CN116783322A - 钢制部件的渗碳方法、钢制部件及渗碳剂 - Google Patents
钢制部件的渗碳方法、钢制部件及渗碳剂 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116783322A CN116783322A CN202280010282.6A CN202280010282A CN116783322A CN 116783322 A CN116783322 A CN 116783322A CN 202280010282 A CN202280010282 A CN 202280010282A CN 116783322 A CN116783322 A CN 116783322A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carburizing agent
- carburizing
- steel
- steel member
- powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 title claims abstract description 267
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 146
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 146
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 74
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 231
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 164
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 95
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 63
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 58
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 58
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 56
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims abstract description 52
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 52
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 45
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims abstract description 34
- 229910017112 Fe—C Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910001339 C alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 18
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 18
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 13
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 9
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 6
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 abstract description 31
- 238000011282 treatment Methods 0.000 abstract description 28
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 27
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 42
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 20
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 19
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 11
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 9
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 9
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 8
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 7
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 5
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 5
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L barium carbonate Chemical compound [Ba+2].[O-]C([O-])=O AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 3
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 description 3
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 3
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000012756 surface treatment agent Substances 0.000 description 3
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 3
- 229910000984 420 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 2
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 235000019795 sodium metasilicate Nutrition 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/60—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes
- C23C8/62—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes only one element being applied
- C23C8/64—Carburising
- C23C8/66—Carburising of ferrous surfaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/02—Pretreatment of the material to be coated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/40—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
- C23C8/42—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions only one element being applied
- C23C8/44—Carburising
- C23C8/46—Carburising of ferrous surfaces
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
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‑C合金粉末(铸铁粉(2))；石墨粉末(3)，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(硅酸钠溶液(4))，使Fe‑C合金粉末和石墨粉末彼此粘结，上述加热工序是在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保持一定时间的工序。
Description
技术领域
本发明涉及在制钢设备、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。
背景技术
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。
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。
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)。
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。在本发明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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-204085号公报
专利文献2：日本专利第6194057号公报
专利文献2：日本专利第6321982号公报
发明内容
发明欲解决的技术问题
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。
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。
本发明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。
另外，本发明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。
进而，本发明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。
用于解决问题的技术手段
本发明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。
[1]一种钢制部件的渗碳方法，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的加热工序，
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，
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。
另外，钢制部件的渗碳方法所涉及的本发明的优选实施方法涉及以下[2]至[4]。
[2]如[1]所述的钢制部件的渗碳方法，其中，
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。
[3]如[1]或[2]所述的钢制部件的渗碳方法，其中，
所述粘结剂包含硅酸钠和硫酸钙中的至少一种。
[4]如[1]至[3]中任一项所述的钢制部件的渗碳方法，其中，
所述加热工序在惰性气体气氛中实施。
另外，本发明的上述目的通过钢制部件所涉及的下述[5]的构成来实现。
[5]一种钢制部件，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来得到，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，所述石墨粉末相对于渗碳剂总体积占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，
