高疲劳强度烧结体用预合金型钢粉和渗碳淬火材的制作方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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（〇. 08~0. 2_)。 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。
[0008]【先行技术文献】
[0009] 【专利文献】
[0010] 专利文献1 :日本特开2002-129295号公报
[0011] 专利文献2:日本特开2004-502028号公报
[0012] 专利文献3 :日本特开2007-262536号公报
[0013] 专利文献4 :日本特开2005-42612号公报
【发明内容】
[0014] 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。
[0015] 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0 :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。
[0016] 8. 10 [Ni] +3. 71 [Mo] +10. 25 [Cr] ^ 14. 45. . . (1)
[0017] 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质量份为〇. 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°C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。
[0018] 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 1〇〇质量份为〇. 1~〇. 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。
[0019] 根据本发明，通过使Ni和Cr与Mo-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】
[0020] 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。 [0021]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。
[0022] 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】
[0023] 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 度进行了研宄。其结果发现，使Ni和Cr与Mo-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。
[0024] 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。
[0025] 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