軸承部件和滾動軸承的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及軸承部件和滾動軸承，并且更具體地涉及具有被氮化并包含滾道面或 滾動表面的表面層部分的軸承部件，以及包含該軸承部件的滾動軸承。
【背景技術】
[0002] 滾動軸承的重要特征之一是降低機器轉動期間的扭矩。為了實現這一特征，重要 之處在于降低轉動期間的能量損耗。滾動軸承轉動期間的能量損耗是由以下造成的：滾動 粘滯阻力；差動滑動（differentialsliding);彈性滯后損失；潤滑油攪拌阻力等。當比 較滾動軸承中的滾珠軸承和滾子軸承時，由于滾動粘滯阻力不同，滾珠軸承的能量損耗低 于滾子軸承。因此，從降低機器轉動期間的扭矩的角度來說，可以說滾珠軸承是更優選的結 構。在另一個方面，壽命是軸承的另一個重要特征。也已經提出了一種進行高效碳氮共滲 處理以增加壽命的方法（例如，參見日本專利特開第2007-154293號（PTD1))。
[0003] 由于滾子軸承在軸承部件（軸承環和滾珠）之間接觸面積大于滾珠軸承，軸承部 件承受較低的接觸表面壓力。因此，從支撐大負荷的角度來看，滾子軸承是有效的。當在滾 珠軸承中支撐大負荷時，接觸表面壓力變得過大，使得在軸承環和滾珠中出現塑性變形。從 而，機器轉動的扭矩增加，并且另外，出現異常噪音并且降低轉動精度，結果變得難以實現 軸承的功能。可能導致軸承中出現功能障礙的過量負荷（接觸表面壓力）稱為滾動軸承的 "靜負荷容量"。因此，為了實現具有降低的扭矩的滾動軸承，采用由不太可能發生塑性變形 (具有高屈服強度）的材料制成的滾珠軸承被認為是優選的。
[0004] 不太可能發生塑性變形的代表性材料可以是陶瓷材料，如氮化硅。然而，這種陶瓷 材料不太可能發生塑性變形，但是難以加工。因此，在使用這種陶瓷材料作為軸承材料的情 況中，出現了加工成本增加的問題。因此，需要開發一種取代陶瓷材料的材料，其在包括加 工成本的總成本上是廉價的并且不太可能發生塑性變形。注意到"不太可能發生塑性變形" 并不代表由HV硬度或HRC硬度代表的硬度，而是與塑性變形的量最小化的領域相關，其接 近彈性限制、屈服強度等。
[0005] 參考文獻列表
[0006] 專利文獻
[0007] PTD1 :日本專利特開第2007-154293號
[0008] 發明概述
[0009] 技術問題
[0010] 如上所述，對于具有有效降低扭矩的結構的滾珠軸承，在不使用如加工成本昂貴 的氮化硅的材料的情況下，通常難以防止塑性變形。除了降低扭矩以外，還需要延長軸承的 壽命。
[0011] 因此，本發明的目的在于提供一種廉價并且屈服強度提高、壽命延長的軸承部件， 以及包含該軸承部件的滾動軸承。
[0012] 解決問題的方案
[0013] 本發明的一個方面的軸承部件由軸承鋼制成，并且具有被氮化并包含滾道面或滾 動表面的表面層部分。在上述的軸承部件中，表面層部分的氮濃度為0. 4質量％或更高。此 外，在上述的軸承部件中，在未氮化的內部中，析出物的面積比為11 %或更高。
[0014] 對于用作滾動軸承的軸承部件，發明人已經對不必使用加工成本昂貴的材料的情 況下改善屈服強度并同時延長壽命的措施進行了仔細研究。結果發明人已經實現了以下發 現從而想到本發明。
[0015] 通過經碳氮共滲和淬火處理等，然后經過回火處理來制造軸承部件。按照發明人 的研究，當回火處理期間的加熱溫度設定為高于通常情況的溫度時，在未通過碳氮共滲處 理氮化的內部（在本文中稱為未氮化區域）中，析出物的面積比增加至11%或更高，結果改 善了材料的屈服強度。換而言之，在上述軸承部件的情況中（其中未氮化區域中析出物的 面積比增加），可抑制材料的塑性變形而不必使用加工成本昂貴的如氮化硅的材料。
[0016] 此外，通過碳氮共滲處理增加表面層部分中的氮濃度來延長軸承部件的壽命。然 而，按照常規軸承部件，由于材料的屈服強度隨著表面層部分的氮濃度增加而降低，難以同 時實現提高的屈服強度和延長的壽命。相反，按照發明人的研究，在將回火溫度設定為高于 常規情況中的溫度的情況下，消除了屈服強度和壽命之間的矛盾關系。具體地，當升高回火 溫度以將未氮化區域中的析出物的面積比設為11%或更高時，不僅簡單地提高屈服強度， 也可在當表面層部分的氮濃度增加至0. 4質量％或更高時抑制屈服強度的降低。因此，通 過上述的本發明的一個方面的軸承部件，其中表面層部分的氮濃度限定為0. 4質量％或更 高并且未氮化區域中的析出物的面積比限定為11%或更高，可能實現廉價且屈服強度提高 并延長壽命的軸承部件。
