專利名稱：車輪支撐用滾動軸承單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輪用滾動軸承單元的改良，目的是將汽車的車輪旋轉(zhuǎn)自如地支撐在懸掛裝置上，特別是具有將車輪或懸掛裝置的一部分結(jié)合固定在周面的凸緣、具有通過高頻淬火至少在軌道部(內(nèi)圈軌道或外圈軌道)形成硬化層的內(nèi)方部件(也稱內(nèi)圈)或外方部件(也稱外圈)的車輪用滾動軸承單元的改良。
背景技術(shù)：
為了將汽車的車輪旋轉(zhuǎn)自如地支撐在懸掛裝置上的車輪支撐用滾動軸承單元具有內(nèi)方部件(例如旋轉(zhuǎn)輪、輪轂)、外方部件(例如靜止輪)和多個滾動體，內(nèi)方部件在外周面具有內(nèi)圈軌道；外方部件在內(nèi)周面具有外圈軌道；滾動體被可以自由滾動地設(shè)置在內(nèi)圈軌道和外圈軌道之間。另外，具有以下復(fù)雜形狀的車輪支撐用滾動軸承單元也正被廣泛使用，即在上述內(nèi)方部件或外方部件的周面上設(shè)置有凸緣，該凸緣是為了結(jié)合固定車輪或懸掛裝置的一部分。另外，在上述凸緣的圓周方向多處形成有插通螺柱或螺栓的通孔，該螺柱或螺栓結(jié)合固定車輪或懸掛裝置的一部分。
一方面，在使用滾動軸承時，來自各滾動體的高面壓被循環(huán)負(fù)載在外圈軌道和內(nèi)圈軌道上。因此，為了確保滾動軸承的滾動疲勞壽命，需要提高上述外圈軌道和內(nèi)圈軌道的表面硬度和耐摩擦性。鑒于這種情況，歷來，作為一般的滾動軸承，使用通過向SUJ2等的高碳鉻鋼構(gòu)成的原料實施淬火·回火，使該原料的整個表面硬化的材料。
但是，構(gòu)成上述車輪支撐用滾動軸承單元的內(nèi)方部件和外方部件中，設(shè)置凸緣的部件與構(gòu)成一般的滾動軸承的內(nèi)方部件和外方部件相比較，具有復(fù)雜的形狀。因此，為了確保熱鍛造性、切削性和沖孔加工性，使用以下方法形成的材料的情況居多，即利用S53C等中碳鋼制造設(shè)置有上述凸緣的部件的同時，通過高頻淬火在外圈軌道或內(nèi)圈軌道與該軌道部的周邊部形成硬化層。
例如，為了將汽車的車輪旋轉(zhuǎn)自如地支撐在懸掛裝置上，圖1～2所示的車輪支撐用滾動軸承單元1被廣泛使用。
圖1所示的車輪支撐用滾動軸承單元1具有構(gòu)成旋轉(zhuǎn)輪(內(nèi)方部件)輪轂圈2和內(nèi)圈3、作為靜止輪(外方部件)的外圈4和多個滾動體5。在其中外圈2的外周面的外端部(軸方向的外是指向汽車組裝的狀態(tài)下、寬度方向靠外側(cè)，是圖1～2的左側(cè)。相反，將靠寬度方向中央側(cè)稱為軸方向的內(nèi)，是圖1～2的右側(cè)。)上形成有支撐車輪的凸緣6。另外，在該輪轂圈2的中間部外周面上形成第一內(nèi)圈軌道7a，在內(nèi)端部形成外徑尺寸小的階梯部8。并且，在該階梯部8上外嵌上述內(nèi)圈3，該內(nèi)圈3在外周面上形成第二內(nèi)圈軌道7b，構(gòu)成上述旋轉(zhuǎn)輪。另外，該內(nèi)圈3的內(nèi)端面通過鉚接部9按住、將上述內(nèi)圈3固定在上述輪轂圈2的規(guī)定位置上，上述鉚接部9是通過將形成在上述輪轂圈2的內(nèi)端部的圓筒部向徑方向外方鉚接擴展而形成。另外，在上述外圈4上設(shè)置懸掛裝置用凸緣11，并且，在外圈4的內(nèi)周面上形成多列外圈軌道10a、10b，在兩外圈軌道10a、10b與上述兩內(nèi)圈軌道7a、7b之間分別設(shè)置多個上述各滾動體5。
以下，圖2所示的車輪支撐用滾動軸承單元1是在一對內(nèi)圈3的周圍設(shè)置輪轂圈2，一對內(nèi)圈3是被外嵌在無圖示的支撐軸上的狀態(tài)下、不旋轉(zhuǎn)的靜止輪，輪轂圈2是形成為了將車輪支撐在外周面上的凸緣6的旋轉(zhuǎn)輪。并且，在形成在該輪轂圈2的內(nèi)周面上的各外圈軌道10a、10b與形成在上述各內(nèi)圈3的外周面上的內(nèi)圈軌道7a、7b之間分別設(shè)置多個上述各滾動體5。
另外，圖1～2所示的任何一例，雖然作為滾動體5使用球，但是在重量巨大的汽車用滾動軸承單元的情況下，作為這些滾動體有時也使用圓錐滾子。
為了將上述的車輪支撐用滾動軸承單元1安裝在汽車上，在圖1的結(jié)構(gòu)的情況下，將形成在外圈4的外周面的外向凸緣狀的安裝部11螺栓緊固在釣爪等的懸掛裝置的構(gòu)成零件上，將作為靜止輪的上述外輪4支撐在懸掛裝置上，另外，在圖2的構(gòu)造的情況下，將一對內(nèi)圈3外嵌固定在支撐軸上，將作為靜止輪的各內(nèi)圈3支撐在懸掛裝置上。任何一種情況下，都是將車輪固定在形成在輪轂圈2(圖1的情況下是內(nèi)方部件、圖2的情況下是外方部件)的外周面的凸緣6上。其結(jié)果，可以將該車輪旋轉(zhuǎn)自如地支撐在懸掛裝置上。
構(gòu)成上述的車輪支撐用滾動軸承單元1的輪轂圈2為了確保熱鍛造性或切削性，用如S53C的機械構(gòu)造用碳鋼等中碳鋼制造。制造時，首先將切成規(guī)定長度的棒狀的原料通過高頻感應(yīng)加熱、加熱到1100～1200℃左右的奧氏體區(qū)域，通過熱鍛造形成規(guī)定的形狀后，進行自然冷卻。在進行該加工操作時，初析鐵素體從奧氏體顆粒邊界析出后，通過冷卻到室溫期間產(chǎn)生的珠光體相變，得到初析鐵素體和珠光體的復(fù)合組織。這樣的組織的大部分不用進行淬火、回火等熱處理，可以直接使用。
與此相反，圖1所示結(jié)構(gòu)的情況下，如同圖斜格子所示，在凸緣6的軸方向內(nèi)側(cè)面?zhèn)鹊母恳约吧鲜龅谝粌?nèi)圈軌道7a到階梯部8的區(qū)域上，為了確保滾動的疲勞壽命以及防止嵌合部的微振磨損，進行了利用高頻淬火形成硬化層的處理。
這樣結(jié)構(gòu)的情況下，在具有上述凸緣6的部件中，沒有被實施高頻淬火的部分在只進行了熱鍛造(沒有實施硬化處理)的狀態(tài)下使用。另外，在以下的說明中，將沒有被實施高頻淬火的部分而只進行了熱鍛造的狀態(tài)下使用的部分作為非調(diào)質(zhì)處理部。
一方面，近年來，由于汽車的油耗降低并且行駛性能提高，因此對車輪支撐用滾動軸承單元1的輕量化的要求越來越高，也對支撐車輪的凸緣6的薄壁化也加以考慮。但是，如果將該凸緣6進行薄壁化，由于該凸緣6的根部的強度減弱，因此隨著薄壁化需要對確保強度進行充分的考慮。
特別是轉(zhuǎn)彎行駛時，由于在懸掛裝置和車輪之間向上述車輪支撐用滾動軸承單元1上施加的轉(zhuǎn)矩復(fù)合，在上述凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母繌澢鷳?yīng)力集中。因此，在沒有采取任何措施的情況下，由于金屬疲勞，具有產(chǎn)生裂縫等損傷的可能性。一方面，如上所述，在上述凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母坑捎谛纬衫酶哳l淬火形成的硬化層、成為高強度，因此，比上述外側(cè)面?zhèn)鹊母科趶姸忍岣?、產(chǎn)生裂縫等損傷的可能性降低。
另外，由于隨著車輪的旋轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力施加在上述凸緣6上，因此，該凸緣成為非調(diào)質(zhì)處理部的情況下，在該凸緣6上也還是容易產(chǎn)生裂縫等損傷。因此，為了實現(xiàn)該凸緣6的薄壁化，需要提高存在于該凸緣以及該凸緣根部的非調(diào)質(zhì)處理部旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞強度以及扭轉(zhuǎn)疲勞強度。
相反，在特開2002-80778號公報上記載有以下構(gòu)造，即與內(nèi)側(cè)面?zhèn)鹊母客瑯?，通過在凸緣的外側(cè)面?zhèn)鹊母恳残纬衫酶哳l淬火產(chǎn)生的表面硬化層，實現(xiàn)提高該凸緣的外側(cè)面?zhèn)鹊母康膹姸取?br> 另外，在特開2001-200314號公報中記載有以下內(nèi)容，即，以確保使用時與車輪一起旋轉(zhuǎn)的部件(旋轉(zhuǎn)部件)的加工性的同時提高具有硬化層的軌道部的滾動疲勞壽命為目的，使該旋轉(zhuǎn)部件的C的含有量多于S53C、小于SUJ2，并且，由添加有Si、Cr等合金成分的合金鋼制造。
但是，在特開2002-87008號公報中所述的車輪用軸承裝置中，由于在外側(cè)根部14上增加一處高頻淬火部，造成成本增加，并且擔(dān)心車輪安裝用凸緣6的內(nèi)側(cè)根部12和外側(cè)根部14的兩側(cè)由于淬火硬化造成耐撞擊性降低等。
另外，在特開2001-200314號公報中所述的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的情況下，沒有考慮提高上述非調(diào)質(zhì)處理部的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞強度或扭轉(zhuǎn)疲勞強度。
因此，為了不使車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14淬火硬化而形成該車輪安裝用凸緣6的薄壁化，如果也考慮鍛造后的疲勞強度、切削性，則需要提高耐久比(疲勞極限強度/抗拉強度)。
另外，近年來，在帶有汽車支撐用的凸緣的軸承裝置上，出于抑制行駛時的振動或制動的不均勻磨損的目的，對凸緣6的制動轉(zhuǎn)子固定面等要求有更高精度的加工。由于上述凸緣6的加工是通過車削加工以及鉆頭沖孔加工進行，因此，對材料的切削性以及沖孔加工性的要求更高，但是，在上述特開2002-200314號公報中所述帶凸緣的軸承裝置中，沒有解決材料的切削性以及沖孔加工性的問題。如果切削性或沖孔加工性不好，則發(fā)生生產(chǎn)效率降低以及工具壽命降低，導(dǎo)致成本增加。
并且，作為提高材料的切削性以及沖孔加工性的方法，降低鋼中含有的C量是有效的，但是，如果降低C量，則具有進行高頻淬火的軌道部13的滾動疲勞壽命降低的問題。
并且，由于旋轉(zhuǎn)輪(車輪)側(cè)一面受到負(fù)荷一面旋轉(zhuǎn)，因此，在凸緣6的根部分上產(chǎn)生循環(huán)旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力。由于凸緣6的根部包含沒有進行高頻淬火的非調(diào)質(zhì)處理部，因此，該非調(diào)質(zhì)處理部也需要疲勞強度。
本發(fā)明鑒于上述情況，目的是提供帶凸緣軸承裝置以及該裝置的制造方法，該帶凸緣軸承裝置通過不增加高頻淬火部而提高凸緣的疲勞強度，可以成為由于凸緣的薄壁化而形成的輕量化。
另外，如上所述，為了確保熱鑄造性或切削性，構(gòu)成車輪支撐用滾動軸承單元1的輪轂圈2用S53C等的中碳鋼制造，在制造時，將切成規(guī)定長度的棒狀材料通過高頻感應(yīng)加熱、在1100～1200℃左右的奧氏體區(qū)域通過熱鍛造進行成形地制造。其中大部分沒有被進行淬火、回火而使用，但是從車輪安裝用凸緣6的內(nèi)端側(cè)根部12經(jīng)過內(nèi)圈軌道面7a到小徑部8的區(qū)域上，以確保滾動疲勞壽命以及防止內(nèi)圈嵌合部的微振磨損為目的，形成利用高頻淬火產(chǎn)生的硬化層13(圖1中格子狀上有斜線的部分)。沒有實施高頻淬火的部分在只進行了熱鍛造的熱處理狀態(tài)下被使用(非調(diào)質(zhì)處理部)。
此時，通過熱鍛造后的自然冷卻，首先生成鐵素體組織，其余的成為珠光體組織。這樣，由于兩相的相變溫度不同，因此，受到在相變點附近的冷卻速度或加熱時長大的奧氏體顆粒(在與鐵素體珠光體的關(guān)系上，有時也稱為先前奧氏體顆粒)的粒徑的影響，相變特性發(fā)生變化，最終得到鐵素體珠光體分率不同的組織。
在組裝車輪支撐用滾動軸承單元1時，有將內(nèi)圈3嵌入輪轂圈2的小徑階梯部8后，為了固定內(nèi)圈3和輪轂圈2，如圖1所示，將輪轂圈2的圓筒部9向徑方向外方擠壓擴大的工序。在該工序中以大的應(yīng)變速度(歪速度)進行高加工率的冷加工，即一面使整個車輪支撐用滾動軸承單元1旋轉(zhuǎn)，一面向圓筒部9施加向著徑方向外方的大的負(fù)荷。
但是，如果進行這樣的擺動鉚接，則有在表面產(chǎn)生裂紋的問題。在此，在特開2002-139060號公報中提出了以下技術(shù)，即，通過使圓筒部的端面的角具有圓度來抑制裂縫的發(fā)生，在特開平12-087978號公報中提出了以下技術(shù)，即，通過從圓筒開始鉚接、改良最終的表面的曲面形狀來提高分離阻力。
但是，如果鉚接時的變形負(fù)荷變形阻力增大，在上述公報中所述的技術(shù)中，有時不能解決上述問題。在此，本發(fā)明的目的是提供解決上述問題，在鉚接時不容易產(chǎn)生裂紋的車輪支撐用滾動軸承單元。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元與上述的現(xiàn)有的車輪支撐用滾動軸承單元相同，具有內(nèi)方部件、外方部件、多個滾動體和凸緣，內(nèi)方部件在外周面具有內(nèi)圈軌道；外方部件在內(nèi)周面具有外圈軌道；滾動體被可自由滾動地設(shè)置在內(nèi)圈軌道和外圈軌道之間；凸緣被設(shè)置在內(nèi)方部件和外方部件中的至少一方的部件的周面上，為了結(jié)合固定懸掛裝置的一部分或車輪。另外，形成有硬化層，該硬化層是在上述內(nèi)方部件和外方部件的至少一方部件(旋轉(zhuǎn)部件)的一部分上，通過高頻淬火形成在包括上述內(nèi)圈軌道或外圈軌道的部分上。
特別是在本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元1的第一方式中，進行了構(gòu)成上述內(nèi)方部件和外方部件中的至少設(shè)置上述凸緣的上述一方部件的合金鋼中的合金成分的最優(yōu)化。
即，上述內(nèi)方部件和外方部件中的至少上述一方部件由以下的合金鋼構(gòu)成，即，含有0.5～0.65重量％的C、0.3～1.5重量％的Mn、0.1～1.0重量％的Si、0.01～0.5重量％的Cr，并且將S的含有量抑制在小于等于0.035重量％，并且含有從0.01～0.2重量％的V、0.01～0.15重量％的Nb、0.01～0.15重量％的Ti中選擇一種以上，其余的是Fe和不可避免的不純物，氧含量在15ppm以下。
另外，在上述內(nèi)方部件和外方部件中的至少上述一方部件中、形成上述硬化層的內(nèi)圈軌道或外圈軌道的表面硬度為Hv650～780，在上述內(nèi)方部件和外方部件中的至少上述一方部件中、沒有形成上述硬化層的內(nèi)圈軌道或外圈軌道的表面硬度為Hv230～300。
另外，最好是，構(gòu)成上述內(nèi)方部件和外方部件中的至少上述一方部件的合金鋼中的C的含有量為x1重量％、V的含有量為x2重量％、Nb的含有量為x3重量％、Ti的含有量為x4重量％的情況下，限制C、V、Nb、Ti的含有量，以滿足0.30≤{x1-1.5(x2+x3+x4)}≤0.55。
如上所述地構(gòu)成本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元的情況下，通過以下的工序制造上述內(nèi)方部件和外方部件中的至少設(shè)置凸緣的一方部件。首先，對原料進行形成表面尺寸以及形狀的的車削加工等切削加工、該原料通過對構(gòu)成該一方部件的合金鋼實行熱鍛造形成大致的形狀，對上述凸緣進行開設(shè)插通螺柱或螺栓孔的穿孔加工。然后，通過向該原料的規(guī)定部分進行高頻淬火形成硬化層后，通過對作為該硬化層的一部分的、應(yīng)成為軌道部的部分進行磨削加工、完成該軌道部，成為上述一方部件。另外，在該一方部件中，不實行高頻淬火的部分依然是熱鍛造的金屬組織狀態(tài)。
一方面，車輪在旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下、由于該車輪從地面受到的力等的旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力施加在上述凸緣、特別是結(jié)合固定車輪的凸緣以及該凸緣的周邊部上。由中碳鋼構(gòu)成的上述一方部件的熱鍛造后的金屬組織成為初析鐵素體沿著先前奧氏體顆粒邊界、網(wǎng)孔狀析出的鐵素體/珠光體組織。鐵素體與珠光體組織相比較，由于強度低，初析鐵素體粗大地析出的金屬組織有可能疲勞強度降低。相反，本發(fā)明者們有以下見解，即，將網(wǎng)孔狀析出的初析鐵素體進行微細(xì)分散析出，對提高上述一方部件中、由上述鐵素體/珠光體組織構(gòu)成部分的疲勞強度有效。
在本發(fā)明中，構(gòu)成上述一方部件的合金鋼中，分別含有其中一種以上的V、Nb、Ti在該合金鋼中生成微細(xì)的碳化物或碳氮化物，具有以下效果，即，在熱鍛造時、抑制對鋼材進行加熱時產(chǎn)生的奧氏體顆粒的粗大化。由于鐵素體/珠光體組織中的初析鐵素體沿著先前奧氏體顆粒邊界析出，因此，如果奧氏體顆粒變小，則顆粒邊界的面積增大，初析鐵素體的析出部位(析出處)增多。另外，V或Nb或Ti的微細(xì)的碳化物或碳氮化物在熱鍛造后的冷卻時也具有成為初析鐵素體的析出部位的效果。因此，在將從V、Nb、Ti中選擇出一種以上添加到構(gòu)成上述一方部件的合金鋼中的本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元1的情況下，由于初析鐵素體的析出部位飛快地增加，因此可以得到微細(xì)分散析出的金屬組織，可以提高凸緣以及存在于該凸緣周邊部的非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度。
并且，根據(jù)本發(fā)明，可以提高通過高頻淬火形成硬化層的內(nèi)圈軌道和外圈軌道的滾動疲勞壽命。即，被實施高頻淬火的金屬組織主要成為馬氏體組織，但在本發(fā)明中使用的合金鋼中添加有從V、Nb、Ti中選擇出的一種以上的物質(zhì)。因此，可以將微細(xì)的碳化物或碳氮化物分散在上述馬氏體組織中。因此，可以提高上述內(nèi)圈軌道和外圈軌道的耐磨損性和硬度，可以提高該內(nèi)圈軌道和外圈軌道的滾動疲勞壽命。
以下，就向構(gòu)成上述一方部件的合金鋼中添加各合金成分的理由、限制這些合金成分的含有量的理由以及限制該一方部件的表面硬度的理由進行說明。
在上述合金成分中，為了確保熱鍛造后的硬度和淬火、回火后的硬度而添加C。并且，如果該合金鋼中的C的含有量不到0.5重量％，則由于淬火時的硬度不夠，內(nèi)圈軌道和外圈軌道的滾動疲勞壽命降低。并且，由于熱鍛造后的硬度不夠，非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度降低。相反，如果C的含有量超過0.65重量％，則熱鍛造后的硬度過硬，切削性以及沖孔性降低。在此，本發(fā)明將上述合金鋼中的C的含有量限制在大于等于0.5重量％、小于等于0.65重量％。
另外，為了提高上述合金鋼的淬火性而添加Mn。并且，如果該合金鋼中的Mn的含有量不到0.3重量％，則由于通過高頻淬火形成的硬化層薄，內(nèi)圈軌道和外圈軌道的滾動疲勞惡化。相反，如果Mn的含有量超過1.5重量％，則上述合金鋼的加工性降低。在此，本發(fā)明將上述合金鋼中的Mn的含有量限制在大于等于0.3重量％、小于等于1.5重量％?？紤]到淬火時的生產(chǎn)性和切削性以及沖孔加工性，最好是0.5～1.0重量％。
另外，為了提高上述合金鋼的淬火性的同時，強化馬氏體組織、并且提高滾動疲勞壽命而添加Si。并且，通過添加Si，使Si固溶在非調(diào)質(zhì)處理部的鐵素體中、通過提高鐵素體組織的強度，也可以提高該非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度。另外，在該合金鋼中的Si的含有量不到0.1重量％的情況下，不能充分發(fā)揮上述效果。相反，如果Si的含有量超過1.0重量％，則上述合金鋼的熱鍛造性降低。另外，由于鍛造后的脫碳加大，因此熱鍛造后不進行切削加工、依然以熱鍛造的狀態(tài)使用的表面部分的疲勞強度降低。在此，本發(fā)明將上述合金鋼中的Si的含有量限制在大于等于0.1重量％、小于等于1.0重量％。
Cr與Si同樣，也是為了提高上述合金鋼的淬火性的同時，強化回火后的馬氏體組織、提高滾動疲勞壽命而添加。另外，在上述合金鋼中的Cr的含有量不到0.01重量％的情況下，不僅高頻淬火形成的硬化層薄，而且馬氏體組織的強度也降低，滾動疲勞壽命降低。相反，如果Cr的含有量超過0.5重量％，則上述合金鋼的熱鍛造性和切削性降低。在此，本發(fā)明將上述合金鋼中的Cr的含有量限制在大于等于0.01重量％、小于等于0.5重量％。
另外，S是在向上述合金鋼中添加的情況下，在該合金鋼中形成MnS等非金屬夾雜物。在進行了高頻淬火的內(nèi)圈軌道和外圈軌道上有MnS存在的情況下，該MnS成為軌道面的剝離起點，成為使?jié)L動疲勞壽命降低的原因。另外，作為構(gòu)成車輪支撐用滾動軸承單元的現(xiàn)有的內(nèi)方部件，多使用通過組合相互獨體的輪轂圈和內(nèi)圈，將該輪轂圈的端部鉚接擴展，結(jié)合固定這些輪轂圈和內(nèi)圈的部件。這樣的內(nèi)方部件，如果在輪轂圈端部的非調(diào)質(zhì)處理部有MnS存在，該MnS有可能成為該鉚接部上的裂縫的起點。出于這樣的兩個理由，最好是不向上述合金鋼中添加S，或即使添加也降低S的含有量。如果S的含有量超過0.035重量％，則滾動疲勞壽命降低，有可能在鉚接部產(chǎn)生裂縫。在此，本發(fā)明不使上述合金鋼中含有S，或即使含有也將其含有量限制在0.035重量％以下。另外，為了確保滾動疲勞壽命、更有效地防止鉚接部的裂縫，最好是將上述合金鋼中的S的含有量抑制在0.020重量％以下。
另外，上述合金鋼中的氧含量大的情況下，在經(jīng)過高頻淬火的內(nèi)圈軌道和外圈軌道上，在軌道面上形成作為Al2O3等非金屬夾雜物，因此滾動疲勞壽命降低。為了提高滾動疲勞壽命，最好降低上述合金鋼中的氧含量。如果該氧含量超過15ppm，則有可能滾動疲勞壽命降低。在此，本發(fā)明將上述合金鋼中的氧含量限制在15ppm以下。
另外，V、Nb、Ti在本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元中是提高非調(diào)質(zhì)處理部的彎曲疲勞強度、提高通過高頻淬火形成了硬化層的內(nèi)圈軌道和外圈軌道的滾動疲勞壽命的重要成分。其中的V在合金鋼中形成碳化物或碳氮化物，在熱鍛造時，抑制奧氏體的長大，縮小先前奧氏體。先前奧氏體顆粒邊界在熱鍛造后的冷卻時，成為向奧氏體顆粒邊界析出的初析鐵素體的析出位置。因此，如果先前奧氏體顆粒變小、先前奧氏體顆粒邊界的面積增大，則初析鐵素體的析出位置增加，因此，鐵素體微細(xì)分散。另外，由于V的碳化物或碳氮化物也成為初析鐵素體的析出位置，因此，初析鐵素體被從微細(xì)分散的碳化物或碳氮化物中析出，鐵素體成為微細(xì)分散的組織。特別是存在于先前奧氏體顆粒邊界的V的碳化物或碳氮化物從各個碳化物粒子或碳氮化物粒子析出初析鐵素體。因此，向上述合金鋼中添加V的情況下，將向先前奧氏體顆粒邊界網(wǎng)孔狀析出的鐵素體截斷，可以防止疲勞裂縫向鐵素體組織中傳播，可以提高具有鐵素體/珠光體組織的非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度。另外，由于V的碳化物或碳氮化物的硬度非常高，因此如果向經(jīng)過高頻淬火的內(nèi)圈軌道和外圈軌道的馬氏體組織內(nèi)微細(xì)分散，則可以提高耐磨損性、提高滾動疲勞壽命。另外，在上述合金鋼中的V的含有量不到0.01重量％的情況下，不能發(fā)揮上述效果。相反，如果V的含有量超過0.2重量％，則熱鍛造性、切削性、磨削性降低。在此，本發(fā)明向上述合金鋼中添加V的情況下，將V的含有量限制在大于等于0.01重量％、小于等于0.2重量％。
另外，Nb和Ti與V的情況相同，在合金鋼中形成碳化物或碳氮化物，是抑制奧氏體的長大的重要成分。因此，向上述合金鋼中添加Nb或Ti的情況下，可以增大先前奧氏體顆粒邊界的面積，可以增加初析鐵素體的析出位置。因此，可以在具有鐵素體/珠光體組織的非調(diào)質(zhì)處理部進行微細(xì)分散，提高疲勞強度。尤其是Nb和Ti抑制奧氏體的長大的效果好。另外，在上述合金鋼中的Nb和Ti的含有量不足0.01重量％的情況下，不能發(fā)揮上述效果。相反，如果Nb和Ti的含有量超過0.15重量％，則熱鍛造性、切削性、磨削性降低。在此，本發(fā)明向上述合金鋼中添加Nb和Ti的情況下，將Nb和Ti的含有量限制在大于等于0.01重量％、小于等于0.15重量％。
另外，由于上述內(nèi)圈軌道和外圈軌道在使用時受到來自各滾動體的高面壓，因此為了確保滾動疲勞壽命，需要確保可以承受該高面壓的高硬度。因此，如果上述內(nèi)圈軌道和外圈軌道的表面硬度不足Hv650的情況下，由于硬度不足，滾動疲勞壽命降低。相反，如果上述表面硬度超過Hv780，則由于韌性降低，耐撞擊性降低。在此，本發(fā)明將經(jīng)過高頻淬火形成硬化層的上述內(nèi)圈軌道和外圈軌道的表面硬度限制在大于等于Hv650、小于等于Hv780。
另外，在上述凸緣以及存在于該凸緣的周邊部的非調(diào)質(zhì)處理部上需要確保疲勞強度。如上所述，在本發(fā)明中，由于限制了構(gòu)成上述一方部件的合金鋼中的合金成分的含有量，因此使金屬組織中的鐵素體微細(xì)分散析出，可以提高上述非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度。并且，在本發(fā)明中，在上述一方部件中，由于將該非調(diào)質(zhì)處理部的表面硬度限制在大于等于Hv230、小于等于Hv300，因此可以更加提高該非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度。因此，該表面硬度不足Hv230的情況下，該非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度降低。相反，該表面硬度超過Hv300的情況下，該非調(diào)質(zhì)處理部的切削性和沖孔性降低。本發(fā)明的情況下，在上述一方部件中，由于將沒有經(jīng)過高頻淬火形成硬化層的上述非調(diào)質(zhì)處理部的表面硬度限制在大于等于Hv230、小于等于Hv300，因此可以不降低該非調(diào)質(zhì)處理部的切削性和沖孔性降低、而確保熱鍛造后的該非調(diào)質(zhì)處理部的表面硬度，可以確保該非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度。另外，為了更穩(wěn)定地提高該該非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度，并且提高切削加工時以及沖孔加工時的生產(chǎn)效率，最好將非調(diào)質(zhì)處理部的表面硬度限制在大于等于Hv250、小于等于Hv280。
另外，{x1-1.5(x2+x3+x4)}是影響鐵素體的析出量的值。該{x1-1.5(x2+x3+x4)}的值超過0.55，即，合金鋼中的C的含有量過多、而V、Nb、Ti的含有量過少的情況下，由于珠光體增加或鐵素體的析出位置不足，因此該鐵素體的析出量減少。其結(jié)果，合金鋼的切削性顯著降低。相反，如果{x1-1.5(x2+x3+x4)}的值不足0.30，即，合金鋼中的C的含有量過少、而V、Nb、Ti中的任何一種的含有量過多的情況下，則由于不容易生成珠光體或鐵素體的析出位置過多，因此該鐵素體的析出量過多。其結(jié)果，由于上述合金鋼的硬度降低，則上述一方部件的疲勞強度降低。并且，V、Nb、Ti中至少任何一種的含有量過多的情況下，由于該成分的碳化物或碳氮化物過多，切削性降低。在此，在本發(fā)明中，最好將{x1-1.5(x2+x3+x4)}限制在0.30以上、0.55以下。根據(jù)這樣限制的理想的構(gòu)成，可以一面良好地維持上述一方部件的切削性，一面更加提高疲勞強度。
另外，本發(fā)明通過不增加高頻淬火部、即，不對凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母窟M行淬火，而提高該根部分的疲勞強度，可以使上述凸緣薄壁化，可以使車輪支撐用滾動軸承單元輕量化。
在本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元的其他的方式中，在上述旋轉(zhuǎn)輪中，至少設(shè)置有上述凸緣的部分是由含有0.5～0.8重量％的C的碳鋼制造。并且，在該旋轉(zhuǎn)輪中，至少上述凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母糠值谋砻嬗捕仁牵迨接捕菴級(150kg負(fù)荷、鉆石棱錐體)24～35，維式硬度260～345。
另外，在上述旋轉(zhuǎn)輪中，至少上述凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母糠值谋砻娲旨?xì)是算術(shù)平均粗細(xì)Ra為0.1～1.0μm。
并且，在上述旋轉(zhuǎn)輪中，至少上述凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母糠值谋砻娲旨?xì)是，最大高度Ry為10μm以下(最好是1～6μmRy)。
根據(jù)如上所述構(gòu)成的本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元，可以不對該根部分進行淬火硬化而提高形成在旋轉(zhuǎn)輪的外周面的凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母糠值钠趶姸?。以下就該理由進行詳細(xì)說明。
行駛時，旋轉(zhuǎn)輪與車輪一起旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，徑向負(fù)荷施加在車輪支撐用滾動軸承單元上，該車輪支撐用滾動軸承單元被設(shè)置在與路面接觸的車輪和被支撐在車體上的懸掛裝置之間。并且，通過該徑向負(fù)荷與旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力產(chǎn)生在上述凸緣的根部上。
將上述凸緣設(shè)置在其外周面的旋轉(zhuǎn)輪通過向S53C等的中碳鋼實施熱鍛造加工進行制造。使用中碳鋼的理由是考慮到熱鍛造或切削性。本發(fā)明的發(fā)明者利用這樣的中碳鋼將旋轉(zhuǎn)輪通過熱鍛造制造后，詳細(xì)調(diào)查了上述凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母糠值挠捕龋迨接捕菴級(HRC)為18～23左右。對應(yīng)旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力的疲勞強度是材料表面附近的硬度越高(硬)則越高(變強)的趨勢。因此，上述凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母糠值谋砻娓浇詈糜捕雀摺?br> 在本發(fā)明中，為了使該根部分的表面硬度達(dá)到HRC24(Hv260)以上，充分提高對應(yīng)上述旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力的疲勞強度，上述凸緣的薄壁化容易形成。反之，如果上述根部分的表面硬度不足HRC24，則疲勞強度低，因此很難對凸緣進行充分的薄壁化。
一方面，車輪支撐用滾動軸承單元受到在惡劣路段行駛時來自車輪施加的撞擊負(fù)荷，因此，需要在上述凸緣的根部分上具有耐撞擊性(韌性)。耐撞擊性與疲勞強度相反，具有材料的硬度越高則越下降的趨勢。上述凸緣的內(nèi)側(cè)面?zhèn)鹊母糠忠彩强拷鼉?nèi)圈軌道7a、密封圈12的密封唇的頂端邊緣滑動連接的部分。因此，為了確保該內(nèi)圈軌道7a的硬度以及防止上述根部分的磨損，需要通過高頻淬火形成硬化層。因此，上述凸緣的根部分，內(nèi)側(cè)面?zhèn)鹊挠捕仍黾邮遣荒鼙苊獾摹?br> 隨之，如果上述凸緣根部分的外側(cè)面?zhèn)鹊挠捕冗^高，則該凸緣根部分的內(nèi)外兩側(cè)面?zhèn)鹊挠捕仍龈?，有可能該根部分的?nèi)撞擊性過于降低。并且，該凸緣根部分的外側(cè)面?zhèn)鹊那邢骷庸ば砸步档?。本發(fā)明為了一面提高該根部分的疲勞強度、一面抑制耐撞擊性的降低和確保切削加工性，將上述凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母糠值谋砻嬗捕纫种圃贖RC35(Hv345)以下。
也就是，本發(fā)明將上述凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母糠值谋砻嬗捕仍O(shè)定在大于等于HRC24小于等于35，一面確保耐撞擊性和切削加工性，一面實現(xiàn)提高上述根部分的疲勞強度。另外，為了以更高的級次(高次元)得到這樣的作用·效果，最好將上述凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母糠值谋砻嬗捕仍O(shè)定在大于等于HRC26小于等于33。
以下就本發(fā)明提高對應(yīng)旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力的疲勞強度的理由進行說明。本發(fā)明的發(fā)明者對由于疲勞產(chǎn)生的裂紋的觀察結(jié)果，了解到該裂紋是由于表面起點而形成，該疲勞由于該旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力產(chǎn)生在凸緣根部分。這樣的表面起點形成的裂紋的產(chǎn)生可以通過提高表面粗糙度、緩和在表面微小的凹凸上產(chǎn)生的局部應(yīng)力集中進行抑制，其結(jié)果，該部分的疲勞強度提高。
在本發(fā)明中，將上述凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母糠值谋砻娲植诙纫种圃谒阈g(shù)平均粗糙度Ra1.0μm以下，或最大高度Ry10μm以下，由于使該部分的表面平滑，因此可以緩和上述局部的應(yīng)力集中。并且，可以抑制由于應(yīng)力集中的裂紋的產(chǎn)生，可以提高上述根部分的疲勞強度。出于提高該部分的疲勞強度，上述根部分的表面粗糙度越低越好，但是，該部分的表面粗糙度即使是算術(shù)平均粗糙度不足Ra0.1μm，最大高度Ry不足1.0μm，也幾乎不可能再將該疲勞強度提高(效果飽和)。并且，任何情況下，為了提高上述部分的表面粗糙度而進行的表面處理所需要的成本都會非常龐大。即，為了使該表面粗糙度度不足0.1μmRa，不足1.0μmRy，需要依次更換使用兩種以上的粗糙度不同的磨石和車刀，研磨或切削上述根部分，成為加工成本龐大的原因。因此，出于抑制加工成本，最好將上述根部分的表面粗糙度形成在算術(shù)平均粗糙度Ra大于等于0.1μm，最大高度Ry大于等于1.0μm。
另外，制造上述車輪支撐用滾動軸承單元的情況下，在上述旋轉(zhuǎn)輪中，構(gòu)成至少設(shè)置上述凸緣部分(輪轂圈2)的金屬材料使用含有0.5～0.8重量％的C的碳鋼。
上述碳鋼中含有的C的量不足0.5重量％時，由于高頻淬火后的硬度不夠，炭化物的析出少，因此軌道面部分(在圖1的結(jié)構(gòu)中內(nèi)圈軌道7a、在圖2的結(jié)構(gòu)中外圈軌道10a、10b)的滾動疲勞壽命不夠。并且，很難穩(wěn)定地確保上述凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母糠值挠捕?。即，很難使該根部分的硬度是洛式硬度C級24～35，維式硬度260～345。出于上述理由，將上述碳鋼中含有的C的量設(shè)定為大于等于0.5重量％。另外，為了更加充分地確保上述軌道面部分的滾動疲勞壽命、并且，確保上述根部分的硬度更加穩(wěn)定，最好將上述碳鋼中含有的C的量設(shè)定為大于等于0.55重量％。即，碳鋼中含有的C是對熱鍛造后的硬度有大的影響的合金元素，如果將含有量設(shè)定為大于等于0.55重量％，則可以在上述旋轉(zhuǎn)輪中，提高通過熱鍛造對設(shè)置上述凸緣的部分進行加工后的硬度，可以將上述根部分的硬度穩(wěn)定地形成在上述范圍內(nèi)。
一方面，如果該碳鋼中C的含有量超過0.8重量％，則加工性降低，該加工性包括上述旋轉(zhuǎn)輪中至少設(shè)置上述凸緣的部分的熱鍛造性、切削性，成為生產(chǎn)效率降低、成本上升的原因。出于這樣的理由，最好將碳鋼中含有的C的含有量設(shè)定為大于等于0.5重量％(最好0.55重量％)，小于等于0.8重量％，該碳鋼構(gòu)成在旋轉(zhuǎn)輪中設(shè)置上述凸緣的部分。
在本發(fā)明其他的方式中，為了提供帶凸緣軸承裝置以及該裝置的制造方法，即通過不增加高頻淬火部、提高凸緣的疲勞強度，可以形成凸緣的薄壁化帶來的輕量化，在具有內(nèi)方部件、外方部件、多個滾動體和凸緣的帶凸緣的軸承裝置上，內(nèi)方部件在外周面具有軌道面；外方部件在內(nèi)周面具有與該內(nèi)方部件相對的軌道面、被設(shè)置在上述內(nèi)方部件的外側(cè)；滾動體被可自由滾動地設(shè)置在上述兩軌道面之間；凸緣被設(shè)置在內(nèi)方部件和外方部件中的至少一方上，將至少設(shè)置有上述凸緣的部件形成為碳含有量大于等于0.45重量％、小于等于0.65重量％的碳鋼，并且，使上述凸緣的初析鐵素體的面積率至少為3～15％。
上述碳鋼的S含有量大于等于0.003重量％、小于等于0.020重量％，并且，該S含有量與上述初析鐵素體組織的面積率的關(guān)系最好是10≤(S含有量(重量％)×1000+初析鐵素體組織的面積率(％))≤30。
另外，對于上述S的含有量，上述初析鐵素體組織的面積率最好為1≤(S含有量(重量％)×1000)/初析鐵素體組織的面積率(％)≤2的關(guān)系。
將上述凸緣的厚度方向外側(cè)的根部分的單位面積(10mm2)的初析鐵素體的面積率設(shè)定為3～15％，并且，最好該初析鐵素體的最大長度為200μm以下，并且，設(shè)置5個以下長度為180μm以上的初析鐵素體。
設(shè)置有上述凸緣的部件最好含有0.05～0.3重量％的V(釩)。
這樣的本發(fā)明是由于以下見解而形成，即，為了提高沒有經(jīng)過高頻淬火的非調(diào)質(zhì)處理部的彎曲疲勞強度，使熱鍛造后的金屬組織均等組織細(xì)化是有效的，通過使熱鍛造方法最佳化來達(dá)到上述目的，在帶凸緣軸承裝置的制造方法中，即，多個滾動體被設(shè)置在內(nèi)方部件和外方部件之間，在上述內(nèi)方部件和上述外方部件的至少一方的部件上具有為了向固定側(cè)或旋轉(zhuǎn)側(cè)安裝的凸緣，并且，至少在軌道部周邊具有高頻淬火形成的硬化層，使至少設(shè)置有上述凸緣的部件為C0.45～0.65重量％、Mn0.3～1.5重量％、Si0.1～1.0重量％、Cr0.01～0.5重量％、S≤0.025重量％、O≤15ppm，其余部分為Fe以及不可避免不純物構(gòu)成的合金鋼，通過熱鍛造成形，上述熱鍛造時的材料加熱溫度為900～1050℃，鍛造結(jié)束時的溫度為800℃以上。從上述鍛造結(jié)束時的溫度到600℃的平均冷卻速度最好為0.5～5℃/秒。
另外，在帶凸緣的軸承裝置的制造方法中，即，多個滾動體被設(shè)置在內(nèi)方部件和外方部件之間，在上述內(nèi)方部件和上述外方部件的至少一方的部件上具有為了向固定側(cè)或旋轉(zhuǎn)側(cè)安裝的凸緣，并且，至少在軌道部周邊具有高頻淬火形成的硬化層，使至少設(shè)置有上述凸緣的部件為C0.45～0.65重量％、Mn0.3～1.5重量％、Si0.1～1.0重量％、Cr0.01～0.5重量％、S≤0.025重量％、O≤15ppm，其余部分為Fe以及不可避免不純物構(gòu)成的合金鋼，通過熱鍛造成形，上述熱鍛造時的材料加熱溫度為900～1050℃，從上述鍛造結(jié)束時的溫度到600℃的平均冷卻速度為0.5～5℃/秒。
在這些制造方法中，最好使用至少含有V0.01～0.2重量％、Nb0.01～0.15重量％以及Ti0.01～0.15重量％中的一種的合金鋼。
用上述制造方法制成的帶凸緣的軸承裝置是，多個滾動體被可自由滾動地設(shè)置在內(nèi)方部件和外方部件之間，在上述內(nèi)方部件和上述外方部件中的至少一方部件上，具有為了安裝在固定側(cè)或旋轉(zhuǎn)側(cè)上的凸緣，并且，至少在軌道部周邊具有高頻淬火形成的硬化層，上述凸緣的根部的金屬組織含有鐵素體·珠光體組織，并且，該鐵素體·珠光體組織的先前奧氏體顆粒度大于等于4。
這樣的發(fā)明是由于以下見解而形成，即為了通過合金元素的最佳化，即，降低鋼內(nèi)含有的C、按照規(guī)定的比例添加Si和V，來保持經(jīng)過高頻淬火的軌道部的滾動疲勞壽命的同時，可以不降低生產(chǎn)效率進行高精度的加工，可以提高切削性和沖孔加工性，并且也可以提高不經(jīng)過高頻淬火的非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度，在車輪支撐用帶凸緣的軸承裝置中，即，多個滾動體被設(shè)置在內(nèi)方部件和外方部件之間，在上述內(nèi)方部件和上述外方部件的至少一方的部件上具有為了向車身側(cè)或車輪側(cè)安裝的凸緣，并且，至少在軌道部周邊具有高頻淬火形成的硬化層，使至少設(shè)置有上述凸緣的部件含有C0.45～0.50重量％、Si0.3～1.5重量％、V0.03～0.3重量％、Mn≤1.5重量％、Cr≤1.0重量％、S≤0.035重量％、O≤15ppm，其余部分為Fe以及不可避免不純物構(gòu)成的合金鋼形成，并且，C+0.2Si+0.5V的值滿足0.55～0.75，并且上述高頻淬火形成的硬化層的軌道部表面硬度為Hv630～Hv750，沒有經(jīng)過高頻淬火的硬化處理的部分的硬度為Hv220～Hv300。
至少被安裝在車輪側(cè)的凸緣的根部的非調(diào)質(zhì)處理部上的初析鐵素體面積最好為大于等于5％小于等于15％。
在使用上述帶凸緣軸承裝置的車輪支撐用滾動軸承單元中，將上述內(nèi)方部件作為輪轂圈，將上述作為凸緣的車輪安裝用凸緣設(shè)置在該輪轂圈的另一端，并且，將內(nèi)圈嵌入形成在上述輪轂圈的另一端的小徑階梯部、在該內(nèi)圈的外周面和該輪轂圈的軸方向的中間部外周面分別形成軌道面、作為多列內(nèi)圈軌道面，另外，將上述外方部件作為外圈，在該外圈的內(nèi)周面形成多列對應(yīng)上述多列內(nèi)圈軌道面的外圈軌道面，并且，在離開該外圈的上述車輪安裝用凸緣一側(cè)的端部形成懸掛裝置安裝用凸緣，將多個上述滾動體滾動自如地設(shè)置在上述多列內(nèi)圈軌道面和上述多列外圈軌道面之間。
另外，本發(fā)明的其他方式的車輪支撐用滾動軸承單元是上述內(nèi)方部件和外方部件中的至少一方的部件、在外周面具有凸緣的部件(軌道圈)是含有0.45～0.60重量％的C的鋼制。并且，在設(shè)置在周面的軌道部分上，具有通過高頻淬火形成的硬化層，從該硬化層的表面起深度為0.1mm位置的部分的硬度大于等于Hv670，并且，該硬化層的金屬組織的先前奧氏體顆粒度是JIS G 0551的粒度號碼大于等于8。
如上所述構(gòu)成的本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元的情況下，由于使具有凸緣部件的性能適宜外周面，因此，可以抑制由于拉伸應(yīng)力的該部件的耐久性降低，該拉伸應(yīng)力起因于該凸緣向該部件施加的彎曲應(yīng)力。
即，如上所述，使用車輪支撐用滾動軸承時，在起因于來自各滾動體的壓縮應(yīng)力的剪斷應(yīng)力以外，由于來自上述凸緣的彎曲應(yīng)力的拉伸應(yīng)力施加在具有凸緣部件的軌道面上。因此，為了確保構(gòu)成車輪支撐用滾動軸承單元的具有上述凸緣部件的壽命，需要對上述剪斷應(yīng)力和拉伸應(yīng)力采取措施。
具有上述構(gòu)成的本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元的情況下，在軌道部通過高頻淬火形成的硬化層，由于使從該硬化層的表面深度起0.1mm位置的部分的硬度大于等于Hv670，因此，可以防止由于上述剪斷應(yīng)力的軌道部分的耐久性降低。即，通過使上述部分充分(大于等于Hv670)堅硬，可以減少由于上述各滾動體施加的壓縮應(yīng)力的上述軌道部分的彈性變形量，降低施加在該軌道部分的剪斷應(yīng)力。上述深度0.1mm位置部分的硬度不足Hv670的情況下，不能充分降低上述剪斷應(yīng)力，不一定能得到充分的耐久性。另外，將硬化層硬度的規(guī)定作為從上述表面起深度0.1mm位置部分的硬度的理由是由于，根據(jù)上述壓縮應(yīng)力、向構(gòu)成軌道圈的金屬材料作用的剪斷應(yīng)力從該表面稍微進入內(nèi)部的部分比表面高。
為了使從上述表面起深度0.1mm位置部分的硬度的大于等于Hv670，具有上述凸緣的部件是含有0.45～0.60重量％的C的鋼制。該鋼中的C的含有量不足0.45重量％的情況下，即使對上述部件的軌道部分實施高頻淬火，也不能充分提高(大于等于Hv670)該軌道部分的硬度，不能抑制由于上述剪斷應(yīng)力的耐久性降低。相反，如果該鋼中的C的含有量超過0.60重量％，則具有上述凸緣部件的熱鍛造性和切削加工性降低。制造具有該凸緣部件時，熱鍛造時的加工量大，進行切削加工的加工點多。因此，如果上述熱鍛造性和切削加工性降低，則車輪支撐用滾動軸承單元的制造成本提高，不理想。因此，本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元的情況下，使構(gòu)成具有凸緣部件的鋼材中的C的含有量設(shè)定為0.45～0.60重量％。另外，在被組裝在上述車輪支撐用滾動軸承單元的部件中，構(gòu)成不具有凸緣部件的鋼材中的C的含有量也可以超過0.60重量％。例如，該不具有凸緣的部件通過SUJ2等高碳鉻軸承鋼制成。
另外，本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元的情況下，由于具有上述凸緣部件的軌道部分的硬化層的先前奧氏體顆粒度是根據(jù)JIS G0551的粒度號碼大于等于8，因此，可以抑制由于拉伸應(yīng)力產(chǎn)生的耐久性降低，該拉伸應(yīng)力起因于上述凸緣施加的彎曲應(yīng)力。
一般來說，上述軌道部分通過進行高頻淬火以及回火構(gòu)成的熱處理形成馬氏體組織，但是，如果拉伸應(yīng)力向金屬材料作用，則集中應(yīng)力產(chǎn)生在先前奧氏體顆粒邊界。除了來自上述各滾動體施加的上述剪斷應(yīng)力，如果在上述軌道部分產(chǎn)生上述拉伸應(yīng)力的應(yīng)力集中，則滾動疲勞進行時，疲勞裂紋容易開口，上述軌道部分的滾動疲勞壽命降低。
相反，本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元的情況下，上述軌道部分的硬化層的先前奧氏體顆粒度是根據(jù)JIS G 0551的粒度號碼、細(xì)分化為大于等于8。因此，在該先前奧氏體顆粒邊界上產(chǎn)生應(yīng)力集中被緩和，上述滾動疲勞進行時，疲勞裂紋不容易開口，可以提高上述軌道部分的滾動疲勞壽命降低。另外，上述先前奧氏體顆粒度大、不足JIS G 0551的粒度號碼8的情況下，緩和對該先前奧氏體顆粒邊界產(chǎn)生的應(yīng)力集中的效果小，不能得到充分的抑制上述軌道部分的滾動疲勞壽命降低的效果。
另外，為了減小上述先前奧氏體顆粒的粒徑，可以采用以下①～③的方法中的1～2個以上。
①將熱鍛造的加熱保持溫度設(shè)定在規(guī)定溫度范圍。
②高頻淬火時，降低加熱保持溫度或縮短加熱保持時間。
③添加使顆粒組織細(xì)化的合金元素。
其中的①的方法抑制奧氏體粒子的長大，使先前奧氏體顆粒度縮小。
即，具有被組裝在本發(fā)明車輪支撐用滾動軸承單元中的凸緣的部件通過熱鍛造成形，進行切削加工后，對含有軌道部分的必要處實施高頻淬火。進行這樣加工的情況下，如果熱鍛造后的先前奧氏體顆粒度大，則高頻淬火的先前奧氏體顆粒度也容易加大。因此，為了降低高頻淬火的先前奧氏體顆粒度，縮小熱鍛造后的先前奧氏體顆粒度是有效的。
為了熱鍛造，如果對金屬材料(鋼)進行加熱，金屬組織成為奧氏體組織。此時，由于熱鍛造的加熱溫度越高，原子的擴散越活躍，顆粒容易長大，因此，先前奧氏體顆粒度增大。具體是，如果鍛造時的加熱溫度超過1100℃，則先前奧氏體顆粒度粗大化，提高上述軌道部分的滾動疲勞壽命的效果減小。相反，在上述鍛造時的加熱溫度不足900℃的情況下，則上述金屬材料不能充分軟化，該金屬材料的變形阻力加大，使進行熱鍛造的沖壓加工機以及模具的壽命降低?？紤]到這樣的情況，實施本發(fā)明時，熱鍛造時的上述金屬材料的加熱溫度最好是900℃～1100℃。
另外，上述方法②是在進行高頻淬火時、抑制先前奧氏體顆粒度增大。即，進行該高頻淬火時，進行加熱保持時，金屬組織成為奧氏體組織。這種情況下，由于加熱溫度越高，原子的擴散越活躍，顆粒容易長大，先前奧氏體顆粒度增大。并且，由于加熱時間越長，顆粒越長大，因此，先前奧氏體顆粒度同樣增大。因此，為了縮小先前奧氏體顆粒度，在進行使上述軌道部分硬化的高頻淬火時，降低加熱溫度、縮短加熱時間是有效的。
并且上述方法③是通過在進行熱鍛造時以及高頻淬火時抑制先前奧氏體顆粒長大，來抑制該先前奧氏體顆粒度增大。因此，在構(gòu)成具有上述凸緣的金屬材料中添加從V、Ti、Nb中選擇的一種或兩種以上。
其中的V是在鋼中形成碳化物或碳氮化物，在熱鍛造時以及高頻淬火時，抑制先前奧氏體顆粒長大，縮小先前奧氏體顆粒度，緩和顆粒邊界上產(chǎn)生的集中應(yīng)力，提高上述軌道部分的滾動疲勞壽命。另外，由于V的碳化物或碳氮化物的硬度非常高，如果向經(jīng)過高頻淬火的軌道部分的馬氏體組織內(nèi)進行微細(xì)分散，則耐磨損性提高，對提高滾動疲勞壽命有效。但是，如果V的含有量不足0.01重量％的情況下，則不能充分地得到這些效果。相反，如果V的含有量超過0.2重量％，則熱鍛造性、切削性和研磨性降低。因此，在使上述金屬材料中含有V的情況下，其含有量最好為0.01～0.2重量％。
另外，與V相同Nb也是在鋼中形成碳化物或碳氮化物，抑制先前奧氏體顆粒長大，縮小先前奧氏體顆粒度，緩和顆粒邊界上產(chǎn)生的集中應(yīng)力，提高上述軌道部分的滾動疲勞壽命。但是，如果Nb的含有量不足0.01重量％的情況下，則不能充分地得到這些效果。相反，如果Nb的含有量超過0.15重量％，則熱鍛造性、切削性和研磨性降低。因此，在使上述金屬材料中含有Nb的情況下，其含有量最好為0.01～0.15重量％。
并且，與V、Nb相同，Ti也是在鋼中形成碳化物或碳氮化物，抑制先前奧氏體顆粒長大，緩和顆粒邊界上產(chǎn)生的集中應(yīng)力，提高上述軌道部分的滾動疲勞壽命。但是，如果Ti的含有量不足0.01重量％的情況下，則不能充分地得到這些效果。相反，如果Ti的含有量超過0.15重量％，則熱鍛造性、切削性和研磨性降低。因此，在使上述金屬材料中含有Ti的情況下，其含有量最好為0.01～0.15重量％。
另外，在實施本發(fā)明的情況下，也可以向構(gòu)成具有上述凸緣部件的鋼中適當(dāng)?shù)睾腥缦滤镜脑亍?br> 首先，為了提高鋼的淬火性，最好含有Mn。但是含有量不足0.3重量％的情況下，隨著高頻淬火，不能充分確保形成在軌道部分的硬化層的厚度(硬化曾變淺)，不能充分確保該軌道部分的滾動疲勞壽命。相反，如果含有量超過1.5重量％，則上述部件的加工性降低。因此，在上述鋼中含有Mn的量最好為0.3～1.5重量％。
另外，通過含有Si、不僅使淬火性提高的同時、強化馬氏體，提高上述軌道部分的滾動疲勞壽命，而且，通過固溶在非調(diào)質(zhì)處理部的鐵素體中，提高鐵素體組織的強度，可以提高該非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度，因此最好含有Si。但是，如果含有量不足0.1重量％的情況下，則不能充分地得到這些效果。相反，如果含有量超過1.0重量％，則不僅熱鍛造性降低，而且鍛造后的脫碳加大，熱鍛造后不進行切削加工，鍛造后的表面上使用部位的疲勞強度降低。因此，使上述鋼中含有Si的量最好為0.1～1.0重量％。
并且，為了提高淬火性的同時、強化淬火后的馬氏體組織，提高上述軌道部分的滾動疲勞壽命，最好含有Cr。但是，如果含有量不足0.01重量％的情況下，隨著高頻淬火，不能充分確保形成在軌道部分的硬化層的厚度(硬化曾變淺)，另外，由于馬氏體組織的強度降低，不能充分確保上述軌道部分的滾動疲勞壽命。相反，如果含有量超過0.5重量％，則熱鍛造性以及切削性降低。因此，在上述鋼中含有Cr的量最好為0.01～0.5重量％。
另外，S在鋼中形成MnS等非金屬填充部。存在于經(jīng)過高頻淬火的軌道部分的MnS成為滾動疲勞引起的剝離的起點，使該軌道部分的滾動疲勞壽命降低。因此，上述鋼中S的含有量越少越好(如果可能接近0)。如果該鋼中的S的含有量超過0.035重量％，則有時上述軌道部分的滾動疲勞壽命的降低非常明顯。因此，上述鋼中的S的含有量最好小于等于0.035重量％。并且，為了確保穩(wěn)定的滾動疲勞壽命以及防止鉚接部的裂縫，S的含有量最好是小于等于0.020重量％。
另外，O是對經(jīng)過高頻淬火的軌道部分的滾動疲勞有很大影響的元素。即，O在鋼中形成Al2O3等非金屬填充部，成為滾動疲勞引起的剝離的起點，使該軌道部分的滾動疲勞壽命降低。因此，為了確保上述軌道部分的滾動疲勞壽命，O的含有量越少越好(如果可能接近0)。O的含有量超過15ppm，則有使上述軌道部分的滾動疲勞壽命降低的情況。因此，O的含有量最好小于等于15ppm。
另外，在本發(fā)明其他方式的車輪支撐用滾動軸承單元中，構(gòu)成該滾動軸承單元的旋轉(zhuǎn)輪是含有0.45～0.65重量％的C(碳)的碳鋼制。并且，在該旋轉(zhuǎn)輪中，至少上述凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母坑沙跷鲨F素體構(gòu)成，該初析鐵素體是先前奧氏體顆粒度大于等于4、并且，面積率為3～15％。
另外，上述先前奧氏體顆粒度是指，JIS G 0551中規(guī)定的、在1mm2的面積中23+n的顆粒存在的情況下，該部分的顆粒度為n。因此，上述先前奧氏體顆粒度大于等于4是指，在1mm2的面積中，先前奧氏體顆粒存在27(＝128)以上的狀態(tài)。
為了得到上述的旋轉(zhuǎn)輪，最好使旋轉(zhuǎn)輪成為對中間原料進行熱處理(正火)后，進行精加工的部件，中間原料是通過對碳鋼制的原料進行熱鍛造或切削加工、形成規(guī)定的形狀，熱處理是以750～1000℃的溫度對中間原料進行至少一次的加熱后，以臨界冷卻速度以下的速度進行冷卻。
根據(jù)上述構(gòu)成的本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元，可以不對該根部進行淬火硬化、而提高形成在旋轉(zhuǎn)輪的外周面的凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母康钠趶姸取Ｒ韵戮推淅碛蛇M行說明。
行駛時，旋轉(zhuǎn)輪與車輪一起旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，徑向負(fù)荷施加在車輪支撐用滾動軸承單元上，該車輪支撐用滾動軸承單元被設(shè)置在與路面接觸的車輪和被支撐在車體上的懸掛裝置之間。并且，通過該徑向負(fù)荷與旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力產(chǎn)生在上述凸緣的根部上。具有中碳鋼的初析鐵素體和珠光體的復(fù)合組織的非調(diào)質(zhì)處理部的情況下，由于這樣的旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力，因上述凸緣的根部的表面的初析鐵素體產(chǎn)生的應(yīng)力集中而產(chǎn)生疲勞裂縫，主要向初析鐵素體粒內(nèi)以及初析鐵素體/珠光體交界處發(fā)展。
對于在這樣的裝置中在上述凸緣的根部產(chǎn)生的疲勞裂縫，本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元的情況下，通過以JIS G 0551的先前奧氏體顆粒度大于等于4、并且面積率大于等于3～15％的初析鐵素體構(gòu)成該根部，可以提高上述根部的疲勞強度。即，通過控制該根部的微觀組織，利用以下的裝置可以提高該根部的疲勞強度。
首先，如果對先前奧氏體粒子進行組織細(xì)化(縮小粒子直徑)，具有以下效果，即，控制顆粒邊界上的應(yīng)力集中，并且增加鐵素體/珠光體變相時的生成核的位置，使初析鐵素體微細(xì)地析出。另外，如果將初析鐵素體微細(xì)地截斷，產(chǎn)生裂紋的最小單位縮小，因此，可以有效地抑制疲勞破壞。具體地說，如果使JIS G 0551的先前奧氏體顆粒度大于等于4，可以充分得到上述效果。
另外，在本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元中，如上所述，在外周面形成凸緣的旋轉(zhuǎn)輪是通過對棒狀的原料進行鍛造加工成為規(guī)定的形狀后，進行自然冷卻而制造，棒狀的原料是S53C等的中碳鋼制、被切成規(guī)定的形狀。作為將這樣制造的上述旋轉(zhuǎn)輪的先前奧氏體粒子在鍛造后組織細(xì)化(縮小粒子直徑)的方法，可以采用以下①～③的方法。
①降低鍛造時的溫度奧氏體粒子是原子擴散活潑的越是高溫越容易長大(粒子直徑容易增大)，加工度越高、粒子越微細(xì)(粒子直徑縮小)。一方面，為了減少鍛造加工時的變形阻力、容易進行復(fù)雜形狀的加工，在進行復(fù)雜形狀的鍛造時，現(xiàn)有的有提高鍛造加工時的溫度的趨勢。相反，為了得到本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元而使先前奧氏體顆粒直徑組織細(xì)化，降低鍛造加工上述旋轉(zhuǎn)輪時的溫度。
②向合金(碳鋼)中添加適當(dāng)?shù)脑亍?br> 如果向鋼中微細(xì)地分散碳化物，則可以通過這些的束縛效果有效地抑制顆粒的長大，如上述①所述，可以得到與降低鍛造溫度同樣的效果。因此，如后所述，作為向合金中添加的元素、Nb最好。
③鍛造后進行規(guī)定的熱處理(正火)。
如上述①所述，如果降低鍛造時的溫度，則可以使鍛造后的先前奧氏體顆粒直徑微細(xì)，但是，鍛造時的變形阻力增大。因此，在旋轉(zhuǎn)輪的形狀復(fù)雜的情況下，為了得到接近成品的中間原料而進行的鍛造加工最好用比較高的高溫進行。但是這種情況下，如果原封不動地放置，則鍛造后的先前奧氏體粒子直徑增大。在此，如果利用高溫進行鍛造加工、得到中間材料，則進行將該中間材料以750～1000℃的溫度加熱后、用臨界冷卻速度以下的速度進行冷卻的熱處理。通過這樣的熱處理，可以使上述中間材料的先前奧氏體粒子直徑組織細(xì)化。
即，通過將熱鍛造得到的上述中間材料一度冷卻，該中間材料的組織成為初析鐵素體和珠光體的復(fù)合組織。然后，通過對該中間材料進行上述熱處理，整個該中間材料中的微觀組織均勻，并且，成為微細(xì)的析鐵素體和珠光體的復(fù)合組織。另外，為了得到上述中間材料，有進行切削來取代熱鍛造的情況，但這種情況下，進行熱處理也是有效的。也就是說，如果對進行了熱鍛造或切削加工的中間材料實施上述熱處理，則可以進行微觀組織的控制。
另外，將上述熱處理的再加熱溫度設(shè)定在750～1000℃的理由如下。首先，由于不足750℃的情況下，不能進行完全的奧氏體化，不能使微觀組織均勻。相反，超過1000℃的情況下，保持在奧氏體區(qū)域期間，奧氏體顆粒的長大、不能得到充分的初析鐵素體，不能以上述的均勻得到微細(xì)的初析鐵素體和珠光體的復(fù)合組織。另外，為了使精加工時的切削性良好，如后所述，最好提高(例如10％以上)上述初析鐵素體的面積率。并且，為了使該面積率大于等于10％，最好將上述熱處理的溫度限制在750～900℃的范圍。
另外，對使中間原料的顆粒度均勻化，這樣的熱處理也是有效的。即，即使熱鍛造時的加熱溫度在整個原料上是均勻的，但根據(jù)該原料的部位，加工量有很大區(qū)別。因此，對上述原料實施上述熱鍛造得到的中間原料的顆粒度的偏差，比起沒有進行上述熱處理的狀態(tài)，在某種程度上要大是不能避免的。例如，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)輪的凸緣部分整體加工量多，但是，從該凸緣部分離開的部分的加工量比較少。因此，上述中間原料中的微觀組織的奧氏體的粒子直徑以及初析鐵素體的分布狀態(tài)不容易均勻。這樣，在奧氏體的粒子直徑以及初析鐵素體的分布狀態(tài)不均勻的狀態(tài)下，產(chǎn)生硬度偏差，由于容易從組織中的最弱部分產(chǎn)生裂紋，因此疲勞強度降低。
相反，如果進行了上述的熱處理，通過上述再加熱，微觀組織一度向奧氏體變相，成為比較均勻的顆粒度分布。并且，通過以臨界冷卻速度以下的速度進行冷卻，冷卻后可以得到微細(xì)的并且均勻的初析鐵素體珠光體的復(fù)合組織。其結(jié)果，可以極力抑制硬度的偏差，提高疲勞強度。另外，這樣使初析鐵素體珠光體的復(fù)合組織均勻不僅可以提高切削性和疲勞強度，也以下方面也具有效果，即，提高軌道面和凸緣根部的內(nèi)側(cè)面?zhèn)鹊母哳l淬火性。
以下，構(gòu)成凸緣根部的初析鐵素體的面積率(3～15％)從可以確保切削性和疲勞強度的兩方面出發(fā)進行限制。由于存在于奧氏體顆粒邊界上的初析鐵素體成為裂縫的起點，因此，從提高疲勞強度的面來看，上述面積率越低越好。相反，考慮到鍛造加工后、完成表面的尺寸、形狀而進行的切削加工的容易性(切削性)的情況下，需要一定程度的初析鐵素體?？紤]到這種情況，將上述面積率限制在3～15％的范圍是確保切削性和疲勞強度兩方面所需要的。初析鐵素體面積率小于等于3％的情況下，切削性惡化，超過15％的情況下，不能充分確保上述根部的疲勞強度。另外，上述初析鐵素體的面積率是，鍛造后的奧氏體顆粒直徑小、冷卻速度越低則越高。出于使上述切削性良好，最好將上述熱處理(正火)的溫度設(shè)定在750～900℃、將上述面積率設(shè)定為大于等于10％。
另外，如上所述，構(gòu)成本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元的旋轉(zhuǎn)輪是含有0.45～0.65重量％的C(最好是0.50～0.65重量％)的碳鋼制，最好含有0.02～0.30重量％的Nb，添加這些元素的理由以及將其含有量限制在這樣的范圍的理由如下。
首先，添加C是為了確保形成在旋轉(zhuǎn)輪周面的軌道面以及凸緣的根部的硬度，確保該軌道面的滾動疲勞壽命以及根部的疲勞強度。C的含有量不足0.50重量％的情況下，即使對軌道面以及根部進行高頻淬火高頻淬火等的熱處理，上述部分的硬度也不能充分提高。其結(jié)果，與滾動體反復(fù)進行滾動接觸的上述軌道面部分的滾動疲勞壽命縮短。并且，也很難確保上述根部對于旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力的滾動疲勞壽命。
但是，即使上述C的含有量不足0.50重量％的情況下，如果大于等于0.45重量％，根據(jù)車輪支撐用滾動軸承單元的規(guī)格，可以確保實際使用中所需要的耐久性。例如，就上述軌道部分的滾動疲勞壽命，可以考慮以下情況，即，縮小該軌道面的剖面形狀的曲率半徑(接近滾動體的滾動面的曲率半徑)或使用圓錐輥子作為滾動體。在這樣的情況下，由于作用于滾動接觸部的面壓比較低，因此，即使上述C的含有量為0.45～0.50重量％左右，也可以確保上述滾動疲勞壽命。另外，關(guān)于上述根部的疲勞強度，在比較小型的車輪支撐用滾動軸承單元上，施加在該根部的負(fù)荷有限制的情況下，即使上述C的含有量為0.45～0.50重量％左右，也可以確保所需要的疲勞強度。相反，即使添加超過0.65重量％的C的情況下，不僅不能進一步改善滾動疲勞壽命和疲勞強度，而且產(chǎn)生初析鐵素體的面積率降低、切削性惡化等問題。出于這樣的理由，將C的含有量限制在0.45～0.65重量％(最好是0.50～0.65重量％)的范圍。
下面，Nb是作為碳化物向鋼中析出，抑制鍛造時的先前奧氏體粒的長大，具有使先前奧氏體顆粒組織細(xì)化的作用。即，是為了通過該先前奧氏體顆粒的組織細(xì)化，提高凸緣的根部的疲勞強度而添加。
Nb的含有量不足0.02重量％的情況下，不能充分實現(xiàn)上述的奧氏體顆粒的組織細(xì)化。相反，即使添加超過0.3重量％的Nb，不僅不能得到進一步的組織細(xì)化，反而成為成本上升的原因，并且，鍛造后的切削性降低。因此，添加Nb的情況下，將其含有量限制在0.02～0.3重量％的范圍。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元，只通過控制形成在旋轉(zhuǎn)輪的外周面的凸緣的的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母康奈⒂^組織，就可以提高該根部的疲勞強度。這種情況下，與使用現(xiàn)有的的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母糠衷舷啾容^，一面抑制成本上升，并且不需要改變旋轉(zhuǎn)輪的形狀以及尺寸等的設(shè)計規(guī)格的變更、而提高上述疲勞強度。
另外，本發(fā)明其他方式的車輪支撐用滾動軸承單元具有內(nèi)圈、外圈、多個滾動體和鋼制的輪轂圈，多個滾動體被滾動自如地設(shè)置在上述內(nèi)圈和上述外圈之間；鋼制的輪轂圈是上述內(nèi)圈通過鉚接被一體固定，上述鋼的特征是，含有錳和0.45～0.65重量％的碳，并且，以下公式定義的錳偏析度是，錳的含有量[Mn0]大于等于0.5重量％的情況下，為0.6以下，錳的含有量[Mn0]不足0.5重量％的情況下，為(2.8-2×[Mn0])/3以下。
錳偏析度＝([Mn]-[Mn0])/[Mn0]在此，[Mn]是上述鋼的最大錳濃度，其單位是重量％。
如果是這樣的構(gòu)成，由于將內(nèi)圈與輪轂圈一體固定，即使進行鉚接，也不容易產(chǎn)生裂紋，以下就其理由進行說明。
為了將內(nèi)圈和輪轂圈進行一體的固定，在非調(diào)質(zhì)處理部上進行擺動鉚接，本發(fā)明者們就產(chǎn)生在上述現(xiàn)有的技術(shù)中的鉚接部的徑方向的裂紋的產(chǎn)生原因進行了專心研究。其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)原料的伸長或拉深值與鉚接性的好壞有很大的關(guān)系，由于組織原因，伸長、拉深磨損損耗的情況下，產(chǎn)生上述裂紋。
如日本金屬學(xué)會編「鋼鐵材料」的第78頁中所述，由于磷(P)或錳(Mn)的偏析，鐵素體/珠光體組織發(fā)生變化，特別是與鍛伸方向平行地出現(xiàn)鐵素體/珠光體的組織。并且，這樣不均勻的條紋狀組織根據(jù)拉伸方向、伸長或拉深值有很大不同。
在作為鉚接部的輪轂圈的圓筒部上，通過熱鍛造，原料的裂痕以及條紋狀組織向縱向發(fā)展。并且，鉚接擴展圓筒部時，被向縱向和圓筒方向的兩個方向擠壓擴展，因此，垂直方條紋狀向的力對條紋狀組織起作用。因此，珠光體組織連接的部分與鐵素體組織連接的部分的材料特性不同，不能得到材料均勻的延展性，局部變形能力極端降低，在鉚接部表面容易產(chǎn)生裂紋。
并且，由于鋼中的MnS是軟質(zhì)的夾雜物，因此，一方面具有提高切削性的效果，另一方面拉伸應(yīng)力向垂直方向作用后，容易以MnS作為起點產(chǎn)生裂紋。另外，MnS的析出量通常取決于S濃度，但由于鍛造比和Mn的偏析狀態(tài)不同，其分布有很大差別，因此，只靠單純控制S的濃度，不能解決鉚接產(chǎn)生的裂縫的問題，結(jié)論是控制Mn的偏析是非常重要的，該Mn的偏析是決定析出的MnS的尺寸以及分布狀態(tài)。
另外，MnS與奧氏體的界面與奧氏體顆粒邊界相同，成為鍛造后的冷卻時、初析鐵素體的生成核位置。其結(jié)果，在鐵素體中容易形成有MnS存在的組織。在這樣的組織中，冷變形時在界面形成空隙，伸長和收縮值的劣化加大。因此，為了提高鉚接性，需要盡量縮小鐵素體和MnS的界面。
在MnS上的鐵素體析出變化與鍛造后的冷卻速度有關(guān)，冷卻速度慢的情況下，具有以MnS為核心長大的初析鐵素體的量多的趨勢。一方面，冷卻速度快的情況下，具有以下趨勢，即，以MnS為起點的初析鐵素體的長大，并且，由于Mn的偏析產(chǎn)生的不均勻組織的形成被抑制。也就是，最好在不使切削性劣化的范圍內(nèi)加快冷卻速度或抑制粗大的MnS本身的析出。
以下就錳的偏析度(Mn偏析度)進行詳細(xì)說明。
合金元素的偏析非常依賴于鍛造后凝固時的冷卻速度。如高碳鉻軸承鋼，熱加工后利用高溫進行均熱擴散處理(均熱)后條紋狀偏析降低。相反，Cr的含有量比較低的中碳鋼由于不形成巨大的共晶碳化物，因此不進行均熱，因此合金元素的濃度偏析明顯。
特別是由于在Mn濃的部分上變相點低，因此初析鐵素體的長大少，珠光體的量全面增加。并且，由于在其周圍變相點降低，因此，存在有鐵素體優(yōu)先長大的區(qū)域。這樣的偏析是向著鍛伸方向的帶狀，沿著該方向形成帶狀的鐵素體/珠光體組織。
Mn的含有量大于等于0.5重量％時，如果上述公式中定義的Mn偏析度超過0.6重量％，則產(chǎn)生在鉚接部的帶狀的不均等組織明顯地體現(xiàn)出。并且，由于在Mn濃的部分上導(dǎo)致MnS量增加，因此，結(jié)果是伸長或收縮值惡化，容易產(chǎn)生鉚接時的裂紋。為了不進一步產(chǎn)生這樣的問題，最好是錳的含有量為0.5重量％以上時，錳的偏析度小于等于0.4。這樣，條紋狀組織的發(fā)展被進一步抑制，伸長或收縮值被改善。
一方面，如果Mn的含有量不足0.5重量％的情況下，即使Mn的偏析度大，也不容易產(chǎn)生變相點差，如果錳的偏析度小于等于(2.8-2×[Mn0])/3，則不形成條紋狀組織。另外，本發(fā)明中的最大錳濃度是指在Mn偏析的鋼中，Mn最濃的部分的Mn濃度。
如上所述，通過以下方法盡量降低原料的Mn偏析，即，①避免鐵素體/珠光體的復(fù)合組織，②避免降低MnS的析出量以及以此為核心長大的不均勻組織，可以提高原料的伸長、收縮值。這樣，可以得到即使由于鉚接受到冷變形，也不容易產(chǎn)生裂縫的鉚接性良好的車輪支撐用滾動軸承單元。
另外，上述鋼中的碳的含有量需要在0.45～0.65重量％。如果不足0.45重量％，則具有不能給予滾動部分充分的硬度的問題，如果超過0.65重量％，則具有鋼的切削性明顯惡化的問題。


