钢部件及其制造方法
【专利摘要】通过反复进行规定次数的加热/冷却处理，所述加热/冷却处理是对切削加工成所期望的形状并经碳氮共渗处理的钢材的表面进行刺激而加热后进行冷却的处理，从而在钢材的表面紧下方形成超微细结晶层，同时在所形成的超微细结晶层的下方形成规定数量以上的裂纹。由于为上述结构，因而能够提高表面或者表面紧下方的韧性，能够产生粘性，能够抑制裂纹的生长。
【专利说明】
钢部件及其制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及钢部件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]作为钢部件或其制造方法，已知下述专利文献1、2中记载的技术。在专利文献I中记载的技术中，构成如下:将钢部件放置于导入有烃系气体的密闭容器内，对除角部外的部分进行加热，同时通过来自周边的热传导使角部升温，使其为低于周边的平坦部的温度，由此可抑制角部的渗碳体的析出，可制造韧性优异的钢部件。
[0003]在专利文献2中记载的技术中，构成如下:向收纳有工件的室内导入氢和氮的混合气体而进行气氛置换，露点降低至-50°C以下后，供给乙炔和氮的混合气体后开始渗碳，由此不会被氧化膜引起的渗碳所妨碍，可制造均匀的渗碳制品。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2009-114480号公报
[0007]专利文献2:日本特开2008-260994号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]关于专利文献1、2中记载的技术，进行碳氮共渗处理，不仅内部、而且表面或者其附近的硬度也一样地提高，因而韧性降低，一旦产生裂纹，则容易生长得较大。其结果，在与其它钢部件进行滑动时，在表面或其附近容易产生剥离或粒径大的磨耗粉末，存在使钢部件的性能和寿命降低的不良情况。
[0010]因此，本发明的目的在于消除上述不良情况，提供一种可提高表面附近的韧性，在与其它钢部件进行滑动时也难以产生剥离或粒径大的磨耗粉末的钢部件及其制造方法。
[0011]用于解决课题的方案
[0012]为了实现上述目的，方案I的钢部件为如下构成，其如下而成:通过反复进行规定次数的加热/冷却处理，所述加热/冷却处理是对切削加工成所期望的形状并经碳氮共渗处理的钢材的表面进行刺激而加热后进行冷却的处理，从而在上述钢材的表面紧下方形成超微细结晶层，同时在上述所形成的超微细结晶层的下方形成规定数量以上的裂纹。
[0013]方案2为如下构成，其为由钢材制造钢部件的钢部件的制造方法，其包括:切削加工工序，其中，对上述钢材进行切削而加工成所期望的形状;碳氮共渗处理工序，其中，对上述经切削加工的钢材进行碳氮共渗处理;和裂纹形成工序，其中，通过反复进行规定次数的加热/冷却处理，所述加热/冷却处理是对上述经碳氮共渗处理的钢材的表面进行刺激而加热后进行冷却的处理，从而在上述钢材的表面紧下方形成超微细结晶层，同时在上述所形成的超微细结晶层的下方形成规定数量以上的裂纹。
[0014]方案3的钢部件的制造方法为如下构成，上述裂纹形成工序的加热/冷却处理包括对上述钢材的表面进行机械摩擦而加热后进行冷却的处理。
[0015]方案4的钢部件的制造方法为如下构成，上述裂纹形成工序的加热/冷却处理包括使颗粒或流体碰撞上述钢材的表面的处理。
[0016]发明的效果
[0017]对于方案I的钢部件来说，通过反复进行规定次数的加热/冷却处理，所述加热/冷却处理是对切削加工成所期望的形状并经碳氮共渗处理的钢材的表面进行刺激而加热后进行冷却的处理，从而在钢材的表面紧下方形成超微细结晶层，同时在所形成的超微细结晶层的下方形成规定数量以上的裂纹。由于为这样的构成，能够提高表面或者表面紧下方的韧性，能够产生粘性，能够抑制裂纹的生长。由此，在使用时与其它钢部件进行滑动时也会作为微小粒径的磨耗粉末而排出，能够难以产生剥离或粒径大的磨耗粉末，由此能够提高钢部件的性能和耐久性。
