrita se reduz, e a estrutura perlita-ferrita engrossa. Portanto, uma capacidade de endireitamento suficiente não pode ser obtida. Consequentemente, o conteúdo de C é estabelecido a 0,25% ou mais e menos de 0,35%.

Si: 0,15 a 0,35% [0032] Si (silício) é um elemento necessário para desoxidação do aço no momento da fusão. A fim de alcançar este efeito, pelo menos 0,15% de Si deve estar contido. Entretanto, uma vez que conter muito Si leva a uma deterioração excessiva na capacidade de endireitamento, o teor de Si é estabelecido em 0,15 a 0,35%. O teor de Si é preferencialmente estabelecido em 0,15% ou mais, e 0,30% ou menos.

Mn: 0,85 a 1,20% [0033] Como Si acima mencionado, Mn (manganês) é um elemento eficaz para desoxidação do aço. No momento da nitrocarbonetação, Mn aumenta o conteúdo de nitrogênio dissolvido na camada nitrocarbonetada, e forma mais nitretos de Mn de placa fina em conjunto com o nitrogênio introduzido. Os ditos nitretos coerentemente precipitam na matriz; e, dessa forma, a resistência à fadiga é melhorada. De modo a obter os efeitos acima mencionados, 0,85% ou mais de Mn devem ser contidos. Por outro lado, se o teor de Mn excede 1,20%, o teor de nitrogênio dissolvido e a quantidade de precipitação de nitretos de Mn aumenta excessivamente, e também a dureza da camada exterior aumenta excessivamente, de modo que a capacidade de endireitamento se degrada. Portanto, o teor de Mn é estabelecido em 0,85 a 1,20%. O teor de Mn é preferencialmente estabelecido em 0,90% ou mais.

S: 0,10% ou menos [0034] S (enxofre) é contido no aço como uma impureza. Incidentemente, se

S é adicionado, o S tem efeito de melhorar a usinabilidade. Entretanto, como o

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11/28 resultado da adição, se o teor de S aumentar, e exceder 0,10%, a resistência à fadiga de flexão e a capacidade de endireitamento degradam-se notavelmente. Portanto, o teor de S é estabelecido em 0,10% ou menos. O teor de S é preferencialmente estabelecido em 0,08% ou menos. A fim de obter o efeito vantajoso de melhorar a usinabilidade, o teor de S é preferencialmente estabelecido em 0,04% ou mais.

Al: mais do que 0,010% a 0,030% ou menos [0035] Al (alumínio) aumenta a profundidade de camada de difusão no momento da nitrocarbonetação; e, dessa forma, Al é um elemento eficaz para melhorar a resistência à fadiga de flexão. De modo a alcançar este efeito, mais do que 0,010% de Al deve estar contido. Entretanto, se o teor de Al se tornar excessivo, a dureza da camada exterior aumenta excessivamente, de modo que a capacidade de endireitamento degrada-se. Por isso, o teor de Al é estabelecido em mais de 0,010% a 0,030% ou menos.

Ti: 0,003 a 0,020% [0036] Ti (titânio) é um elemento que restringe a rugosidade do grão; e, dessa forma, o Ti torna os grãos finos, e também melhora a resistência à fadiga de flexão. De modo a alcançar estes efeitos, 0,003% ou mais de Ti deve estar contido. Entretanto, se o teor de Ti excede 0,020%, a capacidade de endireitamento degradase. Por isso, o teor de Ti é estabelecido em 0,003 a 0,020%. O teor de Ti é preferencialmente estabelecido em 0,005% ou mais, e 0,015% ou menos.

N: 0,010 a 0,024% [0037] N (nitrogênio) é um elemento para melhorar a resistência à fadiga de flexão e a capacidade de endireitamento. De modo a alcançar estes efeitos, 0,010% ou mais de N deve estar contido. Por outro lado, mesmo se 0,024% ou mais de N está contido, os efeitos acima mencionados são saturados. Por isso, o conteúdo de N é estabelecido em 0,010 a 0,024%. O teor de N é preferencialmente estabelecido em 0,012% ou mais, e 0,022% ou menos.

[0038] Com relação ao aço não tratado termicamente para nitrocarbonetação e a matriz do componente nitrocarbonetado, de acordo com a presente invenção, os de 27/07/2018, pág. 28/46

12/28 teores de P e Cr entre as impurezas devem ser restritos a permanecerem nas faixas descritas abaixo.

[0039] Como já descrito, o termo “impurezas” do modo como referido na frase “o balanço de Fe e impurezas”, indica aqueles elementos que vêm das matérias-primas, tais como minério e sucata, e/ou o ambiente de produção quando o aço é produzido em escala industrial.

P: 0,08% ou menos [0040] P (fósforo) é contido no aço como uma impureza. P é um elemento desfavorável para a resistência à fadiga de flexão, isto é, P degrada a resistência à fadiga de flexão. Especialmente, se o teor de P exceder 0,08%, a resistência à fadiga de flexão degrada-se notavelmente. Portanto, o teor de P entre as impurezas é estabelecido em 0,08% ou menos. O teor de P entre as impurezas é preferencialmente estabelecido em 0,03% ou menos.

