專利名稱：滾動(dòng)疲勞壽命優(yōu)異的機(jī)械部件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軸承、齒輪、輪轂単元、無級(jí)變速器、等速連接器、活塞銷等由鋼材構(gòu)成的機(jī)械部件的制造，特別是涉及要求良好的滾動(dòng)疲勞壽命的由環(huán)狀體構(gòu)成的機(jī)械部件的制
Iao
背景技術(shù)：
近年來，隨著各種機(jī)械裝置的高性能化，要求滾動(dòng)疲勞壽命的機(jī)械部件和裝置中的使用環(huán)境變得非常嚴(yán)峻，強(qiáng)烈要求提高這些機(jī)械部件和裝置的壽命同時(shí)提高可靠性。面對(duì)這種要求，作為從鋼材方面的對(duì)策，正在進(jìn)行鋼成分的適當(dāng)化和與鋼成分一起含有的雜質(zhì)元素降低化。在與形成這些機(jī)械部件和裝置的鋼成分其一含有的雜質(zhì)元素中，由這些雜質(zhì)元素構(gòu)成的A1203、MnS、TiN其他的非金屬夾雜物成為機(jī)械部件和裝置中的鋼零件的破損的起點(diǎn)。為此，這些非金屬夾雜物特別有害是公知的。另外，還公知有這些非金屬夾雜物的直徑越大，鋼零件的滾動(dòng)疲勞壽命越短。為此，提出了各種減少非金屬夾雜物量，即，提高鋼的潔凈度，極カ減少非金屬夾雜物的直徑為20 μ m以上的大型氧化物系非金屬夾雜物的高潔凈度鋼(例如，參照專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2)。另外，即使將由這種高潔凈度鋼構(gòu)成的鋼材用于機(jī)械部件和裝置，還不能夠充分實(shí)現(xiàn)抑制這些機(jī)械部件和裝置短壽命并發(fā)生破損。為此，降低鋼材中的非金屬夾雜物，進(jìn)ー 步使該非金屬夾雜物小徑化的開發(fā)盛行。另ー方面，提供即使不實(shí)現(xiàn)鋼材中的非金屬夾雜物的降低和小徑化，但滾動(dòng)疲勞壽命優(yōu)異的機(jī)械部件的技術(shù)開發(fā)也盛行。例如提出了如下技術(shù)(1)控制零件滾動(dòng)進(jìn)行制造時(shí)滾動(dòng)部上的鍛流線(ファィバーフロー)，得到優(yōu)異的滾動(dòng)疲勞壽命的技術(shù)(例如，參照專利文獻(xiàn)；3)，(2)通過對(duì)滾動(dòng)部作用預(yù)壓縮應(yīng)力，得到優(yōu)異的滾動(dòng)疲勞壽命的技術(shù)(例如，參照專利文獻(xiàn)4)。另外，申請(qǐng)人還提出了(3)通過形成改善了鋼材中含有的非金屬夾雜物和作為母相的鋼的界面狀態(tài)的鋼材，得到優(yōu)異的滾動(dòng)疲勞壽命的技木，這些發(fā)表在非專利文獻(xiàn)1和非專利文獻(xiàn)2中。在這些非專利文獻(xiàn)1和非專利文獻(xiàn)2中，對(duì)于滾動(dòng)疲勞的破損，即到剝離的過程進(jìn)行了如下說明。即，在從非金屬夾雜物到裂紋產(chǎn)生和進(jìn)展直到剝離的過程中，由于向非金屬夾雜物的周圍的應(yīng)力集中効果，經(jīng)歷了裂紋變位的初期裂紋(以下，稱為“開ロ型初期裂紋”)過程。其后，公知的是經(jīng)過剪斷應(yīng)カ導(dǎo)致的裂紋的傳播直到破損。這意味著，如果不發(fā)生開ロ型初期裂紋，那么其后的裂紋傳播或破損也不會(huì)發(fā)生。另外，開ロ型初期裂紋是以在非金屬夾雜物和母相的界面產(chǎn)生物理的間隙即空洞為前提，并驗(yàn)證到如果不產(chǎn)生物理的間隙，則開ロ型裂紋也不會(huì)產(chǎn)生。另ー方面，在圖5的概念圖中顯示從熱軋鋼材切出，進(jìn)行離子研磨后，通過掃描電子顯微鏡(FE-SEM)觀察非金屬夾雜物周圍有無空洞的影像。在圖5中，標(biāo)號(hào)5是Al2O3非金屬夾雜物，標(biāo)號(hào)4是空洞即空隙。特別是在機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼中，通常使用Al進(jìn)行脫氧。