所述加热的温度是所述钢制部件的共晶点以上且小于包晶点的奥氏体区域，所述钢制部件通过在所述加热的温度保持一定时间而得到。
另外，本发明的上述目的通过渗碳剂所涉及的下述[6]的构成来实现。
[6]一种渗碳剂，是[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。
另外，本发明的上述目的通过钢制部件的渗碳方法所涉及的下述[7]的结构来实现。
[7]一种钢制部件的渗碳方法，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的加热工序，
所述渗碳剂包含：Fe-C合金粉末；石墨粉末，其相对于渗碳剂总质量占5质量％以上且60质量％以下；以及粘接剂，其使所述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保持一定时间的工序。
另外，钢制部件的渗碳方法所涉及的本发明的优选实施方式涉及以下的[8]～[10]。
[8]如[7]所述的钢制部件的渗碳方法，其中，
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。
[9]如[7]或[8]所述的钢制部件的渗碳方法，其中，
所述粘结剂包含硅酸钠和硫酸钙中的至少一种。
[10]如[7]至[9]中任一项所述的钢制部件的渗碳方法，其中，
所述加热工序在惰性气体气氛中实施。
另外，本发明的上述目的通过渗碳剂所涉及的下述[11]的构成来实现。
[11]一种钢制部件，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来得到，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，所述石墨粉末相对于渗碳剂总质量为5质量％以上且60质量％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，
所述加热的温度是所述钢制部件的共晶点以上且小于包晶点的奥氏体区域，所述钢制部件通过在所述加热的温度保持一定时间而得到。
另外，本发明的上述目的通过渗碳剂所涉及的下述[12]的构成来实现。
[12]一种渗碳剂，其中，是[7]至[10]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，所述石墨粉末相对于渗碳剂总质量为5质量％以上且60质量％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。
发明效果
根据本发明，能够提供一种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的钢制部件的渗碳方法、使用上述渗碳方法得到的钢制部件、以及在上述渗碳方法中使用的渗碳剂。
附图说明
图1A是表示本发明的实施方式所涉及的钢制部件的渗碳方法的示意图，是表示在钢制部件的表面配置有渗碳剂的状态的图。
图1B是表示图1A的下一工序的示意图，是表示对钢制部件的表面进行渗碳的工序的图。
图2A是表示对钢制部件的表面进行渗碳后的工序的示意图。
图2B是表示从钢制部品的表面剥离渗碳剂的工序的示意图。
图3是表示实施例中使用的试验片的形状及尺寸的示意图。
图4A是表示实施例No.2的试验片中的除去渗碳剂后的渗碳层的替代附图用的照片。
图4B是表示比较例No.6的试验片中的除去渗碳剂后的渗碳层的替代附图用的照片。
图5A是表示实施例No.2的试验片中的除去渗碳剂后的渗碳层的替代附图用的照片。
图5B是表示比较例No.7的试验片中的除去渗碳剂后的渗碳层的替代附图用的照片。
图6是表示气体渗碳法的渗碳机制的示意图。
图7是纵轴为温度(℃)、横轴为碳量(质量％)时的、Fe-C二元系状态图。
符号说明
1 工件
2 铸铁粉
2b 铸铁部
3 石墨粉末
4 硅酸钠溶液
5 渗碳剂
11 试验片
13 渗碳层
15 渗碳剂
21 钢制部件
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行具体说明。另外，本发明并不限于以下说明的实施方式。
[1.钢制部件的渗碳方法]
本实施方式所涉及的钢制部件的渗碳方法具有：使渗碳剂与钢制部件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进行加热从而使碳侵入到表面的至少一部分的加热工序。另外，渗碳剂包含：Fe-C合金粉末；相对于渗碳剂总体积为20体积％以上且70体积％以下的石墨粉末；以及使Fe-C合金粉末和石墨粉末彼此粘结的粘结剂。渗碳剂也可以包含：Fe-C合金粉末；相对于渗碳剂总体积为5质量％以上且60质量％以下的石墨粉末；以及使Fe-C合金粉末和石墨粉末彼此粘结的粘结剂。进而，加热工序是在钢制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内保持一定时间的工序。作为粘结剂的硅酸钠，可以是溶液(水溶液、水玻璃)的形态，也可以是粉体等形态。
以下，参照附图对本实施方式所涉及的钢制部件的渗碳方法进行具体说明。
图1A及图1B是按工序顺序示出本发明的实施方式所涉及的钢制部件的渗碳方法的示意图。另外，图2A及图2B是表示使碳渗碳到钢制部件后的工序的示意图。
如图1A所示，首先，使含有铸铁粉(Fe-C合金粉末)2、石墨粉末3和硅酸钠溶液(粘结剂)4的渗碳剂5与工件(钢制部件)1的表面1a的至少一部分接触。工件1例如是包含轴承所使用的渗碳钢、机械结构用合金钢的钢制部件。
硅酸钠溶液4或硅酸钠通过自身的粘着性而使铸铁粉2彼此、石墨粉末3彼此、及铸铁粉2与石墨粉末3彼此粘结，并且使铸铁粉2与石墨粉末3固着于工件1的表面1a。因此，渗碳剂5不容易从工件1的表面1a剥落，不会对工件1的适用部位产生限制。
之后，如图1B所示，将工件1及渗碳剂5配置在炉内，在作为工件的钢制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内进行加热，将其保持一定时间。由此，铸铁粉2的一部分熔融(液化)，成为固相的铸铁粉2、液相的铸铁部2a、石墨粉末3、硅酸钠溶液4或硅酸钠的混合状态。此时，虽然石墨粉末3不熔融，但通过使成为液相的铸铁部2a在工件1的表面1a扩散并接触，从而渗碳剂5与工件1的接触面积增加，因此能够使碳从工件1的表面1a均匀地侵入，并且能够大幅提高向工件1供给碳的速度。
