專利名稱：滾動軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種被用于減速器、主動小齒輪、變速器等的滾動軸承，更具體地說，是涉及一種滾動疲勞特性長壽命，并且，具有高度的耐裂紋強(qiáng)度和耐長期尺寸變化的滾動軸承。
背景技術(shù)：
作為對于軸承零件的滾動疲勞賦予長壽命的熱處理方法，有在淬火加熱時(shí)的氣氛RX氣體中，再添加氨氣等，對該軸承零件的表層部實(shí)施碳氮共滲處理的方法(例如特開平8-4774號公報(bào)、特開平11-101247號公報(bào))。通過采用此碳氮共滲處理，能夠使表層部硬化，此外使顯微組織中生成殘留奧氏體，從而能夠使?jié)L動疲勞壽命提高。
因?yàn)樘嫉矟B處理為了擴(kuò)散處理，需要長時(shí)間保持于高溫，所以使組織粗大化等，難以實(shí)現(xiàn)裂紋強(qiáng)度的提高，而有改善的余地。另外，對由殘留奧氏體的增加所致的長期尺寸變化率的增大，也有改善的余地。
另一方面，對于滾動疲勞，為了確保長壽命，使裂紋強(qiáng)度提高，防止長期尺寸變化率的增大，可以通過鋼的合金設(shè)計(jì)而實(shí)行。但是，若利用鋼的合金設(shè)計(jì)，則會發(fā)生原材料成本變高等的問題點(diǎn)。
在今后的軸承零件中，為了伴隨使用環(huán)境的高載荷化、高溫化，要求具有即使在比現(xiàn)有還大的載荷條件下，且更高溫也能夠使用的特性，為此就需要滾動疲勞特性為長壽命，具有高度的裂紋強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性的軸承零件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明其目的在于，提供一種具有高度的耐裂紋強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，在高溫環(huán)境下滾動疲勞壽命也優(yōu)異的滾動軸承。
本發(fā)明的滾動軸承，是具有內(nèi)圈、外圈和多個(gè)的滾動體的滾動軸承，其中，內(nèi)圈、外圈和滾動體之中至少任意一個(gè)構(gòu)件，是具有內(nèi)圈、外圈和滾動體的高溫用滾動軸承的零件，其由如下的鋼材構(gòu)成合金元素的含量以質(zhì)量％計(jì)，含有C(碳)為0.6％以上但在1.3％以下；Si(硅)為0.3％以上但在3.0％以下；Mn(錳)為0.2％以上但在1.5％以下；P(磷)為0.03％以下；S(硫)為0.03％以下；Cr(鉻)為0.3％以上但在5.0％以下；Ni(鎳)為0.1％以下但在3.0％以下；Al(鋁)為0.050％以下；Ti(鈦)為0.003％以下；O(氧)為0.0015％以下；N(氮)為0.015％以下，剩余部由Fe(鐵)和不可避免的雜質(zhì)組成，并且，具有氮富集層，奧氏體結(jié)晶粒的粒度號數(shù)為超過10號的范圍。本發(fā)明者們，銳意研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)了，能夠取得在異物混入環(huán)境下和高溫環(huán)境下，具有優(yōu)異的滾動疲勞壽命的廉價(jià)的高溫用滾動軸承構(gòu)件，其組成元素的組合及其各含量。以下，說明各化學(xué)成分的限定理由。
(1)C的含量(0.6％以上但在1.3％以下)C是作為滾動軸承用于確保強(qiáng)度所必須的元素，因?yàn)闉榱司S持指定的熱處理后的硬度而需要含有0.6％以上，所以將C含量的下限限定于0.6％。另外，在本發(fā)明中，如后述碳化物對滾動疲勞壽命發(fā)揮著重要的作用，但是在C含量超過1.3％而含有時(shí)，因?yàn)榇笮偷奶蓟锷?，判明產(chǎn)生滾動疲勞壽命的降低，所以將C含量的上限限定于1.3％。