此時(shí)生成的Al2O3系非金屬夾雜物5被確認(rèn)到根據(jù)與母材的變形能的不同或形狀特別是在與母相的界面容易生成空隙4。因此，為了提高機(jī)械部件7的滾動(dòng)疲勞壽命，封閉非金屬夾雜物5和母相的界面中存在的空隙4或減少空隙4的體積是有効的。先行技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 特開2006-6；3402號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 特開平06-192790號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 特開平4-3573M號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 特開2006-778 號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)1 鐵和鋼，94 (2008)，P. 13非專利文獻(xiàn)2 平成20年度兵庫(kù)縣立大學(xué)學(xué)位論文，平R和彥(2008年1月)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是與上述0006段落中記載的( 關(guān)聯(lián)的技木，其目的在干，提供一種制造機(jī)械部件的方法，其與通過塑性加工改善作為供于冷鍛的環(huán)狀加工母材的原材的鋼材中含有的非金屬夾雜物和作為母相的鋼材的界面狀態(tài)，來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的鋼的制造時(shí)非金屬夾雜物的降低和非金屬夾雜物小徑化的鋼材的制造方法相比，在環(huán)狀加工母材的內(nèi)徑面具有更優(yōu)異的滾動(dòng)疲勞壽命的滾動(dòng)部。根據(jù)本發(fā)明，是滾動(dòng)疲勞壽命優(yōu)異的機(jī)械部件的制造方法，其中，該機(jī)械部件在供于冷鍛的環(huán)狀加工母材的內(nèi)徑面具有用于滾動(dòng)零件進(jìn)行滾動(dòng)的滾動(dòng)部，所述方法具有如下 エ序使靜水壓應(yīng)力作用于形成滾動(dòng)部的環(huán)狀加工母材的內(nèi)徑面并進(jìn)行冷鍛，從而在環(huán)狀加工母材的內(nèi)徑面形成用于滾動(dòng)零件進(jìn)行滾動(dòng)的滾動(dòng)部，并且，對(duì)該滾動(dòng)部以外的環(huán)狀加 エ母材的內(nèi)徑進(jìn)行擴(kuò)徑，從而提供具有滾動(dòng)疲勞壽命優(yōu)異的滾動(dòng)部的環(huán)狀的機(jī)械部件的エ 序。通過該靜水壓的作用，鋼中的非金屬夾雜物和作為母相的鋼的界面中存在的空隙朝向封閉的方向，能夠制造滾動(dòng)疲勞壽命優(yōu)異的機(jī)械部件。還有，供于冷鍛的環(huán)狀加工母材優(yōu)選為鋼管或熱鍛環(huán)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方式，提供上述的方法，所述靜水壓應(yīng)カ至少為lOOOMPa。通過在冷鍛時(shí)使至少IOOOMPa的靜水壓應(yīng)力作用而形成滾動(dòng)面，從而封閉鋼中含有的非金屬夾雜物和作為母相的鋼的界面中存在的空隙，能夠制造滾動(dòng)疲勞壽命優(yōu)異的機(jī)械部件。根據(jù)本發(fā)明的制造方法，通過在環(huán)狀加工母材的冷鍛時(shí)使靜水壓應(yīng)カ(優(yōu)選為至少IOOOMPa)作用，即使鋼材制造時(shí)不能實(shí)現(xiàn)非金屬夾雜物的降低和小徑化，也能夠封閉或減少非金屬夾雜物和作為母相的鋼的界面中產(chǎn)生的空隙，其結(jié)果是，能夠回避以非金屬夾雜物為破壞起點(diǎn)的滾動(dòng)疲勞導(dǎo)致的剝離，能夠制造具有大幅提高滾動(dòng)疲勞壽命的優(yōu)異的滾動(dòng)部的機(jī)械部件。