Cr: 0,10% ou menos [0041] Cr (cromo) é contido no aço como uma impureza, e o teor, portanto, tem uma grande influência na resistência à fadiga de flexão e na capacidade de endireitamento. Especialmente, se o teor de Cr exceder 0,10%, a capacidade de endireitamento degrada-se notavelmente. Por isso, o teor de Cr entre as impurezas é estabelecido em 0,10% ou menos.

P1: 0,96 ou mais [0042] No aço não tratado termicamente para nitrocarbonetação e na matriz do componente nitrocarbonetado, conforme a presente invenção, o P1 expresso por [P1 = 0,02C + 0,22Mn + 0,87Cr + 0,85Al + 0,72... (1)] deve satisfazer [P1 > 0,96], em que cada símbolo C, Mn, Cr e Al na fórmula acima mencionada (1) representam o teor em percentagem de massa do elemento em questão.

[0043] Se a composição química estiver na faixa supramencionada, a resistência à fadiga de flexão pode ser posta em ordem pelo dito P1. Quando o P1 é 0,96 ou mais, uma resistência à fadiga de flexão de 600 Mpa, ou mais, é obtida. A seguir, esta relação é explicada.

[0044] Os aços AA a AF tendo a composição química mostrada na Tabela 1

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13/28 foram fundidos pelo uso de um conversor de 70 toneladas, e em seguida foram lingotados em tarugos tendo um tamanho de seção transversal de 180 mm χ 180 mm.

Tabela 1

Aço	Composição Química (% de massa'	Balanço: Fe e impurezas	Resistência à fadiga de flexão (MPa)
C	Si	Mn	P	S	Cr	Al	Ti	N	P1
AA											610
AB	0,25	0,20	0,91	0,014	0,060	0,05	0,011	0,010	0,0200	0,98	630
AC											645
AD	0,28	0,19	1,02	0,015	0,055	0,07	0,012	0,009	0,0201	1,02	675
AE											595
AF	0,32	0,20	1,05	0,014	0,061	0,08	0,012	0,011	0,0198	1,04	585
	0,34	0,23	1,15	0,011	0,057	0,10	0,030	0,013	0,0189	1,09
	0,25	0,18	0,86	0,022	0,062	0,03	0,011	0,011	0,0172	0,95
	0,25	0,16	0,85	0,021	0,054	0,02	0,011	0,008	0,0165	0,94

P1=0,02C+0,22Mn+0,87Cr+0,85Al+0,72 [0045] O acima descreveu que cada tarugo foi forjado em uma barra de aço tendo um diâmetro de 90 mm, e ainda forjado em uma barra de aço tendo um diâmetro de 50 mm, sob condições de uma temperatura aquecimento de 1200°C, e uma temperatura de finalização de 1000 a 1050°C. Após a forja, a dita barra de aço foi posta para resfriar na atmosfera, e dessa forma resfriada à temperatura ambiente [0046] Da porção R/2 (“R” indica o raio da barra de aço) de cada barra de aço, tendo o diâmetro de 50 mm, obtida como descrito acima, as peças de teste do Tipo Ono de resistência à fadiga de flexão rotacional, tendo a forma mostrada na Figura 1, foram cortadas. As ditas peças de teste foram submetidas à nitrocarbonetação sob condição de uma temperatura de penetração de 600°C e um tempo de penetração de 150 minutos, em uma atmosfera de gás NH3: gás RX = 1: 1; e, depois disso, foram resfriadas a água. Todas as unidades de dimensão das peças de teste do tipo Ono de fadiga à flexão rotacional, mostradas na Figura 1, estão em “mm”.

[0047] Pelo uso das peças do teste do tipo Ono de fadiga à flexão rotacional, obtidas como acima descrito, o teste de fadiga foi realizado sob condição alternada

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14/28 de 3.000 rpm (revoluções por minuto), à temperatura ambiente e no ar atmosférico para examinar a resistência à fadiga de flexão.

[0048] Os resultados do dito teste do tipo Ono de fadiga à flexão rotacional também foram mostrados na Tabela 1. Além disso, a relação entre o P1 e a resistência à fadiga rotacional foi mostrada na Figura 2.

[0049] Como é evidente na Figura 2, no caso onde o P1 é 0,96 ou mais, a resistência à fadiga de flexão de 600 MPa ou mais pode ser obtida.

[0050] O P1 pode ser um valor perto de 1,10 no caso onde, como os teores de elementos definidos na fórmula (1), C é um valor perto de 0,35%, Mn é 1,20%, Cr é 0,10%, e Al é 0,030%.

P2: 0,90 ou mais [0051] No aço não tratado termicamente para nitrocarbonetação e na matriz do componente nitrocarbonetado conforme a presente invenção, o P2 expresso por [P2 = 2,40C - 0,54Mn - 9,26Cr - 0,01Al + 1,59... (2)] deve satisfazer [P2 > 0,90], em que cada símbolo C, Mn, Cr e Al nas fórmulas acima (2) representam o teor, em percentagem de massa, do elemento em questão.

[0052] Se a composição química estiver na faixa supramencionada, a capacidade de endireitamento pode ser posta em ordem, pelo dito P2. Quando o P2 é 0,90 ou mais, uma excelente capacidade de endireitamento é obtida. A seguir, esta relação é explicada.