(2)Si的含量(0.3％以下但在3.0％以下)因?yàn)镾i有著抑制在高溫域的軟化，改善滾動軸承的耐熱性的作用，所以優(yōu)選添加。但是，因?yàn)楫?dāng)Si含量低于0.3％該效果無法取得，所以將Si含量的下限限定于0.3％。另外，伴隨Si含量的增加而耐熱性提高，但是因?yàn)槌^3.0％而大量含有時(shí)，不但其效果飽和，而且還產(chǎn)生熱加工性和切割性的降低，所以將Si含量的上限限定于3.0％。
(3)Mn的含量(0.2％以上但在1.5％以下)Mn不但是在制造鋼時(shí)用于脫氧的元素，而且是改善淬火性的元素，因?yàn)闉榱巳〉眯Ч枰砑?.2％以上，所以將Mn含量的下限限定于0.2％。但是，若超過1.5％而大量含有，則因?yàn)榍懈钚源蠓冉档?，所以將Mn含量的上限限定于1.5％。
(4)P的含量(0.03％以下)因?yàn)镻在鋼的奧氏體晶界偏析，導(dǎo)致韌性和滾動疲勞壽命的降低，所以將0.03％作為含量的上限。
(5)S的含量(0.03％以下)因?yàn)镾破壞鋼的熱加工性，在鋼中形成非金屬夾雜物而使韌性和滾動疲勞性壽命降低，所以將0.03％作為S含量的上限。另外，因?yàn)镾如所述持有有害的一面，但另一方面也有使切割加工性提高的效果，所以，優(yōu)選盡可能少，但允許含量達(dá)到0.005％。
(6)Cr的含量(0.3％以上但在5.0％以下)Cr在本發(fā)明中是起著重要的作用的元素，用于淬火性的改善、基于碳化物的硬度確保和壽命改善而被添加。因?yàn)闉榱说玫街付ǖ奶蓟锒枰?.3％以上的添加，所以將Cr含量的下限限定于0.3％。但是，若超過5.0％而大量含有，則因?yàn)榇笮偷奶蓟锷啥a(chǎn)生滾動疲勞壽命的降低，所以將Cr含量的上限限定于5.0％。
(7)Al的含量(0.050％以下)Al作為鋼的制造時(shí)的脫氧劑而被使用，但是因?yàn)樯捎操|(zhì)的氧化物系夾雜物使?jié)L動疲勞壽命降低，所以優(yōu)選其減少。還有，若Al超過0.050％被大量含有，則因?yàn)榇_認(rèn)有顯著的滾動疲勞壽命的降低，所以將Al含量的上限限定于0.050％。
還有，因?yàn)槭笰l含量低于0.005％會造成鋼的制造成本的上升，所以優(yōu)選Al含量的下限限定于0.005％。
(8)Ti的含量(0.003％以下)，O的含量(0.0015％以下)，N的含量(0.015％以下)因?yàn)門i、O和N作為在鋼中形成氧化物、氮化物的非金屬夾雜物，成為疲勞破壞的起點(diǎn)而使?jié)L動疲勞壽命降低，所以將Ti0.003％，O0.0015％，N0.015％作為各元素的上限。
(9)Ni的含量(0.1％以上但在3.0％以下)Ni在本發(fā)明中是起著重要的作有的元素，特別是具有抑制在高溫環(huán)境下被使用時(shí)的滾動疲勞過程中的組織的變化，還有抑制在高溫域的硬度的降低，從而提高滾動疲勞壽命的效果。另外，Ni不但改善韌性，改善在異物環(huán)境下的壽命，而且也有助于耐腐蝕性的改善。為此，因?yàn)樾枰筃i含有0.1％以上，所以將Ni含量的下限限定于0.1％。但是，若超過3.0％而大量含有Ni，則在淬火處理時(shí)有大量的殘留奧氏體生成，而將無法取得指定的硬度，另外鋼材成本上升，所以將Ni含量的上限限定于3.0％。
