滲碳部件的制造方法

專利名稱：滲碳部件的制造方法
技術領域：
本發明涉及在制造滲碳部件時通過根據部件的部位改變表面粗糙度來抑制滲碳的技術。
背景技術：
構成機械類的鋼部件包括較多摩擦部分，因此多數情況下被要求具有抗磨損性。 通過對由鋼材形成的部件的表面進行滲碳處理來提高抗磨損性的技術也被應用于用于汽車的部件。實際上經滲碳處理的部件被用在汽車的各個地方。
如果對整個部件進行滲碳處理，雖然通過滲碳處理，部件的表面硬度提高，但存在難以加工、焊接時容易發生破裂或裂紋等問題。因此，存在希望只對必要的部位局部進行滲碳處理的需要。因此，為了獲得對不需要進行滲碳處理的非滲碳處理部沒有實施滲碳處理的部件，而進行了各種各樣的研究。
專利文獻1公開了與抑制并防止滲碳以及金屬塵化的方法相關的技術。通過對與高溫碳氣體接觸的金屬部件的表面預先實施塑性加工或塑性變形，能夠抑制滲碳處理時的滲碳深度。其結果是，能夠抑制金屬或合金在被稱作金屬塵化的滲碳氛圍中被分解成塵狀、 并且這些塵狀物通過氣流等被吹走從而形成凹陷或產生摩擦損耗的現象。
專利文獻2公開了與焊接部的滲碳防止方法相關的技術。鑒于在焊接接縫部發生滲碳的情況，在對基材進行第一層焊接后從基材的背面開始涂布或附著含硅物質，并利用第二層及其以后的焊接熱使所述含硅物質發生反應或熔融從而形成由二氧化硅構成的氧化物覆膜。由此，可通過形成氧化物覆膜來防止焊接部的滲碳。
專利文獻3公開了有關滲碳抑制材料的技術。在形成螺紋部的預定位置形成銅合金覆膜，然后在對部件進行滲碳時抑制所述部分的滲碳。
專利文獻4公開了與滲碳處理中的滲碳防止方法相關的技術。在想要防止滲碳的部分形成作為掩模材料的錫覆膜，來抑制所述部分的滲碳。
專利文獻5公開了有關滲碳防止方法的技術。在想要防止滲碳的部分涂布包含第一物質和第二物質的兩種以上的滲碳防止劑。第一物質是例如硼酸或氧化硼那樣的在第一溫度至處理溫度的溫度區域依次熔化并可依次覆蓋金屬表面的物質。第二物質是例如橡膠和粘合材料的混合物那樣的可在常溫到至少第一溫度的溫度區域覆蓋金屬表面的物質。通過這樣的構成，能夠通過在滲碳處理時預先涂布滲碳防止劑來實現滲碳處理的防止。
在先技術文獻
專利文獻
專利文獻1 日本特開平1H69540號公報
專利文獻2 本特開昭61-186166號公報
專利文獻3 本特開2007-302969號公報
專利文獻4 本特開平11-3(^821號公報
專利文獻5 本特開2000-096132號公報

發明內容
發明要解決的問題但是，專利文獻1至專利文獻5中存在以下說明的問題。近年來，削減汽車成本的必要性日益變得緊迫，并且對于進行滲碳處理的部件來說，重新考慮制造方法以削減成本也變得緊迫。但是，如果采用專利文獻2至專利文獻5所述的在滲碳處理之前在非滲碳處理部形成覆膜的方法，則在滲碳處理后需要進行去除覆膜的工序。如此，若加工工序增多，加工部件的成本就會變高。另外，在專利文獻1所述的方法中，在滲碳處理之前也需要對非滲碳處理部進行塑性加工或施加塑性變形的加工，因此需要加工成本。成為非滲碳處理部的部分多為不特別要求機械精度的部分，在此情況下實施塑性加工或施加塑性變形的加工僅僅是為防止滲碳處理所需要的。從而成本會變高。另外，申請人研究了通過改善滲碳處理方法來縮短滲碳處理所需的時間。但是，在為抑制滲碳部分而增加工序的如專利文獻1至專利文獻5所示那樣的迄今已知的方法中， 即使能夠縮短滲碳處理的時間，為了設置非滲碳處理部，前置時間也會變長。