[0018]S卩，反复进行规定次数的加热/冷却处理，在钢材的表面紧下方形成超微细结晶层，同时在其下方形成规定数量以上的裂纹，由此不会使钢部件整体的残余应力降低，而能够仅释放表面紧下方的残余应力，由此能够提高表面的韧性，能够产生粘性。
[0019]其结果，在与其它钢部件进行滑动时也能够难以在表面紧下方产生剥离或粒径大的磨耗粉末，由此能够提高钢部件的性能和耐久性。
[0020]需要说明的是，本说明书中“超微细结晶层”是指具有例如几nm至Ιμπι的粒径的晶粒的层。
[0021]对于方案2的钢部件的制造方法来说，其包括下述工序:对钢材进行切削而加工成所期望的形状的切削加工工序;对经切削加工的钢材进行碳氮共渗处理的碳氮共渗处理工序;和裂纹形成工序，在该裂纹形成工序中，通过反复进行规定次数的加热/冷却处理，所述加热/冷却处理是对经碳氮共渗处理的钢材的表面进行刺激而加热后进行冷却的处理，从而在钢材的表面紧下方形成超微细结晶层，同时在所形成的超微细结晶层的下方形成规定数量以上的裂纹。由于为这样的构成，如上所述，能够提高表面或者表面紧下方的韧性，能够产生粘性，能够抑制裂纹的生长。由此，在与其它钢部件进行滑动时也会作为微小粒径的磨耗粉末而排出，能够难以产生剥离或粒径大的磨耗粉末，由此能够提高所制造的钢部件的性能和耐久性。
[0022]S卩，反复进行规定次数的加热/冷却处理，在钢材的表面紧下方形成超微细结晶层，同时在其下方形成规定数量以上的裂纹，由此不会使钢部件整体的残余应力降低，而能够仅释放表面紧下方的残余应力，由此能够提高表面的韧性，能够产生粘性。
[0023]其结果，在与其它钢部件进行滑动时也能够难以在表面紧下方产生剥离或粒径大的磨耗粉末，由此能够提高所制造的钢部件的性能和耐久性。
[0024]对于方案3的钢部件的制造方法来说，裂纹形成工序的加热/冷却处理包括对钢材的表面进行机械摩擦而加热后进行冷却的处理。由于为这样的构成，除了上述效果以外，还能够简易地进行对钢材的表面进行刺激而加热的处理。
[0025]对于方案4的钢部件的制造方法来说，裂纹形成工序的加热/冷却处理包括使颗粒或流体碰撞钢材的表面的处理。由于为这样的构成，除了上述效果以外，还能够简易地进行对钢材的表面进行刺激而加热的处理。
【附图说明】
[0026]图1是示出本发明的实施例的钢部件的制造方法的工序图。
[0027]图2是示出作为根据图1所示的工序图所制造的钢部件的一例的车辆用自动变速机的主传动齿轮的正面图。
[0028]图3是根据图1所示的工序图所制造的齿轮的表面紧下方的金属组织的截面TEM(Transmiss1n Electron Microscope:透射型电子显微镜)图像(照片)。
[0029]图4同样是根据图1所示的工序图所制造的齿轮的表面紧下方的金属组织的截面TEM图像(照片)。
[0030]图5是示出根据图1所示的工序图所制造的齿轮的表面紧下方的由X射线衍射法得到的残余应力的测定结果的数据图。
[0031]图6是图5的数据的测定部的说明图(照片)。
【具体实施方式】
[0032]以下，根据附图对本发明的钢部件及其制造方法的【具体实施方式】进行说明。
[0033]实施例
[0034]图1是用于实施该实施例的钢部件的制造方法的工序图，图2是示出作为根据图1所示的工序图所制造的钢部件的一例的车辆用自动变速机的主传动齿轮的正面图。
[0035]参照图1，首先对该实施例的钢部件的制造方法进行说明，在SlO中利用机床对圆筒形的钢材的圆周进行切齿(切削加工)而加工成接近图2所示的完成品的所期望的形状(S:工序)。以下，也将各工序中得到的至完成品之前的半成品称为“工件”。
