具有改善的耐久性的滲碳合金鋼及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了具有改善的耐久性的滲碳合金鋼及其制造方法?；谠摵辖痄摰目傊亓浚瑵B碳合金鋼包含0.1至0.35wt％的碳(C)、0.1至2wt％的硅(Si)、0.1至1.5wt％的錳(Mn)、0.5至1.5wt％的鉻(Cr)、0.2至0.5wt％的鉬(Mo)、0.1至0.6wt％的鎳(Ni)、大于0wt％且小于或等于0.07wt％的鈮(Nb)、大于0wt％且小于或等于0.5wt％的釩(V)、大于0wt％且小于或等于0.5wt％的鈦(Ti)、大于0wt％且小于或等于0.015wt％的氮(N)、0.00002至0.00005wt％的硼(B)、作為主要成分的鐵(Fe)。
【專利說明】
具有改善的耐久性的滲碳合金鋼及其制造方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的引用
[0002] 本申請(qǐng)要求在35 U. S. C. § 119下于2015年4月20日在韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的 韓國專利申請(qǐng)?zhí)?0-2015-55104的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，通過引用的方式將其全部內(nèi)容結(jié)合于本 文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開內(nèi)容涉及具有改善的耐久性的滲碳合金鋼及其制造方法，并且更具體地， 涉及具有合適的構(gòu)成成分和含量以有效地使合金鋼的表面滲碳，因而改善了硬度、強(qiáng)度、韌 性、疲勞強(qiáng)度、疲勞壽命等的滲碳合金鋼，及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 最近，環(huán)境問題已經(jīng)在全球各地增加，因此，已經(jīng)在尋求降少燃料從而應(yīng)對(duì)包括所 有工業(yè)的這種問題的方法。為了減少燃料，提出的解決方案的實(shí)例包括改善車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的 效率并降低車輛重量。通過降低車輛重量，車輛的燃料效率增加。然而，當(dāng)降低車輛重量時(shí)， 發(fā)生的問題在于，無法滿足在車輛中所需要的強(qiáng)度和耐久性。因此，解決這種問題是車輛工 業(yè)的最大目標(biāo)。
[0005] 因此，在汽車工業(yè)中，已經(jīng)開發(fā)出各種環(huán)境友好的車輛從而將二氧化碳的排放量 降低至95g/km，這比基于歐洲法規(guī)到2021年其現(xiàn)有的排放量低27%。此外，車輛制造商 努力開發(fā)出一種技術(shù)從而減小尺寸并提高燃料經(jīng)濟(jì)性以滿足54. 5mpg (23. 2km/l)，這是到 2025年美國的公司平均燃料經(jīng)濟(jì)性（CAFE)的規(guī)定值。
[0006] 通常，為了應(yīng)對(duì)部件數(shù)量增加或重量增加，減輕了材料的重量。在這種情況下，作 為重量減輕的方法，頻繁使用用于實(shí)現(xiàn)材料的高強(qiáng)度或固化材料表面的熱處理技術(shù)。此外， 為了應(yīng)對(duì)復(fù)雜的部件形狀，使用精確連接、低變形焊接、和低變形熱處理技術(shù)。除了這點(diǎn)外， 使用降低由熱處理引起的變形的技術(shù)、以及降低噪音和除塵技術(shù)。
[0007] 特別地，已經(jīng)開發(fā)出用于使車輛的燃料經(jīng)濟(jì)性最大化的發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器 (transmission)的高性能和高效率的技術(shù)。這種技術(shù)包括增加齒輪數(shù)、新概念啟動(dòng)裝置、高 效率的雙栗系統(tǒng)、融合混合動(dòng)力技術(shù)、涉及自動(dòng)/手動(dòng)融合變速器和混合動(dòng)力變速器的技 術(shù)等。
