CN104884659B - 高疲劳强度烧结体用预合金型钢粉和渗碳淬火材 - Google Patents

高疲劳强度烧结体用预合金型钢粉和渗碳淬火材 Download PDF

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Abstract

提供一种高疲劳强度烧结体用预合金型钢粉，其含有Mo：0.8～1.5质量％、与Ni：0.5～1.4质量％和Cr：0.5～1.1质量％中的至少一种作为合金成分，且Mo的含量[Mo]、Ni的含量[Ni]和Cr的含量[Cr]满足下述(1)式所示的Mo·Ni·Cr平衡的关系，从而能够得到滚压加工性良好的烧结体，达到以小的应力就可以发生塑性变形的程度，而且还能够得到在渗碳淬火等的热处理后能够发挥良好的疲劳强度的渗碳淬火材，以及提供一种使用这样的预合金型钢粉的、即使在渗碳淬火回火之后也能够发挥出良好的疲劳强度的渗碳淬火材。8.10[Ni]+3.71[Mo]+10.25[Cr]≤14.45...(1)。

Description

高疲劳强度烧结体用预合金型钢粉和渗碳淬火材
技术领域
本发明涉及用于由粉末冶金得到烧结体的预合金型钢粉，和由这样的预合金型钢粉得到的渗碳淬火材。特别是涉及用于得到可减小烧结后的烧结体的硬度而容易发生塑性变形、在渗碳淬火处理后发挥着高疲劳强度的渗碳淬火材的预合金型钢粉，和这样的渗碳淬火材。
背景技术
以铁粉作为主原料使用而制造烧结体的粉末冶金中，通常，使用的是含有所述主原料的铁粉，和用于使烧结体的物性提高的副原料粉末(石墨粉末、合金成分粉末等)，及润滑剂等的混合粉末。由这样的粉末冶金形成的烧结体，可以达到近终形，材料成品率良好，可以低成本制造零件，因此得到广泛利用。另外，因为在烧结体中存在空穴，所以也有可以使零件轻量化这样的优点。但是，在烧结体中，与通常的钢材比较，存在强度(特别是疲劳强度)低这样的问题。
例如，在由粉末冶金法制作的齿轮中，虽然材料成品率良好，达到了近终形化所适合的形状，但是疲劳强度与通常的钢材相比较有变低这样的问题。这样的现象，被认为是在烧结体中存在对零件的轻量化有效的空穴，而这样的空穴的存在会降低疲劳强度。由粉末冶金法制作的齿轮，实际情况是无法适用于负荷应力大的汽车的传动装置。由此出发，对于以粉末冶金法制作的齿轮，也要求有与作为代表性的熔炼合金钢的SCM415制作的齿轮同等以上的疲劳强度。
为了提高烧结体的抗拉强度和疲劳强度，可知有效的是如下等手段：(1)提高烧结体的密度；(2)提高烧结时的温度；(3)使烧结体合金化，(4)实施光亮淬火处理和渗碳淬火回火等的热处理。另外，作为提高烧结体的密度的方法之一，已知有组合粉末成形和热锻的粉末锻造法。提高烧结体的密度，因为作用于空穴变少的方向，所以能够期待抗拉强度和疲劳强度提高。
近年来，作为使利用烧结体制作的齿轮的齿面致密化的方法，已知有齿轮滚压方法。该方法是：对于由粉末冶金形成接近于制品形状这一形状(近终形)的烧结体，通过提高负荷应力的部分(齿面)的密度而使之致密化，从而提高这部分的疲劳强度的方法。该齿轮滚压方法，是上述粉末锻造法的一种(回旋锻造法)，是利用具有齿轮形状的多个(通常是2个)成形体(滚轧成形体)，夹紧烧结体原材的齿轮部分，一边使之彼此旋转一边对齿轮部分的表面实施压凹加工处理，以实现齿轮表面的致密化的方法。这一方法与现有的粉末锻造法相比较，致密化的部分是限定的，因此可以维持作为烧结材原有的特征的轻量化。另外，作为特征还可列举不需要加热，制造成本低廉。因此，正在被期待成为对于齿轮的高强度化有效的手法。
作为应用了这样的齿轮滚压方法(该方法有仅称为“滚压”的情况)的技术，至今也提出有种种(例如，专利文献1～4)。在至今为止提出的技术中，除了历来可行的高强度化法[上述(1)～(4)]的方法以外，还就提高疲劳强度的合金化方法和规定铁粉的化学成分组成，或为了易于滚压加工而进行的铁粉的合金设计进行了各种各样的提案。
