專利名稱：滾動軸承、凸輪從動件以及凸輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滾動軸承、帶有采用該滾動軸承的滾子的凸輪從動件以及凸輪。
背景技術(shù)：
近來，對于無罩的無保持架滾動軸承高速和高負(fù)荷應(yīng)用的需求已有增加，這種軸承諸如為諸滾動軸承中的一種用于搖臂的軸承。在本說明書中，沒有特別區(qū)分無保持架滾動軸承和其它的滾動軸承，而是在這里將兩者都稱作滾動軸承。在無罩的滾動軸承中，滾子之間的干擾是不可避免的，并且潤滑劑沒有充分地供應(yīng)到軸承的內(nèi)側(cè)。因此，就會產(chǎn)生滾子或滾道表面開裂、剝離(separation)。
如果滾子以高速轉(zhuǎn)動，由于裝配誤差或不平衡的負(fù)荷，在滾子中可能會產(chǎn)生表面損傷，或者因為沒有平穩(wěn)地控制滾子位置而易于導(dǎo)致傾斜。這樣，就可能發(fā)生由于滑移而導(dǎo)致的表面開裂、剝離或者由于表面壓力的局部增加而導(dǎo)致的內(nèi)部裂開。因此，盡管在計算上有較大負(fù)荷承載能力，但由于滑移或表面壓力的局部增加而會發(fā)熱，從而導(dǎo)致諸如剝落、污斑或者表面開裂剝離或內(nèi)部裂開之類的表面損傷。
人們已提出了下面所示的方法以解決上述問題。
(1)在日本專利公開第2000-38907號中，一種用于發(fā)動機閥機構(gòu)的凸輪從動件裝置的軸承在額定的發(fā)動機速度下，具有不少于1000小時的數(shù)學(xué)計算軸承壽命。
(2)日本專利公開第10-47334號揭示了一種用于發(fā)動機閥機構(gòu)的凸輪從動件裝置的軸承軸，其中碳化物占10％至25％，殘余奧氏體相對初始值的分解率設(shè)定成1/10至3/10，端面的硬度設(shè)置成HV830至960，以及表面粗糙度的平均波長設(shè)定成不大于25微米。為了實現(xiàn)這些特性，對軸承鋼進行碳氮共滲處理噴丸硬化處理。
(3)日本專利公開第10-103339揭示了一種凸輪從動件軸，其中在軸的上形成包含高聚物或類似物質(zhì)的固體潤滑薄膜，以改善其耐磨性。
(4)日本專利公開第10-110720揭示了一種例如用工具鋼制成的凸輪從動件軸，并且通過在低于回火溫度的一溫度下進行離子氮化或離子電鍍來獲得較高的硬度。
(5)日本專利公開第2000-38906揭示了一種用于發(fā)動機閥機構(gòu)的凸輪從動件裝置的軸承，其中將對軸的彎曲應(yīng)力調(diào)整到不大于150兆帕。
(6)日本專利公開第2000-205284和2002-31212揭示了一種用于發(fā)動機閥機構(gòu)的凸輪從動件，其中對軸承元件的滾動接觸表面施加一具有極好的潤滑維護性能的磷酸鹽覆層。
(7)日本實用新型公開第60-185917揭示了一種用于發(fā)動機閥機構(gòu)的凸輪從動件，其中一軸的滾子滾動區(qū)域是凸形的。
(8)日本專利公開第2002-194438揭示了一種軸，其中對用作軸的滾動接觸表面的一表面層進行高濃度滲碳處理或碳氮共滲處理，以獲得1.2％至1.7％的碳濃度，并且一內(nèi)部部分具有大致為HV300的硬度。
與此同時，在將發(fā)動機中的帶有滾子的凸輪從動件固定至一搖臂時，有時會對凸輪從動件的一軸的相對端進行嵌塞成形，以嵌塞至一軸支承件。這里，滾子的滾動接觸表面應(yīng)具有較高的硬度，而端部則應(yīng)是較軟的，以能進行嵌塞成形。人們已經(jīng)作出了許多考慮到這種性能的發(fā)展方案，例如日本專利公開第5-321516號和第62-7908號、以及日本專利公告第6-15811和6-800287號中所揭示的。
然而，在將來更高的速度和更大的負(fù)荷條件、以及較低的潤滑劑粘性下在發(fā)動機中使用帶有滾子的凸輪從動件的趨勢是不可避免的。這時就要求延長在這樣的使用條件下的滾動接觸疲勞壽命。
本發(fā)明的一個目的是提供一種滾動軸承、帶有采用該滾動軸承的滾子的凸輪從動件以及凸輪，所述滾動軸承能在嚴(yán)酷的使用條件下抵抗諸如表面開裂、剝離或內(nèi)部裂開之類的表面損傷，而具有較長的使用壽命，并能進行端部的嵌塞加工。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一種滾動軸承包括一外部件、位于外部件內(nèi)部的一內(nèi)部件以及介于外部件與內(nèi)部件之間的一滾動元件。外部件和內(nèi)部件中的至少一個零件具有氮富含層。在至少一個零件中，在滾動元件滾動處的、滾動接觸表面中一區(qū)域的表面部分的奧氏體晶粒度為No.11或更大，并且該零件的一端部具有至多為HV(Vicker硬度)300的硬度。
