CN102523745A - 渗碳部件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

为了提供能够有助于削减成本的浸炭部件制造方法,将要作为非渗碳处理部的部分如第一加工表面(101)那样加工成相当于Rz50的表面粗糙度,并将要作为渗碳处理部的部分如第二加工表面(102)那样加工成相当于Rz1.5的表面粗糙度。

Description

渗碳部件的制造方法
技术领域
本发明涉及在制造渗碳部件时通过根据部件的部位改变表面粗糙度来抑制渗碳的技术。
背景技术
构成机械类的钢部件包括较多摩擦部分,因此多数情况下被要求具有抗磨损性。通过对由钢材形成的部件的表面进行渗碳处理来提高抗磨损性的技术也被应用于用于汽车的部件。实际上经渗碳处理的部件被用在汽车的各个地方。
如果对整个部件进行渗碳处理,虽然通过渗碳处理,部件的表面硬度提高,但存在难以加工、焊接时容易发生破裂或裂纹等问题。因此,存在希望只对必要的部位局部进行渗碳处理的需要。因此,为了获得对不需要进行渗碳处理的非渗碳处理部没有实施渗碳处理的部件,而进行了各种各样的研究。
专利文献1公开了与抑制并防止渗碳以及金属尘化的方法相关的技术。通过对与高温碳气体接触的金属部件的表面预先实施塑性加工或塑性变形,能够抑制渗碳处理时的渗碳深度。其结果是,能够抑制金属或合金在被称作金属尘化的渗碳氛围中被分解成尘状、并且这些尘状物通过气流等被吹走从而形成凹陷或产生摩擦损耗的现象。
专利文献2公开了与焊接部的渗碳防止方法相关的技术。鉴于在焊接接缝部发生渗碳的情况,在对基材进行第一层焊接后从基材的背面开始涂布或附着含硅物质,并利用第二层及其以后的焊接热使所述含硅物质发生反应或熔融从而形成由二氧化硅构成的氧化物覆膜。由此,可通过形成氧化物覆膜来防止焊接部的渗碳。
专利文献3公开了有关渗碳抑制材料的技术。在形成螺纹部的预定位置形成铜合金覆膜,然后在对部件进行渗碳时抑制所述部分的渗碳。
专利文献4公开了与渗碳处理中的渗碳防止方法相关的技术。在想要防止渗碳的部分形成作为掩模材料的锡覆膜,来抑制所述部分的渗碳。
专利文献5公开了有关渗碳防止方法的技术。在想要防止渗碳的部分涂布包含第一物质和第二物质的两种以上的渗碳防止剂。第一物质是例如硼酸或氧化硼那样的在第一温度至处理温度的温度区域依次熔化并可依次覆盖金属表面的物质。第二物质是例如橡胶和粘合材料的混合物那样的可在常温到至少第一温度的温度区域覆盖金属表面的物质。通过这样的构成,能够通过在渗碳处理时预先涂布渗碳防止剂来实现渗碳处理的防止。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平11-269540号公报
专利文献2:本特开昭61-186166号公报
专利文献3:本特开2007-302969号公报
专利文献4:本特开平11-302821号公报
专利文献5:本特开2000-096132号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是,专利文献1至专利文献5中存在以下说明的问题。
近年来,削减汽车成本的必要性日益变得紧迫,并且对于进行渗碳处理的部件来说,重新考虑制造方法以削减成本也变得紧迫。但是,如果采用专利文献2至专利文献5所述的在渗碳处理之前在非渗碳处理部形成覆膜的方法,则在渗碳处理后需要进行去除覆膜的工序。如此,若加工工序增多,加工部件的成本就会变高。