圖1是表示本發(fā)明的一例車輪支撐用滾動軸承單元的一半剖視圖。
圖2是表示本發(fā)明的另一例車輪支撐用滾動軸承單元的一半剖視圖。
圖3是表示兩例凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母康谋砻嫘螤畹木€圖。
圖4是表示通過本發(fā)明的實施例中的實驗得出的凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母康谋砻娲植诙扰c耐久壽命的關(guān)系圖。
圖5是顆粒邊界的交點的說明圖。
圖6是表示S量(重量％)×1000+α面積率(％)與工具壽命的關(guān)系圖。
圖7是表示S量(重量％)/α面積率(％)與疲勞極限強度的關(guān)系圖。
圖8是將視野內(nèi)的微觀組織兩值化、只抽出初析鐵素體粒的顯微鏡照片。
圖9是作為用于實施例的試驗器的車輪支撐用滾動軸承單元的剖視圖。
圖10是表示鍛造時的材料加熱溫度(加熱保持溫度)與旋轉(zhuǎn)試驗的耐久負(fù)荷的關(guān)系圖。
圖11是從鍛造結(jié)束時到600℃的平均冷卻速度和旋轉(zhuǎn)試驗的耐久負(fù)荷的關(guān)系圖。
圖12是表示C+0.2Si+0.5V與試驗壽命的關(guān)系圖。
圖13是先前奧氏體顆粒直徑與軌道部分的滾動疲勞壽命的關(guān)系圖。
圖14是表示實施例中的耐久試驗的試驗結(jié)果圖。
圖15是表示鋼中的Mn含有量與Mn偏析度的相關(guān)圖。
具體實施例方式
以下就本發(fā)明的多個實施方式進行說明，實施例、實施例的實施號碼是對每個方式，不是貫通整體的連續(xù)號碼。
圖1是表示本發(fā)明對象的一例車輪支撐用滾動軸承單元。本實施例的車輪支撐用滾動軸承單元1具有輪轂圈2、內(nèi)圈3、外圈4和多個滾動體5。在其中的外圈2的外周面的外端部(軸方向的外是指向汽車組裝的狀態(tài)下、橫向靠外側(cè)，是圖1的左側(cè)。相反，將靠橫向中央側(cè)稱為軸方向的內(nèi)，是圖1的右側(cè)。)上形成有支撐車輪的凸緣6。另外，在該輪轂圈2的中間部外周面上形成第一內(nèi)圈軌道7a，在同樣的內(nèi)端部上形成外徑尺寸小的階梯部8。并且，在該階梯部8上外嵌上述內(nèi)圈3，該內(nèi)圈3在外周面上形成第二內(nèi)圈軌道7b。另外，在設(shè)置在上述輪轂圈2的內(nèi)端部的圓筒部中，通過將從該內(nèi)圈3的內(nèi)端面突出的部分向徑方向外方鉚接擴展，形成鉚接部9，通過該鉚接部9壓住該內(nèi)圈3的內(nèi)端面。另外，在上述外圈4的外周面上設(shè)置有為了與構(gòu)成懸掛裝置的釣爪(無圖示)結(jié)合固定的安裝部11，并且，在內(nèi)周面上分別形成與上述第一內(nèi)圈軌道7a相對的第一外圈軌道10a和與上述第二內(nèi)圈軌道7b相對的第二外圈軌道10b。并且，在這些第一、第二內(nèi)圈軌道7a、7b和第一、第二外圈軌道10a、10b之間，可自由滾動地分別各設(shè)置多個上述滾動體5。本實施例中，上述輪轂圈2和內(nèi)圈3相當(dāng)于內(nèi)方部件，上述外圈4相當(dāng)于外方部件。另外，在該輪轂圈2中，通過對包括上述第一內(nèi)圈軌道7a的、從上述凸緣6的內(nèi)側(cè)面的根部到上述階梯部8的中間部的圖1中斜格子所示部分實施高頻淬火，在該部分上形成硬化層。
特別是在本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元的第一方式中，上述輪轂圈2由以下合金鋼構(gòu)成，即含有0.5～0.6重量％的C、0.3～1.5重量％的Mn、0.1～1.0重量％的Si和0.01～0.5重量％的Cr，并且，將S的含有量抑制在小于等于0.035重量％，并且含有從0.01～0.2重量％的V、0.01～0.15重量％的Nb、0.01～0.15重量％的Ti中選擇一種以上，其余的是Fe和不可避免的不純物。并且，該合金鋼的氧含量在15ppm以下。另外，在上述輪轂圈2中，形成上述硬化層的上述第一內(nèi)圈軌道7a的表面硬度為Hv650～780，并且，該硬化層以外的非調(diào)質(zhì)處理部的表面硬度為Hv230～300。
并且，本實施例中，構(gòu)成上述輪轂圈2的合金鋼中的C的含有量為x1重量％、V的含有量為x2重量％、Nb的含有量為x3重量％、Ti的含有量為x4重量％的情況下，限制C、V、Nb、Ti的含有量，使其滿足0.30≤{x1-1.5(x2+x3+x4)}≤0.55。
根據(jù)如上所述構(gòu)成的本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元，在輪轂圈2中，可以提高第一內(nèi)圈軌道7a的滾動疲勞壽命，并且，可以提高凸緣6以及存在于凸緣6周邊部的非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度。并且，由于本實施例中，{x1-1.5(x2+x3+x4)}的值設(shè)定為大于等于0.30、小于等于0.55、因此，可以一面良好地維持上述輪轂圈2的切削性、一面進一步提高該輪轂圈2的疲勞強度。
以下，就本發(fā)明者為了確認(rèn)本發(fā)明的效果而進行的實驗進行說明。實驗使用具有與上述圖1所示的各個結(jié)構(gòu)相同結(jié)構(gòu)的試樣，該試樣包括屬于本發(fā)明的10種試樣(實施例1～10)和本發(fā)明范圍以外的6種試樣(比較例1～6)。另外，用具有以下表1所示的合金成分的鋼制造輪轂圈2，在包括第一內(nèi)圈軌道7a的相當(dāng)于圖1所示的斜格子的部分上，通過實施高頻淬火形成硬化層。另外，表1中合金成分欄所示的數(shù)值是用重量％表示合金鋼中的含有量。另外，「氧含量」的欄中所示的數(shù)值是用ppm表示合金鋼中的氧含量。另外，在該表1中一并表示了在上述輪轂圈2中，形成上述硬化層的第一內(nèi)圈軌道7a(軌道部)的表面硬度(Hv)和沒有形成該硬化層的非調(diào)質(zhì)處理部的表面硬度(Hv)。
表1

