CN102471865A - 具有氮化合物层的钢铁部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种对钢铁材料的表面通过氮化处理来防止形成的化合物层的高频淬火产生的氧化的方法，即提供一种难以产生由部位所致的氧化防止皮膜的膜厚不均，其结果，可以在高频加热后得到的含氮化合物层均匀地残留的制造方法。一种方法，其为对钢铁材料实施组合氮化处理和高频淬火处理的复合热处理的方法，其特征在于，还包含在氮化处理后高频淬火处理前，通过氮化处理在形成于钢铁的氮化合物层上形成化成皮膜的化成处理工序。

Description

具有氮化合物层的钢铁部件及其制造方法
技术领域
本发明涉及作为表面压力强度、抗磨损性、弯曲疲劳强度等机械性强度优异的机械构造零件使用的淬火钢铁材料、其制造方法(复合热处理方法)及其处理液。
背景技术
目前，为了提高机械性的强度，对铸铁及钢的机械构造零件实施氮化处理(包含软氮化处理)、加碳淬火、高频淬火等表面硬化处理。
其中，已知有通过氮化处理形成于最表面的由氮化物构成的化合物层的滑动性优异、磨损强、烧接阻抗性高(下面，将其称为氮化合物层所致的效果I)。但是，通常，氮化处理与加碳淬火、高频淬火相比，表面压力强度、疲劳强度等方面差，例如在进行滚轴点蚀试验的情况下，有时氮化合物层从钢基体上发生剥离。因此，广泛认为氮化合物层在超过2GPa那样的高表面压力的疲劳试验中当然造成不良影响的存在。本发明者等发现该原因不是出于化合物层本身，而是因为支撑化合物层的基体的硬化层深度浅。即，氮化处理单体中，之所以充分利用最表面的化合物层的良好的滑动性，是因为其正下方的硬化层深度不足。
不过，已知含有氮的钢材与不含有氮的钢材相比，在淬火后得到的马氏体组织变微细，因此硬度变高，另外，由于淬火性的提高，从而硬化深度增大。即，氮化处理也可利用于为了形成用于提高淬火性的氮扩散层的氮扩散前处理(下面，称为形成氮化合物层所致的效果II)。即，利用该效果II得到的特性不是起因于氮化合物层本身的作用，而是起因于处于形成氮化合物层时产生的氮化合物层正下方的钢材中的扩散氮的作用。
已知通过淬火得到的含氮马氏体组织除了所述高硬度及淬火性提高之外，还具有回火软化阻抗性、用于对龟裂产生和成长的抵抗的高表面压力强度、高疲劳强度。
在氮化处理后直接进行高频淬火的情况下，淬火温度至少需要成为奥氏体组织的温度Ac3相变点以上，通常选自750～1050℃的温度范围。氮化温度570℃下形成的氮化合物层为铁和氮的结合，在大气气氛下再加热到650℃以上时受到氧化并分解，氮化合物层的氮在最表面作为氮气排出，氮化合物层消失。这以前就有报告(非专利文献1)。
利用氮化处理和淬火进行的复合热处理技术通常只是利用由氮化处理得到的氮扩散层所致的效果II，而不利用由氮化处理形成的氮化合物层的效果I。即，不能阻止氮化合物层在氮化处理的后工序即淬火时消失。对于该技术的公开例很多，例如可以列举专利文献1～5的复合热处理。
专利文献6中公开有一种复合热处理方法，该方法为在600℃以上的温度下实施氮化处理形成5μm以下的氮化合物层，之后进行高频淬火，得到具有2μm以下的氮化合物层的淬火部材。本技术中将氮化条件设为600℃以上的高温的理由是因为越高温越可以期待向钢材内侧高浓度的氮扩散，但在超过600℃的氮化处理温度下得到的氮化合物层是硬度低，是不具有效果I的氮化合物层。即，本技术也是只期待氮化合物层所致的效果II的技术，且是可以没有残留2μm以下的氮化合物层的程度的技术。