因此從結果上來看導致成本增加，是不理想的。因此，為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種能夠有助于削減成本的滲碳部件制造方法。用于解決問題的手段為了達到所述目的，根據本發明的一個方面的滲碳部件制造方法具有下述的特征。(1) 一種滲碳部件制造方法，所述滲碳部件制造方法對具有將被實施滲碳處理的滲碳處理部分和抑制滲碳處理的非滲碳處理部分的金屬部件進行滲碳處理，其特征在于， 將成為所述非滲碳處理部分的部位的加工面粗糙度形成為比成為所述滲碳處理部分的部位的加工面粗糙度更粗糙。(2)在(1)所述的滲碳部件制造方法中，優選其特征在于所述非滲碳處理部分的加工面粗糙度至少在Rz50以上。(3)在(1)或( 所述的滲碳部件制造方法中，優選其特征在于成為所述非滲碳處理部分的部位是在所述滲碳處理之后進行焊接的部位。(4)在(1)或( 所述的滲碳部件制造方法中，優選其特征在于所述非滲碳處理部分是在所述滲碳處理之后進行機械加工的部位。發明效果根據具有以上特征的基于本發明的滲碳部件制造方法的一個方面，可獲得以下所述的作用、效果。上述(1)所述的發明的方面是一種對具有將被實施滲碳處理的滲碳處理部分和抑制滲碳處理的非滲碳處理部分的金屬部件進行滲碳處理的滲碳部件制造方法，其中，將成為非滲碳處理部分的部位的加工面粗糙度形成為比成為滲碳處理部分的部位的加工面粗糙度更粗糙。通過使成為非滲碳處理部分的部位的加工面粗糙度粗糙，由于邊緣效應，在非滲碳處理部分容易發生過度滲碳，從而在非滲碳處理部分的表面容易產生碳化物。由此，形成碳化物后能夠抑制向非滲碳處理部分的進一步的滲碳。
其結果是，能夠在離非滲碳處理部分的表面遠的部分制造難以滲碳的環境，從而能夠使部件在滲碳處理后容易加工，并能夠防止在焊接時產生裂紋。由此，無需進行專利文獻2至專利文獻5所示的表面處理，可縮短加工工序。
另外，上述( 所述的發明的方面在(1)所述的滲碳部件制造方法中，使非滲碳處理部分的加工面粗糙度至少在Rz50以上。根據申請人調查的結果，如果將非滲碳處理部分的表面粗糙度形成為Rz50左右，則能夠期待(1)所述的邊緣效應。如果表面粗糙度為Rz50 左右，也就是說可通過容易的方法來抑制向非滲碳處理部分的滲碳。
另外，上述C3)所述的發明的方面在(1)或( 所述的滲碳部件制造方法中，使得成為非滲碳處理部分的部位是在滲碳處理之后進行焊接的部位。通過將焊接部形成為非滲碳處理部分，可防止焊接裂紋，提高焊接性能。如果成為焊接部分的部分被滲碳，從而基材中的碳含量增多，則基材的延展性下降，因此容易產生焊接導致的焊接裂紋。但是，通過使非滲碳處理部分的粗糙度為Rz50左右，能夠抑制之后進行焊接的部分的滲碳，能夠防止焊接裂紋。另外，表面粗糙度粗糙有助于焊接性能的提高。
另外，上述(4)所述的發明的方面在(1)或( 所述的滲碳部件制造方法中，使得非滲碳處理部分是在滲碳處理后進行機械加工的部位。通過使在滲碳處理后進行機械加工的部分形成為非滲碳處理部分，能夠抑制非滲碳處理部分的滲碳來維持機械加工性能。因為基材中的碳的增加會導致機械加工性能下降，所以不希望對在隨后進行機械加工的部分進行滲碳加工。因此，通過將隨后進行加工的部分形成為非滲碳處理部分，可維持加工性能。


