專利名稱：搖臂用滾動軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對汽車引擎的進氣閥或排氣閥進行開閉的搖臂用滾動軸承，尤其是涉及可實現(xiàn)長壽命化的搖臂用滾動軸承。
背景技術(shù)：
在最近的滾動軸承中，例如像在用于對引擎的進氣閥或排氣閥進行開閉的搖臂上使用的軸承那樣，雖然是滿裝滾子(日文総ころ)型但有許多在高速、高載荷用途中使用的軸承。尤其是在沒有保持器的滿裝滾子型軸承中，由于滾子彼此間產(chǎn)生干擾，或不能順利地控制滾子位置，從而容易引起滾子的歪斜。另外，在潤滑油不能良好地向軸承內(nèi)部供給時，容易產(chǎn)生潤滑條件差的情況。結(jié)果是，引起滑移發(fā)熱和局部表面壓力的上升，盡管計算上具有大的載荷容量，但還是容易產(chǎn)生表面損傷(剝落、擦傷、表面起點型剝離)和內(nèi)部起點型剝離。
像在用于對引擎的進氣閥或排氣閥進行開閉的搖臂上使用的軸承那樣，在其外圈的外徑與凸輪滾動接觸的用途中，以往有很多主要是對外圈的外徑進行改良的改良技術(shù)。例如，噴丸硬化等加工帶來的壓縮的殘留應(yīng)力、高濃度滲碳氮化帶來的高硬度(加工效果)而實現(xiàn)的長壽命化等都是主要為了改良與對象凸輪滾動接觸的外圈外徑而進行的。
在以往的公知技術(shù)中，采取下述措施。
(1)為了提高滾動疲勞壽命，對軸承部件的套圈實施噴丸硬化，從表面向內(nèi)部依次設(shè)有強化層、含殘留奧氏體層、淬火硬化層的軸承部件(日本專利特開平2-168022號公報(專利文獻1))。
(2)通過噴丸硬化對馬氏體組織中碳化物的大小、面積率、殘留奧氏體量及硬度進行高效調(diào)整的技術(shù)(日本專利特開2001-065576號公報(專利文獻2))。
(3)為了提高滾動疲勞壽命，使噴丸硬化引起的殘留壓縮應(yīng)力峰值高度及分布與使用時作用的最大剪斷應(yīng)力及作用深度一致的技術(shù)(日本專利特開平3-199716號公報(專利文獻3))。
(4)在浸碳軸承中，為了實現(xiàn)長壽命化而實施噴丸硬化，在施加完最終表面精加工的表面上使殘留壓縮應(yīng)力σ(MPa)與殘留奧氏體γ(％)的組合滿足0.001σ+0.3γ≥1.0的條件的控制方法。
(5)使凸輪從動件外圈的外徑的硬度與對象凸輪基本相同，且使外圈的內(nèi)徑的硬度高于外徑的硬度的凸輪從動件裝置(搖臂用軸承)(日本專利實開平3-119508號公報(專利文獻4))。
(6)在與相對的另一部件滾動接觸或滾動滑移接觸的部件中，通過噴丸硬化使距離表面0～50μm深度的表層部的最大壓縮應(yīng)力為50～110kgf/mm2，硬度為HV830～960，殘留奧氏體在7％以上，表面粗糙度的平均波長在25μm以下的技術(shù)(日本特許第3125434號公報(專利文獻5))。
雖然為了延長相當(dāng)于內(nèi)圈的輥軸、滾子或軸承整體的滾動壽命的改良很少，但如下所述，也有從材質(zhì)方面通過進行滲碳氮化來提高耐熱性、顯微組織穩(wěn)定性、高硬度化等來實現(xiàn)軸承的長壽命化的例子。
(7)在引擎的氣門機構(gòu)用凸輪從動件裝置用軸承(搖臂用軸承)中，使軸承在引擎的額定轉(zhuǎn)速下的計算壽命在1000小時以上的技術(shù)(日本專利特開2000-038907號公報(專利文獻6))。
(8)為了實現(xiàn)碳化物的比率為10～25％、殘留奧氏體相對于初始值的分解率為1/10～3/10、端面硬度為HV830～960、表面粗糙度的平均波長為25μm以下的凸輪從動件裝置用軸承軸(搖臂用軸承)，而對軸承鋼實施滲碳氮化和硬噴丸硬化的技術(shù)(日本專利特開平10-047334號公報(專利文獻7))。
(9)為了提高軸的耐磨損性，在軸上形成有高分子化合物等固體潤滑膜的凸輪從動件軸(搖臂用軸承部件)(日本專利特開平10-103339號公報(專利文獻8))。
(10)由工具鋼等形成、在低于回火溫度的溫度下通過離子氮化或離子鍍得到高硬度的凸輪從動件軸(搖臂用軸承部件)(日本專利特開平10-110720號公報(專利文獻9))。
(11)對軸的彎曲應(yīng)力為150MPa以下的引擎的氣門機構(gòu)用凸輪從動件裝置用軸承(搖臂用軸承部件)(日本專利特開2000-038906號公報(專利文獻10))。
(12)在軸承構(gòu)成部件的滾道面上形成有潤滑油保持性良好的磷酸鹽涂膜的引擎的氣門機構(gòu)用凸輪從動件(氣門機構(gòu)用滾動軸承)(日本專利特開2002-031212號公報(專利文獻11))。
(13)在軸的滾子滾動區(qū)域形成有隆起面的氣門機構(gòu)用凸輪從動件(氣門機構(gòu)用滾動軸承)(日本專利實開昭63-185917號公報(專利文獻12))。
(14)進行使軸的滾道面表層的碳濃度為1.2％～1.7％C的高濃度浸碳處理或滲碳氮化處理、使內(nèi)部硬度為HV300的浸碳軸(日本專利特開2002-194438號公報(專利文獻13))。
作為搖臂產(chǎn)生的其他問題，有時對輥軸兩端部實施鉚接成形，從而鉚接在輥支撐構(gòu)件上。此時，輥軸的滾道面需要有高硬度，但端部需要具有可進行鉚接成形的柔軟性。另外，需要有鉚接固定后、使用中不產(chǎn)生松弛的強度(硬度)。在可對搖臂的輥軸兩端部進行鉚接成形的裝置中公開有下述技術(shù)。
(15)對輥軸的外周面均勻地進行高頻淬火，回火后，僅對兩端部進行高頻退火而使兩端部軟化的方法(日本專利特開平5-179350號公報(專利文獻14))。
但是，近年來，環(huán)境問題被廣泛關(guān)注，對汽車也開始制定法律強烈要求低燃耗化。同時，對于構(gòu)成引擎的各部件，也要求輕量化、緊湊化。因此，對于用于對引擎的進氣閥或排氣閥進行開閉的搖臂，也要求輕量化、緊湊化，自然地對于搖臂用軸承也要求輕量化、緊湊化。
作為使軸承輕量化的方法，例如在美國特許第4,727,832號(專利文獻15)中公開了一種將內(nèi)圈形成為中空的圓筒形狀(管)的方法，另外，作為軸承的緊湊化方法有減小軸承尺寸的方法。但是，軸承的尺寸減小會受到凸輪的形狀和閥門開閉的揚程量的限制，因此，不能簡單地減小直徑，大多是減小寬度方向(軸向)的尺寸。由此，作為軸承的輕量化、緊湊化方法大多都是將內(nèi)圈形成為中空圓筒形狀和減小寬度方向的尺寸。
在此，在實施軸承的輕量化、緊湊化之際，存在的問題是外圈或內(nèi)圈的斷裂疲勞強度、以及滾子或內(nèi)圈的滾動疲勞壽命下降。
在此之前，本申請人通過改良熱處理技術(shù)，成功地對外圈、滾子及通過壓入或銷固定等(鉚接加工以外)固定在搖臂上的內(nèi)圈(整體硬化的內(nèi)圈)進行了斷裂疲勞強度和滾動疲勞壽命的改善。由此，對于通過鉚接加工固定在搖臂上的內(nèi)圈，需要改善斷裂疲勞強度和滾動疲勞壽命。
本申請人也成功地對通過鉚接加工固定在搖臂上的內(nèi)圈進行了滾動疲勞壽命的改善，但殘留的技術(shù)問題是中空圓筒形狀的內(nèi)圈的斷裂疲勞強度的改善。
以往，對于通過鉚接加工固定在搖臂上的內(nèi)圈，因加工工序增加，故不使用中空的圓筒形狀，而是使用實心的圓筒形狀，為了可對端面進行鉚接加工而通過高頻熱處理僅對作為滾動體的滾子的滾道面進行表面硬化。這種技術(shù)例如公開在日本專利特開昭62-007908號公報(專利文獻16)、日本專利特開平5-321616號公報(專利文獻17)等中。
同樣地，在使用中空的圓筒形狀的內(nèi)圈時，以往為了可對端面進行鉚接加工也通過高頻熱處理僅對作為滾動體的滾子的滾道面進行表面硬化。這種技術(shù)例如公開在日本專利特開平3-031503號公報(專利文獻18)、日本專利特開2000-038906號公報(專利文獻10)等中。
尤其是，與實心的圓筒形狀的內(nèi)圈相比，中空的圓筒形狀的內(nèi)圈的形狀引起的彎曲應(yīng)力較大，因此有一種使該彎曲應(yīng)力在15kgf/mm2以下以防止破損的方法(參照日本專利特開2000-038906號公報)。但是，該方法會使形狀受到限制，從而妨礙軸承的輕量化、緊湊化。
另外，單純的中空圓筒形狀的內(nèi)圈因上述理由而存在強度不足的問題，因此有一種對內(nèi)徑部附加補強材料的方法(參照日本專利實開平3-063703號公報(專利文獻19))。但是，該方法會使加工工序增加，且較為復(fù)雜，故存在軸承的價格上升的缺點。
專利文獻1日本專利特開平2-168022號公報專利文獻2日本專利特開2001-065576號公報專利文獻3日本專利特開平3-199716號公報專利文獻4日本專利實開平3-119508號公報專利文獻5日本特許第3125434號公報專利文獻6日本專利特開2000-038907號公報專利文獻7日本專利特開平10-47334號公報專利文獻8日本專利特開平10-103339號公報專利文獻9日本專利特開平10-110720號公報專利文獻10日本專利特開2000-038906號公報專利文獻11日本專利特開2002-031212號公報專利文獻12日本專利實開昭63-185917號公報專利文獻13日本專利特開2002-194438號公報專利文獻14日本專利特開平5-179350號公報專利文獻15美國特許第4,727,832號說明書專利文獻16日本專利特開昭62-007908號公報專利文獻17日本專利特開平5-321616號公報專利文獻18日本專利特開平3-031503號公報專利文獻19日本專利實開平3-063703號公報發(fā)明公開發(fā)明所要解決的技術(shù)問題今后，用于對引擎的進氣閥或排氣閥進行開閉的搖臂用滾動軸承也會與通常的軸承一樣，不斷推進使用時的高速化、大載荷化、潤滑油的低粘度化。支配在這種條件下使用的軸承的壽命的主要因素除通常的依賴載荷型的滾動疲勞壽命外，還有針對因滑移或油膜不足而產(chǎn)生的金屬接觸的表面損傷壽命。為了實現(xiàn)搖臂用滾動軸承的長壽命化就需要延長這些壽命，但現(xiàn)今還沒有同時使兩個壽命大幅延長的技術(shù)。另外，還會產(chǎn)生滿裝滾子型軸承所特有的滾子的干擾和歪斜引起的壽命減短。
以往的公知技術(shù)主要是利用高硬度、高壓縮應(yīng)力來提高滾動壽命，或改良與對象構(gòu)件的滾動面。當(dāng)將這些技術(shù)實際應(yīng)用在軸承上時，雖然對外圈這種作用有彎曲應(yīng)力的用途的疲勞強度和外圈外徑面的耐磨損性有效，并得到了良好的效果，但僅通過這些技術(shù)未必能對相當(dāng)于軸承內(nèi)圈的軸和滾子的滾動疲勞壽命的延長起到大的效果。
因此，本發(fā)明的第一目的在于提供一種可實現(xiàn)長壽命化的搖臂用滾動軸承。另外，本發(fā)明的第二目的在于提供一種用于對引擎的進氣閥或排氣閥進行開閉、可在高速化、大載荷化、潤滑油低粘度化的使用條件下延長滾動疲勞壽命、以及針對金屬接觸引起的表面損傷的表面損傷壽命的搖臂用滾動軸承。
另外，近年來，由于采用了閥揚程量可變機構(gòu)和閥時間可變機構(gòu)，從而氣門機構(gòu)不斷復(fù)雜化。另外，不斷要求可動部件和引擎自身的輕量化。由于這些理由，搖臂在氣門機構(gòu)內(nèi)所占的空間受到限制。因此，也要求裝在搖臂上的滾動軸承比以往緊湊化。
但是，若使搖臂用滾動軸承緊湊化，則單位面積所施加的載荷增加，從而存在壽命下降的問題。因此，不能在實現(xiàn)搖臂用滾動軸承的緊湊化的同時抑制壽命的降低。
因此，本發(fā)明的第三目的在于提供一種可在實現(xiàn)緊湊化的同時抑制壽命降低的搖臂用滾動軸承。
再者，如上所述，對于在用于對引擎的進氣閥或排氣閥進行開閉的搖臂上使用的軸承，也要求輕量化、緊湊化，但通過上述說明可知，沒有改善中空圓筒形狀的內(nèi)圈的斷裂疲勞強度的方案。
因此，本發(fā)明的第四目的在于針對用于對引擎的進氣閥或排氣閥進行開閉的搖臂上使用的軸承，提供一種可將內(nèi)圈形成為中空圓筒形狀來實現(xiàn)輕量化、緊湊化、且可改善斷裂疲勞強度及滾動疲勞壽命的搖臂用滾動軸承。
用于解決技術(shù)問題的技術(shù)方案本發(fā)明第一方面的搖臂用滾動軸承，包括與引擎的凸輪軸滾動接觸的外圈、位于外圈的內(nèi)側(cè)并固定在搖臂上的內(nèi)圈、以及夾設(shè)在外圈與內(nèi)圈之間的多個滾動體，外圈、內(nèi)圈及滾動體中的至少一個構(gòu)件具有富氮層(日文窒素富 )，該構(gòu)件的奧氏體結(jié)晶粒的粒度等級在超過10級的范圍內(nèi)，且表面硬度Hv在653以上。
對上述構(gòu)件的奧氏體晶粒進行微細化，使其粒度等級超過10級，因此可大幅改良滾動疲勞壽命。若奧氏體粒徑的粒度等級在10級以下，則不能大幅改善滾動疲勞壽命，因此使其在超過10級的范圍內(nèi)。通常，最好為11級以上。另外，也可使平均結(jié)晶粒徑在6μm以下。雖然奧氏體粒徑越小越好，但通常很難得到超過13級的粒度等級。
上述奧氏體結(jié)晶粒度可以通過JIS規(guī)定的通常的方法求得，也可通過切片法等求得對應(yīng)上述結(jié)晶粒度等級的平均粒徑然后換算求得。上述奧氏體結(jié)晶粒度等級只要在富氮層中滿足即可。但是，通常情況下，處于滲碳氮化層內(nèi)側(cè)的鋼材本體也滿足上述的奧氏體結(jié)晶粒微細化的基準。
另外，所謂奧氏體結(jié)晶粒是指在淬火加熱中發(fā)生了相變的奧氏體的結(jié)晶粒，其在因冷卻而相變成馬氏體后仍以過去的形態(tài)(日文履歴)殘存。另外，在本說明書中，所謂“內(nèi)圈”是包含實心的軸及中空的軸的意思。
另外，由于表面硬度Hv在653以上，因此可大幅改良滾動疲勞壽命。若表面硬度Hv不到653，則尤其是異物混入條件下的壽命降低。最好使表面硬度Hv在720以上且800以下。雖然表面硬度Hv越高越好，但若表面硬度Hv超過800，則碳化物容易變大，可能成為應(yīng)力集中源。
(a1)上述搖臂用滾動軸承可以構(gòu)成為搖臂旋轉(zhuǎn)自如地安裝在位于其一方端部與另一方端部之間的旋轉(zhuǎn)軸上，一方端部與引擎的開閉用閥門的端部抵接，搖臂在另一方端部具有兩叉狀的內(nèi)圈支撐部，本發(fā)明的搖臂用滾動軸承的內(nèi)圈固定在該兩叉狀的內(nèi)圈支撐部上。
(a2)上述搖臂用滾動軸承可以構(gòu)成為搖臂用滾動軸承設(shè)在搖臂的一方端部與另一方端部之間，內(nèi)圈固定在處于搖臂的兩個側(cè)壁之間的內(nèi)圈孔中，搖臂的一方端部與引擎的開閉用閥門的端部抵接，搖臂的另一方端部與樞軸抵接。
(a3)上述搖臂用滾動軸承可以構(gòu)成為搖臂可以具有搖臂本體和傳遞來自凸輪軸的應(yīng)力的連動桿，搖臂本體旋轉(zhuǎn)自如地安裝在位于搖臂本體的一方端部與另一方端部之間的旋轉(zhuǎn)軸上，搖臂本體的一方端部與引擎的開閉用閥門的端部抵接，搖臂本體的另一方端部與連動桿的一方端部抵接，本發(fā)明的滾動軸承的內(nèi)圈固定在連動桿的另一方端部上。
上述(a1)、(a2)(a3)的搖臂的相同點在于將來自凸輪的驅(qū)動力向引擎的閥傳遞，但其結(jié)構(gòu)不同，可分別對應(yīng)不同的引擎型號。
另外，搖臂用滾動軸承可以是滿裝滾子形式的滾針軸承。
本發(fā)明第二方面的搖臂用滾動軸承，包括固定在夾設(shè)于引擎的閥門與凸輪之間的用于調(diào)節(jié)吸氣、排氣的搖臂上的相當(dāng)于內(nèi)圈的軸；位于內(nèi)圈的外方且與凸輪接觸的外圈；以及位于外圈與內(nèi)圈之間的多個滾動體。并且，外圈、內(nèi)圈及滾動體中的至少一個構(gòu)件具有富氮層，該富氮層中的奧氏體結(jié)晶粒的粒度等級在超過10級的范圍內(nèi)，且富氮層的殘留奧氏體量在磨削后滾動面的表層50μm處處于11～25體積％的范圍內(nèi)。
上述相當(dāng)于內(nèi)圈的軸可以是實心的軸，也可以是中空的軸。將這些相當(dāng)于內(nèi)圈的軸稱為內(nèi)圈。
所述外圈、內(nèi)圈或滾動體的奧氏體結(jié)晶粒在存在富氮層的表層部和處于表層部內(nèi)側(cè)的內(nèi)部都不變化。因此，符合上述結(jié)晶粒度等級的范圍的位置為表層部及/或內(nèi)部。在此，奧氏體結(jié)晶粒是指在進行淬火處理后仍殘留著淬火將要進行前的奧氏體晶界的痕跡、基于該痕跡的結(jié)晶粒。其粒度等級如實施形態(tài)所述可基于JIS規(guī)格等測定。