如上所述，在高表面压力的疲劳强度中，与其说氮化合物被广泛地误认为存在造成坏影响，倒不如说是基本没有兼备氮化合物的效果I、效果II的技术。作为解决将通过该氮化处理而形成于表面的氮化物层直接进行高频淬火带来的高温加热下的氮化物层的损伤或消失的问题，且想要兼备效果I、效果II的无先例的技术，专利文献7中公开有在氮化处理后的表面上被覆1～3mm厚度的以氧化硅为成分的气体/离子氮化防止剂、加碳防止剂、抗氧化剂，之后进行淬火的方法。
但是，专利文献7的方法中，加热时的氧化现象即使可以暂时防止，也由于1mm以上的厚膜而热传导性低，因此马氏体相变所需要的淬火时的冷却速度不充分，实际上难以得到作为目标的微细马氏体。
另外，全部利用效果I、II的专利文献8中公开有一种淬火钢铁部件，其特征在于，在钢铁材料的表面形成硬质氮化物层，进而，作为其上层形成含有选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及Al中的至少一种金属氧化物的无机化合物层。
专利文献7及专利文献8提供一种通过氮化处理形成氮化合物层，之后在高频淬火时以化合物层不氧化、不分解的方式被覆保护皮膜，制造同时兼备深的硬化深度和含氮化合物层的钢材的方法，但这两个方法全部通过用处理液涂敷或浸渍来被覆保护皮膜，不适合对齿轮齿面等复杂的形状物进行均匀涂敷。
专利文献1：日本特许第3193320号
专利文献2：日本特许第3327386号
专利文献3：日本特许第3145517号
专利文献4：日本特开平7-90364号
专利文献5：日本特开2007-154254号
专利文献6：日本特开2007-77411号
专利文献7：日本特开昭58-96815号
非专利文献1：热处理16卷4号P206昭和51年
专利文献8：日本特开2008-038220号
发明内容
发明要解决的课题
本发明鉴于所述课题其目的在于，提供一种通过使用化成处理作为均匀地形成氮化合物层保护皮膜的方法，难以产生由部位引起的氧化防止皮膜的膜厚不匀，其结果，可在高频加热后得到的含氮化合物层均匀地残留的制造方法，并提供一种使用该制造方法得到的钢铁材料，所述钢铁材料为通过氮化处理形成的硬度为HV550以上且1μm以上的氮化合物层残留在表层，且在该氮化合物层下部，距表面的距离为200μm以上的部分存在包含含有氮的微细马氏体组织的硬度超过HV550的硬度分布区域。
用于解决问题的方法
本发明(1)涉及一种方法，其为对钢铁材料实施组合氮化处理和高频淬火处理的复合热处理的方法，其特征在于，还包含在氮化处理后高频淬火处理前，通过氮化处理在形成于钢铁的氮化合物层上形成化成皮膜的化成处理工序。
本发明(2)如上述发明(1)所述的复合热处理方法，其特征在于，所述方法是如下方法，即，通过利用化成皮膜抑制高频淬火时氮化合物层的分解，由此得到如下的钢铁材料，所述钢铁材料为通过氮化处理形成的硬度为HV550以上且1μm以上的氮化合物层残留在表层，且在该氮化合物层的下部，距表面的距离为200μm以上的部分存在包含含有氮的微细马氏体组织的硬度超过HV550的硬度分布区域。
本发明(3)如上述发明(1)或(2)所述的复合热处理方法，其特征在于，作为皮膜量，所述化成皮膜为0.1～50g/m2。
本发明(4)如上述发明(1)～(3)中任一项所述的复合热处理方法，其特征在于，所述化成皮膜含有选自作为金属的Fe、Cr、Ni、Al、Zn、Mn、Mg、Zr、V、Hf、Si及Ca中的至少1种金属、和选自磷酸盐、碳酸盐、氧化物、氢氧化物及氟化物中的至少1种化合物。
本发明(5)如上述发明(1)～(4)中任一项所述的复合热处理方法，其特征在于，所述氮化合物层的形成方法通过盐浴软氮化处理、气体氮化处理、气体软氮化处理或等离子氮化处理中的任一种来进行，通过该处理在钢材的表面形成含有1～30μm的氮的化合物层。
本发明(6)如上述发明(1)～(5)中任一项所述的复合热处理方法，其特征在于，氮化处理的温度为350～600℃，高频淬火时的到达温度为750～860℃。
