燒結(jié)部件及起動(dòng)器用小齒輪、以及它們的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種即使不進(jìn)行由機(jī)械加工工序及塑性加工工序帶來(lái)的殘留氣孔的除去也能夠?qū)⒃诶溴懺斐龅臒Y(jié)體的表面上殘留的氣孔的影響排除、得到與熔制件同等的強(qiáng)度的燒結(jié)部件及其制造方法。作為冷鍛造的燒結(jié)部件，具有從表面到內(nèi)部連續(xù)變化的硬度分布，表面的硬度為Hv500～730，在距表面150～300μm的范圍中硬度為最大，并且使其最大硬度為Hv600以上。
【專利說(shuō)明】燒結(jié)部件及起動(dòng)器用小齒輪、以及它們的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及燒結(jié)部件及起動(dòng)器用小齒輪、以及它們的制造方法，特別涉及通過(guò)鍛 造得到與熔制件同等的較高的強(qiáng)度的技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 粉末冶金法是將由金屬粉末等構(gòu)成的原料粉末壓縮成形為規(guī)定的形狀及尺寸、通 過(guò)在不將其熔融的溫度下加熱并燒結(jié)、將粉末粒子牢固地結(jié)合而制造金屬制品的技術(shù)，因 為能夠同時(shí)復(fù)合成形地造形、并且適合大量生產(chǎn)、以及能夠制造通過(guò)熔制材料不能得到的 特殊的材料等的優(yōu)點(diǎn)，向汽車用機(jī)械部件或各種產(chǎn)業(yè)用的機(jī)械部件不斷應(yīng)用。
[0003] 但是，由粉末冶金法形成的燒結(jié)部件一般將原料粉末壓縮成形時(shí)的粉末間的空隙 在燒結(jié)后作為氣孔殘留，所以有與熔制件相比其強(qiáng)度變低的缺點(diǎn)。例如，作為汽車用的發(fā)動(dòng) 機(jī)起動(dòng)裝置而較多使用減速型的起動(dòng)器。該減速型起動(dòng)器為了將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度減速而具 備具有內(nèi)嚙合齒輪或行星齒輪的減速裝置，具有連結(jié)在該減速裝置的輸出軸上的小齒輪， 使小齒輪嚙合到發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)形齒輪上，將發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。在該起動(dòng)器中，燒結(jié)部件向內(nèi)嚙合齒 輪或行星齒輪等內(nèi)部減速齒輪零件的應(yīng)用不斷進(jìn)展，但對(duì)于與內(nèi)部減速齒輪零件相比作用 約6倍的載荷的小齒輪強(qiáng)度不足，所以燒結(jié)部件的應(yīng)用被延緩。
[0004] 對(duì)于該缺點(diǎn)，通過(guò)對(duì)燒結(jié)部件賦予大量的合金成分而通過(guò)合金元素將基體強(qiáng)化、 即設(shè)為比在熔制材料中使用者高等級(jí)的鋼種來(lái)對(duì)應(yīng)。但是，在通過(guò)合金化的基體強(qiáng)化作用 方面也存在限度，并且因近年來(lái)的各種合金元素的價(jià)格高漲，原料粉末的成本的增加成為 問(wèn)題。
[0005] 另一方面，研究了通過(guò)使燒結(jié)部件的氣孔變少或消失來(lái)提高燒結(jié)部件的強(qiáng)度的方 法。液相燒結(jié)法是添加在燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生液相的成分、以液相將氣孔充滿而使氣孔消失的技術(shù)， 但難以確保尺寸精度，在燒結(jié)后需要機(jī)械加工，缺乏能夠以同時(shí)復(fù)合成形造形的粉末冶金 法的優(yōu)點(diǎn)。此外，將原料粉末加熱并用加熱后的金屬模鍛造的粉末鍛造法、或者將通過(guò)粉末 冶金法成形燒結(jié)成的坯材熱鍛造的燒結(jié)鍛造法，需要將原料粉末或燒結(jié)體加熱的裝置或?qū)?金屬模加熱的裝置，花費(fèi)成本。