[0008] 在涉及發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的技術(shù)中使用的合金鋼用于發(fā)動(dòng)機(jī)部件、變速器支架 (carrier)、齒輪、軸、同步器轂（synchronizer hubs)等，并且基于發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，合金鋼 的使用比率對(duì)應(yīng)于32至40%并且基于變速器的重量，合金鋼的使用比率對(duì)應(yīng)于約58至 62wt%。特別是，在變速器的齒輪等中，關(guān)于實(shí)現(xiàn)輕量化和小型化的要求，不斷需要開發(fā)出 高強(qiáng)度和高耐久性的材料。然而，涉及小型化或改善燃料效率的技術(shù)具有的問題在于，由于 燃燒、摩擦、磨損等導(dǎo)致施加至發(fā)動(dòng)機(jī)部件的負(fù)荷增加，并且部件的質(zhì)量下降以及耐久性壽 命下降。
[0009] 通常，變速器的齒輪將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力直接傳遞至差動(dòng)系統(tǒng)并有效地在兩個(gè)或更多個(gè) 軸之間傳遞旋轉(zhuǎn)或動(dòng)力，使得發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力適合于車輛的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，并同時(shí)接收彎曲應(yīng)力和 接觸應(yīng)力。當(dāng)材料的耐久性對(duì)于齒輪不足時(shí)，頻繁發(fā)生由于缺乏彎曲疲勞強(qiáng)度導(dǎo)致的疲勞 失效（輪齒折斷（tooth breakage))以及由于缺乏接觸疲勞強(qiáng)度導(dǎo)致的疲勞損傷（點(diǎn)蝕 (pitting))。因此，在齒輪中，需要諸如高硬度、強(qiáng)度、韌性、疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命的物理性 能。
[0010] 作為上述需求的替代方案，目前，使用包含0· 17至0.23wt%的碳（C)、0.5至 0· 7wt % 的硅（Si)、0· 45 至 0· 75wt % 的錳（Mn)、1. 95 至 2. 25wt % 的鉻（Cr)、0· 015 至 0. 035wt%的鉬（Mo)、0. 0015wt%的氧（02)等的滲碳鋼如SCM820PRH。然而，當(dāng)使用滲碳鋼 時(shí)，容易發(fā)生輪齒折斷和點(diǎn)蝕（pitting)。
[0011] 因此，已經(jīng)開發(fā)出改善滲碳合金鋼的物理性能如硬度、強(qiáng)度、韌性、疲勞強(qiáng)度、和疲 勞壽命的技術(shù)，及其制造方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本公開內(nèi)容已努力提供一種滲碳合金鋼及其制造方法，該滲碳合金鋼包含碳（C)、 硅（Si)、錳（Μη)、鉻（Cr)、鉬（Mo)、鈮（Nb)、釩（V)、鎳（Ni)、鈦（Ti)、氮（N)、硼⑶、鎢（W)、 鋯（Zr)、鈷（Co)、和釔（Y)從而改善如硬度、強(qiáng)度、和韌性的物理性能，因而改善耐久性。
[0013] 本發(fā)明的示例性實(shí)施方式提供了一種滲碳合金鋼，包括：基于該合金鋼的總重量， 作為主要成分的鐵（Fe)、0. 1至0. 35wt%的碳（C)、0. 1至2. Owt%的娃（Si)、0. 1至1. 5wt% 的錳（]\^)、0.5至1.5￥七％的鉻（0)、0.2至0.5￥七％的鉬（]\1〇)、大于〇￥七％至0.07￥七％或更 少的銀（Nb)、0· 1至0· 6wt%的鎳（Ni)、大于Owt%至0· 5wt%或更少的f凡（V)、大于Owt% 至0· 5wt %或更少的鈦（Ti)、大于Owt %至0· 015wt %或更少的氮（N)、以及0· 00002至 0· 00005wt% 的硼（B)。
[0014] 本發(fā)明的滲碳合金鋼進(jìn)一步包含鎢（W)，并且在這種情況下，鎢（W)的含量可以是 大于Owt%至0. 4wt%或更少。
[0015] 本發(fā)明的滲碳合金鋼進(jìn)一步包含鋯（Zr)，并且在這種情況下，鋯（Cr)的含量可以 是大于Owt%至0.0 lwt%或更少。
[0016] 本發(fā)明的滲碳合金鋼進(jìn)一步包含鈷（Co)，并且在這種情況下，鈷（Co)的含量可以 是大于Owt %至5wt %或更少。
[0017] 本發(fā)明的滲碳合金鋼進(jìn)一步包含釔（Y)，并且在這種情況下，釔（Y)的含量可以是 大于Owt %至2wt %或更少。
[0018] 本發(fā)明的滲碳合金鋼進(jìn)一步包含鎢（W)、鋯（Zr)、鈷（Co)、或釔（Y)中的一種或 多種，并且鎢（W)的含量可以是大于Owt%至0.4wt%或更少，鋯（Zr)的含量可以是大于 Owt%至0.0 lwt%或更少，鈷（Co)的含量可以是大于Owt%至5wt%或更少，以及紀(jì)（Y)的 含量可以是大于〇wt%至2wt%或更少。