本发明(7)涉及一种钢铁部件，其特征在于，其是通过上述发明(1)～(6)中任一项所述的复合热处理得到的，其是硬度为HV550以上且1μm以上的氮化合物层残留在表层，且在该氮化合物层的下部，距表面的距离为200μm以上的部分存在包含含有氮的微细马氏体组织的硬度超过HV550的硬度分布区域。
本发明(8)涉及一种化成处理液，其包含以含有氮和铁的化合物层表面的蚀刻作为驱动力而析出的成分、通过过饱和析出的成分或通过使用外部电源的电驱动力析出的成分，其中，被用于，在钢铁材料的氮化处理后且高频淬火处理之前为了防止通过氮化处理形成于钢铁材料上的所述化合物层的分解而在该化合物层上形成化成皮膜。
发明效果
根据本发明的具有氮化合物层的钢铁部件、其制造方法(复合热处理方法)及其处理液，在通过氮化处理得到的化合物层上通过化成处理形成没有由部位引起的氧化防止皮膜的膜厚不均的化合物层保护膜，由此可有效地抑制之后的高频淬火产生的化合物层的氧化分解。根据本发明得到的钢铁部件，具有良好滑动特性的化合物层残留，其结果可维持基于化合物层的特性的机械强度及耐滑动性、抗磨损性等。另外，通过扩散的氮提高淬火性的钢铁部件通过高频淬火可以得到深的硬化深度及高的硬度，因此，对于在表面压力强度、抗磨损性、弯曲疲劳强度要求高机械强度的机械构造零件用途中可适当利用。
附图说明
图1是实施例1的钢材淬火后的氮化合物层的剖面照片；
图2是比较例1的钢材淬火后的氮化合物层的剖面照片；
图3是实施例2的剖面硬度分布。
具体实施方式
作为本发明应用对象的钢铁材料没有特别限定，例如可以列举碳素钢、低合金钢、中合金钢、高合金钢、铸铁等。从成本方面考虑优选的材料为碳素钢或低合金钢等。例如作为碳素钢，优选机械构造用碳素钢钢材(S20C～S58C)。作为低合金钢，优选镍铬钢钢材(SNC236～836)、镍铬钼钢钢材(SNCM220～815)、铬钼钢钢材(SCM415～455、822)、铬钢钢材(SCr415～445)、机械构造用锰钢钢材(SMn420～443)、锰铬钢钢材(SMnC420、443)等。这些钢不一定必须使用通过进行调质来保证淬火性的调质钢材(H材)，也可以使用未调质的铁素体-珠光体组织的状态形成的钢材。另外，本发明中虽然有合金钢得到高的表面硬度的趋势，但由于氮所致的效果II的提高淬火性的作用，所以即使是碳素钢也能够得到足够深的硬化深度。另外，本发明中由于氮产生的效果II，不一定必须使用调质钢，即使是非调质钢即铁素体-珠光体组织的钢也能够得到充分的机械强度。
本发明的钢铁材料表面的氮化合物层通过使活性炭扩散于钢铁材料的表面并生成硬质且稳定的氮化物的表面硬化处理而得到。只要是氮化合物层就没有特别限定，但通常优选为以母材成分的Fe为主体，由包含Ti、Zr、Mo、W、Cr、Mn、Al、Ni、C、B、Si等的氮化物构成的层。作为氮化合物层的形成方法，只要是扩散渗氮处理、盐浴软氮化(ISONITE)处理、低温盐浴软氮化处理等盐浴氮化处理、气体软氮化处理、等离子氮化处理等在具有效果I的氮化合物层及在其正下方形成氮扩散的区域的方法，则任何氮化方法都可以使用。作为用于形成具有效果I的氮化合物层的氮化热处理温度优选为600℃以下，更优选为580℃以下，进一步更优选为570℃以下。在超过600℃的处理温度下得到的氮化合物层的厚度虽然增加，但硬度降低，因此效果I无法再期待。另外，下限没有特别限定，例如为350℃。
通过高频淬火前的氮化处理得到的氮化合物层的厚度没有特别限定，通常只要以1～30μm的厚度形成即可，更优选为2～20μm，更优选为3～15μm。