[0006] 在這樣的狀況中，研究了將通過(guò)粉末冶金法成形燒結(jié)成的坯材冷鍛造而高密度化 的燒結(jié)冷鍛造法(專利文獻(xiàn)1、2等)。通過(guò)這樣的燒結(jié)冷鍛造法制造出的部件與由熔制鋼形 成的機(jī)械零件同樣，為了得到部件硬度、強(qiáng)度而實(shí)施滲碳淬火的情況較多。即，如果使機(jī)械 零件的硬度均勻地變高，則韌性下降，所以僅使與對(duì)方部件滑動(dòng)或反復(fù)面壓作用的表面硬 度變高，使耐磨損性或?qū)τ诜磸?fù)面壓的疲勞強(qiáng)度提高，并且將內(nèi)部的硬度某種程度上抑制 得較低，由此，兼顧機(jī)械零件的韌性，作為實(shí)現(xiàn)上述目的方法，廣泛地采用滲碳淬火。
[0007] 在滲碳淬火法中，通過(guò)在比奧氏體轉(zhuǎn)變溫度高KKTC左右的溫度下將被熱處理物 暴露在比被熱處理物的基體的碳濃度高的Cp (碳勢(shì)：環(huán)境氣體中的碳的濃度[質(zhì)量％])值 的滲碳性氣體環(huán)境中，進(jìn)行從環(huán)境氣體向被熱處理物的碳的擴(kuò)散，形成希望的滲碳層后，向 油中等投入被熱處理物急速冷卻而淬火，形成馬氏體、貝氏體等硬質(zhì)的基體。然后，以韌性 的提高等為目的，在200°C前后進(jìn)行適當(dāng)時(shí)間回火。在這樣的通用的淬火方法中，通過(guò)淬火 時(shí)間的延長(zhǎng)，能夠控制Hv550以上的滲碳硬化層的層厚。在此情況下，從表層起的硬度呈現(xiàn) 最表層硬度最高、朝向內(nèi)部而硬度逐漸減小的硬度分布。
[0008] 專利文獻(xiàn)1 :特開2003 - 253372號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2 :特表2001 - 513143號(hào)公報(bào)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 上述燒結(jié)冷鍛造法的到達(dá)密度對(duì)應(yīng)于鍛造壓力而朝向真密度漸進(jìn)，但在工業(yè)生產(chǎn) 的壓力下，殘留氣孔是1?2體積％左右，處于燒結(jié)體表面的殘留氣孔也通過(guò)壓下而體積減 小，但以與內(nèi)部大致相同的個(gè)數(shù)比率存在。這樣殘留在燒結(jié)體表面的氣孔深度達(dá)到作為鐵 粉的平均粒徑的70 μ m左右，但另一方面，表面平均粗糙度被抑制為1?2 μ m，所以氣孔的 形狀成為尖銳的形狀。如果將在表面上具有這樣的尖銳的形狀的氣孔的冷鍛造出的燒結(jié)體 淬火，則通過(guò)淬火而表層硬化，但同時(shí)缺口感受性增加，結(jié)果殘留在被冷鍛造的燒結(jié)體的表 面上的尖銳的形狀的氣孔成為缺口部，應(yīng)力集中在該缺口部，彎曲加工性及沖擊值等下降。 [0010] 為了避免這樣的不良狀況，如果對(duì)淬火前的坯材表面實(shí)施機(jī)械加工，將殘留在表 層的氣孔除去、或使表層塑性流動(dòng)將殘留氣孔填埋使其消失從而無(wú)害化，則能夠得到與鍛 造體密度對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性。但是，在冷鍛造后追加機(jī)械加工工序或塑性加工工序，制造成本 增加。
[0011] 因而，本發(fā)明的目的是提供一種即使不進(jìn)行由機(jī)械加工工序及塑性加工工序帶來(lái) 的殘留氣孔的除去也能夠?qū)⒃诶溴懺斐龅臒Y(jié)體的表面上殘留的氣孔的影響排除、得到與 熔制件同等的強(qiáng)度、對(duì)于起動(dòng)器的小齒輪也能夠應(yīng)用的燒結(jié)部件及其制造方法。
[0012] 本
【發(fā)明者】等為了提高在燒結(jié)后鍛造的燒結(jié)部件的強(qiáng)度而反復(fù)進(jìn)行了專心研究，結(jié) 果作為更簡(jiǎn)便地發(fā)揮與上述通過(guò)機(jī)械加工的殘留氣孔的無(wú)害化同等的效果的方法，發(fā)現(xiàn)了 通過(guò)鍛造體的滲碳淬火條件得到的方法。即發(fā)現(xiàn)：應(yīng)力向殘留氣孔的集中只要表面的硬度 的影響較大、能夠?qū)⒈砻嬗捕仍谝笠?guī)格的范圍內(nèi)降低，就能夠避免應(yīng)力的集中，即使在表 面上殘留有氣孔也能夠?qū)⑵溆绊懪懦４送?，在以往的滲碳淬火方法中，為最表層硬度最 高、朝向內(nèi)部硬度逐漸減小的硬度分布，而發(fā)現(xiàn)在滲碳工序后，通過(guò)調(diào)整環(huán)境氣體的碳勢(shì)， 能夠使最表層的硬度降低。