但是，发挥易于滚压加工的特性，和在齿轮成形和渗碳淬火之后发挥良好的疲劳强度是相反的。至今为止，还没有确立滚压加工性与疲劳强度两种特性均良好这样的技术。特别是在进行滚压加工时，需要使之致密化至最大剪切应力发生的深度(0.08～0.2mm)。若凹入量少，则不能致密化，若凹入量大，则塑性变形的区域变大，发生毛刺和产生裂纹。作为凹入量，需要0.9～1.3mm，最好是1.0～1.2mm。虽然需要确保1mm左右的凹入量，但是实际情况是，如果在588MPa左右的滚压压力下，无法进行压凹的话，则与良好的滚压用材料不符。
【先行技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本特开2002-129295号公报
专利文献2：日本特开2004-502028号公报
专利文献3：日本特开2007-262536号公报
专利文献4：日本特开2005-42612号公报
发明内容
本发明是在这样的状况之下完成的，其目的在于，提供一种高疲劳强度烧结体用预合金型钢粉，其能够得到滚压加工性良好的烧结体，达到以小的应力就可以发生塑性变形的程度，而且还能够得到在渗碳淬火等的热处理后能够发挥良好的疲劳强度的渗碳淬火材，以及提供一种使用这样的预合金型钢粉的、即使在渗碳淬火回火之后也能够发挥出良好的疲劳强度的渗碳淬火材。
解决上述课题的本发明的高疲劳强度烧结体用预合金型钢粉，其特征在于，含有Mo：0.8～1.5质量％、与Ni：0.5～1.4质量％和Cr：0.5～1.1质量％中的至少一种作为合金成分，且Mo的含量[Mo]、Ni的含量[Ni]和Cr的含量[Cr]满足由下述(1)式所示的Mo·Ni·Cr平衡的关系。
8.10[Ni]+3.71[Mo]+10.25[Cr]≤14.45...(1)
本发明的高疲劳强度烧结体用预合金型钢粉，作为滚压加工用是有用的预合金型钢粉。该预合金型钢粉与相对于该钢粉100质量份为0.3质量份的石墨粉末一起被放入圆柱状的模具中，使成形体密度为7.5g/cm3、以温度1120℃进行烧结时，能够得到表面硬度以洛氏B标尺计为85HRB以下的烧结体。
混合上述这样的高疲劳强度烧结体用预合金型钢粉、和相对于该预合金型钢粉100质量份为0.1～0.5质量份的石墨粉末，并通过烧结、滚压、渗碳淬火而得到的渗碳淬火材，能够发挥良好的疲劳强度。该渗碳淬火材作为应用于齿轮的材料是极其有用的。
根据本发明，通过使Ni和Cr与Mo一起，一边保持其含量平衡，一边作为预合金型使之在铁粉中含有而成为烧结体用预合金型钢粉，能够实现如下这样的烧结体用钢粉，即，能够得到滚压加工性良好的烧结体，达到以小的应力就可以发生塑性变形的程度，而且能够得到在渗碳淬火等的热处理后能够发挥良好的疲劳强度的渗碳淬火材，并且通过使用这样的烧结体用钢粉制造烧结体，能够得到在渗碳淬火后也能够发挥出良好的疲劳强度的渗碳淬火材。
附图说明
图1是表示负荷应力588MPa时烧结体的硬度与加工变化量的关系的标绘图。
图2是各种渗碳淬火材的基于齿根弯曲疲劳试验得出的S-N曲线。
图3是各种渗碳淬火材的基于齿轮面压疲劳试验得出的S-N曲线。
具体实施方式
本发明者们对于能够达成上述目的这样的原料粉末(烧结体用钢粉)，从各个角度进行了研究。其结果发现，使Ni和Cr与Mo一起，一边确保其含量平衡，一边使之与铁粉预先发生合金化而成为预合金型钢粉，则能够成为可得到发挥着预期的特性的烧结体的烧结体用钢粉，从而完成了本发明。以下，对于本发明完成的经过和本发明所规定的各要件进行说明。