在上述本發(fā)明第二方面的構(gòu)成中，若殘留奧氏體量在11體積％以上，則會生成壓縮應(yīng)力，即使施加產(chǎn)生局部損傷程度的應(yīng)力及/或應(yīng)變，也不會因殘留奧氏體相變成馬氏體的體積膨脹而產(chǎn)生損傷。因此，表面損傷壽命提高。若殘留奧氏體量不到11體積％，則表面損傷壽命的提高較小。另一方面，當(dāng)殘留奧氏體量大于25體積％時，則殘留奧氏體量與通常的滲碳氮化處理沒有差異，從上述殘留奧氏體向馬氏體相變引起的體積膨脹過度，時效尺寸變化增大，故不佳。因此，殘留奧氏體為11體積％～25體積％。優(yōu)選的范圍為15體積％～25體積％。
殘留奧氏體量11體積％～25體積％、或15體積％～25體積％是磨削后滾動面的表層部的值。
所述富氮層的含氮量最好在0.1重量％～0.7重量％的范圍內(nèi)。富氮層是使形成在所述外圈、內(nèi)圈或滾動體的表層的含氮量增加的層，例如可通過滲碳氮化、氮化、浸氮等處理來形成。富氮層的含氮量最好在0.1重量％～0.7重量％的范圍內(nèi)。若含氮量少于0.1重量％，則對殘留奧氏體的生成、高硬度化等的效果小，尤其是表面損傷壽命會降低。若含氮量多于0.7重量％，則會出現(xiàn)稱為縮孔的空孔，或因殘留奧氏體量過多而沒有表現(xiàn)出硬度，從而壽命較短。富氮層的含氮量是磨削后滾動面的表層部的值。另外，含氮量也可稱為含氮率。
(b1)上述搖臂用滾動軸承可以構(gòu)成為搖臂旋轉(zhuǎn)自如地支撐在位于其一方端部與另一方端部之間的旋轉(zhuǎn)軸上，一方端部具有兩叉狀的內(nèi)圈支撐部，內(nèi)圈固定在該兩叉狀的內(nèi)圈支撐部上，另一方端部與引擎的閥門的端部抵接。
(b2)上述搖臂用滾動軸承可以構(gòu)成為搖臂的一方端部與引擎的閥門的端部抵接，在另一方端部配合有樞軸，內(nèi)圈固定在處于搖臂的一方端部與另一方端部之間的相對的兩個側(cè)壁的內(nèi)圈用孔中。
(b3)上述搖臂用滾動軸承可以構(gòu)成為搖臂旋轉(zhuǎn)自如地支撐在位于其一方端部與另一方端部之間的旋轉(zhuǎn)軸上，該一方端部與引擎的閥門的端部抵接，另一方端部與傳遞來自凸輪軸的應(yīng)力的連動桿的一方端部抵接，搖臂用滾動軸承的內(nèi)圈固定在連動桿的另一方端部上，其外圈與凸輪接觸。
上述(b1)、(b2) (b3)的搖臂與滾動軸承的組合的相同點在于將來自凸輪的驅(qū)動力向引擎的閥傳遞，但其結(jié)構(gòu)不同，可分別對應(yīng)不同的引擎型號。
本發(fā)明第三方面的搖臂用滾動軸承，包括與引擎的凸輪軸滾動接觸的外圈、位于外圈的內(nèi)側(cè)并固定在搖臂上的內(nèi)圈、以及夾設(shè)在外圈與內(nèi)圈之間的多個滾動體，外圈、內(nèi)圈及滾動體全部具有富氮層。內(nèi)圈及滾動體中的至少一個構(gòu)件的富氮層的奧氏體結(jié)晶粒的粒度等級在超過10級的范圍內(nèi)，且所述構(gòu)件的殘留奧氏體量在11體積％以上且25體積％以下，所述構(gòu)件的含氮量在0.1質(zhì)量％以上且0.7質(zhì)量％以下。
奧氏體結(jié)晶粒在存在富氮層的表層部和處于表層部內(nèi)側(cè)的內(nèi)部都不變化。因此，成為上述結(jié)晶粒度等級的范圍的對象的位置為表層部及內(nèi)部。在此，奧氏體結(jié)晶粒是指在淬火加熱中產(chǎn)生了相變的奧氏體的結(jié)晶粒，其在因冷卻而相變成馬氏體后仍以過去的形態(tài)殘存。
若殘留奧氏體量不到11體積％，則表面損傷壽命有大幅下降的傾向，若殘留奧氏體量多于25體積％，則殘留奧氏體量與進行通常的滲碳氮化處理的場合沒有差異，從而時效尺寸變化較差。
殘留奧氏體量是磨削后滾動面的表層50μm處的值，例如可通過比較X射線衍射時馬氏體α(211)與殘留奧氏體γ(220)的衍射強度來測定。另外，由于奧氏體相是非磁性體，鐵素體相是強磁性體，故也可利用磁力天平等求得磁化力來進行測定。再者，也可使用市場上銷售的測定裝置來簡單地測定。
富氮層是使形成在表層的含氮量增加的層，例如可通過滲碳氮化、氮化、浸氮等處理來形成。若富氮層的含氮量少于0.1質(zhì)量％，則沒有效果，尤其是表面損傷壽命會降低。若含氮量多于0.7質(zhì)量％，則會出現(xiàn)稱為縮孔的空孔，或因殘留奧氏體量過多而沒有表現(xiàn)出硬度，從而壽命較短。富氮層的含氮量是磨削后滾動面的表層50μm處的值，例如可通過EPMA(Electron ProbeMicro-Analysis波長分散型X射線顯微分析儀)測定。
如上所述，采用本發(fā)明的搖臂用滾動軸承可實現(xiàn)長壽命化，因此，即使緊湊化也不會使軸承的壽命比以往低。由此，可實現(xiàn)緊湊化，抑制壽命的降低。
(c1)上述搖臂用滾動軸承可以構(gòu)成為搖臂安裝在位于其一方端部與另一方端部之間的搖臂軸上，一方端部與引擎的開閉用閥門的端部抵接，搖臂在另一方端部具有兩叉狀的內(nèi)圈支撐部，本發(fā)明的搖臂用滾動軸承的內(nèi)圈固定在該兩叉狀的內(nèi)圈支撐部上。
(c2)上述搖臂用滾動軸承可以構(gòu)成為本發(fā)明的搖臂用滾動軸承設(shè)在搖臂的一方端部與另一方端部之間，內(nèi)圈固定在處于搖臂的兩個側(cè)壁之間的內(nèi)圈孔中，搖臂的一方端部與引擎的開閉用閥門的端部抵接，搖臂的另一方端部與樞軸抵接。
(c3)上述搖臂用滾動軸承可以構(gòu)成為搖臂具有搖臂本體和傳遞來自凸輪軸的應(yīng)力的連動桿，搖臂本體安裝在位于搖臂本體的一方端部與另一方端部之間的搖臂軸上，搖臂本體的一方端部與引擎的開閉用閥門的端部抵接，搖臂本體的另一方端部與連動桿的一方端部抵接，本發(fā)明的搖臂用滾動軸承的內(nèi)圈固定在連動桿的另一方端部上。
上述(c1)、(c2) (c3)的搖臂的相同點在于將來自凸輪的驅(qū)動力向引擎的閥傳遞，但其結(jié)構(gòu)不同，可分別對應(yīng)不同的引擎型號。
另外，在本說明書中，所謂“內(nèi)圈”是包含實心的軸及中空的軸的意思。
本發(fā)明第四方面的搖臂用滾動軸承，包括與引擎的凸輪軸滾動接觸的外圈、位于外圈的內(nèi)側(cè)并固定在搖臂上的內(nèi)圈、以及夾設(shè)在外圈與內(nèi)圈之間的多個滾動體，外圈、內(nèi)圈及滾動體中的至少一個構(gòu)件具有富氮層，具有富氮層的構(gòu)件的奧氏體結(jié)晶粒的粒度等級在超過10級的范圍內(nèi)，且具有富氮層的構(gòu)件的球狀化碳化物的面積率在10％以上。
上述奧氏體結(jié)晶粒度可以通過JIS規(guī)定的通常的方法求得，也可通過切片法等求得對應(yīng)上述結(jié)晶粒度等級的平均粒徑然后換算求得。上述奧氏體結(jié)晶粒度等級只要在滲碳氮化層中滿足即可。但是，通常情況下，處于滲碳氮化層內(nèi)側(cè)的鋼材本體也滿足上述的奧氏體結(jié)晶粒微細化的基準。
另外，所謂奧氏體結(jié)晶粒是指在淬火加熱中發(fā)生了相變的奧氏體的結(jié)晶粒，其在因冷卻而相變成馬氏體后仍以過去的形態(tài)殘存。另外，在本說明書中，所謂“內(nèi)圈”是包含實心的軸及中空的軸的意思。
另外，由于具有富氮層的構(gòu)件的球狀化碳化物的面積率在10％以上，因此可大幅改良滾動疲勞壽命。若球狀化碳化物的面積率不到10％，則不能大幅改善滾動疲勞壽命，因此在10％以上的范圍內(nèi)。雖然球狀化碳化物的面積率越大越好，但通常若面積率超過25％，則會因碳化物的粗大化和凝聚而導(dǎo)致材料的韌性劣化，因此最好在10％以上且25％以下的范圍內(nèi)。
(d1)上述搖臂用滾動軸承可以構(gòu)成為搖臂旋轉(zhuǎn)自如地安裝在位于其一方端部與另一方端部之間的旋轉(zhuǎn)軸上，一方端部與引擎的開閉用閥門的端部抵接，搖臂在另一方端部具有兩叉狀的內(nèi)圈支撐部，本發(fā)明的搖臂用滾動軸承的內(nèi)圈固定在該兩叉狀的內(nèi)圈支撐部上。
(d2)上述搖臂用滾動軸承可以構(gòu)成為搖臂用滾動軸承設(shè)在搖臂的一方端部與另一方端部之間，內(nèi)圈固定在處于搖臂的兩個側(cè)壁之間的內(nèi)圈孔中，搖臂的一方端部與引擎的開閉用閥門的端部抵接，搖臂的另一方端部與樞軸抵接。
(d3)上述搖臂用滾動軸承可以構(gòu)成為搖臂具有搖臂本體和傳遞來自凸輪軸的應(yīng)力的連動桿，搖臂本體旋轉(zhuǎn)自如地安裝在位于搖臂本體的一方端部與另一方端部之間的旋轉(zhuǎn)軸上，搖臂本體的一方端部與引擎的開閉用閥門的端部抵接，搖臂本體的另一方端部與連動桿的一方端部抵接，本發(fā)明的搖臂用滾動軸承的內(nèi)圈固定在連動桿的另一方端部上。
上述(d1)、(d2) (d3)的搖臂的相同點在于將來自凸輪的驅(qū)動力向引擎的閥傳遞，但其結(jié)構(gòu)不同，可分別對應(yīng)不同的引擎型號。
另外，搖臂用滾動軸承可以是滿裝滾子形式的滾針軸承。
本發(fā)明第五方面的搖臂用滾動軸承，包括與引擎的凸輪軸滾動接觸的外圈、位于外圈的內(nèi)側(cè)的內(nèi)圈、以及夾設(shè)在外圈與內(nèi)圈之間的多個滾動體，其特征在于，內(nèi)圈由含有0.50質(zhì)量％以上的碳的鋼構(gòu)成，具有中空的圓筒形狀，端面具有HV200以上且HV300以下的硬度，且在從轉(zhuǎn)動體滾動的內(nèi)圈的滾動面表面到內(nèi)徑面的整個徑向上具有硬化層。
采用本發(fā)明第五方面的搖臂用滾動軸承，由于在從轉(zhuǎn)動體滾動的內(nèi)圈的滾動面表面到其內(nèi)徑的整個徑向上形成有硬化層，故可改善靜態(tài)斷裂強度及斷裂疲勞強度。另外，由于內(nèi)圈是中空圓筒形狀，故可使?jié)L動軸承輕量化、緊湊化。
由于進行高頻熱處理，使作為滾動體的滾子的滾動面、即內(nèi)圈的外徑表面硬化成適度的硬度(HV653以上)，因此構(gòu)成內(nèi)圈的鋼的碳量需要在0.5質(zhì)量％以上。
由于通過對內(nèi)圈端面進行鉚接加工來將其固定在搖臂等上，因此，內(nèi)圈端面的硬度在可進行鉚接加工的HV200以上且HV300以下的范圍內(nèi)。
本發(fā)明第五方面的搖臂用滾動軸承最好構(gòu)成為內(nèi)圈的滾動面表層部的奧氏體結(jié)晶粒的粒度等級在超過10級的范圍內(nèi)，該奧氏體結(jié)晶粒的粒度等級是磨削后滾動面的表層50μm處的值。
由于奧氏體結(jié)晶粒的粒度等級超過10級，奧氏體結(jié)晶粒的粒徑非常微細，因此可大幅改良滾動疲勞壽命。若奧氏體結(jié)晶粒的粒度等級在10級以下，則不能大幅改善斷裂疲勞壽命、滾動疲勞壽命，因此使其在超過10級的范圍內(nèi)。通常，為11級以上。
在此，奧氏體結(jié)晶粒是指在進行淬火處理后仍殘留著淬火將要進行前的奧氏體晶界的痕跡、基于該痕跡的結(jié)晶粒。
本發(fā)明第五方面的搖臂用滾動軸承最好構(gòu)成為內(nèi)圈在表層部具有富氮層。
本發(fā)明第五方面的搖臂用滾動軸承最好構(gòu)成為內(nèi)圈的滾動面表層部的殘留奧氏體量在11體積％以上且40體積％以下的范圍內(nèi)，該殘留奧氏體量是磨削后滾動面的表層50μm處的值。
若殘留奧氏體量為11體積％左右，則表面損傷壽命降低，若不到11體積％則有更低的傾向。另一方面，若殘留奧氏體量多于40體積％，則會引起表面硬度的降低，導(dǎo)致滾動疲勞壽命惡化。
本發(fā)明第五方面的搖臂用滾動軸承最好構(gòu)成為富氮層的含氮量在0.1質(zhì)量％以上且0.7質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)，該含氮量是磨削后滾動面的表層50μm處的值。
富氮層是使形成在內(nèi)圈的表層的含氮量增加的層，例如可通過滲碳氮化、氮化、浸氮等處理來形成。若含氮量少于0.1質(zhì)量％，則沒有效果，尤其是表面損傷壽命會降低。若含氮量多于0.7質(zhì)量％，則會出現(xiàn)稱為縮孔的空孔，或因殘留奧氏體量過多而沒有表現(xiàn)出硬度，從而壽命較短。
本發(fā)明第五方面的搖臂用滾動軸承最好構(gòu)成為內(nèi)圈的滾動面的表面硬度在HV653以上。
由于表面硬度較高，在HV653以上，因此可大幅改良滾動疲勞壽命。若表面硬度不到HV653，則不能大幅改善滾動疲勞壽命，反而使其惡化。通常，表面硬度的范圍為HV720以上且HV800以下。雖然表面硬度越高越好，但通常很難得到超過HV900的表面硬度。
本發(fā)明第五方面的搖臂用滾動軸承最好構(gòu)成為內(nèi)圈的滾動面表層部的富氮層的球狀化碳化物的面積率在10％以上，該球狀化碳化物的面積率是磨削后滾動面的表層50μm處的值。
由于球狀化碳化物的面積率在10％以上，因此可大幅改良滾動疲勞壽命。若球狀化碳化物的面積率不到10％，則不能大幅改善滾動疲勞壽命，因此在10％以上的范圍內(nèi)。雖然球狀化碳化物的面積率越大越好，但通常若面積率超過25％，則會因碳化物的粗大化和凝聚而導(dǎo)致材料的韌性劣化，因此最好在10％以上且25％以下的范圍內(nèi)。球狀化碳化物的面積率是磨削后滾動面的表層50μm處的值，在用苦味酸醇溶液(苦味醇液)進行腐蝕后，可用光學(xué)顯微鏡(400倍)觀察。
在此，簡單地稱為球狀化碳化物，但實際上是碳化物/氮化物的組合。
上述的殘留奧氏體量、富氮層中的含氮量、硬化層的硬度及球狀化碳化物的面積率這些各個特性可通過改善內(nèi)圈的斷裂強度來改善滾動疲勞壽命。
(e1)上述搖臂用滾動軸承最好構(gòu)成為搖臂安裝在位于一方端部與另一方端部之間的搖臂軸上，在搖臂的一方端部設(shè)有兩叉狀的內(nèi)圈支撐部，另一方端部與引擎的開閉用閥門的端部抵接，內(nèi)圈固定在兩叉狀的內(nèi)圈支撐部上。
(e2)上述搖臂用滾動軸承最好構(gòu)成為搖臂的一方端部與樞軸抵接，滾動軸承設(shè)在搖臂本體的一方端部與另一方端部之間，另一方端部與引擎的開閉用閥門的端部抵接。
(e3)上述搖臂用滾動軸承最好構(gòu)成為搖臂安裝在位于一方端部與另一方端部之間的搖臂軸上，搖臂的一方端部與傳遞來自凸輪軸的力的連動桿的一方端部抵接，另一方端部與引擎的開閉用閥門的端部抵接，滾動軸承設(shè)在連動桿的另一方端部上。
上述(e1)、(e2) (e3)各個形態(tài)的相同點在于將來自凸輪的驅(qū)動力向引擎的閥傳遞，但其結(jié)構(gòu)不同，可分別對應(yīng)不同的引擎型號。
上述搖臂用滾動軸承最好構(gòu)成為滾動軸承是滿裝滾子形式的滾針軸承。
發(fā)明效果本發(fā)明第一方面的搖臂用滾動軸承對奧氏體晶粒進行微細化以使其粒度等級超過10級，且具有653以上的表面硬度Hv，因此，滾動疲勞壽命大幅改善，可得到優(yōu)良的耐斷裂強度和耐時效尺寸變化。
采用本發(fā)明第二方面的搖臂用滾動軸承，在高速化、大載荷化、潤滑油低粘度化的使用條件下，不僅可延長滾動疲勞壽命，還可延長針對金屬接觸引起的表面損傷的表面損傷壽命。
采用本發(fā)明第三方面的搖臂用滾動軸承，可實現(xiàn)緊湊化，抑制壽命的降低。
本發(fā)明第四方面的搖臂用滾動軸承，對奧氏體晶粒進行微細化以使其粒度等級超過10級，且球狀化碳化物的面積率在10％以上，因此，滾動疲勞壽命大幅改善，可得到優(yōu)良的耐斷裂強度和耐時效尺寸變化。
采用本發(fā)明第五方面的搖臂用滾動軸承，由于從內(nèi)圈的供轉(zhuǎn)動體滾動的滾動面表面到其內(nèi)徑的整個徑向上形成有硬化層，故可改善靜態(tài)斷裂強度及斷裂疲勞強度。另外，由于內(nèi)圈是中空圓筒形狀，故可使?jié)L動軸承輕量化、緊湊化。另外，在表層部具有富氮層，奧氏體結(jié)晶被微細化成粒度等級超過10級，并具有適量的殘留奧氏體量，具有適度的表面硬度，球狀化碳化物的面積率高，因此，可同時改善通常的依賴載荷型的滾動疲勞壽命、以及針對因滑移或油膜不足而產(chǎn)生的金屬接觸的表面損傷壽命。


