專利名稱：制造滲碳或碳氮共滲鋼工件的工藝及用于制造此工件的鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造鋼工件，其至少部分表面經(jīng)滲碳或碳氮共滲，再經(jīng)油淬或氣體淬火而硬化。
很多鋼制機(jī)械零件，如齒輪，是經(jīng)滲碳或碳氮共滲而表面硬化的。為此，將這類零部件在富碳或富碳和氮的氣氛中，在大于900℃的溫度下保持?jǐn)?shù)小時，從而經(jīng)由于這些元素自表面向內(nèi)擴(kuò)散，使鋼的表面下的一定深度內(nèi)富集碳或碳和氮，然后將此零部件于冷、溫或熱油中，或于氣體中淬火，從而使表面硬化。這種滲碳或碳氮共滲作業(yè)也可在大于1000℃的溫度下進(jìn)行，這種作業(yè)被稱為高溫滲碳或碳氮共滲作業(yè)。
為制造這類零部件，采用含碳0.15％-0.35％，用鉻，或鉻和鉬，或鉻和錳合金化的鋼。但，這種可使另部件表面及靠近表面處得到高硬度，可使其芯部得到良好的機(jī)械性能的技術(shù)具有產(chǎn)生變形的缺點，這種變形導(dǎo)致該零部件報廢，或需要經(jīng)受昂貴的機(jī)加工作業(yè)。
本發(fā)明的目的在于通過提供一種制造鋼工件的方法來彌補(bǔ)這一缺點，所述的鋼工件的至少部分表面是經(jīng)滲碳或碳氮共滲，尤其是高溫滲碳或碳氮共滲而硬化的。
為此，本發(fā)明的主題是制造鋼制零部件的工藝，按此工藝，制造鋼制件的毛坯，然后進(jìn)行至少該件毛坯的部分表面的滲碳或碳氮共滲，尤其是高溫滲碳或碳氮共滲處理。按此工藝，構(gòu)成該工件的鋼的化學(xué)成份包括(％重量)0.15％≤C≤0.35％0％≤Si≤0.6％0％≤Mn+Cr+Ni+Mo≤5％0％≤Al≤0.1％
0％≤Cu≤0.5％0％≤S≤0.15％P≤0.03％任選地含最多0.02％的Te、最多0.04％的Se、最多0.07％的Pb、最多0.005％的Ca，余量的Fe及來自冶煉時的雜質(zhì)。此外，調(diào)整該鋼的成份，以使其Jominy曲線如下45HRC≤J3≤50HRC39HRC≤J11≤47HRC31HRC≤J25≤40HRC及使5次Jominy試驗的J3m、J11m、J15m及J25m的平均值如下|J11m-J3m×14/22-J25m×8/22|≤2.5HRC及J3m-J15m≤9HRC，而最好是≤8HRC。
Jominy曲線最好這樣至少滿足下列條件之一10×(J7m-J11m)/(4×(J15m-J25m))×2.15及10×(J7m-J15m)/(8×(J15m-J25m))≤2。
該鋼的化學(xué)成份最好如下0.2％≤C≤0.26％0.05％≤Si≤0.5％1％≤Mn≤1.6％0.4％≤Cr≤1.5％0.08％≤Mo≤0.27％0％≤Ni≤0.6％0.003％≤Al≤0.06％0％≤Cu≤0.3％0％≤S≤0.1％P≤0.03％該化學(xué)成份更好是0.21％≤C≤0.25％
0.1％≤Si≤0.45％1.1％≤Mn≤1.5％0.9％≤Cr≤1.4％0.09％≤Mo≤0.26％0％≤Ni≤0.6％0.005％≤Al≤0.05％0％≤Cu≤0.3％0％≤Ti≤0.05％P≤0.03％較好是，該鋼含0.004％-0.02％的N及可含0-0.05％的Ti。
本發(fā)明還涉及一種滲碳鋼，其化學(xué)成份正是上述成份；該滲碳鋼的Jominy曲線如下45HRC≤J3≤50HRC39HRC≤J11≤47HRC31HRC≤J25≤40HRC5次Jominy試驗的平均值J3m、J11m、J15m及J25m為|J11m-J3m×14/22-J25m×8/22|≤2.5HRC及J3m-J15m≤9HRC，而較好是≤8HRC。
5次Jominy試驗的平均值J7m、J11m、J15m和J25m最好要滿足下列條件中的至少一個10×(J7m-J11m)/(4×(J15m-J25m))≤2.15及10×(J7m-J15m)/(8×(J15m-J25m))≤2。
