軸承部件及滾動軸承的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及軸承部件及滾動軸承，更具體而言，涉及耐久性提高了的軸承部件，以 及包含該軸承部件的滾動軸承。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為提高滾動軸承中包含的軸承部件的耐久性的措施，已知碳氮共滲處理（參 見例如日本專利公開第2007-277648號（PTD1)和日本專利公開第2008-267402號（PTD 2))。上述碳氮共滲處理是熱處理，在該熱處理中，將鋼加熱至&轉(zhuǎn)變點以上的溫度，使碳 和氮滲透和擴散至鋼中，然后進行淬火。上述碳氮共滲處理可有效地延長刮擦接觸壽命，該 刮擦接觸壽命是滾動軸承的重要性能。
[0003] 引文列表
[0004] 專利文獻
[0005] PTD1:日本專利公開第2007-277648號
[0006] PTD2:日本專利公開第2008-267402號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0008] 考慮到近年來對軸承部件的耐久性提高的需求，根據(jù)用途，通過傳統(tǒng)的碳氮共滲 處理可能難以提供足夠的耐久性。
[0009] 本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的發(fā)明，其目的在于提供耐久性提高了的軸承部 件，以及包含該軸承部件的滾動軸承。
[0010] 解決問題的方案
[0011] 本發(fā)明的軸承部件由鋼組成，該鋼包含0. 95質(zhì)量％以上且1. 1質(zhì)量％以下的碳、 低于0. 3質(zhì)量％的娃、低于0. 5質(zhì)量％的猛、低于0. 008質(zhì)量％的硫和1. 4質(zhì)量％以上且低 于1. 6質(zhì)量％的鉻，剩余部分由鐵和雜質(zhì)構(gòu)成；所述軸承部件在包含接觸面的表面部分形 成有碳氮共滲層，所述接觸面是與其他部件接觸的表面。在上述軸承部件中，上述表面部分 中的氮的平均濃度為〇. 3質(zhì)量％以上且0. 6質(zhì)量％以下，并且所述表面部分中的氮濃度的 變動在0.1質(zhì)量％以下。
[0012] 本發(fā)明人對于為了提高包含滾動軸承等的軸承部件的耐久性的方案進行了認真 研究。結(jié)果，本發(fā)明人獲得了以下發(fā)現(xiàn)并得到了本發(fā)明。
[0013] 在軸承部件中，在與其他部件接觸的接觸面（例如滾動軸承環(huán)的滾道面，或滾珠 與滾針的滾動接觸面）及該接觸面的正下方的部分容易產(chǎn)生裂紋等損傷。為了解決該問 題，通過對接觸面實施碳氮共滲處理能夠提高上述軸承部件的耐久性。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明人的研究，當包含上述接觸面的上述表面部分中的氮濃度低于0. 2質(zhì) 量％時，上述軸承部件的刮擦接觸壽命變短。因此，為了抑制上述軸承部件的壽命變短，上 述表面部分中的上述氮濃度需要為0. 2質(zhì)量％以上。當表面部分中的氮濃度超過0. 7質(zhì) 量％時，殘留奧氏體的量過多，所以上述接觸面的硬度降低。因此，為了抑制接觸表面的硬 度的降低，上述表面部分中的氮濃度需要為0.7質(zhì)量％以下。
[0015] 上述軸承部件通過對成型的鋼產(chǎn)品進行碳氮共滲處理或回火處理等熱處理，然后 對上述接觸面進行精整加工來制造。由于上述熱處理，上述鋼產(chǎn)品可能會變形（例如滾動 軸承環(huán)可能是橢圓形且圓形度可能會變差），并且在精整加工中磨削余量會變化。因此，在 傳統(tǒng)的軸承部件中，上述表面部分中的氮濃度的變動成為很大的問題。