使烧结体合金化的方法，根据原料粉末的形态被大致分为如下两种。其一是，在铁粉的制造阶段(熔炼工序)使强化元素合金化的方法(预合金型钢粉)。另外作为其他的方法，是将镍(Ni)、钼(Mo)、铜(Cu)等的金属粉末混合在铁粉中，通过对该混合粉末进行烧结，而使烧结体合金化的方法(预混合法)。在后者的方法中，混合的金属粉末一般是混合在纯铁粉中的，但对于预先合金化的预合金型钢粉添加金属粉末而成为原料粉末。或者，从防止这些金属粉末的偏析这一观点出发，也提出有对于金属粉末加热，和通过有机粘合剂使金属粉末附着在铁粉表面的铁粉。
使用预合金型钢粉制造烧结体时，烧结体的强度基本上显示出提高的倾向。但是，在预合金型钢粉中，虽然使烧结体的强度提高，但粉末的压缩性差，得不到高密度。另外，得不到硬的烧结材料。使用将镍、钼、铜等的金属粉末混合在铁粉中的混合粉末时，烧结时这些合金元素扩散到铁粉中，得以合金强化，烧结体的强度会提高。这种情况下，因为作为原料铁粉使用纯铁粉，所以未得到合金化的部分其硬度低，常认为容易进行塑性加工。但是，根据合金元素量不同，也有在烧结体中析出马氏体等的硬质的金属组织的材料，能够调合的合金元素量受限。而且，对于烧结这样的混合粉末所得的烧结体进行了渗碳淬火的渗碳淬火材，因为是不均质的金属组织和化学组成，所以认为疲劳强度低。
从这样的观点出发，研究至今为止提出的滚压加工用原料粉末的形态时，均基本上至少有一部分采用预混合粉末的形态，这被认为是不能提高烧结体的疲劳强度的理由。作为这样的采用原料粉末的形态的理由，被认为如下。即，在预合金型钢粉中，因为预先使铁粉合金化，所以与预混合型的粉末相比显示出变硬的倾向，使用这样的粉末时，认为烧结体的滚压加工性变差，认为反而使烧结体的疲劳强度降低。
即使是预合金型钢粉，如果滚压加工性良好，则能够进一步提高烧结体的疲劳强度，本发明者们在这样的立意之下，从各种角度研究了该合金设计。其结果发现，在含有规定量的Mo，使其中适当量含有Ni和Cr(Ni和Cr中的至少一种)，且使这些元素的含量平衡恰当的预合金型钢粉中，能够成为符合上述目的的原料粉末(滚压加工用原料粉末)。本发明的预合金型钢粉，基本上含有Mo，并使其中含有Ni和Cr，而这些成分的范围限定理由如下述。
本发明者们在就Mo来确认其效果时发现，在预合金型钢粉中以0.8质量％以上的含量使Mo合金化的，则能够得到显示出优异的抗拉强度和疲劳强度的烧结体。但是，即使Mo的含量高于1.5质量％，烧结体的抗拉强度和疲劳强度的提高效果仍小，成本也会上升。还有，Mo含量的优选的下限是0.9质量％以上，优选的上限是1.3质量％以下。
Mo在强化元素之中，是比较不会使铁粉的压缩性恶化的元素，为了能够得到高密度的烧结体，适合作为预合金型钢粉的强化元素。这样的Mo对于烧结体的强度提高有效。另外，在本发明中判明，Mo使烧结体坚硬的效果比Ni、Cr等的强化元素小，塑性加工性优异。此外，在实施渗碳淬火回火等的热处理时，烧结材料的强度提高的效果变得显著。
本发明的预合金型钢粉，除了Mo以外，还含有Ni和Cr。Ni和Cr不会使烧结体的滚压加工性降低，而发挥着使抗拉强度和冲击值提高的作用。为此，需要以规定量含有Ni或Cr的任意一方或双方。Ni、Cr均在其含量为0.5质量％以上时，才会使上述的效果有效地发挥。优选均在0.7质量％以上。但是，若其含量变得过剩，则烧结体的硬度过高，不但滚压加工性变差，而且渗碳淬火回火后的烧结体的疲劳强度反倒变差。从这一观点出发，需要Ni的含量为1.4质量％以下，Cr的含量为1.1质量％以下。优选为Ni在1.3质量％以下，Cr在0.9质量％以下。
本发明的预合金型钢粉，除了上述合金成分以外(余量)，基本上是铁和不可避免的杂质(例如，0.3质量％以下的Mn、Cu等)。该预合金型钢粉，通过对于含有Mo与Ni和Cr来作为合金成分的钢液进行雾化处理而制造。