[0019] 本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方式提供了一種制造滲碳合金鋼方法，該方法包括： 將用于滲碳的合金鋼的材料混合；將該合金鋼在930至980°C滲碳1. 6至4小時(shí)；將滲碳的 合金鋼在80至120°C進(jìn)行油淬火；以及將油淬火的合金鋼在150至200°C回火1至3小時(shí)。
[0020] 本發(fā)明的又一個(gè)示例性實(shí)施方式提供了一種通過使用滲碳合金鋼制造的用于車 輛的變速器（傳動(dòng)裝置，transmission) 〇
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的滲碳合金鋼、以及制造該滲碳合金鋼的方法，所述滲碳合金鋼包 括，基于該合金鋼的總重量，作為主要成分的鐵（Fe)、碳（C)、硅（Si)、錳（Μη)、鉻（Cr)、鉬 (1〇)、鈮（他）、釩（￥)、鎳（附）、鈦〇1)、氮（抑、硼（8)、鎢（1)、鋯設(shè)）、鈷（(： 〇)、和釔（￥)， 改善了材料的耐久性如硬度、強(qiáng)度、韌性、疲勞強(qiáng)度、和疲勞壽命。此外，可以獲得高度強(qiáng)化 (strengthening)的滲碳合金鋼，并因此使厚度減小，重量減輕約20%等，以確保在車輛設(shè) 計(jì)中的自由度并降低制造成本。
[0022] 根據(jù)通過使用本發(fā)明的滲碳合金鋼制造的用于車輛的變速器，可以改善車輛的耐 久性并減少車輛的重量，因而提高燃料效率并防止環(huán)境污染。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 在下文中，將詳細(xì)描述本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施方式。在此之前，基于發(fā)明人可以 以最佳方式適當(dāng)定義術(shù)語的概念以描述他/她自己的發(fā)明構(gòu)思，不應(yīng)將在本發(fā)明說明書和 權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語或詞語解釋為限于通常的或字典的含義，而應(yīng)當(dāng)將其解釋為具 有符合本公開內(nèi)容的技術(shù)精神的含義和概念。因此，在本發(fā)明說明書中描述的實(shí)施方式僅 僅是本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施方式，但并不代表本發(fā)明的所有技術(shù)精神。因此，應(yīng)當(dāng)理解的 是，在提交本申請(qǐng)時(shí)，存在各種替換實(shí)施方式的等同物和修改。
[0024] 在下文中，將詳細(xì)描述本公開內(nèi)容。本發(fā)明涉及具有改善的耐久性的滲碳合金鋼 及其制造方法，并且在一個(gè)方面，本公開內(nèi)容涉及具有改善的耐久性的滲碳合金鋼。
[0025] 根據(jù)本公開內(nèi)容的具有改善的耐久性的滲碳合金鋼，基于該合金鋼的總重量，可 以包含作為主要成分的鐵（Fe)、0. 1至0.35wt%的碳（〇、0· 1至2wt%的硅（Si)、0. 1至 1.5￥七％的錳（]?11)、0.5至1.5￥七％的鉻（0)、0.2至0.5￥七％的鉬（]\1〇)、0.1至0.6￥七％的鎳 (Ni)、大于Owt %至0. 07wt %或更少的銀（Nb)、大于Owt %至0. 5wt %或更少的f凡（V)、大于 Owt%至0· 5wt%或更少的鈦（Ti)、大于Owt%至0· 015wt%或更少的氮（N)、以及0· 00002 至 0. 00005wt% 的硼（B)。
[0026] 可以通過選擇性地添加大于Owt %至0. 4wt %或更少的媽（W)、大于Owt %至 0.0 lwt%或更少的錯(cuò)（Zr)、大于Owt%至5wt%或更少的鈷（Co)、或大于Owt%至2wt%或 更少的釔（Y)中的至少一種或多種形成本公開內(nèi)容。
[0027] 更詳細(xì)地，為何構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的滲碳合金鋼的成分的數(shù)值受到限制的理由如 下。
[0028] (1) 0· 1 至 0· 35wt % 的碳（C)
[0029] 碳（C)是化學(xué)成分之中最強(qiáng)的填隙基體強(qiáng)化元素 （interstitial matrix strengthening element)，并與如絡(luò)（Cr)的元素結(jié)合以形成碳化物，因此改善強(qiáng)度、硬度 等，增加表面硬度，并且在滲碳期間產(chǎn)生沉淀碳化物。