[0053] Os aços BA a BF tendo a composição química mostrada na Tabela 2 foram fundidos pelo uso de um conversor de 70 toneladas, e em seguida foram lingotados em tarugos tendo um tamanho de seção transversal de 180 mm χ 180 mm.

Tabela 2

Aço	Composição química (% de massa) Balanço: Fe e impurezas	Quantidade de deformação de endireitamento (με)
C	Si	Mn	P	S	Cr	Al	Ti	N	P2
BA BB BC	0,31	0,17	1,02	0,014	0,060	0,05	0,014	0,010	0,0182	1,32	30000 27500 22000

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BD	0,33	0,12	1,20	0,011	0,065	0,06	0,022	0,012	0,0175	1,18	20100
BE											19000
BF	0,28	0,15	1,15	0,016	0,058	0,07	0,025	0,011	0,0191	0,99	17000
	0,25	0,20	1,01	0,015	0,057	0,08	0,011	0,011	0,0193	0,90
	0,31	0,17	1,19	0,020	0,062	0,09	0,012	0,014	0,0182	0,86
	0,30	0,21	1,14	0,025	0,055	0,10	0,014	0,012	0,0174	0,77

P2=2,40C-0,54Mn-9,26Cr-0,01Al+1,59 [0054] O acima descreveu que cada tarugo foi forjado em uma barra de aço tendo um diâmetro de 90 mm, e ainda forjado em uma barra de aço tendo um diâmetro de 50 mm, sob condições de uma temperatura aquecimento de 1200°C, e uma temperatura finalização de 1000 a 1050°C. Após a forja, a dita barra de aço foi posta para resfriar na atmosfera, e dessa forma resfriada à temperatura ambiente. [0055] Da porção R/2 de cada barra de aço, tendo o diâmetro de 50 mm, obtido como descrito acima, a peça de teste de resistência à fadiga de flexão em quatro pontos, para medir a capacidade de endireitamento tendo a forma mostrada na forma na Figura 3, foi cortada. A dita peça de teste foi submetida à nitrocarbonetação sob a condição de uma temperatura de penetração de 600°C e tempo de penetração de 150 minutos em uma atmosfera de gás NH3: gás de RX = 1:1; e depois disso foi resfriada à água. Todas as unidades de dimensão da peça de teste de resistência à fadiga de flexão em quatro pontos mostradas na Figura 3 estão em “mm”.

[0056] Ao entalhe inferior da peça de teste de resistência à fadiga de flexão em quatro pontos obtida, como descrito acima, um extensômetro de 2 mm foi ligado, e uma deformação de endireitamento foi transmitida até que o extensômetro fosse quebrado. No caso em que uma trinca ocorre na camada nitrocarbonetada, o extensômetro ligado à camada exterior é quebrado. Portanto, a capacidade de endireitamento foi avaliada pela deformação no momento em que o extensômetro foi quebrado, isto é, pela quantidade de deformação de endireitamento. Para todas as peças de testes de resistência à fadiga de flexão em quatro pontos, nas quais o extensômetro foi quebrado, a peça de teste foi introduzida em uma resina, de modo que a porção do entalhe inferior R3 longitudinalmente secionada da peça de teste de

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16/28 resistência à fadiga de flexão em quatro pontos realmente fosse o plano de teste. Depois disso, o plano de teste acima mencionado foi submetido a um polimento do tipo espelhado, e usando um microscópio ótico, foi verificado que uma trinca estava presente na camada nitrocarbonetada.

[0057] O objetivo da capacidade de endireitamento foi feito de forma que a quantidade da deformação endireitável fosse 20.000 με ou maior.

[0058] A quantidade de deformação de endireitamento, que é um índice da capacidade de endireitamento, também foi mostrada na Tabela 2. Além disso, a relação entre o P2 e a quantidade de deformação de endireitamento foi mostrada na

Figura 4.

[0059] Como é evidente da Figura 4, no caso onde o P2 é 0,90 ou mais, a quantidade da deformação de endireitamento de 20.000 με, ou maior, pode ser obtida.

[0060] O P2 pode ser um valor perto de 1,97 no caso onde, como os conteúdos de elementos definidos na fórmula (2), C é um valor perto de 0,35%, Mn é

0,85%, Cr é um valor perto de 0%, e Al é um valor perto de 0,010%.

[0061] Se o aço não tratado termicamente para nitrocarbonetação da presente invenção, tendo a composição química acima descrita, é forjado sob a condição de forja a quente ordinária, por exemplo, as condições de uma temperatura de aquecimento de 1200 a 1300°C, e uma temperatura de finalização de 900 a 1100°C, e depois disso é deixado resfriar na atmosfera, e dessa forma resfriado à temperatura ambiente, um material de aço não tratado termicamente tendo uma estrutura de ferrita-perlita, na qual a fração de área de ferrita é 30 a 80%, e o balanço é perlita, pode ser obtido.