圖1是表示本發(fā)明實施形態(tài)1的搖臂用滾動軸承的使用狀態(tài)的概略主視圖。
圖2是沿圖1的II-II線的剖視圖。
圖3是表示本發(fā)明實施形態(tài)1的另一搖臂用滾動軸承的使用狀態(tài)的概略主視圖。
圖4是表示本發(fā)明實施形態(tài)1的又一搖臂用滾動軸承的使用狀態(tài)的概略主視圖。
圖5是包含圖4的搖臂用滾動軸承在內(nèi)的部分的放大圖。
圖6是說明本發(fā)明實施形態(tài)1的熱處理方法的圖。
圖7是說明本發(fā)明實施形態(tài)1的熱處理方法的變形例的圖。
圖8是表示軸承部件的顯微組織、尤其是奧氏體晶粒的圖，(a)是本發(fā)明例的軸承部件，(b)是以往的軸承部件。
圖9(a)是表示圖解圖8(a)后的奧氏體晶界的圖，圖9(b)是表示圖解圖8(b)后的奧氏體晶界的圖。
圖10是用于說明以往的硬化層的圖案的剖視立體圖。
圖11是用于說明本發(fā)明實施形態(tài)2的硬化層的圖案的剖視立體圖。
圖12是說明本發(fā)明實施形態(tài)2的熱處理方法的圖。
圖13是說明本發(fā)明實施形態(tài)2的另一熱處理方法的圖。
圖14是對圖12的加熱曲線H1附加了具體條件的圖。
圖15是對圖13的加熱曲線H2附加了具體條件的圖。
圖16是表示外圈旋轉(zhuǎn)的滾動疲勞試驗機的圖。
圖17是表示靜壓破壞強度試驗(破壞應(yīng)力值的測定)的試驗片的圖。
圖18是滾動疲勞壽命試驗機的概略圖，(a)是主視圖，(b)是側(cè)視圖。
圖19是表示靜態(tài)破壞韌性試驗的試驗片的圖。
圖20是表示實施例5的試料1～試料6的結(jié)構(gòu)(尺寸)的剖視圖。
圖21是表示實施例5的試料7～試料11的結(jié)構(gòu)(尺寸)的剖視圖。
圖22是表示剝離壽命試驗裝置的主要部分的主視圖。
圖23是沿圖22的XXIII-XXIII線的剖視圖。
(符號說明)1搖臂1a、1b搖臂端部1c側(cè)壁 2、52輥軸(內(nèi)圈)2a硬化層 2b外徑面2c內(nèi)徑面 2d端面3、53滾子(針狀滾子) 4、54輥(外圈)5搖臂軸(旋轉(zhuǎn)軸) 6凸輪7調(diào)整螺釘8鎖定螺母9閥門9a閥門上端10彈簧 11搖臂本體11a、11b搖臂本體端部 14內(nèi)圈支撐部(輥支撐部)15樞軸孔 16連動桿16a軸承安裝部16b連動桿上端部
17安裝構(gòu)件50滾動軸承55、56構(gòu)件101驅(qū)動滾筒111驅(qū)動滾筒 112引導(dǎo)滾筒113滾珠 121滾動疲勞壽命試驗片具體實施方式
下面參照附圖對本發(fā)明的實施形態(tài)進行說明。
(實施形態(tài)1)圖1是表示本發(fā)明實施形態(tài)1的搖臂用滾動軸承的使用狀態(tài)的概略主視圖，圖2是沿圖1的II-II線的剖視圖。如圖1及圖2所示，作為轉(zhuǎn)動構(gòu)件的搖臂1在位于一方端部1a與另一方端部1b之間的中央部通過軸承襯瓦等自由旋轉(zhuǎn)地支撐在搖臂軸5上。搖臂1以搖臂軸5為中心進行擺動運動。在該搖臂1的一方端部1b上旋入有調(diào)整螺釘7。該調(diào)整螺釘7通過鎖定螺母8固定，其下端與內(nèi)燃機的供氣閥或排氣閥的閥門(引擎的開閉用閥門)9的上端部9a抵接。該閥門9被彈簧10的彈力施力。
搖臂1一體地具有以兩叉狀形成在另一方端部1a上的內(nèi)圈支撐部(輥支撐部)14。在開設(shè)在該兩叉狀的內(nèi)圈支撐部14上的輥軸孔中鉚接、壓入或通過擋圈固定有相當(dāng)于內(nèi)圈的輥軸2的兩端。輥軸2具有中空的圓筒形狀。在該輥軸2的外周面中央部通過多個作為滾動體的滾子3自由旋轉(zhuǎn)地支撐有構(gòu)成外圈的輥4。即，在輥軸2與輥4之間夾設(shè)有多個滾子3。即，在該兩叉狀的輥支撐部14上配置有包括相當(dāng)于內(nèi)圈的輥軸2、作為滾動體的滾子3及相當(dāng)于外圈的輥4的滿裝滾子型的滾動軸承(滾針軸承)50。滾子3的軸線方向與輥軸2的軸線平行地配置。該輥4的外周面因彈簧10的施力而與設(shè)于凸輪軸的凸輪6的凸輪面抵接。換言之，凸輪6與輥4滾動接觸。
凸輪6旋轉(zhuǎn)時，搖臂1被凸輪6推壓而沿上下方向振動，該振動以搖臂軸5為支點向閥門9傳遞，閥門9進行開閉動作。本實施形態(tài)的搖臂用滾動軸承50是不使用保持器的滿裝滾子軸承，由輥軸2、多個滾子3及輥4構(gòu)成。搖臂用滾動軸承50起到減小搖臂1與凸輪6之間的摩擦、提高耐磨損性的作用。由于搖臂用滾動軸承50一邊與凸輪6接觸一邊旋轉(zhuǎn)，故在輥4上作用有凸輪6的推壓力和沖擊力。
圖3是表示本發(fā)明實施形態(tài)1的另一搖臂用滾動軸承的使用狀態(tài)的概略主視圖。如圖3所示，在搖臂1的一方端部1b與另一方端部1a之間設(shè)置有搖臂用滾動軸承50。另外，在搖臂1的兩個側(cè)壁1c之間形成有作為內(nèi)圈孔的輥孔(未圖示)。并且，在該輥孔內(nèi)固定有輥軸2。
輥軸2具有中空的圓筒形狀，通過將兩端插入開設(shè)在搖臂1兩側(cè)的各個側(cè)壁上的輥軸孔(未圖示)中并進行鉚接加工來加以固定。在該輥軸2的外徑面中央部通過滾子3自由旋轉(zhuǎn)地支撐有輥4。滾子3的軸線方向與輥軸2的軸線平行地配置。該輥4的外徑面因彈簧10的施力而與設(shè)于凸輪軸的凸輪6的凸輪面抵接。
搖臂1的一方端部1b與引擎的開閉用閥門9的上端部9a抵接，在搖臂1的另一方端部1a上設(shè)置有樞軸孔15。樞軸孔15與未圖示的樞軸抵接。設(shè)有樞軸孔15的搖臂1被彈簧10向樞軸周圍的規(guī)定方向施力。從凸輪6傳來的驅(qū)動力由輥4接受，使閥門9克服彈簧10的施力運動。
圖4是表示本發(fā)明實施形態(tài)1的又一搖臂用滾動軸承的使用狀態(tài)的概略主視圖。圖5是包含圖4的搖臂用滾動軸承在內(nèi)的部分的放大圖。
如圖4及圖5所示，搖臂1具有搖臂本體11和傳遞來自凸輪6的應(yīng)力的連動桿16。在搖臂本體11的一方端部11b與另一方端部11a之間、即在搖臂本體11的中央部配置有搖臂軸(旋轉(zhuǎn)軸)5，搖臂本體11在其周圍轉(zhuǎn)動。搖臂本體11的一方端部11b與閥門9的上端部9a抵接，閥門9被彈簧10的彈力施力。另外，搖臂本體11的另一方端部11a與連動桿16的上端部16b抵接。在搖臂本體11的另一方端部11a上安裝有調(diào)整螺釘7。調(diào)整螺釘7具有調(diào)節(jié)搖臂本體11與連動桿16的抵接位置的功能。在位于連動桿16下端部的中空的軸承安裝部16a上通過安裝構(gòu)件17安裝有搖臂用滾動軸承50的輥軸2。凸輪6與搖臂用滾動軸承50的輥4抵接，將驅(qū)動力傳遞給連動桿16。
滾動軸承50包括相當(dāng)于內(nèi)圈的輥軸2、作為滾動體的滾子3及相當(dāng)于外圈的輥4。輥軸2具有中空的圓筒形狀。該輥軸2的兩端通過鉚接加工固定在安裝構(gòu)件17上。在該輥軸2的外周徑中央部通過滾子3自由旋轉(zhuǎn)地支撐有輥4。滾子3的軸線方向與輥軸2的軸線平行地配置。
輥4的外徑面因彈簧10的施力而與凸輪6的凸輪面抵接，凸輪6與滾動軸承50的輥4抵接，將驅(qū)動力傳遞給連動桿16。利用該連動桿16將具有凸輪6的凸輪軸的驅(qū)動力傳遞給搖臂1。
在圖1～圖5中，對一方與另一方之間不作特殊區(qū)別，只是在說明的順序上將較早說明的端部稱為一方端部。
在構(gòu)成上述搖臂用滾動軸承50的構(gòu)件中，對滾子3、輥軸2及作為外圈的輥4中的至少一個構(gòu)件實施后述的低溫二次淬火法的熱處理，從而成為微細奧氏體晶粒。結(jié)果是，上述圖1～圖5中的作為內(nèi)圈的輥軸2、作為滾動體的滾子3及作為外圈的輥4中的至少一個構(gòu)件具有富氮層，對其表層部實施高頻淬火，成為奧氏體結(jié)晶粒度在11級以上(基于JIS規(guī)格)的超微細狀態(tài)，且硬度在HV653以上。
另外，在構(gòu)成上述引擎的搖臂用軸承的構(gòu)件中，對滾子3、輥軸2及輥4中的至少一個構(gòu)件實施后述的低溫二次淬火法的熱處理，從而奧氏體結(jié)晶粒的粒度等級在超過10級的范圍內(nèi)，且富氮層的殘留奧氏體量在磨削后的滾動面的表層部中占11體積％～25體積％。
另外，在構(gòu)成上述搖臂用滾動軸承50的構(gòu)件中，輥4、輥軸2及滾子3全部具有富氮層。另外，對輥軸2及滾子3中的至少一個構(gòu)件實施后述的低溫二次淬火法的熱處理，從而輥軸2及滾子3中的至少一個構(gòu)件的富氮層的奧氏體結(jié)晶粒的粒度等級在超過10級的范圍內(nèi)，且殘留奧氏體量在11體積％以上且25體積％以下，含氮量在0.1質(zhì)量％以上且0.7質(zhì)量％以下。
另外，在構(gòu)成上述搖臂用滾動軸承50的構(gòu)件中，對滾子3、輥軸2及作為外圈的輥4中的至少一個構(gòu)件實施后述的低溫二次淬火法的熱處理，從而奧氏體結(jié)晶粒的粒度等級在超過10級的范圍內(nèi)，且球狀化碳化物的面積率在10％以上。
下面對這些滾動軸承的外圈(輥4)、內(nèi)圈(輥軸2)及滾動體(滾子3)中的至少一個軸承部件所進行的包含滲碳氮化處理在內(nèi)的熱處理進行說明。圖6是說明本發(fā)明實施形態(tài)1的熱處理方法的圖。圖7是說明本發(fā)明實施形態(tài)1的熱處理方法的變形例的圖。圖6是表示進行一次淬火及二次淬火的方法的熱處理曲線，圖7是表示在淬火途中將材料冷卻到不到A1相變點的溫度、然后重新加熱而進行最終淬火的方法的熱處理曲線。兩者都是本發(fā)明的實施形態(tài)例。在這些圖的處理T1中，使碳和氮擴散到鋼的基體中，且在碳的溶解充分進行后，冷卻到不到A1相變點的溫度。接著，在圖中的處理T2中，重新加熱到比處理T1低的溫度，之后實施油淬火。
與進行普通淬火、即在滲碳氮化處理后直接進行一次淬火的情況相比，上述處理可對表層部分進行滲碳氮化，且可提高斷裂強度，減小時效尺寸變化率。如上所述，采用上述熱處理方法，可得到奧氏體結(jié)晶粒的粒徑在以往的二分之一以下的顯微組織。進行了上述熱處理的軸承部件可得到長壽命的滾動疲勞特性，且可提高斷裂強度，減小時效尺寸變化率。
圖8是表示軸承部件的顯微組織、尤其是奧氏體晶粒的圖。圖8(a)是本發(fā)明例的軸承部件，圖8(b)是以往的軸承部件。即，圖8(a)表示應(yīng)用了上述圖6所示熱處理曲線的軸承鋼的奧氏體結(jié)晶粒度。另外，為了進行比較，圖8(b)表示采用了以往熱處理方法的軸承鋼的奧氏體結(jié)晶粒度。圖9(a)及圖9(b)分別是表示圖解上述圖8(a)及圖8(b)后的奧氏體晶界的圖。通過這些表示奧氏體結(jié)晶粒度的組織可知，以JIS規(guī)格的粒度等級來說，以往的奧氏體粒徑為10級以下的等級，采用本發(fā)明的熱處理方法則可得到12級的細粒。用切片法測定的圖8(a)的平均粒徑為5.6μm。
(實施形態(tài)2)如圖1～圖5所示，本實施形態(tài)的搖臂用滾動軸承50的內(nèi)圈2由含有0.50質(zhì)量％以上的碳的鋼構(gòu)成，具有中空的圓筒形狀，端面具有HV200以上且HV300以下的硬度。如圖11(a)、(b)所示，各滾動軸承50的內(nèi)圈2在從滾子(轉(zhuǎn)動體)3滾動的內(nèi)圈2的滾動面表面到內(nèi)徑面2c的整個徑向上具有硬化層。這種硬化層最好形成在內(nèi)圈2的整個圓周方向上。
作為該硬化層的圖案，在日本專利特開2000-38906號公報中，如圖10所示，僅內(nèi)圈2的外徑面2b的滾動面表層部為硬化層2a，內(nèi)徑面2c的表層部及端面2d的表層部為未硬化層。采用該硬化層2a的圖案時，若軸承受到載荷，則與全部為硬化層2a的內(nèi)圈2相比，混合有硬化層2a和未硬化層的內(nèi)圈2的強度小、容易變形，因此，在內(nèi)徑面2c的中央部產(chǎn)生大的拉伸應(yīng)力。并且，在反復(fù)施加載荷時，由于內(nèi)徑面2c的表層部是未硬化層，與硬化層2a相比疲勞強度小，因此，很多時候會因小的拉伸應(yīng)力的作用而產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致內(nèi)圈破損。
另一方面，如圖11(a)、(b)所示，在本實施形態(tài)的硬化層2a的圖案中，從內(nèi)圈2的外徑面2b的滾動面表層部到內(nèi)徑面2c的整個徑向上都是硬化層2a，未硬化層的部分僅在端面2d的表層部附近。采用該硬化層2a的圖案時，與圖10所示的內(nèi)圈2相比，由于硬化層2a的區(qū)域多，故強度大、不易變形。即使在反復(fù)施加載荷時，由于內(nèi)徑面2c的中央部是硬化層2a，疲勞強度大，因此，可防止產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致內(nèi)圈2破損的可能性低。
與圖11(a)相比，在圖11(b)的硬化層圖案中，內(nèi)徑面2c中的硬化層2a的區(qū)域大，對強度較為有利。另外，對于反復(fù)施加載荷時產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力，可在內(nèi)徑面2c的大區(qū)域內(nèi)防止產(chǎn)生裂縫，從而與僅在內(nèi)徑面2c的中央部防止產(chǎn)生裂縫的情況相比，在因搖臂1的不穩(wěn)定動作而受到偏心載荷時也較為有利。
硬化層2a的硬度在HV653以上，內(nèi)圈2的包含端面2d在內(nèi)的未硬化層的硬度在HV200以上且HV300以下。在硬化層2a與未硬化層之間存在中間層(硬度在HV300以上且HV653以下)。
最好是內(nèi)圈2在表層部具有富氮層，對其表層部實施高頻淬火，成為奧氏體結(jié)晶粒度超過10級(基于JIS規(guī)格)的超微細狀態(tài)。
內(nèi)圈2的滾動面的表面硬度在HV653以上。由于對內(nèi)圈2的表層部實施了高頻淬火，故最好殘留奧氏體量占11體積％以上且40體積％以下。另外，富氮層中的含氮量最好在0.1質(zhì)量％以上且0.7質(zhì)量％以下。這些殘留奧氏體量和含氮量是磨削后滾動面的表層50μm處的值。結(jié)果是，在表層部不易產(chǎn)生表面損傷和內(nèi)部起點型剝離，另一方面，在其他部位由于硬度較低故容易進行鉚接加工。因此，雖未圖示，但對輥軸的兩端進行鉚接加工，在輥軸支撐部的倒角部形成有鉚接加工固定部。
下面對這些滾動軸承50的內(nèi)圈2所進行的包含滲碳氮化處理在內(nèi)的熱處理進行說明。
圖12是說明本發(fā)明實施形態(tài)2的熱處理方法的圖。圖13是說明本發(fā)明實施形態(tài)2的另一熱處理方法的圖。圖12是在A1點以上進行滲碳氮化處理后、直接慢冷卻的熱處理曲線，圖13是在A1點以上進行滲碳氮化處理后急冷、然后在不到A1點的溫度下進行調(diào)質(zhì)處理即回火處理的熱處理曲線。圖12的熱處理曲線中的慢冷卻處理或圖13中的調(diào)質(zhì)處理互相對應(yīng)，以使表層部以外的部分的硬度降低。圖12及圖13的熱處理曲線都是在之后對具有滾動面的表層部實施高頻淬火，然后實施低溫回火。
下面對圖12及圖13的各處理如何生成顯微組織進行說明。首先，在圖12及圖13的加熱曲線中，均對由含有0.50質(zhì)量％以上的碳的鋼構(gòu)成的中空圓筒形狀的鋼材例如在A1點以上進行滲碳氮化處理。在該滲碳氮化處理中，在滾動軸承的對象構(gòu)件(內(nèi)圈)上形成有富氮層。在該富氮層中，相對于鐵原子Fe為進入型元素的C、N過共析地進入，例如在奧氏體中析出碳化物(兩相共存)。即，在富氮層形成過共析鋼。另外，在不進行滲碳氮化處理的內(nèi)部，由于是作為原材料的原始鋼材的組成，從而為奧氏體相。另外，也可在作為原材料的鋼材處于鐵素體和奧氏體這兩相或奧氏體和滲碳體這兩相共存的狀態(tài)的溫度下進行滲碳氮化處理。
接著，在進行冷卻時，在圖12的加熱曲線(稱為加熱曲線H1)中，從滲碳氮化處理溫度開始慢冷卻。該慢冷卻的目的在于使組織軟化、提高加工性。在該慢冷卻中，內(nèi)部從上述奧氏體生成由鐵素體和滲碳體構(gòu)成的珠光體，但由于不使珠光體中的滲碳體層狀化而是使其凝聚粗大化，從而可促進軟化。因此，慢冷卻的溫度區(qū)域可以到滲碳氮化處理溫度～(A1點-100℃)左右。即使慢冷卻到比該溫度低的溫度，也不能實現(xiàn)滲碳體的凝聚粗大化，只是浪費時間、降低效率。作為標(biāo)準可以到620℃左右。然后，為了縮短時間，可以進行空冷，也可以進行水冷或油冷。
在富氮層中，從碳化物+奧氏體的奧氏體生成珠光體，其中的碳化物凝聚粗大化。
在圖13的加熱曲線(稱為加熱曲線H2)中，從滲碳氮化處理溫度開始例如通過油冷等進行淬火。此時，內(nèi)部通過初始的鋼材組成從奧氏體生成馬氏體等。該馬氏體組織較硬。在此狀態(tài)下，由于鉚接加工困難，故進行上述回火處理(調(diào)質(zhì)處理)?；鼗鹛幚碓贏1點以下且盡量接近A1點的溫度下迅速地進行。即，進行高溫回火。因此，回火可以在A1點～650℃范圍內(nèi)、更好為A1點～680℃范圍內(nèi)進行。通過該回火，馬氏體組織中較高的位錯密度消失，得到位錯密度較低的鐵素體和凝聚粗大化后的滲碳體的組織。
另外，在滲碳氮化層中，通過油冷等淬火從(碳化物+奧氏體)的奧氏體生成馬氏體。馬氏體通過上述的回火，與內(nèi)部生成的馬氏體同樣地被軟化。初始具有的碳化物產(chǎn)生凝聚。
在上述的顯微組織的說明中，為了便于理解，如上所述，忽視了氮和較為復(fù)雜的實際顯微組織中的次要因素。
接著，在加熱曲線H1及H2中都進行高頻淬火。在該高頻淬火前的階段，富氮層是混合有凝聚的碳化物(比例較大)和鐵素體的組織。在高頻淬火中被迅速加熱，此時，碳化物一邊固溶一邊成核產(chǎn)生奧氏體。由于分散的碳化物的密度非常高，故奧氏體成核密度非常高，產(chǎn)生的奧氏體互相匯合形成的奧氏體組織的結(jié)晶粒是超微細狀態(tài)。另外，由于富氮層是過共析鋼，故碳化物共存，只因該碳化物的出現(xiàn)從而阻止超微細的奧氏體晶粒的成長。因此，在富氮層中，可得到超微細的奧氏體晶粒。隨著迅速加熱的溫度升高，碳化物固溶，大量的碳固溶到超微細奧氏體中。
接著，當(dāng)在迅速加熱后進行淬火時，超微細奧氏體相變成馬氏體。此時，由于大量固溶有碳，奧氏體比較穩(wěn)定，故在馬氏體間的微細區(qū)域殘留有未相變的奧氏體。這就是殘留奧氏體。該殘留奧氏體形成在馬氏體之間，故非常微細。以體積率來說，殘留奧氏體占11～40體積％。
然后，在180℃左右進行硬度不太下降的回火。在該180℃左右的回火中，維持在高密度的位錯幾乎不消失的狀態(tài)。該回火是為了使組織穩(wěn)定化而進行的。在該回火中，不產(chǎn)生滲碳體的凝聚，也幾乎不產(chǎn)生軟化。根據(jù)鋼材不同也可以省去該回火。
含有上述殘留奧氏體的高頻淬火組織比較強韌，即使在嚴酷的使用條件下也可實現(xiàn)長壽命。
通過進行上述熱處理，可使表層部的奧氏體粒度成為11級以上(超過10級的范圍)的超細微粒，且可使內(nèi)部的顯微組織成為鐵素體和碳化物的混合組織。另外，可使表層部的硬度在HV635以上，使殘留奧氏體占11～40體積％。另外，如圖11(a)或圖11(b)所示，可將硬化層(硬度在HV635以上)形成在從內(nèi)圈的滾動面表面到內(nèi)徑面的整個徑向上。
另一方面，可使硬化層以外的未硬化層的部分(包括內(nèi)圈的端面)的硬度在HV200以上且HV300以下。因此，進行了上述熱處理的內(nèi)圈具有長壽命的滾動疲勞特性，且容易進行鉚接加工。
另外，可使富氮層中的含氮量在0.1質(zhì)量％以上且0.7質(zhì)量％以下，使富氮層中的球狀化碳化物的面積率在10％以上。
下面對圖12及圖13所示的加熱曲線H1、H2中的各個具體條件進行說明。
圖14是對圖12的加熱曲線H1附加了具體條件的圖，圖15是對圖13的加熱曲線H2附加了具體條件的圖。如圖14所示，滲碳氮化處理例如在850℃×90分鐘的條件下進行。滲碳氮化處理后的慢冷卻例如通過從滲碳氮化處理溫度爐冷到650℃后、從650℃爐冷到500℃、然后進行空冷來進行。高頻淬火例如通過迅速加熱到800～1000℃的溫度后進行水冷來進行?；鼗鹄缭?80℃×120分鐘的條件下進行，然后進行空冷。
如圖15所示，滲碳氮化處理例如在850℃×90分鐘的條件下進行。在滲碳氮化處理后例如通過油冷冷卻到100℃?；鼗鹛幚?調(diào)質(zhì)處理)例如在700℃×120分鐘的條件下進行，然后進行空冷。高頻淬火例如通過迅速加熱到800～1000℃的溫度后進行水冷來進行?；鼗鹄缭?80℃×120分鐘的條件下進行，然后進行空冷。
下面對本發(fā)明的實施例進行說明。
(實施例1)使用JIS規(guī)格SUJ2制作了滾動疲勞試驗用的搖臂用滾動軸承。軸承是在搖臂上使用的滿裝滾子型的滾針軸承。內(nèi)圈的尺寸為外徑φ14.64mm×寬L17.3mm，外圈的尺寸為內(nèi)徑φ18.64mm×外徑φ24mm×寬L6.9mm。滾子的尺寸為外徑φ2mm×長L6.8mm，使用26根滾子。另外，構(gòu)成為不使用保持器的滿裝滾子型。該軸承的基本動態(tài)額定載荷為8.6kN，基本靜態(tài)額定載荷為12.9kN。
各試驗軸承的制造過程如下所述。
試驗軸承No.1～No.3(本發(fā)明實施例)在滲碳氮化處理溫度為850℃、持續(xù)時間為150分鐘的條件下進行滲碳氮化處理。滲碳氮化處理在RX氣體與氨氣的混合氣體的環(huán)境中進行。此時，對應(yīng)于各個試驗軸承No.1～No.3，分別變更RX氣體與氨氣的混合比后進行滲碳氮化處理。然后，根據(jù)圖6所示的熱處理曲線，從850℃的滲碳氮化處理溫度開始進行一次淬火，接著以低于滲碳氮化處理溫度的800℃加熱20分鐘進行二次淬火，然后以180℃進行90分鐘回火。
試驗軸承No.4進行標(biāo)準熱處理。即，在RX氣體環(huán)境中，以840℃的加熱溫度、20分鐘的持續(xù)時間進行加熱后，進行淬火，然后以180℃進行90分鐘回火。
試驗軸承No.5、6在滲碳氮化處理溫度為850℃、持續(xù)時間為150分鐘的條件下進行滲碳氮化處理。滲碳氮化處理在RX氣體與氨氣的混合氣體的環(huán)境中進行。此時，對應(yīng)于各個試驗軸承No.5、No.6，分別變更RX氣體與氨氣的混合比后進行滲碳氮化處理。然后，從850℃開始進行淬火，接著以180℃進行90分鐘回火。
表1表示用上述制造方法制作的試驗軸承No.1～No.6的內(nèi)圈的材質(zhì)調(diào)查結(jié)果及功能評價試驗結(jié)果。
表1

