铁基烧结合金材料及其制造方法与流程

本发明涉及通过使表面硬化而提高了强度的铁基烧结合金材料及其制造方法。

背景技术：

以往，为了对金属材料赋予机械部件等所要求的耐磨耗性、耐疲劳性等材料特性，通过化学硬化法进行了表面处理。化学硬化法是使硬化成分作用于材料表面而在表面形成硬化层的方法，有渗碳处理、氮化处理、渗氮处理、渗碳氮化处理、渗硫氮化处理、硼化处理等各种处理方法。渗碳处理是从很久以前开始实施的硬化方法，得到了广泛利用，但存在因作为渗碳后的热处理而实施的淬火所产生的应变大的问题。

另一方面，利用基于氮化物的析出强化的氮化处理与渗碳处理相比，能够在较低的加热温度进行处理，能够减少热应变，但存在处理时间长、硬化层薄的问题。此外，氮化物即使硬也具有脆性，因此在强度方面也有问题。另一方面，通过氮的固溶扩散而进行的渗氮处理由于不依赖于氮化物的生成，因而能够避免由脆性引起的问题，与渗碳处理相比，热应变减小。但是，渗氮处理仍存在处理时间长、硬化层浅等缺点。例如，下述专利文献1中记载了使金属材料表面硬化的表层硬化处理方法，公开了通过对金属材料进行渗氮处理而使从表面至78μm深度为止的维氏硬度提高大于或等于5％。该深度的硬化层是通过12小时的处理得到的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本再公表专利wo2014/104085号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

渗透扩散了氮的奥氏体在实施淬火时，会发生马氏体转变，使硬度显著提高。即，表面的硬化层是通过实施这样的急冷热处理而形成的。fe-n系的奥氏体化温度与fe-c系相比较低，渗氮处理与渗碳处理相比，能够减少因热处理导致的应变。但是，如上所述，以往的渗氮处理中，难以在表面生成足够厚的硬化层。为了有效且低价地提供耐磨耗性等优异的机械部件等，需要能够实现因热处理产生的应变小且能够以短时间形成较厚的硬化层的表面硬化，并提高构成机械部件等的金属材料的材料特性。

本发明解决上述课题，并以能够有效且低价地提供通过硬化层提高了强度的金属材料且以高精度提供高品质制品为课题。

用于解决课题的方法

本发明人为了解决上述课题，对金属材料的化学硬化法进行了研究，发现通过铁基烧结合金的渗氮淬火能够得到在表面适合地形成了硬化层的金属材料，利用以上发现，实现了能够提供耐磨耗性、疲劳强度优异的链轮齿等机械部件、各种构件的技术。

根据本发明的一个方式，铁基烧结合金材料在表面具有呈现为氮过饱和固溶的马氏体相的硬化层。

上述铁基烧结合金材料可以含有0.1～1.0质量％的碳。进而还可以含有从由铬、铜、钼、锰和镍组成的组中选择的一种以上的合金化成分。合金化成分是0.15～4.5质量％的铬、0.2～4.5质量％的铜、0.1～2.0质量％的钼、0.1～3.0质量％的锰和0.2～4.5质量％的镍中的任一者。上述硬化层通过使从表面起算的深度大于或等于100μm，从而有助于提高面压疲劳强度。

此外，根据本发明的一个方式，铁基烧结合金材料的制造方法为：将含有碳粉末的铁基混合粉末成形为所希望形状的压粉体，对于上述压粉体，通过在非氧化性环境中将上述压粉体加热至1000～1300℃进行烧结而得到铁基烧结合金基材，将上述铁基烧结合金基材在含有氨气的气氛中加热至大于或等于590℃的渗氮温度而进行渗氮处理，对上述渗氮处理后的上述铁基烧结合金基材进行急冷来进行淬火。