(B) Camada de difusão do componente nitrocarbonetado:

[0062] O componente nitrocarbonetado da presente invenção pode ser obtido pelo seguinte processo: o material de aço não tratado termicamente é formado pela usinagem de modo a ter uma forma componente, e depois disso é submetido à nitrocarbonetação sob as condições de uma temperatura de penetração de 450 a

650°C, e um tempo de penetração de 30 minutos ou mais. A dita temperatura de

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17/28 penetração é muito mais baixa do que o ponto de transformação A3 do aço; e dessa forma na matriz e na camada de difusão do dito material de aço não tratado termicamente, a fase de transformação durante a nitrocarbonetação não ocorre, e a microestrutura do componente nitrocarbonetado torna-se a mesma estrutura perlitaferrita como a daquela do material de aço não tratado termicamente não submetido à nitrocarbonetação. Portanto, a camada de difusão do componente nitrocarbonetado da presente invenção consiste em uma estrutura perlita-ferrita.

[0063] Depois, o componente nitrocarbonetado da presente invenção é tal que, na ferrita, na estrutura perlita-ferrita da camada de difusão, 130 a 250/pm2 dos precipitados em forma de placa, cada um tendo uma espessura de 5 nm ou menos e uma largura de 200 nm ou menos, está presente. Se os referidos precipitados em forma de placa estiverem presentes na ferrita, pode fazer com que o componente nitrocarbonetado tenha ambas, uma alta resistência à fadiga de flexão de 600 MPa ou mais e uma capacidade de endireitamento alvo, de modo que a quantidade da deformação de endireitamento é 20.000 με ou maior [0064] Um composto sendo fino e precipitando coerentemente na matriz, melhora a força da matriz como um fator fortificante de precipitação, e contribui para a fortificação da precipitação mais fortemente à medida que aumenta a quantidade de precipitação e o tamanho diminui. Inversamente falando, um precipitado tendo um tamanho grande, de tal forma que pelo menos um ou outro, a sua espessura ou largura, exceda o valor acima mencionado, pouco contribui para a fortificação do componente nitrocarbonetado da presente invenção. No caso onde 130^m2 ou mais, dos precipitados em forma de placa, tendo uma espessura de 5 nm ou menos e uma largura de 200 nm ou menos, estão presentes na ferrita, uma alta resistência à fadiga de flexão de 600 MPa ou mais pode ser constantemente obtida. Por outro lado, se mais de 250^m2 dos precipitados em forma de placa tendo o tamanho acima mencionado estiverem presentes na ferrita, a camada exterior é fortalecida excessivamente, de modo que a quantidade de deformação de endireitamento, que é um índice da capacidade de endireitamento, não alcance 20.000 με.

[0065] A espessura e a largura do dito precipitado em forma de placa que de 27/07/2018, pág. 34/46

18/28 está presente na ferrita e preferencialmente 3 nm ou menos e 100 nm ou menos, respectivamente. Dependendo do desempenho do equipamento de observação, tal como um microscópio de eletrônico de transmissão (a seguir referido como um “TEM”), no caso onde a observação em TEM é feita em uma ampliação de 200.000 vezes, o precipitado tendo uma espessura de 1 nm e uma largura de 10 nm, torna-se o limite de observação.

[0066] A camada de difusão do componente nitrocarbonetado descrito neste item (B) pode ser obtida realizando a nitrocarbonetação sob condições de uma temperatura de penetração de 450 a 650°C, e um tempo de penetração de 30 minutos ou mais, usando o aço que tem a composição química descrita no item (A) acima. Além disso, no caso onde o aço, tendo a composição química descrita no item (A) acima é usado, a influência da taxa de resfriamento após a nitrocarbonetação nas propriedades do componente não é excessivamente grande, e o objetivo é alcançado, mesmo quando qualquer método de resfriamento é empregado. Portanto, o resfriamento após a nitrocarbonetação pode ser realizado por um método apropriado.

[0067] A seguir, a presente invenção é explicada detalhadamente referindose aos exemplos.

EXEMPLOS [0068] Os aços A a N, tendo a composição química mostrada na Tabela 3 foram fundidos pelo uso de um conversor de 70 toneladas, e em seguida foram lingotados em tarugos tendo um tamanho secional transversal de 180 mm χ 180 mm. [0069] Os aços A a E na Tabela 3 são aços tendo a composição química entre as faixas reguladas pela presente invenção. Por outro lado, os aços F a N são aços tendo a composição química fora da condição regulada pela presente invenção.

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Tabela 3

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Aç o	Composição química (% de massa) Balanço:	Fe e impurezas
C	Si	Mn	P	S	Cr	Al	Ti	N	P1	P2
A	0,31	0,19	0,99	0,015	0,060	0,05	0,014	0,010	0,0210	1,00	1,34
B	0,29	0,27	1,03	0,017	0,066	0,07	0,027	0,008	0,0140	1,04	1,08
C	0,26	0,18	1,19	0,016	0,050	0,06	0,012	0,010	0,0175	1,05	1,02
D	0,34	0,16	0,87	0,020	0,044	0,10	0,011	0,011	0,0170	1,01	1,01
E	0,33	0,20	0,93	0,018	0,068	0,03	0,012	0,015	0,0164	0,97	1,60
F	*0,20	0,20	0,95	0,015	0,060	0,03	0,011	0,010	0,0170	0,97	1,28
G	0,26	0,18	*0,80	0,016	0,065	0,07	0,012	0,010	0,0175	0,97	1,13
H	0,33	0,20	0,91	0,018	0,067	0,03	*0,003	0,008	0,0150	0,96	1,61
I	0,25	0,15	0,87	0,018	0,068	0,03	0,011	0,012	0,0164	*0,95	1,44
J	0,34	0,15	*1,25	0,025	0,051	0,09	0,011	0,012	0,0168	1,09	0,90
K	0,34	0,19	0,90	0,020	0,058	*0,11	0,011	0,011	0,0170	1,03	0,90
L	0,31	0,21	1,19	0,015	0,059	0,08	*0,060	0,009	0,0175	1,11	0,95
M	0,32	0,15	1,18	0,018	0,068	0,09	0,015	0,015	0,0164	1,08	*0,89
N	*0,42	0,25	1,15	0,012	0,055	0,10	0,014	0,010	0,0180	1,08	1,05