下面對材質(zhì)調(diào)查方法及功能評價試驗方法進行說明。
(1)奧氏體結(jié)晶粒度奧氏體結(jié)晶粒度的測定基于JIS G 0551中鋼的奧氏體結(jié)晶粒度試驗方法進行。
(2)殘留奧氏體量殘留奧氏體量的測定通過比較X射線衍射時馬氏體α(211)與殘留奧氏體γ(220)的衍射強度來進行。殘留奧氏體量采用磨削后滾動面的表層50μm處的值。
(3)含氮量含氮量的測定使用EPMA進行。含氮量采用磨削后滾動面的表層50μm處的值。
(4)表面硬度表面硬度的測定使用維氏硬度計(1kgf)來進行。
(5)球狀化碳化物的面積率球狀化碳化物的面積率通過使用苦味酸醇溶液(苦味醇液)進行腐蝕后、用光學(xué)顯微鏡(400倍)觀察來測定。球狀化碳化物的面積率采用磨削后滾動面的表層50μm處的值。
(6)滾動疲勞壽命試驗滾動疲勞壽命試驗裝置如圖16所示，試驗條件如表2所示。該試驗裝置是外圈旋轉(zhuǎn)型的試驗裝置。如圖16所示，在裝在試驗機上的輥軸52與輥54之間可滾動地配置有多個針狀滾子53，使該輥54在由構(gòu)件55、56施加徑向載荷的情況下以規(guī)定速度旋轉(zhuǎn)，由此進行滾動疲勞試驗。
表2軸承的滾動壽命試驗條件