[0036]如上所述，作为钢部件，以图2所示的车辆用自动变速机的主传动齿轮(下文中称为“齿轮” HO为例。齿轮10是使类似形状的其它齿轮与齿面接触并咬合从而传递变速驱动力。齿轮10的齿面由渐开线等构成，因而包括曲面。
[0037]接下来，进行至S12，对工件(经加工的钢材)进行剃齿加工(磨削加工)。具体地说，利用剃齿刀对经切削加工的工件的齿形进行精切削。
[0038]接下来，进行至S14，利用公知的方法进行碳氮共渗处理(或者渗碳处理)。通过该处理，工件从表面或者表面附近(表面紧下方)至内部被提高至特定的均匀硬度。
[0039]接下来，进行至S16，减小经碳氮共渗处理的工件的表面的凹凸等，进行磨齿(精研磨)。需要说明的是，可以省略该工序。
[0040]接下来，进行至S18，对经精研磨的工件的表面进行刺激而加热。加热通过对工件的表面进行机械摩擦、或实施对工件的表面喷射颗粒(珠)的喷丸X卜)处理来进行，由此，使工件的表面温度由150°C上升至200°C左右。
[0041]机械摩擦处理通过以适当的压力将夹具按压至工件的表面并同时进行摩擦来进行。喷丸处理通过以适当的时间向工件的表面喷射硅或陶瓷制的硬颗粒、或油、水等(流体)来进行。需要说明的是，也可以代替喷丸处理而进行喷丸硬化卜一二 V夕'')处理(使用金属颗粒或油、超声波、激光等)或者喷镀。
[0042]接下来，进行至S20，使经加热的工件与空气、水或者油接触，快速地冷却。关于冷却，使工件与空气等接触适当的时间，从而将工件快速地冷却。
[0043]接下来，进行至S22，将计数器C的值作为I个增量，进行至S24，判断计数器C的值是否为Cref (规定值。例如10)以上。
[0044]在S24中被否定时，返回到S18;另一方面，被肯定、判断为反复进行了规定次数的加热/冷却处理时，终止作业。需要说明的是，S18的处理为与S16的精研磨类似的处理，因而，为了得到与S18的处理同样的效果，也可以设定S16的处理条件。
[0045]或者，在S24之后可以适当追加最终研磨等工序。该最终研磨包括机械研磨、化学研磨或者电解研磨等。或者，也可以在S24之后对表面进行DLC(Diamond Like Carbon，类钻碳)或一■硫化钥等的涂布。
[0046]图3是根据图1所示的工序图所制造的齿轮10的表面紧下方的金属组织的截面TEM图像(照片)。
[0047]通过进行上述SlO至S24的处理，在工件(钢材。齿轮10)的表面紧下方，更具体而言，在从表面起至少10nm下方从该处起至500nm之间的规定区域，如图所示形成超微细结晶层，同时在所形成的超微细结晶层的下方的微细结晶层(通常的结晶层)形成规定数量以上的裂纹(crack)(换言之，在通过碳氮共渗处理所形成的结晶区域难以形成裂纹)。
[0048]S卩，至从表面起400nm左右下方为止之间形成超微细结晶层，同时在其下方的微细结晶层形成规定数量以上的裂纹。该规定数量优选为裂纹彼此不相连的数量，例如为I个/μm2至100个/μπι2。在图3所示的情况下，以2个/Ιμπι2左右形成。
[0049]图4同样是根据图1所示的工序图所制造的齿轮10的表面紧下方的金属组织的截面TEM图像(照片)。图3所示的示例为对工件的表面进行机械摩擦而加热的情况，图4所示的示例为通过喷丸处理对工件的表面进行加热的情况。
[0050]在图4的情况下，在表面紧下方的规定区域也如图所示形成超微细结晶层，同时在所形成的超微细结晶层的下方的微细结晶层形成规定数量以上、更详细而言20个/Ιμπι2左右的裂纹。
[0051]需要说明的是，超微细结晶层在图3和图4所示的示例中形成于从表面起至约400nm为止之间。