[0030] 為了上述作用，基于合金鋼的總重量，碳（C)的含量可以是約0. 1至0.35wt%。在 此，在碳（C)的含量小于約O.lwt%的情況下，可能降低合金鋼的強(qiáng)度，并且可能難以通過 滲碳確保硬度。在另一方面，在碳（C)的含量大于約0. 35wt%的情況下，由于過度滲碳使合 金鋼的芯部硬度（corehardness)增加，從而降低合金鋼的總韌性。
[0031] (2) 0· 1 至 2wt % 的硅（Si)
[0032] 當(dāng)過量添加時(shí)，娃（Si)阻礙滲碳，但是作為去氧劑（deoxidizer)抑制合金鋼形成 針孔，通過固溶在基體中的固溶強(qiáng)化效應(yīng)增加了合金鋼的強(qiáng)度，并且增加了碳（C)的活性 等。
[0033] 為了上述作用，基于該合金鋼的總重量，硅（Si)的含量可以是約0. 1至2. Owt%。 在此，在硅（Si)的含量小于約0. lwt %的情況下，幾乎不存在去氧劑的效果，而在另一方 面，在硅（Si)的含量大于約2. Owt%的情況下，存在的問題在于，過度增加基體的固溶強(qiáng)化 效應(yīng)從而減少可成形性、滲碳性能等。
[0034] (3) 0· 1 至 1. 5wt % 的錳（Μη)
[0035] 猛（Μη)改善合金鋼的淬火性能并且改善合金鋼的強(qiáng)度等。為了上述作用，猛（Μη) 的含量可以是約〇· 1至1. 5wt%。
[0036] 在此，當(dāng)猛（Μη)的含量小于約0. lwt%時(shí)，可能不能確保充分的淬火性能等。在 另一方面，當(dāng)錳（Μη)的含量大于約1.5wt%時(shí)，發(fā)生晶界氧化，并且降低了合金鋼的機(jī)械性 能。
[0037] (4) 1. 5 至 3. Owt % 的鉻（Cr)
[0038] 絡(luò)（Cr)改善了合金鋼的淬火性能，提供淬透性（hardenability)以及使合金鋼的 組織微粉化（micronizing)，并通過與碳（C)反應(yīng)形成細(xì)的碳化物來促進(jìn)滲碳并減少滲碳 時(shí)間。此外，增加了沉淀碳化物和滲碳體（cementite)的形成。
[0039] 為了上述的作用，鉻（Cr)的含量是約1. 5至3. Owt%。當(dāng)鉻（Cr)的含量小于約 1.5wt%時(shí)，降低了碳化物形成效果。當(dāng)絡(luò)（Cr)的含量大于約3. Owt%時(shí)，合金鋼的韌性降 低，發(fā)生晶界氧化，并且根據(jù)含量增加的效果對(duì)于導(dǎo)致制造成本的增加是微不足道的。
[0040] (5) 0· 2 至 0· 5wt % 的鉬（Mo)
[0041] 鉬（Mo)增加了碳化物的形成，增加了在高溫下的穩(wěn)定性，并且降低了碳的活性。 此外，鉬（Mo)改善了合金鋼的淬透性、韌性等，并提供了合金鋼在淬火或回火之后的耐脆 性（brittleness resistance)〇
[0042] 鉬（Mo)的含量可以是約0· 2至0· 5wt%。在此，當(dāng)鉬（Mo)的含量小于約0· 2wt% 時(shí)，可能不能充分確保合金鋼的淬透性和韌性等，并且在另一個(gè)方面，當(dāng)鉬（Mo)的含量大 于約0. 5wt%時(shí)，合金鋼的可加工性（機(jī)械加工性）和生產(chǎn)率等降低。
[0043] (6)大于Owt%至0· 07wt%或更少的銀（Nb)
[0044] 鈮（Nb)與氮結(jié)合以形成氮化物等從而使晶粒微粉化，升高重結(jié)晶溫度，并且促進(jìn) 高溫滲碳，因此改善合金鋼的淬透性和韌性等。在此，鈮（Nb)的含量可以是大于Owt%至約 0· 07wt%或更少。
[0045] 當(dāng)鈮（Nb)的含量大于約0· 07wt%時(shí)，鈮（Nb)是飽和的并且韌性、可加工性、生產(chǎn) 率等降低。在另一個(gè)方面，當(dāng)不包含鈮（Nb)時(shí)，難以在高溫下進(jìn)行滲碳工藝。
[0046] (7)大于Owt%至0· 3wt%或更少的f凡（V)
[0047] 釩（V)形成沉淀物如碳化物，通過沉淀強(qiáng)化效應(yīng)強(qiáng)化基體組織，改善強(qiáng)度和耐磨 性，并且使晶粒微粉化。另外，釩（V)降低了碳活性。
[0048] 為了上述作用，釩（V)的含量可以是大于Owt%至約0. 3wt%或更少。在此，在其 中釩（V)的含量大于約0.3wt%的情況下，可能更加降低了合金鋼的韌性和硬度等。
[0049] (8)大于Owt%至0· 2wt%或更少的鈦（Ti)
[0050] 鈦（Ti)形成碳氮化物以抑制晶粒的生長并且改善高溫穩(wěn)定性、強(qiáng)度、韌性等。