圖1是表示第一實施方式的進行滲碳處理前的狀態的剖面圖2是表示第一實施方式的進行滲碳處理后的狀態的剖面圖3是表示第一實施方式的進行滲碳處理后的狀態的剖面的放大圖4是第一實施方式的工件的立體圖5是表示第一實施方式的滲碳處理工序的圖6是表示第一實施方式的工件的滲碳深度的曲線圖7是第二實施方式的作為工件的傘形齒輪的剖面圖8是第三實施方式的作為工件的軸的部分剖面圖。
具體實施方式
首先，對本發明的第一實施方式進行說明。
圖1示出了表示第一實施方式的進行滲碳處理前的狀態的剖面圖。圖2示出了表示進行滲碳處理后的狀態的剖面圖。圖3示出了圖2的放大剖面圖。圖4示出了工件W的立體圖。
假定工件W是用于機械部件的鋼材，圖4所示的工件W是形狀簡單的軸。通過將這樣的工件W放入真空爐內進行滲碳處理，能夠增加工件W表面的碳含量來提高抗磨損性。工件W是如圖4所示的圓筒形的軸，該軸具有第一加工表面101和第二加工表面102。此外，為了便于說明，簡化了工件W的形狀，但也可以是其他復雜的形狀。
圖1和圖2是放大了工件W的剖面的圖，第一加工表面101的表面粗糙度被設定成比第二加工表面102的表面粗糙度更粗糙。第一加工表面101是非滲碳處理部，第二加工表面102是之后需要進行滲碳處理的滲碳處理部。在第一實施方式中設定表面粗糙度， 使得在第一加工表面101上Rz (十點平均高度)為Rz50，在第二加工表面102上為Rzl. 5。 第一加工表面101是通過車削加工或沖壓加工等機械加工獲得的程度的加工面。第二加工表面102是通過磨削加工形成的。
在實測值方面，第一加工表面101的Rz (十點平均高度)為52. 0 μ m，Ra (平均線平均粗糙度)為12. 6 μ m(測量長度為12. 5mm)。第二加工表面102的Rz為1. 4 μ m, Ra為 0. 16 μ m (測量長度為3. 2mm)。
圖5示出了表示滲碳處理的工序的圖。縱軸表示溫度，橫軸表示時間。當對工件 W進行滲碳處理時，經由“升溫工序”、“滲碳、擴散工序”、以及“隊冷卻工序”來進行滲碳處理。
在“升溫工序”中，將工件W放入爐內并抽成真空，并且對工件W進行加熱。在“滲碳、擴散工序”中，向爐內填充用作滲碳氣體C的乙炔(C2H2)氣體，通過使滲碳氣體C與工件 W的表面接觸來向工件W的內部滲透碳。如例如特開2008-223060號公報等中所示，使用乙炔氣體的滲碳處理作為有效的縮短處理時間的方法而已被公知。"N2冷卻工序”是向工件W 噴射氮來進行冷卻的工序。通過使用氮可進行氣淬，能夠促進工件W的冷卻。通過經歷這樣的工序，可獲得經滲碳處理的工件W。
圖6示出了表示工件W的滲碳深度的曲線圖。縱軸表示碳濃度，橫軸表示離工件 W表面的距離。
第一碳濃度曲線Lll是示出剛開始工件W的滲碳處理時的第一加工表面101的狀態的假想線。第二碳濃度曲線L21是示出剛開始工件W的滲碳處理時的第二加工表面102 的狀態的假想線。第一冷卻后濃度曲線L12是示出在對工件W進行滲碳處理并經歷了 "N2 冷卻工序”后對第一加工表面101的碳濃度進行測量的結果的曲線。
第二冷卻后濃度曲線L22是示出在對工件W進行滲碳處理并經歷了"N2冷卻工序” 后對第二加工表面102的碳濃度進行測量的結果的曲線。碳濃度的測量使用了 EPMA分析。 在對工件W進行了滲碳處理的情況下，如圖6所示，第一加工表面101和第二加工表面102 中的碳含量不同。
如果仔細觀察，在第一碳濃度曲線Lll和第二碳濃度曲線L21中，表面的碳濃度幾乎相同，但隨著離表面的距離增大，第一碳濃度曲線Lll所示的碳濃度更快地下降。此外， 碳濃度并不下降到一定值以下是因為工件W的基材自身含有碳。