[0052]图5是对于根据图1所示的工序图所制造的齿轮10利用X射线衍射法对如该图的右部所示那样在图示的方向切下齿面的一部分时齿面紧下方的上述规定区域中的水平方向和垂直方向的残余应力进行测定时的数据图，图6是图5的数据的测定部的说明图(照片)。
[0053]该图中，左端示出刚对工件(齿轮10)进行了碳氮共渗处理不久后(S14的工序后)的规定区域中的残余应力(该图左端)的测定值，其右侧示出进行了喷丸+冷却、机械摩擦+冷却、仅机械摩擦这三种处理时的规定区域中的残余应力的测定值。
[0054]如图所示，通过进行喷丸+冷却、或者机械摩擦+冷却，残余应力在水平/垂直方向减少，特别是通过喷丸+冷却可看出在垂直方向大幅减少。另外测定到，仅机械摩擦的情况下，水平方向的值也大幅减少。
[0055]S卩，发明人由图5的测定数据发现，反复进行规定次数的参照图1的工序图所说明的加热/冷却处理，在钢材的表面紧下方的规定区域形成超微细结晶层，同时在其下方形成规定数量以上的裂纹，由此表面紧下方的规定区域的残余应力仅释放图示的值，换言之，在表面紧下方的规定区域中韧性仅提高该部分，由此完成了本发明。
[0056]发明人基于上述技术思想发现:由此能够使齿轮(钢部件)10产生粘性，同时能够抑制裂纹的生长，其结果，在与其它齿轮进行滑动时也能够作为微小粒径的磨耗粉末从表面紧下方的规定区域排出，能够难以产生剥离或粒径大的磨耗粉末，由此能够提高所制造的齿轮10的性能和耐久性。
[0057]如上所述，对该实施例的钢部件(齿轮10)来说，通过反复进行规定次数的加热/冷却处理，所述加热/冷却处理是对切削加工成所期望的形状并经碳氮共渗处理的钢材的表面进行刺激而加热后进行冷却的处理，从而在上述钢材的表面紧下方(更详细而言，其规定区域)形成超微细结晶层，同时在上述所形成的超微细结晶层的下方形成规定数量以上的裂纹(S10至S24)。由于为这样的构成，能够提高表面或者表面紧下方的韧性，能够产生粘性，能够抑制裂纹的生长。由此，在使用时与其它钢部件(齿轮10)进行滑动时也会作为微小粒径的磨耗粉末而排出，从而能够难以产生剥离或粒径大的磨耗粉末，由此能够提高齿轮(钢部件)10的性能和耐久性。
[0058]S卩，反复进行规定次数的加热/冷却处理，在钢材的表面紧下方形成超微细结晶层，同时在其下方形成规定数量以上的裂纹，由此能够在不使钢部件整体的残余应力降低的情况下仅释放表面紧下方的残余应力，由此能够提高表面的韧性，能够产生粘性。
[0059]其结果，在与其它钢部件进行滑动时也能够难以在表面紧下方产生剥离或粒径大的磨耗粉末，由此能够提高齿轮(钢部件HO的性能和耐久性。
[0060]另外，在由钢材制造钢部件的钢部件(齿轮1)的制造方法中包括:切削加工工序(SlO)，其中，对上述钢材进行切削而加工成所期望的形状;碳氮共渗处理工序(S14)，其中，对上述经切削加工的钢材进行碳氮共渗处理;和裂纹形成工序(S18至S24)，其中，通过反复进行规定次数(Cref)的加热/冷却处理，所述加热/冷却处理是对上述经碳氮共渗处理的钢材的表面进行刺激而加热后进行冷却的处理，从而在上述钢材的表面紧下方(更详细而言，其规定区域)形成超微细结晶层，同时在上述所形成的超微细结晶层的下方(微细结晶层)形成规定数量以上的裂纹，由于为这样的构成，如上所述，能够提高表面或者表面紧下方的韧性，能够产生粘性，能够抑制裂纹的生长。由此，在使用时与其它钢部件进行滑动时也会以微小粒径的磨耗粉末的方式排出，从而能够难以产生剥离或粒径大的磨耗粉末，由此能够提尚所制造的齿轮(钢部件)1的性能和耐久性。
[0061]S卩，反复进行规定次数的加热/冷却处理，在钢材的表面紧下方形成超微细结晶层，同时在其下方形成规定数量以上的裂纹，由此能够在不使钢部件整体的残余应力降低的情况下仅释放表面紧下方的残余应力，由此能够提高表面的韧性，能够产生粘性。