[0051] 在此，鈦（Ti)的含量可以是大于Owt%至約0. 2wt%或更少。當(dāng)鈦（Ti)的含量大 于約0. 2wt%時(shí)，形成粗沉淀物，并且由于其低溫沖擊性能降低和效果飽和，使制造成本增 加。
[0052] (9)大于Owt%至0· 015wt%或更少的氮（N)
[0053] 氮（N)穩(wěn)定奧氏體，使其晶粒微粉化，并改善合金鋼的拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、以及 伸長率等。然而，由于形成雜質(zhì)，所以可能會(huì)降低耐久性壽命（durability life)。在此，氮 (N)的含量可以是大于Owt%至約0. 015wt%或更少。
[0054] 當(dāng)?shù)∟)的含量大于約0. 015wt %時(shí)，可能會(huì)引起脆性并且可能會(huì)降低耐久性壽 命等。
[0055] (10) 0· 00002 至 0· 00005wt % 的硼（B)
[0056] 硼（B)改善了合金鋼的淬透性、拉伸強(qiáng)度、抗沖擊性、和強(qiáng)度等，并且防止了腐蝕。 然而，可焊接性降低。
[0057] 對(duì)于此，在本公開內(nèi)容中，硼（B)的含量可以是約0. 00002至0. 00005wt%。當(dāng)硼 (B)的含量小于約0. 00002wt%時(shí)，則難以確保合金鋼足夠的淬透性。在另一方面，當(dāng)硼（B) 的含量大于約〇. 〇〇〇〇5wt%時(shí)，韌性、延展性、抗沖擊性等降低。
[0058] (11)0. 1 至 0· 6wt% 的鎳（Ni)
[0059] 鎳（Ni)改善了耐熱性和韌性。在此，鎳（Ni)的含量可以是約0. 1至0. 6wt%。
[0060] 當(dāng)鎳（Ni)的含量小于約0. lwt%時(shí)，可能不能確保足夠的耐熱性和韌性。在另一 個(gè)方面，當(dāng)鎳（Ni)的含量大于約0.6wt%時(shí)，合金鋼的可加工性（機(jī)械加工性）和生產(chǎn)率等 降低。
[0061] (12)大于Owt%至0· 4wt%或更少的媽（W)
[0062] 鎢形成沉淀碳化物從而改善高溫下的耐磨性和韌性。然而，鎢抑制組織的生長從 而降低耐氧化性（scale resistance)。
[0063] 因此，在本公開內(nèi)容中，鎢的含量可以是大于Owt%至0.4wt%或更少。當(dāng)鎢的含 量大于0. 4wt %時(shí)，過度形成沉淀碳化物并且韌性降低。
[0064] (13)大于 Owt%至 0· Olwt%或更少的錯(cuò)（Zr)
[0065] 鋯形成沉淀并去除氮（N)、氧（0)、和硫（S)從而延長其壽命，并降低非金屬內(nèi)含物 (inclusion)的尺寸。
[0066] 因此，在本公開內(nèi)容中，鋯的含量可以是大于Owt%至0.0 lwt%或更少。在此，如 果鋯的含量大于〇. 〇lwt%，則形成211〇2并且鋯的效果達(dá)到飽和從而增加制造成本。
[0067] (14)大于Owt%至5wt%或更少的鈷（Co)
[0068] 鈷抑制了高溫下顆粒（grain)的生長從而增加淬火性能。而且，溫度升高并且維 持強(qiáng)度，因此，耐磨性增加。此外，鈷改善可加工性。然而，鈷不能形成碳化物并且與耐腐蝕 性不相關(guān)。
[0069] 因此，在本公開內(nèi)容中，鈷的含量可以是大于Owt%至5wt%或更少。當(dāng)含量大于 5wt%時(shí)，鈷可能不能完全形成碳化物和其效果達(dá)到飽和因而增加制造成本。
[0070] (15)大于Owt%至2wt%或更少的紀(jì)（Y)
[0071] 釔增加了在高溫下的穩(wěn)定性，改善了在高溫下的耐熱性和韌性，并且當(dāng)暴露于高 溫時(shí)形成防止氧化和腐蝕的滲透阻擋氧化物表面。此外，耐咬合性（seizure resistance) 和耐化學(xué)性在高溫下變得優(yōu)異。
[0072] 因此，釔的含量可以是大于Owt%至2wt%或更少。當(dāng)釔的含量大于2wt%時(shí)，釔擾 亂另外的元素的作用，降低了可焊性，并且制造成本增加。
[0073] 由于根據(jù)本公開內(nèi)容的滲碳合金鋼具有較好的硬度、強(qiáng)度、韌性、疲勞強(qiáng)度、和疲 勞壽命，所以可以將滲碳合金鋼應(yīng)用于車輛部件等，或者應(yīng)用于自動(dòng)或手動(dòng)變速器等。更具 體地，可以將滲碳合金鋼應(yīng)用于支架、環(huán)形齒輪、齒輪、軸、同步器轂等。
[0074] 在下文中，描述了本發(fā)明構(gòu)思的另一個(gè)實(shí)施方式的制造具有改善的耐久性的滲碳 合金鋼的方法。