上述淬火如果在比上述渗氮温度低的淬火温度进行，则对于抑制热应变是有效的。如果上述淬火后进一步加热至100～200℃进行回火，则对于消除应力和残留奥氏体的马氏体转变是有效的。上述铁基混合粉末所含的碳粉末可以是0.1～1.2质量％的石墨粉末。上述铁基混合粉末可以进一步含有从由铬、铜、钼、锰和镍组成的组中选择的一种以上的合金化成分。上述铁基混合粉末适合含有从由0.15～4.5质量％的铬、0.2～4.5质量％的铜、0.1～2.0质量％的钼、0.1～3.0质量％的锰和0.2～4.5质量％的镍组成的组中选择的一种以上的合金化成分。

发明效果

根据本发明，表面形成了硬化层的铁基烧结合金材料的疲劳强度、耐磨耗性等特性提高，通过减少热应变，能够高精度且低价地提供机械部件等各种制品。

附图说明

图1是对经表面硬化的铁基烧结合金材料的截面的金属组织进行拍摄所得的sem图像，(a)表示通过渗碳淬火进行了硬化的sem图像，(b)表示通过渗碳氮化淬火进行了硬化的sem图像，(c)表示通过渗氮淬火进行了硬化的sem图像。

具体实施方式

铁基烧结合金材料是以铁为主成分的合金组成的烧结材料，其如下获得，将以铁为主成分的粉末压缩成形为所希望的形状而得到压粉体，对所得到的压粉体进行加热烧结。通过在成形中例如成形为目标制品的净形或近净形，从而最终所得的烧结体成为铁基烧结合金制的制品。烧结材料是具有气孔的多孔质材料，本发明的铁基烧结合金材料也是以与成形时的压粉密度对应的气孔率具有气孔的多孔质材料。关于烧结材料，根据需要对烧结材料实施整形(サイジング)、精压(コイニング)等加工而制成制品来使用，因而这种情况下，烧结材料的表面会被致密化。以熔炼材料、铸造材料、锻造材料等形态提供的钢铁材料作为构成机械部件、结构构件等的原材料被广泛利用，具有同样的合金组成的铁基烧结合金材料也适用于各种部件、构件。因此，低价、有效地制造发挥优异的材料特性的铁基烧结合金材料是非常有用的，通过实现利用表面的硬化处理改善了材料特性的铁基烧结合金材料，能够以高品质提供动力传送部件、机械装置部件等。

本发明中的铁基烧结合金材料是通过对具有与钢铁材料同样的合金组成、即具有含碳的铁合金组成的烧结合金基材实施渗氮淬火而得到的表面硬化材料。通过实施渗氮处理，氮从合金表面渗透扩散，生成固溶了氮的奥氏体。其经过淬火而发生马氏体转变，形成氮过饱和固溶的马氏体的硬化层。氮的扩散层能够在较短时间内以从最外表面起算大于或等于100μm程度的深度形成，由此形成的硬化层对于提高面压疲劳强度是有效的。通过延长渗氮处理时间，也能够更深地形成硬化层。由硬化层带来的表面部分硬度提高有助于改善强度、耐磨耗性。由于铁基烧结合金基材是多孔质材料，因此氮的渗透扩散不仅在烧结合金基材的外表面进行，也能在气孔内进行。因此，通过渗氮淬火而形成的硬化层会达到气孔内面、即烧结合金的深部，因而能够得到与形成较深硬化层类似的效果。熔炼材料的由渗氮淬火所形成的硬化层的深度通常为50μm左右，而在烧结合金材料中，硬化层的深度容易达到200μm左右。需要说明的是，关于淬火，现实中难以进行完全的淬火，本发明中，根据氮的含量，氮化物可能分散于马氏体相中，但一定程度的氮化物的分散是允许的，不会损害作为硬化层的功能。