另外，也可以考虑固相的铸铁粉2从图1B所示的状态进一步熔融，变成液相的铸铁部2a与石墨粉末3与硅酸钠溶液4或硅酸钠的混合状态。即使在这样的情况下，若在粘结剂中使用硅酸钠溶液4或硅酸钠，则硅酸钠作为Fe-C合金粉末的抗氧化剂发挥功能，能够防止Fe-C合金粉末的熔融温度的上升。
之后，如图2A所示，使工件1及渗碳剂5冷却至适当的温度。由此，在图1B中成为液相状态的铸铁部2a变成固相状态的铸铁体2b。使工件1和渗碳剂5冷却的方法没有特别限定，可以利用通过放置在炉中来进行冷却的方法(炉冷)、通过浸渍于水中来进行冷却的方法(水冷)、通过浸渍于油中来进行冷却的方法(油冷)等。
然后，如图2B所示，将渗碳剂5从工件1的表面1a剥离。
以下对本实施方式中使用的渗碳剂及渗碳时的加热工序的温度(加热温度)进行详细说明。
＜加热温度：钢制部件的共晶点以上且低于包晶点的奥氏体区域＞
通常，在使碳从钢材的表面侵入并扩散到材料内部的渗碳工序中，任意深度位置x处的碳浓度随时间的变化由使用了Fick的第二定律的下述式(1)表示。根据式(1)，能够对渗碳工序中的碳的扩散进行理论说明。
[数1]
C：位置x处的碳浓度
C0：表面碳浓度
D：γ-Fe中的碳的扩散系数
t：时间
根据上述式(1)，为了提高渗碳速度，需要(a)使表面碳浓度C0、即热处理气氛的碳势提高、或者(b)在扩散系数D大的高温下进行处理。
在实用上，在930℃～1050℃的温度区域(渗碳钢及机械结构用合金钢中的A1点以上且共晶点以下的温度区域)中的渗碳是主流，但如果能够使处理温度进一步高温化，则理论上渗碳时间能够大幅缩短。
因此，本申请发明人为了在较短的渗碳时间得到超过10mm、优选超过15mm这样的渗碳深度，对在共晶点以上的温度区域稳定地实现部件表面的渗碳反应进行了深入研究。其结果发现，以固相的奥氏体区域加热工件并以固相和液相的混合状态或液相状态的Fe-C合金供给作为碳源的渗碳剂是有效的。
根据该方法，工件表面的碳浓度被渗碳为图7所示的Fe-C二元系状态图的J-E线以上，避免液相所产生的课题、即超过固溶限的过量的渗碳，能够控制溶解现象。
若工件表面在共晶温度以上被渗碳至奥氏体固溶限以上，则会在工件表面产生液相。因此，在本实施方式中，在共晶点以上的温度区域中，是以Fe-C合金的形式供给碳的渗碳方法，为了将工件的碳浓度保持为固溶限浓度(图5的Fe-C二元系状态图的J-E线)以下，而控制渗碳剂中包含的成分和加热温度，并控制与工件的界面的反应速度。
即，通过使用后述的渗碳剂，利用共晶点以上且包晶点以下的超高温区域的扩散，能够在大型轴承的钢制部件的表面以极短的处理时间形成期望的深度且均匀的渗碳层。
需要说明的是，作为对渗碳剂及工件进行加热的方法，除了使用炉的加热方法以外，还可以使用高频加热。
作为渗碳处理中的具体的加热温度，能够进行共晶点以上且包晶点以下的渗碳处理，只要是该范围，则能够缩短处理时间。共晶点和包晶点根据材质(材料组成)而不同，但只要是一般可实施渗碳处理的材料，则渗碳处理中的加热温度优选设为1150℃以上，更优选设为1175℃以上，进一步优选设为1200℃以上。另外，渗碳处理中的加热温度优选为1300℃以下，更优选为1275℃以下，进一步优选为1250℃以下。
接着，以下对本发明的实施方式所涉及的钢制部件的渗碳方法中使用的渗碳剂(本实施方式所涉及的渗碳剂)进行详细说明。
[2.渗碳剂]
本实施方式所涉及的渗碳剂是通过与钢制部件表面的至少一部分接触并进行加热从而使碳侵入上述表面的至少一部分的渗碳剂，该渗碳剂包含：Fe-C合金粉末；相对于渗碳剂总体积为20体积％以上且70体积％以下的石墨粉末；以及使Fe-C合金粉末和石墨粉末彼此粘结的粘结剂。
另外，本发明的另一实施方式所涉及的渗碳剂是通过与钢制部件表面的至少一部分接触并进行加热从而使碳侵入到上述表面的至少一部分的渗碳剂，该渗碳剂包含：Fe-C合金粉末；相对于渗碳剂总质量为5质量％以上且60质量％以下的石墨粉末；以及使Fe-C合金粉末和石墨粉末彼此粘结的粘结剂。
＜Fe-C合金粉末＞
作为以往的钢制部件的渗碳方法，例如存在使用含有硅酸钠溶液、碳酸盐和碳粉末且还含有金属氧化物的表面处理剂的方法。通过添加金属氧化物，除了能够形成保护层以外，还能够稀释碳粉末和碳酸盐，在表面的渗碳处理完成后，能够容易从钢材的表面除去表面处理剂。
与此相对，在本发明中，作为碳酸盐、金属氧化物(氧化铝、氧化钛)的替代的渗碳源，使用了Fe-C合金粉末。通过以固相的奥氏体区域加热工件，使碳源之一为包含固相和液相的混合状态或液相状态的Fe-C合金粉末，从而能够提高渗碳性。
作为渗碳剂中使用的Fe-C合金粉末的材料，可以使用铸铁粉、碳钢粉、工具钢粉、铸铁沙等。粉末的形状可以是粒状、针状中的任一种。作为碳供给源的Fe-C合金粉末中的C量优选从图1的出现液相的区域(γ+L)的范围中，根据加热温度而算出。
需要说明的是，在使用Fe-C合金粉末作为渗碳剂的情况下，重要的是在高温下也抑制氧化。在将Fe-C合金制成粉末的形态的情况下，粉末的表面积大，根据气氛的不同，伴随Fe-C合金粉末中的碳的脱碳，熔融温度会上升，存在变得无法通过液层来供给渗碳源的问题。对于这样的问题，可以通过在惰性气体气氛中进行处理、或在渗碳剂中混合硫酸钙(石膏)等抗氧化剂来解决。另外，认为硅酸钠本身也具有抗氧化效果。进而，认为硫酸钙本身也具有作为粘结剂的效果。
在使用惰性气体的情况下，工业上，可以使用以N2气体、CO为主体的还原性的转换气体。
渗碳剂中的Fe-C合金粉末的含量没有特别限定，相对于渗碳剂总体积为10体积％以上时，能够兼顾渗碳性和渗碳剂的除去性。因此，渗碳剂中的Fe-C合金粉末的含量相对于渗碳剂总体积优选为10体积％以上，更优选为40体积％以上，进一步优选为45体积％以上。
另一方面，渗碳剂中的Fe-C合金粉末的含量相对于渗碳剂总体积为60体积％以下时，有渗碳剂的除去性变得良好的倾向。因此，渗碳剂中的Fe-C合金粉末的含量相对于渗碳剂总体积优选为60体积％以下，更优选为55体积％以下，进一步优选为50体积％以下。
另外，若渗碳剂中的Fe-C合金粉末的含量相对于渗碳剂总质量为25质量％以上，则能够兼顾渗碳性和渗碳剂的除去性。因此，渗碳剂中的Fe-C合金粉末的含量相对于渗碳剂总质量优选为25质量％以上，更优选为50质量％以上，更优选为75质量％以上。
另一方面，渗碳剂中的Fe-C合金粉末的含量相对于渗碳剂总质量为86质量％以下时，有渗碳剂的除去性变得良好的倾向。因此，渗碳剂中的Fe-C合金粉末的含量相对于渗碳剂总质量优选为86质量％以下，更优选为84质量％以下，进一步优选为80质量％以下。