[0016] 與此相對，在本發(fā)明的軸承部件中，上述表面部分中的氮的平均濃度為0.3質(zhì) 量％以上且0. 6質(zhì)量％以下，并且上述表面部分中的氮濃度的變動減少至0. 1質(zhì)量％或更 低。因此，在上述軸承部件中，上述表面部分中的氮濃度為0. 2質(zhì)量％以上且0. 7質(zhì)量％以 下，抑制了刮擦接觸壽命的減少和接觸表面硬度的降低。因此，根據(jù)本發(fā)明中的上述軸承部 件，能夠更可靠地提供耐久性提高了的軸承部件。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的軸承部件中，上述"表面部分"是指在上述軸承部件的厚度方向上自 上述接觸面起延伸至20μm深度的區(qū)域。上述表面部分中的"氮的平均濃度"及"表面部分 中的氮濃度的變動"在下述的本發(fā)明的實施方式中進行定義。
[0018] 下面，將構(gòu)成本發(fā)明的軸承部件的鋼的成分組成設(shè)定為上述范圍的理由進行說 明。
[0019] 碳：0.95質(zhì)量％以上且1. 1質(zhì)量％以下
[0020] 碳含量對淬硬后的軸承部件的硬度和碳化物的量有很大影響。當鋼中的碳含量為 0.95質(zhì)量％以上時，無需通過熱處理在鋼中引入大量的碳，也能獲得足夠的硬度和碳化物 的量。當碳含量超過1. 1質(zhì)量％時，在鋼的制造時形成大的碳化物，該碳化物會嚴重影響軸 承部件的耐久性。因此，碳含量為0. 95質(zhì)量％以上且1. 1質(zhì)量％以下。
[0021] 硅：低于0.3質(zhì)量％
[0022] 硅使鋼中的氫的吸留量增加并加速氫脆。當鋼中的硅含量為0.3質(zhì)量％以上時， 在氫容易進入鋼中的應(yīng)用中，容易發(fā)生由氫脆引起的剝落。因此，在上述軸承部件中，鋼中 的娃含量低于〇. 3質(zhì)量％。
[0023] 錳：低于0.5質(zhì)量％
[0024] 錳對鋼的淬透性和淬火前的鋼的硬度有貢獻。但是，當錳含量為0. 5質(zhì)量％以上 時，淬火前的材料的硬度高，且冷工藝中的加工性降低。因此，錳含量低于〇. 5質(zhì)量％。
[0025] 硫：低于0.008質(zhì)量％
[0026] 硫與錳等化學(xué)鍵合，形成例如硫化錳等非金屬夾雜物。該非金屬夾雜物會嚴重影 響軸承的壽命。因此，在上述軸承部件中，鋼中的硫含量為低于〇.008質(zhì)量％。
[0027] 鉻：1.4質(zhì)量％以上且低于1.6質(zhì)量％
[0028] 鉻有助于鋼的淬透性的提高。本發(fā)明的軸承部件中，為了防止氫脆引起剝落而使 硅含量較低，所以淬透性也降低。于是，為了補償因減少硅含量而引起的淬透性的降低，上 述軸承部件中，鋼的鉻含量為1. 4質(zhì)量％以上且低于1. 6質(zhì)量％。
[0029] 在上述軸承部件中，上述軸承部件在厚度方向上的氮濃度的傾度可以為-15 (1/m) 以上。上述氮濃度的傾度按照后述的實施例中的說明進行確定。由此，能容易地減少對上 述接觸面進行精整加工后的上述表面部分中的氮濃度的變動。
[0030] "氮濃度的傾度"可以是在對上述接觸面進行研磨處理等精整加工之前的氮濃度 的傾度，或者是對上述接觸面進行精整加工后（作為產(chǎn)品的狀態(tài)）的氮濃度的傾度。即，在 上述軸承部件中，在對上述接觸面進行精整加工前氮濃度的傾度為-15 (Ι/m)以上，或者在 精整加工后氮濃度的傾度為-15 (Ι/m)以上，或者精整加工前和精整加工后氮濃度的傾度 都為-15(l/m)以上。
[0031] 在上述軸承部件中，自上述接觸表面起在深度為0. 05mm的位置處的殘留奧氏體 的平均量為25體積％以上且35體積％以下，并且自上述接觸面起在深度為0. 05mm的位置 處的殘留奧氏體的量的變動可為3體積％以下。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明人的研究，在自上述接觸面起在深度為0.05mm的位置處的殘留奧氏 體的量為22體積％以上時，壽命顯著提高。當上述深度位置處的殘留奧氏體的量超過38體 積％時，接觸面的硬度降低。因此，通過將上述深度位置處的殘留奧氏體的平均量設(shè)定為25 體積％以上且35體積％以下，將上述深度位置處的殘留奧氏體的量的變動設(shè)定為3體積％ 以下，從而將上述深度位置處的殘留奧氏體的量設(shè)定為22體積％以上且38體積％以下，能 進一步抑制壽命的減少和接觸面的硬度的降低。"上述深度位置處的殘留奧氏體的平均量" 和"上述深度位置處的殘留奧氏體的量的變動"在下述的本發(fā)明的實施方式中進行定義。