上述鋼材，也可以以質(zhì)量％計(jì)，再含有0.05％以上但低于0.25％的Mo，和0.05％以上但在1.0％以下的V的至少一種。由此，能夠進(jìn)一步使異物混入環(huán)境下和高溫環(huán)境下的滾動疲勞壽命提高，且能夠使回火處理后的硬度提高。以下，說明上述化學(xué)成分的限定理由。
(10)Mo的含量(0.05％以上但低于0.25％)Mo不但改善鋼的淬火性，而且通過固溶于碳化物中而有防止回火處理時(shí)的軟化的效果。特別是，因?yàn)镸o被發(fā)現(xiàn)有改善在高溫域的滾動疲勞的作用而被添加。但是，若大量使Mo含有達(dá)0.25％以上，則不但鋼材成本上升，而且在為了使切割加工容易的軟化處理時(shí)，因?yàn)橛捕炔唤档颓懈钚源蠓攘踊?，所以將Mo含量限定于低于0.25％。另外，因?yàn)楫?dāng)Mo含量低于0.05％，對碳化物形成無效，所以將Mo含量的下限限定于0.05％。
(11)V的含量(0.05％以上但在1.0％以下)V與碳結(jié)合而析出細(xì)微的碳化物，不但具有促進(jìn)結(jié)晶粒的細(xì)微化從而改善強(qiáng)度、韌性的效果，而且通過V的含有，顯示出改善鋼的耐熱性，抑制高溫回火后的軟化，改善滾動疲勞壽命，使壽命的偏差減少的作用。因?yàn)槿〉迷撔Ч腣的含量為0.05％以上，所以將V含量的下限限定于0.05％。但是，若超過1.0％而大量的含有V，則因?yàn)榍懈钚?、熱加工性降低，所以將V含量的上限限定于1.0％。
其次，氮富集層是將形成于軸承環(huán)(外圈或內(nèi)圈)或滾動體的表層的氮含量增加了的層，例如，能夠通過碳氮共滲、氮化、滲氮等的處理而使之形成。在氮富集層中的氮含量，優(yōu)選為0.1～0.7％的范圍。若氮含量比0.1％少則沒有效果，特別是在異物混入條件下的滾動壽命降低。若氮含量比0.7％多，則出現(xiàn)被稱為孔穴(void)的空孔，殘留奧氏體變得過多，硬度將喪失而成為短壽命。在形成于軸承環(huán)的氮富集層中，氮含量是在研磨后的導(dǎo)軌面的表層50μm中的值，能夠以例如EPMA(波長分散型X射線微量分析儀)測定。
另外，奧氏體結(jié)晶粒的號數(shù)越超過10號，奧氏體粒徑越細(xì)微，由此能夠大幅度改良滾動疲勞壽命。當(dāng)奧氏體粒徑的粒度號數(shù)在10號以下，因?yàn)闈L動疲勞壽命無法被大為改善，所以設(shè)為超過10號的范圍。通常為11號以上。奧氏體粒徑越細(xì)小越為優(yōu)選，但是，通常難以取得超過13號的粒度號數(shù)。還有，上述的軸承零件的奧氏體晶粒，在深受碳氮共滲處理的影響的表層部，與其相比內(nèi)側(cè)的內(nèi)部也不變化。因此，成為上述的結(jié)晶粒度號數(shù)的范圍的對象的位置，為表層部和內(nèi)部。
本發(fā)明的滾動軸承，因?yàn)樵谛纬闪说患瘜拥幕A(chǔ)上，將奧氏體粒徑以粒度號數(shù)細(xì)微化至11號以上，所以滾動疲勞壽命被大大改善，從而能夠得到優(yōu)異的耐裂紋強(qiáng)度和耐長期尺寸變化。


圖1是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式中的滾動軸承的概略剖面圖。
圖2是說明在本發(fā)明的實(shí)施方式中的滾動軸承的熱處理方法的圖。
圖3是說明在本發(fā)明的實(shí)施方式中的滾動軸承的熱處理方法的變形例的圖。
圖4A是表示本發(fā)明例的軸承零件的顯微組織，特指奧氏體晶粒的圖。
圖4B是表示現(xiàn)有的軸承零件的顯微組織，特指奧氏體晶粒的圖。
圖5A表示圖解圖4A的奧氏體晶界。
圖5B表示圖解圖4B的奧氏體晶界。