fe-c系的奥氏体化温度为727℃左右，而fe-n系的奥氏体化温度是与之相比低大于或等于130℃的590℃左右，因而渗氮处理可以在与渗碳处理相比低大于或等于100℃的温度进行。因此，渗氮处理后的淬火温度也可以设定为比渗碳淬火温度低的温度。因此，热应变与渗碳淬火相比能够显著减小。而且，fe-n系的共析点(2.35质量％n)与fe-c系的共析点(0.77质量％c)相比元素含量高，因而在fe-c系中，在碳量从共析点开始增加的范围(大于或等于0.77质量％)内，奥氏体化温度上升，而与之相对，在fe-n系的相同范围内，随着氮量增加(但到2.35质量％为止)，奥氏体化温度会下降。即，渗氮处理中，不仅能够在低温下使氮固溶，而且与渗碳处理相比能够增大氮的固溶量。

对于本发明的铁基烧结合金材，如下进行说明。本发明的铁基烧结合金材料是在具有含碳的铁基合金组成的烧结合金基材的表面形成有硬化层，即表面进行了硬化的铁基烧结合金材料。因此，其主要部分由含碳的铁基烧结合金构成，通过渗氮淬火生成的表面硬化层呈现为氮过饱和固溶的马氏体相。铁基烧结合金基材由如下的铁基烧结合金构成。

＜含碳的铁基烧结合金＞

使表面硬化之前的铁基烧结合金基材由含碳的铁基烧结合金构成，在表面被硬化的铁基烧结合金材料中，对于除硬化层以外的部分，是相同的合金组成。该合金组成是含碳的铁合金组成，包含碳钢、低合金钢和高合金钢等钢铁类的组成。例如，可列举铬钢、镍铬钢、镍铬钼钢、铬钼钢、镍钼钢、锰钢、锰钼钢等合金钢的组成，但不限于此，fe-cu-c合金、其他含碳的铁合金组成也包含在范畴中。通过对这样组成的铁基烧结合金基材实施渗氮淬火来形成硬化层，能够得到表面被硬化的铁基烧结合金。

对于硬化前的铁基烧结合金基材的制造，记载如下，当然，也可以从市场获得这样组成的铁基烧结合金制品，将其作为基材，实施渗氮淬火使表面硬化。后文中将描述铁基烧结合金基材的渗氮淬火。

＜铁基烧结合金基材的制造＞

铁基烧结合金基材的制造中所使用的原料粉末是含碳粉末且以铁为主成分的混合粉末(铁基混合粉末)，根据目标合金组成，可以任意配合例如铬(cr)、铜(cu)、钼(mo)、锰(mn)、镍(ni)、铝(al)、钒(v)、钛(ti)、硅(si)等合金化成分。合金化成分可以以与铁的合金粉末的形态配合于原料粉末中，或者也可以以单个粉末的形式配合。铬和钼是对改善材料的硬度、机械性质尤其有效的成分。由含有铬、铜、钼、锰和镍中的一种以上的原料粉末，可得到与上述铬钢、镍钼钢等合金钢同样组成的铁基烧结合金。在配合上述合金化成分中的任一种或全部的情形下，合金化成分在铁基烧结合金中的含量优选分别为，铬：0.15～4.5质量％，铜：0.2～4.5质量％，钼：0.1～2.0质量％，锰：0.1～3.0质量％，镍：0.2～4.5质量％。

原料粉末的调制中所使用的碳粉末使用平均粒径为1～40μm程度的石墨粉末时，向基体的扩散良好。铁和合金化成分用的单个粉末和合金粉末使用平均粒径为1～300μm程度、优选为45～150μm程度的粉末时，成形时的粉末压缩性良好，粉末的制造和操作容易，因而优选。以与目标铁基烧结合金的组成对应的比例配合各成分用的粉末，并混合均匀，将所得的混合粉末作为原料粉末，用于压粉体的成形。考虑到飞散部分(気散分)，用于调制碳含量为0.1～1.0质量％的铁基烧结合金基材的原料粉末中石墨粉末的比例可以为0.1～1.2质量％程度。此外，根据需要适当配合硬脂酸盐类等粉末润滑剂时，原料粉末的压缩性会提高。