另外,在专利文献1所述的方法中,在渗碳处理之前也需要对非渗碳处理部进行塑性加工或施加塑性变形的加工,因此需要加工成本。成为非渗碳处理部的部分多为不特别要求机械精度的部分,在此情况下实施塑性加工或施加塑性变形的加工仅仅是为防止渗碳处理所需要的。从而成本会变高。
另外,申请人研究了通过改善渗碳处理方法来缩短渗碳处理所需的时间。但是,在为抑制渗碳部分而增加工序的如专利文献1至专利文献5所示那样的迄今已知的方法中,即使能够缩短渗碳处理的时间,为了设置非渗碳处理部,前置时间也会变长。因此从结果上来看导致成本增加,是不理想的。
因此,为了解决上述问题,本发明的目的在于提供一种能够有助于削减成本的渗碳部件制造方法。
用于解决问题的手段
为了达到所述目的,根据本发明的一个方面的渗碳部件制造方法具有下述的特征。
(1)一种渗碳部件制造方法,所述渗碳部件制造方法对具有将被实施渗碳处理的渗碳处理部分和抑制渗碳处理的非渗碳处理部分的金属部件进行渗碳处理,其特征在于,将成为所述非渗碳处理部分的部位的加工面粗糙度形成为比成为所述渗碳处理部分的部位的加工面粗糙度更粗糙。
(2)在(1)所述的渗碳部件制造方法中,优选其特征在于:所述非渗碳处理部分的加工面粗糙度至少在Rz50以上。
(3)在(1)或(2)所述的渗碳部件制造方法中,优选其特征在于:成为所述非渗碳处理部分的部位是在所述渗碳处理之后进行焊接的部位。
(4)在(1)或(2)所述的渗碳部件制造方法中,优选其特征在于:所述非渗碳处理部分是在所述渗碳处理之后进行机械加工的部位。
发明效果
根据具有以上特征的基于本发明的渗碳部件制造方法的一个方面,可获得以下所述的作用、效果。
上述(1)所述的发明的方面是一种对具有将被实施渗碳处理的渗碳处理部分和抑制渗碳处理的非渗碳处理部分的金属部件进行渗碳处理的渗碳部件制造方法,其中,将成为非渗碳处理部分的部位的加工面粗糙度形成为比成为渗碳处理部分的部位的加工面粗糙度更粗糙。
通过使成为非渗碳处理部分的部位的加工面粗糙度粗糙,由于边缘效应,在非渗碳处理部分容易发生过度渗碳,从而在非渗碳处理部分的表面容易产生碳化物。由此,形成碳化物后能够抑制向非渗碳处理部分的进一步的渗碳。
其结果是,能够在离非渗碳处理部分的表面远的部分制造难以渗碳的环境,从而能够使部件在渗碳处理后容易加工,并能够防止在焊接时产生裂纹。由此,无需进行专利文献2至专利文献5所示的表面处理,可缩短加工工序。
另外,上述(2)所述的发明的方面在(1)所述的渗碳部件制造方法中,使非渗碳处理部分的加工面粗糙度至少在Rz50以上。根据申请人调查的结果,如果将非渗碳处理部分的表面粗糙度形成为Rz50左右,则能够期待(1)所述的边缘效应。如果表面粗糙度为Rz50左右,也就是说可通过容易的方法来抑制向非渗碳处理部分的渗碳。
另外,上述(3)所述的发明的方面在(1)或(2)所述的渗碳部件制造方法中,使得成为非渗碳处理部分的部位是在渗碳处理之后进行焊接的部位。通过将焊接部形成为非渗碳处理部分,可防止焊接裂纹,提高焊接性能。如果成为焊接部分的部分被渗碳,从而基材中的碳含量增多,则基材的延展性下降,因此容易产生焊接导致的焊接裂纹。但是,通过使非渗碳处理部分的粗糙度为Rz50左右,能够抑制之后进行焊接的部分的渗碳,能够防止焊接裂纹。另外,表面粗糙度粗糙有助于焊接性能的提高。