[0017] 在上述的軸承部件中，析出物的面積比為12%或更高。在回火溫度進一步升高的 情況中，未氮化區域中析出物的面積比增加至12%或更高。從而，可進一步提高材料的屈服 強度。
[0018] 在上述的軸承部件中，表面層部分的殘余奧氏體量為8體積％或更低。
[0019] 如上所述，在回火溫度設為高于常規情況中的溫度的情況下，不僅未氮化區域中 析出物的面積比增加，而且表面層部分中殘余奧氏體量降低至8體積％或更低。在這種情 況下，可類似地得到由具有提高的屈服強度的材料制成的軸承部件。
[0020] 在上述的軸承部件中，殘余奧氏體量可以是5體積％或更低。如上所述，在回火溫 度設為更高的情況中，不僅未氮化區域中析出物的面積比進一步增加，而且表面層部分中 殘余奧氏體量降低至5體積％或更低。在這種情況中，類似地，可進一步提高材料的屈服強 度。
[0021] 上述的軸承部件可由JIS標準的SUJ2制成。作為代表性軸承鋼的JIS標準的SUJ2 適合用作形成上述的本發明的一個方面的軸承部件的材料。
[0022] 本發明的另一個方面的軸承部件由軸承鋼制成，并且具有被氮化并包含滾道面或 滾動表面的表面層部分。在上述的軸承部件中，表面層部分的氮濃度為0.4質量％或更高。 此外，在上述的軸承部件中，表面層部分的殘余奧氏體量為8體積％或更低。
[0023] 如上所述，在回火溫度設為高于常規情況中的溫度的情況下，表面層部分中的殘 余奧氏體量降至8體積％或更低，結果提高了材料的屈服強度。同時，在回火溫度設為高于 常規情況中的溫度的情況下，消除了材料的屈服強度和壽命之間的矛盾關系。因此，即使在 表面層部分的氮濃度增至0. 4質量％或更高的情況中，可抑制屈服強度降低。因此，按照本 發明的另一個方面的軸承部件，可能實現廉價、屈服強度提高且壽命延長的軸承部件，如上 述本發明的一個方面的軸承部件的情況中那樣。
[0024] 在上述的軸承部件中，表面層部分的殘余奧氏體量為5體積％或更低。
[0025] 如上所述，在回火溫度設為更高的情況中，表面層部分中殘余奧氏體量降至5體 積％或更低。從而，可進一步提高材料的屈服強度。
[0026] 上述的軸承部件可由JIS標準的SUJ2制成。作為代表性軸承鋼的JIS標準的SUJ2 也適合用作形成上述的本發明的另一個方面的軸承部件的材料。
[0027] 在上述軸承部件中，未氮化的內部中的原始奧氏體晶粒的晶粒號是9號以上至11 號以下。
[0028] 原始奧氏體晶粒的尺寸取決于碳氮共滲處理期間的加熱溫度等。因此，如果上述 軸承部件中原始奧氏體晶粒的尺寸落入上述范圍，可確認碳氮共滲處理是在合適的溫度下 進行的。
[0029] 在上述的軸承部件中，可通過碳氮共滲處理來對表面層部分進行氮化。同時，假設 軸承部件中的碳活性定義為^并且在碳氮共滲處理期間其中放置軸承部件的熱處理爐內 未分解的氨濃度定義為CN，則可進行碳氮共滲處理，使得由y=ae/CN定義的y值落入2 以上至5以下的范圍。
[0030] 在軸承鋼（具有0. 8質量％或更高碳濃度的鋼）中，當y值為5時，軸承部件中 氮的侵入速率最大化，并且當Y值為5或更小時，氮的侵入速率變得恒定。換而言之，通過 將Y值設為5或更低，有可能使氮侵入由軸承鋼制成的軸承部件的速率最大化。另外，ac 是通過下式（1)計算的值，其中Pe。是一氧化碳（C0)的分壓；Pra2是二氧化碳（C02)的分壓； 并且K是<C>+C02〈 = >2C0的平衡常數。
[0031] [式 1]
[0032]
[0033] 另一方面，在Y值小于2的情況中，向熱處理爐中供應氨的速率增加，并且因此， 熱處理爐內一氧化碳的分壓降低。因此，需要增加向熱處理爐中導入的富化氣（enrich gas)的量以保持碳分壓，結果更可能出現煙炱化（其表示在熱處理爐內產生煙炱并粘附于 軸承部件）。因此，可能在軸承部件中出現質量缺陷，如表面碳化。出于上述原因，y值優 選在2以上至5以下。
[0034] 本發明的滾動軸承包含：具有設置有滾道面的內圓周表面的外環；具有設置有滾 道面的外圓周表面的內環，該內環設置在所述外環的內側上；以及多個滾動元件，滾動元件 各自具有與滾道面接觸的滾動表面，該多個滾動元件排列設置在環形滾