制造机械部件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及制造机械部件的方法，更具体地，涉及制造具有位于表面层的富氮层的机械部件的方法。
【背景技术】
[0002]出于改善机械部件的疲劳强度和/或耐磨性的目的，可在机械部件的表面层通过碳-氮共渗法等方式形成与内部相比具有高氮浓度的富氮层。在一般的碳-氮共渗法中，通常使用大气气体，其基于通过在大于或等于1000°c的高温下混合丙烷、丁烷或城市煤气与空气(吸热转化的气体；下文中称为RX气体)，加入少量的丙烷、丁烷和氨来产生载气。通过在这种气氛下加热工件，在工件的表面层形成富氮层。在碳-氮共渗法期间，使用RX气体作为载气，通过未分解的氨产生氮化反应(例如，参考Nobuyuki Mouri等的“ Improvementof Wear Resistance by Heat Treatment for Carburizing Steel (通过加热对钢进行渗碳来改善耐磨性)”，NTN TECHNICAL REVIEW，2008，第 76 期，第 17-22 页(NPD I))。
[0003]参考文献列表
[0004]非专利文件
[0005]NPD I:Nobuyuki Mouri 等的 “ Improvement of Wear Resistance by HeatTreatment for Carburizing Steel (通过加热对钢进行渗碳来改善耐磨性)”，NTNTECHNICAL REVIEW，2008，第 76 期，第 17-22 页
[0006]发明概述
[0007]技术问题
[0008]当温度更高时，通常发生氨气的分解。因此，并不经常在不低于900°C的温度区域内进行通过未分解的氨的渗氮方法。结果，难以升高处理温度以缩短碳-氮共渗时间，即使是在处理需要厚的氮化物层的产品的情况中也是如此。问题是加工时间有所延长。由于需要安装向热处理炉中导入氨气的设备和在热处理炉中所用部件的快速消耗(例如，用于产品输送的篮)，使用氨气的碳-氮共渗法还具有设备维护管理成本增加的问题。
[0009]本发明解决了上述的问题，并且本发明的目的在于提供一种制造机械部件的方法，使得能够通过不使用氨气的快速热处理制造在表面层具有富氮层的机械部件。
[0010]解决问题的方案
[0011]本发明的制造机械部件的方法包括以下步骤:制备钢制元件，在该元件的表面形成含钒的膜，并且通过在含氮气并且不含氨气的热处理气体的气氛中加热该具有形成的膜的元件来形成富氮层。在制备元件的步骤中，制备由含0.1质量％或更高的钒的钢制成的元件。在形成膜的步骤中，将该元件加热至不低于500°c并低于钢的A1相变点的温度范围内氧化。
[0012]在与钢的加热处理相关的各种研宄中，发明人发现通过在钢制元件的表面形成含钒膜，之后在包含氮气的气氛中加热，在该元件的表面层形成富氮层，即使该气氛不含氨气也是如此，从而设想本发明。在制造本发明的机械部件的方法中，在包含氮气但不含氨气的气氛中加热在表面形成了含钒膜的钢制元件，以在机械部件的表面层形成富氮层。由于在本发明的制造方法中，未分解的氨并没有增加富氮层的形成，这使得能够进行更高温度的热处理。因此，可缩短热处理的时间。此外，由于在制造方法中不使用氨，可抑制热处理炉中所用部件的消耗以降低设备维护管理成本。根据本发明的机械部件制造方法，可通过不使用氨气的快速热处理来制造在表面层具有富氮层的机械部件。
[0013]通过采用含0.1质量％或更多钒的钢作为组成机械部件的钢并使钢经过氧化，易于形成含钒膜。在此，通过在低于钢的仏相变点的温度范围内进行氧化，在氧化过程中并不发生相变并且可抑制由于热处理导致的形状变化或变形。另外，通过在低于钢的A1相变点的温度范围内进行氧化，钢的母相(mother phase)保持在铁素体状态，其中碳的固溶度极限低，并且可抑制脱碳的发生。
[0014]缺少氨气的热处理气体表示基本不包含氨气，但并不排除杂质水平的氨气混合物。