現(xiàn)將詳述本發(fā)明，但是以非限制性的形式說明，而以實施說明。
本發(fā)明人最近意想不到地發(fā)現(xiàn)；由于滲碳處理或碳氮共滲處理結(jié)束時進(jìn)行的淬火而產(chǎn)生的變形，只要制造零部件所用的鋼，其Jominy曲線不象通常為此目的所用鋼的Jominy曲線一樣，實際上沒有轉(zhuǎn)折點，就能大為減少，甚至消除。特別是，他們已發(fā)現(xiàn)采用含下述成份的鋼是合乎要求的
-含0.15％-0.35％的C，以便使該鋼易于機(jī)加工，以及為在部件的未滲碳或未碳氮共滲的部位得到足夠的韌性；-為保證鋼充分脫氧，含最多0.6％的Si。
-含Mn、Cr、Mo及Ni之類的合金元素，其量，如，使它們之和保持小于5％，以便提供足夠的淬透性，以便調(diào)整Jominy曲線的形狀及調(diào)整該零部件芯部和滲碳，或碳氮共滲區(qū)的機(jī)械性能。
-為完全脫氧及控制晶粒度，含最多0.1％的Al。
-含小于0.5％的Cu，它為被認(rèn)為是一種傾向于降低未滲碳或未碳氮共滲區(qū)的延展性和韌性的雜質(zhì)。
-為形成硬的氮化物，任選地含0％-0.05％的Ti；-為形成氮化物，較好是必須含總是存在的，而且與Al或Ti反應(yīng)的，0.004％-0.02％的N。
-為改善機(jī)加工性能，含最多為0.15％的S。
-含小于0.03％的，作為對延展性和韌性具有有害作用雜質(zhì)的P。
該鋼還含最多為0.02％的Te、最多為0.04％的Se，最多為0.07％的Pb及最多為0.005％的Ca，以便改善其機(jī)加工性能。該成分中的其余部分為Fe及來源于冶煉的雜質(zhì)。
調(diào)整該化學(xué)成份，以便使該鋼的Jominy曲線為45HRC≤J3≤50HRC39HRC≤J11≤47HRC31HRC≤J25≤40HRC而且使5次Jominy試驗的J3m、J7m、J11m、J15m及J25m的平均值為|J11m-J3m×14/22-J25m×8/22|≤2.5HRC及J3m-J15m≤9HRC，而較好是≤8HRC。
Jominy曲是表征淬透性的曲線。它是通過沿一端經(jīng)噴水淬火的園柱形試樣的母線測量硬度而獲得的。在離噴水端xmm處測得的硬度被稱為Jx。這種試驗是本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員熟知的。但在這種曲線中自然有相當(dāng)大的分散。這就是為何Jominy曲線的形狀是一方面以各點J3、J11及J25的值的范圍，另一方面以關(guān)系|J11m-J3m×14/22-J25m×8/22|≤2.5HRC為特征的原因，這些數(shù)值均涉及對同一種鋼進(jìn)行的5次不同試驗的平均值。尤其是，順次進(jìn)行5次同樣試驗；而每次試驗，至少測了J3、J7、J11、J15及J25的值，這樣就得到了5個J3、J7、J11、J15及J25的值，然后算出每個點Jx的5個值的平均Jxm。在這種關(guān)系式中，豎杠本身已知是絕對值的符號。與關(guān)系式J3m-J15m≤9HRC或≤8HRC結(jié)合，該關(guān)系式本身表達(dá)了這樣的事實Jominy曲線未出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點。
Tominy曲線的合乎要求的形狀可通過使其滿足下列關(guān)系10×(J7m-J11m)/(4×(J15m-J25m))≤2.15及10×(J7m-J15m)/(8×(J15m-J25m))≤2。中的至少一個而被修整。