[0013] 本發(fā)明是基于上述認(rèn)識(shí)的，本發(fā)明的燒結(jié)部件的特征在于，具有從表面到內(nèi)部連 續(xù)變化的硬度分布；表面的硬度為HV730以下；在距表面150?300 μ m的范圍中硬度為最 大，并且其最大硬度為Hv600以上。
[0014] 此外，本發(fā)明的燒結(jié)部件的制造方法的特征在于，具備：混合工序，將原料粉末混 合；成形工序，將上述原料粉末壓縮而成為壓粉體；燒結(jié)工序，將上述壓粉體燒結(jié)而成為燒 結(jié)體；鍛造工序，將上述燒結(jié)體鍛造而成為鍛造體；滲碳工序，將上述鍛造體在環(huán)境氣體中 的碳量為0. 7?1. 2質(zhì)量％的滲碳性氣體環(huán)境中加熱到850?950°C ;脫碳工序，在上述滲 碳工序后，在環(huán)境氣體中的碳量為0. 3?0. 6質(zhì)量％的氣體環(huán)境中加熱到800?950°C ;淬 火工序，在上述脫碳工序后急冷；和回火工序，在上述淬火工序后，加熱到150?280°C，冷 卻到常溫。另外，作為淬火工序中的急冷方法，可以采用將加熱后的鍛造體向水中或油中投 入的方法、或?qū)L(fēng)或水霧向鍛造體噴吹的方法等各種方法，但優(yōu)選的是將鍛造體向油中投 入的方法。此外，鍛造工序優(yōu)選的是在冷條件下進(jìn)行。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的燒結(jié)部件，由于表面的硬度被抑制，所以能夠使殘留在鍛造后的表 層的氣孔的危害消失，得到與熔制件同等的強(qiáng)度，對(duì)于起動(dòng)器的小齒輪也能夠應(yīng)用。此外， 在本發(fā)明的燒結(jié)部件的制造方法中，由于表面的硬度被抑制，所以能夠不進(jìn)行機(jī)械加工工 序及塑性加工工序的追加而得到與熔制件同等的強(qiáng)度，在產(chǎn)業(yè)上是有益的。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式中制造的齒輪的一例的立體圖。
[0017] 圖2是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的硬度分布的測(cè)量部位的圖。
[0018] 圖3是表示被冷鍛造及滲碳淬火的以往的燒結(jié)齒輪的硬度分布的圖。
[0019] 圖4是表示被冷鍛造及滲碳淬火的本發(fā)明的燒結(jié)齒輪的硬度分布的圖。
[0020] 圖5是表示實(shí)施例中的、使脫碳工序的環(huán)境氣體中的碳量變化時(shí)的從表面起的硬 度分布的變化的曲線圖。
[0021] 圖6是表示實(shí)施例中的、使脫碳工序的加熱溫度變化時(shí)的從表面起的硬度分布的 變化的曲線圖。
[0022] 圖7是表示實(shí)施例中的、使?jié)B碳工序的環(huán)境氣體中的碳量變化時(shí)的從表面起的硬 度分布的變化的曲線圖。
[0023] 圖8是表示實(shí)施例中的、使?jié)B碳工序的加熱溫度變化時(shí)的從表面起的硬度分布的 變化的曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式的冷鍛造燒結(jié)部件，以下以向圖1所示的正齒輪G的應(yīng)用 為例進(jìn)行說(shuō)明。圖1所示的正齒輪G是在呈圓板狀的正齒輪主體10的外周上等間隔地形 成向半徑方向突出的多個(gè)齒部11、并在正齒輪主體10的中央部形成安裝孔12的結(jié)構(gòu)。該 正齒輪G是在將原料粉末壓縮而得到的壓粉體燒結(jié)后進(jìn)行冷鍛造、再在以往的條件下進(jìn)行 滲碳淬火及回火的結(jié)構(gòu)。在圖2 (b)中表示將該正齒輪G如圖2 (a)所示那樣以與正齒輪 G的安裝孔12鉛直的平面A切斷時(shí)的正齒輪G的截面。
[0025] 在以往的滲碳淬火中，在將冷鍛造出的燒結(jié)齒輪在環(huán)境氣體中的碳的濃度為 0. 7?1. 2質(zhì)量％的滲碳性氣體環(huán)境中加熱保持為850?950°C的滲碳工序后，通過(guò)向油中 等投入而急速地冷卻的淬火工序進(jìn)行淬火。在這樣得到的以往的冷鍛造燒結(jié)齒輪的情況 下，從環(huán)境氣體向奧氏體化的表面供給碳，并且碳在內(nèi)部擴(kuò)散，圖2 (b)的B部所示的齒頂 部的硬度分布成為圖3那樣。即，冷鍛造燒結(jié)齒輪的從齒部的表面S到齒部的內(nèi)部0的硬 度分布如圖3 (b)所示，冷鍛造燒結(jié)部件具有從表面S到內(nèi)部0連續(xù)變化的硬度分布，在從 表面S到深度(距表面的距離）C的范圍中形成硬度比內(nèi)部高的滲碳硬化層（S - C)。在該 滲碳硬化層中，表面S為與環(huán)境氣體中的碳濃度相等的碳量，硬度最高，從表面S到深度C 朝向內(nèi)部而碳的擴(kuò)散量逐漸減少，所以呈現(xiàn)硬度逐漸減少的硬度分布。