P1=0,02C+0,22Mn+0,87Cr+0,85Al+0,72

P2=2,40C-0,54Mn-9,26Cr-0,01Al+1,59

O sinal * denota a saída das condições reguladas pela presente invenção.

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20/28 [0070] O acima descreveu que cada tarugo foi forjado em uma barra de aço tendo um diâmetro de 90 mm, e depois forjado em uma barra de aço tendo um diâmetro de 50 mm, sob condições de uma temperatura aquecimento de 1200°C, e uma temperatura finalização de 1000 a 1050°C. Após a forja, a dita barra de aço foi posta para resfriar na atmosfera, e dessa forma resfriada à temperatura ambiente. [0071] Da porção R/2 de cada barra de aço, tendo o diâmetro de 50 mm, obtido como descrito acima, as peças de teste do tipo Ono de resistência à fadiga de flexão rotacional, tendo a forma mostrada na Figura 1 e a peça de teste de resistência à fadiga de flexão em quatro pontos para medir a capacidade de endireitamento tendo a forma mostrada na Figura 3, foram cortadas.

[0072] Primeiro, a microestrutura antes de nitrocarbonetação foi examinada usando a peça de teste de resistência à fadiga de flexão em quatro pontos obtida, como descrito acima.

[0073] De forma concreta, a peça de teste de resistência à fadiga de flexão em quatro pontos foi introduzida em uma resina, de modo que a porção do entalhe inferior R3, longitudinalmente secionada, fosse realmente o plano de teste. O plano de teste acima mencionado foi submetido a um polimento do tipo espelhado, e depois disso foi gravado com nital, o que fez com que a microestrutura aparecesse. Posteriormente, 5 campos opcionais em uma posição a 1 mm de profundidade da superfície foram observados usando um microscópio ótico em uma ampliação de 100 vezes, pelo qual a fase foi identificada, e ainda, a fração de área (%) de ferrita foi medida.

[0074] Depois, as peças de teste do tipo Ono de resistência à fadiga de flexão rotacional e as peças de teste de resistência à fadiga de flexão em quatro pontos foram submetidas à nitrocarbonetação sob uma condição de temperatura de penetração de 600°C e tempo de penetração de 150 minutos, em uma atmosfera de gás NH3: gás de RX = 1:1. Incidentalmente, com relação aos aços C e D, a nitrocarbonetação foi realizada também sob condição de uma temperatura de penetração de 650°C e tempo de penetração de 180 minutos. Após a dita nitrocarbonetação, todas das peças de teste foram resfriadas à água.

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21/28 [0075] Primeiro, a camada de difusão foi examinada usando a peça de teste de resistência à fadiga de flexão em quatro pontos que foi resfriada a água após ser submetida à nitrocarbonetação descrita acima. De forma concreta, a peça de teste foi introduzida em uma resina, de modo que a porção inferior do entalhe de R3, longitudinalmente secionado, realmente fosse o plano de teste. O plano de teste acima mencionado foi submetido a um polimento do tipo espelhado; sendo submetido a gravação com nital, foi lavado. Depois disso, posições contínuas da camada exterior a uma profundidade de 1mm foram observadas em 5 lugares opcionais usando um microscópio ótico em uma ampliação de 100 vezes, pelo qual uma porção não gravada perto da superfície, isto é, a profundidade da camada composta, formada na camada exterior foi examinada, e, além disso, a fase em uma região gravada mais profunda do que a camada composta foi identificada.

[0076] Depois, baseando-se no “Teste de Dureza Vickers - Método de

Teste”, descrito em JIS Z 2244 (2009), em 3 lugares opcionais, cada dureza Vickers em posições contínuas de uma profundidade de 0,05 mm a uma profundidade de 1 mm foi medida, uma curva de perfil de dureza foi preparada como distribuição de dureza, pelo cálculo da média dos valores na mesma profundidade, e a profundidade da camada nitretada, que foi a soma das profundidades da camada composta e da camada de difusão, foi examinada. A dureza Vickers foi medida sob a condição de uma força de teste de 2,9 N e intervalo de medida na direção de fundo, de 0,05 mm. A definição de camada nitretada é baseada na JIS G 0562 (1993), e a dita profundidade da camada nitretada significa a distância da superfície ao ponto onde a diferença entre a dureza da camada nitretada e aquela da matriz é inviável de identificar.