當比較第一冷卻后濃度曲線L12和第二冷卻后濃度曲線L22時，關于工件表面的碳濃度本身，第一冷卻后濃度曲線L12也低于第二冷卻后濃度曲線L22。而且還發現關于總碳含量本身，第一冷卻后濃度曲線L12也少于第二冷卻后濃度曲線L22。
從第一碳濃度曲線Lll向第一冷卻后濃度曲線L12的變化、以及從第二碳濃度曲線L21向第二冷卻后濃度曲線L22的變化是因為碳元素向工件W的內部擴散的緣故。
由于第一實施方式的滲碳部件制造方法如上構成，因此可起到以下說明的作用和效果。
首先，作為效果，可舉出能夠以低成本在非滲碳處理部抑制滲碳的效果。
通過將要作為非滲碳處理部的部分如第一加工表面101那樣加工成Rz50以上的表面粗糙度，并將要作為滲碳處理部的部分如第二加工表面102那樣加工成相當于Rzl. 5 的表面粗糙度，能夠如圖5及圖6所示，可使第一加工表面101的滲碳深度比第二加工表面 102的滲碳深度淺。
這是因為如圖3所示，在第一加工表面101中，與滲碳氣體C的接觸面積變寬，因此由于邊緣效應而容易產生過度滲碳，從而在表面上容易產生碳化物(滲碳體組織)。隨著縮短滲碳時間，產生這種現象的傾向更加明顯。
因此，在第一加工表面101，由于過度滲碳而在表面部分生成碳化物，從而滲碳反應急劇減少。具體地說，如圖3所示，碳集中在第一加工表面101的凸部，從而在凸部引起過度滲碳并形成碳化物。如果在表面形成碳化物，碳向基材內部的擴散被抑制。其結果是， 能夠在離第一加工表面101的表面遠的部分制造難以滲碳的環境，從而能夠使部件在滲碳處理后容易加工，并能夠防止在焊接時產生裂紋。
在通常的滲碳處理中，滲碳體組織是脆而硬的組織因此韌性差，因此并不積極地析出碳化物。但是在本發明中，通過在“滲碳、擴散工序”中的較早的階段形成碳化物，可防止離表面遠的部分處的滲碳。
如此，通過使非滲碳處理部的表面粗糙度如第一加工表面101那樣粗糙，可抑制滲碳。由此，無需如事先形成覆膜來形成非滲碳處理部的方法那樣，在滲碳處理前形成覆膜并在滲碳處理后去除覆膜，因此可縮短加工工序。
接下來，對本發明的第二實施方式進行說明。
第二實施方式與第一實施方式的構成大致相同，但非滲碳處理部不同，因此針對這一點進行說明。
圖7示出了第二實施方式的工件的形狀。第二實施方式的工件為傘形齒輪20，具有齒部21和內周環狀部22。該工件被構造成對齒部21實施滲碳處理，同時通過焊接在內周環狀部22上安裝沒有圖示的其他部件。因此，齒部21該形成為其表面粗糙度等于Rzl. 5， 內周環狀部22被形成為其表面粗糙度等于Rz50。將這種狀態的傘形齒輪20放入沒有圖示的滲碳爐中進行滲碳處理。
由于第二實施方式如上構成，因此可起到以下說明的作用效果。
在齒輪中，將需提高抗磨損性的齒部21作為滲碳處理部，而內周環狀部22因為要進行焊接，所以作為非滲碳處理部。該構造即使是正齒輪或其他構造的齒輪也存在相同的情況。即，齒部需具有抗磨損性，而另一方面，內圓周部分需防止焊接時的裂紋，因此優選內部組織中的碳含量少。
如果實施焊接時焊接部被周圍限制，則由于隨著焊接產生的熱變形而超過焊接熱影響部的延展性時會產生焊接裂紋，但當進行滲碳處理從而形成有滲碳層時，因為延展性下降而容易產生焊接導致的焊接裂紋。但是，通過使內周環狀部22的表面粗糙度為Rz50 來抑制在滲碳處理時向內周環狀部22的滲碳，能夠抑制焊接裂紋。另外，通過將內周環狀部22弄粗糙，使其表面粗糙度為Rz50左右，能夠有助于改善焊接性能。