[0026] 另一方面，在圖4中表示將本發(fā)明的實(shí)施方式的冷鍛造燒結(jié)部件應(yīng)用到上述的正 齒輪G中的情況下的、圖2 (b)的B部所示的齒頂部的硬度分布的一例。在圖4 (b)的從 表面起的硬度分布的圖中，實(shí)線是本發(fā)明的冷鍛造燒結(jié)部件的硬度分布的一例，虛線是圖3 (b)所示的以往的冷鍛造燒結(jié)部件的硬度分布的一例。在本發(fā)明的冷鍛造燒結(jié)部件(實(shí)線） 中，在從齒部的表面S到深度(距表面的距離）D的范圍中形成軟化層（S - D)，在該軟化層 的內(nèi)側(cè)形成滲碳硬化層（D - C)。從該軟化層（S - D)經(jīng)過(guò)滲碳硬化層（D - C)到內(nèi)部O的 硬度分布從表面到內(nèi)部連續(xù)地變化，并且在深度(距表面的距離）H的地方滲碳硬化層的硬 度最大，表面S的硬度顯示出比深度(距表面的距離）H的硬度低的值。在本發(fā)明的冷鍛造 燒結(jié)部件中，通過(guò)這樣在表面上設(shè)置軟化層（S - D)，減少在表面上作為缺口作用的殘留氣 孔的缺口感受性而抑制向殘留氣孔的應(yīng)力的集中。另外，實(shí)施方式的冷鍛造燒結(jié)部件的軟 化層是如上述那樣在表層和內(nèi)部控制了滲碳量的結(jié)構(gòu)，不是如異常氧化相等那樣給制品帶 來(lái)不良影響的結(jié)構(gòu)。
[0027] 這里，冷鍛造燒結(jié)部件的表面S的硬度由于上述的缺口感受性降低，所以為Hv730 以下。另外，冷鍛造燒結(jié)部件的表面S的硬度的下限沒(méi)有特別限定，下限根據(jù)冷鍛造燒結(jié)部 件的材質(zhì)而不同，為該材質(zhì)的不包含C的原材料(未熱處理體)的硬度。但是，如果過(guò)度降低 表面S的硬度，則在應(yīng)用到與齒輪等對(duì)方部件抵接而滑動(dòng)的用途中時(shí)，耐磨損性變低，磨損 變得容易進(jìn)行。因此，在向這樣的用途的應(yīng)用的情況下，優(yōu)選的是使冷鍛造燒結(jié)部件的表面 S的硬度為Hv500以上，更優(yōu)選的是設(shè)為Hv600以上。
[0028] 軟化層不僅是冷鍛造燒結(jié)部件的表面，在殘留在表面上而開口的氣孔的表面上也 形成，所以并不一定需要越過(guò)殘留氣孔的深度而形成，但如果使軟化層的深度D比殘留氣 孔的深度大，則能夠可靠地得到由軟化層帶來(lái)的缺口感受性降低的效果。在此情況下，表面 的殘留氣孔的深度達(dá)到70 μ m左右，所以軟化層的深度D優(yōu)選的是100 μ m以上。另外，軟 化層的深度D是距表面為Hv730以下的范圍的深度。
[0029] 進(jìn)而，在齒輪等反復(fù)面壓作用的情況下，應(yīng)力（赫茲應(yīng)力）在距表面為150? 300 μ m的深度的地方成為最大，所以為了使對(duì)于反復(fù)面壓的疲勞強(qiáng)度提高，在該范圍、即距 表面150?300 μ m的范圍中硬度為最大，并且其硬度為Hv600以上。
[0030] 具有上述硬度分布的冷鍛造燒結(jié)部件通過(guò)在上述滲碳工序與淬火工序之間設(shè)置 脫碳工序能夠簡(jiǎn)便地得到。即，在上述滲碳工序中，作為非熱處理物的冷鍛造燒結(jié)部件被加 熱到奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以上，并且暴露在環(huán)境氣體中的碳量為0. 7?1. 2質(zhì)量％的滲碳性氣 體環(huán)境中而被滲碳，冷鍛造燒結(jié)部件的表面為與環(huán)境氣體中的碳量對(duì)應(yīng)的碳量（0. 7?1. 2 質(zhì)量％)。這里，如果使環(huán)境氣體的碳量降低而保持適當(dāng)時(shí)間，則在表層濃化的碳向部件內(nèi)部 擴(kuò)散浸入，并且固溶在基體中的碳從表面被向環(huán)境氣體中釋放而脫碳，所以在表面上形成 上述軟化層，并且硬化層深度變得更深。通過(guò)該效果，缺口部的硬度降低，所以向缺口部的 應(yīng)力集中被消除，能夠得到與冷鍛造燒結(jié)部件的密度對(duì)應(yīng)的制品強(qiáng)度。