[0077] Como mostrado na Tabela 4, descrita depois, foi revelado que a profundidade da camada nitretada era de 0,55 a 0,80mm. Portanto, em relação à peça de teste de resistência à fadiga de flexão em quatro pontos, acima mencionada, que foi resfriada à água depois ser submetida à nitrocarbonetação, a estrutura interna da camada de difusão foi ainda examinada. De forma concreta, como mostrado na Figura 5, da dita peça de teste de resistência à fadiga de flexão

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22/28 em quatro pontos, uma peça de teste em forma de placa de 1 mm de espessura, incluindo uma superfície da porção lisa, foi cortada. Depois, a dita peça de teste em forma de placa de 1 mm de espessura foi mecanicamente polida em ambas as superfícies, para que a espessura diminuísse na direção da profundidade da superfície da porção lisa, para preparar uma peça de teste em forma de placa incluindo somente uma posição de 30 a 90 pm em profundidade, da superfície da porção lisa. Depois disso, usando um líquido misto de ácido perclórico e metanol, a dita peça de teste em forma de placa foi ainda feita em uma fina película pelo modo de polimento eletrolítico de duplo jato. A película fina, assim obtida, foi submetida à análise elementar usando espectroscopia de energia dispersiva de raios x, usando um microscópio eletrônico de varredura por transmisão (STEM-EDS), e observação em TEM. A voltagem de aceleração em ambas as análises, STEM-EDS e a observação em TEM foi de 300 kV. Usando o TEM, a porção de ferrita na estrutura perlita-ferrita pode ser observada em cada película fina. Portanto, pode-se confirmar que a peça de teste acima mencionada da película fina foi uma amostra proveniente da camada de difusão, não da camada composta, de modo que os atributos da forma precipitada e o modo de precipitação fossem examinados pela observação TEM, e, além disso, os elementos constituindo o precipitado foram examinados usando o STEM-EDS.

[0078] Como um exemplo do resultado da observação em TEM da microestrutura na ferrita, na estrutura perlita-ferrita da camada de difusão, as Figuras 6 e 7 mostram os resultados do teste No. 1 utilizando o aço A. A figura 6 é uma imagem de campo claro, e a figura 7 é um padrão de difração de raio de elétrons do mesmo campo. Como mostrado na figura 6, na ferrita, precipitados, como indicado por setas brancas, foram observados. Dos resultados da análise de STEM-EDS e da observação em TEM, foi revelado que os ditos precipitados foram q-Mn3N2 em forma de placa, tendo a relação de orientação expressa por [Matemática. 1] e [Matemática. 2] com a ferrita, que foi a matriz. Portanto, quando a direção incidente do raio de elétrons é feita [001]a-Fe, o q-Mn3N2, que precipita-se de modo a ser [Matemática. 3] ou [Matemática. 4], é observado tal que a placa seja vista da direção

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23/28 horizontal, de modo que os precipitados sejam observados como um contraste em forma da linha reta, como no exemplo de observação. Quando a espessura do contraste em forma de linha reta foi feita, a espessura do precipitado em forma de placa e o comprimento do mesmo foi feita, a largura do precipitado em forma de placa, na observação em TEM em uma ampliação de 200.000 vezes, o q-Mn3N2, tendo uma espessura de 1 nm e uma largura de 10 nm, foi o limite de observação.

[Matemática 1] (220) η // ( 020) α- Fe [Matemática 2] (110) η // (100) α- Fe [Matemática 3] (001) η // (100) α- Fe [Matemática 4] (001) η // (010) α- Fe [0079] Com relação a cada peça de teste da película fina, tomando a direção incidente do raio de elétrons na observação TEM como <001>a-Fe, e o precipitado tendo a forma de precipitado acima descrita em forma de placa, o número dos precipitados em forma de placa tendo uma espessura de 5 nm ou menos e uma largura de 200 nm, ou menos, foi examinado. Isto é, a ferrita na estrutura perlita20 ferrita da camada de difusão foi observada usando um TEM em uma ampliação de 200.000 vezes, e o número dos precipitados em forma de placa tendo o tamanho acima mencionado, incluído em um campo de 250nm χ 350nm, foi determinado. Este processo foi repetido para 5 campos opcionais, e o número dos precipitados em forma de placa, cada um tendo uma espessura de 5 nm ou menos e uma largura de

200 nm ou menos, que foram incluídos por área de unidade, foram calculados dividindo o número total para 5 campos de números determinados pela área total de 5 campos observados.

[0080] Além disso, a resistência à fadiga de flexão e a capacidade de endireitamento foram examinadas usando uma peça de teste do tipo Ono de resistência à fadiga de flexão rotacional e uma peça de teste de resistência fadiga de

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24/28 flexão em quatro pontos, respectivamente, que foram resfriadas a água após terem sido submetidas à nitrocarbonetação.

[0081] Isto quer dizer que o teste de fadiga foi realizado sob a condição alternada de 3.000 rpm (revoluções por minutos) à temperatura ambiente e em uma atmosfera de ar, usando as peças acima descritas de teste de teste do tipo Ono de resistência à fadiga de flexão rotacional que foram resfriadas à água após serem submetidas à nitrocarbonetação, e, por meio disso, a resistência à fadiga de flexão foi examinada. O valor alvo da acima citada resistência à fadiga de flexão é estabelecido em 600 MPa ou mais.