[0075] 參考公知的技術(shù)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以制造根據(jù)本公開內(nèi)容的具有改善的耐 久性的滲碳合金鋼。更具體地，根據(jù)本公開內(nèi)容的制造具有改善的耐久性的滲碳合金鋼的 方法包括：將用于滲碳的合金鋼的材料混合；在約930至980 °C使合金鋼滲碳約1. 6至4小 時(shí)；在約80至120 °C對(duì)滲碳合金鋼進(jìn)行油淬火；以及在約150至200 °C對(duì)油淬火的合金鋼回 火約1至3小時(shí)等。
[0076] 混合步驟可以包括：通過將選自鎢（W)、鋯（Zr)、鈷（Co)、和釔（Y)中的一種或者 多種元素添加到碳（C)、硅（Si)、錳（Μη)、鉻（Cr)、鉬（Mo)、鈮（Nb)、釩（V)、鎳（Ni)、鈦（Ti)、 氮（N)、或硼（B)中混合用于滲碳的合金鋼的材料。
[0077] 在此，當(dāng)在滲碳的步驟中熱處理溫度低于約930°C時(shí)，由于熱處理時(shí)間增加，所以 生產(chǎn)率降低。當(dāng)熱處理時(shí)間小于約1. 6小時(shí)時(shí)，由于供給、注入、以及擴(kuò)散碳（C)具有相對(duì) 短的處理時(shí)間，所以可能不能充分進(jìn)行滲碳。
[0078] 在另一個(gè)方面，當(dāng)熱處理溫度高于約980°C時(shí)，可能發(fā)生合金鋼的重結(jié)晶從而降低 機(jī)械性能，并且當(dāng)熱處理時(shí)間大于約4小時(shí)時(shí)，涉及發(fā)生過度滲碳以及熱變形并且增加了 制造成本。
[0079] 在油淬火的步驟中，油淬火溫度低于約80°C。在回火的步驟中，回火溫度低于約 150°C。由于沒有形成殘余奧氏體，所以可能難以確保合金鋼的韌性。當(dāng)回火時(shí)間小于約1 小時(shí)時(shí)，脆性的減輕（relaxation)是不充分的，材料偏差是嚴(yán)重的，并且難以確保韌性。
[0080] 在另一個(gè)方面，當(dāng)油淬火溫度高于約120°C或回火溫度高于約200°C時(shí)，由于在淬 火工藝期間殘余奧氏體的增加，所以可能降低合金鋼的疲勞性能等。當(dāng)回火時(shí)間大于約3 小時(shí)時(shí)，由于合金鋼硬度的快速降低，所以可能難以改善耐久性壽命等。
[0081] 在下文中，描述了通過使用根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)施方式的具有改善的耐久 性的滲碳合金鋼制造的用于車輛的變速器。
[0082] 參考公知的技術(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以適當(dāng)?shù)刂圃焓褂酶鶕?jù)本公開內(nèi)容的具有改 善的耐久性的滲碳合金鋼制造的用于車輛的變速器。更詳細(xì)地，當(dāng)通過使用滲碳合金鋼 制造用于車輛的變速器時(shí)，獲得了相應(yīng)材料的高度強(qiáng)化，因此，通過厚度減小，重量減輕約 20%等，可以確保在車輛設(shè)計(jì)中的自由度并且可以降低制造成本。因此，車輛的耐久性增 加，并且實(shí)現(xiàn)車輛的重量減輕，因此，燃料效率增加，并且防止了環(huán)境污染。
[0083] [實(shí)施例]
[0084] 在下文中，將通過實(shí)施例更詳細(xì)描述本公開內(nèi)容。這些實(shí)施例僅用于說明本公開 內(nèi)容，并且對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，不應(yīng)將本公開內(nèi)容的范圍解釋為由這 些實(shí)施例限制。
[0085] 為了比較根據(jù)本公開內(nèi)容的具有改善的耐久性的滲碳合金鋼的物理性能，將在下 表2中描述的滲碳溫度和時(shí)間、淬火油溫度、和回火溫度和時(shí)間的條件應(yīng)用至具有以下表1 中描述的成分的比較例和實(shí)施例，制備了具有以下表1中描述的成分的比較例和實(shí)施例。
[0086] [表 1]
[0087]
[0088] 表1是其中將根據(jù)相關(guān)技術(shù)的合金鋼的比較例1至3的構(gòu)成成分和含量與根據(jù)本 公開內(nèi)容的實(shí)施例1和2的構(gòu)成成分和含量進(jìn)行比較的表。
[0089] [表 2]
[0090]
[0091] 表2是其中在具有表1的構(gòu)成成分和含量的比較例1至3和實(shí)施例1和2的制造 條件之間比較滲碳溫度和時(shí)間、淬火油溫度、和回火溫度和時(shí)間的表。在此，所有比較例1 至3和實(shí)施例1和2均滿足根據(jù)本公開內(nèi)容的滲碳溫度和時(shí)間、淬火油溫度、以及回火溫度 和時(shí)間。