(7)靜態(tài)斷裂強度試驗使用試驗軸承的外圈，以單體的形態(tài)用阿姆斯拉試驗機施加載荷，進行靜態(tài)斷裂強度試驗。
(8)斷裂疲勞強度試驗使用試驗軸承的外圈，在表3所示的試驗條件下進行斷裂疲勞強度試驗。
表3環(huán)狀物斷裂疲勞試驗條件

對于(6)滾動疲勞壽命試驗、(7)靜態(tài)斷裂強度試驗及(8)斷裂疲勞強度試驗的結(jié)果，將標(biāo)準熱處理產(chǎn)品No.4設(shè)為1，將各試驗軸承的結(jié)果以比率的形態(tài)表示。
下面對表1所示的試驗結(jié)果進行說明。
(1)奧氏體結(jié)晶粒度本發(fā)明產(chǎn)品No.1～No.3的結(jié)晶粒度等級為11～12，被顯著地微細化。標(biāo)準熱處理產(chǎn)品及以往的滲碳氮化處理產(chǎn)品No.4～No.6的結(jié)晶粒度等級為8～9，是比本發(fā)明產(chǎn)品粗大的奧氏體結(jié)晶粒。
(2)殘留奧氏體量本發(fā)明產(chǎn)品No.1～No.3為12～24％，存在適度的奧氏體。標(biāo)準熱處理產(chǎn)品No.4為8％，比本發(fā)明產(chǎn)品少。以往的滲碳氮化處理產(chǎn)品No.5、No.6為29～36％，比本發(fā)明產(chǎn)品多。本發(fā)明產(chǎn)品的奧氏體量是處于標(biāo)準熱處理產(chǎn)品與以往的滲碳氮化處理產(chǎn)品之間的殘留奧氏體量。
(3)含氮量本發(fā)明產(chǎn)品No.1～No.3為0.12～0.62％。標(biāo)準熱處理產(chǎn)品No.4由于不進行滲碳氮化處理，故含氮量為0％。以往的滲碳氮化處理產(chǎn)品No.5、No.6為0.31～0.70％。與以往的滲碳氮化處理產(chǎn)品相比，本發(fā)明產(chǎn)品的含氮量稍低。可以認為這是由于本發(fā)明產(chǎn)品在以往的滲碳氮化處理后以低于滲碳氮化處理溫度的800℃進行二次淬火的緣故。
(4)表面硬度本發(fā)明產(chǎn)品No.1～No.3為HV730～780。標(biāo)準熱處理產(chǎn)品No.4為HV740。以往的滲碳氮化處理產(chǎn)品No.5、No.6分別為HV760、HV650，對于No.6是由于殘留奧氏體量過多而沒有表現(xiàn)出硬度。
(5)球狀化碳化物的面積率本發(fā)明產(chǎn)品No.1～No.3為11.4～13.6％。標(biāo)準熱處理產(chǎn)品及以往的滲碳氮化處理產(chǎn)品No.4～No.6為7.9～9.6％。與標(biāo)準熱處理產(chǎn)品及以往的滲碳氮化處理產(chǎn)品相比，本發(fā)明產(chǎn)品的球狀化碳化物的面積率大，并被微細化，量也多?？梢哉J為這是由于本發(fā)明產(chǎn)品在以往的滲碳氮化處理后以低于滲碳氮化處理溫度的800℃進行二次淬火的緣故。
(6)滾動疲勞壽命試驗與標(biāo)準熱處理產(chǎn)品No.4相比，本發(fā)明產(chǎn)品No.1～No.3具有3倍以上的滾動疲勞壽命，即便與以往的滲碳氮化處理產(chǎn)品No.5、No.6相比，本發(fā)明產(chǎn)品No.1～No.3也具有1.5倍以上的滾動疲勞壽命。另外，與標(biāo)準熱處理產(chǎn)品No.4相比，滲碳氮化處理產(chǎn)品No.5、No.6具有不到2倍的滾動疲勞壽命。
(7)靜態(tài)斷裂強度試驗本發(fā)明產(chǎn)品No.1～No.3與標(biāo)準熱處理產(chǎn)品No.4相比基本相同或稍有改善。另外，與標(biāo)準熱處理產(chǎn)品No.4相比，滲碳氮化處理產(chǎn)品No.5、No.6的靜態(tài)斷裂強度下降?？梢哉J為這是由于表層部的富氮層和奧氏體結(jié)晶粒的粗大化引起的。
(8)斷裂疲勞強度試驗與標(biāo)準熱處理產(chǎn)品No.4相比，本發(fā)明產(chǎn)品No.1～No.3改善了20％以上。另外，與標(biāo)準熱處理產(chǎn)品No.4相比，滲碳氮化處理產(chǎn)品No.5、No.6也改善了20％以上。可以認為這是由于氮向表面進入而在表層部形成壓縮殘留應(yīng)力的緣故。
綜上所述，本發(fā)明產(chǎn)品No.1～No.3在表層部具有富氮層，奧氏體結(jié)晶被微細化成粒度等級在11級以上，并具有適量的殘留奧氏體量，具有適度的表面硬度，球狀化碳化物的面積率高，因此，可改善通常的依賴載荷型的滾動疲勞壽命、斷裂疲勞強度。
(實施例2)使用JIS規(guī)格SUJ2制作了剝落、擦傷試驗片。試驗片的尺寸為外徑φ40mm×寬L12mm。各試驗軸承的制造過程如下所述。
試驗軸承No.1(本發(fā)明實施例1)在滲碳氮化處理溫度為850℃、持續(xù)時間為150分鐘的條件下進行滲碳氮化處理。滲碳氮化處理在RX氣體與氨氣的混合氣體的環(huán)境中進行。然后，根據(jù)圖6所示的熱處理曲線，從850℃的滲碳氮化處理溫度開始進行一次淬火，接著以低于滲碳氮化處理溫度的800℃加熱20分鐘進行二次淬火，然后以180℃進行90分鐘回火。
試驗軸承No.2(比較例1)進行標(biāo)準熱處理。即，在RX氣體環(huán)境中，以840℃的加熱溫度、20分鐘的持續(xù)時間進行加熱后，進行淬火，然后以180℃進行90分鐘回火。
試驗軸承No.3(比較例2)在滲碳氮化處理溫度為850℃、持續(xù)時間為150分鐘的條件下進行滲碳氮化處理。滲碳氮化處理在RX氣體與氨氣的混合氣體的環(huán)境中進行。然后，從850℃開始進行淬火，接著以180℃進行90分鐘回火。
表4表示用上述制造方法制作的試驗片No.1～No.3的材質(zhì)調(diào)查結(jié)果、剝落試驗結(jié)果及擦傷試驗結(jié)果。
表4

下面對剝落試驗方法及擦傷試驗方法進行說明。對于材質(zhì)調(diào)查結(jié)果以與實施例1相同的方法進行。
(1)剝落試驗在表5所示的試驗條件下，將表面粗糙度較粗糙的JIS規(guī)格SUJ2的標(biāo)準熱處理產(chǎn)品為對象試驗片，在使試驗片與對象試驗片滾動接觸時，測定在試驗片上產(chǎn)生的剝落(微細剝離的集合體)的面積率，得到剝落強度。對于剝落強度比，將標(biāo)準熱處理產(chǎn)品No.2設(shè)為1，將各試驗軸承的結(jié)果以比率的倒數(shù)表示。
表5剝落試驗條件