圖IA是說明本發(fā)明的環(huán)狀母材的冷鍛エ序(壓縮加工前)的概要圖。圖IB是說明本發(fā)明的環(huán)狀母材的冷鍛エ序(壓縮加工后)的概要圖。圖2是通過本發(fā)明的方法制造的滾動(dòng)軸承的縱截面圖。圖3是表示通過本發(fā)明的方法制造的滾動(dòng)軸承的CAE解析的圖。圖4A是表示冷鍛前的非金屬夾雜物和其周圍的空隙的概念圖。圖4B是表示冷鍛后的非金屬夾雜物和其周圍的空隙的概念圖。圖5是表示熱軋鋼材的非金屬夾雜物和其周圍的空隙的概念圖。
具體實(shí)施例方式作為本發(fā)明的制造方法所求的鋼材，可以例舉機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼和軸承鋼等。這些鋼材是通過如下エ序制造的鋼材1)通過電弧熔解爐或轉(zhuǎn)爐進(jìn)行熔鋼的氧化精煉，2)通過澆包精煉爐(LF)進(jìn)行還原精煉，3)通過環(huán)流式真空脫氣裝置(RH)進(jìn)行環(huán)流真空脫氣処理(RH処理)，4)通過連續(xù)鑄造或一般造錠進(jìn)行鋼錠的鑄造，和幻鋼錠的熱軋或熱鍛和冷軋，或者通過冷軋和冷鍛進(jìn)行的塑性加工。用于本發(fā)明的制造方法的環(huán)狀母材2能夠如下制造。首先，以如上述制造的鋼材 (例如，JIS G 4805 (2008), JIS G 4051 (2005) ,JIS G4104、JIS G 4105 中規(guī)定的鋼材)，并經(jīng)上述的塑性加工エ序制造鋼材。通過對(duì)該鋼材進(jìn)行三輥式軋管機(jī)、擠壓加工、或熱鍛等熱加工，加工成鋼管或熱鍛環(huán)后，將該鋼管或熱鍛環(huán)切斷成規(guī)定長(zhǎng)度。另外，通過對(duì)該切斷的鋼管或熱鍛環(huán)的外徑面和內(nèi)徑面進(jìn)行切削処理，得到具有規(guī)定尺寸的鋼管或熱鍛環(huán)作為環(huán)狀母材2?；趫D1對(duì)本發(fā)明的工法進(jìn)行説明。對(duì)規(guī)定形狀的環(huán)狀母材2實(shí)施適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑処理，形成室溫附近的溫度。如圖IA所示，將該環(huán)狀母材2設(shè)置在沖壓裝置的環(huán)狀固定框1 內(nèi)。在固定框1內(nèi)上下分別配置模具3，這些模具3分別固定在沖壓裝置上下的未圖示的エ 作部。隨著沖壓裝置開始加工模式，被固定的模具3之上的上沖頭3a和在其周圍配置的環(huán)狀上沖頭北開始箭頭方向的下降運(yùn)動(dòng)。設(shè)置在模具3內(nèi)的規(guī)定位置的環(huán)狀母材2通過下降的上沖頭3a和環(huán)狀上沖頭北，環(huán)狀母材2的內(nèi)徑加和其上端面2b受到塑性加工。另外， 隨著上沖頭3a和環(huán)狀上沖頭北的下降，環(huán)狀母材2被壓向下方向，同吋，下沖頭3c和環(huán)狀下沖頭3d也對(duì)環(huán)狀母材2的內(nèi)徑加和下端面2c進(jìn)行塑性加工。即，環(huán)狀母材2的上端面 2b隨著上沖頭3a和環(huán)狀上沖頭北的下降而被壓向下方向，其結(jié)果是，環(huán)狀母材2的下端面 2c由于下沖頭3c和環(huán)狀下沖頭3d而被相對(duì)地壓起來。在加工末期，環(huán)狀母材2受到來自上沖頭3a以及環(huán)狀上沖頭北，和下沖頭3c以及環(huán)狀下沖頭3d的雙方的冷鍛的壓縮加工， 靜水壓應(yīng)カ進(jìn)行作用，存在于環(huán)狀母材2的鋼的母相和其非金屬夾雜物5之間的空隙4被封閉。通過對(duì)環(huán)狀母材2實(shí)施上述的壓縮加工，如圖IB所示，在希望制作的機(jī)械部件7 的滾動(dòng)部6的近傍，帶來封閉存在于環(huán)狀母材2的鋼的母相和其非金屬夾雜物5之間的空隙4的効果的靜水壓應(yīng)カ進(jìn)行作用。此時(shí)，為了得到充分的封閉空隙4的効果，優(yōu)選在冷鍛時(shí)至少使IOOOMPa的靜水壓應(yīng)力作用于滾動(dòng)部6的近傍。通過使這種靜水壓應(yīng)力作用，能夠向封閉存在于非金屬夾雜物5和作為母相的環(huán)狀母材2的鋼之間的空隙4的方向或減少空隙4的體積的方向變化。通過該變化，能夠回避以非金屬夾雜物5為破壞起點(diǎn)的滾動(dòng)疲勞導(dǎo)致的剝離。其結(jié)果是，能夠得到具有優(yōu)異的滾動(dòng)疲勞壽命的滾動(dòng)部6的機(jī)械部件7。實(shí)施例1作為本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)實(shí)施的條件和所得到的結(jié)果進(jìn)行説明。首先，表1表示作為環(huán)狀母材2的鋼材的鋼種使用的供試材的成分組成。表 1供試材成分(単位為質(zhì)量％ )
權(quán)利要求
1.ー種滾動(dòng)疲勞壽命優(yōu)異的機(jī)械部件的制造方法，其中，該機(jī)械部件在供于冷鍛的環(huán)狀加工母材的內(nèi)徑面具有用于滾動(dòng)部件進(jìn)行滾動(dòng)的滾動(dòng)部而成，所述方法具有如下エ序 使靜水壓應(yīng)力作用于希望形成滾動(dòng)部的環(huán)狀加工母材的內(nèi)徑面而進(jìn)行冷鍛，由此，在所述環(huán)狀加工母材的內(nèi)徑面形成用于滾動(dòng)部件進(jìn)行滾動(dòng)的滾動(dòng)部，并且，對(duì)該滾動(dòng)部以外的環(huán)狀加工母材的內(nèi)徑進(jìn)行擴(kuò)徑，提供具有滾動(dòng)疲勞壽命優(yōu)異的滾動(dòng)部的環(huán)狀機(jī)械部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述供于冷鍛的環(huán)狀加工母材是鋼管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述供于冷鍛的環(huán)狀加工母材是熱鍛環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述靜水壓應(yīng)カ至少為lOOOMPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了滾動(dòng)疲勞壽命優(yōu)異的機(jī)械部件的制造方法。該機(jī)械部件(7)具有用于在供于冷鍛的環(huán)狀加工母材的內(nèi)鏡面滾動(dòng)部件進(jìn)行滾動(dòng)的滾動(dòng)部(6)而成。本發(fā)明的方法具有如下工序使靜水壓應(yīng)力作用于希望形成滾動(dòng)部的環(huán)狀加工母材的內(nèi)徑面(2a)進(jìn)行冷鍛，由此，在環(huán)狀加工母材的內(nèi)徑面(2a)形成用于滾動(dòng)部件進(jìn)行滾動(dòng)的滾動(dòng)部(6)，并且，對(duì)滾動(dòng)部(6)以外的環(huán)狀加工母材的內(nèi)徑進(jìn)行擴(kuò)徑，提供具有滾動(dòng)疲勞壽命優(yōu)異的滾動(dòng)部(6)的環(huán)狀機(jī)械部件(7)。通過塑性加工改善作為環(huán)狀加工母材的鋼材中所含的非金屬夾雜物和作為母材的鋼材的界面狀態(tài)，由此能夠制造在內(nèi)徑具有優(yōu)異的滾動(dòng)疲勞壽命的滾動(dòng)部的環(huán)狀機(jī)械部件。
文檔編號(hào)B21J5/08GK102574196SQ201080037139
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者中溝利尚, 橋本和彌 申請(qǐng)人:山陽(yáng)特殊制鋼株式會(huì)社