需要说明的是，本实施方式中可以使用的Fe-C合金粉末中可以含有Fe和C以外的元素。
进而，关于所使用的Fe-C合金粉末的粒径，越细则颗粒彼此越无间隙地接触，能够进行均匀的渗碳，因此优选。具体而言，优选通过180目筛的颗粒，更优选通过150目筛，进一步优选通过100目筛。
＜石墨粉末：20体积％以上且70体积％以下＞
本实施方式所涉及的渗碳剂含有石墨粉末。石墨粉末即使在共晶点以上的温度下也不熔融，因此不固定于工件且具有一定的渗碳性，因此通过在渗碳剂中以适当的比例含有石墨粉末，从而能够得到兼顾渗碳性和除去性的渗碳剂。
如果渗碳剂中的石墨粉末的含量相对于渗碳剂总体积小于20体积％，则渗碳到钢制部件后的渗碳剂的除去性降低。因此，渗碳剂中的石墨粉末的含量相对于渗碳剂总体积为20体积％以上，优选为25体积％以上，更优选为30体积％以上。
如上所述，石墨粉末具有一定的渗碳性，但即使在钢制部件的共晶点以上的温度范围也不熔融，因此若渗碳剂中的石墨粉末的含量多，相对地Fe-C合金粉末的含量会减少，则渗碳剂与钢制部件的表面的接触面积减少，渗碳性降低。
因此，渗碳剂中的石墨粉末的含量相对于渗碳剂总体积优选为70体积％以下，60体积％以下，更优选为50体积％以下，进一步优选为40体积％以下。
另外，若渗碳剂中的石墨粉末的含量相对于渗碳剂总质量小于5质量％，则渗碳到钢制部件后的渗碳剂的除去性降低。因此，渗碳剂中的石墨粉末的含量相对于渗碳剂总质量为5质量％以上，优选为15质量％以上。
另一方面，若渗碳剂中的石墨粉末的含量多，相对地Fe-C合金粉末的含量变少，则渗碳剂与钢制部件的表面的接触面积减少，渗碳性降低。因此，渗碳剂中的石墨粉末的含量相对于渗碳剂总质量为60质量％以下，优选为30质量％以下，更优选为20质量％以下。
关于所使用的石墨粉末的粒径，也与Fe-C合金粉末的粒径同样，粒径越细则颗粒彼此越无间隙地接触，能够进行均匀的渗碳，因此优选。具体而言，优选通过180目筛，更优选通过150目筛，进一步优选通过100目筛。
＜粘结剂＞
本实施方式所涉及的渗碳剂含有粘结剂。若在渗碳剂中含有粘结剂，则能够使Fe-C合金粉末彼此、石墨粉末彼此以及Fe-C合金粉末与石墨粉末彼此粘结，并且能够提高渗碳剂与钢制部件的密合性。其结果，能够防止产生渗碳的不均，能够得到均匀的渗碳层。
作为粘结剂，只要具有所期望的作用就没有特别限制，例如可以使用硅酸钠及硫酸钙(石膏)中的至少一种。硅酸钠可形成粉末状态的脱氧剂。
需要说明的是，硅酸钠也可以作为水溶液使用。硅酸钠水溶液具有与空气中的CO2气体反应而进行固化的作用，呈从常温到高温都具有粘性的玻璃状。因此，若在粘结剂中以水溶液的状态含有硅酸钠，则能够进一步提高渗碳剂与钢制部件的密合性，并且还能够得到阻断氧的效果。
另外，若将Fe-C合金粉末与硅酸钠溶液混炼而供给至工件表面，则能够进一步抑制Fe-C合金粉末自身的氧化、脱碳，因此能够防止熔融温度上升而变得无法利用液层来供给渗碳源的问题，能够得到更均匀的渗碳层。
在使用硅酸钠溶液作为粘结剂的情况下，作为硅酸钠及其水溶液，如JIS K 1408(1966年)中记载的那样，可以使用1～3号的水玻璃(硅酸钠水溶液)、偏硅酸钠1、2号(结晶)等。
渗碳剂中的粘结剂的含量没有特别限定，在使用硅酸钠作为粘结剂的情况下，若渗碳剂中的粘结剂的含量相对于渗碳剂总质量为4质量％以上，则能够提高渗碳剂与钢制部件的密合性。另外，相对于渗碳剂中的铸铁粉的质量，粘结剂的含量优选为0.1质量％以上。
另一方面，若渗碳剂中的粘结剂的含量相对于渗碳剂总质量为40质量％以下，则能够充分确保渗碳剂中的Fe-C合金粉末和石墨粉末的含量，因此能够得到优异的渗碳性。因此，相对于渗碳剂总质量，渗碳剂中的粘结剂的含量优选为40质量％以下，更优选为25质量％以下，进一步优选为20质量％以下。需要说明的是，作为硅酸钠，可以使用液状的物质(硅酸钠溶液)和粉状的物质，在使用硅酸钠溶液的情况下，上述含量表示相对于渗碳剂总质量的硅酸钠溶液的质量。
在所使用的粘结剂为粉末的情况下，粘结剂的粒径也与Fe-C合金粉末的粒径同样地，粒径越细小则颗粒彼此越无间隙地接触，能够实现均匀的渗碳，因此优选。具体而言，优选通过180目筛，更优选通过150目筛，进一步优选通过100目筛。
另外，硫酸钙(石膏)与硅酸钠同样地，能够使Fe-C合金粉末彼此、石墨粉末彼此以及Fe-C合金粉末与石墨粉末彼此粘结，并且能够提高渗碳剂与钢制部件的密合性。进而，若粘结剂中含有硫酸钙，则也能够得到隔断氧的性能，因此能够使渗碳剂以非氧化状态～极低氧化状态进行渗碳。
根据使用上述渗碳剂的本实施方式所涉及的渗碳方法，能够维持比气体渗碳的碳势高的状态，能够实现迅速且均匀的渗碳，并且能够容易地除去渗碳后的渗碳剂。
需要说明的是，本实施方式所涉及的渗碳方法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及滚动体实施渗碳处理的情况下也是合适的，但作为本发明的对象的钢制部件并不限于这样的尺寸，能够应用于各种尺寸的钢制部件。
[3.钢制部件]
接着，以下对通过上述钢制部件的渗碳方法实施了渗碳的钢制部件进行说明。本实施方式所涉及的钢制部件是通过使渗碳剂与钢制部件表面的至少一部分接触并进行加热从而使碳侵入上述表面的至少一部分而得到的钢制部件，渗碳剂包含：Fe-C合金粉末；相对于渗碳剂总体积为20体积％以上且70体积％以下的石墨粉末；以及使上述Fe-C合金粉末及石墨粉末彼此粘结的粘结剂，加热的温度为钢制部件的共晶点以上且低于包晶点的奥氏体区域，通过在加热的温度下保持一定时间而得到。
另外，上述钢制部件将表面的渗碳剂除去，具有期望的深度且均匀的渗碳层。用于得到上述钢制部件的渗碳剂中含有的成分及其含量、以及加热的条件等与上述钢制部件的渗碳方法和渗碳剂中记载的相同，因此省略详细的说明。
实施例1
为了确认本发明的效果，制作模拟了构成大型轴承的钢制部件(滚道圈和滚动体)的渗碳处理的小型的试验片，并进行以下的实验。
图3是表示在本实施例中使用的试验片的形状及尺寸的示意图。作为试验片(钢制部件)11的材料，选定JIS 4053(机械结构用合金钢钢材)中的SCR 420钢材(碳0.18～0.23％、中央值0.205％)。另外，试验片11的尺寸是外径φ为40mm、30mm或20mm、高度h为17.5mm、22.5mm、25mm或30mm、在上表面的中央具有内径为15mm、深度为15mm的盲孔11a的圆柱形状。