在本发明的预合金型钢粉中，需要使Mo、Ni和Cr的含量平衡适当。即，Mo的含量[Mo]、Ni的含量[Ni]和Cr的含量[Cr]，满足下述(1)式所示的Mo·Ni·Cr平衡的关系也很重要。不满足该(1)式的关系时，烧结体的硬度过高，不能确保良好的滚压加工性。还有，关于下述(1)式，是基于在后述[实验1]所述的加工变化量测量中，以Ni·Mo·Cr量计，对于是否可以在负荷应力588MPa的条件下发生塑性变形进行多变量分析的结果而求得的。
8.10[Ni]+3.71[Mo]+10.25[Cr]≤14.45...(1)
如果使用本发明的预合金型钢粉制造烧结体，则不会使加工性劣化，而能够进行滚压加工。由此，能够通过表面致密化来提高疲劳强度。而且，内部(相对于表面来说的内部)也能够借助预合金的效果而改善疲劳强度。即，能够改善表面(齿面)与内部这两者，能够大幅提高整体上的疲劳强度。
本发明的预合金型钢粉，与相对于该钢粉100质量份为0.3质量份的石墨粉末一起放入圆柱状的模具中，使成形体密度为7.5g/cm3，以温度1120℃进行烧结时，表面硬度以洛氏B标尺计为85HRB以下。通过满足这样的特性，能够确保良好的滚压加工性。即，本发明的预合金型钢粉，作为滚压加工用是有用的。
混合本发明的预合金型钢粉，和相对于该预合金型钢粉100质量份为0.1～0.5质量份的石墨粉末，进行烧结、滚压、渗碳淬火，由此能够得到发挥着希望的疲劳强度的渗碳淬火材，这样的渗碳淬火材作为齿轮的原材极其有用。
上述石墨粉末，扩散到钢粉(母粉)中，成为碳。该碳发挥着提高烧结体的强度的作用，但显示出使冲击值降低的倾向。在实施了渗碳淬火处理的烧结体中，材料表面的碳量高，与材料中心部不同，具有浓度梯度。
为了在烧结体中确保规定的冲击值，石墨粉末的比例，优选相对于预合金型钢粉100质量份为0.5质量份以下。但是，若石墨粉末的比例过低，则强度提高效果无法发挥(抗拉强度优选为1400MPa以上)，因此优选为0.1质量份以上。还有，石墨粉末虽然成为烧结体中的碳成分，但烧结时与铁粉中的氧反应，成为CO气等而不会全部扩散到铁粉中，会显示出比上述范围低一些的值。
在本发明的预合金型钢粉中，根据需要也调整润滑剂。该润滑剂减小压粉体与模具的摩擦系数，发挥着抑制粘模和模具的损伤的发生的作用。但是，若大量使用润滑剂，则成形体的密度降低。因此，也包括像模具润滑成形法这样在粉末中不混合润滑剂的情况，润滑剂的种类、调合量，根据需要的成形体密度进行选择。作为这样的润滑剂，例如可列举乙撑双硬脂酰胺(エチレンビスステアリルアミド)、硬脂酸酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸锂等。含有润滑剂时的调合量，优选相对于混合粉末总体在0.2～2.0质量％左右。其调合量低于0.2质量％时，润滑剂的效果无法发挥，若高于2.0质量％，则成形体的密度有可能降低。
使用上述这样的预合金型钢粉，经成形(压粉体成形)、烧结和渗碳淬火回火而成为烧结体(渗碳淬火材)，关于各工序的条件，遵循现行的通常的条件即可，不需要特别的装置。
例如，成形体密度优选为7.3g/cm3以上，更优选为7.5g/cm3以上。密度高的一方，抗拉强度、疲劳强度高。另外，由滚压进行的塑性加工的部分也很少，因此滚压容易。用于到达这一密度的压粉体成形的压力，为686～1078MPa左右。通过使用温间成形法、模具润滑成形法，能够降低成形压力，为588～980MPa左右。关于烧结温度，在1100℃以上即可。此外，关于烧结·渗碳时的炉内气氛，如果没有因Cr的氧化造成的强度降低的问题，则不需要控制为真空气氛和特殊的气体气氛，而能够选择通常使用的烧结气体和渗碳用气体(例如RX气体)。
本发明的烧结体，基本上经渗碳淬火回火而制品化，通过实施这样的热处理，金属组织成为马氏体，抗拉强度将提高，但实施这样的热处理之前的烧结体的金属组织，为铁素体和珠光体的混合组织。