本发明中，在钢材形成氮化合物层后，通过化成处理，所述化成皮膜形成含有选自作为金属的Fe、Cr、Ni、Al、Zn、Mn、Mg、Zr、V、Hf、Si及Ca中的至少1种金属、和选自磷酸盐、碳酸盐、氧化物、氢氧化物及氟化物中的至少1种化合物的化成皮膜。更具体而言，作为含有磷酸盐的化成皮膜，例如可列举Fe3PO4、FePO4、Zn2Fe(PO4)2、Zn2Ca(PO4)2、CrPO4、Ni3(PO4)2、AlPO4、Zn3(PO4)2、Mn3(PO4)2、Mn3(PO4)4、Mg3(PO4)2、Zr3(PO4)4、VPO4、Hf3(PO4)4、Si3(PO4)4、Ca3(PO4)2等，这些也可以适当含有氢离子来代替部分阳离子。作为含有碳酸盐的化成皮膜，例如列举Fe2(CO3)2、Cr2(CO3)3、NiCO3、Al2(CO3)3、ZnCO3、MnCO3、Mn(CO3)2、MgCO3、Zr(CO3)2、V2(CO3)3、Hf(CO3)2、Si(CO3)2、CaCO3等。作为含有氧化物的化成皮膜，例如列举Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、NiO、Al2O3、ZnO、MnO、MnO2、MgO、ZrO2、V2O3、HfO2、SiO2、CaO等。作为含有氢氧化物的化成皮膜，例如列举Fe(OH)2、Fe(OH)3、Cr(OH)3、Ni(OH)2、Al(OH)3、Zn(OH)2、Mn(OH)2、Mn(OH)4、Mg(OH)2、Zr(OH)4、V(OH)3、Hf(OH)4、Si(OH)4、Ca(OH)2等。作为含有从氟化物到氧化物的化成皮膜，例如列举FeF2、FeF3、CrF3、NiF2、AlF3、ZnF2、MnF2、MnF4、MgF2、ZrF4、VF3、HfF4、SiF4、CaF2等。作为本发明的化成皮膜只要含有选自上述的磷酸盐、碳酸盐、氧化物、氢氧化物及氟化物中的至少1种化合物即可，这些化合物也可以含有水合物。另外，析出的化成皮膜中的金属成分除了来自处理液的供给之外，也可以包含从含氮化合物层溶解并取出的铁等成分。
另外，本发明的化成处理是指以基于氮化处理过的含氮化合物层表面的化成处理液的蚀刻作为驱动力的处理液成分的析出、从不随着含氮化合物层的蚀刻的处理液的过饱和中的析出、或使用外部电源的电驱动力产生的处理液成分的析出。这样，即使是通常等之类的化成处理，也可以基本上适合作为本发明的化成处理。另外，化成处理后的钢铁部件的水洗、干燥也可以适当使用与通常的化成处理相同工序。在此，下面，作为例子，通过各种方法将使用溶解了磷酸根离子和Zn离子的处理液形成以磷酸锌为主体的化成皮膜的方法进行简单说明。作为以蚀刻为驱动力的化成处理，在溶解了磷酸根离子和Zn离子的酸性液体中浸渍被处理物，在蚀刻含氮化合物层时，其表面的pH上升(向中性侧移动)，由此不溶性的磷酸锌在含氮化合物层上沉积形成。另外，通过加温所述处理液或稍微添加苛性钠等而使处理液的pH向中性侧移动等操作，磷酸锌的溶解度降低，其结果不随着含氮化合物层的蚀刻，以其表面为核沉积不溶性的磷酸锌。另外，在上述处理液中浸渍被处理物，如果作为阳极进行电解，则产生含氮化合物层的蚀刻，向液体中供给过量的阳离子，其结果界面附近的溶解度降低，大量含有来自含氮化合物层的溶解物Fe的磷酸皮膜析出。或者，作为阴极侧进行电解时，随着在含氮化合物层上产生氢，氢氧化物离子浓度提高，由此表面不会溶解地产生界面的pH上升并形成不溶性的磷酸锌，另外，在其电解电压高的情况下形成磷酸锌和氢氧化锌的复合皮膜。
这些化成处理可以是使用以对钢铁材料赋予防锈、绝缘、防噪音、抗磨损性等的滑动、粘接基底、湿润性调整、冷轧加工的加工性等为目的而进行的通常的化成处理方法，作为皮膜量形成0.1～50g/m2。更优选为0.3～30g/m2，进一步优选为1～10g/m2。皮膜量若是不足0.1g/m2，就不能充分体现由化成皮膜产生的氮化合物层的防止氧化效果，另外，超过50g/m2的量由于化成皮膜的保护效果已经饱和，而且化成皮膜的形成需要过多的时间，因此不优选。另外，在化成皮膜是结晶性的情况下，容易在结晶间生成间隙，因此作为最低膜厚优选形成1g/m2以上。皮膜量为50g/m2时，其皮膜厚度为20～50μm左右，比被覆毫米级的皮膜的专利文献7绝对地薄，成为不阻碍淬火性的厚度。