[0082] Um extensômetro de 2 mm foi ligado ao entalhe inferior da peça de teste de resistência à fadiga de flexão em quatro pontos, que foi resfriada à água após ser submetida à nitrocarbonetação, e uma deformação de flexão foi transmitida até que o extensômetro fosse quebrado. Como descrito acima, no caso onde o extensômetro foi quebrado, uma trinca ocorreu na camada nitrocarbonetada. Por isso, a capacidade de endireitamento foi avaliada pela deformação no momento em que o extensômetro foi quebrado, isto é, pela quantidade de deformação de endireitamento. O alvo da quantidade da deformação de endireitamento, que é um índice da capacidade de endireitamento, é definido em 20.000 με ou maior.

[0083] Os resultados de teste descritos acima, estão resumidos na Tabela 4.

Tabela 4

Divisão	Test e No.	Aç o	Condição de nitrocarbo netação	Microestrutura antes da nitrocarboneta ção	Profundi dade da Camada Nitretada (mm)	Camada de difusão	Resistê ncia à fadiga de flexão (MPa)	Quantidad e de deformaç ão de endireita mento (μ ε)
Fa se	Precipitad os em forma de placa (número/μ m 2)
Fase	Fração da área de ferrita (%)

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Exemplo s inventiv os	1 2 3 4 5 6 7	A B C C D D E	[1] [1] [2] [1] [2] [1] [1]	F+P F+P F+P F+P F+P F+P F+P	55 58 65 65 51 51 53	0,70 0,80 0,75 0,70 0,70 0,65 0,75	F+ P F+ P F+ P F+ P F+ P F+ P F+ P	164 198 218 222 142 136 155	620 635 645 650 625 630 610	30500 26000 23000 23000 22500 22000 39000
Exemplo s Compar ativos	8 9 10 11 12 13 14 15 16	* F * G * H * I _* J _* K _* L _* M _* N	[1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1]	F+P F+P F+P F+P F+P F+P F+P F+P F+P	69 70 58 68 42 50 51 50 22	0,70 0,70 0,55 0,70 0,65 0,65 0,80 0,65 0,70	F+ P F+ P F+ P F+ P F+ P F+ P F+ P F+ P F+ P	176 112 145 144 257 158 222 230 233	# 580 # 585 # 590 # 595 660 630 670 690 690	30000 24000 32000 32500 # 17500 # 16000 # 19500 # 19000 # 17500

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Na coluna de “condição de nitrocarbonetação”, (1) e (2) denotam temperatura de penetração: 600°C, tempo de penetração: 150 minutos e Temperatura de penetração: 650°C, tempo de penetração: 180 minutos” respectivamente.

A coluna “Profundidade da camada nitretada” indica que a camada de composto e a camada de difusão foram formadas na região da superfície ao ponto mostrado nesta tabela 4 Na coluna “Camada de difusão”, a “fase” significa a região inteira existente da camada de difusão. “Precipitado em forma de placa” significa aquele tendo uma espessura de 5 nm ou menos e uma largura de 200 nm ou menos, que precipitou na ferrita.

O sinal * denota a saída das condições de composição química reguladas pela presente invenção.

O sinal ** denota a saída das condições da camada de difusão do componente nitrocarbonetado regulado pela presente invenção.

O sinal # denota o não atingimento do objetivo na presente invenção.

[0084] Da Tabela 4, é evidente que os testes Nos. 1 a 7, de acordo com os “exemplos inventivos”, nos quais as condições reguladas pela presente invenção foram satisfeitas, atingiram as metas, isto é, cada resistência à fadiga de flexão foi 600 MPa ou mais e cada quantidade de deformação de endireitamento foi 20.000 με, ou maior, e tinha uma excelente capacidade de endireitamento, além de uma alta resistência à fadiga de flexão.

[0085] Ao contrário, no caso do teste No. 8, o teor de C do aço F foi tão baixo quanto 0,20%, e desviou-se da condição regulada pela presente invenção. Portanto, embora os precipitados em forma de placa, tendo uma espessura de 5 nm ou menos e uma largura de 200 nm ou menos, que precipitaram na ferrita da camada de difusão, foi 176/pm2, satisfazendo a regulação da presente invenção, a força da matriz foi insuficiente, e a resistência à fadiga de flexão, como um componente nitrocarbonetado não atingiu a meta.

[0086] No caso do teste No. 9, o teor de Mn do aço G foi tão baixo quanto

0,80%, e desviou-se da condição regulada pela presente invenção. Além disso, o número dos precipitados em forma de placa, tendo uma espessura de 5 nm ou menos e uma largura de 200 nm ou menos, que precipitaram na ferrita da camada de difusão, foi tão pequeno quanto 112/pm2, o que desviou-se da condição regulada pela presente invenção. Por isso, a resistência à fadiga de flexão como um componente nitrocarbonetado não atingiu a meta.

[0087] No caso do teste No. 10, o teor de Al do aço H foi tão baixo quanto

0,003%, e desviou-se da condição regulada pela presente invenção. Por isso, a profundidade de camada de difusão no momento da nitrocarbonetação não

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27/28 aumentou, e a resistência à fadiga de flexão, como um componente nitrocarbonetado, não atingiu a meta.

[0088] No caso do teste No. 11, o parâmetro P1 do aço I foi de 0,95, e foi mais baixo do que a faixa regulada pela presente invenção. Por isso, a resistência à fadiga de flexão, como um componente nitrocarbonetado, não atingiu a meta.