[0031] 如果上述脫碳工序中的環(huán)境氣體的碳量比0. 6質(zhì)量％高則從表面釋放(脫碳)的碳 量變少，難以使表面的硬度成為Hv730以下。另一方面，如果脫碳工序中的環(huán)境氣體的碳量 比0. 3質(zhì)量％少，則從表面釋放(脫碳）的碳量變得過(guò)多，距表面為150?300μπι的范圍的 硬度低于Ην600。因此，脫碳工序中的環(huán)境氣體的碳量為0. 3?0. 6質(zhì)量％。
[0032] 碳的擴(kuò)散及脫碳溫度越高越容易進(jìn)行，所以如果低于800°C，則脫碳沒(méi)有被促進(jìn)， 為了使冷鍛造燒結(jié)部件成為希望的硬度而非?；ㄙM(fèi)時(shí)間或不能得到希望的硬度。另一 方面，如果超過(guò)950°C，則脫碳過(guò)度地進(jìn)行，到內(nèi)部硬度為止容易下降。因此，脫碳工序在 800?950°C下進(jìn)行。
[0033] 在上述脫碳工序之前的滲碳工序只要與以往同樣進(jìn)行就可以，環(huán)境氣體的碳量如 上述那樣為〇. 7?1. 2質(zhì)量％。S卩，這是因?yàn)椋绻h(huán)境氣體的碳量比0. 7質(zhì)量％少，則滲 碳量變少，不帶來(lái)耐磨損性及強(qiáng)度的提高，另一方面，如果超過(guò)1. 2質(zhì)量％，則滲碳量變得過(guò) 多，在基體中容易析出較脆的滲碳體。
[0034] 此外，如果滲碳工序中的加熱溫度低于850°C，則從環(huán)境氣體向冷鍛造燒結(jié)部件的 碳的擴(kuò)散變少，并且如果超過(guò)950°C，則從環(huán)境氣體向冷鍛造燒結(jié)部件的碳的擴(kuò)散變得過(guò) 多，碳擴(kuò)散到冷鍛造燒結(jié)部件的內(nèi)部，損害冷鍛造燒結(jié)部件的韌性。因此，滲碳工序中的加 熱溫度為850?950°C。
[0035] 在如上述那樣控制作為被熱處理物的冷鍛造燒結(jié)部件的碳分布后，通過(guò)將冷鍛造 燒結(jié)部件投入到油中等中而急速冷卻，進(jìn)行淬火處理。此時(shí)，冷鍛造燒結(jié)部件的碳濃度較高 的部分其過(guò)飽和的碳被強(qiáng)制地固溶，結(jié)果硬度變硬，并且在內(nèi)部及表面的脫碳層中碳濃度 比其低，所以成為較低的硬度，能夠得到具有上述硬度分布的冷鍛造燒結(jié)部件。
[0036] 被淬火處理后的冷鍛造燒結(jié)部件在碳濃度較高的部位處應(yīng)變被過(guò)度地積蓄，成為 硬且脆的金屬組織。因此，如以往以來(lái)進(jìn)行那樣，對(duì)淬火處理后的冷鍛造燒結(jié)部件進(jìn)行再次 加熱到150?280°C的范圍、冷卻到常溫的回火工序。通過(guò)將這樣的回火工序在淬火工序 后進(jìn)行，從通過(guò)淬火處理轉(zhuǎn)變的馬氏體作為ε碳化物（Fe2C)而析出過(guò)飽和的碳,成為低碳 馬氏體，因此，能夠不使冷鍛造燒結(jié)部件的硬度降低而將通過(guò)淬火處理產(chǎn)生的應(yīng)變除去。此 時(shí)，如果回火的加熱溫度不到150°C，則應(yīng)變的除去變得不完全，如果超過(guò)280°C，則低碳馬 氏體容易分解為鐵素體而二次滲碳體，發(fā)生硬度的下降。
[0037] 上述脫碳工序也可以在將被熱處理物維持著用于滲碳工序的加熱溫度、僅控制環(huán) 境氣體的碳量而連續(xù)進(jìn)行滲碳工序和脫碳工序后進(jìn)行淬火工序。此外，優(yōu)選的是，使淬火工 序中的加熱溫度例如為900?950°C的溫度范圍，促進(jìn)向被熱處理物的滲碳，并且使脫碳工 序中的加熱溫度為800?870°C的溫度范圍，精密地控制脫碳。通過(guò)這樣進(jìn)行滲碳工序及脫 碳工序，容易將冷鍛造燒結(jié)部件的碳分布控制為希望的狀態(tài)，容易將淬火處理后的冷鍛造 燒結(jié)部件的硬度分布控制為希望的狀態(tài)。此外，在該例的情況下，成為從800?870°C的溫 度范圍的淬火處理，與從900?950°C的溫度范圍的淬火處理相比，能夠使積蓄在被熱處理 物中的應(yīng)變量變小，并且還能夠得到將起因于該應(yīng)變的尺寸離差抑制得較小的效果。