(2)擦傷試驗在表6所示的試驗條件下，以試驗片和對象試驗片都為同一材質(zhì)的組合的形態(tài)，使試驗片相互間滾動接觸，在僅使試驗片的轉(zhuǎn)速以一定比例增速時，將發(fā)出的聲音比某一值大的瞬間的試驗片相互間的相對旋轉(zhuǎn)速度設(shè)為擦傷強度。對于擦傷強度比，將標(biāo)準熱處理產(chǎn)品No.2設(shè)為1，將各試驗軸承的結(jié)果以比率的形態(tài)表示。
表6擦傷試驗條件

下面對表4所示的試驗結(jié)果進行說明。
(1)剝落試驗與標(biāo)準熱處理產(chǎn)品No.2相比，本發(fā)明產(chǎn)品No.1具有1.5倍以上的剝落強度，與滲碳氮化處理產(chǎn)品No.3相比基本相同或稍有改善?？梢哉J為這是由于在表層部具有富氮層，奧氏體結(jié)晶被微細化成粒度等級在11級以上，并具有適量的殘留奧氏體量，具有適度的表面硬度，球狀化碳化物的面積率高，因此，韌性提高，對抗龜裂的產(chǎn)生及發(fā)展的抵抗力提高。
(2)擦傷試驗與標(biāo)準熱處理產(chǎn)品No.2相比，本發(fā)明產(chǎn)品No.1具有1.5倍以上的擦傷強度，與滲碳氮化處理產(chǎn)品No.3相比基本相同或稍有改善。可以認為這是由于在表層部具有富氮層，奧氏體結(jié)晶被微細化成粒度等級在11級以上，并具有適量的殘留奧氏體量，具有適度的表面硬度，球狀化碳化物的面積率高，因此，可抑制表層在大的滑移條件下產(chǎn)生塑性流動，提高耐燒結(jié)性。
綜上所述，在剝落試驗和擦傷試驗中，本發(fā)明產(chǎn)品No.1都比以往的軸承材質(zhì)好。另外，還可改善潤滑條件差而在滾子彼此間產(chǎn)生干擾、或不能順利地控制滾子位置而產(chǎn)生滾子的歪斜所引起的表面損傷壽命。
本發(fā)明產(chǎn)品在表層部具有富氮層，奧氏體結(jié)晶被微細化成粒度等級在11級以上，并具有適量的殘留奧氏體量，具有適度的表面硬度，球狀化碳化物的面積率高，因此，對抗龜裂的產(chǎn)生及發(fā)展的抵抗力非常大，可抑制滑移時產(chǎn)生的表面發(fā)熱和切向力所導(dǎo)致的表面龜裂的產(chǎn)生。
(實施例3)使用JIS規(guī)格SUJ2材料(1.0重量％的C-0.25重量％的Si-0.4重量％的Mn-1.5重量％的Cr)來進行(1)氫量的測定、(2)結(jié)晶粒度的測定、(3)擺錘式?jīng)_擊試驗、(4)破壞應(yīng)力值的測定、(5)滾動疲勞試驗。其結(jié)果表示在表7中。
表7

1)這次因淬火不足而不能評價各試料的制造過程如下所述。
試料A～D(本發(fā)明例)滲碳氮化處理的溫度為850℃、持續(xù)時間為150分鐘。環(huán)境為RX氣體與氨氣的混合氣體。根據(jù)圖6所示的熱處理曲線，從850℃的滲碳氮化處理溫度開始進行一次淬火，接著加熱到低于滲碳氮化處理溫度的780℃～830℃溫度區(qū)域進行二次淬火。不過，二次淬火溫度為780℃的試料A因淬火不足而沒有作為試驗對象。
試料E、F(比較例)滲碳氮化處理以與本發(fā)明例A～D相同的過程進行，二次淬火在850℃的滲碳氮化處理溫度以上的850℃～870℃的溫度下進行。
以往的滲碳氮化處理產(chǎn)品(比較例)滲碳氮化處理的溫度為850℃、持續(xù)時間為150分鐘。環(huán)境為RX氣體與氨氣的混合氣體。從滲碳氮化處理溫度開始直接進行淬火，不進行二次淬火。
普通淬火產(chǎn)品(比較例)不進行滲碳氮化處理，加熱到850℃后進行淬火。不進行二次淬火。
下面對試驗方法進行說明。
(1)氫量的測定對于氫量，利用LECO公司生產(chǎn)的DH-103型氫分析裝置對鋼中的非擴散性氫量進行分析。不測定擴散性氫量。該LECO公司生產(chǎn)的DH-103型氫分析裝置的規(guī)格如下所述。
分析范圍0.01～50.00ppm分析精度±0.1ppm或±3％H(兩者中的大者)分析靈敏度0.01ppm檢測方式熱導(dǎo)率法試料重量尺寸10mg～35mg(最大直徑12mm×長度100mm)加熱爐溫度范圍50℃～1100℃試劑無水高氯酸鎂Mg(ClO4)2、燒堿石棉NaOH輸運氣體為氮氣，氣體定量給料氣體(日文ガスド一ジングガス)為氫氣，各氣體均是純度在99.99％以上，壓力為40psi(2.8kgf/cm2)。
測定步驟的概要如下所述。將使用專用的取樣器采取的試料對應(yīng)各取樣器地插入到上述的氫分析裝置中。內(nèi)部的擴散性氫通過氮輸運氣體向熱導(dǎo)率檢測器導(dǎo)入。該擴散性氫在本實施例中不測定。接著，從取樣器中取出試料，在電阻加熱爐內(nèi)加熱，將非擴散性氫通過氮輸運氣體導(dǎo)入熱導(dǎo)率檢測器內(nèi)。在熱導(dǎo)率檢測器中測定熱導(dǎo)率，從而求得非擴散性氫量。
(2)結(jié)晶粒度的測定結(jié)晶粒度的測定基于JIS G 0551的鋼的奧氏體結(jié)晶粒度試驗方法進行。
(3)擺錘式?jīng)_擊試驗擺錘式?jīng)_擊試驗基于JIS Z 2242的金屬材料的擺錘式?jīng)_擊試驗方法進行。試驗片使用JIS Z 2202所示的U字形缺口試驗片(JIS3號試驗片)。
(4)破壞應(yīng)力值的測定圖17是表示靜壓破壞強度試驗(破壞應(yīng)力值的測定)的試驗片的圖。沿圖中的P方向施加載荷，測定至破壞為止的載荷。然后，將得到的破壞載荷通過下述的彎曲梁的應(yīng)力計算式換算成應(yīng)力值。另外，試驗片并不限定于圖17所示的試驗片，也可使用其他形狀的試驗片。
將圖17的試驗片的凸表面的纖維應(yīng)力設(shè)為σ1，將凹表面的纖維應(yīng)力設(shè)為σ2，則σ1及σ2通過下式求得(機械工學(xué)便覧A4編材料力學(xué)A4-40)。在此，N表示包含圓環(huán)狀試驗片的軸在內(nèi)的截面的軸力，A表示橫截面積，e1表示外半徑，e2表示內(nèi)半徑。另外，κ是彎曲梁的截面系數(shù)。
σ1＝(N/A)+{M/(Aρ0)}[1+e1/{κ(ρ0+e1)}]σ2＝(N/A)+{M/(Aρ0)}[1-e2/{κ(ρ0-e2)}]κ=-(1/A)∫A{η/(ρ0+η)}dA]]>(5)滾動疲勞壽命滾動疲勞壽命試驗的試驗條件如表8所示。另外，圖18是滾動疲勞壽命試驗機的概略圖。圖18(a)是主視圖，圖18(b)是側(cè)視圖。如圖18(a)及圖18(b)所示，滾動疲勞壽命試驗片121由驅(qū)動滾筒111驅(qū)動，與滾珠113接觸地旋轉(zhuǎn)。滾珠113是3/4英寸的滾珠，由引導(dǎo)滾筒112引導(dǎo)，在與滾動疲勞壽命試驗片121之間一邊施加高的表面壓力一邊滾動。
表8

下面對表7所示的試驗結(jié)果進行說明。
(1)氫量只進行了滲碳氮化處理的以往的滲碳氮化處理產(chǎn)品為0.72ppm這樣的非常高的值?？梢哉J為這是由于滲碳氮化處理的環(huán)境中含有的氨(NH3)分解而氫進入到鋼中的緣故。然而，試料B～D的氫量為0.37～0.40ppm，減少一半左右。該氫量與普通淬火產(chǎn)品基本相同。
由于上述的氫量減少，可減輕氫的固溶所引起的鋼的脆化。即，由于氫量的減少，本發(fā)明例的試料B～D的擺錘式?jīng)_擊值得到很大的改善。
(2)結(jié)晶粒度對于結(jié)晶粒度，當(dāng)二次淬火溫度比滲碳氮化處理時淬火(一次淬火)的溫度低時、即為試料B～D時，奧氏體晶粒的結(jié)晶粒度等級為11～12，被顯著地微細化。試料E、F、以往的滲碳氮化處理產(chǎn)品及普通淬火產(chǎn)品的奧氏體晶粒的結(jié)晶粒度等級為10，是比本發(fā)明例的試料B～D粗大的結(jié)晶粒。
(3)擺錘式?jīng)_擊試驗根據(jù)表7，以往的滲碳氮化處理產(chǎn)品的擺錘式?jīng)_擊值為5.33J/cm2，而本發(fā)明例的試料B～D的擺錘式?jīng)_擊值為6.30～6.65J/cm2，是比較高的值。其中，也表現(xiàn)出二次淬火溫度低則擺錘式?jīng)_擊值高的傾向。普通淬火產(chǎn)品的擺錘式?jīng)_擊值為6.70J/cm2。
(4)破壞應(yīng)力值的測定上述破壞應(yīng)力值相當(dāng)于耐斷裂強度。根據(jù)表7，以往的滲碳氮化處理產(chǎn)品的破壞應(yīng)力值為2330MPa。與以往的滲碳氮化處理產(chǎn)品相比，試料B～D的破壞應(yīng)力值為2650～2840Mpa，是得到改善的值。普通淬火產(chǎn)品的破壞應(yīng)力值為2770Mpa，可以推定為試料B～D的得到改良的耐斷裂強度以及奧氏體結(jié)晶粒的微細化主要是由于含氫率的降低所引起的。
(5)滾動疲勞試驗根據(jù)表7，普通淬火產(chǎn)品由于表層部不具有富氮層，從而滾動疲勞壽命L10最低。以往的滲碳氮化處理產(chǎn)品的滾動疲勞壽命是普通淬火產(chǎn)品的3.1倍。試料B～D的滾動疲勞壽命比以往的滲碳氮化處理產(chǎn)品大幅提高。本發(fā)明的試料E、F與以往的滲碳氮化處理產(chǎn)品基本相同。
綜上所述，本發(fā)明例的試料B～D的含氫率下降，奧氏體結(jié)晶粒度被微細化成在11級以上，擺錘式?jīng)_擊值、耐斷裂強度及滾動疲勞壽命也得到改善。
(實施例4)下面對實施例4進行說明。對下述的X材料、Y材料及Z材料進行一系列的試驗。熱處理用原材料使用JIS規(guī)格SUJ2材料(1.0重量％的C-0.25重量％的Si-0.4重量％的Mn-1.5重量％的Cr)，X材料～Z材料相同。X材料～Z材料的制造過程如下所述。
(X材料比較例)僅進行普通淬火(不進行滲碳氮化處理)(Y材料比較例)在滲碳氮化處理后直接進行淬火(以往的滲碳氮化淬火)。滲碳氮化處理的溫度為845℃，持續(xù)時間為150分鐘。滲碳氮化處理的環(huán)境為RX氣體+氨氣。
(Z材料本發(fā)明例)實施了圖6的熱處理曲線的軸承鋼。滲碳氮化處理的溫度為845℃，持續(xù)時間為150分鐘。滲碳氮化處理的環(huán)境為RX氣體+氨氣。最終淬火溫度為800℃。
(1)滾動疲勞壽命如上所述，滾動疲勞壽命試驗的試驗條件及試驗裝置如表8及圖16所示。該滾動疲勞壽命試驗結(jié)果如表9所示。
表9

根據(jù)表9，比較例的Y材料的L10壽命(10個試驗片中的一個破損的壽命)是同樣為比較例的只實施了普通淬火的X材料的3.1倍，從而可知滲碳氮化處理起到了延長壽命的效果。然而，本發(fā)明例的Z材料是Y材料的1.74倍，是X材料的5.4倍，表現(xiàn)出長壽命?？梢哉J為該改良的主因是顯微組織的微細化。
(2)擺錘式?jīng)_擊試驗擺錘式?jīng)_擊試驗使用U字形缺口試驗片，通過上述的基于JIS Z 2242的方法進行。試驗結(jié)果如表10所示。
表10

進行了滲碳氮化處理的Y材料(比較例)的擺錘式?jīng)_擊值不比普通淬火的X材料(比較例)高，但Z材料得到與X材料基本相同的值。
(3)靜態(tài)破壞韌性值的試驗圖19是表示靜態(tài)破壞韌性試驗的試驗片的圖。在該試驗片的缺口部預(yù)先設(shè)有約1mm的裂縫后，施加三點彎曲引起的靜態(tài)載荷，求得破壞載荷P。破壞韌性值(KIc值)使用下述的(I)式算出。另外，試驗結(jié)果如表11所示。
KIc=(PLa/BW2){5.8-9.2(a/W)+43.6(a/W)2-73.5(a/W)3+77.5(a/W)4}---(I)]]>
表11

由于預(yù)先設(shè)有的龜裂深度大于富氮層深度，因此，比較例的X材料和Y材料沒有不同。但是，本發(fā)明例的Z材料可得到比較例的約1.2倍的值。
(4)靜壓破壞強度試驗(破壞應(yīng)力值的測定)如上所述，靜壓破壞強度試驗片使用圖17所示的形狀。圖中，沿P方向施加載荷，進行靜壓破壞強度試驗。試驗結(jié)果如表12所示。
表12

進行滲碳氮化處理的Y材料是比普通淬火的X材料稍低的值。但是，本發(fā)明的Z材料的靜壓破壞強度比Y材料高，得到與X材料基本相同的水平。
(5)時效尺寸變化率將持續(xù)溫度為130℃、持續(xù)時間為500小時條件下的時效尺寸變化率的測定結(jié)果與表面硬度、殘留奧氏體量(0.1mm深度)一起表示在表13中。
表13

*越小越好與殘留奧氏體量較多的Y材料的尺寸變化率相比，本發(fā)明例的Z材料可抑制在其二分之一以下。
(6)異物混入潤滑下的壽命試驗使用滾珠軸承6206，對混入規(guī)定量標(biāo)準異物的異物混入潤滑下的滾動疲勞壽命進行評價。試驗條件如表14所示，試驗結(jié)果如表15所示。
表14