[0092] [表 3]
[0093]
[0094] 表3是其中在根據(jù)表2的條件制造具有表1的構(gòu)成成分和含量的比較例1至3和 實(shí)施例1和2以后，比較表面硬度、芯部硬度、拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、滲碳深度、沖擊值、旋轉(zhuǎn) 彎曲強(qiáng)度、接觸疲勞壽命、沉淀部分、和馬氏體部分的表。
[0095] 表面硬度和芯部硬度通過使用顯微維氏硬度測(cè)試儀（Micro Vickers Hardness tester)根據(jù)KS B 0811測(cè)量方法測(cè)量，并且在旋轉(zhuǎn)彎曲強(qiáng)度的情況下，根據(jù)KS B ISO 1143 測(cè)量方法在最大彎曲力矩（maximum flection moment)為約20kgfm、旋轉(zhuǎn)數(shù)為約200至 3000RPM、最大負(fù)載為約100kg或更少、以及220V和7KW的三相電源的條件下，通過使用約 4mm的標(biāo)準(zhǔn)線直徑經(jīng)由旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞測(cè)試儀測(cè)量L10壽命。
[0096] L10壽命是試樣的額定疲勞壽命（rating fatigue life)，并且是指直到損壞試樣 的約10 %的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞測(cè)試儀的總旋轉(zhuǎn)數(shù)。進(jìn)一步地，在接觸疲勞的情況下，在試樣中形 成裂縫之前用于接觸疲勞測(cè)試的輥的旋轉(zhuǎn)數(shù)是在表面壓力為約332kg/mm 2、潤滑劑溫度為 約80°C、以及潤滑劑量為約1. 21/min的條件下通過使用接觸疲勞試驗(yàn)儀器測(cè)量的。
[0097] 實(shí)施例1、2、3、和4的所有表面硬度和芯部硬度高于比較例的表面硬度和芯部硬 度，并且實(shí)施例的拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度高于比較例的拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。實(shí)施例的滲碳 深度也大于比較例的滲碳深度，并且與比較例的沖擊值、旋轉(zhuǎn)彎曲強(qiáng)度、和接觸疲勞壽命相 比，還改善了實(shí)施例的沖擊值、旋轉(zhuǎn)彎曲強(qiáng)度、和接觸疲勞壽命。另外，可以證實(shí)，改善了沉 淀和馬氏體部分。
[0098] 因此，可以證實(shí)，與比較例相比，在根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例中，表面硬度優(yōu)于約 10%，芯部硬度優(yōu)于約12%，拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度各自優(yōu)于約5%，滲碳深度優(yōu)于約7%，沖 擊值優(yōu)于約52%，旋轉(zhuǎn)彎曲強(qiáng)度優(yōu)于約24%，以及接觸疲勞壽命優(yōu)于約72%。
[0099] 如上所述，已經(jīng)關(guān)于本公開內(nèi)容的【具體實(shí)施方式】描述了本公開內(nèi)容，但是實(shí)施方 式僅僅是說明性的并且本公開內(nèi)容不限于此。本公開內(nèi)容所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以在不 背離本發(fā)明的范圍的情況下對(duì)描述的實(shí)施方式進(jìn)行改變或修改，并且本發(fā)明的技術(shù)精神和 所附的描述的權(quán)利要求書的等同范圍和內(nèi)，各種變化和修改是可能的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種滲碳合金鋼，包含： 基于所述滲碳合金鋼的總重量，0. 1至0. 35wt%的碳C、0. 1至2. Owt%的娃Si、0. 1 至1. 5wt %的猛Μη、0· 5至1. 5wt %的絡(luò)Cr、0. 2至0· 5wt %的鉬Mo、大于Owt %且小于或 等于0. 07wt%的銀Nb、0. 1至0. 6wt%的鎳Ni、大于Owt%且小于或等于0. 5wt%的|凡V、 大于Owt%且小于或等于0. 5wt%的鈦Ti、大于Owt%且小于或等于0. 