[0062]其结果，在与其它钢部件进行滑动时也能够难以在表面紧下方产生剥离或粒径大的磨耗粉末，由此能够提高所制造的齿轮(钢部件HO的性能和耐久性。
[0063]另外，上述裂纹形成工序的加热/冷却处理(S18至S20)包括对上述钢材的表面进行机械摩擦而加热后进行冷却的处理，由于为这样的构成，除了上述效果以外，还能够简易地进行对钢材的表面进行刺激而加热的处理。
[0064]另外，上述裂纹形成工序的加热/冷却处理(S18至S20)包括使颗粒或流体碰撞上述钢材的表面(例如喷丸处理、喷丸硬化处理、喷镀等)的处理，由于为这样的构成，除了上述效果以外，还能够简易地进行对钢材的表面进行刺激而加热的处理。
[0065]需要说明的是，在上文中作为钢部件例示出车辆用自动变速机的齿轮，但不限定于此，钢部件可以为任何部件。
[0066]工业实用性
[0067]根据本发明，通过反复进行规定次数的加热/冷却处理，所述加热/冷却处理是对切削加工成所期望的形状并经碳氮共渗处理的钢材的表面进行刺激而加热后进行冷却的处理，从而在钢材的表面紧下方形成超微细结晶层，同时在所形成的超微细结晶层的下方形成规定数量以上的裂纹。由于为这样的构成，能够提高表面或者表面紧下方的韧性，能够产生粘性，能够抑制裂纹的生长。
[0068]符号说明
[0069]10齿轮(钢部件)
【主权项】
1.一种钢部件，其特征在于，其如下而成:通过反复进行规定次数的加热/冷却处理，所述加热/冷却处理是对切削加工成所期望的形状并经碳氮共渗处理的钢材的表面进行刺激而加热后进行冷却的处理，从而在所述钢材的表面紧下方形成超微细结晶层，同时在所述所形成的超微细结晶层的下方形成规定数量以上的裂纹。2.一种钢部件的制造方法，其为由钢材制造钢部件的钢部件的制造方法，该制造方法的特征在于，其包括:切削加工工序，其中，对所述钢材进行切削而加工成所期望的形状;碳氮共渗处理工序，其中，对所述经切削加工的钢材进行碳氮共渗处理;和裂纹形成工序，其中，通过反复进行规定次数的加热/冷却处理，所述加热/冷却处理是对所述经碳氮共渗处理的钢材的表面进行刺激而加热后进行冷却的处理，从而在所述钢材的表面紧下方形成超微细结晶层，同时在所述所形成的超微细结晶层的下方形成规定数量以上的裂纹。3.如权利要求2所述的钢部件的制造方法，其特征在于，所述裂纹形成工序的加热/冷却处理包括对所述钢材的表面进行机械摩擦而加热后进行冷却的处理。4.如权利要求2所述的钢部件的制造方法，其特征在于，所述裂纹形成工序的加热/冷却处理包括使颗粒或流体碰撞所述钢材的表面的处理。
【文档编号】C21D1/06GK106068331SQ201580012489
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2015年3月11日 公开号201580012489.7, CN 106068331 A, CN 106068331A, CN 201580012489, CN-A-106068331, CN106068331 A, CN106068331A, CN201580012489, CN201580012489.7, PCT/2015/57131, PCT/JP/15/057131, PCT/JP/15/57131, PCT/JP/2015/057131, PCT/JP/2015/57131, PCT/JP15/057131, PCT/JP15/57131, PCT/JP15057131, PCT/JP1557131, PCT/JP2015/057131, PCT/JP2015/57131, PCT/JP2015057131, PCT/JP201557131
【发明人】松本谦司
【申请人】本田技研工业株式会社