這類Jominy曲線，尤其是可用剛才定義過的符合本發(fā)明的鋼而獲得，但該鋼的化學(xué)成份尤其要含有(％重量)-為使該鋼制件在滲碳或碳氮共滲前不具有過高的硬度，及為了達(dá)到良好的可滲碳或可共滲碳氮的能力，含0.2％-0.26％，較好是0.21％-0.25％的碳；-為獲得良好的內(nèi)部致密性，為固定S，及與Cr和Mo結(jié)合調(diào)整淬透性，從而得到令人滿意的Jominy曲線，含1％-1.6％，更好是1.1％-1.5％的Mn；-含0.05％-0.5％，而更好是0.1％-0.45％的Si；-為使?jié)B碳或碳氮共滲層硬化，及與Mn和Mo結(jié)合來調(diào)整淬透性，從而獲得令人滿意的Jominy曲線，含0.4％-1.5％，而更好是0.9-1.4％的Cr；-為使?jié)B碳層或碳氮共滲層硬化，為有助提高抗氧化性，及與Mn和Cr結(jié)合來調(diào)整淬透性，從而得到令人滿意的Jominy曲線，含0.08-0.27％，更好是0.09％-0.26％的Mo；該下限相當(dāng)于為使Mo元素具有明顯效果的最小含量值；-為改善該鋼制件的沖擊強(qiáng)度，含0％-0.6％的Ni。
最好將Cu含量保持在0.3％以下，S含量為0.02％-0.1％，而更好是保持在0.09％以下，Al含量為0.003-0.06％，較好是0.005％-0.05％。
如上所述，該鋼還可含1種或幾種選自Te、Se、Pb和Ca的元素。
為制造本發(fā)明的鋼制件，用本發(fā)明的鋼制造零部件毛坯，該毛坯經(jīng)高溫滲碳或碳氮共滲及油淬或氣體淬火，所述的油可為冷、溫或熱油。該零部件毛坯，比如可通過鍛造或機(jī)加工制成。
用實施例的方法，用6種符合本發(fā)明的鋼生產(chǎn)了零部件，這些鋼的化學(xué)成份為
這些鋼的Jominy曲線如下
>
經(jīng)995℃、10小時的滲碳及98℃的溫油淬火后，該鋼件未顯示需要作附助機(jī)加工的變形。此外，滲碳作業(yè)的特征是表面下0.1m處的c含量為0.94％。
為了對比，在相同的條件下，用符合現(xiàn)有技術(shù)類型的鋼27MC5、29MC5、27MC5u、27MC5r、27CD4u、30M5及20CD4生產(chǎn)相同的零部件。這些鋼的成份如下
而其Jominy曲線為
滲碳后，這些零部件需再作機(jī)加工。此外表面下0.1mm處的碳含量僅為0.8％。后一結(jié)果表明除最低的變形敏感性外，本發(fā)明的鋼的滲碳優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的鋼。
權(quán)利要求
1.制造鋼制機(jī)械零部件的方法，在該法中，制造該鋼制零部件的毛壞，然后，任選地在高溫下，對該零部件毛坯的至少部分表面進(jìn)行滲碳或碳氮共滲處理，其特征在于構(gòu)成該零部件的鋼含有(％重量)0.15％≤C≤0.35％0％≤Si≤0.6％0％≤Mn+Cr+Ni+Mo≤5％0％≤Al≤0.1％0％≤Cu≤0.5％0％≤S≤0.15％P≤0.03％任選地含，最多0.02％的Te、最多0.04％的Se、最多0.07％的Pb、最多0.005％的Ca，余量的Fe及來自冶煉的雜質(zhì)，調(diào)整該化學(xué)成份，從而使該鋼的Jominy曲線為45HRC≤J3≤50HRC39HRC≤J11≤47HRC31HRC≤J25≤40HRC而且使5次Jominy試驗的J3m、J11m、J15m和J25m平均值為|J11m-J3m×14/22-J25m×8/22|≤2.5HRC及J3m-J15m≤9HRC。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征為，該鋼的J3m-J15m≤8HRC。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征為，要使5次Jominy試驗的平均值J7m、J11m、J15m和J25m為10×(J7m-J11m)/(4×(J15m-J25m))×2.15。