圖6是表示靜壓破壞強(qiáng)度試驗(yàn)(破壞應(yīng)力值的測定)的試驗(yàn)片的圖。
圖7A是滾動疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)的概略正面圖。
圖7B是滾動疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)的概略側(cè)面圖。
圖8是表示靜力的破壞韌性試驗(yàn)的試驗(yàn)片的圖。
具體實(shí)施例方式
接下來，根據(jù)圖紙說明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式中的滾動軸承的概略剖面圖。在圖1中，此滾動軸承10主要具有外圈1、內(nèi)圈2、和滾動體3。圖紙表示徑向滾珠軸承(radial ball bearing)，但是滾珠軸承、錐形滾柱軸承、圓筒形滾柱軸承、滾針軸承也同樣為本發(fā)明的實(shí)施方式的對象。滾動體3通過配置于外圈1和內(nèi)圈2之間的保持器被可滾動地支撐。這些滾動軸承的外圈1、內(nèi)圈2和滾動體3的至少1個(gè)的軸承零件具有氮富集層。
作為用于使氮富集層形成的處理的具體例，說明含碳氮共滲處理的熱處理。圖2是說明在本發(fā)明的實(shí)施方式中的滾動軸承的熱處理方法的圖，圖3是說明其變形例的圖。圖2是表示進(jìn)行一次淬火和二次淬火的方法的熱處理模式，圖3是表示在淬火途中將材料冷卻至低于A1相變點(diǎn)溫度，其后，再加熱而進(jìn)行最終淬火的方法的熱處理模式。在這些圖中，在處理T1中使碳和氮擴(kuò)散于鋼的坯料而充分進(jìn)行了碳的滲透之后，冷卻至低于A1相變點(diǎn)。接著，在圖中的處理T2中，再加熱至A1相變點(diǎn)溫度以上且比處理T1低的溫度，由此實(shí)施油淬火。
在上述的熱處理中，與繼現(xiàn)有的碳氮共滲淬火，即碳氮共滲處理之后立即1次淬火相比，能夠一邊對表層部分進(jìn)行碳氮共滲，一邊使裂紋強(qiáng)度提高，長期尺寸變化率減少。根據(jù)在上述本發(fā)明的滾動軸承中的圖2或圖3的熱處理方法，能夠獲得奧氏體晶粒的粒徑成為現(xiàn)有的2分之1以下的顯微組織。經(jīng)受了上述的熱處理的軸承零件，相對于滾動疲勞有長壽命，能夠使裂紋強(qiáng)度提高，使長期尺寸變化率減少。還有，根據(jù)用途也可以進(jìn)行至350℃為止的高溫回火。
圖4是表示軸承零件的顯微組織，特指奧氏體晶粒的圖。圖4A是本發(fā)明例的軸承零件，圖4B是現(xiàn)有的軸承零件。即，應(yīng)用上述圖2所示的熱處理模式的軸承鋼的奧氏體結(jié)晶粒度由圖4A表示。另外，為了比較，根據(jù)現(xiàn)有的處理方法的軸承鋼的奧氏體結(jié)晶粒度由圖4B表示。另外，由圖5A和圖5B，表示圖解上述圖4A和圖4B的奧氏體結(jié)晶粒度。比起表示這些奧氏體結(jié)晶粒度的組織，現(xiàn)有的奧氏體粒徑是JIS規(guī)格的粒度號數(shù)為10號，而根據(jù)基于本發(fā)明的熱處理方法能夠得到12號的細(xì)粒。另外，圖4A的平均粒徑，以切片法測定的結(jié)果是5.6μm。
接下來，說明本發(fā)明的實(shí)施例。
(實(shí)施例I)采用1.2重量％C-1.0重量％Si-0.5重量％Mn-1.0重量％Ni-1.5重量％Cr鋼，進(jìn)行如下各試驗(yàn)(1)氫量的測定；(2)結(jié)晶粒度的測定；(3)擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)；(4)破壞應(yīng)力值的測定；(5)滾動疲勞試驗(yàn)。由表1表示其結(jié)果。