另外,上述(4)所述的发明的方面在(1)或(2)所述的渗碳部件制造方法中,使得非渗碳处理部分是在渗碳处理后进行机械加工的部位。通过使在渗碳处理后进行机械加工的部分形成为非渗碳处理部分,能够抑制非渗碳处理部分的渗碳来维持机械加工性能。因为基材中的碳的增加会导致机械加工性能下降,所以不希望对在随后进行机械加工的部分进行渗碳加工。因此,通过将随后进行加工的部分形成为非渗碳处理部分,可维持加工性能。
附图说明
图1是表示第一实施方式的进行渗碳处理前的状态的剖面图;
图2是表示第一实施方式的进行渗碳处理后的状态的剖面图;
图3是表示第一实施方式的进行渗碳处理后的状态的剖面的放大图;
图4是第一实施方式的工件的立体图;
图5是表示第一实施方式的渗碳处理工序的图;
图6是表示第一实施方式的工件的渗碳深度的曲线图;
图7是第二实施方式的作为工件的伞形齿轮的剖面图;
图8是第三实施方式的作为工件的轴的部分剖面图。
具体实施方式
首先,对本发明的第一实施方式进行说明。
图1示出了表示第一实施方式的进行渗碳处理前的状态的剖面图。图2示出了表示进行渗碳处理后的状态的剖面图。图3示出了图2的放大剖面图。图4示出了工件W的立体图。
假定工件W是用于机械部件的钢材,图4所示的工件W是形状简单的轴。通过将这样的工件W放入真空炉内进行渗碳处理,能够增加工件W表面的碳含量来提高抗磨损性。工件W是如图4所示的圆筒形的轴,该轴具有第一加工表面101和第二加工表面102。此外,为了便于说明,简化了工件W的形状,但也可以是其他复杂的形状。
图1和图2是放大了工件W的剖面的图,第一加工表面101的表面粗糙度被设定成比第二加工表面102的表面粗糙度更粗糙。第一加工表面101是非渗碳处理部,第二加工表面102是之后需要进行渗碳处理的渗碳处理部。在第一实施方式中设定表面粗糙度,使得在第一加工表面101上Rz(十点平均高度)为Rz50,在第二加工表面102上为Rz1.5。第一加工表面101是通过车削加工或冲压加工等机械加工获得的程度的加工面。第二加工表面102是通过磨削加工形成的。
在实测值方面,第一加工表面101的Rz(十点平均高度)为52.0μm,Ra(平均线平均粗糙度)为12.6μm(测量长度为12.5mm)。第二加工表面102的Rz为1.4μm,Ra为0.16μm(测量长度为3.2mm)。
图5示出了表示渗碳处理的工序的图。纵轴表示温度,横轴表示时间。当对工件W进行渗碳处理时,经由“升温工序”、“渗碳、扩散工序”、以及“N2冷却工序”来进行渗碳处理。
在“升温工序”中,将工件W放入炉内并抽成真空,并且对工件W进行加热。在“渗碳、扩散工序”中,向炉内填充用作渗碳气体C的乙炔(C2H2)气体,通过使渗碳气体C与工件W的表面接触来向工件W的内部渗透碳。如例如特开2008-223060号公报等中所示,使用乙炔气体的渗碳处理作为有效的缩短处理时间的方法而已被公知。“N2冷却工序”是向工件W喷射氮来进行冷却的工序。通过使用氮可进行气淬,能够促进工件W的冷却。通过经历这样的工序,可获得经渗碳处理的工件W。
图6示出了表示工件W的渗碳深度的曲线图。纵轴表示碳浓度,横轴表示离工件W表面的距离。
第一碳浓度曲线L11是示出刚开始工件W的渗碳处理时的第一加工表面101的状态的假想线。第二碳浓度曲线L21是示出刚开始工件W的渗碳处理时的第二加工表面102的状态的假想线。第一冷却后浓度曲线L12是示出在对工件W进行渗碳处理并经历了“N2冷却工序”后对第一加工表面101的碳浓度进行测量的结果的曲线。