另外，外圈4是用S53制造，通過對第一、第二外圈軌道10a、10b的周邊部進行高頻淬火，在該周邊部形成的表面硬化層。另外，內(nèi)圈3以及各滾動體5是SUJ2制造，通過一般的淬火處理(整體淬火)從表面到芯部全部硬化。
另外，在制造后的車輪支撐用滾動軸承單元1上，使各滾動體5的節(jié)圓直徑為49mm，各滾動體5的數(shù)量各為12個。使用這樣的車輪支撐用滾動軸承單元1，利用以下的條件進行旋轉(zhuǎn)試驗。
直徑負(fù)荷7600N軸向負(fù)荷6800N旋轉(zhuǎn)速度100min-1在第一內(nèi)圈軌道7a產(chǎn)生剝離，或在凸緣6的周邊確認(rèn)到裂紋時結(jié)束實驗，該時刻為試驗壽命。從這樣的旋轉(zhuǎn)試驗得到的實驗結(jié)果在上述表1的「試驗壽命」和「切削性」欄中表示。另外，該表所示的「試驗壽命」欄的數(shù)值是以比較例1中的試驗壽命為1.0，用對該比較例1的比表示。另外，將切削加工所需時間不足比較例1的1.5倍的情況作為切削性良好，在「切削性」欄中標(biāo)注○，1.5倍以上2倍以下的為切削性較好，在「切削性」欄中標(biāo)注△，超過2倍的為切削性不良，在「切削性」欄中標(biāo)注×。
從表1所示的試驗結(jié)果可以看出，屬于本發(fā)明的實施例1～10的情況下，在輪轂圈2中，由于非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度以及形成硬化層的第一內(nèi)圈軌道7a的滾動疲勞壽命很好，因此可以得到良好的試驗壽命。
特別是實施例1～8滿足0.30≤{x1-1.5(x2+x3+x4)}≤0.55。因此，這些實施例1～8可以一面良好地維持輪轂圈2的切削性，一面進一步提高該輪轂圈2的疲勞強度，延長試驗壽命。
相反，比較例1的情況下，沒有向構(gòu)成輪轂圈2的合金鋼中添加任何V、Nb、Ti。另外，在，比較例2的情況下，該合金鋼中的C的含有量少，并且，第一內(nèi)圈軌道7a和非調(diào)質(zhì)處理部的表面硬度都低。因此，比較例1、2的情況下，非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度或第一內(nèi)圈軌道7a的滾動疲勞壽命差，試驗壽命縮短。另外，比較例3、4、6由于C、V、Nb、Ti中的某一個的含有量過剩，因此切削不良。另外，比較例5的情況下，由于構(gòu)成輪轂圈2的合金鋼中的Nb的含有量高于本發(fā)明的上限0.15重量％，因此切削性不良。
另外，本發(fā)明使用的各滾動體是由SUJ2等的高碳鉻軸承鋼，或?qū)υ摳咛笺t軸承鋼進行氰化處理的鋼制造，在提高車輪支撐用滾動軸承單元的滾動疲勞壽命方面非常理想。另外，在上述圖1所示的結(jié)構(gòu)中，使用球作為各滾動體，但在本發(fā)明中，也可以使用滾子等作為各滾動體。
另外，作為構(gòu)成本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元的內(nèi)方部件，使用輪轂圈和內(nèi)圈組合的情況下，通過SUJ2等的高碳鉻軸承鋼構(gòu)成該內(nèi)圈在進一步提高滾動疲勞壽命方面更理想，輪轂圈是在外周面上設(shè)置一對內(nèi)圈軌道中的單側(cè)的內(nèi)圈軌道，內(nèi)圈是在外周面設(shè)置該一對內(nèi)圈軌道中的另一側(cè)的內(nèi)圈軌道，(不形成凸緣)是單純的圓筒狀。
另外，在上述圖1所示的結(jié)構(gòu)中，用具有規(guī)定組成的合金鋼構(gòu)成輪轂圈2，并且，在該輪轂圈2的外周面、在含有第一內(nèi)圈軌道7a的部分上形成通過高頻淬火形成的硬化層，雖然對構(gòu)成外圈4的材料沒有特別限制，但本發(fā)明不局限于這樣的結(jié)構(gòu)。例如，本發(fā)明包括以下結(jié)構(gòu)，即，將上述外圈4與上述輪轂圈2一起用具有上述規(guī)定組成的合金鋼制造，并且，在該外圈4的內(nèi)周面，在含有第一、第二各外圈軌道10a、10b的部分上形成通過高頻淬火形成的硬化層的結(jié)構(gòu)，或用單純的軸承鋼制造輪轂圈2，并且，用上述規(guī)定的合金鋼制造外圈4，在該外圈4的內(nèi)周面上形成上述硬化層。
由于本發(fā)明如上所述地構(gòu)成、發(fā)揮作用，因此，可以一面確保各軌道部的滾動疲勞壽命，一面提高凸緣以及存在于該凸緣的周邊部的非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度。其結(jié)果，該凸緣可以薄壁化，可以實現(xiàn)車輪支撐用滾動軸承單元的輕量化。
另外，在本發(fā)明的其他方式中，不對該根部實施淬火而提高形成在輪轂圈的外周面的凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母康钠趶姸?。關(guān)于圖中所示的結(jié)構(gòu)，例如，與上述圖1～2所示的現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)相同，因此不進行重復(fù)說明。
另外，圖1所示的車輪支撐用滾動軸承單元1的情況下，形成在輪轂圈2的外周面的凸緣6的內(nèi)側(cè)面?zhèn)鹊母康钠趶姸热缟纤?，通過淬火被確保。
相反，圖2所示的車輪支撐用滾動軸承單元1的情況下，形成在輪轂圈2的外周面的凸緣6的內(nèi)側(cè)面?zhèn)鹊母康钠趶姸韧ㄟ^另外的淬火確保。由于從上述凸緣6的內(nèi)側(cè)面?zhèn)鹊母康缴鲜鲚嗇炄?的內(nèi)周面的距離比從上述凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母康絻?nèi)周面的距離長，隨著淬火效果的韌性(耐撞擊性)降低、不容易成問題。
在本發(fā)明中，對將上述各凸緣6的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母康挠捕认拗圃诼迨接捕菴級24～35，維式硬度260～345的范圍的方法沒有特別限定。但最好單獨或進行適當(dāng)?shù)慕M合使用以下的方法。
首先，基本上是，將上述凸緣6被設(shè)置在其外周面上的輪轂圈2通過熱鍛造制造后進行冷卻。熱鍛造后的冷卻一般通過放置在空氣中的自然冷卻的情況居多，最好是利用冷卻風(fēng)扇等加快冷卻速度。
由于剛經(jīng)過熱鍛造后的上述輪轂圈2是高溫，因此，構(gòu)成該輪轂圈2的碳鋼的金屬組織成為奧氏體，但在冷卻過程中，向鐵素體以及珠光體變相。該變相在650℃左右結(jié)束，但此時如果冷卻速度慢，則鐵素體粗大化、上述輪轂圈2的硬度降低。因此，為了防止該鐵素體的粗大化、確保硬度，熱鍛造后的上述輪轂圈2的冷卻速度越快越好，最好進行風(fēng)扇冷卻，直到上述變相結(jié)束的650℃左右。此時，為了加快上述輪轂圈2的芯部的溫度到達(dá)650℃以下的冷卻速度，最好連續(xù)使用風(fēng)扇冷卻直到表面溫度達(dá)到600℃以下。
另外，作為構(gòu)成上述輪轂圈2的碳鋼，為了確保上述輪轂圈2的強度，最好使用含有0.03～0.3重量％的V的碳鋼。V具有強化向初析鐵素體和珠光體中層狀地析出鐵素體的性質(zhì)。因此，通過適量添加，可以進一步提高上述輪轂圈2的強度。但是， V的添加量不足0.03重量％的情況下，強化鐵素體的效果小。相反，如果添加超過0.3重量％，則熱鍛造性、切削性等加工性降低。因此，向形成上述輪轂圈2的合金鋼中添加V的情況下，最好將其添加量限制在0.03～0.3重量％的范圍。
另外，對將上述凸緣6的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母康谋砻娲植诙认拗圃谝?guī)定范圍(算術(shù)平均粗糙度Ra為0.1～1.0μm，最大高度Ry為1.0～10μm)的方法沒有特別限定。但是，最好單獨或適當(dāng)?shù)亟M合使用以下的方法。
一般的車輪支撐用滾動軸承單元的情況下，上述根部在熱鍛造后通過切削加工加工成規(guī)定的形狀不變，該狀態(tài)下的表面粗糙度與上述范圍相差很遠(yuǎn)。在此，對上述根部進行切削加工后，通過對該根部進行研磨加工，使該根部的表面粗糙度達(dá)到0.5μmRa以下。另外，對該根部進行切削加工后，通過實施拋光，該根部的表面粗糙度可以達(dá)到0.5μmRa以下。特別是實施拋光的情況下，包括上述根部的加工部分的表面附近形成加工硬化、該加工部分的疲勞強度提高。
另外，最大高度Ry的值可以根據(jù)加工部分的圓周速度、傳送速度以及切削深度等車床加工的加工條件進行變更。為了縮小上述最大高度Ry，在考慮到生產(chǎn)效率的范圍內(nèi)，盡量縮小上述傳送速度以及切削深度的值。具體是，最好是精車削加工時的傳送速度為0.3mm/rev、切削深度為1mm。另外，為了防止切削瘤的產(chǎn)生，最好在一定程度上加大圓周速度的值。具體是最好為100m/min以上。
如果上述最大高度Ry的值超過10μm，則如上所述，產(chǎn)生在凹凸最深部的集中應(yīng)力增高，不僅對于旋轉(zhuǎn)彎曲的疲勞強度降低，而且有時在加工面上產(chǎn)生擠裂、凹凸形狀變得尖利、集中應(yīng)力明顯增加。并且，有時在車床的頂部產(chǎn)生切削瘤，發(fā)熱增大，在表面產(chǎn)生熱影響層，疲勞強度降低。
出于這樣的理由，將上述軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母康谋砻娲植诙鹊闹翟O(shè)定為最大高度Ry小于等于10μm。為了進一步提高該根部的疲勞強度，最好將該最大高度Ry設(shè)定為小于等于6μm。但是，如果上述根部的表面粗糙度不足最大高度Ry為1μm時，提高疲勞強度的效果幾乎飽和，不能進一步提高疲勞強度，相反加工時間明顯增加、生產(chǎn)效率降低。因此，最好將上述根部的表面粗糙度設(shè)定為大于等于1μmRy。
另外，上述的情況下，具有凸緣的旋轉(zhuǎn)輪最好用含有0.45～1.1重量％的C的鋼形成。C不足0.45重量％的情況下，不僅熱鍛造后的金屬組織中的鐵素體的分率明顯增加，而且由于硬度降低，容易產(chǎn)生車削加工引起的擠裂，表面粗糙度的最大高度Ry容易增加，并且，發(fā)生由于硬度降低而產(chǎn)生的疲勞強度降低。相反，如果C的含有量超過1.1重量％，則金屬組織中的滲碳體增加，加工性降低。因此，構(gòu)成上述旋轉(zhuǎn)輪的鋼中的C的含有量為0.45～1.1重量％，最好為0.45～0.65重量％。通過將C的含有量限制在在該范圍，熱鍛造后的硬度以及金屬組織適宜，不需要熱鍛造后的退火工序，可以得到良好的加工性。
由于外圈軌道和內(nèi)圈軌道受到來自各滾動體的高面壓，因此，為了提高滾動疲勞壽命，需要可以承受該高面壓的高硬度。上述外圈軌道和內(nèi)圈軌道的表面硬度不足Hv660的情況下，由于硬度不夠，滾動疲勞壽命降低。相反，如果上述各軌道表面硬度超過Hv760，則韌性降低。因此，最好將上述外圈軌道和內(nèi)圈軌道的表面硬度設(shè)定為大于等于Hv660小于等于Hv760。另外，對提高滾動疲勞壽命更好的是將上述外圈軌道和內(nèi)圈軌道的表面硬度設(shè)定為大于等于Hv700。
另外，實施本發(fā)明的情況下，與輪轂圈2一起構(gòu)成旋轉(zhuǎn)輪的內(nèi)圈3(圖1)以及作為靜止輪的內(nèi)圈3(圖2)的材質(zhì)沒有特別限定。但是，為了充分確保形成在這些內(nèi)圈3周面的內(nèi)圈軌道7b(圖2的情況下7a、7b)的滾動疲勞壽命，最好使用含有0.9～1.1重量％的C的碳鋼。這種情況下，作為可以使用的碳鋼，可以舉例的有SUJ2等的高碳鉻軸承鋼。另外，用圖1所示的結(jié)構(gòu)實施本發(fā)明的情況下，構(gòu)成作為靜止輪的外圈4的金屬材料，最好使用含有0.45～0.8重量％的C的碳鋼。其理由是，與輪轂圈2的情況相同，需要在上述外圈4上具有熱鍛造性、切削性等加工性。另外，使用球作為滾動體5的情況下，最好可以使用SUJ2等的高碳鉻軸承鋼制的球，或?qū)υ摳咛笺t軸承鋼的表面進行氰化處理的球。
就為了確認(rèn)本發(fā)明的效果而進行的實驗進行說明。另外，實驗都是就圖1所示的結(jié)構(gòu)、具有背對背雙聯(lián)型的接觸角的多列球軸承式的車輪支撐用滾動軸承單元進行。
在第一實驗中，就形成在輪轂圈2的外端部外周面的凸緣6的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母康挠捕扔绊戇M行了調(diào)查。為此，首先用以下表2所示的材料制造圖1所示的車輪支撐用滾動軸承單元的輪轂圈2，即，滾動體5的節(jié)圓直徑為56mm，該滾動體5的數(shù)量為12個。
表2