本申请基于2012年12月28日申请的日本国专利申请第2012-289086号主张优选权的利益。2012年12月28日申请的日本国专利申请第2012-289086号的说明书的全部内容，在本申请中用于参考而援引。
【实施例】
以下，通过实施例更详细地说明本发明，但下述实施例没有限定本发明的性质，在能够符合前·后述的宗旨的范围也可以适当加以变更实施，这些均包含在本发明的技术的范围内。
[实验1]
以下述表1的化学成分组成的方式，用搅拌机混合原料粉末(预合金型钢粉和石墨粉末)，对于经过制备(30分钟)的混合粉末，以下述的条件进行成形(压粉体成形)、烧结，成为烧结体。评价所得到的烧结体的机械的特性(密度、硬度、金属组织)，并且通过下述的方法测量加工变化量。这时烧结体的表面硬度，以洛氏B标尺(HRB)测量。还有，在下述表1中预合金型钢粉中的合金成分(Mo、Ni、Cr)的含量，是钢粉中的含量，添加材(石墨粉末)的比例是相对于预合金型钢粉100质量份的比例。还有，这时使用的石墨粉末的粒径(平均粒径)是5μm。其结果显示在下述表2中。
【表1】
*余量：铁和不可避免的杂质
(成形工序)
模具温度：120℃
粉末温度：120℃
成形方法：模具润滑成形(将润滑剂溶于醇，涂在模具壁面)
成形压力：使成形体密度为7.5g/cm3而调整压力(约820～980MPa)
形状：φ11.28×10(mm)
(烧结体密度测量)
以质量/体积(尺寸测量)计算。
(烧结工序)
1120℃×30分钟(含10％的氢的氮气氛中)
(加工变化量测量)
用平板夹住烧结体(圆柱体)的上表面和底面按压(在上表面和底面涂布油)，这时高度(10mm)变小，将相对于原本的高度的比例{(变形前高度-变形后的高度)/变形前高度(％)}作为加工变化量而求得。这时的负荷应力为588MPa和784MPa。该加工变形量大的一方，表示容易发生塑性变形(滚压加工性良好)，合格标准为，负荷应力588MPa时为0.5％以上，负荷应力784MPa时为8.66％以上。
【表2】
*F：铁素体、P：珠光体、B：贝氏体
由表2可知，在使用将规定量的Mo与Ni和Cr一起作为合金成分，并使之平衡含有的预合金型钢粉的例子中(试验No.2、3、6～8)，能够加大加工变化量(即，以小的应力就可以塑性变形。即，滚压加工性良好)。
相对于此，在脱离本发明所规定的要件的例子中(试验No.4、9～11)，可知烧结体的硬度高，显示出加工变化量变小(即，滚压加工性降低)的倾向。还有，试验No.1是使用Ni和Cr的哪一种都不包含的预合金钢粉的例子，试验No.5是使用Mo的含量不足的预合金钢粉的例子，加工变化量能够变大，但渗碳材的机械的特性劣化(参照后述表3)。
基于此结果，使负荷应力为588MPa时的烧结体的硬度与加工变化量的关系显示在图1中。
[实验2]
按照上述表1的化学成分组成的方式，用搅拌机混合原料粉末(预合金型钢粉和石墨粉末)(30分钟)，对于制备的混合粉末，以下述的条件进行成形(压粉体成形)和烧结，以下述的条件进行加工、渗碳淬火回火处理，成为烧结体(渗碳材)。评价所得到的烧结体的机械的特性(密度、抗拉强度、硬度)。
(成形工序)
模具温度：120℃
粉末温度：120℃
成形方法：模具润滑成形(将润滑剂溶于醇中，涂在模具壁面)
成形压力：使成形体密度为7.5g/cm3而调整压力(约820～980MPa)
形状：10×10×60(mm)和12.5×12.5×90(mm)
(烧结工序)
烧结温度：1120℃(60分钟)
烧结气氛：(含10质量％的氢的氮气氛)
(加工)
拉伸试验片：进行机械加工，制作JIS14号A(φ5mm)的拉伸试验片
疲劳试验片：进行机械加工，制作JIS1号(φ8mm)的拉伸试验片