为了保护氮化合物层而形成化成皮膜的方法最大的优点是可用简单的手段使保护皮膜廉价、均匀地形成，由此，难以产生由部位引起的氧化防止皮膜的膜厚不均，其结果是，可在高频加热后得到的含氮化合物层均匀地残留。其它化成处理的优点是可以避免在由涂敷形成保护皮膜时容易成为问题的液体滞留部高温且长时间地保持湿润的严苛的皮膜状态，由此，可以最小限度地抑制皮膜形成时的氮化合物层的分解。但是，在对随着氮化合物层的蚀刻的化成处理进行选择的情况下，表层的氮化合物层的局部溶解，因此需要将通过化成处理蚀刻的皮膜厚以上的氮化合物层预先通过氮化处理形成。
作为在形成化合物层保护膜之后进行的高频淬火，以达到设定为750～860℃的规定的加热温度的方式提供给通过加热0.3～5秒产生的高频加热。到达规定温度后，由冷却剂立即进行冷却，由此可以得到含有氮的微细的马氏体组织。对于加热温度，更优选的加热温度为770～840℃，进一步优选的加热温度为780～830℃。另外，对于加热时间，更优选的加热时间为0.8～3秒，进一步优选的加热时间为1～2秒。
750℃以下的加热中虽说加入氮，但是该温度中不能充分进行奥氏体化，因此淬火不充分。如果加热超过860℃的温度，则在化合物层正下方的马氏体组织中容易产生过量的残留奥氏体，因此不优选。如果加热时间加热不足0.3秒，则虽说氮扩散，但是不能充分奥氏体化，因此淬火不充分。如果是超过5秒的加热时间，则加热时间的效果大致已经饱和，而且化合物层保护膜的作用降低，因此不优选。
通过使用本发明的化合物层保护膜，高频加热时的气氛即使是大气中，氮化合物层也可充分被抑制氧化及分解。另外，只要可以导入设备，则高频加热时的氛围也可以在真空氛围、氩气或氮气的惰性氛围、低氧氛围、烃系的还原性氛围、氨气氛围等下进行。
高频加热时，在处理物大的情况等，可以适当进行包含预加热的多段升温法。基于高频加热的淬火后也可以使用与通常的淬火方法一样地适当的条件进行回火处理。
一连串的热处理结束后，将本发明的处理品作为机械零件组装时，化合物层保护膜可以除去也可以不除去，可以根据需要选定。与化合物层相比由于硬度低，因此可容易进行化合物层保护膜的除去，例如可以通过抛光处理、砂纸研磨、磨光研磨、喷砂处理、喷丸处理等适当进行。
高频加热后，由于本发明的化合物层保护膜，氮化合物层发生残留，但氮化合物层相对于高频加热前的化合物层状态不一定需要100％残留，作为最低膜厚只要确保1μm以上的化合物层厚度即可。更优选为2μm以上的残留，进一步优选为3μm以上的残留。氮化合物层受到氧化的部位存在于表层的情况下，此处变脆、硬度低，因此在进行所述化合物层保护膜的除去操作工序的情况下，与保护膜一起大部分被除去。
通过以上的复合热处理，可以得到如下的钢铁材料：所述钢铁材料包括表面具有1～30μm的厚度的氮化合物层，且兼具包含微细马氏体组织的硬质层，所述微细马氏体组织含有具有从其正下方向内部渐减的硬度分布的氮，氮化合物层的硬度用维氏硬度换算为HV630以上，包含微细马氏体组织的硬质层的硬度超过HV550的硬度区域具有在距表面的距离为200μm以上，优选为400μm以上，进一步优选为600μm以上的部分存在的硬度分布。另外，上限没有特别限定，例如为1.5mm。
通过以上本发明的处理，得到兼备氮化合物层的效果I、II的机械零件。即，实施了本发明的处理的机械零件具有形成于最表面的氮化合物层所带来的高的滑动性、耐烧结性，且由含氮的微细马氏体组织带来的高的回火软化抵抗、裂纹产生和裂纹成长抵抗性、耐表面压力强度、高疲劳强度、深的硬化深度。
