制造機械部件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制造機械部件的方法，更具體地，涉及制造具有位于表面層的富氮層的機械部件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]出于改善機械部件的疲勞強度和/或耐磨性的目的，可在機械部件的表面層通過碳-氮共滲法等方式形成與內(nèi)部相比具有高氮濃度的富氮層。在一般的碳-氮共滲法中，通常使用大氣氣體，其基于通過在大于或等于1000°c的高溫下混合丙烷、丁烷或城市煤氣與空氣(吸熱轉(zhuǎn)化的氣體；下文中稱為RX氣體)，加入少量的丙烷、丁烷和氨來產(chǎn)生載氣。通過在這種氣氛下加熱工件，在工件的表面層形成富氮層。在碳-氮共滲法期間，使用RX氣體作為載氣，通過未分解的氨產(chǎn)生氮化反應(yīng)(例如，參考Nobuyuki Mouri等的“ Improvementof Wear Resistance by Heat Treatment for Carburizing Steel (通過加熱對鋼進行滲碳來改善耐磨性)”，NTN TECHNICAL REVIEW，2008，第 76 期，第 17-22 頁(NPD I))。
[0003]參考文獻列表
[0004]非專利文件
[0005]NPD I:Nobuyuki Mouri 等的 “ Improvement of Wear Resistance by HeatTreatment for Carburizing Steel (通過加熱對鋼進行滲碳來改善耐磨性)”，NTNTECHNICAL REVIEW，2008，第 76 期，第 17-22 頁
[0006]發(fā)明概述
[0007]技術(shù)問題
[0008]當(dāng)溫度更高時，通常發(fā)生氨氣的分解。因此，并不經(jīng)常在不低于900°C的溫度區(qū)域內(nèi)進行通過未分解的氨的滲氮方法。結(jié)果，難以升高處理溫度以縮短碳-氮共滲時間，即使是在處理需要厚的氮化物層的產(chǎn)品的情況中也是如此。問題是加工時間有所延長。由于需要安裝向熱處理爐中導(dǎo)入氨氣的設(shè)備和在熱處理爐中所用部件的快速消耗(例如，用于產(chǎn)品輸送的籃)，使用氨氣的碳-氮共滲法還具有設(shè)備維護管理成本增加的問題。
[0009]本發(fā)明解決了上述的問題，并且本發(fā)明的目的在于提供一種制造機械部件的方法，使得能夠通過不使用氨氣的快速熱處理制造在表面層具有富氮層的機械部件。
[0010]解決問題的方案
[0011]本發(fā)明的制造機械部件的方法包括以下步驟:制備鋼制元件，在該元件的表面形成含釩的膜，并且通過在含氮氣并且不含氨氣的熱處理氣體的氣氛中加熱該具有形成的膜的元件來形成富氮層。在制備元件的步驟中，制備由含0.1質(zhì)量％或更高的釩的鋼制成的元件。在形成膜的步驟中，將該元件加熱至不低于500°c并低于鋼的A1相變點的溫度范圍內(nèi)氧化。
[0012]在與鋼的加熱處理相關(guān)的各種研宄中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過在鋼制元件的表面形成含釩膜，之后在包含氮氣的氣氛中加熱，在該元件的表面層形成富氮層，即使該氣氛不含氨氣也是如此，從而設(shè)想本發(fā)明。在制造本發(fā)明的機械部件的方法中，在包含氮氣但不含氨氣的氣氛中加熱在表面形成了含釩膜的鋼制元件，以在機械部件的表面層形成富氮層。由于在本發(fā)明的制造方法中，未分解的氨并沒有增加富氮層的形成，這使得能夠進行更高溫度的熱處理。因此，可縮短熱處理的時間。此外，由于在制造方法中不使用氨，可抑制熱處理爐中所用部件的消耗以降低設(shè)備維護管理成本。根據(jù)本發(fā)明的機械部件制造方法，可通過不使用氨氣的快速熱處理來制造在表面層具有富氮層的機械部件。
[0013]通過采用含0.1質(zhì)量％或更多釩的鋼作為組成機械部件的鋼并使鋼經(jīng)過氧化，易于形成含釩膜。在此，通過在低于鋼的仏相變點的溫度范圍內(nèi)進行氧化，在氧化過程中并不發(fā)生相變并且可抑制由于熱處理導(dǎo)致的形狀變化或變形。另外，通過在低于鋼的A1相變點的溫度范圍內(nèi)進行氧化，鋼的母相(mother phase)保持在鐵素體狀態(tài)，其中碳的固溶度極限低，并且可抑制脫碳的發(fā)生。