＜试验1＞
制作将石墨粉末的体积比例进行各种变化后的渗碳剂，对试验片实施渗碳处理，评价表面碳浓度和渗碳剂除去性。
作为试验方法，首先，在盲孔11a中配置将铸铁粉(Fe-C合金粉末)、石墨粉和硅酸钠(粘结剂)以下述表1所示的体积比例混合而成的渗碳剂，使渗碳剂与盲孔11a的表面(侧面12a和底面12b)接触。接着，作为加热工序，以在氮气气氛中加热的状态，保持5分钟或900分钟而实施渗碳处理，并在炉内冷却。需要说明的是，根据图7所示的Fe-C二元系状态图，加热工序中的温度设定为作为SCR 420钢材的共晶点即1147℃与包晶点即1494℃之间的中间温度的1200℃。
将在所得到的试验片11的盲孔11a中配置的渗碳剂除去，以穿过穿过圆柱形轴的中央线的面进行切断，用实态显微镜观察截面宏观，由此评价渗碳剂的除去性，并且通过EPMA(Electron Probe Micro Analyzer：电子探针显微分析仪)测定表面碳浓度。关于EPMA测定的表面碳浓度，对于试验片11中的盲孔11a的底面测定底面的中央，对于侧面测定从上表面到底面的距离的中央的任意位置。关于表面碳浓度，将0.80质量％以上的情况判断为渗碳性优异。
另外，关于渗碳剂的除去性，利用通过前端为勺子形状的刮拨棒将渗碳剂从渗碳后的试验片刮出的方法进行评价，将通过一次的刮出处理能够去除渗碳剂的大部分而对后续工序没有影响的情况视为“〇”(良好)，将实施多次刮出处理仍残留有渗碳剂、需要机器去除处理的情况视为“×”(不良)。将评价结果一并示于下述表1。
需要说明的是，在下述表1中，渗碳剂的C浓度是通过下述式(2)算出的值。
渗碳剂的C浓度＝(铸铁粉中的C质量+石墨粉末中的C质量)/(铸铁粉的质量+石墨粉末的质量)(2)
其中，本实施例中使用的铸铁粉含有3.1质量％的C，石墨粉末含有100质量％的C。
[表1]
如上述表1所示，实施例No.1使用以铸铁粉：石墨粉末：硅酸钠＝60：20：20(体积％)的混
合比例制作成的渗碳剂，石墨粉末的含量在本发明的范围内。因此，底面和侧面的表面碳浓度分别为1.10质量％、1.00质量％，能够得到优异的渗碳性。另外，能够容易地除去渗碳后的渗碳剂。
实施例No.2使用以铸铁粉：石墨粉末：硅酸钠＝46：32：22(体积％)的混合比例制作成的渗碳剂，石墨粉末的含量在本发明的范围内。因此，底面和侧面的表面碳浓度分别为1.20质量％、1.20质量％，能够得到优异的渗碳性。另外，能够容易地除去渗碳后的渗碳剂。
实施例No.3使用以铸铁粉：石墨粉末：硅酸钠＝10：70：20(体积％)的混合比例制作成的渗碳剂，石墨粉末的含量在本发明的范围内。因此，底面和侧面的表面碳浓度分别为0.80质量％、0.80质量％，能够得到优异的渗碳性。另外，能够容易地除去渗碳后的渗碳剂。
与此相对，比较例No.4使用以铸铁粉：石墨粉末：硅酸钠＝70：10：20(vol％)的混合比例制作成的渗碳剂，石墨粉末的含量低于本发明的范围的下限。因此，底面和侧面的表面碳浓度分别为1.25质量％、1.20质量％，能够得到优异的渗碳性，但不能容易地除去渗碳后的渗碳剂。
比较例No.5使用以铸铁粉：石墨粉末：硅酸钠＝0：100：0(体积％)的混合比例制作成的渗碳剂，石墨粉末的含量超过本发明的范围的上限。因此，底面的表面碳浓度为0.60质量％，与实施例相比，渗碳性降低。但是，认为石墨粉末具有不仅提高渗碳剂的除去性还得到一定的渗碳性的效果。
需要说明的是，比较例No.5是用于评价石墨粉末单体的渗碳性及除去性的试验片，因此未测定侧面的碳浓度。
比较例No.6使用以铸铁粉：石墨粉末：硅酸钠＝59：41：0(体积％)的混合比例制作成的渗碳剂，不含有硅酸钠(粘结剂)。因此，渗碳后的渗碳剂能够容易地除去，但底面和侧面的表面碳浓度分别为0.60质量％、0.40质量％，无法得到优异的渗碳性。
图4A是表示实施例No.2的试验片中的除去渗碳剂后的渗碳层的替代附图用的照片。另外，图4B是表示比较例No.6的试验片中的除去渗碳剂后的渗碳层的替代附图用的照片。
实施例No.2和比较例No.6的渗碳剂的C浓度是相同的值，但实施例No.2的表面碳浓度高于比较例No.6的表面碳浓度。另外，如图4A和图4B所示，实施例No.2能够在底面12b和侧面12a的整个面确认均匀的渗碳层13，但比较例No.6的渗碳层13不均匀。该结果表示硅酸钠对渗碳不均有效。即，认为通过在渗碳剂中含有硅酸钠，渗碳剂与钢制部件的界面的密合性提高，防止了脱碳，其结果是，渗碳不均得到抑制。
比较例No.7使用以铸铁粉：石墨粉末：硅酸钠＝78：0：22(体积％)的混合比例制作成的渗碳剂，不含有石墨粉末。因此，不能容易地除去渗碳后的渗碳剂。
需要说明的是，比较例No.7中，底面处的表面碳浓度为1.30质量％，能够得到优异的渗碳性，但由于是渗碳剂熔融、难以除去的状态，因此未测定侧面处的表面碳浓度。
图5A是表示实施例No.2的试验片中的除去渗碳剂后的渗碳剂的替代附图用的照片。另外，图5B是表示比较例No.7的试验片中的除去渗碳剂后的渗碳剂的替代附图用的照片。
实施例No.2和比较例No.7的底面处的表面碳浓度相同，但对于实施例No.2，渗碳剂的除去性优异，在底面12b和侧面12a没有残留渗碳剂。与此相对，对于比较例No.7，渗碳剂的除去性差，在底面12b和侧面12a熔敷有渗碳剂15，即使使用前端为勺子形状的刮拨棒也不能除去。需要说明的是，图5B中箭头所示的部位等表示熔敷而无法除去的渗碳剂。根据这些结果，表示石墨粉末具有提高渗碳剂的除去性的效果。认为石墨粉末的熔融点高，即使在试验温度的1200℃的条件下，形状也维持粒状，因此能够容易地除去渗碳剂。
需要说明的是，实施例No.1～No.3及比较例No.4～No.7阶段性地改变铸铁粉和石墨粉末的含有比例。由这些结果可知，存在铸铁粉在渗碳剂中所占的比例越高，渗碳性越提高(表面碳浓度变高)的倾向，但渗碳剂的除去性会降低。
＜试验2＞
测定上述试验1中使用的渗碳剂的各成分的质量比例，与上述表1中记载的体积比例进行比较。将试验条件和评价结果示于下述表2和3。需要说明的是，试验2中的渗碳剂的各成分的质量比例以外的条件和评价结果与上述表1所示的相同，但为了与以下所示的试验3和试验4的评价结果进行比较，一并记载于下述表2和3。
＜试验3＞
使用粉状的硅酸钠，制作将硅酸钠的质量比例进行各种变化后的渗碳剂，对上述试验片实施渗碳处理，评价了表面碳浓度和渗碳剂除去性。需要说明的是，试验3中，在热处理后浸渍于水中，从而进行冷却(水冷)。试验方法和评价方法与上述试验1相同。