[0038] 上述例子是當(dāng)將被熱處理物在熱處理爐內(nèi)加熱時(shí)在熱處理的中途變更環(huán)境氣體 的碳量或變更熱處理溫度來(lái)調(diào)整的例子，但在加熱中途的環(huán)境氣體的碳量的變更及加熱溫 度的變更較困難的熱處理爐的情況下，或者不想在生產(chǎn)線上進(jìn)行這些變更的情況下，也可 以在僅進(jìn)行滲碳工序后暫且冷卻，將滲碳處理后的冷鍛造燒結(jié)部件再次加熱而進(jìn)行脫碳處 理。此時(shí)，即使在滲碳工序后進(jìn)行淬火處理，由于在接著進(jìn)行的脫碳工序中被熱處理物再次 被加熱到奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以上，所以也沒(méi)有問(wèn)題。另外，在此情況下，在脫碳工序后再次進(jìn) 行淬火工序處理。在這樣將熱處理爐分開而進(jìn)行滲碳工序和脫碳工序的情況下，有能夠與 不進(jìn)行脫碳工序的其他一般的燒結(jié)部件混雜而進(jìn)行滲碳工序的優(yōu)點(diǎn)。在此情況下，只要僅 冷鍛造燒結(jié)部件進(jìn)行脫碳工序就可以，能夠結(jié)合制造現(xiàn)場(chǎng)的情況來(lái)設(shè)定工序。
[0039] 作為坯材的燒結(jié)體的材料可以使用以往使用的各種機(jī)械構(gòu)造部件用的鐵類燒結(jié) 材料。例如除了由日本工業(yè)規(guī)格（JIS)的Z2550規(guī)定的SMF2種(鐵一銅類)、SMF3種(鐵一 碳類)、SMF4種(鐵一銅一碳類)、SMF5種(鐵一鎳一銅一碳類)、SMF6種(鐵一銅一碳類)、SMF7 種(鐵一鎳類)、SMF8種(鐵一鎳一碳類）等以外，還可以舉出美國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)規(guī)格(AISI)的 4100種(鐵一鉻一錳類）及4600種(鐵一鎳一鑰類）等。
[0040] 此外，在這些鐵類燒結(jié)材料中，為了在鍛造時(shí)引起變形而容易致密化，優(yōu)選的是將 C含有量抑制為0. 6質(zhì)量％以下。在此情況下，在作為制品而被要求超過(guò)0. 6質(zhì)量％的C含 有量的情況下，優(yōu)選的是在鍛造后在滲碳環(huán)境氣體中進(jìn)行熱處理，補(bǔ)充不足的C量。或者， 也可以在鍛造前實(shí)施球狀化退火等，使燒結(jié)材料的基體容易塑性變形。
[0041] 作為在本發(fā)明中使用的原料粉末，可以使用將鐵粉末、各種合金元素的成分單一 粉末、石墨粉末等混合成的原料粉末、將各種合金元素合金化的鐵合金粉末、或者對(duì)其混合 了各種合金元素的成分單一粉末、石墨粉末等的原料粉末等，以便能夠得到上述鐵類燒結(jié) 材料。作為其一例，在作為燒結(jié)材料而使用上述美國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)規(guī)格(AISI)的4600種的材 料的情況下，例如可以對(duì)以質(zhì)量％由Ni :0. 4?1. 0%、Mo :0. 2?1. 0%、Mn :0. 1?0. 5%、其 余部：鐵及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的鐵合金粉末混合了 〇. 2?0. 6%的石墨粉的材料。此外， 在作為燒結(jié)材料而使用上述美國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)規(guī)格(AISI)的4100種的材料的情況下，例如可 以使用對(duì)由Cr :0. 4?1. 0%、Mo :0. 2?1. 0%、Mn :0. 1?0. 8%、其余部：鐵及不可避免的雜 質(zhì)構(gòu)成的鐵合金粉末混合了 〇. 2?0. 6%的石墨粉的材料。
[0042] 成形工序是將上述原料粉末壓縮而做成壓粉體的工序，與通過(guò)通常的壓模法的成 形工序相同。即，通過(guò)向在通常的壓模法中使用的金屬模的?？滋畛湓戏勰?、將填充的原 料粉末用上下沖頭壓縮、將壓縮的壓粉體從?？装纬鰜?lái)進(jìn)行，成形出直徑方向的尺寸比圖1 所示的正齒輪G小、并且厚度較厚的壓粉體。壓粉體的密度整體上為7. OMg/m3以上。
[0043] 燒結(jié)工序可以在以往的粉末冶金法的一般的燒結(jié)條件下進(jìn)行，但如果在燒結(jié)工序 中發(fā)生氧化，則作為坯材的燒結(jié)體變硬而塑性變形變困難，所以燒結(jié)環(huán)境氣體優(yōu)選的是氮 氣、氮?dú)浠旌蠚怏w等通常的非氧化性氣體環(huán)境或真空環(huán)境氣體。燒結(jié)溫度可以設(shè)為1000? 1250°C 左右。