表1


各試料的制造經(jīng)過如下。
試料A～D(本發(fā)明例)碳氮共滲處理850℃，保持時(shí)間150分鐘。氣氛為RX氣體和氨氣的混合氣體。在圖2所示的熱處理模式中，從碳氮共滲處理溫度850℃進(jìn)行一次淬火，接著加熱到比碳氮共滲處理溫度低的溫度域780℃～830℃，進(jìn)行二次淬火。不過，二次淬火溫度780℃的試料A由于淬火硬度足而從試驗(yàn)的對象中去除。
試料E、F(比較例)碳氮共滲處理，以與本發(fā)明例A～D相同的經(jīng)過進(jìn)行，進(jìn)行二次淬火溫度為碳氮共滲處理溫度850℃以上的850℃～870℃。
現(xiàn)有碳氮共滲處理品(比較例)碳氮共滲處理850℃，保持時(shí)間150分鐘。氣氛為RX氣體和氨氣的混合氣體。從碳氮共滲處理溫度立即進(jìn)行淬火，二次淬火未進(jìn)行。
普通淬火品(比較例)不進(jìn)行碳氮共滲處理，加熱到850℃淬火。二次淬火未進(jìn)行。
這些均進(jìn)行180℃，保持時(shí)間120分鐘的回火。
接著，說明試驗(yàn)方法。
(1)氫量的測定氫量利用LECO公司制DH-103型氫分析裝置，分析鋼中的非擴(kuò)散性氫量。擴(kuò)散性氫量未測定。此LECO社制DH-103型氫分析裝置的規(guī)格如下所式。
分析范圍0.01～50.00ppm分析精度±0.1ppm或±3％H(任何一個(gè)成為大的一方)分析靈敏度0.01ppm檢定方式導(dǎo)熱系數(shù)法試料重量尺寸10mg～35mg(最大直徑12mm×長100mm)加熱爐溫度范圍50℃～1100℃試劑無水高氯酸鎂(anhydron)Mg(ClO4)2，燒堿石棉劑(ascarite)NaOH載氣氮?dú)猓瑲怏w配料氣體(gas dosing gas)氫氣，任一氣體純度均為99.99％以上，壓力40psi(2.8kgf/cm2)。
測定步驟的概要如下。將以專用的采樣器(sampler)提取的試料連采樣器一起插入上述的氫分析裝置。內(nèi)部的擴(kuò)散性氫通過氮載氣被引導(dǎo)至導(dǎo)熱系數(shù)檢測器。此擴(kuò)散性氫在本實(shí)施中不測定。接著，從采樣器取出試料，在電阻加熱爐內(nèi)加熱，將非擴(kuò)散性氫通過氮載氣引導(dǎo)至導(dǎo)熱系數(shù)檢測器。在導(dǎo)熱系數(shù)檢測器中，通過測定導(dǎo)熱系數(shù)能夠了解非擴(kuò)散性氫量。
(2)結(jié)晶粒度的測定結(jié)晶粒度的測定，根據(jù)JIS G 0551的鋼的奧氏體結(jié)晶粒度試驗(yàn)方法進(jìn)行。
(3)擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)，根據(jù)JIS Z 2242的金屬材料的擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)方法進(jìn)行。試驗(yàn)片采用被標(biāo)示為JIS Z 2202的U槽口試驗(yàn)片(JIS3號試驗(yàn)片)。
(4)破壞應(yīng)力值的測定圖6是表示靜壓破壞強(qiáng)度試驗(yàn)(破壞應(yīng)力值的測定)的試驗(yàn)片的圖。在圖中的P方向負(fù)荷載荷，測定達(dá)到被破壞的載荷。其后，將所得到的破壞載荷，通過下述所示的曲梁的應(yīng)力計(jì)算公式換算成應(yīng)力值。還有，試驗(yàn)片不限于圖6所示的試驗(yàn)片，也可以采用其他形狀的試驗(yàn)片。