＜试验4＞
对于上述试验片，改变渗碳剂的装入情况，使渗碳剂的体积密度变化后，实施渗碳处理，评价表面碳浓度和渗碳剂除去性。需要说明的是，试验4中，在热处理后浸渍于水中，从而进行冷却(水冷)。另外，作为粘结剂，使用液状的硅酸钠。试验方法和评价方法与上述试验1相同。
试验3和试验4的试验条件和评价结果也一并示于下述表2和表3。另外，关于试验3，也测定体积比例并一并记载。对于试验4，不测定体积比例，仅记载了质量比例。
[表2]
表2
[表3]
表i
如上述表2和表3所示，实施例No.1～3和8～13使用石墨粉末的含量(质量％)在本发明的范围内的渗碳剂，通过本发明所涉及的钢制部件的渗碳方法对试验材料实施渗碳处理。需要说明的是，实施例No.1～3和8～10也测定了石墨粉末的体积比例，均在本发明的范围内。因此，底面和侧面处的表面碳浓度均为0.80质量％以上，能够得到优异的渗碳性。另外，能够容易地除去渗碳后的渗碳剂。
与此相对，比较例No.4～No.7使用了渗碳剂中的石墨粉末的质量比例及体积比例偏离本发明的范围、或不含有硅酸钠(粘结剂)的渗碳剂，因此渗碳性或渗碳剂除去性不良。
需要说明的是，如试验4(实施例No.11～13)所示，可知即使改变渗碳剂的体积密度，也不会大幅影响渗碳性及渗碳剂除去性。但是，若渗碳剂的体积密度过小，则渗碳剂难以与工件的表面密合，存在品质产生偏差的可能性，因此渗碳剂的体积密度优选为1.0(g/cm3)以上。
如上述实施例及比较例所示，根据本实施方式所涉及的钢制部件的渗碳方法，能够利用在共晶点以上且包晶点以下的超高温区域中的扩散，在大型轴承中能够更迅速且均匀的渗碳。
以上，参照附图对各种实施方式进行了说明，但本发明当然不限定于该例。本领域技术人员应当理解，在权利要求书所记载的范围内，能够想到各种变更例或修正例，它们当然也属于本发明的技术范围。另外，在不脱离发明的主旨的范围内，也可以任意地组合上述实施方式中的各构成要素。
此外，本申请基于2021年1月14日申请的日本专利申请(日本特愿2021-004298)，其内容作为参照引用于本申请中。
Claims (12)
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。
7.一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质量为5质量％以上且60质量％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保持一定时间的工序。
8.如权利要求7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。
9.如权利要求7或8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。
10.如权利要求7至9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。
11.一种钢制部件，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质量为5质量％以上且60质量％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，
所述加热的温度是所述钢制部件的共晶点以上且小于包晶点的奥氏体区域，所述钢制部件通过在所述加热的温度保持一定时间而得到。
12.一种渗碳剂，其特征在于，
是权利要求7至10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质量为5质量％以上且60质量％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。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021-004298 | 2021-01-14 | ||
| JP2021004298 | 2021-01-14 | ||
| PCT/JP2022/001236 WO2022154105A1 (ja) | 2021-01-14 | 2022-01-14 | 鋼製部材の浸炭方法、鋼製部品及び浸炭剤 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116783322A true CN116783322A (zh) | 2023-09-19 |
Family
ID=82448499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202280010282.6A Pending CN116783322A (zh) | 2021-01-14 | 2022-01-14 | 钢制部件的渗碳方法、钢制部件及渗碳剂 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11732342B2 (zh) |
| EP (1) | EP4279631A1 (zh) |
| JP (1) | JP7136391B1 (zh) |
| CN (1) | CN116783322A (zh) |
| WO (1) | WO2022154105A1 (zh) |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05222411A (ja) * | 1992-02-06 | 1993-08-31 | Komatsu Ltd | 多板式クラッチ板の製造方法 |
| JP5927646B2 (ja) * | 2010-01-29 | 2016-06-01 | 国立大学法人 熊本大学 | 金属の表面処理法 |
| US20160215820A1 (en) * | 2013-09-10 | 2016-07-28 | Ntn Corporation | Sliding member and method for producing same |
| JP6321982B2 (ja) | 2014-02-06 | 2018-05-09 | 国立大学法人 熊本大学 | 金属材料の表面処理方法 |
| TWI582267B (zh) | 2015-05-26 | 2017-05-11 | 周挺正 | 鋼件之表面處理劑及鋼件之表面處理方法 |