[0044] 鍛造工序是以通過(guò)燒結(jié)工序得到的燒結(jié)體為坯材、將其優(yōu)選的是進(jìn)行冷鍛造的工 序，通過(guò)準(zhǔn)備具有與圖1所示的正齒輪G的形狀相等的模孔的冷鍛造金屬模、在冷鍛造金 屬模的?？谆驘Y(jié)體的表面上涂敷例如硬脂酸鋅等潤(rùn)滑劑、接著將燒結(jié)體插入到冷鍛造金 屬模的?？字?、將該燒結(jié)體例如從上下方向用沖頭以1500?2500MPa的壓力加壓壓縮來(lái)進(jìn) 行。接著，將鍛造體從模孔拔出而得到冷鍛造燒結(jié)部件。使鍛造工序中的壓縮率(壓縮厚度 /原來(lái)的厚度)為8. 1?9. 3%。此外，使鍛造后的冷鍛造燒結(jié)部件的密度為7. 7Mg/m3以上、 密度比為97. 8%以上。另外，在本發(fā)明中，鍛造優(yōu)選的是不需要燒結(jié)體的加熱的冷鍛造，但 并沒(méi)有將熱鍛造及溫鍛造排除。
[0045] 通過(guò)以經(jīng)過(guò)了將上述原料粉末混合的混合工序、成形工序、燒結(jié)工序及鍛造工序 得到的冷鍛造燒結(jié)部件為被熱處理物，進(jìn)行上述滲碳工序及脫碳工序，進(jìn)行上述回火工序， 能夠得到具有上述硬度分布的冷鍛造燒結(jié)部件。在該制造方法中，對(duì)于冷鍛造燒結(jié)部件不 進(jìn)行通過(guò)機(jī)械加工工序或塑性加工工序的殘留氣孔的除去，在冷鍛造燒結(jié)部件的表面上殘 留有氣孔的狀態(tài)下抑制氣孔作為缺口發(fā)揮作用，所以不需要冷鍛造后的機(jī)械加工工序及塑 性加工工序，能夠便宜地制造具有與熔制件同等的高強(qiáng)度的冷鍛造燒結(jié)部件。
[0046] 另外，上述制造方法是通過(guò)相對(duì)于滲碳工序中的氣體環(huán)境中的碳量降低脫碳工序 中的氣體環(huán)境中的碳量而在鍛造燒結(jié)部件的表面上形成軟化層的方法的例子，但作為脫碳 工序，也可以使用氧量較多的環(huán)境氣體，遍及從鍛造燒結(jié)部件的表面到鍛造燒結(jié)部件的內(nèi) 部將固溶的C還原，使其脫碳而形成軟化層。在此情況下，作為氧量較多的環(huán)境氣體，也可 以使用露點(diǎn)較低的氣體，此外，也可以使用大氣環(huán)境氣體或水蒸汽環(huán)境氣體。 實(shí)施例
[0047] 以下，通過(guò)具體的實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
[0048] 對(duì)由Ni :0. 5質(zhì)量％、Mo :0. 5質(zhì)量％、Mn :0. 2質(zhì)量％、其余部：Fe及不可避免的雜質(zhì) 構(gòu)成的鐵類合金粉末(平均粒徑：70 μ m)添加0. 3質(zhì)量％的石墨粉末，并使鐵類合金粉末與 石墨粉末的合計(jì)為100質(zhì)量部，再添加0. 8質(zhì)量部的硬脂酸鋅粉末，將它們混合而調(diào)整原料 粉末。
[0049] 將上述原料粉末稱量規(guī)定量而填充到金屬模中，在700MPa的壓力下成形。成形出 的壓粉體的密度是7. OMg/m3,密度比是90%。
[0050] 向使環(huán)境氣體為H2 :5體積％、N2 :95體積％的燒結(jié)爐裝入上述壓粉體，在1120°C 下保持20分鐘后，從燒結(jié)爐取出并冷卻。得到的燒結(jié)體的密度是7. OMg/m3,密度比是90%。
[0051] 將上述燒結(jié)體裝入到鍛造用金屬模中。燒結(jié)體與金屬模及芯棒的間隙設(shè)定為 0.1mm。此外，加壓力為1800MPa，壓縮率(壓縮厚度/原來(lái)的厚度)為10%。通過(guò)鍛造得到的 齒輪的密度是7. 7Mg/m3,密度比是97. 8%。