[0033] 在上述軸承部件中，整體的殘留奧氏體的平均量可以為18體積％以下。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明人的研究，當軸承部件的整體的殘留奧氏體的平均量為18體積％以 下時，長期的尺寸變動減少。因此，通過將整體的殘留奧氏體的平均量設(shè)定為18體積％以 下，能提高軸承部件的尺寸精度。
[0035] 在上述軸承部件中，上述表面部分在每100μm2內(nèi)可以包含5個以上的碳氮化物， 該碳氮化物的直徑為〇.5μπι以下。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明人的研究，在上述表面部分在每100μm2內(nèi)包含5個以上的碳氮化物， 且該碳氮化物的直徑為〇.5μm以下時，由于該碳氮化物的析出強化，上述軸承部件的靜荷 載能力提高。因此，通過將上述表面部分中的上述碳氮化物的存在量規(guī)定在上述范圍內(nèi)，能 進一步提高上述軸承部件的靜荷載能力。在該情況下，上述表面部分中的碳濃度為〇. 9質(zhì) 量％以上且1. 1質(zhì)量％以下。
[0037] 這里，上述"表面部分在每100μm2內(nèi)包含5個以上的碳氮化物，且該碳氮化物的 直徑為0. 5μm以下"是指，在沿著與上述接觸面垂直的截面切割上述軸承部件，對得到的截 面的表面部分用顯微鏡進行觀察時，在每100μm2內(nèi)觀察到5個以上的直徑為0. 5μm以下 的碳氮化物。上述"碳氮化物"是指鐵的碳化物或該碳化物中的部分碳被氮取代而得的物 質(zhì)，包括Fe-C類化合物和Fe-C-N類化合物。該碳氮化物可以包含鉻等鋼中含有的合金元 素。
[0038] 在上述軸承部件中，包含非研磨表面的非研磨部分中的氮濃度低于0.7質(zhì)量％， 上述非研磨表面是上述接觸面以外的表面。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明人的研究，當非研磨部分中的氮濃度為0.7質(zhì)量％以上時，殘留奧氏 體的量過多，結(jié)果導(dǎo)致非研磨表面的硬度降低。因此，為了確保非研磨表面處的足夠的硬 度，非研磨部分中的氮濃度優(yōu)選低于〇. 7質(zhì)量％。上述"非研磨部分"是指在上述軸承部件 的厚度方向上自非研磨表面延伸至20μm深度的區(qū)域。在該情況下，自上述非研磨表面起 在0. 1mm深度的位置處的硬度為700HV以上。
[0040] 在上述軸承部件中，在加熱溫度設(shè)為500°C和保持時間設(shè)為1小時的熱處理之后， 自上述接觸面起在深度為0. 4(mm)的位置處的維氏硬度比上述軸承部件的厚度方向上未 形成碳氮共滲層的區(qū)域中的維氏硬度高至少80HV。
[0041] 由此，可確保上述接觸面中的氮濃度為0. 4質(zhì)量％以上。
[0042] 在上述軸承部件中，上述碳氮共滲層可通過實施下述條件的碳氮共滲處理來形 成：下述式⑴中定義的a/為0. 88以上且1. 27以下，式⑵中定義的α為〇. 012以上且 0. 020以下，
[0044] Pco: -氧化碳的分壓（atm)，
[0045] Pco2:二氧化碳的分壓（atm)，
[0048] 其中不未分解的氨氣的分壓，PH表不氫氣的分壓。
[0049] 根據(jù)本發(fā)明人的進一步研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在α值為0.012以下時，隨著α值的增 加，通過碳氮共滲處理在規(guī)定的時間內(nèi)滲入鋼中的氮的滲透量以大致恒定的比率增加。然 而，當α值超過0.012時，氮的滲透量的增加比率降低。因此，通過將α值設(shè)定為0.012 以上，在碳氮共滲處理中能有效地將氮引入鋼中。在α值超過0.020時，在規(guī)定時間內(nèi)的