接下來，對本發明的第三實施方式進行說明。
第三實施方式與第一實施方式的構成大致相同，但非滲碳處理部不同，因此針對這一點進行說明。
圖8示出了第三實施方式的工件的形狀。第三實施方式的工件為具有傘形齒輪的軸30，其具有軸第一臺階部31、軸第二臺階部32、以及齒輪部33。
軸第一臺階部31是在滲碳后進行機械加工的部位，在滲碳前其表面粗糙度為 Rz50。軸第二臺階部32是在滲碳后不進行機械加工的部分，其加工表面粗糙度為Rzl. 5。 關于齒輪部33，由于也進行滲碳加工，所以其表面粗糙度為Rzl. 5。
進行滲碳加工后，由于素材內部碳增加而被加工面變硬，機械加工性能惡化。但是，通過使在滲碳加工后進行機械加工的軸第一臺階部31的部分的表面粗糙度在滲碳加工時處于Rz50，能夠如圖2及圖6所示只將滲碳影響部限制在工件的淺表層。S卩，通過使軸第一臺階部31的基材含碳，可防止機械加工性能下降。
然后，通過在滲碳加工后對軸第一臺階部31進行機械加工，可縮短軸30的加工工序。軸第一臺階部31不需要滲透處理，并要求加工精度。在這種情況下，有時由于滲碳處理而素材發生變形等，從而導致加工精度惡化，因此需要在滲碳處理后再次進行切削加工或磨削加工。
但是，通過在將軸第一臺階部31的表面粗糙度加工成Rz50左右粗糙的狀態下進行滲碳處理，能夠使滲碳深度變淺，結果能夠省略滲碳處理前的加工來提高滲碳處理后的加工性。即能夠縮短加工工序。從而可降低軸30的加工成本。
以上，基于本實施方式對本發明進行了說明，但本發明并不限定于所述實施方式， 也能夠在不脫離本發明主旨的范圍內適當改變構成的一部分來實施。
例如，也可以應用于第一實施方式至第三實施方式所示的工件以外的形狀。另外， 關于加工表面粗糙度，即使不使用十點平均高度而使用其他評價方法，只需是同等的表面粗糙度就沒有問題。另外，也可以使用表面粗糙度比Rzl. 5小的平滑表面。
附圖標號說明
21 齒部
22內周環狀部
30 軸
31軸第一臺階部
32軸第二臺階部
33齒輪部
101第一加工表面
102第二加工表面
C滲碳氣體
Lll第一碳濃度曲線
L12第一冷卻后濃度曲線
L21第二碳濃度曲線
L22第二冷卻后濃度曲線
W 工件
權利要求
1.一種滲碳部件制造方法，所述滲碳部件制造方法對具有將被實施滲碳處理的滲碳處理部分和抑制滲碳處理的非滲碳處理部分的金屬部件進行滲碳處理，其特征在于，將成為所述非滲碳處理部分的部位的加工面粗糙度形成為比成為所述滲碳處理部分的部位的加工面粗糙度更粗糙。
2.如權利要求1所述的滲碳部件制造方法，其特征在于， 所述非滲碳處理部分的加工面粗糙度至少在Rz50以上。
3.如權利要求1或2所述的滲碳部件制造方法，其特征在于，成為所述非滲碳處理部分的部位是在所述滲碳處理之后進行焊接的部位。
4.如權利要求1或2所述的滲碳部件制造方法，其特征在于， 所述非滲碳處理部分是在所述滲碳處理之后進行機械加工的部位。
全文摘要
為了提供能夠有助于削減成本的浸炭部件制造方法，將要作為非滲碳處理部的部分如第一加工表面(101)那樣加工成相當于Rz50的表面粗糙度，并將要作為滲碳處理部的部分如第二加工表面(102)那樣加工成相當于Rz1.5的表面粗糙度。
文檔編號C21D9/32GK102523745SQ20108001945
公開日2012年6月27日 申請日期2010年9月9日 優先權日2010年9月9日
發明者三林雅彥, 坂上秀幸, 清水拓也, 稻垣功二 申請人:豐田自動車株式會社