[0052] 將通過(guò)鍛造得到的齒輪裝入到滲碳性氣體環(huán)境的加熱爐中，設(shè)為表1所示的加熱 溫度及環(huán)境氣體中的碳量，保持130分鐘而進(jìn)行滲碳工序，接著，設(shè)為表1所示的加熱溫度 及環(huán)境氣體中的碳量，保持90分鐘而進(jìn)行脫碳工序后，投入到油中而急冷，進(jìn)行淬火工序。 另外，環(huán)境氣體中的碳量通過(guò)使向作為載體的氮?dú)馓砑拥臐B碳性氣體(丙烷）的比例變化來(lái) 進(jìn)行。然后，進(jìn)行在180°C下保持90分鐘的回火工序，得到試料號(hào)碼01?06及09?22的 試料。此外，作為以往例，在進(jìn)行表1所示的條件的滲碳工序后，進(jìn)行上述條件的淬火工序 和回火工序，得到不進(jìn)行脫碳工序的試料號(hào)碼07的試料。進(jìn)而，作為另一以往例，從熔制鋼 通過(guò)切削加工制作與上述相同尺寸的齒輪，進(jìn)行表1所示的條件的滲碳工序后，進(jìn)行上述 條件的淬火工序和回火工序，得到不進(jìn)行脫碳工序的試料號(hào)碼08的試料。另外，表1中的 "Cp值"的項(xiàng)目是滲碳工序及脫碳工序中的環(huán)境氣體中的碳量。
[0053] 關(guān)于得到的試料01?22的試料，如圖2所示，對(duì)于以相對(duì)于安裝孔鉛直的平面A 切斷的截面的齒頂部，將從表面到內(nèi)部的硬度用維氏硬度試驗(yàn)機(jī)(載荷：l〇〇g)進(jìn)行測(cè)量。將 其結(jié)果表示在表1及圖5?圖8中。另外，距表面0 μ m的部位是測(cè)量了齒部表面的硬度的 值。
[0054] 此外，橫跨3個(gè)齒部附加載荷，測(cè)量跨越壓壞時(shí)的載荷。關(guān)于該結(jié)果，也一起表示 在表1中。另外，如果考慮向起動(dòng)器的小齒輪的應(yīng)用，則壓壞載荷需要為3. 4tf以上，所以 將該值作為合格與否的判斷基準(zhǔn)。
[0055] [表 1 ]

【權(quán)利要求】
1. 一種燒結(jié)部件，其特征在于， 具有從表面到內(nèi)部連續(xù)變化的硬度分布； 表面的硬度為Hv730以下； 在距表面150?300 iim的范圍中硬度為最大，并且其最大硬度為Hv600以上。
2. 如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)部件，其特征在于， 在表層部形成滲碳硬化層，并在上述滲碳硬化層的外側(cè)形成軟化層，上述軟化層為表 面。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的燒結(jié)部件，其特征在于， 整體的密度比為97. 8%以上。
4. 一種起動(dòng)器用小齒輪，其特征在于， 由權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)部件構(gòu)成。
5. -種燒結(jié)部件的制造方法，其特征在于，具備： 混合工序，將原料粉末混合； 成形工序，將上述原料粉末壓縮而成為壓粉體； 燒結(jié)工序，將上述壓粉體燒結(jié)而成為燒結(jié)體； 鍛造工序，將上述燒結(jié)體鍛造而成為鍛造體； 滲碳工序，將上述鍛造體在環(huán)境氣體中的碳量為〇. 7?1. 2質(zhì)量％的滲碳性氣體環(huán)境 中加熱到850?950°C ; 脫碳工序，在上述滲碳工序后，在環(huán)境氣體中的碳量為〇. 3?0. 6質(zhì)量％的氣體環(huán)境中 加熱到800?950°C ; 淬火工序，在上述脫碳工序后急冷；和 回火工序，在上述淬火工序后，加熱到150?280°C，冷卻到常溫。
6. 如權(quán)利要求5所述的燒結(jié)部件的制造方法，其特征在于， 接著上述滲碳工序，在加熱的原狀下將環(huán)境氣體置換，而進(jìn)行上述脫碳工序。
7. 如權(quán)利要求5所述的燒結(jié)部件的制造方法，其特征在于， 在上述滲碳工序的緊接著之后，投入到油中而淬火后，再次加熱而進(jìn)行上述脫碳工序。
8. 如權(quán)利要求5?7中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)部件的制造方法，其特征在于， 通過(guò)上述鍛造，使密度比為97. 8%以上。
9. 一種起動(dòng)器用小齒輪的制造方法，其特征在于， 通過(guò)權(quán)利要求5?8中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)部件的制造方法制造。
【文檔編號(hào)】C22C38/00GK104428085SQ201380028012
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月28日
【發(fā)明者】萩本豪, 小比田智之, 上田勝?gòu)? 森田謙三, 青木修一 申請(qǐng)人:日立化成株式會(huì)社, 澤藤電機(jī)株式會(huì)社