[0014]缺少氨氣的熱處理氣體表示基本不包含氨氣，但并不排除雜質(zhì)水平的氨氣混合物。
[0015]在上述制造機械部件的方法中的形成膜的步驟中，元件可以是鍛造的。
[0016]當(dāng)機械部件的制造方法包括鍛造步驟時，可通過使該機械部件在鍛造步驟中經(jīng)過氧化來高效形成含釩膜。
[0017]在上述制造機械部件的方法中，熱處理氣體可包含吸熱轉(zhuǎn)化的氣體。因此，可實現(xiàn)富氮層的形成，同時易于調(diào)節(jié)氣氛中的碳勢。
[0018]在上述制造機械部件的方法中，熱處理氣體可以是氮氣和還原氣體的氣體混合物。
[0019]因此，可用含氮的還原性熱處理氣體形成富氮層，該氮氣是廉價的并且易于作為氮氣供應(yīng)源而得到。因此，可降低熱處理的成本。例如，可采用氫氣、甲烷氣、丙烷氣、丁烷氣或一氧化碳氣體作為還原氣。
[0020]在上述制造機械部件的方法中，熱處理氣體可包含氮氣并且具有低于或等于KT16Pa的氧分壓。
[0021]因此，可使用含氮氣并且氧化能力被抑制至低水平的熱處理氣體，該氮氣是廉價的并且易于作為氮氣供應(yīng)源得到。因此，可降低熱處理的成本。
[0022]在上述制造機械部件的方法中，熱處理氣體可包含還原氣使其具有低于或等于10_16Pa的氧分壓。通過采用含還原氣的熱處理氣體，可易于將氧分壓降低至10_16Pa或更低。
[0023]在上述制造機械部件的方法中，還原氣可以是氫氣。易于得到的氫氣適于作為還原氣。
[0024]上述制造機械部件的方法還可包括通過將具有形成的富氮層的元件從超過或等于A1相變點的溫度冷卻至低于或等于Ms點的溫度從而對該元件進行猝冷-硬化的步驟。因此，可易于制造具有形成的富氮層并經(jīng)過猝冷-硬化的高耐久性機械部件。
[0025]在上述制造機械部件的方法中，可實施形成富氮層的步驟，使得加熱至該溫度范圍的元件不會在形成膜的步驟中被冷卻至室溫。通過如此處理，可降低熱處理所需的能量并縮短熱處理的時間。
[0026]在上述制造機械部件的方法中，在形成膜的步驟中，可在氧化性氣氛的熱處理室中加熱元件，并且在形成富氮層的步驟中，可用熱處理氣體代替熱處理室中的氣氛并且然后可在熱處理室中加熱該元件，從而形成該富氮層。通過如此處理，可使用間歇爐在機械部件上高效形成富氮層。
[0027]上述制造機械部件的方法還可包括通過將具有形成的富氮層的元件從超過或等于A1相變點的溫度冷卻至低于或等于Ms點的溫度從而對該元件進行猝冷-硬化的步驟。在形成膜的步驟中，當(dāng)元件在氧化裝置中氧化時形成膜。在形成富氮層的步驟中，可經(jīng)由傳送裝置將具有形成的膜的元件傳送至富氮層形成裝置，該裝置通過之間的傳送裝置與氧化裝置相連，并且然后在富氮層形成裝置中形成富氮層。在猝冷-硬化元件的步驟中，該元件可在與富氮層形成裝置連接的猝冷裝置中經(jīng)猝冷-硬化。通過如此處理，可使用連續(xù)爐在機械部件上高效形成富氮層并且可對機械部件進行猝冷-硬化。
[0028]在上述制造機械部件的方法中，機械部件可以是構(gòu)成滾動軸承的部件。
[0029]諸如構(gòu)成滾動軸承的軸承環(huán)和滾動元件的部件通常需要具有高疲勞強度和耐磨性。因此，其中形成富氮層的本發(fā)明的制造機械部件的方法適于作為制造構(gòu)成滾動軸承的部件的方法。
[0030]本發(fā)明的有益效果
[0031]如上述說明書清楚地表示，根據(jù)本發(fā)明的制造機械部件的方法，可通過不使用氨氣的快速熱處理來制造在表面層具有富氮層的機械部件。
【附圖說明】
[0032]圖1是顯示第一實施方式中制造機械部件的方法概況的流程圖。
[0033]圖2是用于顯示制造機械部件的方法的一個示例的示意圖。
[0034]圖3是用于顯示制造機械部件的方法的另一個示例的示意圖。
[0035]圖4是顯示第二實施方式中制造機械部件的方法概況的流程圖。
[0036]圖5表示當(dāng)在不同的氧化溫度下形成含釩膜時，富氮層中氮的濃度分布。
[0037]圖6表示沒有在氧化后冷卻至室溫而形成的富氮層中氮的濃度分布。
[0038]實施方式描述
[0039]下文將參考附圖來描述本發(fā)明的實施方式。在下文的附圖中，相同或相應(yīng)的元件分配相同的附圖標(biāo)記，并且不再重復(fù)其說明。
[0040](第一實施方式)
[0041]首先描述作為本發(fā)明的一個實施方式的第一實施方式。參考圖1，在按照第