关于原料粉末的成形，通过将原料粉末投入至具有所希望形状的腔体，并使用冲床对原料粉末进行加压压缩，从而成形为压粉体。成形压力可以根据目标制品所要求的密度来适当设定，一般而言，可以设定在250～800mpa程度的范围内。

对通过如上所述的成形而得到的压粉体进行加热、烧结，从而可得到密度为6.0～7.6mg/m³程度的烧结体、即铁基烧结合金基材。烧结温度根据铁基烧结合金的组成而设定为适当的温度，一般而言，可以设定在1000～1300℃程度的温度范围内。如果烧结环境为氧化性，则会进行烧结合金的氧化，因而烧结在“对于压粉体为非氧化性的环境”，即压粉体不进行氧化的环境中进行。具体地，可以在减压下或在氩气、氮气等非活性气体的非氧化性气氛中进行烧结。在压粉体不含铬和钼时，由于吸热型转换气体(吸熱型変成ガス)对于压粉体不产生氧化作用，因而烧结气氛中还可以使用吸热型转换气体。即，根据压粉体的组成，吸热型转换气体也可以为“对于压粉体为非氧化性的环境”。含氢的气氛气体具有将粉末表面的氧还原并促进烧结的优点。优选使用露点低的气氛。通过这样的加热烧结，得到铁基烧结合金基材，将炉内冷却而回收铁基烧结合金基材。

＜渗氮淬火＞

渗氮淬火通过使铁基烧结合金基材与渗氮用气体接触来进行，因而需要调整铁基烧结合金基材的气氛条件。因此，在将从烧结炉回收的铁基烧结合金基材导入至淬火炉前后，如下调整淬火炉内的气氛条件。

作为在实施渗氮淬火之前进行的气氛调整，对炉内进行抽真空和利用氮气进行压力恢复(氮气置换)，将氧充分除去。将铁基烧结合金基材配置在这样调整了气氛的炉内。然后，再次进行抽真空，将50pa左右的低压力维持10～30分钟程度，优选为20分钟左右。由此，将铁基烧结合金基材的气孔中的残留气体除去。进一步，利用氮气进行压力恢复，开始加热，使炉内温度上升至渗氮温度。渗氮温度是大于或等于奥氏体化温度的温度、即大于或等于590℃，在590～900℃程度进行渗氮。考虑到渗氮速度和热应变，优选650～800℃程度的温度范围。将铁基烧结合金基材搬入炉内并进行抽真空和升温的时间可以小于或等于约1小时左右。

炉内温度达到渗氮温度后，维持该温度，静置10～30分钟程度、优选静置20分钟左右，以使铁基烧结合金基材的温度整体上达到均等。然后，向炉内供给渗氮用气体，开始渗氮处理。

渗氮处理通过使渗氮用气体与铁基烧结合金基材接触来进行。作为渗氮用气体，使用含有氨气的气体，在含有氨气和氮气的气氛中进行渗氮。利用氨气和氢气的混合气体也能够进行渗氮，因此也可以使用这样的气体。氨气加热时会变得不稳定而热分解成氮分子和氢分子。如果存在钢铁，则会因其催化作用而仅在热钢的表面产生原子状的氮和氢，活性的原子状氮会渗透扩散到钢铁内部。在加热至大于或等于奥氏体化温度(约590℃)的铁基烧结合金基材的表面，活性的原子状氮会渗透至合金内，同时会进行氮的固溶，发生扩散(渗氮)，表层部呈现为fe-n奥氏体相。由于伴随上述那样的分解反应而进行渗氮，因此优选使用氨气与氮气为1:2的混合气体作为渗氮用气体。渗氮的进行速度取决于氮浓度，fe-n系中氮的固溶极限为约2.8质量％n，比fe-c系中碳的固溶极限(2.1质量％c)大。渗氮处理可以进行30～180分钟程度，优选进行120～180分钟程度，由此，能够形成深度大于或等于100μm程度的硬化层。氮固溶的深度根据处理条件而变动，通过延长渗氮处理时间，能够使氮更深地渗透扩散，淬火后所得的硬化层的深度会增加。优选按照可形成大于或等于200μm程度的深度的硬化层的方式设定渗氮时间。