用從該表2所示A～J的10種碳鋼中選擇的任何一種碳鋼通過熱鍛造制造輪轂圈2。此時，通過變化鍛造后的冷卻工程，即，通過自然冷卻或使用冷卻風(fēng)扇的風(fēng)冷改變上述輪轂圈2的性能。并且，熱鍛造以及冷卻后，進行切削加工和沖孔加工，形成具有規(guī)定形狀的上述輪轂圈2。然后，在從圖1的斜格子所示的凸緣6的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母亢蜕鲜龅谝粌?nèi)圈軌道7a到階梯部8的區(qū)域上，形成通過高頻淬火產(chǎn)生的硬化層后進行精加工的研磨加工。一方面，外圈4通過作為機械構(gòu)造用碳鋼(中碳鋼)的S53C，內(nèi)圈3以及各滾動體5通過SUJ2分別制造。
對同一種試樣、每幾個一起、改變徑向負(fù)荷進行以下旋轉(zhuǎn)試驗，即，在加上6000N的軸向負(fù)荷和5000～9600N的徑向負(fù)荷(每次試驗時改變)的狀態(tài)下，將這樣制造車輪支撐用滾動軸承單元(試樣)以400min-1旋轉(zhuǎn)速度連續(xù)旋轉(zhuǎn)50小時。進行試驗后，將這樣施加在在上述凸緣6的外側(cè)面的根部上產(chǎn)生了裂紋的試樣上的徑向負(fù)荷的最小值判定為該試樣的耐久負(fù)荷。在這樣的條件下進行的實驗結(jié)果在以下的表3中表示。
表3

在該表3中表示了屬于本發(fā)明的9種試樣(實施例1～9)和本發(fā)明以外的4種試樣(比較例1～4)的共13種試樣，用于輪轂圈2的材料、熱鍛造后的冷卻方法、凸緣6的外側(cè)根部的硬度(Hv)以及耐久負(fù)荷。另外，表中的耐久負(fù)荷以比較例3的耐久負(fù)荷為1.0，用與其進行對照的比進行表示。另外，上述根部的硬度是將輪轂圈2切斷，使其切斷面為鏡面狀，通過維氏硬度試驗機對從表面起0.1mm的位置進行測定而得到。
從表示這樣進行的第一實驗結(jié)果的表3中可以明確，由于實施例1～9是將上述凸緣6的根部的硬度設(shè)定在本發(fā)明規(guī)定的范圍(Hv260～345)內(nèi)，因此對于旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力的疲勞強度高，耐久負(fù)荷高。并且，不會產(chǎn)生切削加工性降低。另外，實施例1～3主要是通過加快熱鍛造后的冷卻速度來提高材料強度。另外，實施例4、5主要是通過增加材料中C的含有量來提高材料強度。另外，實施例6、7主要通過向材料中添加V、并且加快冷卻速度來提高材料強度。并且，實施例8、9通過拋光加工形成的加工硬化來提高材料表面的強度。
相反，比較例1～3是由于凸緣6的根部的硬度小于本發(fā)明規(guī)定的范圍，因此形成對于旋轉(zhuǎn)彎曲的疲勞強度低、耐久負(fù)荷低的結(jié)果。相反，比較例4是由于凸緣6的根部的硬度大于本發(fā)明規(guī)定的范圍，因此，耐久負(fù)荷雖然高但切削加工性降低。
在第二實驗中，就形成在輪轂圈2的外端部外周面的凸緣6的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母康挠捕扔绊戇M行了調(diào)查。用于這樣的第二實驗的車輪支撐用滾動軸承單元的結(jié)構(gòu)以及大小包括淬火部分與上述第一實驗的情況相同。但是，輪轂圈2都是通過作為機械構(gòu)造用碳鋼的S53C制造。另外，制造該輪轂圈2的情況下，熱鍛造后的冷卻是通過冷卻風(fēng)扇的風(fēng)冷進行。外圈4、內(nèi)圈3、滾動體5的材質(zhì)也與上述第一實驗的情況相同。這樣的車輪支撐用滾動軸承單元通過改變通常進行的切削加工的切削速度或增加研磨加工、或增加拋光加工可以對凸緣6的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母康谋砻娲植诙冗M行各種變化。
在加上6000N的軸向負(fù)荷和8000N的徑向負(fù)荷的狀態(tài)下，將這樣制造車輪支撐用滾動軸承單元(試樣)以400min-1旋轉(zhuǎn)速度進行連續(xù)旋轉(zhuǎn)50小時的旋轉(zhuǎn)試驗。在進行這樣的試驗后，檢查上述凸緣6的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母渴欠裼辛鸭y(裂縫)，將在這樣的條件下進行的實驗結(jié)果在以下表4中表示。
表4

在該表4中表示了屬于本發(fā)明的5種試樣(實施例11～15)和本發(fā)明以外的2種試樣(比較例11～12)的共7種試樣，就凸緣6的外側(cè)面的根部的表面粗糙度、凸緣6的外側(cè)面的根部的硬度(Hv)、試驗后是否有裂縫進行了記載。在上述表4中的符號中，「○」表示不產(chǎn)生裂紋、「×」表示產(chǎn)生裂紋。關(guān)于上述根部的硬度，與上述第一實驗的情況相同地求出。
從表示這樣進行的第二實驗結(jié)果的表4中可以明確，由于實施例11～15是上述凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母康谋砻娲植诙仍O(shè)定在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)的算術(shù)平均粗糙度0.1～1.0μmRa的范圍內(nèi)，因此對于旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力的疲勞強度高，試驗后上述根部不產(chǎn)生裂紋。
相反，由于比較例11、12的表面粗糙度比本發(fā)明的規(guī)定范圍差，因此試驗后產(chǎn)生裂紋。
在第三實驗中，就形成在輪轂圈2的外端部外周面的凸緣6的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母康谋砻娲植诙鹊挠绊戇M行了調(diào)查。用于這樣的第三實驗的車輪支撐用滾動軸承單元的結(jié)構(gòu)以及大小包括淬火部分與上述第一實驗以及第二實驗的情況相同。
但是，在上述第三實驗中，用含有以下表5所示的合金成分的鋼制造輪轂圈2。
表5