表15

實施了以往的滲碳氮化處理的Y材料是X材料的約2.5倍，本發(fā)明例的Z材料是X材料的約2.3倍，可得到長壽命。本發(fā)明例的Z材料雖然與比較例的Y材料相比殘留奧氏體少，但由于氮的進入和微細化的顯微組織的影響，可得到Y(jié)材料以上的長壽命。
從上述結(jié)果可知，本發(fā)明例的Z材料、即通過本發(fā)明的熱處理方法制造的軸承部件可同時滿足以往的滲碳氮化處理難以實現(xiàn)的滾動疲勞壽命的長壽命化、斷裂強度的提高、時效尺寸變化率的降低這三方面的要求。
(實施例5)使用標(biāo)準熱處理、滲碳氮化處理及本發(fā)明的熱處理這三種熱處理方法來制造搖臂用滾動軸承的輥、輥軸及滾子。此處的標(biāo)準熱處理、滲碳氮化處理及本發(fā)明的熱處理表示以下的熱處理方法。
標(biāo)準熱處理在RX氣體環(huán)境中，以840℃的加熱溫度、20分鐘的持續(xù)時間進行加熱后，進行淬火，然后以180℃進行90分鐘回火。
滲碳氮化處理在RX氣體與氨氣的混合氣體的環(huán)境中，在溫度為850℃、持續(xù)時間為150分鐘的條件下進行加熱后，從850℃的溫度開始進行淬火，接著以180℃進行90分鐘回火。
本發(fā)明的熱處理在滲碳氮化處理溫度為850℃、持續(xù)時間為150分鐘的條件下進行滲碳氮化處理。滲碳氮化處理在RX氣體與氨氣的混合氣體的環(huán)境中進行。然后，根據(jù)圖6所示的熱處理曲線，從850℃的滲碳氮化處理溫度開始進行一次淬火，接著以低于滲碳氮化處理溫度的800℃加熱20分鐘進行二次淬火，然后以180℃進行90分鐘回火。
通過這些熱處理方法得到的構(gòu)件的材質(zhì)如表16所示。
表16

下面對材質(zhì)調(diào)查方法進行說明。
(1)奧氏體結(jié)晶粒度奧氏體結(jié)晶粒度的測定基于JIS G 0551中鋼的奧氏體結(jié)晶粒度試驗方法進行。
(2)殘留奧氏體量殘留奧氏體量的測定通過比較X射線衍射時馬氏體α(211)與殘留奧氏體γ(220)的衍射強度來進行。殘留奧氏體量采用磨削后滾動面的表層50μm處的值。
(3)含氮量含氮量的測定使用EPMA進行。含氮量采用磨削后滾動面的表層50μm處的值。
下面對表16所示的試驗結(jié)果進行說明。
(1)奧氏體結(jié)晶粒度本發(fā)明熱處理構(gòu)件的結(jié)晶粒度等級為12，被顯著地微細化。標(biāo)準熱處理構(gòu)件及滲碳氮化處理構(gòu)件的結(jié)晶粒度等級為9及8，是比本發(fā)明熱處理構(gòu)件粗大的奧氏體結(jié)晶粒。
(2)殘留奧氏體量本發(fā)明熱處理構(gòu)件的殘留奧氏體量為21體積％，存在適度的奧氏體。標(biāo)準熱處理構(gòu)件的殘留奧氏體量為7體積％，比本發(fā)明熱處理構(gòu)件少。滲碳氮化處理構(gòu)件的殘留奧氏體量為29體積％，比本發(fā)明熱處理構(gòu)件多。由此可知，本發(fā)明熱處理構(gòu)件的殘留奧氏體量處于標(biāo)準熱處理構(gòu)件與滲碳氮化處理構(gòu)件之間。
(3)含氮量本發(fā)明熱處理構(gòu)件的含氮量為0.30％。標(biāo)準熱處理構(gòu)件由于不進行滲碳氮化處理，故含氮量為0％。滲碳氮化處理構(gòu)件的含氮量為0.31％。與滲碳氮化處理構(gòu)件的含氮量相比，本發(fā)明熱處理構(gòu)件的含氮量稍低?？梢哉J為這是由于本發(fā)明的熱處理在滲碳氮化處理后以低于滲碳氮化處理溫度的800℃進行二次淬火的緣故。
接著，將使用上述三種熱處理方法制造的輥、輥軸及滾子以各種組合方式進行組合來制造搖臂用滾動軸承，得到試料1～試料11。其中，表示試料1～試料6的結(jié)構(gòu)(尺寸)的剖視圖如圖20所示，表示試料7～試料11的結(jié)構(gòu)(尺寸)的剖視圖如圖21所示。如圖20所示，在試料1～試料6中，輥4及滾子3的寬度為6.9mm，輥軸2的寬度為17.3mm。另一方面，如圖21所示，在試料7～試料11中，輥4及滾子3的寬度為5.5mm，輥軸2的寬度為15.9mm。即，試料7～試料11比試料1～試料6緊湊化20％左右。
接著，通過下述方法對試料1～試料11進行剝離壽命試驗。圖22是表示剝離壽命試驗裝置的主要部分的主視圖，圖23是沿圖22的XXIII-XXIII線的剖視圖。如圖22及圖23所示，以剝離壽命試驗裝置的驅(qū)動滾筒101與輥4接觸的形態(tài)配置搖臂用滾動軸承50，固定輥軸2。接著，在從剝離壽命試驗裝置的驅(qū)動滾筒101向搖臂用滾動軸承50施加徑向載荷的狀態(tài)下，使驅(qū)動滾筒101沿圖22中的箭頭方向旋轉(zhuǎn)，從而使輥4旋轉(zhuǎn)。測定輥4、輥軸2及滾子3中的任一個產(chǎn)生剝離的時間(壽命)。另外，從驅(qū)動滾筒101向搖臂用滾動軸承50施加的載荷為2.58kN，輥4的旋轉(zhuǎn)速度為7000r/min。另外，滾子與輥及輥軸之間的潤滑油使用10W-30的引擎潤滑油，潤滑油的溫度為100℃。
各試料中構(gòu)件的組合和各試料的剝離壽命如表17及表18所示。本發(fā)明產(chǎn)品是試料6、試料9、試料10及試料11。另外，各試料的剝離壽命以試料1的剝離壽命為1時的比率形態(tài)表示。
表17

表18

如表17所示，可知對輥、輥軸及滾子全部構(gòu)件都進行本發(fā)明熱處理的試料6的剝離壽命是對全部構(gòu)件都進行標(biāo)準熱處理的試料1的3.5倍。另外，如表18所示，可知即使在將軸承緊湊化時，對輥及輥軸進行滲碳氮化處理、對滾子進行本發(fā)明熱處理的試料9的剝離壽命也是試料1的1.2倍。另外，可知對輥及滾子進行滲碳氮化處理、對輥軸進行本發(fā)明熱處理的試料10的剝離壽命是試料1的1.5倍。再者，可知對輥進行滲碳氮化處理、對滾子及輥軸進行本發(fā)明熱處理的試料11的剝離壽命是試料1的1.7倍。從以上的結(jié)果可知，通過使輥、輥軸及滾子都具有富氮層，并對輥軸及滾子中的至少一個構(gòu)件進行本發(fā)明的熱處理，可實現(xiàn)軸承的緊湊化，且可抑制壽命的降低。
(實施例6)使用JIS規(guī)格SUJ2來制作滾動疲勞試驗用的軸承。軸承是在搖臂上使用的滿裝滾子型的滾針軸承。內(nèi)圈的尺寸為內(nèi)徑φ10mm×外徑φ14.64mm×寬L15mm，外圈的尺寸為內(nèi)徑φ18.64mm×外徑φ24mm×寬L7mm。滾子的尺寸為外徑φ2mm×長L6.8mm，使用26根，構(gòu)成為不使用保持器的滿裝滾子型。該軸承的基本動態(tài)額定載荷為8.6kN，基本靜態(tài)額定載荷為12.9kN。
各試驗軸承的內(nèi)圈的制造過程如下所述。
試驗軸承No.1(本發(fā)明例1)進行使硬化層圖案成為圖11(b)所示的圖案的高頻熱處理。
試驗軸承No.2、3(本發(fā)明例2、3)進行圖14所示的加熱曲線H1的工序的熱處理。另外，進行使硬化層圖案成為圖11(b)所示的圖案的高頻熱處理。
試驗軸承No.4(比較例1)進行使硬化層圖案成為圖10所示的圖案的高頻熱處理。
試驗軸承No.5(比較例2)進行圖14所示的加熱曲線H1的工序的熱處理。另外，進行使硬化層圖案成為圖10所示的圖案的高頻熱處理。
各試驗軸承的外圈使用標(biāo)準熱處理產(chǎn)品(淬火、回火)。各試驗軸承的滾子的制造過程如下所述。
試驗軸承No.1、4標(biāo)準熱處理產(chǎn)品(淬火、回火)
試驗軸承No.2、3、5滲碳氮化處理產(chǎn)品用上述制造方法制作的試驗軸承的內(nèi)圈的材質(zhì)調(diào)查結(jié)果及功能評價試驗結(jié)果如表19所示。
表19