fe-n奥氏体相通过急冷而相变为氮过饱和固溶的马氏体(氮马氏体)，形成具有高硬度和疲劳强度的硬化层。因此，通过对渗氮后的铁基烧结合金基材实施淬火，可在表面形成硬化层。淬火温度只要大于或等于奥氏体化温度即可，可以在640～800℃进行，但为了降低热应变，可以将淬火温度设定为比渗氮温度低的温度。因此，淬火温度的设定优选为640～720℃程度，更优选设定为660～700℃，可以在渗氮处理后使炉内温度下降至淬火温度。此时，从抑制热应变的观点出发，希望避免温度急剧下降，温度下降的速度可以设定为0.6～1.0℃/分钟程度，优选为0.8℃/分钟程度。

当炉内温度达到淬火温度后，在淬火温度下将温度维持10～30分钟程度，优选将温度维持20分钟程度，以使铁基烧结合金基材的温度整体上达到均等。然后，停止供给渗氮用气体，使用淬火液或气体进行急冷，从而通过奥氏体相的马氏体转变而发生表层部的硬化，实施淬火。淬火液可以使用油或水，优选为使用40～150℃程度的油的油淬。气体希望使用氮、氩等非活性气体。进行冷却，直至铁基烧结合金基材的温度小于或等于50℃程度。

经淬火所得到的铁基烧结合金材料在表面具有呈现为氮过饱和固溶的马氏体相的硬化层。在表面的硬化层中，氮固溶而浓度上升。该铁基烧结合金材料由于从比渗碳淬火低的淬火温度开始冷却，因此与渗碳淬火材料相比热应变小。如果对该铁基烧结合金材料实施回火，则能够进一步除去应力，同时能够使残留奥氏体相变为马氏体，使组织稳定化，且赋予柔韧度。回火适合为能防止脆化的低温回火，回火温度可以设定为100～200℃程度、优选为150～200℃程度。回火的加热时间只要为1小时左右即可，可以在大气(空气)气氛、氮气氛、还原性气氛的任一种中进行。

如上所述得到的铁基烧结合金材料，通过经渗氮淬火而在表面形成的硬化层，从而使硬度提高，由于硬化层形成为大于或等于100μm的深度，因此有助于提高面压疲劳强度。具体而言，通过对硬度(维氏硬度)为100～350hv程度的铁基烧结合金基材进行渗氮淬火，从而距表面0.1mm处的硬度会提高到大于或等于800hv程度。通过这样的表面硬化，能够提供改善了耐摩擦性且降低了磨耗量的铁基烧结合金材料。

本发明中，根据奥氏体化温度的不同，渗氮温度会低于渗碳温度，淬火也可以在低温下进行。而且，在上述制造方法中，通过将淬火温度设定得比渗氮温度低，从而淬火后的热应变进一步减小。因此，得到的铁基烧结合金材料中的热应变与渗碳淬火时的热应变相比会减半，因而能够显著地提高制品的尺寸精度。

如此，利用渗氮淬火能够以高尺寸精度制造表面硬化了的铁基烧结合金材料，能够提供适用于机械部件、结构构件且面压疲劳强度和耐磨耗性优异的铁基烧结合金制品。在机械部件等中，根据应用领域不同，所要求的精度、品质有时会不同，也可以根据需要在对铁基烧结合金材料适当实施整形、精压、滚轧等加工之后进行渗氮淬火。即使实施这样的加工，也会在经致密化的表层中残留气孔，因而会进行渗氮。这种情况下，可作为多孔质的铁基烧结合金材料的表面进行了致密化的制品提供。对于通过实施本发明能够提供优异材料的合金组成(表示组成比例的数值为质量％)，如下例示。