若將圖6的試驗(yàn)片的凸表面中的纖維應(yīng)力設(shè)為σ1，將凹表面中的纖維應(yīng)力設(shè)為σ2，則σ1和σ2根據(jù)下述的公式求得(機(jī)械工學(xué)便覽A4編材料力學(xué)A4-40)。這里，N表示包含圓環(huán)狀試驗(yàn)片的軸的截面的軸向力，A表示橫截面面積，e1表示外半徑，e2表示內(nèi)半徑。還有，κ是曲梁的截面系數(shù)。
σ1＝(N/A)+{M/(Aρ0)}[1+e1/{κ(ρ0+e1)}]σ2＝(N/A)+{M/(Aρ0)}[1-e2/{κ(ρ0-e2)}]κ＝-(1/A)∫A{η/(ρ0+η)}dA(5)滾動疲勞壽命表2顯示滾動疲勞壽命試驗(yàn)的試驗(yàn)條件。還有，圖7是滾動疲勞試驗(yàn)機(jī)的概略圖。圖7A是正面圖，圖7B是側(cè)面圖。在圖7A和圖7B中，滾動疲勞壽命試驗(yàn)片21由驅(qū)動輥11驅(qū)動，與滾珠13接觸而旋轉(zhuǎn)。滾珠13是3/4英寸的滾珠，被導(dǎo)向輥12引導(dǎo)，一邊在與滾動疲勞壽命試驗(yàn)片21之間相互帶來高的表面壓力一邊滾動。
若說明表1所示的實(shí)施例1的試驗(yàn)結(jié)果則如下。
(1)氫量進(jìn)行了碳氮共滲處理這樣的現(xiàn)有碳氮共滲處理品，成為非常高的值為0.83ppm。這被認(rèn)為是由于，包含于碳氮共滲處理的氣氛的氨(NH3)分解，氫浸入到鋼中。相對于此，試料B～D，氫量減少到接近一半為0.42～0.45ppm。該氫量與普通淬火品為同等級別。
通過上述的氫量的降低，能夠減輕由氫固溶引起的鋼的脆化。即，通過氫量的降低，本發(fā)明例的試料B～D的擺錘沖擊值被大大改善。
(2)結(jié)晶粒度結(jié)晶粒度在二次淬火溫度比碳氮共滲處理時(shí)的淬火(一次淬火)的溫度低時(shí)，即試料B～D的情況，奧氏體晶粒被顯著細(xì)微化為結(jié)晶粒度號數(shù)11～12。試料E和F加之現(xiàn)有碳氮共滲處理和普通淬火品的奧氏體晶粒，為結(jié)晶粒度號數(shù)9，成為比本發(fā)明例的試料B～D粗大的結(jié)晶粒。
(3)擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)根據(jù)表1，與現(xiàn)有碳氮共滲處理品的擺錘沖擊值為5.10J/cm2的相比，本發(fā)明例的試料B～D的擺錘沖擊值能夠取得較高的值，為6.35J/cm2～6.8J/cm2。其中，也顯示出二次淬火溫度低的一方擺錘沖擊值變高的傾向。普通淬火品的擺錘沖擊值高達(dá)6.40J/cm2。
(4)破壞應(yīng)力值的測定上述破壞應(yīng)力值相當(dāng)于耐裂紋強(qiáng)度。根據(jù)表1，現(xiàn)有碳氮共滲處理品為2080MPa的破壞應(yīng)力值。與之相比，試料B～D的破壞應(yīng)力值能夠取得被改善為2630～2800MPa的值。普通淬火品的破壞應(yīng)力值為2750MPa，試料B～D的被改良了的耐裂紋強(qiáng)度，被推定為與奧氏體結(jié)晶粒的細(xì)微化并列，基于氫含有率的降低的效果大。
(5)滾動疲勞試驗(yàn)根據(jù)表1，普通淬火品反映在表層部沒有碳氮共滲層，滾動疲勞壽命L10最低。與之相比，現(xiàn)有碳氮共滲處理品的滾動疲勞壽命成為其1.4倍。試料B～D的滾動疲勞壽命比現(xiàn)有碳氮共滲處理品有大幅度提高。試料E、F與現(xiàn)有碳氮共滲處理品基本相同。