通过本发明的复合热处理的高频加热的淬火为750～860℃，相对于通常在超过900℃的温度下进行的高频淬火或加碳淬火，淬火温度非常低。这对热变形或淬裂非常有利，可以大幅降低用于在一般的高频淬火或加碳淬火后进行的尺寸精度调整的后切削工序。
如之前所述，成为本发明应用对象的钢铁材料为了提高氮所致的效果II的淬火性作用，不一定必须使用调质钢，即使是非调质钢即铁素体-珠光体组织的钢也能够得到充分的机械强度。另外，使用合金钢有得到稍微高的表面硬度的趋势，但由于氮所致的效果II，即使是廉价的碳素钢也能够得到足够深的硬化深度。例如，即使S45C等的机械构造用碳素钢也能够成为具有足够的硬度且足够深的硬度断面的热处理材料。另外，就连该S45C也不一定必须是调质材料，即使是非调质的铁素体-珠光体组织的钢部件中应用本发明的热处理，也能够成为产生充分马氏体相变且具有充分机械性强度的热处理机械零件。
如上，通过应用本发明，通过零件的机械强度的提高、切削工序的减少及对廉价的材料的切换，零件的小型化带来的机械零件整体的小型、轻量化以及弥补氮化处理和高频淬火的复合处理产生的成本增加，并可以减少过多的实际成本。
作为本发明高频淬火的淬火方法的替换，在通过例如最长数秒的短时间加热进行的激光淬火或数毫秒的短时间加热的冲击淬火，对在氮化处理后形成本发明的化合物层保护皮膜的零件进行淬火的情况下，能够充分确保氮化物层，该氮化物层下方的钢基体局部可以得到与使用的淬火方法对应的淬火组织。
接着，对本发明淬火钢铁材料的用途进行说明。本发明的淬火钢铁部件适于在高负荷·高表面压力区域下使用。钢铁部件的形状、零件没有特别限定，例如可以列举轴、齿轮、活塞、旋转轴、凸轮等，适于汽车及建筑机械的变速相关零件、动力传动系用零件。
实施例
下面，列举实施例对本发明的实施方式进行说明，但本发明的范围不限定于下面的实施例。
<实施例1>
使用直径8mm、长度50mm的SCM440调质材料作为基材，将其表面脱脂洗净后，在溶融盐浴中以560℃进行盐浴软氮化处理(ISONITE处理：日本帕卡濑精股份有限公司制)1小时并油冷，在钢材表面形成以厚度约7μm的氮化铁为主体的氮化合物层。与此相对，通过在表面调整液(PL-55：日本帕卡濑精制)中浸渍进行表面调整后，在磷酸锰化成处理液(PF-M1A：日本帕卡濑精制)中浸渍并在95℃进行1分钟的化成处理。化成皮膜为主要含有磷酸、Mn、Fe的结晶质，皮膜量为2.8g/m2。化成处理后的化合物层的厚度为约5μm。将其在空气环境中使用高频淬火装置通过0.8秒的加热到达860℃后，直接水冷进行淬火。
<实施例2>
使用直径8mm、长度50mm的SCM45C调质材料作为基材，将其表面脱脂洗净后，在溶融盐浴中以560℃进行盐浴软氮化处理(ISONITE处理：日本帕卡濑精股份有限公司制)2小时并油冷，在钢材表面形成以厚度约13μm的氮化铁为主体的氮化合物层。与此相对，在锆系化成处理液(PLC-2000：日本帕卡濑精制)中浸渍，并在45℃进行5分钟的化成处理。化成皮膜为主要含有Zr、Fe、氟化物、氢氧化物的非晶质，皮膜量为0.3g/m2。化成处理后的化合物层的厚度为约13μm，化成处理产生的化合物层的厚度基本没看到变化。对其使用高频淬火装置通过1秒的加热到达820℃后，立即水冷进行淬火。
<实施例3>