(fe-c系烧结合金)

铁材料因制造方法而含有微量的不可避免杂质，碳钢中也含有微量(小于1％)的锰等。作为含有0.02～2％程度的碳的铁-碳合金的碳钢具有韧性，可以用于汽车部件、机械装置的结构部件等的制造，但由于硬度较低，因此通过进行利用渗氮淬火的表面硬化，能够提供提高了耐久性的各种部件。对于具有与碳钢同样的合金组成的fe-c系烧结合金，也能够通过利用渗氮淬火的表面硬化来提高耐久性，例如，将本发明的技术应用于具有与碳量为0.45％的机械结构用碳钢(jis标准的s45c)、碳量为0.9～1.0％的碳工具钢(jis标准的sk95)等同样的合金组成的烧结合金材料，能够提供耐久性优异的fe-c系烧结合金的机械部件、工具等。

(fe-cr-c系烧结合金)

铬钢(jis标准的scr435、scr440、scr445等)、不锈钢(jis标准的sus420等)、高碳铬轴承钢(jis标准的suj2)等含有0.15～4.5％程度的铬、0.2～1.0％程度的碳和作为不可避免杂质的锰。此外，铬钼钢(jis标准的scm435、scm440等)含有0.9～1.2％程度的铬、0.1～0.2％程度的钼、0.35～0.5％程度的碳和不可避免的杂质，是具有较高强度的材料，因而可用作结构材料。fe-cr-c系合金的渗氮淬火的有效性高，如果硬化层中分散有铬氮化物则效果会提高。因此，对于fe-cr-c系烧结合金，也能够通过利用渗氮淬火的表面硬化来提高耐久性，将本发明的技术应用于具有与上述钢材料同样的合金组成的烧结合金材料，能够提供耐久性优异的fe-c系烧结合金的机械部件、工具等。

(fe-cu-c系烧结合金)

铜钢含有0.2～4.5％程度的铜、0.4～1.0％程度的碳和不可避免的杂质。可用作一般结构材料。将本发明的技术应用于具有与这样的钢材料同样的合金组成的烧结合金材料时，能够提供耐久性优异的fe-cu-c系烧结合金作为一般结构材料等。

(fe-ni-mo-c系烧结合金)

镍钼钢含有0.2～5.0％程度的镍、0.1～2.0％程度的钼、0.2～1.0％程度的碳和不可避免的杂质。其是通过镍而赋予了韧性和耐磨耗性、通过钼而赋予了耐磨耗性的组成。通过镍、钼，使淬火性提高并抑制回火时的软化，因此将本发明的技术应用于具有与上述钢材料同样的合金组成的烧结合金材料时，形成了硬化层的铁基烧结合金材料显示出非常高的硬度。

(fe-mn-mo-c系烧结合金)

锰钼钢含有0.1～3.0％程度的锰、0.1～2.0％程度的钼、0.2～1.0％程度的碳，是具有高拉伸强度的组成。

其是通过锰而赋予了韧性和耐磨耗性，通过钼而赋予了耐磨耗性的组成。由于通过钼可抑制回火时的软化，因此将本发明的技术应用于具有与上述钢材料同样的合金组成的烧结合金材料时，形成了硬化层的铁基烧结合金材料显示出非常高的硬度。

实施例1

(试样1)

在fe-cr-mo-mn合金粉末中配合石墨粉末并均匀混合，从而调制整体组成(质量％)由cr：0.5％、mo：0.2％、mn：0.2％、c：0.5％和余量的铁构成的原料粉末。使用该原料粉末，进行以下的成形和烧结。