采用這樣的結(jié)構(gòu)，可抑制在滾動接觸表面中的所述表面區(qū)域部分的諸如表面開裂、剝離和內(nèi)部裂開之類的表面損傷。此外，由于對該零件端部的硬度作了如上所述的限制，所以便于進行嵌塞成形。如果在滾動接觸表面中的該表面部分的奧氏體晶粒度小于No.11，則無法在嚴(yán)酷使用條件下的延長滾動接觸的疲勞壽命。因此，將該表面部分中的奧氏體晶粒度設(shè)定為不小于No.11。此外，設(shè)置氮富含層是為了通過使氮富含層經(jīng)受高頻淬火來精煉和加強微觀結(jié)構(gòu)。這里，奧氏體晶粒指的是在淬火化加熱中已經(jīng)過相變的奧氏體的晶粒，亦即即使在奧氏體通過冷卻轉(zhuǎn)變成馬氏體之后，晶粒仍保持如前。上述的奧氏體晶?？梢允蔷哂型ㄟ^對所關(guān)注的零件的金相試樣進行用于顯影晶界的處理(如蝕刻)而可觀察到的晶界的任何奧氏體晶粒。就剛要在低溫淬火前加熱時的晶界的意義而言，該奧氏體晶?？杀环Q為“原始奧氏體晶?！薄τ诰Я６鹊臏y量，可將JIS定義的晶粒度平均值的數(shù)字進行換算而獲得一平均晶粒度，或者也可使用截線法或類似的方法，其中將一直線以隨機的方向放置在金屬相結(jié)構(gòu)上，以獲得該直線與晶界相遇的諸點之間的平均長度，然后通過將該平均長度乘以一修正系數(shù)以從兩維的長度獲得三維的長度。
如下文將述，氮富含層是通過碳氮共滲處理來形成的。這里，氮富含層可以富含碳或不富含碳。
在除了滾動接觸表面的區(qū)域的所述表面部分之外的一區(qū)域中，該區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)可含有鐵素體和碳化物。
這里，鐵素體被稱為鐵的α相，并且這樣的鐵素體不是如馬氏體那樣含有高密度的位錯。通過從奧氏體(γ)相緩冷來所產(chǎn)生的鐵素體或者在淬火之后充分進行回火的鐵素體是一個例子。諸如滲碳體之類的、相應(yīng)于如上所述的低位錯密度的碳化物以聚集和變粗糙的狀態(tài)散布。因此，包含上述鐵素體和碳化物的微觀結(jié)構(gòu)與典型的軟化狀態(tài)相適應(yīng)。
碳化物主要指的是滲碳體Fe3C。不過，氮富含層包含大量的氮，盡管沒有碳那么多。為了簡化說明，這里假設(shè)碳化物可包括碳氮化物。此外，因為鋼產(chǎn)品通常含有Mn或類似的元素，這樣的元素溶解在碳化物中，并呈諸如(Fe，Mn)3(C，N)之類的形式?？勺⒁獾?，這樣的一種形式是本來就包含在內(nèi)的。不僅如此，當(dāng)在高溫下進行回火時，不僅會包含M3C形式還會包含M23C6形式的碳化物或者其它形式的碳化物?？勺⒁獾?，上述碳化物也包括這種類型的碳化物。
滾動接觸表面的所述表面區(qū)域部分可通過高頻淬火來形成。該表面部分的硬度可至少為HV653。
以這種方式，就保證可抑制在該表面部分中的表面損傷和內(nèi)部裂開，從而可獲得較長的使用壽命。如果表面部分的硬度小于HV653，則將難于實現(xiàn)在上述條件下的壽命延長。與此同時，如果除了表面部分以外的部分的硬度超過HV300，則將難于進行大量生產(chǎn)嵌塞加工。
滾動表面中的所述表面區(qū)域部分可含有10至50體積百分比的殘余奧氏體。以這種方式，就能抑制由于表面開裂、剝離或內(nèi)部裂開所產(chǎn)生的裂縫發(fā)展。如果殘余奧氏體占小于10體積百分比，就無法在嚴(yán)酷條件下的長期使用。另一方面，如果殘余奧氏體占多于50體積百分比，則無法獲得精細(xì)的殘余奧氏體。
可以通過諸如X射線衍射方法和透射電顯微術(shù)(TEM)之類人們所熟知的方法來對殘余奧氏體的進行測量。因為奧氏體不是像鐵素體或滲碳體那樣具有鐵磁性，所以可以利用諸如磁秤之類的磁測量裝備來測量奧氏體。