(渗碳淬火回火)
渗碳淬火：920℃×180分钟(RX气体气氛：碳势0.8％)
→850℃×60分钟(油淬火)
回火处理：200℃×60分钟(大气中)
对于以上述方式得到的烧结体(渗碳淬火材)，在常温下以拉伸速度：0.5mm/分钟的条件测量抗拉强度(加工成试验片形状)，并且，以下述的条件进行旋转弯曲疲劳试验，根据S-N曲线测量周期数1×105次与1×107次(疲劳极限)的疲劳强度。另外，以洛氏C标尺(HRC)测量形状为10×10×60(mm)的(加工成疲劳试验片前的)的表面的硬度。该试验测量烧结体内部的疲劳强度。其结果显示在下述表3中。
(旋转弯曲疲劳强度的测量)
使用旋转弯曲试验机对于试验片的疲劳强度进行旋转弯曲疲劳强度的评价。具体来说，就是在3000(转/分钟)的转速下，求得相当于105次寿命(低周)或107次寿命(高周)的应力(MPa)，将该值作为疲劳强度。在本发明中，高周疲劳强度在520MPa以上为合格(○)，低于520MPa为不合格(×)。
【表3】
由表3可知，在使用了与规定量的Mo一起，将Ni和Cr作为合金成分，并使之保持平衡地含有的预合金型钢粉的例子中(试验No.2、3、6～8)，能够使旋转弯曲疲劳强度良好。
相对于此，在脱离了本发明所规定的要件的例子中(试验No.1、5、11)，可知旋转弯曲疲劳强度劣化。还有，试验No.4、9、10其旋转弯曲疲劳强度良好，但Cr含量过剩(试验No.4，10)，或(1)式的左边的值变大(试验No.9)，加工变化量均变小(所述表2)。
[实验3]
以上述表1的试验No.3、6、10所示的化学成分组成的方式，用搅拌机混合(30分钟)原料粉末(预合金型钢粉和石墨粉末)，对于所制备的混合粉末，以下述的条件进行成形(压粉体成形)、烧结、加工(加工成下述诸要素的齿轮形状)、渗碳淬火回火处理，作为烧结体(渗碳材)。评价所得到的烧结体(加工成齿轮形状的渗碳材)的齿轮疲劳试验。这时的齿轮疲劳试验，是分别对于在加工成齿轮形状后进行下述的齿轮滚压的例子，和在加工成齿轮形状之后不进行齿轮滚压的例子，以下述的条件进行齿根弯曲疲劳试验。另外，对于以作为齿轮用被使用的代表性的熔炼合金钢SCM415制作的齿轮，也进行同样的齿轮疲劳试验(试验No.12)。
另外，对于试验No.6、10、12，也以下述的条件进行面压疲劳试验。
(成形工序)
模具温度：室温(常温)
粉末温度：120℃
成形方法：模具润滑成形(将润滑剂溶于醇中，涂在模具壁面)
成形压力：以成形体密度为7.5g/cm3的方式调整压力(约850～1020MPa)
形状：φ90×25(mm)
(烧结工序)
在试验No.3、10中，以
烧结温度：1250℃(30分钟)、
烧结气氛：(含有10质量％的氢的氮气氛)的条件进行烧结，
在No.6中，以
烧结温度：1120℃(30分钟)、
烧结气氛：(含有10质量％的氢的氮气氛)的条件进行烧结。
(加工)
关于烧结体，如成为下述所示的齿轮(平齿轮)这样，进行滚刀加工。其后，一部分的齿轮，进行滚压加工。用于滚压的齿轮，考虑到滚压加工造成的塑性变形而设有多余厚度。
(试验齿轮的规格)
模数：齿根弯曲疲劳试验片3mm，面压疲劳试验片3mm
啮合角：齿根弯曲疲劳试验片20°，面压疲劳试验片20°
齿数：齿根弯曲疲劳试验片20，面压疲劳试验片26
节圆直径：齿根弯曲疲劳试验片60mm，面压疲劳试验片78mm
齿顶圆直径：齿根弯曲疲劳试验片66mm，面压疲劳试验片84mm
齿宽：齿根弯曲疲劳试验片10mm，面压疲劳试验片10mm
(滚压条件)
齿轮滚压，以工具(工具材质：SKH51)的转速60rpm，工具(工具材质：SKH51)的半径方向按压速度0.167mm/秒这样一定的条件进行，工具凹入量(最大值)为1.2mm(一侧齿厚减少量0.15mm)。