對中間原料進行切削加工和沖孔加工、得到具有規(guī)定形狀以及表面粗糙度的輪轂圈2，該中間原料是以1000～1200℃對具有表5所示的組成的鋼制原料實施熱鍛造而得到。特別是對凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母窟M行切削加工時，制作通過改變車床的圓周速度、傳送速度、切削深度，表面粗糙度Ry(最大高度)不同的實驗片。然后，通過從內(nèi)圈軌道7b的周邊部到階梯部8的周邊部實施高頻淬火以及回火，在表面形成硬度為Hv660～Hv760的硬化層。然后，通過研磨加工對上述內(nèi)圈軌道7b部分實施精加工。另外，在上述凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母坎粚嵤┚庸ぶ粚嵤┣邢骷庸ぁ?br> 在以下的表6中，記載了實施高頻淬火的上述內(nèi)圈軌道7a的表面硬度、不實施高頻淬火的非調(diào)質(zhì)處理部的表面硬度以及凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母康谋砻娲植诙萊y(最大高度)的測定值。另外，在圖3中，記載了兩例測定上述凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母康谋砻娲植诙葧r的形狀。分別表示了該圖3中的(A)為最大高度Ry是9μm的情況下的表面形狀，以及(B)為最大高度Ry是5μm的情況下的表面形狀。
表6

另外，外圈4是通過S53制造，通過對一對外圈軌道10a、10b的周邊部進行高頻淬火回火處理，在各外圈軌道10a、10b的表面形成硬度為Hv660～Hv760的硬化層。另外，內(nèi)圈3以及滾動體5是SUJ2制造，經(jīng)過通常的淬火處理、從表面到芯部全部硬化。利用這樣的內(nèi)圈3以及滾動體5和上述的外圈2制造圖1所示結(jié)構(gòu)的車輪支撐用滾動軸承單元。各列滾動體5的數(shù)量是12個，各滾動體5的節(jié)圓直徑為49mm。
并且，利用以下的條件，對這樣的車輪支撐用滾動軸承單元進行旋轉(zhuǎn)試驗。
直徑負(fù)荷8800N軸向負(fù)荷5900N旋轉(zhuǎn)速度300min-1
并且，在內(nèi)圈軌道7a、7b、外圈軌道10a、10b的其中一個上產(chǎn)生剝離，將其結(jié)果隨著車輪支撐用滾動軸承單元的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生異常振動的時間，或確認(rèn)在上述凸緣6的周邊部產(chǎn)生了裂紋的時間判定為該車輪支撐用滾動軸承單元的壽命。但在比較里13～14中，由于都產(chǎn)生裂紋，因此到達(dá)壽命。將這種條件下進行的旋轉(zhuǎn)試驗的結(jié)果記載在上述表6中。另外，該表所述的壽命是以比較例13中的壽命為1.0，用與此相對的比表示。
從該表6中可以明確，由于實施例16～25是上述凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母康谋砻娲植诙?最大高度)Ry都在10μm以下，因此對于旋轉(zhuǎn)彎曲的疲勞強度高，得到良好的耐久性。特別是實施例16～18、21、23以及25，由于Ry的值小，具有明顯良好的耐久性。
相反，由于比較例13～15的任何一個的上述凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母康谋砻娲植诙?最大高度)Ry都超過10μm，因此對于旋轉(zhuǎn)彎曲的疲勞強度差。
圖4是表示上述表6所述的上述凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母康谋砻娲植诙?最大高度)Ry與上述旋轉(zhuǎn)試驗中的壽命的關(guān)系。從圖4可以看出，如果將上述根部的表面粗糙度Ry的值限制在10μm以下，與該值超過10μm的情況相比較，則疲勞壽命提高。特別是上述表面粗糙度的最大高度Ry值在6μm以下的范圍時，疲勞壽命提高的效果顯著。
另外，如上述的圖2所示，以在外圈(輪轂圈)2的外周面上設(shè)置凸緣6的結(jié)構(gòu)進行實施的情況下，當(dāng)然也可以得到同樣的作用·效果。
正如從上述的第一～第三的實驗結(jié)果可以看出，通過將為了固定車輪、在輪轂圈2的外周面形成的凸緣6的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母康挠捕仍O(shè)定為大于等于Hv260小于等于Hv345，或使該根部的表面粗糙度設(shè)定為算術(shù)平均粗糙度Ra小于等于1.0μm，最大高度Ry值大于等于10μm，該根部的疲勞強度提高。因此，可以使車輪支撐用滾動軸承單元的成為薄壁化(輕量化)，另外，通過使上述根部的硬度為大于等于Hv260小于等于Hv345的同時，如果該根部的表面粗糙度為算術(shù)平均粗糙度Ra小于等于1.0μm，最大高度Ry值大于等于10μm，可以進一步提高上述疲勞強度，當(dāng)然車輪支撐用滾動軸承單元可以進一步成為薄壁化(輕量化)。
如上所述，為了安裝車輪，通過正確地設(shè)定形成在旋轉(zhuǎn)軸外周面的凸緣的外側(cè)面?zhèn)鹊母康奶匦?，不用改變該凸緣的形狀和尺寸，并且，不增加制造成本就可以提高上述根部的強度，該根部是由于旋轉(zhuǎn)彎曲轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生疲勞的最弱部。其結(jié)果，可以形成上述凸緣的薄壁化，可以實現(xiàn)車輪支撐用滾動軸承單元的輕量化。
以下，就本發(fā)明其他的方式進行說明。另外，由于該方式的帶凸緣軸承裝置的基本構(gòu)成與圖1所述的相同，因此，用圖1進行說明。
(第一實施方式)在帶凸緣軸承裝置1中，由于輪轂圈2在旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，對軸承產(chǎn)生來自路面的徑向負(fù)荷，在上述車輪安裝用凸緣6的根部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力。特別是，由于車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14沒有被進行淬火等的熱處理，旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力集中，因此，根據(jù)使用條件或設(shè)計條件，有產(chǎn)生破損的危險性。
一方面，如上所述，由于輪轂圈2被要求輕量化，因此車輪安裝用凸緣6最好是薄壁化。但是，為了提高車輪安裝用凸緣6的薄壁化，需要提高車輪安裝用凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母?4的疲勞強度。
在對中碳鋼進行熱鍛造加工后不實施淬火硬化等的熱處理的車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部(非調(diào)質(zhì)處理部)14上，一般通過增加硬度來提高疲勞強度(參照「金屬疲勞 微小欠缺和夾雜物的影響」村上敬宜養(yǎng)賢堂、1993年P(guān)8)。但是，輪轂圈2的車輪安裝用凸緣6由于在熱鍛造加工后進行車削加工以及鉆孔加工，如果使硬度增加到所需要的以上，則加工性明顯降低。
在此，本發(fā)明者對不使硬度增加到所需要的以上，并且，不降低加工性而提高疲勞強度的方法深入進行研究的結(jié)果如下。
(1)提高疲勞強度不僅是硬度。
雖然隨著硬度的增加，疲勞強度有提高的趨勢，但是即使是同樣的硬度疲勞強度也有差異。比較該兩者的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了材料組織上的不同。中碳鋼是非調(diào)質(zhì)處理、對于旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力、在最弱組織的初析鐵素體組織上產(chǎn)生裂縫，主要向初析鐵素體粒子內(nèi)以及初析鐵素體和珠光體的交界處發(fā)展。
即，可以理解成疲勞強度的偏差起因于初析鐵素體組織的析出量和方式。
(2)車削加工性的降低不僅是硬度。
隨著硬度的增加、車削加工性有降低的趨勢，但是，但是即使是同樣的硬度加工性也有差異。比較該兩者的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了存在于材料組織中的夾雜物，特別是MnS(錳硫化物)的量或形狀上有所不同。
中碳鋼的非調(diào)質(zhì)處理鋼的硬度取決于初析鐵素體的析出量。如果初析鐵素體組織的硬度低，則容易塑性變形，因此初析鐵素體組織的析出量多則硬度降低，加工性提高。雖然同樣是微量，但是由于MnS也容易塑性變形，因此車削加工性提高而對硬度幾乎沒有影響。
即，可以理解為車削加工性的偏差起因于MnS等夾雜物的量或形狀。
本發(fā)明者們發(fā)明了以下方法，即，根據(jù)上述見解、使中碳鋼為非調(diào)質(zhì)處理，不在所需要程度以上增加硬度，不降低加工性而提高疲勞強度。
作為提高疲勞強度的方法，有效的是初析鐵素體組織的析出量和方式的最優(yōu)化。另外，初析鐵素體組織的析出量和MnS的分散量越多越有利于加工性的提高。
初析鐵素體組織以顆粒邊界或碳化物等的微細(xì)析出物為中心析出、長大。并且，有時以作為鋼中的非金屬夾雜物的MnS為起點析出、長大。初析鐵素體組織如上所述是容易塑性變形、弱的組織，因此，長成很大的初析鐵素體組織應(yīng)力容易集中，容易破損。另外，由于初析鐵素體組織沿著顆粒邊界析出、長大，因此，如果長得很大，初析鐵素體組織在顆粒邊界上網(wǎng)孔狀地長大(以下只成為網(wǎng))，成為包圍結(jié)晶的狀態(tài)后，結(jié)構(gòu)上，對于旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力成為極度弱的狀態(tài)。
在本發(fā)明中，通過將初析鐵素體組織微細(xì)地分散、析出，可以抑制初析鐵素體組織的長大、防止網(wǎng)狀地析出。另外，由于通過初析鐵素體組織分散，應(yīng)力集中也分散，成為對于旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力強的組織。分散析出的初析鐵素體組織在提高疲勞強度的同時，對加工性也有效。因此，通過微細(xì)分散初析鐵素體組織，可以同時提高疲勞強度和加工性兩方面。
作為微細(xì)分散初析鐵素體組織的具體的制造方法有，①向原料中添加合金元素或，②通過熱鍛造條件的最優(yōu)化形成結(jié)晶組織的細(xì)化，③MnS的適量分散等。以下按照①、②和③的順序進行說明。
①如果向鋼中微細(xì)地分散碳化物等析出物，就可以抑制顆粒的長大、使結(jié)晶組織細(xì)化。如上所述，初析鐵素體組織以顆粒邊界或碳化物等微細(xì)析出物為中心析出、長大。特別是圖5所示的顆粒邊界的交點(三重點)容易析出初析鐵素體組織，因此，如果使結(jié)晶組織細(xì)化，則顆粒邊界的交點增加，結(jié)果可以微細(xì)分散初析鐵素體組織。為了向鋼中微細(xì)分散碳化物等析出物，需要添加適量的Cr(重量％)，添加碳化物形成元素的C或微量添加V也是有效的。
②如上所述，如果將結(jié)晶組織細(xì)化，則結(jié)果是可以微細(xì)分散初析鐵素體組織。熱鍛造的加熱使金屬組織的原子擴散活潑，使顆粒長大。因此，為了使顆粒直徑微細(xì)，最好降低熱鍛造溫度。另外，鍛造加工度越大，顆粒直徑越微細(xì)。但是，如果使熱鍛造溫度過低，原料的變形阻力增大，加工負(fù)荷上升，在低溫進行復(fù)雜形狀的鍛造時，有可能產(chǎn)生形狀不良或裂縫。
一方面，關(guān)于鍛造后的冷卻，加快冷卻速度可以抑制初析鐵素體組織的長大。但是，比所需要快的冷卻速度引起淬火硬化(馬氏體變相)，對鍛造后的車削加工性有非常明顯的惡劣影響，有時產(chǎn)生裂縫。通過設(shè)定最適合的包括加熱、冷卻在內(nèi)的鍛造條件，使顆粒直徑微細(xì)，結(jié)果可以使初析鐵素體組織微細(xì)分散。
③MnS容易成為初析鐵素體組織的析出核心，具有促進初析鐵素體組織的微細(xì)分散的趨勢，并且，具有提高車削加工性的效果。但是，例如在輪轂圈上，由于在制造工序中具有圖1的符號9部所示的冷加工部，因此，在MnS過多地分散的情況下，將有可能成為在冷加工時開裂的起點。通過適量分散MnS可以促進初析鐵素體組織的微細(xì)分散。
在本發(fā)明中，通過限定成為碳化物的碳量、利用面積率限定初析鐵素體組織的析出量、限定控制MnS的析出狀態(tài)的S添加量并且限定左右車削加工性的初析鐵素體組織的析出量和MnS的分散量，可以使中碳鋼作為非調(diào)質(zhì)處理、不增加超過需要的硬度，不降低加工性而提高疲勞強度。
另外，根據(jù)文獻(「影響機械構(gòu)造用非調(diào)質(zhì)處理鋼的疲勞強度的加工熱處理」熱處理39卷6號野村一衛(wèi)著日本熱處理技術(shù)協(xié)會編)，進行了以下的敘述，即「對于中碳的鐵素體+珠光體型的非調(diào)質(zhì)處理鋼的旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力，由于在表面的初析鐵素體產(chǎn)生的集中應(yīng)力，產(chǎn)生疲勞裂縫，主要向初析鐵素體粒子內(nèi)以及初析鐵素體/珠光體交界發(fā)展。為了改善疲勞強度，組織細(xì)化裂縫產(chǎn)生單位的鐵素體粒子是有效的」。
在現(xiàn)有的帶凸緣軸承裝置1的車輪安裝用凸緣6的根部，沿著顆粒邊界、長的大的初析鐵素體析出，這是由于變相時的鐵素體生成核的頻率小，或由于鐵素體長大，具有相同結(jié)晶方位的鐵素體之間合體。
在這樣的奧氏體顆粒邊界上具有薄膜狀析出的鐵素體組織，容易產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力引起的疲勞裂縫。為了使鐵素體粒子組織細(xì)化，決定鐵素體生成核數(shù)的奧氏體粒子直徑的組織細(xì)化或碳化物或氮化物的微細(xì)分散是有效的。
但是，只使奧氏體的平均粒子直徑組織細(xì)化，不能完全控制初析鐵素體的分布，不能完全控制車輪安裝用凸緣6的根部的裂紋。
在此，以進一步提高帶凸緣軸承裝置1的車輪安裝用凸緣6的根部的疲勞強度為目的，作為本發(fā)明者專心研究的結(jié)果，得到了以下的內(nèi)容。
首先，利用后述的圖象解析法，對車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14的初析鐵素體的分布狀態(tài)進行了調(diào)查，就與該外側(cè)根部14的疲勞強度的關(guān)系進行了調(diào)查。其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)初析鐵素體的長度以及初析鐵素體的面積率控制疲勞強度。
具體的是，使車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14表面的每單位面積(10mm2)的初析鐵素體的面積率為3～15％，并且，該初析鐵素體的最大長度小于等于200μm，并且，設(shè)定5個以下的長度大于等于180μm的初析鐵素體。另外，初析鐵素體的最大長度最好小于等于150μm，更好的是小于等于100μm或50μm。
以下就本發(fā)明的數(shù)值限定理由進行說明。
如上述文獻中所述，從作為產(chǎn)生裂紋的起點或高頻淬火性的觀點出發(fā)，初析鐵素體在可能的范圍內(nèi)越少越好，但是，根據(jù)后述的鉆孔穿孔試驗，由于還具有賦予加工性的效果，因此初析鐵素體組織的面積率需要大于等于3％。但是，如果初析鐵素體組織的面積率大于等于15％，則由于鐵素體的增加，疲勞強度降低，因此初析鐵素體的面積率設(shè)定在3～15％。
為了得到上述初析鐵素體的分布，在輪轂圈2的熱處理工序中，在奧氏體/鐵素體變相時，鐵素體的需要任意地生成許多核心，作為該方式，例如，通過降低不妨礙鍛造時的加工性程度的鍛造溫度形成的奧氏體粒子直徑的組織細(xì)化以及V(釩)等的合金碳化物形成的奧氏體粒子直徑的組織細(xì)化或合金碳化物上的鐵素體的生成核是有效的。
并且，通過鍛造后的冷卻控制，也可以控制初析鐵素體的分布。例如，如果加快鍛造后的冷卻速度，則可以抑制鐵素體的長大，可以使鐵素體不容易連成網(wǎng)狀。
如上所述，如果在輪轂圈2的車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14上成為的應(yīng)力集中的原因的方向上控制大的鐵素體粒子的分布，結(jié)果是，由于裂縫產(chǎn)生的最小單位縮小，因此，可以有效地抑制外側(cè)根部14上疲勞破壞。

另外，如果輪轂圈2的原料的鋼中的C不足0.45重量％，則滾動部的高頻淬火硬度低，不能形成賦予大于滾動疲勞壽命所需要的強度HRC58。并且，不能充分得到車輪安裝用凸緣6的根部的硬度，特別是對于外側(cè)根部14的旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力的疲勞強度降低。一方面，如果C超過0.65重量％，則由于初析鐵素體的面積率降低以及硬度的上升，不僅車削加工性降低，而且由于不能很大改善滾動疲勞壽命以及疲勞強度，因此，使輪轂圈2的原料的碳鋼中的C為大于等于0.45重量％小于等于0.65重量％。
S是MnS等硫化物類非金屬夾雜物生成原因的元素，與添加量成比例、非金屬夾雜物有增加的趨勢。如上所述，MnS等硫化物類非金屬夾雜物由于容易塑性變形，因此車削加工性提高。另外，有促進初析鐵素體組織微細(xì)分散的趨勢，但進行大于需要的添加時，MnS過多，有可能成為冷加工時裂縫的起點。
另外，為了發(fā)揮加工性的提高或初析鐵素體組織的微細(xì)分散的效果，添加量需要大于等于0.003重量％，一方面，如果如果超過0.020重量％進行添加，則MnS過多，有可能成為冷加工時裂縫的起點，因此設(shè)定為小于等于0.020重量％。
并且，進行通過V(釩)的合金碳化物產(chǎn)生的奧氏體粒子直徑的組織細(xì)化的情況下，最好V的添加量為0.05～0.3重量％，另外，考慮到滾動部的滾動疲勞壽命，輪轂圈2的原料的氧含量最好小于等于12ppm。
這樣，在本實施方式中，通過至少對輪轂圈2的車輪安裝用凸緣6的微觀組織進行組織細(xì)化，不改變車輪安裝用凸緣6的形狀·尺寸，并且，不造成由于高頻淬火的增加而產(chǎn)生的成本增加，可以使旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞最弱部的車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14高強度化。其結(jié)果，可以形成車輪安裝用凸緣6的薄壁化，可以實現(xiàn)帶凸緣軸承裝置的輕量化。
如上所述，通過限定成為碳化物的碳量、利用面積率限定初析鐵素體組織的析出量、限定控制MnS量的S添加量并且限定左右車削加工性的初析鐵素體組織的析出量和MnS的和，可以使中碳鋼為非調(diào)質(zhì)處理、不需要增加超過需要的硬度，并且，不降低加工性而提高疲勞強度。
在此，本發(fā)明者們查明了關(guān)于車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14的疲勞強度，初析鐵素體組織的析出量與MnS量的比例關(guān)系。初析鐵素體組織的析出量與MnS量的和表示車削加工性，但是，如果初析鐵素體組織的析出量與MnS量的失去平衡，則雖然車削加工性還維持，但有時車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14的疲勞強度下降。
對于MnS量，初析鐵素體組織的析出量過多的情況下，即使初析鐵素體組織的析出起點減少，析出量也增多。即，初析鐵素體組織長得很大、面積率提高。對于MnS量，初析鐵素體組織的析出量過少的情況下，初析鐵素體組織的微細(xì)分散不足，具有車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14的疲勞強度下降的趨勢。
一方面，對于MnS量，初析鐵素體組織的析出量過少的情況下，表現(xiàn)出從以MnS為起點析出的初析鐵素體組織以外的粒子邊界的交點或析出物析出的初析鐵素體組織的量異常減少。初析鐵素體組織的析出點減少。即初析鐵素體組織的微細(xì)分散化不充分、是析出物不夠的組織，具有疲勞強度下降的趨勢。
因此，車削加工性以外，為了得到充分的車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14的疲勞強度，初析鐵素體組織的析出量與MnS量的比例(凸緣疲勞限制系數(shù))非常重要。由于MnS量按照S添加量的比例，因此，凸緣疲勞限制系數(shù)以S添加量和初析鐵素體組織的面積率的比用以下的公式表示。
凸緣疲勞限系數(shù)＝(S含有量(重量％)×1000)/初析鐵素體組織的面積率(％)在此，如果凸緣疲勞限系數(shù)超過2，則由于對于MnS量，初析鐵素體組織的析出量過多，因此顯示疲勞強度降低的趨勢，不足1時，則由于對于MnS量，初析鐵素體組織的析出量過少，因此顯示疲勞強度降低的趨勢。
因此，車削加工性以外，為了得到充分的車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14的疲勞強度，最好凸緣疲勞限系數(shù)＝(S含有量(重量％)×1000)/初析鐵素體組織的面積率(％)大于等于1小于等于2。
實施例A(第一實施例)為了確認(rèn)本發(fā)明的效果，利用表7所示的原料，以各種熱鍛造條件進行加工后，確認(rèn)微觀組織，用圖象解析測定初析鐵素體組織的量。
表7

熱鍛造是將鋼棒切斷后，在950～1200℃之間，高頻淬火加熱到各種溫度，變化組織的微細(xì)水平，進行以鐓鍛加工為主體的熱鍛造，并且，以各種冷卻速度進行冷卻，形成多種初析鐵素體組織的析出狀態(tài)。
微觀組織是用苦味醇腐蝕液進行腐蝕，用電子顯微鏡對組織進行攝影，并且，通過圖象解析裝置從該電子顯微鏡圖象的基體只提取初析鐵素體組織，計算出其面積率。
電子顯微鏡日本電子社制造，JSM-T220A圖象解析裝置カ一ルツアイス公司制造，IBAS2000熱鍛造冷卻后，利用拋丸機去除氧化膜后，通過車削加工制作各種試片，進行切削工具壽命試驗、旋轉(zhuǎn)彎曲試驗、冷加工試驗以及異物混入潤滑下壽命試驗，進行各種評定。各試驗條件如下所示。
<切削工具壽命試驗>
切削機械高速車床工具P10(JIS B 4053)切入速度180～220m/sec輸送量0.2～0.3mm/rev
切入深度0.6～1.0mm通過JIS B 4011的車刀切削試驗法，利用上述條件進行研磨，車刀的后面磨損量達(dá)到0.2mm時的時間為工具壽命。
<旋轉(zhuǎn)彎曲試驗>
試驗機器小野式旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機試驗片JIS1-8號試驗片(JIS Z 2274)旋轉(zhuǎn)速度3700min-1停止旋轉(zhuǎn)數(shù)為107轉(zhuǎn)，改變試驗負(fù)荷，不破損的條件為疲勞強度。
<冷加工試驗>
通過車削加工制造20×30mm的圓柱試驗片，以鐓鍛率80％、從圓柱試驗片的上下進行冷壓縮(鍛造)，對在圓周上是否產(chǎn)生裂紋進行確認(rèn)。試驗各加工10個，調(diào)查裂紋的產(chǎn)生概率。
<異物混入潤滑下壽命試驗>
使用「特殊鋼便覽」第一版(電爐煉鋼研究所編、理工學(xué)社、1969年5月25日發(fā)行)第10～21頁所述的推力型軸承鋼壽命試驗機，滾動體用SUJ2的球，對各20試驗品進行試驗，調(diào)查直到產(chǎn)生斷裂時的累計應(yīng)力反復(fù)次數(shù)(壽命)、制成威布爾曲線，從各威布爾分布的結(jié)果中求出各個的L10壽命。另外，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)超過107的中斷，全數(shù)超過107的情況下，L10壽命為107。
試驗面壓最大4900Mpa旋轉(zhuǎn)速度1000min-1潤滑油#68葉輪機油壽命試驗片的軌道部進行通過高頻感應(yīng)加熱的淬火、回火。
將各試驗結(jié)果總結(jié)在表8中。另外，圖6中表示了S量(重量％)×1000+α面積率(％)與工具壽命的關(guān)系，圖7中表示S量(重量％)/α面積率(％)與疲勞限強度的關(guān)系。另外，在表8以及圖6、圖7中，為了方便，將初析鐵素體組織的面積率作為α面積率表示。
表8

如表8、圖6、圖7所明確的，在實施例1～21中，由于S添加量與初析鐵素體組織的面積率以及車削加工性系數(shù)(S含有量(重量％)×1000+初析鐵素體組織的面積率(％)在本發(fā)明的范圍內(nèi)，因此，可以得到車削加工性(工具壽命)或疲勞強度、冷裂縫產(chǎn)生率以及淬火硬化后的滾動壽命全部良好的帶凸緣軸承裝置用的材料，特別是，凸緣疲勞極限系數(shù)＝(S含有量(重量％)×1000/初析鐵素體組織的面積率(％)為大于等于1小于等于2的實施例5、6、8、9、17～19的疲勞極限強度非常好。
一方面，作為材料成分的S添加量過高的比較例1在冷壓縮加工中，發(fā)生多處以MnS為起點的裂紋。作為材料成分的S添加量過低的比較例2中，由于高頻淬火引起的硬度降低，因此滾動壽命明顯降低。作為材料成分的C添加量過高的比較例3由于初析鐵素體的面積率過低，另外，車削加工性系數(shù)(S含有量(重量％)×1000+初析鐵素體組織的面積率(％)過低的比較例5車削加工性系數(shù)明顯降低。相反，由于初析鐵素體組織的面積率高，因此，車削加工性系數(shù)(S含有量(重量％)×1000+初析鐵素體組織的面積率(％)過高的比較例4或初析鐵素體組織的面積率自身過高的比較例6由于初析鐵素體組織的微細(xì)分散不充分，因此疲勞極限強度降低。
(第二實施例)為了確認(rèn)本發(fā)明的效果，進行了以下實驗。
首先，利用表9的A～D成分的棒狀原料，將各棒狀切斷后，分別在950～1200℃的溫度通過高頻感應(yīng)加熱、熱鍛造形成規(guī)定的形狀。然后，強制氣冷或自然冷卻，利用拋丸機進行氧化膜的去除后，進行車削、軌道面的高頻感應(yīng)淬火·研磨，制成圖9所示的輪轂圈2。
另外，輪轂圈2準(zhǔn)備了表10的實施例22～30、比較例7～11中的輪轂圈。另外，就實施例22～30的輪轂圈2，使用進行上述的初析鐵素體的分布控制的輪轂圈。
表9