若歸納上述，則本發(fā)明例的試料B～D，氫含有率降低，奧氏體結(jié)晶粒度被細(xì)微化至11號以上，擺錘沖擊值、耐裂紋強(qiáng)度和滾動疲勞壽命也被改善。
(實(shí)施例II)接下來說明實(shí)施例II。在下述的X材、Y材和Z材中，進(jìn)行一系列的試驗(yàn)。在熱處理用原材中，采用1.2重量％C-1.0重量％Si-0.5重量％Mn-1.0重量％Ni-1.5重量％Cr)，在X材～Z材中通用。X材～Z材的制造經(jīng)過如下。
X材(比較例)只進(jìn)行普通淬火(不進(jìn)行碳氮共滲處理)。
Y材(比較例)在碳氮共滲處理后立即淬火(現(xiàn)有的碳氮共滲淬火)。碳氮共滲處理溫度845℃，保持時(shí)間150分鐘。碳氮共滲處理的氣氛作為RX氣+氨氣。
Z材(本發(fā)明例)實(shí)施了圖2的熱處理模式的軸承鋼。碳氮共滲處理溫度845℃，保持時(shí)間150分鐘。碳氮共滲處理的氣氛作為RX氣+氨氣。最終淬火溫度作為800℃。
(1)滾動疲勞壽命滾動疲勞壽命的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)裝置，如上述，表2和圖7所示的那樣。表3表示該疲勞壽命試驗(yàn)結(jié)果。
表2


表3


根據(jù)表3，比較例的Y材顯示，以相同比較例是只實(shí)施了普通淬火處理的X材的L10壽命(試驗(yàn)片10個(gè)中有1個(gè)破損的壽命)的1.5倍，確認(rèn)到來自碳氮共滲的長壽命化的效果。相對于此，本發(fā)明例的Z材，顯示是Y材的1.5倍，并且是X材的2.2倍的長壽命。其改良的主要原因被認(rèn)為是基于顯微組織的細(xì)微化。
(2)擺錘沖擊試驗(yàn)擺錘沖擊試驗(yàn)采用U槽口試驗(yàn)片，按照上述的JISZ2242的方法而進(jìn)行。表4表示試驗(yàn)結(jié)果。
表4


進(jìn)行了碳氮共滲處理的Y材(比較例)的擺錘沖擊值，不比普通淬火的X材(比較例)高，但是，Z材得到了與X材同等以上的值。
(3)靜力的破壞韌性值的試驗(yàn)圖8是表示靜力的破壞韌性試驗(yàn)的試驗(yàn)片的圖。在該試驗(yàn)片的槽口部，預(yù)先導(dǎo)入裂紋約1mm，之后施加來自3點(diǎn)彎曲的靜力的載荷，求得破壞載荷P。為了算出破壞韌性值(K1c值)而使用下面所示的(1)式。另外，表5表示試驗(yàn)結(jié)果。
K1c＝(PLa/BW2){5.8-9.2(a/W)+43.6(a/W)2-75.3(a/W)3+77.5(a/W)4}…(1)表5


因?yàn)轭A(yù)設(shè)裂紋深度比碳氮共滲層深度要大，所以在比較例的X材和Y材中沒有差別。但是，本發(fā)明例的Z材相對于比較例，能夠得到是其約1.1倍的值。
(4)靜壓破壞強(qiáng)度試驗(yàn)靜壓破壞強(qiáng)度試驗(yàn)片，采用如上述圖6所示的形狀。圖中，在P方向附加載荷，進(jìn)行靜壓破壞強(qiáng)度試驗(yàn)。表6表示試驗(yàn)結(jié)果。
表6


進(jìn)行碳氮共滲處理的Y材有比普通淬火的X材要低的值。然而，本發(fā)明例的Z材，比Y材靜壓破壞強(qiáng)度要提高，能夠取得不遜色于X材的水平。
(5)長期尺寸變化率表1一并表示保持溫度130℃，保持時(shí)間500小時(shí)的長期尺寸變化率的測定結(jié)果、表面硬度、殘留奧氏體量(50μm深度)。
表7


與殘留奧氏體量多的Y材的尺寸變化率相比，可知本發(fā)明例的Z材被抑制在70％以下。