使用直径8mm、长度50mm的SCM435调质材料作为基材，将其表面脱脂洗净后，在溶融盐浴中以560℃进行盐浴软氮化处理(ISONITE处理：日本帕卡濑精股份有限公司制)2小时并油冷，在钢材表面形成以厚度约10μm的氮化铁为主体的氮化合物层。与此相对，通过在表面调整液(PL-XG：日本帕卡濑精制)中浸渍进行表面调整后，在磷酸锌化成处理液(PB-L47：日本帕卡濑精制)中浸渍并在50℃进行10分钟的化成处理。化成皮膜为主要含有磷酸、Zn、Fe的结晶质，皮膜量为1.2g/m2。化成处理后的化合物层的厚度为约9μm。在大气氛围中，对其使用高频淬火装置通过1秒的加热到达820℃后，立即水冷进行淬火。
<比较例1>
使用直径8mm、长度50mm的SCM440调质材料作为基材，将其表面脱脂洗净后，在溶融盐浴中以560℃进行盐浴软氮化处理(ISONITE处理：日本帕卡濑精股份有限公司制)1小时并油冷，在钢材表面形成以厚度约7μm的氮化铁为主体的氮化合物层。在大气氛围中对其使用高频淬火装置通过0.8秒的加热到达860℃后，立即水冷进行淬火。
(评价试验)
将进行了这些处理的钢材用微型刀具切断，并填埋到树脂中，利用金属显微镜进行剖面观察。另外，使用该填埋样品并利用显微维氏硬度计进行剖面硬度测定。
表1中使出评价的结果一览表。表中的有效硬化深度为从具有HV550以上硬度的局部表面的深度(mm)。作为例子，图1、图2分别表示实施例1、比较例1的剖面照片。另外，图4表示实施例2的剖面硬度分布。
表1
结果一览
Figure BDA0000133140940000121
根据表1，本发明的实施例1～3中，如图1即使在高频淬火后表面的氮化合物层也不会受到很大损伤而残留。没有化合物层保护膜的比较例1中，如图2，观察到整体被氧化的情况。

Claims (8)

1.一种方法，对钢铁材料实施组合氮化处理和高频淬火处理的复合热处理，其特征在于，氮化处理后高频淬火处理前，还包含在通过氮化处理形成于钢铁的氮化合物层上形成化成皮膜的化成处理工序。
2.如权利要求1所述的复合热处理方法，其特征在于，所述方法为如下方法，即，利用化成皮膜抑制高频淬火时氮化合物层的分解，由此得到如下的钢铁材料，
所述钢铁材料是通过氮化处理形成的硬度为HV550以上且1μm以上的氮化合物层残留在表层，且在该氮化合物层的下部，直至距表面的距离为200μm以上的部分存在包含含有氮的微细马氏体组织的硬度超过HV550的硬度分布区域。
3.如权利要求1或2所述的复合热处理方法，其特征在于，作为皮膜量，所述化成皮膜为0.1～50g/m2。
4.如权利要求1～3中任一项所述的复合热处理方法，其特征在于，所述化成皮膜含有选自作为金属的Fe、Cr、Ni、Al、Zn、Mn、Mg、Zr、V、Hf、Si及Ca中的至少1种金属、和选自磷酸盐、碳酸盐、氧化物、氢氧化物及氟化物中的至少1种化合物。
5.如权利要求1～4中任一项所述的复合热处理方法，其特征在于，所述氮化合物层的形成方法通过盐浴软氮化处理、气体氮化处理、气体软氮化处理或等离子氮化处理中的任一种来进行，并通过该处理在钢材的表面形成1～30μm的含有氮的化合物层。
6.如权利要求1～5中任一项所述的复合热处理方法，其特征在于，氮化处理的温度为350～600℃，高频淬火时的到达温度为750～860℃。
7.一种钢铁部件，其特征在于，是通过权利要求1～6中任一项所述的复合热处理得到的，硬度为HV550以上且1μm以上的氮化合物层残留在表层，且在该氮化合物层的下部，直至距表面的距离为200μm以上的部分存在包含含有氮的微细马氏体组织的硬度超过HV550的硬度分布区域。
8.一种化成处理液，其包含以含有氮和铁的化合物层表面的蚀刻作为驱动力而析出的成分、通过过饱和析出的成分或通过使用外部电源的电驱动力析出的成分，其中，被用于，在钢铁材料的氮化处理后且高频淬火处理之前为了防止通过氮化处理形成于钢铁材料上的所述化合物层的分解而在该化合物层上形成化成皮膜。
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