表10

然后，就輪轂圈2，研磨車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14后、用苦味醇腐蝕液腐蝕表面，觀察微觀組織。
該觀察首先用倍率為200～500倍的顯微鏡將視野內(nèi)的微觀組織進行二值化，只抽出初析鐵素體粒，如圖8所示，通過圖象解析求出連續(xù)的鐵素體粒的絕對最大長度(輪廓線上的任意兩點間距離的最大值，將此作為鐵素體長度)的分布以及鐵素體面積率。
以下，利用各輪轂圈2，制造圖9所示的試驗用帶凸緣軸承裝置(驅(qū)動輪支撐用)。另外，由于該軸承裝置的基本構(gòu)成與圖1中說明的相同，因此，與圖1用同樣的符號，省略說明。另外，該軸承裝置的復(fù)列滾動體5的軸方向節(jié)距為59mm，球數(shù)為12個，外圈4的原料使用S53C，內(nèi)圈3以及滾動體5的原料使用SUJ2。在圖9中，符號15是承受部件，該部件被嵌在為了阻止軸向負(fù)荷的外圈4的懸掛裝置安裝用凸緣11側(cè)的端部。
并且，利用組裝有實施例22～30以及比較例7～11的各輪轂圈2的圖9的帶凸緣軸承裝置，分別進行車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14的耐久負(fù)荷試驗。
試驗是將上述帶凸緣軸承裝置用軸向負(fù)荷Fa＝5000N、徑向負(fù)荷Fr＝6000～9000N、旋轉(zhuǎn)速度100min-1進行50小時的旋轉(zhuǎn)試驗，試驗后，將在輪轂圈2的車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14上產(chǎn)生裂紋的徑向負(fù)荷Fr判定耐久負(fù)荷。試驗結(jié)果是用相對比較例7的比表示。
然后，通過鉆孔穿孔試驗評價輪轂圈2的車輪安裝用凸緣6的加工性。
試驗條件如下。
試驗部位車輪安裝用凸緣6鉆孔工具Φ8mm SKH51穿孔方式干式穿孔深度10mm切削速度21m/min(840min-1)推力686N(70kgf)試驗結(jié)果是相對作為現(xiàn)有水平的工具壽命的比較例7，同等以上的為「○」、以下的為「×」。
將以上的各試驗結(jié)果總結(jié)在表10中。
從表10中可以明確，作為輪轂圈2原料的碳鋼的碳的含有量大于等于0.45重量％、小于等于0.65重量％，并且，車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14的的每單位面積(10mm2)的初析鐵素體的面積率為3～15％，并且，該初析鐵素體的最大長度小于等于200μm，并且，長度大于等于180μm的初析鐵素體為5個以下的實施例22～30與比較例7～11相比較，在車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14的耐久負(fù)荷以及車輪安裝用凸緣6的加工性上可以得到良好的結(jié)果。另外，向輪轂圈2的原料中添加V的實施例22、24是，車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14的耐久負(fù)荷性能大于其他的實施例23、25～30。
一方面，初析鐵素體的最大長度超過200μm的比較例10是，存在5個長度大于等于180μm的鐵素體粒子的比較例7、鐵素體的面積率超過本發(fā)明的上限的比較例8、輪轂圈2原料的碳鋼的C的含有量高、雖然初析鐵素體的最大長度在本發(fā)明的范圍內(nèi)，但如果鍛造自然冷卻加工性差、必須進行退火的比較例11都是車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14的耐久負(fù)荷非常低。并且，比較例9雖然車輪安裝用凸緣6的外側(cè)根部14的耐久負(fù)荷有所增加，但車輪安裝用凸緣6的加工性降低則成為問題。
(第二實施方式)另外，參照圖1，具有中碳鋼構(gòu)成的凸緣的內(nèi)方部件(輪轂圈2)或外方部件(外圈4)的熱鍛造后的金屬組織是初析鐵素體沿著先前奧氏體顆粒邊界、網(wǎng)孔狀析出的鐵素體·珠光體組織，中碳鋼含有0.45～0.65重量％的C。鐵素體組織與珠光體組織相比較，由于強度低，因此初析鐵素體粗大析出的金屬組織具有疲勞強度降低的可能性。本發(fā)明者們得到了以下知識。即為了提高帶凸緣軸承裝置的內(nèi)方部件(輪轂圈2)或外方部件(外圈4)的、上述鐵素體·珠光體組織構(gòu)成的部位的疲勞強度，將網(wǎng)孔狀地析出的初析鐵素體微細(xì)地分散析出是有效的。
如果將先前奧氏體粒子直徑組織細(xì)化，則具有抑制在顆粒邊界上的應(yīng)力集中，或增加鐵素體/珠光體變相時的生成核的位置，使初析鐵素體微細(xì)地析出的效果。如果初析鐵素體微細(xì)地切斷，則裂紋產(chǎn)生的最小單位縮小，因此，可以有效地抑制疲勞破壞。為了使網(wǎng)孔狀地析出的初析鐵素體微細(xì)地分散析出，熱鍛造條件具有很大的影響。
為了進行熱鍛造，進行加熱后，金屬組織成為奧氏體組織。此時，奧氏體粒子直徑是熱鍛造的加熱溫度越高、原子擴散越活潑、粒子容易長大。另外，熱鍛造時的塑性加工量越大，則由于再結(jié)晶時的生成核能量以及生成核位置數(shù)量加大，因此，奧氏體粒子直徑縮小。
根據(jù)本發(fā)明，具有凸緣的內(nèi)方部件或外方部件由于凸緣上的熱鍛造時的塑性變形量大，因此，通過使鍛造時的加熱溫度低于現(xiàn)有的溫度，可以有效地抑制奧氏體粒子長大，可以提高疲勞強度。鍛造時的加熱溫度如果高于1050℃，則奧氏體粒子直徑粗大化，疲勞強度提高的效果小。另外，如果不足900℃，則變形阻力增大，使沖壓成型機以及模具的壽命降低。因此，本發(fā)明的熱鍛造的加熱溫度為900℃～1050℃。
但是，如果使熱鍛造溫度低于現(xiàn)有的溫度，則容易產(chǎn)生鍛造裂紋。這是由于溫度降低時，金屬組織的一部分從奧氏體狀態(tài)向鐵素體·珠光體組織變相，如果在該狀態(tài)下進行鍛造，則金屬組織不均勻地塑性變形，產(chǎn)生鍛造裂紋。為了防止鍛造裂紋，對鍛造結(jié)束時的溫度進行規(guī)定，在鍛造結(jié)束時使金屬組織成為均勻的奧氏體狀態(tài)。如果鍛造結(jié)束時的溫度不足800℃，則金屬組織的塑性變形不均勻，容易產(chǎn)生鍛造裂紋。因此，本發(fā)明的鍛造結(jié)束時的溫度為800℃。
以下就本發(fā)明使用的鋼的合金成分的規(guī)定理由進行說明。
如果輪轂圈2的原料的鋼中的C不足0.45重量％，則滾動部的高頻淬火硬度低，不能形成大于賦予滾動疲勞壽命所需要的強度HRC58。并且，不能充分得到車輪安裝用凸緣6的根部的硬度，特別是對于外側(cè)根部14的旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力的疲勞強度降低。一方面，如果C超過0.65重量％，則由于初析鐵素體的面積率降低以及硬度的上升，不僅車削加工性降低，而且由于不能很大改善滾動疲勞壽命以及疲勞強度，因此，使輪轂圈2的原料的碳鋼中的C為大于等于0.45重量％小于等于0.65重量％。
Mn是為了提高鋼的淬火性的元素，如果不足0.3重量％，則高頻淬火時的硬化層變淺，因此軌道部的滾動疲勞壽命降低。但是，如果超過1.5重量％，則加工性降低。因此，本發(fā)明的Mn的量為大于等于0.3、小于等于1.5重量％?？紤]到淬火時的生產(chǎn)性和切削性以及沖孔加工性，最好為0.5～1.0重量％。
Si是為了提高淬火性，并且強化馬氏體，提高滾動疲勞壽命的元件。而且，通過固溶在非調(diào)質(zhì)處理部的鐵素體中，提高鐵素體組織的強度，使非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度提高。如果不足0.1重量％，則上述效果不足。但是，如果超過1.0重量％，則熱鍛造性降低。而且鍛造后的脫碳加大，熱鍛造后不進行切削加工，則鍛造后不變的表面使使用部位的疲勞強度降低。因此，本發(fā)明的Si的量為大于等于0.1重量％、小于等于1.0重量％。
Cr具有提高淬火性的效果，并且強化淬火后的馬氏體組織，提高滾動疲勞壽命。但不足0.01重量％時，高頻淬火時的硬化層變淺，另外，由于馬氏體組織的強度降低，因此滾動疲勞壽命降低。但是，如果超過0.5重量％，則熱鍛造性以及切削性降低。因此，在本發(fā)明的Cr的量為大于等于0.01重量％、小于等于0.5重量％。
S是在鋼中形成MnS等非金屬夾雜物，鋼中的MnS有時成為滾動疲勞引起的剝離的起點。另外，在通過將內(nèi)圈3鉚接(參照圖1的符號9)在輪轂圈2上進行固定的形式的帶凸緣軸承裝置上，非調(diào)質(zhì)處理部的MnS有時成為鉚接部9的裂紋的起點。
由于上述兩個理由，S量越少越好，如果S量超過0.025重量％，則有時有鍛造裂紋或鉚接部9的裂紋等增加的情況，因此，本發(fā)明的S量小于等于0.025重量％。并且，考慮到確保穩(wěn)定的滾動疲勞壽命以及防止鉚接部9的裂縫，S量最好是小于等于0.015重量％。
O是對經(jīng)過高頻淬火的軌道部的滾動疲勞有很大影響的元素。O在鋼中形成Al2O3等非金屬夾雜物，成為滾動疲勞引起的剝離的起點，使該軌道部分的滾動疲勞壽命降低。因此，為了提高滾動疲勞壽命，O的含有量越少越好。如果O量超過15ppm，則有使?jié)L動疲勞壽命降低的情況。因此，O的含有量最好小于等于15ppm。
并且，為了提高非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度以及進行了高頻淬火的軌道部的滾動壽命，將熱鍛造后的冷卻速度限制在規(guī)定范圍是有效的。
鍛造結(jié)束時的金屬組織是奧氏體狀態(tài)，但如果進行冷卻則產(chǎn)生變相，生成初析鐵素體和珠光體組織。該變相在大約600℃時結(jié)束，冷卻后的組織成為鐵素體·珠光體組織。此時，如果冷卻速度慢，則初析鐵素體的長大被促進，生成初析鐵素體的粗大的塊。在這種情況下，鐵素體與珠光體相比較強度低，因此，粗大的初析鐵素體的塊容易成為疲勞裂紋的起點以及傳播經(jīng)路，非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞疲勞強度降低。另外，對軌道周邊部進行高頻淬火時，如果粗大的初析鐵素體的塊存在，有可能淬火性的降低或產(chǎn)生硬度不均勻。
在此，平均冷卻速度用以下公式規(guī)定。
平均冷卻速度(℃/秒)＝(鍛造結(jié)束時的溫度(℃)-600(℃))/(從鍛造結(jié)束時到達(dá)到600℃的冷卻時間(秒))如果從鍛造結(jié)束時的溫度到達(dá)到600℃的平均冷卻速度不足0.5℃/秒時，有時產(chǎn)生上述的疲勞強度降低，高頻淬火性降低或高頻淬火后的硬度不均勻等。
一方面，如果冷卻速度過快，則初析鐵素體量減少，因此，硬度增高、切削加工性降低。另外，在一部分上產(chǎn)生不完全淬火組織的情況下，加工性明顯降低。上述平均冷卻速度超過0.5℃/秒時，加工性降低。因此，本發(fā)明的平均冷卻速度最好為大于等于0.5℃/秒、小于等于5℃/秒?？紤]到疲勞強度穩(wěn)定地提高、切削加工時的生產(chǎn)性，平均冷卻速度最好為大于等于1℃/秒、小于等于3℃/秒。
另外，如果向鋼中微細(xì)地分散碳化物或氮化物，通過這些的束縛效果，可以有效地抑制顆粒的長大，可以得到與鍛造溫度降低的同樣的效果。作為添加的合金元素，如后所述，最好是V、Ti或Nb。
在本發(fā)明中使用的V、Nb或Ti是在鋼中生成微細(xì)的碳化物或氮化物，具有在熱鍛造時、抑制對鋼材進行加熱時產(chǎn)生的奧氏體顆粒的粗大化的效果。另外，V、Nb或Ti的微細(xì)的碳化物或碳氮化物在熱鍛造后的冷卻時也具有成為初析鐵素體的析出部位的效果，促進鐵素體的微細(xì)分散析出。因此，通過添加V、Nb或Ti，可以得到鐵素體微細(xì)地分散的金屬組織，可以提高凸緣周邊部的非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度。
通過高頻淬火形成硬化層的軌道部被要求有滾動疲勞壽命。雖然被實施高頻淬火的金屬組織主要成為馬氏體組織，但由于在本發(fā)明中使用的鋼中添加有V、Nb或Ti，因此，可以將微細(xì)的碳化物或碳氮化物分散在上述馬氏體中。如果上述碳化物或碳氮化物微細(xì)分散，則由于耐磨損性和硬度提高，使?jié)L動疲勞壽命提高。
以下說明上述合金成分限定理由。
V在鋼中形成碳化物或氮化物，在熱鍛造時抑制先前奧氏體粒長大，縮小先前奧氏體粒。另外，由于V的碳化物、氮化物自身也成為初析鐵素體的析出位置，因此，初析鐵素體從微細(xì)地分散的碳化物、氮化物中析出，促進鐵素體的微細(xì)分散析出。特別是由于存在于先前奧氏體顆粒邊界的V的碳化物、氮化物自從各個碳化物粒子或氮化物粒子中析出初析鐵素體，因此，切斷在先前奧氏體顆粒邊界網(wǎng)孔狀地析出的鐵素體、防止疲勞裂痕向鐵素體組織中傳播、提高具有鐵素體·珠光體組織的非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度的效果非常大。
另外，由于V的碳化物或碳氮化物的硬度非常高，如果向經(jīng)過高頻淬火的軌道部的馬氏體組織內(nèi)進行微細(xì)分散，則具有耐磨損性提高，滾動疲勞壽命提高的效果。但是，如果V不足0.01重量％，則不能充分發(fā)揮上述的效果。相反，如果V超過0.2重量％，則熱鍛造性、切削性和研磨性降低。因此，本發(fā)明中的V量最好為大于等于0.01小于等于0.2重量％?？紤]到疲勞強度穩(wěn)定的提高以及生產(chǎn)性，最好是大于等于0.02重量％、小于等于0.10重量％。
與V相同，Nb也是在鋼中形成碳化物或氮化物，由于具有抑制先前奧氏體粒長大的效果以及成為初析鐵素體的析出位置的效果，因此具有將具有鐵素體·珠光體組織的非調(diào)質(zhì)處理部的初析鐵素體進行微細(xì)分散、提高疲勞強度的效果。特別是Nb抑制先前奧氏體粒長大的效果好。如果Nb不足0.01重量％，則不能發(fā)揮上述效果。如果Nb超過0.15重量％，則熱鍛造性、切削性和研磨性降低。因此，本發(fā)明中的Nb的量最好大于等于0.01重量％、小于等于0.15重量％。
與V相同，Ti也在鋼中形成碳化物或氮化物，由于具有抑制先前奧氏體粒長大的效果以及成為初析鐵素體的析出位置的效果，因此具有將具有鐵素體·珠光體組織的非調(diào)質(zhì)處理部的初析鐵素體進行微細(xì)分散、提高疲勞強度的效果。特別是Ti抑制先前奧氏體粒長大的效果好。如果Ti不足0.01重量％，則不能發(fā)揮上述效果。如果Ti超過0.15重量％，則熱鍛造性、切削性和研磨性降低。因此，本發(fā)明中的Ti的量最好大于等于0.01重量％、小于等于0.15重量％。
如上所述，將先前奧氏體粒子直徑的尺寸縮小地抑制對提高非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度有很大的效果。如果顆粒度不足4，則提高疲勞強度的效果小。
因此，在本發(fā)明中，最好使帶凸緣軸承裝置的應(yīng)力集中增高的帶凸緣根部的舊奧氏顆粒度大于等于4。
用于本發(fā)明的帶凸緣軸承裝置的滾動體最好使用由SUJ2等的高碳鉻軸承鋼，或?qū)ι鲜龈咛笺t軸承鋼進行氰化處理的材料等。本發(fā)明中使用的滾動體的形狀根據(jù)用途，可以使用球或滾子。
并且，在通過向輪轂圈2上鉚接(參照圖1的符號9)內(nèi)圈3進行固定式的帶凸緣軸承裝置中，內(nèi)圈3最好使用SUJ2等的高碳鉻軸承鋼。
實施例B制作如圖9所示的帶凸緣軸承裝置。
上述輪轂圈2是利用具有表11的A～H所示的合金成分的鋼，以表12和表13所示的各條件進行熱鍛造、進行強制氣冷或自然冷卻。然后利用切削加工加工成規(guī)定的形狀，從內(nèi)圈軌道面7b的周邊部到小徑階梯部8的周邊部進行高頻淬火，在表面形成硬化層，然后進行切削加工形成成品形狀。在表12中，記錄了進行了高頻淬火的軌道部表面硬度以及沒有進行高頻淬火的非調(diào)質(zhì)處理部的硬度。通過JISG0551測定顆粒度。
表11