(渗碳淬火回火)
渗碳：930℃×120分钟(RX气体气氛：碳势0.8％)
扩散：930℃×150分钟
淬火：860℃×60分钟(油淬火)
回火处理：160℃×120分钟(大气中)
(研磨)
为了去除热处理应变的影响，实施磨削加工。
(齿根弯曲疲劳试验)
在液压拉伸压缩疲劳试验中，对1个齿(齿顶部)负荷有弯曲载荷(赫兹应力)的(单齿弯曲疲劳试验)。以齿轮折损时的周期数作为弯曲疲劳寿命，求得S-N曲线。
负荷位置：齿顶
负载循环：12Hz
试验负荷最大周期数：5×106
(面压疲劳试验)
使用动力循环式齿轮运转试验机，测量面压疲劳强度(赫兹应力)。作为对方材料的齿轮，以SCM420制作。对方材料的齿轮(小齿轮)的规格如下述。烧结材(大齿轮)的转速为900rpm，SCM420(小齿轮)的转速固定为1800rpm。首先，在轻载荷(面压疲劳限度40％)下进行500万次运转后，进行疲劳试验。以烧结材(大齿轮)折损并由振动传感器检测而自动停止，或其齿面损伤面积率达到2％时的周期数作为面压疲劳寿命，求得S-N曲线。另外，周期数达到1.5×107次时作为疲劳限度。负荷扭矩通过与轴粘接的扭矩检测用应变仪测量。
(对方材料齿轮)
模数：3mm
材质：SCM420(渗碳淬火材)
啮合角：20°
齿数：13
节圆直径：39mm
齿顶圆直径：46.4mm
齿宽：6mm
齿根弯曲疲劳试验的结果，与有无滚压一起显示在下述表4中。基于此结果，各烧结体的齿根弯曲疲劳试验中的S-N曲线(S：齿根弯曲应力，N：周期数)显示在图2中。另外面压疲劳试验的结果，与有无滚压一起显示在下述表5中。其于此结果，各烧结体的面压疲劳试验中的S-N曲线(S：赫兹应力，N：周期数)显示在图3中。还有，在图2、3中，“1.0E+0.6”、“1.0E+0.7”，分别是“1.0×106”、“1.0×107”的意思。
【表4】
【表5】
由这些结果能够进行如下考察。即，通过利用使规定量的Mo，与Ni和Cr保持平衡地含有的预合金型钢粉制造齿轮，能够发挥出与SCM415所制作的齿轮同等以上的疲劳强度。另外可知，使用本发明的预合金型钢粉，通过滚压加工制作齿轮，能够取得更良好的疲劳特性。
【产业上的可利用性】
在本发明的预合金型钢粉中，通过含有Mo：0.8～1.5质量％、与Ni：0.5～1.4质量％和Cr：0.5～1.1质量％中的至少一种作为合金成分，且Mo的含量[Mo]、Ni的含量[Ni]和Cr的含量[Cr]满足下述(1)式所示的Mo·Ni·Cr平衡的关系，能够得到滚压加工性良好的烧结体，达到以很小的应力就可以发生塑性变形的程度，而且能够得到在渗碳淬火等的热处理后能够发挥良好的疲劳强度的渗碳淬火材。
8.10[Ni]+3.71[Mo]+10.25[Cr]≤14.45...(1)。

Claims (1)

1.一种渗碳淬火材的制造方法，其特征在于，是将预合金型钢粉和相对于该预合金型钢粉100质量份为0.1～0.5质量份的石墨粉末加以混合、烧结、滚压、渗碳淬火的渗碳淬火材的制造方法，
所述预合金型钢粉含有Mo：0.8～1.5质量％、与Ni：0.5～1.4质量％和Cr：0.5～1.1质量％作为合金成分，且Mo的含量[Mo]、Ni的含量[Ni]和Cr的含量[Cr]满足下述(1)式所示的Mo·Ni·Cr平衡的关系，
8.10[Ni]+3.71[Mo]+10.25[Cr]≤14.45…(1)
其中，所述渗碳淬火材是齿轮，所述预合金型钢粉为如下物质：与相对于该钢粉100质量份为0.3质量份的石墨粉末一起被放入圆柱状的模具中，使成形体密度为7.5g/cm3，以温度1120℃进行烧结时，表面硬度以洛氏B标尺计为85HRB以下。
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