准备具有外径50mm、内径30mm、长度6mm的圆环形状腔体的模具，将原料粉末投入至腔体，用冲床进行加压压缩，从而成形为压粉密度为7.2mg/m³程度的压粉体。将该压粉体置于烧结炉内，在90％氮和10％氢的混合气体气氛中加热至1200℃，烧结60分钟后降低炉内温度，得到试样1的铁基烧结合金基材。需要说明的是，对于密度，根据阿基米德法，将压粉体浸渍在液体防锈油中，从而在室温测定变化的重量，基于所得的重量变化来确定。

(试样2)

在铁粉末中配合铜粉末、石墨粉末和成形润滑剂，调制由cu：1.5％、c：0.6％和余量的铁构成的原料粉末，使用该原料粉末，与试样1同样地制作压粉体并将该压粉体置于烧结炉内，在90％氮和10％氢的混合气体气氛中加热至1130℃，烧结60分钟后降低炉内温度，得到试样2的铁基烧结合金基材。

(试样3)

在fe-mo合金粉末中配合镍粉末、石墨粉末和成形润滑剂，调制由mo：1.5％、ni：2.0％、c：0.5％和余量的铁构成的原料粉末来使用，除了这一点以外，重复进行与试样1同样的操作，得到试样3的铁基烧结合金基材。

(试样4)

在fe-mo合金粉末中配合fe-mn合金粉末、铜粉末、石墨粉末和成形润滑剂，调制由mn：1.3％、mo：0.5％、cu：1.0％、c：0.5％和余量的铁构成的原料粉末来使用，除了这一点以外，重复进行与试样1同样的操作，得到试样4的铁基烧结合金基材。

(渗氮淬火)

对于上述试样1～4的各个铁基烧结合金基材，在实施尺寸匹配加工(加工后的试样长度：5.6mm)后，通过进行如下操作来实施渗氮淬火和回火。需要说明的是，在以下操作中，渗氮温度设定为780℃(试样1～3)或740℃(试样4)，将淬火温度设定为700℃，将回火温度设定为180℃。

在对热壁型渗氮淬火炉的炉内进行抽真空后，供给氮气进行压力恢复，将铁基烧结合金基材置于炉内，在进行20分钟抽真空后，供给氮气进行压力恢复。对炉内进行加热，经40分钟左右升温至渗氮温度。在达到渗氮温度后，维持温度并静置20分钟。然后，使用氨气与氮气的混合气体(流量比＝1/2)作为渗氮用气体，开始供给渗氮用气体，使其与铁基烧结合金基材接触来进行渗氮处理。在持续进行180分钟渗氮处理后，使炉内温度以0.8℃/分钟的冷却速度降低至淬火温度，并将该温度维持20分钟。然后，停止供给渗氮用气体，使用65℃的油作为淬火液，对铁基烧结合金基材进行急冷，从而实施淬火。

进而，对通过淬火进行了表面硬化的铁基烧结合金材料在大气气氛的炉内以回火温度加热60分钟从而实施回火，然后，停止加热，自然冷却，回收铁基烧结合金材料。

(渗碳淬火)

代替渗氮用气体而使用气体渗碳剂(含有一氧化碳和烃的煤气)，将加热温度从渗氮温度变更为渗碳温度，在渗碳处理后不降低温度并在渗碳温度进行淬火，除此之外，重复进行与渗氮淬火相同的操作。进行同样的回火，得到对试样1～4的铁基烧结合金基材实施了渗碳淬火的铁基烧结合金材料。需要说明的是，渗碳温度设定为850℃(试样1、3和4)或900℃(试样2)。

(硬度的测定)

对于各个试样1～4，使用洛氏硬度试验机(株式会社akashi制，ark-f1000)测定表面硬化后的铁基烧结合金材料的硬度(hra)。测定是在室温利用圆锥形金刚石压头以载荷60kgf(588n)进行的，得到作为5点测定的平均值的值。进而，对于用5％硝酸乙醇腐蚀液实施了腐蚀处理的铁基烧结合金材料的截面，使用微小硬度测定装置(株式会社三丰制，hm-200)测定(载荷0.98n)从表面起算深度0.1mm处的硬度(维氏硬度hv)，得到作为5点测定值的平均值的值。将结果示于表1。