第二冷却后浓度曲线L22是示出在对工件W进行渗碳处理并经历了“N2冷却工序”后对第二加工表面102的碳浓度进行测量的结果的曲线。碳浓度的测量使用了EPMA分析。在对工件W进行了渗碳处理的情况下,如图6所示,第一加工表面101和第二加工表面102中的碳含量不同。
如果仔细观察,在第一碳浓度曲线L11和第二碳浓度曲线L21中,表面的碳浓度几乎相同,但随着离表面的距离增大,第一碳浓度曲线L11所示的碳浓度更快地下降。此外,碳浓度并不下降到一定值以下是因为工件W的基材自身含有碳。
当比较第一冷却后浓度曲线L12和第二冷却后浓度曲线L22时,关于工件表面的碳浓度本身,第一冷却后浓度曲线L12也低于第二冷却后浓度曲线L22。而且还发现关于总碳含量本身,第一冷却后浓度曲线L12也少于第二冷却后浓度曲线L22。
从第一碳浓度曲线L11向第一冷却后浓度曲线L12的变化、以及从第二碳浓度曲线L21向第二冷却后浓度曲线L22的变化是因为碳元素向工件W的内部扩散的缘故。
由于第一实施方式的渗碳部件制造方法如上构成,因此可起到以下说明的作用和效果。
首先,作为效果,可举出能够以低成本在非渗碳处理部抑制渗碳的效果。
通过将要作为非渗碳处理部的部分如第一加工表面101那样加工成Rz50以上的表面粗糙度,并将要作为渗碳处理部的部分如第二加工表面102那样加工成相当于Rz1.5的表面粗糙度,能够如图5及图6所示,可使第一加工表面101的渗碳深度比第二加工表面102的渗碳深度浅。
这是因为:如图3所示,在第一加工表面101中,与渗碳气体C的接触面积变宽,因此由于边缘效应而容易产生过度渗碳,从而在表面上容易产生碳化物(渗碳体组织)。随着缩短渗碳时间,产生这种现象的倾向更加明显。
因此,在第一加工表面101,由于过度渗碳而在表面部分生成碳化物,从而渗碳反应急剧减少。具体地说,如图3所示,碳集中在第一加工表面101的凸部,从而在凸部引起过度渗碳并形成碳化物。如果在表面形成碳化物,碳向基材内部的扩散被抑制。其结果是,能够在离第一加工表面101的表面远的部分制造难以渗碳的环境,从而能够使部件在渗碳处理后容易加工,并能够防止在焊接时产生裂纹。
在通常的渗碳处理中,渗碳体组织是脆而硬的组织因此韧性差,因此并不积极地析出碳化物。但是在本发明中,通过在“渗碳、扩散工序”中的较早的阶段形成碳化物,可防止离表面远的部分处的渗碳。
如此,通过使非渗碳处理部的表面粗糙度如第一加工表面101那样粗糙,可抑制渗碳。由此,无需如事先形成覆膜来形成非渗碳处理部的方法那样,在渗碳处理前形成覆膜并在渗碳处理后去除覆膜,因此可缩短加工工序。
接下来,对本发明的第二实施方式进行说明。
第二实施方式与第一实施方式的构成大致相同,但非渗碳处理部不同,因此针对这一点进行说明。
图7示出了第二实施方式的工件的形状。第二实施方式的工件为伞形齿轮20,具有齿部21和内周环状部22。该工件被构造成对齿部21实施渗碳处理,同时通过焊接在内周环状部22上安装没有图示的其他部件。因此,齿部21该形成为其表面粗糙度等于Rz1.5,内周环状部22被形成为其表面粗糙度等于Rz50。将这种状态的伞形齿轮20放入没有图示的渗碳炉中进行渗碳处理。
由于第二实施方式如上构成,因此可起到以下说明的作用效果。
在齿轮中,将需提高抗磨损性的齿部21作为渗碳处理部,而内周环状部22因为要进行焊接,所以作为非渗碳处理部。该构造即使是正齿轮或其他构造的齿轮也存在相同的情况。即,齿部需具有抗磨损性,而另一方面,内圆周部分需防止焊接时的裂纹,因此优选内部组织中的碳含量少。