[0015]在上述制造机械部件的方法中的形成膜的步骤中，元件可以是锻造的。
[0016]当机械部件的制造方法包括锻造步骤时，可通过使该机械部件在锻造步骤中经过氧化来高效形成含钒膜。
[0017]在上述制造机械部件的方法中，热处理气体可包含吸热转化的气体。因此，可实现富氮层的形成，同时易于调节气氛中的碳势。
[0018]在上述制造机械部件的方法中，热处理气体可以是氮气和还原气体的气体混合物。
[0019]因此，可用含氮的还原性热处理气体形成富氮层，该氮气是廉价的并且易于作为氮气供应源而得到。因此，可降低热处理的成本。例如，可采用氢气、甲烷气、丙烷气、丁烷气或一氧化碳气体作为还原气。
[0020]在上述制造机械部件的方法中，热处理气体可包含氮气并且具有低于或等于KT16Pa的氧分压。
[0021]因此，可使用含氮气并且氧化能力被抑制至低水平的热处理气体，该氮气是廉价的并且易于作为氮气供应源得到。因此，可降低热处理的成本。
[0022]在上述制造机械部件的方法中，热处理气体可包含还原气使其具有低于或等于10_16Pa的氧分压。通过采用含还原气的热处理气体，可易于将氧分压降低至10_16Pa或更低。
[0023]在上述制造机械部件的方法中，还原气可以是氢气。易于得到的氢气适于作为还原气。
[0024]上述制造机械部件的方法还可包括通过将具有形成的富氮层的元件从超过或等于A1相变点的温度冷却至低于或等于Ms点的温度从而对该元件进行猝冷-硬化的步骤。因此，可易于制造具有形成的富氮层并经过猝冷-硬化的高耐久性机械部件。
[0025]在上述制造机械部件的方法中，可实施形成富氮层的步骤，使得加热至该温度范围的元件不会在形成膜的步骤中被冷却至室温。通过如此处理，可降低热处理所需的能量并缩短热处理的时间。
[0026]在上述制造机械部件的方法中，在形成膜的步骤中，可在氧化性气氛的热处理室中加热元件，并且在形成富氮层的步骤中，可用热处理气体代替热处理室中的气氛并且然后可在热处理室中加热该元件，从而形成该富氮层。通过如此处理，可使用间歇炉在机械部件上高效形成富氮层。
[0027]上述制造机械部件的方法还可包括通过将具有形成的富氮层的元件从超过或等于A1相变点的温度冷却至低于或等于Ms点的温度从而对该元件进行猝冷-硬化的步骤。在形成膜的步骤中，当元件在氧化装置中氧化时形成膜。在形成富氮层的步骤中，可经由传送装置将具有形成的膜的元件传送至富氮层形成装置，该装置通过之间的传送装置与氧化装置相连，并且然后在富氮层形成装置中形成富氮层。在猝冷-硬化元件的步骤中，该元件可在与富氮层形成装置连接的猝冷装置中经猝冷-硬化。通过如此处理，可使用连续炉在机械部件上高效形成富氮层并且可对机械部件进行猝冷-硬化。
[0028]在上述制造机械部件的方法中，机械部件可以是构成滚动轴承的部件。
[0029]诸如构成滚动轴承的轴承环和滚动元件的部件通常需要具有高疲劳强度和耐磨性。因此，其中形成富氮层的本发明的制造机械部件的方法适于作为制造构成滚动轴承的部件的方法。
[0030]本发明的有益效果
[0031]如上述说明书清楚地表示，根据本发明的制造机械部件的方法，可通过不使用氨气的快速热处理来制造在表面层具有富氮层的机械部件。
【附图说明】
[0032]图1是显示第一实施方式中制造机械部件的方法概况的流程图。
[0033]图2是用于显示制造机械部件的方法的一个示例的示意图。
[0034]图3是用于显示制造机械部件的方法的另一个示例的示意图。
[0035]图4是显示第二实施方式中制造机械部件的方法概况的流程图。
[0036]图5表示当在不同的氧化温度下形成含钒膜时，富氮层中氮的浓度分布。
[0037]图6表示没有在氧化后冷却至室温而形成的富氮层中氮的浓度分布。
[0038]实施方式描述
[0039]下文将参考附图来描述本发明的实施方式。在下文的附图中，相同或相应的元件分配相同的附图标记，并且不再重复其说明。
[0040](第一实施方式)
[0041]首先描述作为本发明的一个实施方式的第一实施方式。参考图1，在按照第