表12

表13

外圈4使用現(xiàn)有材料S53C，用1100～1150℃進行熱鍛造。然后進行切削加工，外圈軌道面10a周邊和外圈軌道面10b的周邊進行高頻淬火。然后進行切削加工形成最后的形狀。內(nèi)圈3和滾動體5是SUJ2制，通過通常的淬火處理，從表面到芯部進行硬化。
制作完畢的帶凸緣軸承裝置的軸承形式是滾動體節(jié)徑49mm的復(fù)列球軸承，各列的球數(shù)為12個。利用該軸承裝置，將外圈4側(cè)的凸緣11安裝在固定側(cè)，將輪轂圈2側(cè)的凸緣6安裝在旋轉(zhuǎn)側(cè)，以下述的條件進行旋轉(zhuǎn)試驗。因此，在該條件下進行旋轉(zhuǎn)試驗的情況下，循環(huán)彎曲應(yīng)力被負(fù)荷在輪轂圈2的凸緣6的根部。
徑向負(fù)荷Fr5000～15000N軸向負(fù)荷Fa5000N旋轉(zhuǎn)速度400min-1以上述范圍內(nèi)的規(guī)定徑向負(fù)荷進行45h的旋轉(zhuǎn)試驗，確認(rèn)是否有軸承振動的增加或是否有凸緣周邊部的疲勞裂紋。沒有振動的增加或凸緣周邊部的疲勞裂紋的情況下，分段地增加徑向負(fù)荷進行40h的旋轉(zhuǎn)試驗，將軸承振動的增加或凸緣周邊部疲勞裂紋的產(chǎn)生時的徑向負(fù)荷作為耐久負(fù)荷。將旋轉(zhuǎn)試驗結(jié)果一并記錄在表6中。另外，在表12中記載的耐久負(fù)荷是以比較例1-9的旋轉(zhuǎn)試驗結(jié)果作為1.0，用比來表示。
表12所示的實施例1-1～1-8是，由于合金成分以及熱鍛造條件在本發(fā)明的規(guī)定范圍內(nèi)，因此可以得到良好的金屬組織，非調(diào)質(zhì)處理部的旋轉(zhuǎn)疲勞強度以及進行了高頻淬火的軌道部的滾動疲勞壽命非常高，成為良好的旋轉(zhuǎn)試驗結(jié)果。
一方面，比較例1-9以及1-10是由于熱鍛造時的材料加熱溫度(加熱保持溫度)高于本發(fā)明規(guī)定的范圍，因此，成為非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度差、旋轉(zhuǎn)試驗的耐久負(fù)荷低的結(jié)果。另外，比較例1-11是由于熱鍛造時的材料加熱溫度低于本發(fā)明規(guī)定的范圍，因此，由于變形阻力大、對沖壓成型機以及模具的負(fù)荷大，因此終止加工。比較例1-12是由于熱鍛造后的平均冷卻速度低于本發(fā)明規(guī)定的范圍，因此由于生成粗大的初析鐵素體，成為旋轉(zhuǎn)試驗的耐久負(fù)荷低的結(jié)果。比較例1-13是由于熱鍛造后的平均冷卻速度高于本發(fā)明規(guī)定的范圍，因此，非調(diào)質(zhì)處理部的硬度增大，切削性明顯降低，因此終止加工。
圖10是表示鍛造時的材料加熱溫度(加熱保持溫度)和旋轉(zhuǎn)試驗的耐久負(fù)荷的關(guān)系。另外，在圖10中，平均冷卻速度為相同程度的進行比較。
圖11是表示鍛造結(jié)束時到600℃的平均冷卻速度和旋轉(zhuǎn)試驗的耐久負(fù)荷的關(guān)系。另外，在圖11中，將材料加熱溫度定為1000℃進行比較。
根據(jù)上述內(nèi)容，通過使熱鍛造條件最佳化，可以得到凸緣周邊的非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度以及進行了高頻淬火的軌道部的滾動疲勞強度非常好的帶凸緣軸承裝置。
以下，變化鋼種，同樣地制作輪轂圈2，組裝帶凸緣軸承裝置，用以下的條件進行旋轉(zhuǎn)試驗。
徑向負(fù)荷Fr5000～15000N軸向負(fù)荷Fa7000N旋轉(zhuǎn)速度400min-1將旋轉(zhuǎn)試驗結(jié)果一并記錄在表13中。另外，在表13中記載的耐久負(fù)荷是以比較例2-8的旋轉(zhuǎn)試驗結(jié)果作為1.0，用比來表示。
表13所示的實施例2-1～2-7由于合金成分以及熱鍛造條件在本發(fā)明的規(guī)定范圍內(nèi)，因此可以得到良好的金屬組織，非調(diào)質(zhì)處理部的旋轉(zhuǎn)疲勞強度以及進行了高頻淬火的軌道部的滾動疲勞壽命非常高，成為良好的旋轉(zhuǎn)試驗結(jié)果。特別是實施例2-4～2-7由于添加了V、Nb或Ti，因此，非調(diào)質(zhì)處理部的組織進行組織細(xì)化、該非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度更高，另外，由于碳化物和氮化物的析出，被進行了高頻淬火的軌道部的滾動疲勞壽命也是良好的。
一方面，比較例2-8由于雖然合金成分在本發(fā)明規(guī)定的范圍，但熱鍛造時的材料加熱溫度高于本發(fā)明規(guī)定的范圍，因此，成為非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度差、旋轉(zhuǎn)試驗的耐久負(fù)荷的結(jié)果低。另外，比較例2-9由于雖然合金元素中含有S，但高于本發(fā)明規(guī)定的范圍，因此，容易產(chǎn)生鍛造裂紋，有時鍛造后產(chǎn)生裂紋，因此終止加工。
根據(jù)上述內(nèi)容，通過使用本發(fā)明規(guī)定的合金成分的鋼，用本發(fā)明規(guī)定的熱鍛造條件進行鍛造，可以得到凸緣周邊的非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度以及進行了高頻淬火的軌道部的滾動疲勞強度非常高的帶凸緣軸承裝置。通過進一步添加V、Nb或Ti，增加了更加提高上述疲勞強度的效果。
(第三實施方式)具有凸緣的內(nèi)方部件或外方部件通過熱鍛造成形后，通過切削加工、沖孔加工等形成規(guī)定的形狀。然后向規(guī)定的部位進行高頻淬火、形成硬化層。軌道部等通過切削加工進行精加工。
具有中碳鋼構(gòu)成的凸緣的內(nèi)方部件或外方部件的熱鍛造后的金屬組織是初析鐵素體沿著先前奧氏體顆粒邊界、成為網(wǎng)孔狀析出的鐵素體·珠光體組織。在上述金屬組織中，為了提高切削性和沖孔加工性，增加初析鐵素體的面積率、并且使初析鐵素體微細(xì)地分散析出是有效的。
本發(fā)明通過將鋼中的C量減少到低于現(xiàn)有的量，來增加初析鐵素體的面積率。另外，如果添加V，則可以通過V的碳化物或氮化物的束縛效果，對奧氏體顆粒進行組織細(xì)化，因此，沿著先前奧氏體顆粒析出的初析鐵素體的析出單位成為微細(xì)的。并且，由于V的碳化物或氮化物自身成為初析鐵素體的析出核心，因此，切斷沿著先前奧氏體顆粒邊界析出的初析鐵素體，具有使初析鐵素體進一步微細(xì)分散的效果。
根據(jù)以上的效果，通過初析鐵素體面積率的增加以及初析鐵素體的微細(xì)分散，可以得到良好的切削性以及沖孔加工性。最好使初析鐵素體的面積率為大于等于5％、小于等于15％。另外，通過控制C量、熱鍛造時的溫度或熱鍛造后的冷卻速度，初析鐵素體的面積率可以控制在所需要的面積率。
并且，雖然沒有進行高頻淬火的非調(diào)質(zhì)處理部直接使用熱鍛造后的金屬組織，但通過添加上述V、產(chǎn)生的使鐵素體微細(xì)分散效果有助于提高非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度。其理由如下。
如果使先前奧氏體粒子直徑組織細(xì)化，則具有控制在顆粒邊界上的應(yīng)力集中的效果。另外，與珠光體相比較，鐵素體的強度小，因此成為疲勞裂紋的起點或傳播途徑的可能性高。因此，通過初析鐵素體的微細(xì)切斷，疲勞裂紋的最小單位縮小。通過上述可以有效地抑制疲勞破壞。
另外，作為另一個效果，V也有助于鐵素體的析出硬化，并且，本發(fā)明中添加的Si有助于鐵素體的固溶強化。因此，在鐵素體·珠光體組織中，由于強化作為強度小的部位的初析鐵素體相，因此最弱部的強度提高，疲勞強度提高。
根據(jù)以上的效果，通過先前奧氏體顆粒的組織細(xì)化、初析鐵素體的微細(xì)分散以及鐵素體的強化，可以提高非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度。
具有通過高頻淬火形成的硬化層的軌道部的金屬組織主要成為馬氏體組織，被要求滾動疲勞壽命。一般來說如果降低C量，則碳化物減少，材料中的馬氏體強度降低，因此，滾動疲勞壽命降低。但是，由于在本發(fā)明使用的鋼中添加V，因此微細(xì)的V的碳化物或氮化物分散在馬氏體中。上述V的碳化物或氮化物具有非常高的硬度，如果進行微細(xì)分散，則耐磨損性以及硬度提高，滾動疲勞壽命提高。
另外，由于Si固溶在馬氏體中，強化馬氏體的基體，因此具有提高滾動疲勞壽命的效果。對降低了C量的鋼進行淬火后，即使進行回火，由于硬度的降低小，也可以保持良好的硬度，保持良好的滾動疲勞壽命。
根據(jù)以上的效果，即使C量降低，通過添加規(guī)定量的V或Si，也可以保持良好的滾動疲勞壽命。
以下敘述關(guān)于本發(fā)明中使用的鋼的合金成分及硬度限定理由。
C是對熱鍛造后的硬度和淬火、回火后的有很大影響的元素，不到0.45重量％時，淬火時的硬度不夠，軌道部的滾動疲勞壽命降低。并且，由于熱鍛造后的硬度不夠，非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度也降低。相反，如果C超過0.5重量％，則熱鍛造后的硬度過硬，切削性以及沖孔性降低，提高加工精度需要加工時間。因此，在Si為0.3～1.5重量％、V為0.03～0.3重量％的情況下，本發(fā)明的C量在大于等于0.45重量％、小于等于0.5重量％。
如上所述，由于Si是強化馬氏體、進而提高淬火阻止性，因此是提高滾動疲勞壽命的元素。并且，通過使Si固溶在非調(diào)質(zhì)處理部的鐵素體中、通過提高鐵素體組織的強度，也可以提高該非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度。在C為0.45～0.50重量％的情況下，如果Si不足0.3重量％，上述效果不夠。相反，如果Si超過1.5重量％，則熱鍛造性降低。因此本發(fā)明的Si量大于等于0.3重量％、小于等于1.5重量％?？紤]到滾動疲勞壽命以及非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度的穩(wěn)定的提高以及熱鍛造時的生產(chǎn)性，Si量最好大于等于0.65重量％、小于等于1.0重量％。
如上所述，V是提高非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度以及高頻淬火部的滾動疲勞強度的重要元素。由于V抑制奧氏體粒的長大，并且有助于初析鐵素體的微細(xì)分散，因此提高非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度。另外，V的碳化物或氮化物具有非常高的硬度，因此，如果向經(jīng)過高頻淬火部的軌道部的馬氏體組織內(nèi)微細(xì)地分散，則具有耐磨損性提高、滾動疲勞壽命提高的效果。如果V不足0.03重量％，不能發(fā)揮上述效果。如果V超過0.3重量％，則熱鍛造性、切削性、研磨性降低。因此，V量最好大于等于0.03重量％、小于等于0.3重量％?？紤]到上述效果和成本，V量最好大于等于0.03重量％、小于等于0.1重量％，更好的是大于等于0.05重量％、小于等于0.1重量％。
Mn是提高鋼的淬火性的元素，但是，如果超過1.5重量％，則切削性和沖孔加工性降低。在此，本發(fā)明的Mn的量小于等于1.5重量％。考慮到淬火時的生產(chǎn)性和切削性以及沖孔加工性，Mn的量最好是大于等于0.5重量％、小于等于1.0重量％。
Cr是為了提高鋼的淬火性，進而強化淬火后的馬氏體組織、提高滾動疲勞壽命的元素，但是，如果超過1.0重量％，則熱鍛造性和切削性降低。在此，本發(fā)明的Cr量限制在小于等于1.0重量％。考慮到提高淬火時的生產(chǎn)效率和滾動疲勞壽命，以及加工性，Cr量最好是大于等于0.1重量％、小于等于0.5重量％。
S是在鋼中形成MnS等非金屬夾雜物。存在于進行了高頻淬火軌道部上的MnS成為滾動疲勞引起的剝離起點、使?jié)L動疲勞壽命降低。另外，在通過將內(nèi)圈3鉚接(參照圖1的符號9)在輪轂圈2進行固定型式的帶凸緣軸承裝置中，非調(diào)質(zhì)處理部MnS有可能成為鉚接部9的裂縫的起點。
出于以上兩個理由，最好是不向上述合金鋼中添加S，如果S量超過0.035重量％，則滾動疲勞壽命降低，或有可能增加鉚接部9的裂紋，因此，本發(fā)明的S量小于等于0.035重量％?？紤]到確保滾動疲勞壽命以及防止鉚接部的裂紋，最好將S量抑制在小于等于0.020重量％。
O是對經(jīng)過高頻淬火的軌道部的滾動疲勞具有很大影響的元素。O在鋼中形成Al2O3等非金屬夾雜物，成為滾動疲勞引起的剝離的起點、降低滾動疲勞壽命。因此，為了提高滾動疲勞壽命，O量越少越好。O量如果超過15ppm，則會有使?jié)L動疲勞壽命降低的情況，因此，本發(fā)明的O量小于等于15ppm。
C+0.2Si+0.5V的值是表示，降低C的情況下、Si以及V有助于滾動疲勞壽命。如果降低C則滾動疲勞壽命降低，但通過添加Si以及V，可以抑制滾動疲勞壽命的降低。但是，如果C+0.2Si+0.5V的值不足0.55，則滾動疲勞壽命降低。相反，如果超過0.75，則切削性和加工性降低。因此，本發(fā)明中的C+0.2Si+0.5V的值大于等于0.55、小于等于0.75?？紤]到滾動疲勞壽命的穩(wěn)定的提高以及生產(chǎn)效率，C+0.2Si+0.5V的值最好大于等于0.60、小于等于0.70。
另外，內(nèi)方部件或外方部件的軌道部由于受到來自滾動體的高面壓，因此，為了提高滾動疲勞壽命，需要可以承受高面壓的高硬度。因此，通過高頻淬火形成硬化層的軌道部表面硬度最好在Hv630～Hv750。如果軌道部表面硬度不足Hv630，則由于硬度不夠滾動疲勞壽命降低。相反，本發(fā)明規(guī)定的合金成分如果超過Hv750，則由于韌性降低，耐撞擊性降低。因此，本發(fā)明的通過高頻淬火形成硬化層的軌道部表面硬度大于等于Hv630、小于等于Hv750。為了提高滾動疲勞壽命，最好大于等于Hv700。
凸緣周邊部的非調(diào)質(zhì)處理部需要彎曲疲勞強度。用于本發(fā)明的帶凸緣軸承裝置的部件由于金屬組織中的鐵素體微細(xì)地分散析出，則疲勞強度提高。但是，如果不足Hv220，則非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度降低。相反，如果超過Hv300，則切削性以及沖孔加工性降低。因此，本發(fā)明的沒有通過高頻淬火進行硬化處理的非調(diào)質(zhì)處理部的硬度大于等于Hv220、小于等于Hv300?？紤]到非調(diào)質(zhì)處理部的穩(wěn)定的疲勞強度的提高以及切削加工時和沖孔時的生產(chǎn)效率，最好為大于等于Hv240、小于等于Hv280。
本發(fā)明使用的滾動體最好使用由SUJ2等的高碳鉻軸承鋼，或?qū)ι鲜龈咛笺t軸承鋼進行氰化處理的材料等。本發(fā)明中使用的滾動體的形狀根據(jù)用途，可以使用球或滾子。
并且，在通過向輪轂圈2上鉚接(參照圖1的符號9)內(nèi)圈3進行固定式的帶凸緣軸承裝置中，內(nèi)圈3最好使用SUJ2等的高碳鉻軸承鋼。
實施例C制作如圖9所示的帶凸緣軸承裝置。
上述輪轂圈2是利用具有表14的所示合金成分的鋼，以1000～1150℃進行熱鍛造后、進行切削加工以及沖孔加工形成規(guī)定的形狀。然后，通過從內(nèi)圈軌道面7b的周邊部到小徑階梯部8的周邊部進行高頻淬火，在表面形成硬化層，通過研磨進行精加工。在表14中，一并記錄了進行了高頻淬火的軌道部表面硬度以及沒有進行高頻淬火的非調(diào)質(zhì)處理部的硬度。
表14

外圈4使用S53C制作，對外圈軌道面10a周邊和外圈軌道面10b的周邊進行高頻淬火。具有表面硬化層。內(nèi)圈3和滾動體5是SUJ2制，通過通常的淬火處理，從表面到芯部進行硬化。
制作完畢的帶凸緣軸承裝置的軸承形式是滾動體節(jié)徑49mm的復(fù)列球軸承，各列的球數(shù)為12個。利用該帶凸緣軸承裝置作為試驗軸承裝置，在以下條件下進行旋轉(zhuǎn)試驗。
徑向負(fù)荷Fr9800N軸向負(fù)荷Fa4900N旋轉(zhuǎn)速度300min-1將在軌道部上產(chǎn)生剝離的時間或確認(rèn)到凸緣周邊部的裂紋的時間判定為壽命。將從旋轉(zhuǎn)試驗得到的試驗壽命結(jié)果一并記錄在表14中。另外，在表14中記載的試驗壽命是將比較例3-1中所示的現(xiàn)有的試驗壽命為1.0，用比來表示。圖12是C+0.2Si+0.5V與試驗壽命的關(guān)系。
使用制成的帶凸緣軸承裝置的輪轂圈2，進行鉆孔沖孔試驗。在以下條件下，向凸緣6上進行Φ8mm、深度13mm的沖孔加工。
鉆孔材料SKH51切削速度18mm/min輸送速度0.15mm/rev試驗后測定鉆頭刀尖的后面磨損量。將結(jié)果一并記錄在表14中。另外，表14的磨損量是將比較例3-1中所示的現(xiàn)有的試驗壽命為1.0，用比來表示。
另外，表14中一并記錄的鐵素體的面積率(％)是通過以下方法進行測定，即，將具有輪轂圈2的凸緣6的外側(cè)根部14的非調(diào)質(zhì)處理部的剖面通過鏡面研磨以及腐蝕露出金屬微觀組織，對金屬顯微鏡的觀察圖象0.1～0.3mm2進行圖象解析。
同樣，表14中一并記錄的非調(diào)質(zhì)處理部硬度Hv是利用維氏硬度測定機測定具有輪轂圈2的凸緣6的外側(cè)根部14的非調(diào)質(zhì)處理部的剖面得出，表14中一并記錄的軌道部硬度Hv是將具有輪轂圈2的軌道部的剖面切出，用維氏硬度測定機測定從軌道槽表面起深度為0.2mm的部位得出。
表14所示的實施例3-1～3-10是，由于合金成分在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)，因此，旋轉(zhuǎn)試驗結(jié)果與現(xiàn)有產(chǎn)品相比是同等或以上，并且，鉆孔沖孔試驗的加工性提高。特別是實施例3-2、3-3、3-8、3-9以及3-10的旋轉(zhuǎn)試驗結(jié)果好于現(xiàn)有產(chǎn)品，并且，加工性明顯提高。
一方面，比較例3-2以及3-3是含在鋼內(nèi)的C或Si的量少于本發(fā)明規(guī)定的范圍，由于C+0.2Si+0.5V也少于本發(fā)明規(guī)定的范圍，因此旋轉(zhuǎn)結(jié)果非常差。
比較例3-4由于V的添加量少，因此，旋轉(zhuǎn)試驗結(jié)果比現(xiàn)有的稍差，并且，由于鐵素體的析出量少，因此加工性差。
比較例3-5以及3-6由于含在鋼中的Si或V的添加量多于本發(fā)明規(guī)定的范圍，因此，旋轉(zhuǎn)試驗的結(jié)果良好，但是加工性明顯降低。
根據(jù)以上內(nèi)容，通過使合金成分在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)，通過將鐵素體的面積率、非調(diào)質(zhì)處理部的硬度、非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度、經(jīng)過高頻淬火的軌道部的硬度規(guī)定在規(guī)定范圍內(nèi)，可以得到良好地保持非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度、經(jīng)過高頻淬火軌道部的滾動壽命并且加工性高的帶凸緣軸承裝置。
另外，本發(fā)明不局限于上述各實施方式，在不超出本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)可以進行適當(dāng)?shù)淖兏?br> 例如，在上述各實施方式中，采用了以內(nèi)方部件作為輪轂圈2的情況為例，也可以將外方部件作為輪轂圈，將本發(fā)明適用于該輪轂圈的凸緣。
另外，在上述各實施方式中，采用了只將本發(fā)明適用于輪轂圈2的情況為例，但不局限于此，輪轂圈2以外，也可以將本發(fā)明適用于內(nèi)圈3或外圈4。
通過上述說明可以明確，根據(jù)本發(fā)明，通過至少將凸緣的微觀組織進行組織細(xì)化，可以不改變凸緣的形狀·尺寸、并且，沒有由于高頻淬火部的增加導(dǎo)致的成本增加，就可以高度強化旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞的最弱部的凸緣。其結(jié)果，凸緣可以成為薄壁化，可以實現(xiàn)帶凸緣軸承裝置的輕量化。
另外，通過使鋼的成分和熱鍛造條件最佳化，可以得到凸緣周邊部的非調(diào)質(zhì)處理部的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞強度以及經(jīng)過高頻淬火的軌道部的滾動疲勞壽命非常好的帶凸緣軸承裝置，該帶凸緣軸承裝置的輕量化可以實現(xiàn)。
并且，將合金成分規(guī)定在規(guī)定范圍，將鐵素體的面積率、非調(diào)質(zhì)處理部的硬度以及經(jīng)過高頻淬火的軌道部的硬度規(guī)定在規(guī)定范圍內(nèi)，可以得到良好地保持非調(diào)質(zhì)處理部的疲勞強度、經(jīng)過高頻淬火軌道部的滾動壽命并且加工性高的帶凸緣軸承裝置。
在本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元的其他方式中，將輪轂圈2和外圈4都形成以下的鋼制，即分別含有0.45～0.60重量％的C、0.3～1.5重量％的Mn、0.1～1.0重量％的Si、0.01～0.5重量％的Cr，0.01～0.2重量％的V、0.01～0.15重量％的Nb、0.01～0.15重量％的Ti，將S的含有量抑制在小于等于0.035重量％，O的含有量小于等于15ppm。并且，在上述斜格子所示的部分以外，在上述外圈4的內(nèi)周面上，在形成上述第一、第二各外圈軌道10a、10b的部分上也通過高頻淬火形成硬化層。另外，至少在上述第一內(nèi)圈軌道7a部分以及上述第一、第二各外圈軌道10a、10b的部分上形成的硬化層，使從該硬化層的表面起、深度為0.1mm位置的部分的硬度大于等于Hv670。并且，該硬化層的金屬組織的先前奧氏體顆粒度為JIS G 0551的粒度號碼上大于等于8。
另外，上述內(nèi)圈3是SUJ2制造，使整體(到芯部)進行淬火硬化。行駛時由于施加在上述旋轉(zhuǎn)側(cè)凸緣6的轉(zhuǎn)矩負(fù)荷產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力不施加在該內(nèi)圈3的外周面的第二內(nèi)圈軌道7b上。換句話說，施加在上述第二內(nèi)圈軌道7b上的應(yīng)力只成為切斷應(yīng)力，該切斷應(yīng)力起因于來自上述各滾動體5的壓縮應(yīng)力。因此，上述第二內(nèi)圈軌道7b不需要滿足尤其是上述的硬度或粒子直徑的規(guī)格。但是，如果考慮到上述第二內(nèi)圈軌道7b的滾動疲勞壽命，使硬度大于等于Hv670是一般常識。
就為了確認(rèn)本發(fā)明的效果進行的實驗進行說明。在該實驗中，制造如上述的圖1所示的車輪支撐用滾動軸承單元。該車輪支撐用滾動軸承單元的節(jié)圓直徑為49mm，滾動體的數(shù)量為每列各12個、共計24個。并且，通過改變該車輪支撐用滾動軸承單元中的輪轂圈2的規(guī)格，觀察該變更對第一內(nèi)圈軌道7a的耐久性(滾動疲勞壽命)的影響。
首先，利用下表15中A～D所示的4種鋼材制造上述輪轂圈2。
表15

對該表15所示的4種鋼材制的原料進行熱鍛造，制造成具有大致的形狀的中間原料后，對該中間原料進行切削加工、形成具有規(guī)定形狀的上述輪轂圈2。并且，在上述輪轂圈2的外周面上，對從第一內(nèi)圈軌道7a到階梯部8的部分(圖1的斜格子部分)進行高頻淬火，在該部分的表面形成硬化層。另外，對該硬化層的表面進行研磨加工，使其表面成為平滑面。并且，通過變化上述鋼材的種類、熱鍛造時的溫度以及高頻淬火的條件(保持溫度以及保持時間)，準(zhǔn)備了以下表16所示的屬于本發(fā)明范圍的8種試樣(實施例1～8)和本發(fā)明范圍以外的4種試樣(比較例1～4)，共計12種試樣。
表16

在該表16中的軌道部分表面硬度是從形成在該軌道部分上的硬化層的表面起深度為0.1mm位置部分的硬度。另外，先前奧氏體粒度是指將上述硬化層的金屬組織的先前奧氏體的顆粒度用JIS G 0551的粒度號碼表示。并且，滾動疲勞壽命是以比較例4的滾動疲勞壽命為1，用與此的比進行表示。另外，外圈4通過表15中的鋼材A制造，經(jīng)過與輪轂圈2同樣的工序制造，在第一、第二外圈軌道10a、10b及其周邊部分上形成高頻淬火形成的硬化層。就該外圈4上的硬化層，調(diào)整熱鍛造時的加熱溫度、高頻淬火時的保持溫度以及保持時間，使硬化層的先前奧氏體的顆粒度為10。并且，內(nèi)圈3以及滾動體5是SUJ2制，通過通常的淬火處理(即全部淬火)，進行從表面到芯部的硬化。
對這樣得到的12種試樣(車輪支撐用滾動軸承單元)分別按照以下的條件進行耐久試驗。此時，將設(shè)置在外圈4的外周面的固定側(cè)凸緣11固定，對設(shè)置在輪轂圈2的外周面的旋轉(zhuǎn)側(cè)凸緣6一面施加以下負(fù)荷、一面進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
徑向負(fù)荷Fr7000N軸向負(fù)荷Fa5000N旋轉(zhuǎn)速度300min-1在試驗中測定上述各試樣部分產(chǎn)生的振動，將該測定值達(dá)到初期振動值的三倍的時間判定為該試樣的壽命。
從記載在這樣的條件下進行旋轉(zhuǎn)試驗的結(jié)果的上述表16和圖13的記載中可以明確，實施例1～8是經(jīng)過高頻淬火的軌道部部分的滾動疲勞壽命很好。
相反，比較例1～4中的比較例1～3由于先前奧氏體的顆粒度大(先前奧氏體的粒度值小)，因此滾動疲勞壽命短。其原因在于上述旋轉(zhuǎn)側(cè)的凸緣6向上述輪轂圈2施加的彎曲應(yīng)力，由于向材料內(nèi)部作用的拉伸應(yīng)力，上述第一內(nèi)圈軌道7a的滾動壽命短。
一方面，比較例4雖然是先前奧氏體的顆粒度小，但原料中的C的含有量少，經(jīng)過上述高頻淬火后的上述第一內(nèi)圈軌道7a的表面硬化層的硬度低。因此，通過基于來自滾動體的壓縮應(yīng)力、向材料內(nèi)部作用的切斷應(yīng)力，上述第一內(nèi)圈軌道7a的滾動壽命縮短。
本發(fā)明由于如上所述地構(gòu)成、發(fā)揮作用，因此，可以一面確保設(shè)置凸緣部件的軌道部分的滾動疲勞壽命，一面可以使該部件薄壁化，可以實現(xiàn)車輪支撐用滾動軸承單元的輕量化。
本發(fā)明的其他的方式是，不對該根部進行淬火而提高形成在輪轂圈外周面的凸緣的外側(cè)面的根部部分的疲勞強度方面。關(guān)于圖面所示的結(jié)構(gòu)，由于與例如上述的圖1～2所示的現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)相同，因此省略重復(fù)說明。
另外，圖1所示的車輪支撐用滾動軸承單元的情況下，如上所述，形成在輪轂圈2的外周面的凸緣6的內(nèi)側(cè)面?zhèn)鹊母康钠趶姸韧ㄟ^淬火被確保。
相反，圖2所示的車輪支撐用滾動軸承單元1的情況下，形成在輪轂圈2的外周面的凸緣6的內(nèi)側(cè)面?zhèn)鹊母康钠趶姸扰c外側(cè)面?zhèn)鹊母肯嗤ㄟ^規(guī)定的初析鐵素體或另外的淬火確保。由于從上述凸緣6的內(nèi)側(cè)面?zhèn)鹊母康缴鲜鲚嗇炄?的內(nèi)周面的距離長于從上述凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母康絻?nèi)周面的距離，因此隨著淬火效果的韌性降低不容易成為問題。
就為了確認(rèn)本發(fā)明的效果而進行的實驗進行說明。
首先，在第一實驗中，將氧含量小于等于12ppm的棒狀的原料通過高頻感應(yīng)加熱加熱到950℃～1200℃，改變奧氏體奧氏體粒度，通過熱鍛造得到驅(qū)動用輪轂圈，該棒狀原料是將含有以下表17中所示的元素的、其余的由Fe和不可避免不純物的A～C三種原料切斷得到。
表17

然后，冷卻后，利用拋丸機去除表面的氧化膜。另外，在該冷卻過程中，通過采用強制氣冷或自然冷卻，調(diào)整冷卻后的初析鐵素體的面積率。并且，上述氧化膜去除后，進行車削加工、開孔作業(yè)、高頻淬火作業(yè)以及研磨作業(yè)，車削加工對表面的尺寸以及形狀進行修整；開孔作業(yè)是為了將螺柱固定在支撐車輪的凸緣而開孔；高頻淬火作業(yè)是為了提高外嵌軌道面、凸緣的內(nèi)側(cè)面?zhèn)鹊母亢蛢?nèi)圈的階梯部硬度；研磨作業(yè)是觀察軌道面以及微觀組織所必須的、使上述外側(cè)面?zhèn)鹊母科交２⑶?，上述凸緣的外?cè)面?zhèn)鹊母康南惹皧W氏體顆粒度(γ粒度)以及初析鐵素體的面積率制成后述表18所示的相互不同的屬于本發(fā)明的12種試樣(實施例1～12)以及本發(fā)明以外的8種試樣(比較例1～8)共計20種試樣。另外，這些試樣是驅(qū)動輪用的復(fù)列球軸承型、滾動體周方向節(jié)矩為59mm，球數(shù)為12個的車輪支撐用滾動軸承單元。另外，外圈、內(nèi)圈各軌道的表面硬度通過高頻淬火成為大于等于HRC58。這樣，抑制氧含量的同時，確保上述各軌道的滾動疲勞壽命。
對微觀組織即上述先前奧氏體顆粒度以及初析鐵素體的面積率，在對上述外側(cè)面?zhèn)鹊母窟M行研磨后，用作為腐蝕液(苦味酸酒精溶液)的苦味醇液對表面進行腐蝕、觀察。另外，先前奧氏體顆粒度是利用JIS G 0551中規(guī)定的方法、將被沿著粒子邊界網(wǎng)孔狀析出的初析鐵素體包圍的區(qū)域求出。并且，初析鐵素體的面積率是對凸緣的外側(cè)面?zhèn)鹊母康?0mm2的范圍進行圖象解析，求出其平均值。
將這樣的各試樣(車輪支撐用滾動軸承單元)安裝在圖9所示的試驗裝置上。即，在將外圈4保持固定在夾具12上的狀態(tài)下，一面旋轉(zhuǎn)輪轂圈2，該輪轂圈2旋轉(zhuǎn)自如地支撐在該外圈4的內(nèi)徑側(cè)，一面在以下的試驗條件下、使該輪轂圈2負(fù)荷徑向負(fù)荷Fr以及軸向負(fù)荷Fa。并且，觀察形成在該輪轂圈2b的外周面的凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母渴欠裼衅茡p。
試驗條件輪轂圈2b的旋轉(zhuǎn)速度300min-1徑向負(fù)荷Fr4000N軸向負(fù)荷Fa3500N試驗時間100小時(hr)在這樣的條件下進行的試驗的結(jié)果在下表18以及圖14中表示。
表18