如果实施焊接时焊接部被周围限制,则由于随着焊接产生的热变形而超过焊接热影响部的延展性时会产生焊接裂纹,但当进行渗碳处理从而形成有渗碳层时,因为延展性下降而容易产生焊接导致的焊接裂纹。但是,通过使内周环状部22的表面粗糙度为Rz50来抑制在渗碳处理时向内周环状部22的渗碳,能够抑制焊接裂纹。另外,通过将内周环状部22弄粗糙,使其表面粗糙度为Rz50左右,能够有助于改善焊接性能。
接下来,对本发明的第三实施方式进行说明。
第三实施方式与第一实施方式的构成大致相同,但非渗碳处理部不同,因此针对这一点进行说明。
图8示出了第三实施方式的工件的形状。第三实施方式的工件为具有伞形齿轮的轴30,其具有轴第一台阶部31、轴第二台阶部32、以及齿轮部33。
轴第一台阶部31是在渗碳后进行机械加工的部位,在渗碳前其表面粗糙度为Rz50。轴第二台阶部32是在渗碳后不进行机械加工的部分,其加工表面粗糙度为Rz1.5。关于齿轮部33,由于也进行渗碳加工,所以其表面粗糙度为Rz1.5。
进行渗碳加工后,由于素材内部碳增加而被加工面变硬,机械加工性能恶化。但是,通过使在渗碳加工后进行机械加工的轴第一台阶部31的部分的表面粗糙度在渗碳加工时处于Rz50,能够如图2及图6所示只将渗碳影响部限制在工件的浅表层。即,通过使轴第一台阶部31的基材含碳,可防止机械加工性能下降。
然后,通过在渗碳加工后对轴第一台阶部31进行机械加工,可缩短轴30的加工工序。轴第一台阶部31不需要渗透处理,并要求加工精度。在这种情况下,有时由于渗碳处理而素材发生变形等,从而导致加工精度恶化,因此需要在渗碳处理后再次进行切削加工或磨削加工。
但是,通过在将轴第一台阶部31的表面粗糙度加工成Rz50左右粗糙的状态下进行渗碳处理,能够使渗碳深度变浅,结果能够省略渗碳处理前的加工来提高渗碳处理后的加工性。即能够缩短加工工序。从而可降低轴30的加工成本。
以上,基于本实施方式对本发明进行了说明,但本发明并不限定于所述实施方式,也能够在不脱离本发明主旨的范围内适当改变构成的一部分来实施。
例如,也可以应用于第一实施方式至第三实施方式所示的工件以外的形状。另外,关于加工表面粗糙度,即使不使用十点平均高度而使用其他评价方法,只需是同等的表面粗糙度就没有问题。另外,也可以使用表面粗糙度比Rz1.5小的平滑表面。
附图标号说明
21齿部
22内周环状部
30轴
31轴第一台阶部
32轴第二台阶部
33齿轮部
101第一加工表面
102第二加工表面
C渗碳气体
L11第一碳浓度曲线
L12第一冷却后浓度曲线
L21第二碳浓度曲线
L22第二冷却后浓度曲线
W工件

Claims (4)

1.一种渗碳部件制造方法,所述渗碳部件制造方法对具有将被实施渗碳处理的渗碳处理部分和抑制渗碳处理的非渗碳处理部分的金属部件进行渗碳处理,其特征在于,
将成为所述非渗碳处理部分的部位的加工面粗糙度形成为比成为所述渗碳处理部分的部位的加工面粗糙度更粗糙。
2.如权利要求1所述的渗碳部件制造方法,其特征在于,
所述非渗碳处理部分的加工面粗糙度至少在Rz50以上。
3.如权利要求1或2所述的渗碳部件制造方法,其特征在于,
成为所述非渗碳处理部分的部位是在所述渗碳处理之后进行焊接的部位。
4.如权利要求1或2所述的渗碳部件制造方法,其特征在于,
所述非渗碳处理部分是在所述渗碳处理之后进行机械加工的部位。
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