下面對材質(zhì)調(diào)查方法及功能評價試驗方法進行說明。
(1)奧氏體結(jié)晶粒度奧氏體結(jié)晶粒度的測定基于JIS G 0551中鋼的奧氏體結(jié)晶粒度試驗方法進行。奧氏體結(jié)晶粒度采用磨削后滾動面中央部的表層50μm處的值。
(2)殘留奧氏體量殘留奧氏體量的測定通過比較X射線衍射時馬氏體α(211)與殘留奧氏體γ(220)的衍射強度來進行。殘留奧氏體量采用磨削后滾動面中央部的表層50μm處的值。
(3)含氮量含氮量的測定使用EPMA進行。含氮量采用磨削后滾動面中央部的表層50μm處的值。
(4)表面硬度測定磨削后滾動面中央部的表面硬度。該測定使用維氏硬度計(1kgf)來進行。
(5)球狀化碳化物的面積率球狀化碳化物的面積率通過使用苦味酸醇溶液(苦味醇液)進行腐蝕后、用光學(xué)顯微鏡(400倍)觀察來測定。球狀化碳化物的面積率采用磨削后滾動面中央部的表層50μm處的值。
(6)靜態(tài)斷裂強度試驗使用試驗軸承的內(nèi)圈，以單體的形態(tài)用阿姆斯拉試驗機施加載荷，進行靜態(tài)斷裂強度試驗。
(7)斷裂疲勞強度試驗使用試驗軸承的內(nèi)圈，在表3所示的試驗條件下進行斷裂疲勞強度試驗。
(8)滾動疲勞壽命滾動疲勞壽命使用圖16所示的試驗裝置，在表2所示的試驗條件下進行。圖16所示的試驗裝置是外圈旋轉(zhuǎn)型的試驗裝置。如圖16所示，在裝在試驗機上的內(nèi)圈52(2)與外圈54(4)之間可滾動地配置有多個針狀滾子53(3)，使該外圈54在由構(gòu)件55、56施加徑向載荷的情況下以規(guī)定速度旋轉(zhuǎn)，由此進行滾動疲勞試驗。
另外，在表19中，滾動疲勞壽命試驗、靜態(tài)斷裂強度試驗及斷裂疲勞強度試驗的結(jié)果，將標(biāo)準熱處理產(chǎn)品No.4的值設(shè)為1，將各試驗軸承的結(jié)果以比率的形態(tài)表示。
下面對表1所示的試驗結(jié)果進行說明。
(1)奧氏體結(jié)晶粒度本發(fā)明產(chǎn)品No.1～3的結(jié)晶粒度等級為11～12，被顯著地微細化。標(biāo)準熱處理產(chǎn)品及滲碳氮化處理產(chǎn)品No.4、5的結(jié)晶粒度等級為9，是比本發(fā)明產(chǎn)品粗大的奧氏體結(jié)晶粒。
(2)殘留奧氏體量本發(fā)明產(chǎn)品No.2、3的殘留奧氏體量為20～35體積％，在這些試料中存在適度的奧氏體。
(3)含氮量本發(fā)明產(chǎn)品No.2、3的含氮量為0.12～0.28質(zhì)量％，含有氮。
(4)表面硬度本發(fā)明產(chǎn)品No.2、3的表面硬度為HV770～780。
(5)球狀化碳化物的面積率本發(fā)明產(chǎn)品No.2、3的球狀化碳化物的面積率為13.0～13.6％。
(6)靜態(tài)斷裂強度試驗本發(fā)明產(chǎn)品No.1～3的靜態(tài)斷裂強度比比較產(chǎn)品No.4、5高，得到了改善。可以認為這是由于當(dāng)向軸承施加載荷時，與圖11(a)、(b)所示的從外形面到內(nèi)徑面全部為硬化層的內(nèi)圈(本發(fā)明產(chǎn)品)相比，圖10所示的混合有硬化層和未硬化層的內(nèi)圈(比較產(chǎn)品)的強度較小，易于變形，因此，在內(nèi)徑面的中央部會產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)力。
(7)斷裂疲勞強度試驗與比較產(chǎn)品No.4相比，本發(fā)明產(chǎn)品No.1的斷裂疲勞強度改善了2倍以上。另外，與比較產(chǎn)品No.5相比，本發(fā)明產(chǎn)品No.2、3的斷裂疲勞強度也改善了3倍左右?？梢哉J為這是由于當(dāng)向軸承施加載荷時，與圖11(a)、(b)所示的從外形面到內(nèi)徑面全部為硬化層的內(nèi)圈(本發(fā)明產(chǎn)品)相比，圖10所示的混合有硬化層和未硬化層的內(nèi)圈(比較產(chǎn)品)的強度較小，易于變形，因此，在內(nèi)徑面的中央部會產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)力的緣故。
(8)滾動疲勞壽命試驗與比較產(chǎn)品No.4相比，本發(fā)明產(chǎn)品No.1的滾動疲勞壽命得到了稍許改善。另外，與比較產(chǎn)品No.5相比，本發(fā)明產(chǎn)品No.2、3的滾動疲勞壽命也得到了稍許改善。與試料No.1、4相比，試料No.2、3、5的滾動疲勞壽命較佳的原因是在于富氮層?？梢哉J為富氮層影響滾動疲勞壽命的主要因素有殘留奧氏體量、含氮量、球狀化碳化物的面積率等。
綜上所述，通過像本發(fā)明產(chǎn)品No.1～3那樣，采用如圖11(a)、(b)所示的硬化層圖案，從內(nèi)圈外徑的滾動面表層部到內(nèi)徑面都形成硬化層，可改善靜態(tài)斷裂強度、斷裂疲勞強度。另外，若像本發(fā)明產(chǎn)品No.2、3那樣，在表層部具有富氮層，奧氏體結(jié)晶被微細化成粒度等級超過10級，并具有適量的殘留奧氏體量，具有適度的表面硬度，球狀化碳化物的面積率高，則可改善通常的依賴載荷型的滾動疲勞壽命、斷裂疲勞強度。
應(yīng)當(dāng)知道，上面公開的實施形態(tài)及實施例僅僅是例示，并不限定本發(fā)明。本發(fā)明的范圍并不局限于上述的說明，而由權(quán)利要求書說明，與權(quán)利要求等同的意思及在權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有變更都包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
工業(yè)上的可利用性本發(fā)明可尤其有效地應(yīng)用在用于對汽車引擎的進氣閥或排氣閥進行開閉的搖臂所使用的搖臂用滾動軸承上。
權(quán)利要求
1.一種搖臂用滾動軸承(50)，包括與引擎的凸輪軸(6)滾動接觸的外圈(4)、位于所述外圈(4)的內(nèi)側(cè)并固定在搖臂(1)上的內(nèi)圈(2)、以及夾設(shè)在所述外圈(4)與所述內(nèi)圈(2)之間的多個滾動體(3)，其特征在于，所述外圈(4)、所述內(nèi)圈(2)及所述滾動體(3)中的至少一個構(gòu)件具有富氮層，該構(gòu)件的奧氏體結(jié)晶粒的粒度等級在超過10級的范圍內(nèi)，且表面硬度Hv在653以上。
2.如權(quán)利要求1所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述表面硬度Hv在720以上且800以下。
3.如權(quán)利要求1所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述搖臂(1)旋轉(zhuǎn)自如地安裝在位于所述一方端部(1b)與所述另一方端部(1a)之間的旋轉(zhuǎn)軸(5)上，所述一方端部(1b)與所述引擎的開閉用閥門(9)的端部(9a)抵接，所述搖臂(1)在所述另一方端部(1a)具有兩叉狀的內(nèi)圈支撐部(14)，所述內(nèi)圈(2)固定在該兩叉狀的內(nèi)圈支撐部(14)上。
4.如權(quán)利要求1所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，該搖臂用滾動軸承(50)設(shè)在所述搖臂(1)的一方端部(1b)與另一方端部(1a)之間，所述內(nèi)圈(2)固定在處于所述搖臂(1)的兩個側(cè)壁(1c)之間的內(nèi)圈孔中，所述搖臂(1)的一方端部(1b)與所述引擎的開閉用閥門(9)的端部(9a)抵接，所述搖臂(1)的另一方端部(1a)與樞軸抵接。
5.如權(quán)利要求1所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述搖臂(1)具有搖臂本體(11)和傳遞來自所述凸輪軸(6)的應(yīng)力的連動桿(16)，所述搖臂本體(11)轉(zhuǎn)動自如地安裝在位于所述搖臂本體(11)的一方端部(11b)與另一方端部(11a)之間的旋轉(zhuǎn)軸(5)上，所述搖臂本體(11)的所述一方端部(11b)與所述引擎的開閉用閥門(9)的端部(9a)抵接，所述搖臂本體(11)的所述另一方端部(11a)與所述連動桿(16)的一方端部(16b)抵接，所述內(nèi)圈(2)固定在所述連動桿(16)的另一方端部(16a)上。
6.如權(quán)利要求1所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，該搖臂用滾動軸承(50)是滿裝滾子形式的滾針軸承。
7.一種搖臂用滾動軸承(50)，包括固定在夾設(shè)于引擎的閥門(9)與凸輪(6)之間的用于調(diào)節(jié)吸氣、排氣的搖臂(1)上的內(nèi)圈(2)；位于所述內(nèi)圈(2)的外方且與所述凸輪(6)接觸的外圈(4)；以及位于所述外圈(4)與內(nèi)圈(2)之間的多個滾動體(3)，其特征在于，所述外圈(4)、內(nèi)圈(2)及滾動體(3)中的至少一個構(gòu)件具有富氮層，該富氮層中的奧氏體結(jié)晶粒的粒度等級在超過10級的范圍內(nèi)，且所述富氮層的殘留奧氏體量在磨削后的滾動面的表層部中處于11體積％～25體積％的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述富氮層的含氮量在磨削后的滾動面的表層部中處于0.1重量％～0.7重量％的范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求7所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述搖臂(1)旋轉(zhuǎn)自如地支撐在位于其一方端部(1a)與另一方端部(1b)之間的旋轉(zhuǎn)軸(5)上，所述一方端部(1a)具有兩叉狀的內(nèi)圈支撐部(14)，所述內(nèi)圈(2)固定在該兩叉狀的內(nèi)圈支撐部(14)上，所述另一方端部(1b)與所述引擎的閥門(9)的端部(9a)抵接。
10.如權(quán)利要求7所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述搖臂(1)的一方端部(1b)與所述引擎的閥門(9)的端部(9a)抵接，在所述另一方端部(1a)配合有樞軸，所述內(nèi)圈(2)固定在處于所述搖臂(1)的一方端部(1b)與另一方端部(1a)之間的相對的兩個側(cè)壁(1c)的內(nèi)圈用孔中。
11.如權(quán)利要求7所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，搖臂(1)旋轉(zhuǎn)自如地支撐在位于其一方端部(11b)與另一方端部(11a)之間的旋轉(zhuǎn)軸(5)上，該一方端部(11b)與所述引擎的閥門(9)的端部(9a)抵接，所述另一方端部(11a)與傳遞來自所述凸輪軸(6)的應(yīng)力的連動桿(16)的一方端部(16b)抵接，所述搖臂用滾動軸承(50)的內(nèi)圈(2)固定在所述連動桿的另一方端部(16a)上，其外圈(4)與所述凸輪(6)接觸。
12.如權(quán)利要求7所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述搖臂用滾動軸承是滿裝滾子形式的滾針軸承。
13.一種搖臂用滾動軸承(50)，包括與引擎的凸輪軸(6)滾動接觸的外圈(4)、位于所述外圈(4)的內(nèi)側(cè)并固定在搖臂(1)上的內(nèi)圈(2)、以及夾設(shè)在所述外圈(4)與所述內(nèi)圈(2)之間的多個滾動體(3)，其特征在于，所述外圈(4)、所述內(nèi)圈(2)及所述滾動體(3)全部具有富氮層，所述內(nèi)圈及所述滾動體中的至少一個構(gòu)件的所述富氮層的奧氏體結(jié)晶粒的粒度等級在超過10級的范圍內(nèi)，且所述構(gòu)件的殘留奧氏體量在11體積％以上且25體積％以下，所述構(gòu)件的含氮量在0.1質(zhì)量％以上且0.7質(zhì)量％以下。
14.如權(quán)利要求13所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述搖臂(1)安裝在位于一方端部(1b)與另一方端部(1a)之間的搖臂軸(5)上，所述一方端部(1b)與所述引擎的開閉用閥門(9)的端部(9a)抵接，所述搖臂(1)在所述另一方端部(1a)具有兩叉狀的內(nèi)圈支撐部(14)，所述內(nèi)圈(2)固定在該兩叉狀的內(nèi)圈支撐部(14)上。
15.如權(quán)利要求13所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，該搖臂用滾動軸承(50)設(shè)在所述搖臂的一方端部(1b)與另一方端部(1a)之間，所述內(nèi)圈(2)固定在處于所述搖臂的兩個側(cè)壁(1c)之間的內(nèi)圈孔中，所述搖臂(1)的一方端部(1b)與所述引擎的開閉用閥門(9)的端部(9a)抵接，所述搖臂(1)的另一方端部(1a)與樞軸抵接。
16.如權(quán)利要求13所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述搖臂(1)具有搖臂本體(11)和傳遞來自所述凸輪軸(6)的應(yīng)力的連動桿(16)，所述搖臂本體(11)安裝在位于所述搖臂本體(11)的一方端部(11b)與另一方端部(11a)之間的搖臂軸(5)上，所述搖臂本體(11)的所述一方端部(11b)與所述引擎的開閉用閥門(9)的端部(9a)抵接，所述搖臂本體(11)的所述另一方端部(11a)與所述連動桿(16)的一方端部(16b)抵接，所述內(nèi)圈(2)固定在所述連動桿(16)的另一方端部(16a)上。
17.一種搖臂用滾動軸承(50)，包括與引擎的凸輪軸(6)滾動接觸的外圈(4)、位于所述外圈(4)的內(nèi)側(cè)并固定在搖臂(1)上的內(nèi)圈(2)、以及夾設(shè)在所述外圈(4)與所述內(nèi)圈(2)之間的多個滾動體(3)，其特征在于，所述外圈(4)、所述內(nèi)圈(2)及所述滾動體(3)中的至少一個構(gòu)件具有富氮層，具有所述富氮層的構(gòu)件的奧氏體結(jié)晶粒的粒度等級在超過10級的范圍內(nèi)，且具有所述富氮層的構(gòu)件的球狀化碳化物的面積率在10％以上。
18.如權(quán)利要求17所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，具有所述富氮層的構(gòu)件的球狀化碳化物的面積率在10％以上且25％以下。
19.如權(quán)利要求17所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述搖臂(1)旋轉(zhuǎn)自如地安裝在位于所述一方端部(1b)與所述另一方端部(1a)之間的旋轉(zhuǎn)軸(5)上，所述一方端部(1b)與所述引擎的開閉用閥門(9)的端部(9a)抵接，所述搖臂(1)在所述另一方端部(1a)具有兩叉狀的內(nèi)圈支撐部(14)，所述內(nèi)圈(2)固定在該兩叉狀的內(nèi)圈支撐部(14)上。
20.如權(quán)利要求17所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，該搖臂用滾動軸承(50)設(shè)在所述搖臂(1)的一方端部(1b)與另一方端部(1a)之間，所述內(nèi)圈(2)固定在處于所述搖臂(1)的兩個側(cè)壁(1c)之間的內(nèi)圈孔中，所述搖臂(1)的一方端部(1b)與所述引擎的開閉用閥門(9)的端部(9a)抵接，所述搖臂(1)的另一方端部(1a)與樞軸抵接。
21.如權(quán)利要求17所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述搖臂(1)具有搖臂本體(11)和傳遞來自所述凸輪軸(6)的應(yīng)力的連動桿(16)，所述搖臂本體(11)轉(zhuǎn)動自如地安裝在位于所述搖臂本體(11)的一方端部(11b)與另一方端部(11a)之間的旋轉(zhuǎn)軸(5)上，所述搖臂本體(11)的所述一方端部(11b)與所述引擎的開閉用閥門(9)的端部(9a)抵接，所述搖臂本體(11)的所述另一方端部(11a)與所述連動桿(16)的一方端部(16b)抵接，所述內(nèi)圈(2)固定在所述連動桿(16)的另一方端部(16a)上。
22.如權(quán)利要求17所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，該搖臂用滾動軸承(50)是滿裝滾子形式的滾針軸承。
23.一種搖臂用滾動軸承(50)，包括與引擎的凸輪軸(6)滾動接觸的外圈(4)、位于所述外圈(4)的內(nèi)側(cè)的內(nèi)圈(2)、以及夾設(shè)在所述外圈(4)與所述內(nèi)圈(2)之間的多個滾動體(3)，其特征在于，所述內(nèi)圈(2)由含有0.50質(zhì)量％以上的碳的鋼構(gòu)成，具有中空的圓筒形狀，端面具有HV200以上且HV300以下的硬度，且在從所述轉(zhuǎn)動體(3)滾動的所述內(nèi)圈(2)的滾動面表面到內(nèi)徑面(2c)的整個徑向上具有硬化層(2a)。
24.如權(quán)利要求23所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述內(nèi)圈(2)的滾動面表層部的奧氏體結(jié)晶粒的粒度等級在超過10級的范圍內(nèi)，所述奧氏體結(jié)晶粒的粒度等級是磨削后滾動面的表層501μm處的值。
25.如權(quán)利要求23所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述內(nèi)圈(2)在表層部具有富氮層。
26.如權(quán)利要求25所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述內(nèi)圈(2)的滾動面表層部的殘留奧氏體量在11體積％以上且40體積％以下的范圍內(nèi)，所述殘留奧氏體量是磨削后滾動面的表層50μm處的值。
27.如權(quán)利要求25所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述富氮層的含氮量在0.1質(zhì)量％以上且0.7質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)，所述含氮量是磨削后滾動面的表層50μm處的值。
28.如權(quán)利要求25所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述內(nèi)圈(2)的滾動面的表面硬度在HV653以上。
29.如權(quán)利要求25所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述內(nèi)圈(2)的滾動面表層部的富氮層的球狀化碳化物的面積率在10％以上，所述球狀化碳化物的面積率是磨削后滾動面的表層50μm處的值。
30.如權(quán)利要求23所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述搖臂(1)安裝在位于一方端部(1b)與另一方端部(1a)之間的搖臂軸(5)上，在所述搖臂(5)的所述一方端部(1a)設(shè)有兩叉狀的內(nèi)圈支撐部(14)，所述另一方端部(1b)與所述引擎的開閉用閥門(9)的端部(9a)抵接，所述內(nèi)圈(2)固定在所述兩叉狀的內(nèi)圈支撐部(14)上。
31.如權(quán)利要求23所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述搖臂(1)的一方端部(1a)與樞軸抵接，所述滾動軸承(50)設(shè)在所述搖臂(1)的所述一方端部(1a)與另一方端部(1b)之間，所述另一方端部(1b)與所述引擎的開閉用閥門(9)的端部(9a)抵接。
32.如權(quán)利要求23所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述搖臂(1)安裝在位于一方端部(11a)與另一方端部(11b)之間的搖臂軸(5)上，所述搖臂(1)的所述一方端部(11a)與傳遞來自所述凸輪軸(6)的力的連動桿(16)的一方端部(16b)抵接，所述另一方端部(11b)與所述引擎的開閉用閥門(9)的端部(9a)抵接，所述滾動軸承(50)設(shè)在所述連動桿(16)的另一方端部(16a)上。
33.如權(quán)利要求23所述的搖臂用滾動軸承(50)，其特征在于，所述滾動軸承是滿裝滾子形式的滾針軸承。
全文摘要
搖臂用滾動軸承(50)包括與引擎的凸輪(6)滾動接觸的輥(4)、位于輥(4)的內(nèi)側(cè)并固定在搖臂(1)上的輥軸(2)、以及夾設(shè)在輥(4)與輥軸(2)之間的多個滾子(3)，輥(4)、輥軸(2)及滾子(3)中的至少一個構(gòu)件具有富氮層，該構(gòu)件的奧氏體結(jié)晶粒的粒度等級在超過10級的范圍內(nèi)，且表面硬度Hv在653以上。由此，可實現(xiàn)長壽命化。
文檔編號F16C33/34GK1993561SQ200580025730
公開日2007年7月4日 申請日期2005年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月2日
發(fā)明者渡邊靖之, 片山昭彥 申請人:Ntn株式會社