4.權(quán)利要求1、2或3的方法，其特征為使5次Jominy試驗的平均值J7m、J11m、J15m和J25m為10×(J7m-J15m)/(8×(J15m-J25m))≤2。
5.權(quán)利要求1-4中之任一項的方法，其特征在于使該鋼的化學(xué)成份為0.2％≤C≤0.26％0.05％≤Si≤0.5％1％≤Mn≤1.6％0.4％≤Cr≤1.5％0.08％≤Mo≤0.27％0％≤Ni≤0.6％0.003％≤Al≤0.06％0％≤Cu≤0.3％0％≤S≤0.1％P≤0.03％。
6.權(quán)利要求5的方法，其特征在于0.21％≤C≤0.25％0.1％≤Si≤0.45％1.1％≤Mn≤1.5％0.9％≤Cr≤1.4％0.09％≤Mo≤0.26％0％≤Ni≤0.6％0.005％≤Al≤0.05％0％≤Cu≤0.3％0.02％≤S≤0.09％P≤0.03％。
7.權(quán)利要求1-6中任一項的方法，其特征在于該鋼還含0％-0.05％的Ti。
8.權(quán)利要求1-7中任一項的方法，其特征在于該鋼的含N量為0.004％-0.02％。
9.滲碳或碳氮共滲鋼，其特征在于其化學(xué)成分包含(％重量)0.2％≤C≤0.26％0.05％≤Si≤0.5％1％≤Mn≤1.6％0.4％≤Cr≤1.5％0.08％≤Mo≤0.27％0％≤Ni≤0.6％0.003％≤Al≤0.06％0％≤Cu≤0.3％0％≤S≤0.1％P≤0.03％任選地含最多為0.02％的Te，最多為0.04％的Se，最多0.07％的Pb，最多0.005％的Ca，余量的Fe及來自冶煉的雜質(zhì)。
10.權(quán)利要求9的滲碳或碳氮共滲鋼，其特征在于其化學(xué)成份為0.21％≤C≤0.25％0.1％≤Si≤0.45％1.1％≤Mn≤1.5％0.9％≤Cr≤1.4％0.09％≤Mo≤0.26％0％≤Ni≤0.6％0.005％≤Al≤0.05％0％≤Cu≤0.3％0.02％≤S≤0.09％P≤0.03％。
11.權(quán)利要求9或10的滲碳或碳氮共滲鋼，其特征在于其Jominy曲線為45HRC≤J3≤50HRC39HRC≤J11≤47HRC31HRC≤J25≤40HRC5次Jominy試驗的平均值J3m、J11m、J15m和J25m為|J11m-J3m×14/22-J25m×8/22|≤2.5HRC及J3m-J15m≤9HRC。
12.權(quán)利要求11的滲碳鋼或碳氮共滲鋼，其特征在于J3m-J15m≤8HRC。
13.權(quán)利要求11或12的滲碳或碳氮共滲鋼，其特征在于5次Jominy試驗的平均值J7m、J11m、J15m和J25m為10×(J7m-J11m)/(4×(J15m-J25m))≤2.15。
14.權(quán)利要求11、12或13的滲碳或碳氮共滲鋼，其特征為，5次Jominy試驗的平均值J7m、J11m、J15m和J25m為10×(J7m-J15m)/(8×(J15m-J25m))≤2。
15.權(quán)利要求9-14中任一項的鋼，其特征在于它還含0％-0.05％的Ti。
16.權(quán)利要求9-15中任一項的鋼，其特征為，其N含量為0.004％-0.02％。
全文摘要
制造鋼制機(jī)械零部件的方法,在該法中,制造鋼的零部件毛坯,然后對該零部件毛坯的至少部分表面進(jìn)行高溫滲碳或碳氮共滲,構(gòu)成該零件的鋼的化學(xué)成分如說明書中所示。將該化學(xué)成分調(diào)整得使該鋼的Jominy曲線為:45HRC≤J
文檔編號C22C38/04GK1211632SQ9811741
公開日1999年3月24日 申請日期1998年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月10日
發(fā)明者C·比查德 申請人:阿斯克邁塔爾公司