015wt%的氮N、和 0. 00002至0. 00005wt%的硼B(yǎng)、以及作為主要成分的鐵Fe。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳合金鋼，進(jìn)一步包含鎢W。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的滲碳合金鋼，其中，鎢W的含量大于Owt %且小于或等于 0. 4wt%。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳合金鋼，進(jìn)一步包含鋯Zr。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的滲碳合金鋼，其中，鋯Zr的含量大于Owt %且小于或等于 0.0 lwt%。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳合金鋼，進(jìn)一步包含鈷Co。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的滲碳合金鋼，其中，鈷Co的含量大于Owt %且小于或等于 5wt% 〇8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳合金鋼，進(jìn)一步包含釔Y。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的滲碳合金鋼，其中，釔Y的含量大于Owt %且小于或等于 2wt% 〇10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳合金鋼，進(jìn)一步包含鎢W、鋯Zr、鈷Co、或釔Y中的一種 或多種。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的滲碳合金鋼，其中，鎢W的含量大于Owt%且小于或等于 0. 4wt%，錯(cuò)Zr的含量大于Owt%且小于或等于0.0 lwt%，鈷Co的含量大于Owt%且小于或 等于5wt %，并且紀(jì)Y的含量大于Owt %且小于或等于2wt %。12. -種制造滲碳合金鋼的方法，所述方法包括以下步驟： 將用于使合金鋼滲碳的合金鋼的材料混合； 將所述合金鋼在880至940°C滲碳1. 5至2小時(shí)； 將滲碳的合金鋼在80至120°C進(jìn)行油淬火；以及 將油淬火的合金鋼在170至200°C回火1至3小時(shí)， 其中，基于所述滲碳合金鋼的總重量，所述滲碳合金鋼包含：〇. 1至〇.35wt%的碳C、 0· 1 至 2. Owt% 的硅 Si、0. 1 至 L 5wt% 的錳 Μη、(λ 5 至 L 5wt% 的鉻 Cr、0. 2 至 0· 5wt% 的 鉬Mo、大于Owt%且小于或等于0. 07wt%的銀Nb、0. 1至0. 6wt%的鎳Ni、大于Owt%且小 于或等于〇. 5wt%的|凡V、大于Owt%且小于或等于0. 5wt%的鈦Ti、大于Owt%且小于或等 于0. 015wt%的氮N、和0. 00002至0. 00005wt%的硼B(yǎng)、以及作為主要成分的鐵Fe。13. -種通過使合金鋼滲碳制造的用于車輛的變速器， 其中，基于所述滲碳合金鋼的總重量，所述滲碳合金鋼包含：〇. 1至〇.35wt%的碳C、 0· 1 至 2. Owt% 的硅 Si、0. 1 至 L 5wt% 的錳 Μη、(λ 5 至 L 5wt% 的鉻 Cr、0. 2 至 0· 5wt% 的 鉬Mo、大于Owt%且小于或等于0. 07wt%的銀Nb、0. 1至0. 6wt%的鎳Ni、大于Owt%且小 于或等于〇. 5wt%的|凡V、大于Owt%且小于或等于0. 5wt%的鈦Ti、大于Owt%且小于或等 于0. 015wt%的氮N、和0. 00002至0. 00005wt%的硼B(yǎng)、以及作為主要成分的鐵Fe。
【文檔編號(hào)】C22C38/54GK106065455SQ201510729752
【公開日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2015年10月30日 公開號(hào)201510729752.6, CN 106065455 A, CN 106065455A, CN 201510729752, CN-A-106065455, CN106065455 A, CN106065455A, CN201510729752, CN201510729752.6
【發(fā)明人】車星澈, 洪承賢
【申請(qǐng)人】現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社