[0089] No caso do teste No. 12, o teor de Mn do aço J foi tão alto quanto

1,25%, e desviou-se da condição definida na presente invenção. Além disso, o número dos precipitados em forma de placa tendo uma espessura de 5 nm ou menos e uma largura de 200 nm ou menos, que precipitaram na ferrita da camada de difusão, foi tão grande quanto 257/pm2, o que desviou-se da condição regulada pela presente invenção. Por isso, a quantidade de deformação de endireitamento, como um componente nitrocarbonetado, não atingiu a meta, e a capacidade de endireitamento foi baixa.

[0090] No caso do teste No. 13, o teor de Cr do aço K foi tão alto quanto

0,11%, e desviou-se da condição regulada pela presente invenção. Por isso, a quantidade de deformação de endireitamento como um componente nitrocarbonetado não atingiu a meta, e capacidade de endireitamento foi baixa.

[0091] No caso do teste No. 14, o teor de Al do aço L foi tão alto quanto

0,060%, e desviou-se da condição regulada pela presente invenção. Por isso, a quantidade de deformação de endireitamento como um componente nitrocarbonetado não atingiu a meta, e a capacidade de endireitamento foi baixa. [0092] No caso do teste No. 15, o parâmetro P2 do aço M foi de 0,89, e foi mais baixo do que a faixa regulada pela presente invenção. Por isso, a quantidade de deformação de endireitamento, como um componente nitrocarbonetado não atingiu a meta, e capacidade de endireitamento foi baixa.

[0093] No caso do teste No. 16, o teor de C do aço N foi tão alto quanto

0,42%, e desviou-se da condição definida na presente invenção. Por isso, a quantidade de deformação de endireitamento como um componente nitrocarbonetado não atingiu a meta, e capacidade de endireitamento foi baixa.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

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28/28 [0094] O componente nitrocarbonetado da presente invenção constantemente tem uma alta resistência à fadiga de flexão de 600 MPa ou mais e uma excelente capacidade de endireitamento, sob várias condições de nitrocarbonetação, em particular, mesmo quando o resfriamento à água é realizado na etapa de resfriamento após a nitrocarbonetação; e, dessa forma, o dito componente nitrocarbonetado é adequado como um virabrequim de automóveis e similares. Se o aço não tratado termicamente da presente invenção for usado como um material primário, o dito componente nitrocarbonetado pode ser facilmente manufaturado.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aço não tratado termicamente para nitrocarbonetação, CARACTERIZADO pelo fato de que o aço tem uma composição química consistindo, por percentual de massa, de C: 0,25% ou mais a menos de 0,35%, Si: 0,15 a 0,35%, Mn: 0,85 a 1,20%, S: 0,10% ou menos, Al: mais de 0,010% a 0,030% ou menos, Ti: 0,003 a 0,020%, e N: 0,010 a 0,024%, e o balanço de Fe e impurezas, em que P e Cr entre as impurezas são P: 0,08% ou menos e Cr: 0,10% ou menos, respectivamente, e, ainda, o P1 e o P2 expressos pelas fórmulas (1) e (2) são P1 > 0,96 e P2 > 0,90 respectivamente:

P1 = 0,02C + 0,22Mn + 0,87Cr + 0,85Al + 0,72 ... (1),

P2 = 2,40C - 0,54Mn - 9,26Cr - 0,01Al + 1,59 ... (2), em que cada símbolo C, Mn, Cr e Al nas fórmulas acima mencionadas (1) e (2) representam os teores por percentual de massa do elemento em questão.
2. Componente nitrocarbonetado CARACTERIZADO pelo fato de que o componente com a composição química da matriz consistir, por percentual de massa, de C: 0,25% ou mais a menos de 0,35%, Si: 0,15 a 0,35%, Mn: 0,85 a 1,20%, S: 0,10% ou menos, Al: mais de 0,010% a 0,030% ou menos, Ti: 0,003 a 0,020%, e N: 0,010 a 0,024%, e o balanço de Fe e impurezas, em que P e Cr entre as impurezas são P: 0,08% ou menos e Cr: 0,10% ou menos, respectivamente, e ainda o P1 e o P2 expresso pelas fórmulas (1) e (2) são P1 > 0,96 e P2 > 0,90 respectivamente, em que, ainda, a camada de difusão consista de uma estrutura perlita-ferrita, e o número dos precipitados em forma de placa tendo uma espessura de 5 nm ou menos e uma largura de 200 nm ou menos, que precipitaram na ferrita, e 130 a 250/pm

P1 = 0,02C + 0,22Mn + 0,87Cr + 0,85Al + 0,72 ... (1),

P2 = 2,40C - 0,54Mn - 9,26Cr - 0,01Al + 1,59 ... (2), em que cada símbolo C, Mn, Cr e Al nas fórmulas acima mencionadas (1) e (2), representam os teores por percentual de massa do elemento em questão.

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2/8 (e<d ΙΑΙ) oexeu sp e epuajsisea σι q>

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8/8 {Matemática 1] (2 2 0), // ( Ο 2 O)«-f.

[Matemática 2] ( 1 1 Ο ) _η // ( 1 Ο Ο ) «-F [Matemática 3] (Ο Ο 1 ) 7? // ( 1 Ο Ο ) or-F [Matemática 4] (Ο Ο 1 ) , // (010) «-F

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