[表1]

由表1可知，对于试样1～4中的任一个，通过渗氮淬火得到的铁基烧结合金基材中深度1mm处的硬度与渗碳淬火的情形相比显著提高，适当地完成了表面硬化。

此外，对于试样2，在铁基烧结合金材料的截面中测定了从表面起算深度1.0mm处的硬度，结果在渗氮淬火时为700hv，在渗碳淬火时为610hv。由此可认为，渗氮淬火时氮的渗透扩散达到了接近1mm的深度。

实施例2

准备具有用于成形滚柱外母线直径为94.425mm的可变相系统用链轮齿的腔体的模具。配合fe-mo-ni合金粉、石墨粉末和成形润滑剂，调制整体组成(质量％)由mo：0.55％、ni：0.55％、c：0.25％以及余量的铁和不可避免的杂质量构成的混合粉末，将其用作原料粉末，通过与实施例1同样的操作，制作具有链轮齿形状的铁基烧结合金制基材。然后，对齿部实施滚轧处理，进行齿部最外表面的致密化。

使用上述基材，与实施例1同样地进行渗氮淬火或渗碳淬火，得到在表面形成了硬化层的链轮齿形状的铁基烧结合金材料。其中，渗氮温度设定为700℃，渗碳温度设定为900℃。

进而，使用上述基材，对基材实施渗碳氮化淬火，从而得到在表面形成了硬化层的链轮齿形状的铁基烧结合金材料。渗碳氮化淬火如下实施，即，代替上述渗碳淬火中的气体渗碳剂，使用加入了氨气的气体渗碳剂作为渗碳氮化用的气氛气体，将加热温度从渗碳温度变更为渗碳氮化温度(780℃)，除此以外，重复实施与上述渗碳淬火同样的操作。

对于上述所得的3种合金材料，分别对截面的金属组织进行拍摄，将得到的sem图像示于图1中。图1中，(a)是经渗碳淬火得到的sem图像，(b)是经渗碳氮化淬火得到的sem图像，(c)是经渗氮淬火得到的sem图像。此外，测定从合金材料截面的表面起算0.1mm处的硬度，结果从表面起算0.1mm处的硬度为680hv(渗碳淬火)、680hv(渗碳氮化淬火)、700hv(渗氮淬火)。进而，通过三球式点蚀试验测定7.0g/cm³时的面压疲劳强度(温度：室温，转速：600min^-1，使用油：mtf-iii，球材料：suj-2)，结果面压疲劳强度为2.35gpa(渗碳淬火)、2.35gpa(渗碳氮化淬火)、2.40gpa(渗氮淬火)。

进一步，基于作为根据应变解析得到的椭圆量的应变测量，评价链轮齿形状的应变，结果椭圆量的平均值为156μm(渗碳淬火)、119μm(渗碳氮化淬火)、60μm(渗氮淬火)。可知，由渗氮淬火引起的应变减少到渗碳淬火时的应变的40％程度。

本申请的公开与2017年11月10日申请的日本特愿2017-217064号中记载的主题相关联，其全部的公开内容通过引用而援用于此。

应该注意的是，除了已经描述的内容以外，在不脱离本发明的新颖且有利的特征的情况下，也可以对上述实施方式进行各种修改、变更。因此，那样的所有修改、变更都应该包括在附加的权利要求书中。

工业上的可利用性

能够在铁基烧结合金的表面以合适的深度形成利用渗氮处理而得到的硬化层，能够以高尺寸精度提供硬度、耐磨耗性和面疲劳强度优异的烧结构件，因而适用于链轮齿、齿轮、辊、电机等的轴等各种要求耐久性的机械部件，能够通过提高品质和降低制造成本来对制品的普及做出贡献。