在上述表18以及圖14中所示的、表示試驗結(jié)果的符號中，「×」是表示從上述凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母块_始破損，「△」是表示從該根部以外的部分開始破損，「○」是表示沒有任何破損。另外，上述圖14是橫軸表示初析鐵素體的面積率，縱軸表示先前奧氏體顆粒度。如在表18以及圖14中將其結(jié)果表示的實驗結(jié)果中可以明確，上述凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母康南惹皧W氏體顆粒度在4以上，并且，初析鐵素體的面積率在3～15％的范圍內(nèi)的實施例1～12中，可以控制微觀組織，防止在上述凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母慨a(chǎn)生裂紋。并且，先前奧氏體顆粒度在5以上、初析鐵素體的面積率在3～9％的情況下，可以防止輪轂圈2整體產(chǎn)生裂紋。這樣，從上述表18以及圖14可以看出，以下的車輪支撐用滾動軸承單元具有很好的耐久性，即，使在含有0.50～0.65重量％的C的碳鋼制的旋轉(zhuǎn)輪的外周面形成的凸緣6的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母康奈⒂^組織成為奧氏體顆粒度在4以上，并且，初析鐵素體的面積率在3～15％。
相反，比較例1是奧氏體顆粒度小(顆粒直徑大)、不僅不能防止凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母康牧鸭y，而且加工性也非常差。另外，比較例2(現(xiàn)有產(chǎn)品)、比較例3、比較例4都是奧氏體顆粒度小(顆粒直徑大)、上述根部的疲勞強度惡化。另外，比較例5～7由于初析鐵素體的面積率都超過15％，因此上述根部不能得到充分的疲勞強度。并且，比較例8由于原料的碳含有量高，為了改善切削性，進行退火處理，降低了硬度，因此，不能確保上述根部的疲勞強度。
以下在第二實驗中，用以下方法形成中間原料，即將包含下表19所示的元素、其余的作為Fe和不可避免不純物a～e的5種原料切斷后得到的棒狀原料通過高頻加熱加熱到1200℃，通過3個步驟的熱鍛造具有規(guī)定的形狀。
表19

然后，對上述中間原料進行冷卻后，用后述的表20所示的條件進行熱處理(正火處理)。即，將各中間原料分別加熱到表20所示的溫度，保持30分鐘后，以不到臨界冷卻速度的速度進行冷卻后，利用拋丸機去除表面的氧化膜。并且，上述氧化膜去除后，依次進行車削加工、開孔作業(yè)、高頻淬火作業(yè)以及研磨作業(yè)，車削加工對表面的尺寸以及形狀進行修整；開孔作業(yè)是為了將螺柱固定在支撐車輪的凸緣而開孔；高頻淬火作業(yè)是為了提高外嵌軌道面、凸緣的內(nèi)側(cè)面?zhèn)鹊母亢蛢?nèi)圈的階梯部硬度；研磨作業(yè)是使軌道面以及上述外側(cè)面?zhèn)鹊母科交２⑶?，上述凸緣的外?cè)面?zhèn)鹊母康南惹皧W氏體顆粒度(γ粒度)以及初析鐵素體的面積率制成后述表20所示的相互不同的屬于本發(fā)明的10種試樣(實施例13～22)以及本發(fā)明以外的4種試樣(比較例9～12)共計14種試樣。另外，這些試樣是驅(qū)動輪用的復(fù)列球軸承型、滾動體的軸方向節(jié)矩為59mm，球數(shù)為12個的車輪支撐用滾動軸承單元。
對微觀組織即上述奧氏體顆粒度以及初析鐵素體的面積率，在對上述外側(cè)面?zhèn)鹊母窟M行研磨后，用作為腐蝕液(苦味酸酒精溶液)的苦味醇液對表面進行腐蝕、觀察。另外，奧氏體顆粒度是利用JIS G0551中規(guī)定的方法、將被沿著粒子邊界網(wǎng)孔狀析出的初析鐵素體包圍的區(qū)域求出。并且，初析鐵素體的面積率是對凸緣的外側(cè)面?zhèn)鹊母康?0mm2的范圍進行圖象解析，求出其平均值。另外，對上述各試樣(車輪支撐用滾動軸承單元)如下所述，分別進行工具壽命試驗、撞擊試驗、疲勞強度試驗。
首先，在工具壽命試驗中，就向上述的各種試樣的凸緣部分開設(shè)螺柱使用的工具的壽命進行調(diào)查。在該試驗中，計算直到在工具的刀尖上產(chǎn)生磨損或卷刃可以加工孔的數(shù)量。
試驗條件工具相當(dāng)于SKH56(高速工具鋼鋼材)。直徑6.0mm，TiN涂層麻花鉆切削速度20m/min輸送速度0.1mm/rev
潤滑油非水溶性切削油將這樣的條件下進行的試驗結(jié)果在表20中表示。
另外，試驗結(jié)果是將實施例22的開孔數(shù)為1的情況下的比表示。
表20

以下，在撞擊試驗中，使用從上述各試樣的輪轂圈的凸緣部分采集的擺錘式?jīng)_擊試驗片(JIS Z 2202 4號)，JTト一シ株式會社生產(chǎn)、通過擺錘式?jīng)_擊試驗機CAI-300M，求出各試驗片的撞擊值。將該試驗結(jié)果在上述表20中表示。另外，該試驗結(jié)果將實施例22的值作為1的情況下的比表示。
并且，在疲勞強度試驗中，將上述各試樣安裝在圖9所示的試驗裝置上。即，將外圈4保持固定在夾具12的狀態(tài)下，一面旋轉(zhuǎn)輪轂圈2，該輪轂圈2旋轉(zhuǎn)自如地支撐在該外圈4的內(nèi)徑側(cè)，一面在以下的試驗條件下、使該輪轂圈2負(fù)荷徑向負(fù)荷Fr以及軸向負(fù)荷Fa。并且，觀察形成在該輪轂圈2的外周面的凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母渴欠裼衅茡p。
試驗條件輪轂圈2b的旋轉(zhuǎn)速度300min-1徑向負(fù)荷Fr4000N軸向負(fù)荷Fa3500N在這樣的條件下，根據(jù)直到破損的時間(耐久時間)評價凸緣的疲勞強度。將該試驗結(jié)果在上述表20中表示。另外，該試驗結(jié)果以將實施例22的值作為1的情況下的比表示。
從在上述表20中表示該結(jié)果的試驗結(jié)果中可以明確，上述凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母康膴W氏體顆粒度大于等于4、并且，初析鐵素體的面積率在3～15％的范圍內(nèi)的實施例13～22由于對適當(dāng)?shù)慕饘俨牧现频脑线M行適當(dāng)?shù)臒崽幚?正火處理)，因此，微觀組織均勻，并且微細(xì)，工具壽命(切削性)、撞擊值和疲勞強度都為良好。從表示這樣的試驗結(jié)果的表20中可以明確，以750～1000℃(最好為750～900℃)對中間原料進行熱處理(正火處理)得到的奧氏體顆粒度大于等于4并且初析鐵素體的面積率在3～15％的車輪支撐用滾動軸承單元是高強度的、具有良好的切削性，中間原料通過向含有0.45～0.65重量％C的碳鋼制的原料進行熱鍛造得到。
相反，比較例9由于熱處理(正火處理)的溫度過高，因此奧氏體顆粒長大。其結(jié)果，奧氏體顆粒度縮小(顆粒直徑增大)，不僅不能防止凸緣6的外側(cè)面?zhèn)鹊母康牧鸭y，初析鐵素體的面積率不足3％，切削性差，工具壽命非常短。另外，比較例10也是熱處理(正火處理)的溫度過高，因此奧氏體顆粒長大，初析鐵素體的面積率小。因此，工具壽命、撞擊值、疲勞強度都低。另外，比較例11由于C的含有量少、初析鐵素體的面積率大，因此，工具壽命以及撞擊值雖然可以得到良好的結(jié)果，但疲勞強度低。并且，比較例12由于C的含有量過高，因此，盡管熱處理(正火處理)條件在本發(fā)明的范圍，但初析鐵素體的面積率不超過3％。因此，硬度高，但工具壽命、撞擊值、疲勞強度都低。
另外，雖然以上所述的各實驗是對驅(qū)動輪用的車輪支撐用滾動軸承單元進行，但本發(fā)明也可以適用于上述圖1～2所示的從動輪用的車輪支撐用滾動軸承單元。
如上所述，為了安裝車輪，通過將形成在旋轉(zhuǎn)輪的外周面形成的凸緣的外側(cè)面?zhèn)鹊母康奈⒂^組織進行組織細(xì)化，可以不改變該凸緣的形狀以及尺寸、并且，不增加制造成本，就可以提高旋轉(zhuǎn)彎曲轉(zhuǎn)矩引起的疲勞的最弱部的上述根部的強度。其結(jié)果，上述凸緣可以成為薄壁化，可以實現(xiàn)車輪支撐用滾動軸承單元的輕量化。并且，通過進行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，可以使切削性良好，確保工具的壽命。
另外，在本發(fā)明中的其他方式的車輪支撐用滾動軸承單元1的輪轂圈2的特征是，由具有表21所示的合金成分的鋼形成，通過熱鍛造制造。另外，為了使Mn偏析度變化，使用使凝固時的冷卻速度或鍛造比變化的鋼以及在鍛造前在1200℃下進行擴散處理的鋼的一部分。另外，輪轂圈2通過切削加工被加工成規(guī)定的形狀，對從內(nèi)圈軌道面7a的周邊部到小直徑階梯部8的周邊部的區(qū)域事實高頻淬火，在表面形成硬化層13(圖1中格子狀上有斜線的部分)。然后，通過研磨加工形成成品形狀。
表21

在表21中，將鋼的Mn偏析度和鉚接部的硬度(維氏硬度)一并進行了表示。另外，在圖15的圖表中表示了鋼的Mn的含有量和Mn偏析度的關(guān)系。該硬度是用負(fù)荷98N點測定圓筒部9的截斷面，表示該平均值。另外，Mn偏析度是從利用電子探針微量分析裝置(EPMA)測定的圓筒部9截斷面的Mn濃度分布和最大錳濃度[Mn](包括固溶的Mn的部分的錳濃度)通過上述公式算出。
另外，內(nèi)圈3由S53C形成。另外，外圈4由S53C形成，在1100℃下經(jīng)過熱鍛造制造。并且，熱鍛造后進行切削加工，在外圈軌道面10a的周邊和外圈軌道面10b的周邊實施高頻淬火。并且，之后進行研磨加工形成最終形狀。并且，滾動體5由SUJ2形成。
這樣的車輪支撐用滾動軸承單元1是在以下的條件下進行搖動鉚接、被組裝。即，一面將輪轂圈2以旋轉(zhuǎn)速度200min-1進行旋轉(zhuǎn)，一面將向著徑方向外方的負(fù)荷(200000N)向圓筒部9負(fù)載、進行擠壓擴展，通過鉚接將內(nèi)圈3安裝在輪轂圈2上。此時，將軸向間隙設(shè)定為-15μm。
鉚接的評價標(biāo)準(zhǔn)是將在鉚接部的表面確認(rèn)不到裂紋的作為正品，將確認(rèn)到裂紋的以及沒有得到軸向間隙的作為次品。并且，計算出搖動鉚接每1000次的不合格率(％)，在表21中表示。
其結(jié)果，實施例1～17的車輪支撐用滾動軸承單元由于鋼的Mn偏析度合適，因此不合格率都可以被降低。相反，鋼的Mn偏析度超過合適的范圍的比較例2～7的車輪支撐用滾動軸承單元與上述各實施例相比較，不合格率明顯提高。另外，C的含有量少的比較例1的車輪支撐用滾動軸承單元的不合格率低，這是由于C的含有量少、伸長和縮小值提高。比較例1是由于C的含有量少、則鋼的強度不夠成為問題。并且，C的含有量多的比較例2由于冷加工性非常差也有問題。
另外，本實施方式是表示本發(fā)明的一例，本發(fā)明不局限于本實施方式。例如，在本實施方式中，車輪支撐用滾動軸承單元的軸承形式是復(fù)列球軸承，但單列球軸承等其他軸承形式也可以。另外，不局限于球軸承，滾子軸承也可以。
這樣，本發(fā)明的車輪支撐用滾動軸承單元由于控制構(gòu)成輪轂圈的鋼的Mn偏析度在規(guī)定的值內(nèi)，因此，可以實現(xiàn)降低非金屬夾雜物MnS析出量以及鐵素體/珠光體組織的均勻化，可以改善鋼的伸展和收縮值。因此，即使進行將內(nèi)圈一體固定在外圈上的鉚接，也很難發(fā)生裂紋。
權(quán)利要求
1.一種帶凸緣軸承單元，包括內(nèi)方部件、外方部件、若干滾動體和凸緣，該內(nèi)方部件在外面具有軌道面；該外方部件在內(nèi)面具有與該內(nèi)方部件軌道面相對的軌道面、并被設(shè)置在上述內(nèi)方部件的外側(cè)；該滾動體被可自由滾動地設(shè)置在上述兩軌道面之間；該凸緣被設(shè)置在內(nèi)方部件和外方部件中的至少一方上，其特征在于，至少是設(shè)置有上述凸緣的部件用碳含有量大于等于0.45重量％且小于等于0.65重量％的碳鋼制成，并且，使至少上述凸緣的初析鐵素體的面積率為3～15％。
2.如權(quán)利要求1所述的帶凸緣軸承單元，其特征在于，上述碳鋼的S含有量大于等于0.003重量％且小于等于0.020重量％，并且，該S含有量與上述初析鐵素體組織的面積率的關(guān)系是10≤(S含有量(重量％)×1000+初析鐵素體組織的面積率(％))≤30。
3.如權(quán)利要求1或2所述的帶凸緣軸承單元，其特征在于，上述初析鐵素體組織相對上述S含有量的面積率滿足1≤(S含有量(重量％)×1000)/初析鐵素體組織的面積率(％)≤2的關(guān)系。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項所述的帶凸緣軸承單元，其特征在于，將上述凸緣的厚度方向外側(cè)的根部的每單位面積(10mm2)的初析鐵素體的面積率設(shè)定為3～15％，同時，該初析鐵素體的最大長度小于等于200μm，并且，長度大于等于180μm的初析鐵素體的數(shù)量小于等于5個。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項所述的帶凸緣軸承單元，其特征在于，設(shè)置有上述凸緣的部件含有0.05～0.3重量％的V(釩)。
6.如權(quán)利要求1～5中的任一項所述的帶凸緣軸承單元，其特征在于，將上述內(nèi)方部件作為輪轂圈，所述輪轂圈具有內(nèi)圈，該內(nèi)圈固定在形成于上述輪轂圈一端部的小徑階梯部上，作為上述凸緣的車輪安裝用凸緣設(shè)置在該輪轂圈的一端部，從而在該內(nèi)圈的外周面和該輪轂圈的軸方向的中間部外周面上分別形成軌道面、以作為多列內(nèi)圈軌道面，另外，將上述外方部件作為外圈，在該外圈的內(nèi)周面上形成多列對應(yīng)上述多列內(nèi)圈軌道面的外圈軌道面，并且，在位于離開上述車輪安裝用凸緣一側(cè)的上述外圈端部上形成懸掛裝置安裝用凸緣，將多個上述滾動體滾動自如地設(shè)置在上述多列內(nèi)圈軌道面和上述多列外圈軌道面之間。
7.一種車輪支撐用滾動軸承單元，包括靜止輪、旋轉(zhuǎn)輪、外圈軌道、內(nèi)圈軌道、多個滾動體和凸緣，該靜止輪在使用時被支撐在懸掛裝置上并且不旋轉(zhuǎn)；該旋轉(zhuǎn)輪與該靜止輪同心地設(shè)置、且在使用時結(jié)合固定車輪并與該車輪一起旋轉(zhuǎn)；該外圈軌道被設(shè)置在上述旋轉(zhuǎn)輪和上述靜止輪中的一方的外徑側(cè)軸承輪的內(nèi)周面，該外徑側(cè)軸承輪存在于徑方向外方；該內(nèi)圈軌道被設(shè)置在上述旋轉(zhuǎn)輪和上述靜止輪中的另一方的內(nèi)徑側(cè)軸承輪的外周面，該內(nèi)徑側(cè)軸承輪存在于徑方向內(nèi)方；該滾動體可自由滾動地被設(shè)置在上述內(nèi)圈軌道和上述外圈軌道之間；該凸緣設(shè)置在上述旋轉(zhuǎn)輪的外周面，用于結(jié)合固定上述車輪，其特征在于，上述旋轉(zhuǎn)輪中至少設(shè)置有上述凸緣的部分由含有0.5～0.8重量％的C的碳鋼制造，至少上述凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母康谋砻嬗捕仁?，洛式硬度C級24～35，維式硬度260～345。
8.如權(quán)利要求7所述的車輪支撐用滾動軸承單元，其特征在于，上述碳鋼含有0.03～0.3重量％的釩。
9.一種車輪支撐用滾動軸承單元，包括靜止輪、旋轉(zhuǎn)輪、外圈軌道、內(nèi)圈軌道、多個滾動體和凸緣，該靜止輪在使用時被支撐在懸掛裝置上并且不旋轉(zhuǎn)；該旋轉(zhuǎn)輪與該靜止輪同心地設(shè)置，且在使用時結(jié)合固定車輪并與該車輪一起旋轉(zhuǎn)；該外圈軌道被設(shè)置在上述旋轉(zhuǎn)輪和上述靜止輪中的一方的外徑側(cè)軸承輪的內(nèi)周面，該外徑側(cè)軸承輪存在于徑方向外方；該內(nèi)圈軌道被設(shè)置在上述旋轉(zhuǎn)輪和上述靜止輪中的另一方的內(nèi)徑側(cè)軸承輪的外周面，該內(nèi)徑側(cè)軸承存在于徑方向內(nèi)方；該滾動體可自由滾動地被設(shè)置在上述內(nèi)圈軌道和上述外圈軌道之間；該凸緣設(shè)置在上述旋轉(zhuǎn)輪的外周面，用于結(jié)合固定上述車輪，其特征在于，在上述旋轉(zhuǎn)輪中，至少上述凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母康谋砻娲植诙劝此阈g(shù)平均粗糙度Ra為0.1～1.0μm。
10.一種車輪支撐用滾動軸承單元，包括靜止輪、旋轉(zhuǎn)輪、外圈軌道、內(nèi)圈軌道、多個滾動體和凸緣，該靜止輪在使用時被支撐在懸掛裝置上并且不旋轉(zhuǎn)；該旋轉(zhuǎn)輪與該靜止輪同心地設(shè)置，且在使用時結(jié)合固定車輪并與該車輪一起旋轉(zhuǎn)；該外圈軌道被設(shè)置在上述旋轉(zhuǎn)輪和上述靜止輪中的一方的外徑側(cè)軸承輪的內(nèi)周面，該外徑側(cè)軸承輪存在于徑方向外方；該內(nèi)圈軌道被設(shè)置在上述旋轉(zhuǎn)輪和上述靜止輪中的另一方的內(nèi)徑側(cè)軸承輪的外周面，該內(nèi)徑側(cè)軸承輪存在于徑方向內(nèi)方；該滾動體可自由滾動地被設(shè)置在上述內(nèi)圈軌道和上述外圈軌道之間；該凸緣設(shè)置在上述旋轉(zhuǎn)輪的外周面，用于結(jié)合固定上述車輪，其特征在于，在上述旋轉(zhuǎn)輪中，至少上述凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母康谋砻娲植诙劝醋畲蟾叨萊y為小于等于10μm。
11.一種車輪支撐用滾動軸承單元，包括內(nèi)方部件、外方部件和多個滾動體，該內(nèi)方部件在外周面具有內(nèi)圈軌道；該外方部件在內(nèi)周面具有外圈軌道；該滾動體被可自由滾動地設(shè)置在內(nèi)圈軌道和外圈軌道之間，其特征在于，作為上述內(nèi)方部件和外方部件中至少一方部件且在外周面具有凸緣的部件由含有0.45～0.60重量％的C的鋼制成，并且，在設(shè)置在周面的軌道部分上具有通過高頻淬火形成的硬化層，從該硬化層的表面起深度為0.1mm位置的部分的硬度大于等于Hv670，并且，該硬化層的金屬組織的先前奧氏體顆粒度根據(jù)JIS G0551的粒度號大于等于8。
12.如權(quán)利要求11所述的車輪支撐用滾動軸承單元，其特征在于，構(gòu)成具有凸緣的部件的鋼含有0.3～1.5重量％的Mn、0.1～1.0重量％的Si和0.01～0.5重量％的Cr，并且將S的含有量抑制在小于等于0.035重量％，將O的含有量抑制在小于等于15ppm。
13.如權(quán)利要求11或12所述的車輪支撐用滾動軸承單元，其特征在于，構(gòu)成具有凸緣的部件的鋼含有從以下選擇出的一種或兩種以上，即0.01～0.2重量％的V、0.01～0.15重量％的Nb和0.01～0.15重量％的Ti。
14.一種車輪支撐用滾動軸承單元，包括靜止輪、旋轉(zhuǎn)輪、外圈軌道、內(nèi)圈軌道、多個滾動體和凸緣，該靜止輪在使用時被支撐在懸掛裝置上不旋轉(zhuǎn)；該旋轉(zhuǎn)輪與該靜止輪同心地設(shè)置，且在使用時結(jié)合固定車輪并與該車輪一起旋轉(zhuǎn)；該外圈軌道被設(shè)置在上述旋轉(zhuǎn)輪和上述靜止輪中的一方的外徑側(cè)軸承輪的內(nèi)周面，該外徑側(cè)軸承輪存在于徑方向外方；該內(nèi)圈軌道被設(shè)置在上述旋轉(zhuǎn)輪和上述靜止輪中的另一方的內(nèi)徑側(cè)軸承輪的外周面，該內(nèi)徑側(cè)軸承輪存在于徑方向內(nèi)方；該滾動體可自由滾動地被設(shè)置在上述內(nèi)圈軌道和上述外圈軌道之間；該凸緣設(shè)置在上述旋轉(zhuǎn)輪的外周面，用于結(jié)合固定上述車輪，其特征在于，上述旋轉(zhuǎn)輪由含有0.45～0.60重量％的C的碳鋼制成，在該旋轉(zhuǎn)輪中，至少上述凸緣的軸方向外側(cè)面?zhèn)鹊母坑沙跷鲨F素體構(gòu)成，在該初析鐵素體中，先前奧氏體顆粒度號根據(jù)JIS G0551為大于等于4，并且面積率為3～15％。
15.如權(quán)利要求14所述的車輪支撐用滾動軸承單元，其特征在于，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)輪的碳鋼中的C的含有量大于等于0.50重量％。
16.如權(quán)利要求14或15所述的車輪支撐用滾動軸承單元，其特征在于，奧氏體顆粒度號根據(jù)JIS G 0551為大于等于5，并且初析鐵素體的面積率為3～9％。
17.如權(quán)利要求14～16中的任一項所述的車輪支撐用滾動軸承單元，其特征在于，靜止輪是在內(nèi)周面具有多列外圈軌道的外圈，旋轉(zhuǎn)輪包括輪轂圈和內(nèi)圈，該輪轂圈將用于支撐車輪的凸緣形成在軸方向外端部外周面、并將第一內(nèi)圈軌道形成在軸方向中間部外周面，內(nèi)圈在外周面具有第二內(nèi)圈軌道，將該內(nèi)圈外嵌固定在階梯部，該階梯部設(shè)置在上述輪轂圈的內(nèi)端部外周面上、且外徑尺寸比形成有上述第一內(nèi)圈軌道的部分的外徑尺寸小。
18.如權(quán)利要求14～16中的任一項所述的車輪支撐用滾動軸承單元，其特征在于，靜止輪是一對內(nèi)圈，該一對內(nèi)圈中的每一個都在外周面具有內(nèi)圈軌道，旋轉(zhuǎn)輪是輪轂圈，該輪轂圈將支撐車輪用的凸緣形成在外周面、且將多列外圈軌道形成在內(nèi)周面。
19.如權(quán)利要求14～18中的任一項所述的車輪支撐用滾動軸承單元，其特征在于，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)輪的碳鋼含有0.02～0.30重量％的Nb。
20.如權(quán)利要求14～19中的任一項所述的車輪支撐用滾動軸承單元，其特征在于，旋轉(zhuǎn)輪是對中間原料進行熱處理后進行精加工而成的部件，該中間原料是通過對碳鋼制的原料進行熱鍛造或切削加工而形成規(guī)定的形狀，所述熱處理包括以750～1000℃的溫度進行至少一次的加熱、然后以臨界冷卻速度以下的速度進行冷卻。
全文摘要
在車輪支撐用滾動軸承單元中，為了不損傷鍛造后的疲勞強度、切削性·加工性而使凸緣(6)薄壁化、裝置輕量化，通過限制構(gòu)成帶凸緣部件(輪轂圈2)的合金鋼的組成、凸緣(6)的軸方向外側(cè)面?zhèn)雀?14)的表面硬度、表面粗糙度等，提高凸緣(6)的耐久比(疲勞極限強度/拉伸強度)。在一個實施方式中，該部件由以下的合金鋼構(gòu)成，即含有0.5～0.6重量％的C、0.3～1.5重量％的Mn、0.1～1.0重量％的Si和0.01～0.5重量％的Cr，并且，S小于等于0.035重量％，以及從0.01～0.2重量％的V、0.01～0.15重量％的Nb、0.01～0.15重量％的Ti中選擇一種以上，其余的是Fe和不可避免的不純物，氧含量在15ppm以下，形成上述硬化層的內(nèi)圈軌道7a的表面硬度為Hv650～780，不形成硬化層部分的表面硬度為Hv230～300。
文檔編號C22C38/00GK101046225SQ20071010125
公開日2007年10月3日 申請日期2003年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月15日
發(fā)明者宇山英幸, 宮本祐司, 沖田滋 申請人:日本精工株式會社