(6)在異物混入下的滾動壽命試驗(yàn)采用滾珠軸承，評價(jià)在使標(biāo)準(zhǔn)異物以指定量混入了的異物混入下的滾動疲勞壽命。表8表示試驗(yàn)條件，表9表示試驗(yàn)結(jié)果。
表8


表9


對比X材，實(shí)施了現(xiàn)有的碳氮共滲處理的Y材約成為其1.7倍，另外，本發(fā)明例的Z材得到了約是其1.6倍的長壽命。本發(fā)明例的Z材與比較例的Y材相比，雖然殘留奧氏體少，但是通過碳氮的共滲和細(xì)微化了的顯微組織的影響，能夠取得與其基本同等的長壽命。
根據(jù)上述的結(jié)果可知，Z材，即本發(fā)明例，能夠同時(shí)滿足在現(xiàn)有的碳氮共滲處理在有困難的滾動疲勞壽命的長壽命化、裂紋強(qiáng)度的提高、長期<p>表6

冷軋性◎良好(完全沒有問題)○良好(需要微調(diào)整，但沒有問題)△可以(如果調(diào)整條件，則板能通過)×困難(板斷裂的危險(xiǎn)大)沖切模具的磨損○小(良好)×大(不良)評價(jià)A開發(fā)鋼(非常良好)B開發(fā)鋼(良好)C比較鋼
權(quán)利要求
1.一種滾動軸承，具有內(nèi)圈、外圈和多個(gè)的滾動體，其中，所述外圈、內(nèi)圈和滾動體之中的至少任一個(gè)構(gòu)件，由如下的鋼材構(gòu)成該鋼材合金元素的含量，以質(zhì)量％計(jì)，含有C為0.6％以上但在1.3％以下；Si為0.3％以上但在3.0％以下；Mn為0.2％以上但在1.5％以下；P為0.03％以下；S為0.03％以下；Cr為0.3％以上但在5.0％以下；Ni為0.1％以上但在3.0％以下；Al為0.050％以下；Ti為0.003％以下；O為0.0015％以下；N為0.015％以下，剩余部由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成，并且，具有氮富集層，奧氏體晶粒的粒度編號在超過10號的范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動軸承，其中，所述鋼材，以質(zhì)量％計(jì)，還包含0.05％以上但低于0.25％的Mo、和0.05％以上但在1.0％以下的V的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動軸承，其中，氮富集層中的氮含量為0.1％～0.7％的范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的滾動軸承，其中，所述構(gòu)件為軸承環(huán)，所述氮含量是在磨削后的導(dǎo)軌面的表層50μm中的值。
全文摘要
滾動軸承零件的合金元素的含量，以質(zhì)量％計(jì)，含有C為0.6％以上但在1.3％以下；Si為0.3％以上但在3.0％以下；Mn為0.2％以上但在1.5％以下；P為0.03％以下；S為0.03％以下；Cr為0.3％以上但在5.0％以下；Ni為0.1％以上但在3.0％以下；Al為0.050％以下；Ti為0.003％以下；O為0.0015％以下；N為0.015％以下，剩余部由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成，由此鋼材構(gòu)成，具有氮富集層，奧氏體結(jié)晶粒的粒度號數(shù)在超過10號的范圍。
文檔編號C21D9/40GK1863935SQ20048002950
公開日2006年11月15日 申請日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月10日
發(fā)明者木大力, 前田喜久男 申請人:Ntn株式會社