| JP6943026B2 (ja) | 2017-06-08 | 2021-09-29 | 日本精工株式会社 | 転がり軸受の浸炭方法、及び転がり軸受の製造方法 |
| CN109136484A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-01-04 | 安徽芜湖海螺建筑安装工程有限责任公司 | 抗断裂锚固件折弯切刀材料及其制备方法 |
| JP2021004298A (ja) | 2019-06-26 | 2021-01-14 | 日東電工株式会社 | 粘着シート |
-
2022
- 2022-01-14 US US18/018,163 patent/US11732342B2/en active Active
- 2022-01-14 CN CN202280010282.6A patent/CN116783322A/zh active Pending
- 2022-01-14 WO PCT/JP2022/001236 patent/WO2022154105A1/ja active Application Filing
- 2022-01-14 EP EP22739510.0A patent/EP4279631A1/en active Pending
- 2022-01-14 JP JP2022524255A patent/JP7136391B1/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US11732342B2 (en) | 2023-08-22 |
| EP4279631A4 (en) | 2023-11-22 |
| EP4279631A1 (en) | 2023-11-22 |
| JP7136391B1 (ja) | 2022-09-13 |
| JPWO2022154105A1 (zh) | 2022-07-21 |
| WO2022154105A1 (ja) | 2022-07-21 |
| US20230227958A1 (en) | 2023-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9260775B2 (en) | Low alloy steel carburization and surface microalloying process | |
| US4129443A (en) | Method for improving the sinterability of iron powder derived from comminuted scrap metal | |
| EP2456900B1 (en) | Bearing steels | |
| KR101279840B1 (ko) | 표면경화처리 합금철 물질 | |
| CA2922018C (en) | Alloy steel powder for powder metallurgy and method of producing iron-based sintered body | |
| RU2559391C1 (ru) | Состав порошковой смеси для термодиффузионного цинкования изделий из алюминиевых сплавов, способ термодиффузионного цинкования изделий из алюминиевых сплавов | |
| WO2010035853A1 (ja) | 粉末冶金法による焼結体の製造方法 | |
| CN116783322A (zh) | 钢制部件的渗碳方法、钢制部件及渗碳剂 | |
| JP7397029B2 (ja) | 鋼製部品の浸炭方法及び鋼製部品の製造方法 | |
| JP2018123428A (ja) | 粉末冶金用鉄基混合粉末およびその製造方法ならびに引張強さと耐衝撃性に優れた焼結体 | |
| JP2006342409A (ja) | 鉄系部品およびその製造方法 | |
| JPS63137102A (ja) | 粉末冶金用合金粉末 | |
| JP4821810B2 (ja) | 浸炭熱処理方法および浸炭源材 | |
| EP3900856A1 (en) | Additive manufacturing powders for use in additive manufacturing processes resulting in improved stability of steel melt-track | |
| JP2015232164A (ja) | 転がり軸受の製造方法及び熱処理装置 | |
| Singh et al. | Parametric analysis to explore the viability of cold spray additive manufacturing to print SS316L parts for biomedical application | |
| JP2011032575A (ja) | 鋼材の表面処理方法および装置 | |
| EP3261789A1 (en) | Compacting of gas atomized metal powder to a part | |
| US20190368552A1 (en) | Surface roughening of powder metal parts | |
| CH634111A5 (fr) | Procede de chargement dur d'une surface d'un substrat en alliage a base de fer. | |
| JP7039692B2 (ja) | 粉末冶金用鉄基混合粉末および鉄基焼結体 | |
| JP2019151913A (ja) | 摺動部材およびその製造方法 | |
| JPH101704A (ja) | 摺動材およびその製造方法 | |
| JP2010185098A (ja) | 鉄系材料および鉄系材料の表面処理方法 | |
| KR101839840B1 (ko) | 산화방지제, 강재의 처리방법 및 이를 이용하여 제조된 압연제품 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |