專利名稱：滾動軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及滾動軸承。
背景技術(shù)：
在滾動軸承中，由于滾動運(yùn)動是在軸承環(huán)和滾動體之間進(jìn)行，因此軸承環(huán)的滾道表面和滾動體的滾動表面反復(fù)受到接觸應(yīng)力。因此，用于組成構(gòu)成構(gòu)件的材料需要具有以下性質(zhì)堅(jiān)硬、承受載荷、具有長的滾動疲勞壽命、在滑動中耐磨性良好等。
于是，通常，經(jīng)常用于組成這些構(gòu)件的材料的鋼，對于軸承鋼，為按照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)歸類為SUJ2的鋼，對于表面硬化鋼，為與按照相同標(biāo)準(zhǔn)被歸類為SCR420和SCM420的那些相對應(yīng)的鋼。如上所述，由于這些材料反復(fù)受到接觸應(yīng)力，為了獲得所需的性質(zhì)如滾動疲勞壽命，對軸承鋼進(jìn)行淬火和回火，以及在對表面硬化鋼進(jìn)行滲碳或碳氮共滲后對其進(jìn)行淬火和回火，以便得到不小于HRC 58、不超過HRC 64的硬度。
另一方面，由于在發(fā)動機(jī)的輔助構(gòu)件中使用的軸承支撐由內(nèi)燃機(jī)如發(fā)動機(jī)施加動力被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸，因此軸承在高溫、高負(fù)荷、高振動和高速驅(qū)動的苛刻條件下被使用，其中所述發(fā)動機(jī)的輔助構(gòu)件例如交流發(fā)電機(jī)、電磁離合器、中間輪、汽車空調(diào)壓縮機(jī)、水泵、變速器的行星齒輪、輪帶式無級變速器(continuously variable belt and pulley transmission)以及為類似驅(qū)動系統(tǒng)部件的氣體熱泵。
難以在苛刻環(huán)境中使用的軸承的滾動表面上形成充分的潤滑膜，而且大的切向力被施加到軸承的滾動表面上。因此，由于金屬接觸而容易出現(xiàn)發(fā)熱和表面疲勞。另外，金屬接觸促進(jìn)了新形成表面(鋼組織被暴露的表面)的產(chǎn)生。由于這種新形成的表面構(gòu)成摩擦化學(xué)反應(yīng)的催化劑，潤滑油中包含的添加劑和水在軸承的滾動表面上被分解，從而促進(jìn)氫離子的產(chǎn)生。然后，這樣產(chǎn)生的這些氫離子被吸收到在軸承滾動表面上產(chǎn)生的新形成表面上變成氫原子，氫原子然后聚積到應(yīng)力場(在最大剪切應(yīng)力位置附近)。由于聚積氫原子的位置變脆，因此就觸發(fā)了滾動軸承的早期剝落。
另外，在異物如金屬切削粉末、機(jī)械加工粉塵、毛刺、磨損粉末進(jìn)入滾動軸承中潤滑劑的情況下，軸承環(huán)和滾動體受損，極大降低了軸承壽命。
為了平穩(wěn)地操縱變矩器、齒輪機(jī)構(gòu)、液壓機(jī)構(gòu)以及濕式離合器，潤滑油如具有高摩擦系數(shù)的自動變速器用油(ATF)和無級變速器用油(CVTF)用于輪帶式無級變速器的潤滑，其中支撐輸入軸側(cè)帶輪和輸出軸側(cè)帶輪的軸承包括在輪帶式無級變速器的潤滑中。
由于用于輪帶式無級變速器的滾動軸承在高振動和高負(fù)荷的苛刻環(huán)境中并在由具有高摩擦系數(shù)的潤滑油潤滑的情況下使用，因此摩擦化學(xué)反應(yīng)易于發(fā)生，并在滾動軸承中觸發(fā)早期剝落。
這里，為了使摩擦化學(xué)反應(yīng)難以產(chǎn)生，考慮這樣一種方法，其中使用動粘度高的潤滑油代替在所用潤滑油中加入添加劑如減壓劑和摩擦控制劑。但是，從燃料效率、輸入軸到輸出軸的傳動效率和抖動壽命(shudder life)的角度出發(fā)，不優(yōu)選使用這種動粘度高的潤滑油作為輪帶式無級變速器的潤滑油。因此，在輪帶式無級變速器用滾動軸承的情況下，不使用改變潤滑油的方法而是使用強(qiáng)化滾動表面的方法來延長滾動軸承的壽命是有效的。提出下面的技術(shù)作為基于這種理念的那些方法。
在JP-A-2003-343577中，提出至少內(nèi)環(huán)、外環(huán)和滾動體之一由這樣一種鋼形成，其包含大量能抑制氫聚積在應(yīng)力場的Cr，并且特別地指定碳和氮的總含量、殘余奧氏體的含量和滾動表面的硬度。
在Automobile Technologies Association Inc.出版的學(xué)術(shù)演講會預(yù)先印制的文獻(xiàn)No.30-02(2002年)中第5-8頁上描述了通過使用電鍍方法在滾動體的滾動表面上形成Ni膜來使借助摩擦化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氫離子難以被吸附到新形成的表面上。
另外，提出如下技術(shù)作為延長要在上述苛刻條件下使用的軸承的壽命的技術(shù)。
日本專利公開No.2883460提出一種軸承鋼，其中C的含量為0.65-0.90質(zhì)量％，Si的含量為0.15-0.50質(zhì)量％，Mn的含量為0.15-1.00質(zhì)量％，Cr的含量為2.0-5.0質(zhì)量％，N的含量為90-200ppm，并包含100-500ppm Al和50-5000ppm Nb中的至少一種。根據(jù)該日本專利公開No.2883460中描述的技術(shù)，使早期剝落在滾動表面上難以發(fā)生，并可抑制熱處理后的韌性降低。
日本專利公開No.2013772提出，通過對一種材料進(jìn)行加工，將材料成形為預(yù)定形狀，然后對其進(jìn)行淬火以及230-300℃下的高溫回火，使殘余奧氏體量不超過8體積％，并使硬度不小于HRC 60，其中在這種材料中，C的含量為0.95-1.10質(zhì)量％，Si或A1的含量為1.0-2.0質(zhì)量％，Mn的含量不超過1.15質(zhì)量％，Cr的含量為0.90-1.60質(zhì)量％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，并且O的含量不超過13ppm。按照該日本專利公開No.2013772描述的技術(shù)，可提高高溫尺寸穩(wěn)定性，并可防止硬度降低。
JP-A-2001-221238提出，通過對一種材料進(jìn)行加工，將材料成形為預(yù)定形狀，然后對其進(jìn)行淬火和回火，使?jié)L道表面的硬度不小于HRC 57，并在其上分散并析出直徑50-500nm微細(xì)碳化物，其中在這種材料中，C的含量為0.4-1.2質(zhì)量％，Si和Al的含量為0.7-2.0質(zhì)量％，Mn的含量為0.2-2.0質(zhì)量％，Ni的含量為0.1-3.0質(zhì)量％，Cr的含量為3.0-9.0質(zhì)量％，通過下面的方程計(jì)算的Cr的當(dāng)量為9.0-17.0質(zhì)量％。
Cr當(dāng)量＝[Cr]+2[Si]+1.5[Mo]+5[V]+5.5[Al]+1.75[Nb]+1.5[Ti]…(1)其中在上述方程(1)中，[Cr]、[Si]、[Mo]、[V]、[Al]、[Nb]和[Ti]表示Cr、Si、Mo、V、Al、Nb和Ti的含量(質(zhì)量％)。
按照J(rèn)P-A-2001-221238，由于分散并析出在滾道表面上的微細(xì)碳化物捕集氫，因此抑制了在滾道表面上發(fā)生早期剝落。
另外，提出了各種滾動軸承，即使當(dāng)異物進(jìn)入并保留在滾動軸承內(nèi)部潤滑劑中的情況時(shí)在存在外來雜質(zhì)的潤滑下使用滾動軸承的情況下，也能保持長壽命。
例如，日本專利公開No.22138103和2128328提出了這樣的技術(shù)，其中由異物產(chǎn)生的凹進(jìn)的邊緣部分上的應(yīng)力集中被釋放，以便抑制裂紋的產(chǎn)生，從而通過調(diào)節(jié)軸承環(huán)和滾動體表面層上的碳、殘余奧氏體和碳氮化物的量而延長滾動軸承的壽命。另外，日本專利公開No.3051944公開了一種通過在鋼組成、內(nèi)部硬度和表面硬度方面控制來提供較高滾動疲勞壽命的軸承部件。
另一方面，滾針軸承(needle roller bearing)具有小的內(nèi)徑對外徑比。即它們是具有薄的厚度的軸承。但是，由于滾針軸承特征在于它們由于厚度而具有較大的負(fù)荷容量，因此滾針軸承能廣泛用在高負(fù)荷位置處，如在汽車變速器和發(fā)動機(jī)中。
下文中，例如，將描述行星齒輪軸承，其可旋轉(zhuǎn)地支撐在變速器等中廣泛使用的行星齒輪。在行星齒輪軸承中，斜齒輪通常用于平穩(wěn)傳輸來自與外環(huán)對應(yīng)的行星齒輪的力。因此，與內(nèi)環(huán)對應(yīng)的行星軸的運(yùn)行軌跡(running mark)變得偏離行星齒輪和斜齒輪之間的力關(guān)系。因此，不均勻的力被施加在布置在行星齒輪和行星軸之間的滾針軸承上。因此，產(chǎn)生邊緣負(fù)荷和傾斜，導(dǎo)致軸承壽命降低和產(chǎn)生粘蝕(seizing)的問題。
JP-A-2002-188643公開了一種技術(shù)，其中至少滾針軸承和內(nèi)部構(gòu)件之一由線性膨脹系數(shù)小于外部構(gòu)件的線性膨脹系數(shù)的鋼制成或由平均殘余奧氏體量不超過2％的鋼制成，借此抑制粘蝕和撬動(pry)，它們與將轉(zhuǎn)速增至更高的趨勢有關(guān)系。
此外，日本專利公開No.2541160公開了一種由合金鋼制成的滾動軸承，其中相對于至少軸承環(huán)和滾動體之一的表面層調(diào)整合金鋼中殘余奧氏體(γR)的量和C、Cr和Mo的含量，經(jīng)過滲碳或碳氮共滲的表面層的表面硬度(Hv)和殘余奧氏體量滿足預(yù)定的關(guān)系。
另外，由于在與諸如太陽齒輪的齒輪相同的容器中使用行星齒輪軸承，因此引起由于齒輪間相對接觸和滑動產(chǎn)生的硬質(zhì)異物進(jìn)入齒輪中潤滑油的問題，并嚴(yán)重影響軸承的壽命。
通常，為了克服這些問題，已實(shí)施了材料改良和間隙正常化(normalization ofclearance)。即，使用NSK Technical Journal No.656(1993年)中描述的碳氮共滲處理技術(shù)，增加了軸承鋼或滲碳鋼的表面層中殘余奧氏體的量，并使圓周間隙和徑向間隙適當(dāng)，借此嘗試釋放凹進(jìn)邊緣上的應(yīng)力集中，以便延長軸承壽命。
專利文獻(xiàn)No.1日本專利未審公開No.JP-A-2003-343577專利文獻(xiàn)No.2日本專利已審公開No.JP-B-2883460專利文獻(xiàn)No.3日本專利已審公開No.JP-B-2013772專利文獻(xiàn)No.4日本專利未審公開No.JP-A-2001-221238專利文獻(xiàn)No.5日本專利已審公開No.JP-B-2138103專利文獻(xiàn)No.6日本專利已審公開No.JP-B-2128328專利文獻(xiàn)No.7日本專利已審公開No.JP-B-205944專利文獻(xiàn)No.8日本專利未審公開No.JP-A-2002-188643專利文獻(xiàn)No.9日本專利已審公開No.JP-B-2541160
非專利文獻(xiàn)No.1Automobiles Technologies Association Inc.的學(xué)術(shù)演講會預(yù)先印制的出版物No.30-02(2002年)。
非專利文獻(xiàn)No.2NSK TechnicalJournal No.656(1993年)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題不考慮為了更好的改進(jìn)而提出的上述常規(guī)技術(shù)，當(dāng)期望在使用滾動軸承的環(huán)境中，進(jìn)一步需求高溫和高速，導(dǎo)致與制造尺寸更小和重量更輕并能提供更高性能和更高產(chǎn)出的趨勢有關(guān)的更苛刻條件時(shí)，仍需要進(jìn)一步改進(jìn)。另外，在有效抑制由于氫聚積到應(yīng)力場上造成的早期剝落方面還留有改進(jìn)空間。
于是，進(jìn)行本發(fā)明以提供一種滾動軸承，即使在高溫和高速以及在使用具有高摩擦系數(shù)和低粘度的潤滑油存在外來雜質(zhì)的潤滑的苛刻條件下使用軸承的情況下，該滾動軸承也能保持高的尺寸穩(wěn)定性和長的壽命。
解決問題的手段為了解決問題，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種滾動軸承，包括外環(huán)、內(nèi)環(huán)和以自由滾動的方式布置在外環(huán)和內(nèi)環(huán)之間的多個(gè)滾動體，其中選自外環(huán)、內(nèi)環(huán)和滾動體的至少一種構(gòu)件是這樣的C的含量不小于0.2wt％，不超過0.6wt％；Cr的含量不小于2.5wt％，不超過7.0wt％；Mn的含量不小于0.5wt％，不超過2.0wt％；Si的含量不小于0.1wt％，不超過1.5wt％；Mo的含量不小于0.5wt％，不超過3.0wt％；對該構(gòu)件進(jìn)行滲碳處理或碳氮共滲處理、淬火處理和回火處理；該構(gòu)件表面上殘余奧氏體的量按體積比計(jì)不小于15％，不超過45％；和表面硬度不小于HRC 60。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種滾動軸承，包括外環(huán)、內(nèi)環(huán)和以自由滾動的方式布置在外環(huán)和內(nèi)環(huán)之間的多個(gè)滾動體，其中選自外環(huán)、內(nèi)環(huán)和滾動體的至少一種構(gòu)件是這樣的
C的含量不小于0.8wt％，不超過1.2wt％；Cr的含量不小于2.0wt％，不超過4.0wt％；Mn的含量不小于0.1wt％，不超過2.0wt％；Si的含量不小于0.5wt％，不超過1.5wt％；Mo的含量不小于0.1wt％，不超過2.0wt％；對該構(gòu)件進(jìn)行滲碳處理或碳氮共滲處理、淬火處理和回火處理；該構(gòu)件表面上殘余奧氏體的量按體積比計(jì)不小于15％，不超過45％；和表面硬度不小于HRC 60。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，所選的構(gòu)件還是這樣的其表面上碳濃度和氮濃度之和不小于1.0wt％，不超過2.5wt％。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，所選的構(gòu)件還是這樣的V的含量不超過2.0wt％；和Ni的含量不超過2.0wt％。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，所選的構(gòu)件還是這樣的至少碳化物和碳氮化物的之一的析出物的殘余量(residual)按面積比計(jì)不小于15％，不超過35％。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，所選的構(gòu)件還是這樣的析出物為Fe-Cr、Mo體系析出物，包括M7C3型、M23C6型、M7(C，N)3型和M23(C，N)6型復(fù)合碳氮化物的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，所選的構(gòu)件還是這樣的Fe-Cr、Mo體系析出物包含總計(jì)30wt％或更多的Cr和Mo。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，所選的構(gòu)件還是這樣的在其表面層部分處的壓縮殘余應(yīng)力的最大值不小于150MPa，不超過2000MPa。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，所述滾動軸承為滾針軸承，所選構(gòu)件為內(nèi)環(huán)和滾動體中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的第十方面，所選的構(gòu)件還是這樣的平均殘余奧氏體量按體積比計(jì)不超過8％。
根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，所選的構(gòu)件還是這樣的平均殘余奧氏體量不超過Cr和Mo含量總和的2.5倍。
值得注意的是，本發(fā)明的滾動軸承的滾動表面優(yōu)選用摩擦系數(shù)為0.10或更高和100℃下動粘度為8cst的潤滑油潤滑。
另外，本發(fā)明的滾動軸承可被應(yīng)用于支撐由發(fā)動機(jī)動力驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸的滾動軸承。
另外，本發(fā)明的滾動軸承可用于支撐繞其卷繞輪帶式無級變速器的傳動帶的帶輪。
此外，在應(yīng)用碳氮共滲處理的情況下，當(dāng)表面氮濃度不小于0.1wt％時(shí)，耐磨性增加，但當(dāng)它超過0.5wt％時(shí)，磨削加工變得難以進(jìn)行。因此，表面氮濃度優(yōu)選不小于0.1wt％，不超過0.5wt％，更優(yōu)選不小于0.2wt％，不超過0.3wt％。
下文中，將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)方面的數(shù)值限制的臨界重要性。
C(碳)為通過溶解在基本成分中并在淬火和退火并與碳化物形成元素如Fe、Cr、Mo和V結(jié)合后增加強(qiáng)度而提高耐磨性的有效元素。當(dāng)C的含量小于0.2wt％時(shí)，產(chǎn)生δ鐵素體，并可能出現(xiàn)韌性降低的情況。另外，增加了形成硬化層至足夠深度所需要的滲碳或碳氮共滲過程的持續(xù)時(shí)間，并可能出現(xiàn)要求成本顯著增加的情況。
注意C含量的優(yōu)選范圍為0.25-0.5％。
Cr(鉻)為通過溶解在基本成分中增加淬透性、耐回火軟化性、耐蝕性和滾動疲勞壽命的有效元素。另外，Cr還為通過使填隙固溶體元素如C和N(氮)的移動困難來穩(wěn)定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和抑制由氫聚積到應(yīng)力場造成的早期剝落的有效元素。此外，由于較硬的復(fù)合碳化物如(Fe，Cr)3C或(Fe，Cr)7C3和較硬的復(fù)合碳氮化物如(Fe，Cr)3(C，N)或(Fe，Cr)7(C，N)3少量分布在鋼中，因此Cr具有增加耐磨性的作用。
當(dāng)Cr的含量超過7.0％時(shí)，會降低冷加工性、切削性和滲碳處理質(zhì)量，并可能出現(xiàn)要求顯著成本增加的情況。另外，可能出現(xiàn)形成粗的大共晶碳化物和共晶碳氮化物而顯著降低滾動疲勞壽命和強(qiáng)度的情況。注意Cr的優(yōu)選范圍為2.5-6.0％。
Mn(錳)為通過在生產(chǎn)鋼時(shí)用作脫氧劑和降低Ms(馬氏體轉(zhuǎn)變)點(diǎn)來確保殘余奧氏體量和增加淬透性的有效元素。當(dāng)Mn的含量超過2.0％時(shí)，由于不僅冷加工性和切削性被降低，而且馬氏體轉(zhuǎn)變初始溫度被顯著降低，因此在滲碳處理后殘留了大量殘余奧氏體且不能獲得足夠的硬度。注意Mn含量的優(yōu)選范圍為0.8-1.5％，它的更優(yōu)選范圍為0.8-1.2％。
由于Si(硅)類似于Mn用作生產(chǎn)鋼時(shí)的脫氧劑和類似于Cr和Mn溶解在基本成分中增強(qiáng)馬氏體，因此硅為延長軸承壽命的有效元素。為了得到這種效果，Si含量需要不小于0.1％。另一方面，Si含量超過1.5％，則可能出現(xiàn)切削性、可鍛性、冷加工性和滲碳處理質(zhì)量被降低的情況。注意Si含量的優(yōu)選范圍為0.1-0.7％。
Mo(鉬)為類似于Cr溶解在基本成分中增加淬透性、耐回火軟化性、耐蝕性和耐滾動疲勞性的有效元素。另外，鉬為類似于Cr通過使填隙固溶體元素如C和N的移動困難來穩(wěn)定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和抑制由氫聚積到應(yīng)力場造成的早期剝落的有效元素。此外，鉬還有通過形成少量碳化物如Mo2C和少量碳氮化物如Mo2(C，N)來增加耐磨性的作用。
當(dāng)Mo含量超過3.0％時(shí)，冷加工性和切削性被降低，并可能引發(fā)要求顯著成本增加的風(fēng)險(xiǎn)。另外，可能造成形成粗的大共晶碳化物和共晶碳氮化物而顯著降低滾動疲勞壽命和強(qiáng)度的情況。注意Mo含量的優(yōu)選范圍為0.5-1.5％。
V(釩)為形成溶解在其中的碳化物、氮化物和碳氮化物的有效元素，并形成少量碳化物如VC，少量氮化物如VN和少量碳氮化物如V(C，N)，從而增加強(qiáng)度和耐磨性。另外，類似于Cr和Mo，V為通過使填隙固溶體如C和N的移動困難來穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和抑制由氫聚積到應(yīng)力場造成的早期剝落的有效元素。
為了獲得這種效果，盡管優(yōu)選盡可能多地增加V的含量，但在相關(guān)含量太多的情況下，冷加工性和切削性被降低，并可能引起要求顯著成本增加的情況。另外，可能引起形成粗的大共晶碳化物和共晶碳氮化物而顯著降低滾動疲勞壽命和強(qiáng)度的風(fēng)險(xiǎn)。因此，確定V含量的上限為2.0％。

Ni(鎳)為穩(wěn)定奧氏體、抑制δ鐵素體形成和增加韌性的有效元素。另一方面，在Ni含量太大的情況下，殘留了大量殘余奧氏體且不能獲得足夠的淬火硬度。因此，確定Ni含量的上限為2.0％。
首先，在通過鍛造或機(jī)械加工將按上文所述成形的鋼制材料加工成預(yù)定形狀后，進(jìn)行滲碳處理或碳氮共滲處理。通過在為滲碳引入RX氣體加富氣和為碳氮共滲引入RX氣體加富氣加氨氣的爐中在900-960℃的周圍溫度下加熱材料并保持它被加熱幾小時(shí)來進(jìn)行這種滲碳處理或碳氮共滲處理。
然后，盡管進(jìn)行淬火過程和回火過程，但當(dāng)在滲碳或碳氮共滲后直接進(jìn)行淬火時(shí)，產(chǎn)生主要包括大粒徑的殘余奧氏體和透鏡狀馬氏體的結(jié)構(gòu)，難以獲得壽命提高效果。因此，優(yōu)選在滲碳或碳氮共滲后將材料暫時(shí)保持在等于或低于A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度下或冷卻到室溫，然后再次加熱到820-900℃的溫度下以淬火和在大約160-200℃的溫度下回火，借此獲得良好的結(jié)構(gòu)，其中當(dāng)滲碳時(shí)少量硬的碳化物和碳氮共滲時(shí)碳氮化物被均勻地分散在包括馬氏體和奧氏體的基質(zhì)中。
通過使構(gòu)成滾動表面的表面層部分處的C和N的含量應(yīng)不小于1.0％、優(yōu)選不小于1.2％，能使硬度、殘余奧氏體量和由碳化物和碳氮化物中至少一種組成的析出物的殘余量落在下面的范圍內(nèi)。另一方面，當(dāng)表面層部分處的C和N的總含量太多時(shí)，由于得到的析出物變粗和變大，從而降低了滾動疲勞壽命，確定其上限為2.5％。
為了降低滾動表面的磨損和表面疲勞以增加滾動疲勞壽命，構(gòu)成滾動表面的表面層部分的硬度需要不小于洛氏硬度HRC 60。注意表面層部分硬度的優(yōu)選范圍為不小于HRC 61。
構(gòu)成滾動表面的表面層部分處的殘余奧氏體用于降低表面疲勞。為了獲得這種效果，殘余奧氏體量需要不小于15％。另一方面，表面層部分處的殘余奧氏體量超過45％時(shí)，由于可能引起硬度被降低和當(dāng)制造軸承時(shí)在軸承環(huán)上產(chǎn)生變形的情況，因此確定殘余奧氏體量的上限為45％。注意表面層部分處的殘余奧氏體量的優(yōu)選范圍為20-40％。
在滾動表面上的潤滑膜部分破損從而使通過摩擦化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氫離子進(jìn)入并分散在鋼中時(shí)，構(gòu)成滾動表面的表面層部分中存在的碳化物和碳氮化物捕集這樣分散的氫離子，從而抑制氫聚積到應(yīng)力場上。
當(dāng)由碳化物和碳氮化物中至少一種組成的析出物的滾動表面內(nèi)殘余小于15％時(shí)，不能充分獲得這種效果。另一方面，當(dāng)析出物殘余超過35％時(shí)，碳化物和碳氮化物變粗變大，從而降低了滾動疲勞壽命。
為了抑制滾動表面上裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，表面部分處壓縮殘余應(yīng)力的最大值需要不小于150MPa。另一方面，為了給予表面層部分超過2000MPa的壓縮殘余應(yīng)力，要求成本增加，因?yàn)闄C(jī)械加工如噴丸硬化處理變得必需。
當(dāng)殘余奧氏體的量大時(shí)，當(dāng)經(jīng)受力矩負(fù)荷和邊緣負(fù)荷并產(chǎn)生傾斜時(shí)，可能存在易于產(chǎn)生變形的危險(xiǎn)，導(dǎo)致短的軸承壽命。此外，當(dāng)在高溫下使用時(shí)，由于殘余奧氏體被分解產(chǎn)生尺寸變化，因而可能引起間隙被減小從而產(chǎn)生粘蝕的風(fēng)險(xiǎn)。因此，平均殘余奧氏體量需要不超過8vol％。
接下來，將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的第二方面的數(shù)值限制的臨界重要性。
C(碳)為通過溶解在基本成分中并在淬火和退火并與碳化物形成元素如Fe、Cr、Mo和V結(jié)合后增加強(qiáng)度而提高耐磨性的有效元素。當(dāng)C的含量超過1.2wt％時(shí)，生產(chǎn)鋼時(shí)易于形成粗的大共晶碳化物和共晶碳氮化物，從而降低滾動疲勞壽命和強(qiáng)度，并降低可鍛性、冷加工性和切削性，從而導(dǎo)致要求成本增加的風(fēng)險(xiǎn)。注意C含量的優(yōu)選范圍為0.9-1.1％。
Cr(鉻)為通過溶解在基本成分中增加淬透性、耐回火軟化性、耐蝕性和滾動疲勞壽命的有效元素。另外，Cr還為通過使填隙固溶體元素如C和N(氮)的移動困難來穩(wěn)定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和抑制由氫聚積到應(yīng)力場造成的早期剝落的有效元素。此外，由于較硬的復(fù)合碳化物如(Fe，Cr)3C或(Fe，Cr)7C3和較硬的復(fù)合碳氮化物如(Fe，Cr)3(C，N)或(Fe，Cr)7(C，N)3少量分布在鋼中，因此Cr具有增加耐磨性的作用。
當(dāng)Cr的含量小于2.0％時(shí)，由于Fe3C和Fe3(C，N)析出，因此產(chǎn)生早期剝落。注意Cr含量的優(yōu)選范圍為2.5-3.5％。
Mn(錳)為通過在生產(chǎn)鋼時(shí)用作脫氧劑和降低Ms(馬氏體轉(zhuǎn)變)點(diǎn)來確保殘余奧氏體量和增加淬透性的有效元素。為了獲得這種效果，確定Mn含量不小于0.1％。另一方面，當(dāng)Mn的含量超過2.0％時(shí)，由于馬氏體轉(zhuǎn)變初始溫度被大大降低，因此可能引起在滲碳處理后殘留了大量殘余奧氏體的情況，從而不能獲得足夠的硬度且降低了冷加工性和切削性。從上述觀點(diǎn)出發(fā)，注意Mn含量的優(yōu)選范圍為0.5-1.5％。
由于Si(硅)類似于Mn用作生產(chǎn)鋼時(shí)的脫氧劑和溶解在基本成分中增強(qiáng)馬氏體，因此硅為延長軸承壽命的有效元素。為了得到這種效果，確定Si含量不超過1.5％。另外，通常，由于它能降低軸承的切削性、可鍛性和冷加工性，因此確定Si的含量為0.2-0.5％。但是，為了增加耐回火軟化性和抗高溫性能，在本專利申請中，確定Si含量的下限為0.5％。注意Si含量的優(yōu)選范圍為0.8-1.2％。
Mo(鉬)為類似于Cr溶解在基本成分中增加淬透性、耐回火軟化性、耐蝕性和耐滾動疲勞性的有效元素。另外，鉬為類似于Cr通過使填隙固溶體元素如C和N的移動困難來穩(wěn)定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和抑制由氫聚積到應(yīng)力場造成的早期剝落的有效元素。此外，鉬還有通過形成少量碳化物如Mo2C和少量碳氮化物如Mo2(C，N)來增加耐磨性的作用。
為了獲得這種效果，Mo的含量需要不小于0.1％。盡管優(yōu)選確定Mo的含量盡可能多，但當(dāng)Mo含量太多時(shí)，可能引起冷加工性和切削性被降低以要求大的成本增加和形成粗的大共晶碳化物和共晶碳氮化物而大大降低所得軸承的滾動疲勞壽命和強(qiáng)度的風(fēng)險(xiǎn)。注意Mo含量的優(yōu)選范圍為0.5-1.5％。
通常，軸承鋼(SUJ1-5)中包含的大多數(shù)碳化物用M3C(包括三個(gè)金屬原子和一個(gè)碳原子)型Fe3C表示。但是，當(dāng)合金元素如Cr和Mo被加入到鋼中時(shí)，碳化物的晶體結(jié)構(gòu)變化，發(fā)生從MC3型碳化物到M7C3型或M23C6型Fe-Cr、Mo體系復(fù)合碳化物的相變。類似的相變發(fā)生在碳氮化物的晶體結(jié)構(gòu)上，從M3(C，N)型碳氮化物到M7(C，N)3型或M23(C，N)6型Fe-Cr、Mo體系復(fù)合碳氮化物。
尤其對于用于輪帶式無級變速器的軸承，本發(fā)明人等注意到當(dāng)上述相變發(fā)生時(shí)，在用于輪帶式無級變速器的軸承上易于產(chǎn)生早期剝落的事實(shí)。于是，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，通過使包括上述復(fù)合碳化物和復(fù)合碳氮化物的至少一種的Fe-Cr、Mo體系析出物預(yù)先被分散和析出以便在輪帶式無級變速器的使用中難以產(chǎn)生相變，可在使用軸承的同時(shí)抑制輪帶式無級變速器用軸承中固有的早期剝落。
為了獲得這種效果，滾動表面上由碳化物和碳氮化物中至少一種組成的析出物的30％或以上(面積比)優(yōu)選由Fe-Cr、Mo體系析出物組成，F(xiàn)e-Cr、Mo體系析出物由至少M(fèi)7C3型或M23C6型復(fù)合碳化物和M7(C，N)3型或M23(C，N)6型復(fù)合碳氮化物之一組成。
由于Fe的熔點(diǎn)為1536℃，Cr的熔點(diǎn)為1857℃和Mo的熔點(diǎn)為2617℃，因此M7C3型或M23C6型Fe-Cr、Mo體系復(fù)合碳化物和M7(C，N)3型或M23(C，N)6型Fe-Cr、Mo體系復(fù)合碳氮化物的熔點(diǎn)高于M3C型Fe3C和M3(C，N)型Fe3(C，N)的熔點(diǎn)。因此，由于可通過確定Fe-Cr、Mo體系析出物的Cr和Mo的總含量不小于30％來進(jìn)一步提高Fe-Cr、Mo體系析出物的熔點(diǎn)，因此可進(jìn)一步抑制相變。
O(氧)和Ti(鈦)分別構(gòu)成氧化物體系插入物質(zhì)和Ti體系插入物質(zhì)，并優(yōu)選它們的含量是小的。因此，O的含量優(yōu)選不超過12ppm，Ti的含量優(yōu)選不超過30ppm。


為示出作為根據(jù)本發(fā)明滾動軸承實(shí)施方案的深槽滾珠軸承的構(gòu)造的局部垂直截面圖；[圖2]為示出在根據(jù)圖1所示實(shí)施方案的合金鋼中Cr含量和軸承壽命L10之間關(guān)系的圖示；[圖3]為示出實(shí)施方案中所用壽命試驗(yàn)設(shè)備的示意圖；[圖4]為示出作為發(fā)動機(jī)輔助設(shè)備的示例的交流發(fā)電機(jī)的截面圖； 為行星齒輪單元的分解透視圖；[圖6]為圖5所示行星齒輪單元的主要部分的截面圖；[圖7]為結(jié)合了行星齒輪單元的自動變速器的截面圖；[圖8A]為說明減速機(jī)構(gòu)的工作原理的圖示；[圖8B]為說明減速機(jī)構(gòu)的工作原理的圖示；[圖8C]為說明減速機(jī)構(gòu)的工作原理的圖示；[圖8D]為說明減速機(jī)構(gòu)的工作原理的圖示；[圖9]為說明行星軸的耐久性試驗(yàn)方法的截面圖；和[圖10]為顯示在實(shí)施方案的壽命試驗(yàn)中使用的輪帶式無級變速器的構(gòu)造的示意圖。
附圖標(biāo)記說明1內(nèi)環(huán)；2外環(huán)；3滾珠(滾動體)；120交流發(fā)電機(jī)(發(fā)動機(jī)的輔助設(shè)備)；121旋轉(zhuǎn)軸；122帶輪；123，124滾動軸承；203行星齒輪單元；211太陽齒輪；212環(huán)形齒輪；213行星齒輪；214托架；215行星軸；217滾針；220行星軸；221外環(huán)；222滾針；301主帶輪(輸入軸側(cè)帶輪)；301a，301b滾動軸承；302副帶輪(輸出側(cè)帶輪)；302a，302b滾動軸承；303傳動帶；310輸入軸；320輸出軸。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的滾動軸承的第一種實(shí)施方案。
圖1中所示的深槽滾珠軸承包括內(nèi)環(huán)1、外環(huán)2和多個(gè)以自由滾動方式布置在內(nèi)環(huán)1和外環(huán)2之間的滾珠(滾動體)3。至少內(nèi)環(huán)1、外環(huán)2和滾珠3之一由合金鋼制成，該合金鋼包含不小于0.2質(zhì)量％、不超過0.6質(zhì)量％的碳，不小于2.5質(zhì)量％、不超過7質(zhì)量％的鉻，不小于0.5質(zhì)量％、不超過2質(zhì)量％的錳，不小于0.1質(zhì)量％、不超過1.5質(zhì)量％的硅，不小于0.5質(zhì)量％、不超過3質(zhì)量％的鉬。然后，進(jìn)行滲碳處理或碳氮共滲處理，并在內(nèi)環(huán)1和外環(huán)2的滾道表面以及滾珠3的滾動表面上形成通過這種熱處理硬化的表面層部分。另外，殘余奧氏體的量不小于15vol％，不超過45vol％，平均殘余奧氏體量(單位為體積％)不超過合金鋼中鉻含量(單位為質(zhì)量％)和鉬含量(單位為質(zhì)量％)總和的2.5倍。即使在高溫和用包含異物的潤滑油潤滑的情況下使用按如上所述構(gòu)造的深槽滾珠軸承，軸承仍具有良好的尺寸穩(wěn)定性和長的壽命。
實(shí)施方案1通過參考實(shí)施方案更具體地描述本發(fā)明。制備由具有表1中所示的組成的各種合金鋼制成的內(nèi)環(huán)和外環(huán)以及由稱為SUJ2的JIS鋼型制成的滾動體，并制造標(biāo)號為6206的深槽滾珠軸承用于耐久性試驗(yàn)。值得注意的是，除C、Si、Mn、Cr、Mo外的合金鋼組成為鐵和不可避免的雜質(zhì)。另外，表1中的鋼型H是命名為SUJ2的JIS鋼型。此外，表1中數(shù)值下的下劃線表示帶下劃線的數(shù)值偏離本發(fā)明的建議范圍。


通過如下方式制造內(nèi)環(huán)和外環(huán)通過對合金鋼車削以使其成形至預(yù)定尺寸而進(jìn)行切削過程，對這樣成形的合金鋼進(jìn)行滲碳處理或碳氮共滲處理，這將在下文中描述，在預(yù)定溫度下對這樣滲碳或碳氮共滲的合金鋼進(jìn)行淬火和回火，然后對這樣淬火和回火的合金鋼進(jìn)行精磨。滲碳處理?xiàng)l件是這樣的氣氛為RX氣體和富氣的混合物，處理持續(xù)時(shí)間為約3-5小時(shí)，處理溫度為900-960℃。然后，將這樣處理的合金鋼空冷至常溫，在840℃下淬火1小時(shí)并進(jìn)一步在180℃下回火2小時(shí)。碳氮共滲處理?xiàng)l件是這樣的氣氛為RX氣體、富氣和氨氣(5％)的混合物，處理的持續(xù)時(shí)間為約3-5小時(shí)，處理溫度為900-960℃。然后，對合金鋼進(jìn)行油冷，然后在與進(jìn)行滲碳處理的那些條件相同的條件下淬火和回火。
對這樣得到的內(nèi)環(huán)和外環(huán)的性質(zhì)(表面殘余奧氏體量(γR)和平均殘余奧氏體量(γR平均))匯總而示于表2中。另外，對合金鋼中鉻含量Cr％和鉬含量Mo％之和(下文中稱為[Cr％+Mo％])和平均殘余奧氏體量(γR平均)與Cr％+Mo％之比(γR平均/Cr％+Mo％)匯總而示于表2中。值得注意的是，通過X-射線衍射方法測量殘余奧氏體量(γR)。另外，表2中數(shù)值下的下劃線表示帶下劃線的數(shù)值偏離本發(fā)明的建議范圍。


接下來，將描述耐久性試驗(yàn)方法。在軸向負(fù)荷為3.5GPa和轉(zhuǎn)動速度為3000min-1同時(shí)浸入潤滑油中的條件下，轉(zhuǎn)動通過將內(nèi)環(huán)、外環(huán)和滾動體裝配到一起得到的深槽滾珠軸承。然后，將至少內(nèi)環(huán)和外環(huán)之一中產(chǎn)生剝落和粘蝕時(shí)的時(shí)間點(diǎn)視為壽命，并測量90％剩余壽命(L10壽命)。當(dāng)即使在深槽滾珠軸承被轉(zhuǎn)動1500小時(shí)的情況下既沒有產(chǎn)生剝落又沒有產(chǎn)生粘蝕時(shí)，確定L10壽命為1500小時(shí)。值得注意的是，使用ISO粘度為ISO VGI150的潤滑油作為潤滑油，并確定潤滑油的溫度為160℃。另外，向這種潤滑油中加入直徑為74-147μm的鋼粉末(硬度為Hv600)作為異物。
耐久性試驗(yàn)的結(jié)果示于表2中。從表2看出，實(shí)施例1-7的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于對比例1-11的壽命。特別地，由于實(shí)施例1-6在合金鋼中的Cr含量、表面殘余奧氏體量和平均殘余奧氏體量(γR平均/[Cr％+Mo％]的值)方面都表現(xiàn)出優(yōu)選的值，因此即使在較高的溫度下和在用其中摻有異物的潤滑油潤滑的情況下，實(shí)施例中也完全沒有產(chǎn)生剝落和粘蝕。另外，對于實(shí)施例7，盡管Cr含量落在優(yōu)選的范圍內(nèi)，但由于Cr含量稍大，因此產(chǎn)生非晶態(tài)碳化物并且該實(shí)施例的壽命比實(shí)施例3-6的壽命稍短。
與此相反，對于對比例1-9，由于合金鋼的組成偏離本發(fā)明的范圍，因此與實(shí)施例1-7相比，它們的壽命短。對比例1、2由SUJ2制成，在對比例1的情況下，對其進(jìn)行淬透，在對比例2的情況下，對其進(jìn)行碳氮共滲處理。由于對對比例2進(jìn)行了碳氮共滲處理，因此盡管對比例2的壽命比對比例1的長，但對比例2的壽命與各個(gè)實(shí)施例相比明顯短。
另外，盡管對比例3、4在表面殘余奧氏體量和平均殘余奧氏體量(γR 平均/[Cr％+Mo％]的值)方面落在優(yōu)選范圍內(nèi)，但由于其Cr含量在優(yōu)選范圍外，因此其壽命短。此外，由于對比例5-9的C、Si、Mn、Mo任何一個(gè)都在優(yōu)選范圍之外，因此它們的壽命短。此外，在對比例10、11的情況下，盡管合金鋼的組成是可優(yōu)選的，但對比例10的平均殘余奧氏體量(γR平均/[Cr％+Mo％]的值)不是優(yōu)選值和對比例11的表面殘余奧氏體量不是優(yōu)選值，因此產(chǎn)生粘蝕，且它們的壽命短。
這里，圖2中顯示了示出合金鋼中Cr含量和軸承壽命L10之間關(guān)系的圖示。該圖示繪制了實(shí)施例1-7和對比例3、4的試驗(yàn)結(jié)果。從該圖示中看出，當(dāng)Cr含量不小于2.5質(zhì)量％且不超過7質(zhì)量％時(shí)，軸承的壽命長，而當(dāng)Cr含量不小于2.5質(zhì)量％且不超過6質(zhì)量％時(shí)，其壽命長。
實(shí)施方案2接下來，將根據(jù)第二種實(shí)施方案和對比例證實(shí)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
首先，將由組成如表3所示的鋼制成的材料A1至O1機(jī)械加工成標(biāo)號為6303的單列深槽滾珠軸承(內(nèi)徑17mm，外徑47mm，寬度14mm)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)形狀。在表3中，對偏離本發(fā)明范圍的所含組分的含量加下劃線。


然后，將由除G1外的材料制成的內(nèi)環(huán)和外環(huán)加熱到900-960℃，作為在RX氣體加富氣加氨氣的氣氛(碳勢Cp0.8-1.2，氨氣3-5％)下的熱處理，保持這樣被加熱2-8小時(shí)以進(jìn)行碳氮共滲處理，進(jìn)行油淬，并在大氣中在160-180℃下保持1.5-2小時(shí)以回火。
另一方面，將由材料G1制成的內(nèi)環(huán)和外環(huán)加熱到840℃作為熱處理，保持這樣被加熱20-60分鐘以淬火，然后進(jìn)行油淬和再在大氣中在170℃下保持2小時(shí)以回火。
通過進(jìn)行這些熱處理，在由除材料G1外的材料制成的內(nèi)環(huán)和外環(huán)的任何一個(gè)的表面層部分上分散和析出碳化物、氮化物和碳氮化物，在由材料G1制成的內(nèi)環(huán)和外環(huán)的表面層部分上分散和析出碳化物。然后，在熱處理后，對各種材料進(jìn)行磨削加工和表面精整加工。
用電子顯微分析儀在離滾道表面437μm(滾珠直徑8.73mm的5％)深的部分處測量構(gòu)成按上文所述得到的內(nèi)環(huán)和外環(huán)的滾道表面(滾動表面)的表面層部分處C和N的總含量(質(zhì)量比)。
另外，根據(jù)按照J(rèn)IS Z 2245規(guī)定的洛氏硬度試驗(yàn)方法測量表面層部分的硬度(洛氏硬度)。
此外，在離滾道表面437μm深的部分處用X-射線衍射設(shè)備測量表面層部分處的殘余奧氏體量(體積比)。
此外，在離滾道表面437μm深的部分處用X-射線衍射設(shè)備測量表面層部分處的殘余應(yīng)力最大值。用這種設(shè)備測量的殘余應(yīng)力的最大值為在X-射線穿透深度內(nèi)通過X-射線阻尼加權(quán)的平均值。
此外，按下面的方式測量滾道表面處由碳化物和碳氮化物組成的析出物的殘余量(面積比)(下文中，稱為滾道表面上碳化物等組成的析出物)。
首先，在進(jìn)行表面加工后，用腐蝕液(4g苦味酸+100ml乙醇)腐蝕滾道表面，然后使用1000x放大倍率的光學(xué)顯微鏡在30個(gè)視場中觀察0.5μm或更大的碳化物和碳氮化物。然后，通過圖象處理觀察的圖象測量每個(gè)視場的碳化物和碳氮化物的殘余量(面積比)，并計(jì)算30個(gè)視場的平均值。
對于測量結(jié)果，從10個(gè)具有相同組成的內(nèi)環(huán)和外環(huán)的測量結(jié)果計(jì)算的平均值也示于表4中。在表4中，對在本發(fā)明每種組成范圍外的那些加下劃線。
然后，將試驗(yàn)軸承、由歸為2型(SUJ2)的高碳鉻軸承鋼制成并進(jìn)行了碳氮共滲處理的滾珠和6-6尼龍制保持架設(shè)定在圖3所示的壽命試驗(yàn)設(shè)備10中，以在用P(加載負(fù)荷)/C(運(yùn)動額定負(fù)荷)＝0.10表達(dá)的負(fù)荷和80℃試驗(yàn)溫度的試驗(yàn)條件下進(jìn)行壽命試驗(yàn)，其中試驗(yàn)軸承包括編號從No.101到No.122且在鋼組成和熱處理方面不同的內(nèi)環(huán)和外環(huán)，如表4所示。這里，為每種試驗(yàn)軸承制備10個(gè)試驗(yàn)樣品，這樣制備的試驗(yàn)樣品中的任何一個(gè)都使用10-15μm的內(nèi)部間隙。
如圖3所示，在這種試驗(yàn)設(shè)備110中，旋轉(zhuǎn)軸103被支撐軸承104和試驗(yàn)軸承105支撐，徑向載荷Fp被加到環(huán)形帶107上，環(huán)形帶107繞固定到旋轉(zhuǎn)軸103一端的從動帶輪106和主動帶輪(固定到主動軸上的帶輪，該主動軸由與旋轉(zhuǎn)軸103平行設(shè)置的電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，在圖3中未示出該主動帶輪)卷繞，從而徑向載荷通過旋轉(zhuǎn)軸103被加到試驗(yàn)軸承104上。
旋轉(zhuǎn)軸103的另一端被支撐軸承104支撐，支撐軸承104的外環(huán)裝配在第一機(jī)架102A中，以適當(dāng)?shù)毓潭ㄓ谄渲?。第一機(jī)架102A固定于底座101上。第二機(jī)架102B固定與第一機(jī)架102A側(cè)端的試驗(yàn)軸承105上，試驗(yàn)軸承105的外環(huán)裝配在第二機(jī)架102B上，以適當(dāng)?shù)毓潭ㄓ谄渲?。第一機(jī)架102A和第二機(jī)架102B構(gòu)造成使得第一機(jī)架102A對支撐軸承104的支撐剛度高，而第二機(jī)架102B對試驗(yàn)軸承105的支撐剛度低。另外，在第二機(jī)架102B的上表面上安裝測振儀108，以檢測試驗(yàn)軸承105的振動。
在這種實(shí)施方案中，在以下假設(shè)的情況下進(jìn)行試驗(yàn)，例如在圖4所示的交流發(fā)電機(jī)中，在比目前環(huán)境苛刻的環(huán)境中使用滾動軸承123，123，滾動軸承123，123支撐帶輪122的旋轉(zhuǎn)軸121，圍繞帶輪122卷繞從發(fā)動機(jī)接受動力的傳動帶。也就是說，利用施加到圖3所示試驗(yàn)軸承105上的徑向載荷，通過每9秒在9000min-1和18000min-1之間的轉(zhuǎn)速內(nèi)改變進(jìn)行急劇的加速和減速試驗(yàn)。
進(jìn)行該壽命試驗(yàn)，直到在試驗(yàn)軸承的外環(huán)或內(nèi)環(huán)上產(chǎn)生剝落，測量直到產(chǎn)生剝落花費(fèi)的時(shí)間。然后，得到直到在落在根據(jù)Weibull分布函數(shù)從具有相同組成的10個(gè)試驗(yàn)軸承樣品的試驗(yàn)結(jié)果確定的短壽命側(cè)的10％內(nèi)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)上產(chǎn)生剝落花費(fèi)的總旋轉(zhuǎn)時(shí)間，這樣得到的總時(shí)間被確定為壽命(壽命L10)。結(jié)果也示于表4中。
另外，由于計(jì)算的試驗(yàn)軸承壽命為1350小時(shí)，因此當(dāng)達(dá)到1500小時(shí)時(shí)結(jié)束壽命試驗(yàn)。于是，當(dāng)即使在達(dá)到試驗(yàn)結(jié)束時(shí)間的情況下在內(nèi)環(huán)和外環(huán)上也都沒有產(chǎn)生剝落時(shí)，就確定它們的壽命L10為1500小時(shí)。



從表4看出，與至少內(nèi)環(huán)或外環(huán)之一的組成在本發(fā)明范圍之外的第108-122號試驗(yàn)軸承相比，內(nèi)環(huán)和外環(huán)的組成滿足本發(fā)明范圍的第101-107號試驗(yàn)軸承具有長的壽命。
在第101-107號中，與壓縮殘余應(yīng)力的最大值滿足優(yōu)選范圍(150-2000MPa)的第101-106號相比，構(gòu)成滾道表面的表面層部分處的壓縮殘余應(yīng)力的最大值偏離上述范圍的第107號壽命短。由此看出，通過將構(gòu)成滾道表面的表面層部分處的壓縮殘余應(yīng)力的最大值確定為150-2000MPa，可進(jìn)一步延長壽命。
另一方面，在第108和109號中，由于構(gòu)成滾道表面的表面層處的包括碳化物等的析出物的殘余量在本發(fā)明的范圍(15-35面積％)之外，因此它們的壽命比計(jì)算的壽命短。
在第110和111號中，由于構(gòu)成滾道表面的表面層部分處的殘余奧氏體量在本發(fā)明的范圍(15-45體積％)之外，因此它們的壽命比計(jì)算的壽命短。
在第112和113號中，由于構(gòu)成滾道表面的表面層部分處的殘余奧氏體量和包括碳化物等的析出物的殘余量在本發(fā)明的范圍之外，因此它們的壽命比第108-111號的壽命短。
在第114號中，由于試驗(yàn)軸承由SUJ2制成，因此C的含量大于本發(fā)明的范圍，Cr的含量小于本發(fā)明的范圍，構(gòu)成滾道表面的表面層部分處的殘余奧氏體量、殘余應(yīng)力最大值和包括碳化物等的析出物的殘余量在本發(fā)明的范圍之外，因此它的壽命比為其計(jì)算的壽命短。
在第115號中，由于制成所用材料H1的鋼中Cr的含量小于本發(fā)明的范圍，C和Cr的總含量在本發(fā)明的范圍之外，因此不能獲得構(gòu)成滾道表面的表面層部分處的足夠硬度，從而，它的壽命比它的計(jì)算壽命短。
在第116號中，由于制成所用材料I1的鋼中Cr的含量超過本發(fā)明的范圍，并且殘余奧氏體量和包括碳化物等的析出物的殘余量在本發(fā)明的范圍之外，因此它的壽命比它的計(jì)算壽命短。
在第117號中，由于制成所用材料J1的鋼中Cr的含量超過本發(fā)明的范圍，并且C和Cr的總含量和包括碳化物等的析出物的殘余量在本發(fā)明的范圍之外，因此它的壽命比它的計(jì)算壽命短。
在第118號中，由于制成所用材料K1的鋼中Si的含量超過本發(fā)明的范圍，并且構(gòu)成滾道表面的表面層處的壓縮殘余應(yīng)力的最大值和包括碳化物等的析出物的殘余量在本發(fā)明的范圍之外，因此它的壽命比它的計(jì)算壽命短。
在第119號中，由于制成所用材料L1的鋼中Mn的含量超過本發(fā)明的范圍，并且構(gòu)成滾道表面的表面層處的硬度和殘余奧氏體量偏離本發(fā)明的范圍，因此它的壽命比它的計(jì)算壽命短。
在第120號中，由于制成所用材料M1的鋼中Mo的含量超過本發(fā)明的范圍，并且產(chǎn)生粗的大晶體碳化物和共晶氮化物，因此它的壽命比它的計(jì)算壽命短。
在第121號中，由于制成所用材料N1的鋼中V的含量超過本發(fā)明的范圍，并且產(chǎn)生粗的大晶體碳化物和共晶氮化物，因此它的壽命比它的計(jì)算壽命短。
在第122號中，由于制成所用材料O1的鋼中Ni的含量超過本發(fā)明的范圍，并且構(gòu)成滾道表面的表面層部分處的C和N的總含量和硬度在本發(fā)明的范圍之外，因此其壽命比其計(jì)算壽命短。
因此，從上面結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即使在苛刻得多的環(huán)境下使用軸承也能延長軸承的壽命，只要產(chǎn)生具有滿足本發(fā)明范圍的編號101-107的組成的軸承內(nèi)環(huán)和外環(huán)即可。
實(shí)施方案3此外，參考附圖，將詳細(xì)描述要在行星齒輪組中使用的并構(gòu)成本發(fā)明第三種實(shí)施方案的滾針軸承。圖5為行星齒輪組的分解透視圖，圖6為行星齒輪組主要部分的截面圖。另外，圖7為結(jié)合了圖5所示行星齒輪組的自動變速器的截面圖。
從發(fā)動機(jī)(未示出)輸出的扭矩通過變矩器202被傳輸?shù)阶詣幼兯倨?01，然后通過由聯(lián)合的多個(gè)行星齒輪組203組成的減速機(jī)構(gòu)減為多個(gè)速度級。然后，這樣減速的扭矩被輸出至與輸出軸204連接的傳動路徑。
如圖5所示，行星齒輪組203包括其中穿過軸(未示出)的太陽齒輪211、與太陽齒輪211同心排列的環(huán)形齒輪212、與太陽齒輪211和環(huán)形齒輪212嚙合的多個(gè)行星齒輪213(圖5中是3個(gè))以及與太陽齒輪211和環(huán)形齒輪212同心排列并旋轉(zhuǎn)地支撐行星齒輪213的托架214。
如圖6所示，其為行星齒輪組203主要部分(即行星齒輪軸承部分)的截面圖，使固定到托架214上的行星軸215穿過行星齒輪213的中心，并以能在行星齒輪213的內(nèi)圓周表面上形成的滾道表面和行星軸215的外圓周表面上形成的滾道表面之間自由滾動的方式設(shè)置多個(gè)滾針217，從而使行星齒輪213靠著行星軸215自由轉(zhuǎn)動。
因此，徑向滾針軸承由行星齒輪213、行星軸215和滾針組成，這樣組成的徑向滾針軸承構(gòu)成行星齒輪軸承。
值得注意的是，滾針217可如圖6所示設(shè)置在單列中或設(shè)置在多列中。另外，行星齒輪軸承可為保持架滾子式滾針軸承。此外，該實(shí)施方案的行星軸215對應(yīng)于構(gòu)成本發(fā)明的組成要求的內(nèi)環(huán)，行星齒輪213對應(yīng)于也構(gòu)成相同要求的外環(huán)，滾針217對應(yīng)于也構(gòu)成相同要求的滾動體。
在這種實(shí)施方案中，至少行星軸215和滾針217之一由合金鋼制成，該合金鋼包含不小于0.2質(zhì)量％、不超過0.6質(zhì)量％的碳，不小于2.5質(zhì)量％、不超過7質(zhì)量％的鉻，不小于0.5質(zhì)量％、不超過2質(zhì)量％的錳，不小于0.1質(zhì)量％、不超過1.5質(zhì)量％的硅，不小于0.5質(zhì)量％、不超過3質(zhì)量％的鉬。然后，按碳氮共滲(或滲碳)、淬火和回火的順序施加熱處理，并將表面處碳濃度和氮濃度的總和確定為不小于1質(zhì)量％，不超過2.5質(zhì)量％。此外，將表面硬度確定為不小于HRC60，將殘余奧氏體量確定為不小于15體積％，不超過45體積％。另外，將平均殘余奧氏體量確定為不超過8體積％。
即使在高溫、高速條件下和在劣質(zhì)潤滑下使用時(shí)，具有上述組成的行星齒輪軸承也難以發(fā)生粘蝕、撬動等，并具有長的壽命。另外，即使在高溫下，由于殘余奧氏體的分解引起的尺寸變化也難以產(chǎn)生。此外，即使在軸承受到力矩載荷(moment load)時(shí)，也難以產(chǎn)生變形和損害(尤其是難以產(chǎn)生行星軸215的變形)。
雖然對熱處理?xiàng)l件沒有特殊限制，但在下文中仍顯示了示例。在通過鍛造或切削過程將上述合金鋼成形為所需形狀后，進(jìn)行碳氮共滲處理(或滲碳處理)。在引入例如RX氣體、富氣和氨氣的爐中進(jìn)行碳氮共滲處理(或滲碳處理)，然后將這樣形成的合金鋼在大約900-960℃的溫度下保持幾小時(shí)。當(dāng)在這種過程后直接進(jìn)行淬火時(shí)，會出現(xiàn)舊奧氏體的粒徑大和產(chǎn)生主要包括大的殘余奧氏體顆粒和透鏡狀馬氏體的結(jié)構(gòu)的趨勢，導(dǎo)致壽命不足。因此，在碳氮共滲處理(或滲碳處理)后，將受熱的合金鋼在轉(zhuǎn)變點(diǎn)A1的溫度下長時(shí)間保持一次或冷卻到室溫，然后，再次加熱合金鋼到大約820-900℃用于隨后的淬火，最后，在大約160-200℃的溫度下進(jìn)行回火。值得注意的是，在進(jìn)行上述熱處理的情況下，提供了良好的結(jié)構(gòu)，其中細(xì)的和高度硬的碳化物和碳氮化物被均勻地分散在包括馬氏體和奧氏體的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中。
這里，參考圖8，將描述減速機(jī)構(gòu)的工作原理。首先，在第一齒輪的情況下，如圖8A所示，通過設(shè)置太陽齒輪為主動齒輪和行星齒輪213(托架214)為從動齒輪并固定環(huán)形齒輪212可得到大的減速比。在第二齒輪的情況下，如圖8B所示，通過設(shè)置太陽齒輪211固定、行星齒輪213(托架214)為從動齒輪和環(huán)形齒輪212為主動齒輪可得到中等減速比。在第三齒輪的情況下，如圖8C所示，可通過設(shè)置太陽齒輪211固定、行星齒輪213(托架214)為主動齒輪和環(huán)形齒輪212為從動齒輪可得到小的減速比。值得注意的是，在逆轉(zhuǎn)齒輪的情況下，如圖8D所示，通過設(shè)置太陽齒輪211為從動齒輪、行星齒輪213(托架214)固定和環(huán)形齒輪212為主動齒輪可將要被輸出的扭矩的轉(zhuǎn)動方向相對于被輸入的扭矩反轉(zhuǎn)。
實(shí)施例下文中，將通過示出實(shí)施例而更詳細(xì)地描述本發(fā)明。制備由具有如表5中所示的組成的各種合金鋼制成的行星軸(外徑為12.2mm，長度為28.2mm)，并進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。值得注意的是，合金鋼中除C、Si、Mn、Cr和Mo以外的其它成分為鐵和不可避免的雜質(zhì)。另外，表5中所示的鋼型G2為JIS鋼型SUJ2。


通過如下方式制造行星軸通過對合金鋼車削以使其成形至預(yù)定尺寸而進(jìn)行切削過程，對這樣確定尺寸的合金鋼進(jìn)行滲碳處理或碳氮共滲處理，這將在下文中描述，在預(yù)定溫度下對合金鋼淬火和回火后，對它們進(jìn)行精磨。滲碳處理?xiàng)l件是這樣的氣氛為RX氣體和富氣的混合物，處理時(shí)間為約3-5小時(shí)，處理溫度為820-950℃。碳氮共滲處理?xiàng)l件是這樣的氣氛為RX氣體、富氣和氨氣(5％)的混合物，處理時(shí)間為約3-5小時(shí)，處理溫度為820-950℃。
對得到的各個(gè)行星軸的性能(表面殘余奧氏體量、表面硬度等)匯總而示于表6。值得注意的是，行星軸表面處的碳濃度和氮濃度為從使用電子探針顯微分析儀(EPMA)進(jìn)行的測量得到的值，表面殘余奧氏體量(γR)為從使用X-射線衍射設(shè)備進(jìn)行的測量得到的值。



1)表面碳濃度和氮濃度之和，單位為質(zhì)量％；2)殘余奧氏體量。
接下來，參考圖9，將在下文中描述耐久性試驗(yàn)方法。
使行星軸220穿過外環(huán)221，并通過以能在行星軸220的外圓周表面上形成的滾道表面和外環(huán)221的內(nèi)圓周表面上形成的滾道表面之間自由滾動的方式插入的多個(gè)滾針222(外徑為2mm，長度為15mm)使行星軸220旋轉(zhuǎn)。如行星軸220的外圓周表面(圓柱表面)中所示，開有潤滑油進(jìn)料孔220a，從而被注入到其行星軸220端面中的開孔220b內(nèi)的潤滑油被設(shè)計(jì)從進(jìn)料孔220a供應(yīng)到滾道表面上。
在徑向載荷為4200N、轉(zhuǎn)速為10000min-1和潤滑油溫度為150℃的條件下旋轉(zhuǎn)行星軸220，并通過確定旋轉(zhuǎn)過程中由于剝落和粘蝕的產(chǎn)生而造成振動變成初始點(diǎn)兩倍的點(diǎn)或行星軸220的溫度急劇增加達(dá)到185℃的點(diǎn)作為壽命來進(jìn)行評價(jià)。值得注意的是，徑向載荷通過支撐軸承(未示出)施加于外環(huán)221上。另外，盡管供應(yīng)的潤滑油的溫度為150℃，但試驗(yàn)過程中行星軸220的溫度由于產(chǎn)生的熱而表現(xiàn)出變高約10℃。
耐久性試驗(yàn)的結(jié)果示于表6中。從表6中看出，與對比例201-211的壽命相比，實(shí)施例201-208具有顯著延長的壽命。特別地，在實(shí)施例201-206中，由于平均殘余奧氏體量不超過8體積％，因此即使在高溫下和在行星軸受到力矩載荷的條件下也根本不產(chǎn)生粘蝕和剝落。
與此相反，在對比例201-209中，由于合金鋼的組成在本發(fā)明的范圍之外，因此與實(shí)施例201-208的壽命相比，它們的壽命短。即使考慮到對比例201、202由SUJ2鋼制成并且對對比例201淬透和對對比例202進(jìn)行碳氮共滲處理的事實(shí)，也不能意識到很大的優(yōu)點(diǎn)。另外，在對比例210、211的情況下，盡管合金鋼的組成是優(yōu)選的，但對于對比例210，表面碳濃度和氮濃度之和不是優(yōu)選的值，而對于對比例211，表面碳濃度和氮濃度之和以及平均殘余奧氏體量均不是優(yōu)選的，因此它們的壽命短。
實(shí)施方案4下文中，將基于第四種實(shí)施方案和對比例證實(shí)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
首先，將由具有如表7所示的組成的鋼制成的材料A3至Q3切削成標(biāo)號為6208的深槽滾珠軸承(內(nèi)徑40mm，外徑80mm，寬度18mm)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)形狀。在這發(fā)生時(shí)，將內(nèi)環(huán)和外環(huán)中滾道槽的曲率半徑形成為變成所用滾珠直徑的50.5-51.5％。


然后，對由除H3外的其它材料制成的內(nèi)環(huán)和外環(huán)進(jìn)行熱處理，其中內(nèi)環(huán)和外環(huán)在RX氣體+富氣+氨氣的氣氛(碳勢Cp0.8-1.2，氨氣3-5％)中被加熱到920-960℃，然后保持2-6小時(shí)以進(jìn)行碳氮共滲，然后，油淬內(nèi)環(huán)和外環(huán)，而且將它們在160-180℃下在大氣中保持1.5-2.5小時(shí)以回火。
另一方面，對由材料H3制成的內(nèi)環(huán)和外環(huán)進(jìn)行熱處理，其中內(nèi)環(huán)和外環(huán)被加熱到830-860℃，然后保持0.5-1.5小時(shí)以淬火，然后油淬內(nèi)環(huán)和外環(huán)，然后將它們在160-180℃下在大氣中保持1.5-2.5小時(shí)以回火。
通過進(jìn)行類似這些的熱處理，碳化物、氮化物和碳氮化物被分散和析出在除了由材料H3制成的內(nèi)環(huán)和外環(huán)之外的內(nèi)環(huán)和外環(huán)的表面上，碳化物被分散和析出在由材料H制成的內(nèi)環(huán)和外環(huán)的表面上。然后，在熱處理后，進(jìn)行磨削和表面精整加工，以使內(nèi)環(huán)和外環(huán)的滾道表面的表面粗糙度變成0.01-0.03μm Ra。
使用發(fā)射光譜化學(xué)分析儀測量構(gòu)成滾道表面的表面層部分(直到離表面10μm深的部分)處的C和N的總含量(質(zhì)量比)。
另外，使用按照J(rèn)IS Z 2245規(guī)定的洛氏硬度試驗(yàn)方法測量表面層部分處的硬度(洛氏硬度)。
此外，利用X-射線衍射設(shè)備測量表面層部分處的殘余奧氏體量(質(zhì)量比)。
此外，按下面的方式測量滾道表面中由碳化物和碳氮化物組成的析出物的殘余量(面積比)(下文中，稱為滾道表面上碳化物等組成的析出物)。
首先，在進(jìn)行表面處理后，用腐蝕液(4g苦味酸+100ml乙醇)腐蝕滾道表面，然后使用1000x放大倍率的光學(xué)顯微鏡在30個(gè)視場中觀察0.5μm或更大的碳化物和碳氮化物。然后，通過圖象處理觀察的圖象測量每個(gè)視場的碳化物和碳氮化物的殘余量(面積比)，并計(jì)算30個(gè)視場的平均值。
另外，通過使用透射式電子顯微鏡觀察電子衍射圖而測量滾道表面上碳化物等的析出物的Fe-Cr、Mo體系析出物的殘余量(面積比)。
此外，使用輔助透射式電子顯微鏡的能散X射線譜儀(EDS)測量Fe-Cr、Mo體系析出物中Cr和Mo的總含量。
對于測量結(jié)果，由相同組成的10個(gè)內(nèi)環(huán)和外環(huán)的測量結(jié)果計(jì)算的平均值也示于表8中。
然后，將試驗(yàn)軸承、由歸為2型(SUJ2)的高碳鉻軸承鋼制成并進(jìn)行了碳氮共滲處理的滾珠和鋼制波紋狀擠壓保持架設(shè)定在圖10所示的輪帶式無級變速器中，以在以下試驗(yàn)條件下進(jìn)行壽命試驗(yàn)，其中試驗(yàn)軸承包括編號從No.301到No.322且在鋼組成和熱處理方面不同的內(nèi)環(huán)和外環(huán)，如表8所示。這里，為每種試驗(yàn)軸承制備10個(gè)試驗(yàn)樣品，這樣制備的試驗(yàn)樣品的任何一個(gè)都利用CN間隙(正常間隙)作為內(nèi)部間隙。另外，對于潤滑油，使用下面兩種具有不同摩擦系數(shù)的潤滑油。
(1)市售CVTF·40℃下的動粘度30-40cSt·100℃下的動粘度大約7cSt·110℃下的摩擦系數(shù)0.12(滑動速度0.5m/s)(2)市售CVTF·40℃下的動粘度30-40cSt·100℃下的動粘度大約7cSt·110℃下的摩擦系數(shù)0.14(滑動速度0.5m/s)如圖10所示，在這種輪帶式無級變速器中，其上設(shè)置輸入軸側(cè)(主)帶輪301的輸入軸310和其上設(shè)置輸出軸側(cè)(副)帶輪302的輸出軸220分別由成對的滾動軸承301a、301b、302a、302b支撐。每個(gè)試驗(yàn)軸承都安裝成四個(gè)滾動軸承的主前軸承(即在比主帶輪301更靠近發(fā)動機(jī)304的位置處支撐輸入軸310的滾動軸承)301a。在每次試驗(yàn)中，相同的軸承用于其它滾動軸承301b、302a、302b。
另外，該輪帶式無級變速器的傳動帶303構(gòu)造成使得300個(gè)板303b被安裝到兩個(gè)帶條303a上，所述條帶303a進(jìn)而通過層疊10片0.2mm厚的鋼構(gòu)造而成，并且傳動帶303的長度為600mm。
載荷P(加載負(fù)荷)/C(運(yùn)動額定負(fù)荷)＝0.26輸入軸轉(zhuǎn)速在500-6000min-1的范圍內(nèi)加速/減速發(fā)動機(jī)輸入扭矩200N·m潤滑油供應(yīng)量主前軸承(10ml/min)，其它軸承(200ml/min)供應(yīng)油溫110℃進(jìn)行該壽命試驗(yàn)，直到在外環(huán)或內(nèi)環(huán)上產(chǎn)生剝落，測量直到產(chǎn)生剝落花費(fèi)的時(shí)間。然后，得到直到在落在根據(jù)Weibull分布函數(shù)從具有相同組成的10個(gè)試驗(yàn)軸承樣品的試驗(yàn)結(jié)果確定的短壽命側(cè)的10％內(nèi)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)上產(chǎn)生剝落花費(fèi)的總旋轉(zhuǎn)時(shí)間，這樣得到的總時(shí)間被確定為壽命(壽命L10)。結(jié)果也示于表8中。
另外，由于計(jì)算的試驗(yàn)軸承壽命為494小時(shí)，因此當(dāng)達(dá)到1000小時(shí)時(shí)結(jié)束壽命試驗(yàn)。于是，當(dāng)即使在達(dá)到試驗(yàn)結(jié)束時(shí)間的情況下在內(nèi)環(huán)和外環(huán)上也都沒有產(chǎn)生剝落時(shí)，就確定它們的壽命L10為1000小時(shí)。


從表8看出，與作為對比例的編號312-322的試驗(yàn)軸承相比，作為本發(fā)明實(shí)施例的編號301-311的試驗(yàn)軸承具有長的壽命。
在第301-311號中，當(dāng)與第302-304號相比時(shí)，其中滾道表面處由碳化物組成的析出物的殘余量小于15％的第305號的壽命和其中相同析出物的殘余量超過35％的第302號的壽命短。從上面的試驗(yàn)結(jié)果看出，優(yōu)選確定滾道表面上由碳化物等組成的析出物的殘余量落在15-35％范圍內(nèi)。
另外，當(dāng)與第302-304號相比時(shí)，Cr含量小于本發(fā)明的優(yōu)選范圍的第301號、Si含量小于本發(fā)明的優(yōu)選范圍的第306號、Mn含量小于本發(fā)明的優(yōu)選范圍的第307號和Mo含量小于本發(fā)明的優(yōu)選范圍的第308號都具有較短的壽命。
此外，雖然滾道表面處由碳化物組成的析出物的殘余量落在15-35％的范圍內(nèi)，但是與第302-304號相比，其中Fe-Cr、Mo體系析出物的殘余量小于30％的第310、311號的壽命短。從這種結(jié)果看出，優(yōu)選確定滾道表面上由碳化物等組成的析出物的30％或更多應(yīng)由Fe-Cr、Mo析出物組成。
此外，其中Fe-Cr、Mo體系析出物的殘余量小于30％且Cr和Mo的總含量小于30％的第311號的壽命比其中Fe-Cr、Mo體系析出物的殘余量小于30％且Cr和Mo的總含量不小于30％的第310號的壽命短。從該事實(shí)可看出，優(yōu)選確定Fe-Cr、Mo體系析出物的Cr和Mo的含量不小于30％。
另一方面，在第312、313號中，由于它們由SUJ2制成并且Si含量、Cr含量和Mo含量小于本發(fā)明的范圍，且在滾道表面上沒有得到足夠的碳化物，因此它們的壽命比它們的計(jì)算壽命短。
在第314號中，由于Cr含量小于本發(fā)明的范圍，且在滾道表面上沒有得到足夠的碳化物和碳氮化物，因此它的壽命比它的計(jì)算壽命短。
在第315號中，由于Cr含量超過本發(fā)明的范圍，并產(chǎn)生粗的大共晶碳化物和共晶氮化物，因此它的壽命短。
在第316號中，由于C含量小于本發(fā)明的范圍，且在滾道表面上沒有得到足夠的Fe-Cr、Mo體系析出物，因此它的壽命短。
在第317號中，由于C含量超過本發(fā)明的范圍，且在滾道表面上沒有得到足夠的Fe-Cr、Mo體系析出物，因此它的壽命比它的計(jì)算壽命短。
在第318號中，由于Si含量小于本發(fā)明的范圍，在構(gòu)成滾道表面的表面層處得到充分的硬度，且增加了殘余奧氏體量，因此它的壽命比它的計(jì)算壽命短。
在第319號中，由于Mo含量超過本發(fā)明的范圍，且產(chǎn)生粗的大共晶碳化物和共晶氮化物，因此壽命短。
在第320號中，由于V含量超過本發(fā)明的范圍，且產(chǎn)生粗的大共晶碳化物和共晶碳氮化物，因此壽命短。
在第321號中，由于Si含量小于本發(fā)明的范圍，且Fe-Cr、Mo體系析出物的Cr和Mo的總含量小于30％，因此它的壽命比它的計(jì)算壽命短。
在第322號中，由于Mn含量超過本發(fā)明的范圍，在構(gòu)成滾道表面的表面層部分處不能獲得足夠的硬度且增加了殘余奧氏體量，因此它的壽命比它的計(jì)算壽命短。
現(xiàn)在從上述試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，即使在使用具有0.10的高摩擦系數(shù)和100℃下的8cSt的低動粘度的潤滑油的情況下，通過按照滿足本發(fā)明范圍的如第301-311號所示的組成來構(gòu)造內(nèi)環(huán)和外環(huán)，可延長壽命而超過計(jì)算壽命。
值得注意的是，盡管在這種實(shí)施方案中使用了沒有密封件的滾動軸承，但當(dāng)在由于輸入軸側(cè)帶輪和輸出軸側(cè)帶輪和傳動帶之間的摩擦產(chǎn)生摩擦粉末的單元中使用時(shí)，可使用非接觸密封件如金屬密封件、橡膠密封件(腈橡膠、丙烯酸橡膠)和接觸密封如氟密封件。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的滾動軸承中，盡管使用了鋼保持架，但在較快轉(zhuǎn)速下使用軸承的情況下，優(yōu)選使用塑料保持架。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的滾動軸承中，盡管確定內(nèi)部間隙為CN間隙，但考慮到抑制徑向載荷和徑向載荷，優(yōu)選進(jìn)一步減小內(nèi)部間隙。另外，從相同的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使內(nèi)環(huán)和外環(huán)的滾道槽的曲率半徑小于本發(fā)明所用的曲率半徑。
盡管詳細(xì)地并參考具體的實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，顯然可對其作出各種變化和改進(jìn)。
該專利申請基于2004年1月20日提交的日本專利申請(專利申請?zhí)?004-0123000)、2004年3月17日提交的日本專利申請(專利申請?zhí)?004-077026)、2004年3月30日提交的日本專利申請(專利申請?zhí)?004-100181)、2004年3月31日提交的日本專利申請(專利申請?zhí)?004-10648)和2004年12月14日提交的日本專利申請(專利申請?zhí)?004-361274)，本文引入這些日本專利申請的內(nèi)容作為參考。
工業(yè)實(shí)用性即使在高溫、高速條件和在其中摻入異物的潤滑油的潤滑下，也能夠優(yōu)選地使用本發(fā)明的滾動軸承。特別地，本發(fā)明的滾動軸承能優(yōu)選用于汽車、農(nóng)業(yè)相關(guān)的機(jī)器、建筑機(jī)械和鋼鐵制造相關(guān)機(jī)器的發(fā)動機(jī)和變速器中。值得注意的是，當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于其它滾動軸承如深槽滾珠軸承、滾柱軸承、圓錐滾子軸承和滾針軸承時(shí)可得到類似的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種滾動軸承，包括外環(huán)、內(nèi)環(huán)和以自由滾動的方式布置在外環(huán)和內(nèi)環(huán)之間的多個(gè)滾動體，其中選自外環(huán)、內(nèi)環(huán)和滾動體的至少一種構(gòu)件是這樣的C的含量不小于0.2wt％，不超過0.6wt％；Cr的含量不小于2.5wt％，不超過7.0wt％；Mn的含量不小于0.5wt％，不超過2.0wt％；Si的含量不小于0.1wt％，不超過1.5wt％；Mo的含量不小于0.5wt％，不超過3.0wt％；對該構(gòu)件進(jìn)行滲碳處理或碳氮共滲處理、淬火處理和回火處理；該構(gòu)件表面上殘余奧氏體的量按體積比計(jì)不小于15％，不超過45％；和表面硬度不小于HRC 60。
2.一種滾動軸承，包括外環(huán)、內(nèi)環(huán)和以自由滾動的方式布置在外環(huán)和內(nèi)環(huán)之間的多個(gè)滾動體，其中選自外環(huán)、內(nèi)環(huán)和滾動體的至少一種構(gòu)件是這樣的C的含量不小于0.8wt％，不超過1.2wt％；Cr的含量不小于2.0wt％，不超過4.0wt％；Mn的含量不小于0.1wt％，不超過2.0wt％；Si的含量不小于0.5wt％，不超過1.5wt％；Mo的含量不小于0.1wt％，不超過2.0wt％；對該構(gòu)件進(jìn)行滲碳處理或碳氮共滲處理、淬火處理和回火處理；該構(gòu)件表面上殘余奧氏體的量按體積比計(jì)不小于15％，不超過45％；和表面硬度不小于HRC 60。
3.如權(quán)利要求1、2所述的滾動軸承，其中所選的構(gòu)件還是這樣的其表面上碳濃度和氮濃度之和不小于1.0wt％，不超過2.5wt％。
4.如權(quán)利要求3所述的滾動軸承，其中所選的構(gòu)件還是這樣的V的含量不超過2.0wt％；和Ni的含量不超過2.0wt％。
5.如權(quán)利要求4所述的滾動軸承，其中所選的構(gòu)件還是這樣的碳化物和碳氮化物中至少一種的析出物的殘余量按面積比計(jì)不小于15％，不超過35％。
6.如權(quán)利要求5所述的滾動軸承，其中所選的構(gòu)件還是這樣的析出物為Fe-Cr、Mo體系析出物，其包括M7C3型、M23C6型、M7(C，N)3型和M23(C，N)6型復(fù)合碳氮化物的至少一種。
7.如權(quán)利要求6所述的滾動軸承，其中所選的構(gòu)件還是這樣的Fe-Cr、Mo體系析出物包含總計(jì)30wt％或更多的Cr和Mo。
8.如權(quán)利要求5所述的滾動軸承，其中所選的構(gòu)件還是這樣的在其表面層部分處的壓縮殘余應(yīng)力的最大值不小于150MPa，不超過2000MPa。
9.如權(quán)利要求3所述的滾動軸承，其中所述滾動軸承為滾針軸承，所選的構(gòu)件為內(nèi)環(huán)和滾動體中的至少一種。
10.如權(quán)利要求9所述的滾動軸承，其中所選的構(gòu)件還是這樣的平均殘余奧氏體量按體積比計(jì)不超過8％。
11.如權(quán)利要求1、2所述的滾動軸承，其中所選的構(gòu)件還是這樣的平均殘余奧氏體量不超過Cr和Mo含量總和的2.5倍。
全文摘要
一種滾動軸承，包括外環(huán)、內(nèi)環(huán)和以自由滾動的方式布置在外和內(nèi)環(huán)之間的多個(gè)滾動體，其中選自外環(huán)、內(nèi)環(huán)和滾動體的至少一種構(gòu)件是這樣的C的含量不小于0.2wt％，不超過0.6wt％，Cr的含量不小于2.5wt％，不超過7.0wt％，Mn的含量不小于0.5wt％，不超過2.0wt％，Si的含量不小于0.1wt％，不超過1.5wt％,Mo的含量不小于0.5wt％，不超過3.0wt％，并對其進(jìn)行滲碳處理或碳氮共滲處理、淬火處理和回火處理，并滿足其表面上殘余奧氏體的量按體積比計(jì)不小于15％、不超過45％和表面硬度不小于HRC 60的條件。
文檔編號F16C33/62GK1934282SQ20058000901
公開日2007年3月21日 申請日期2005年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月20日
發(fā)明者藤田慎治 申請人:日本精工株式會社