可對上述的至少一個零件進行以下兩種處理中的任一種在A1點或更高處對該零件進行碳氮共滲、隨后緩冷至低于A1點的一點處、然后再對該表面部分進行高頻淬火的一處理；和，在A1點或更高處對該零件進行碳氮共滲、隨后快冷至低于A1點的一點處、在低于A1點的點處回火、并且對該表面部分進行高頻淬火的一處理。這里，上述的A1點相應(yīng)于一共晶點，并且例如對于Fe-C系統(tǒng)，它設(shè)定為723℃。在滾動軸承中常用的鋼產(chǎn)品的A1點也為723℃左右的一溫度。
通過上述的處理，則可以獲得這樣一種零件，它因為在該表面部分中不易發(fā)生各種損傷而具有較長的壽命，并且能便于在其它部分中進行嵌塞加工。經(jīng)受了高頻淬火的該表面部分具有為JIS中所定義的No.11或更大的奧氏體晶粒度，包含10至50體積百分比的殘余奧氏體，并且其硬度不小于HV653。這是因為該零件進行了碳氮共滲處理，且因為包括滾動接觸表面的其表面部分進行了高頻淬火。此外，沒有進行高頻淬火的部分具有不大于HV300的硬度，這是因為，即使在碳氮共滲之后進行緩冷或快冷時，也可以進行淬火和回火(回火)處理。
在帶有滾子的凸輪從動件中采用上述滾動軸承。在帶有滾子的凸輪從動件中，沿著外滾的內(nèi)周滾動的滾子介于用作外部件的外滾和用作內(nèi)部件的一軸之間。凸輪從動件由所述軸支承。滾子滾動處的一部分被認(rèn)為是軸滾動接觸表面中的所述表面區(qū)域部分。
使用了這樣的結(jié)構(gòu)，就可抑制從帶有滾子的凸輪從動件中的外滾滾動接觸部分發(fā)生的損傷，從而可獲得較長的使用壽命。
在帶有滾子的凸輪從動件中采用上述的滾動軸承。對帶有滾子的凸輪從動件的一軸的端部進行塑性加工，并固定至一滾子支承件。
使用了這種的結(jié)構(gòu)，例如可便于在軸的一個端部進行嵌塞加工。
可以通過壓力加工來獲得凸輪從動件的主體。
通過上述的壓力加工，可以有效和大批量制造該凸輪從動件。壓力加工具體是一種冷鍛或類似的加工。
根據(jù)本發(fā)明的凸輪鄰靠在設(shè)于一搖臂中的外部件上。鄰靠凸輪的外部件的表面部分具有No.11或更大的奧氏體晶粒度。
使用了這樣的結(jié)構(gòu)，就可在凸輪的該表面部分中抑制諸如表面開裂、剝離和內(nèi)部裂開之類的表面損傷，并可獲得更長的使用壽命。
在結(jié)合附圖閱讀下面對本發(fā)明的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的前述和其它的目的、特征、方面以及優(yōu)點會變得更加明白。
附圖簡述

圖1示出了在本發(fā)明一實施例中的用在發(fā)動機中的一帶有滾子的凸輪從動件。
圖2A是沿著圖1中的線II-II的剖視圖。
圖2B是示出圖2A中的部分E的放大圖，且該圖還示出了一嵌塞固定部分。
圖3示出了在本發(fā)明另一實施例中的用在發(fā)動機中的一帶有滾子的凸輪從動件。
圖4示出了在本發(fā)明再一實施例中的用在發(fā)動機中的一帶有滾子的凸輪從動件。
圖5是與圖4所示的用在發(fā)動機中的帶有滾子的凸輪從動件接觸的一無保持架滾軸承的一部分的放大圖。
圖6示出本發(fā)明實施例的熱處理方式。
圖7示出本發(fā)明實施例的另一熱處理方式。
圖8示出在該實施例中的一熱處理方式H1。
圖9示出在該實施例中的一熱處理方式H2。
圖10示出在一試樣中的諸硬度測量位置。
圖11示出外環(huán)轉(zhuǎn)動的滾動接觸疲勞試驗的試驗臺。
具體實施例方式
在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的實施例。圖1是示出在本發(fā)明一實施例中的用在發(fā)動機中的一帶有滾子的凸輪從動件的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2A是沿著圖1的線II-II的剖視圖。參照圖1和2A，為可樞轉(zhuǎn)件的一搖臂1在中心處經(jīng)由一軸承金屬由一搖臂軸5可轉(zhuǎn)動地支承。
一調(diào)整螺釘7插入并旋入搖臂1的一個端部1b中。調(diào)整螺釘7由一放松螺母8固定，并在其下端處鄰靠一吸入閥或一排出閥9的上端上。閥9受到一彈簧10的彈性力的偏壓。
搖臂1在另一端1a處設(shè)有一凸輪從動件主體50。該凸輪從動件主體50與以兩分叉形式形成的一滾子支承部分14整體成形。如示出圖2A中的部分E的放大圖的圖2B中所示，兩分叉的滾子支承部分14設(shè)有一斜面部分14a。此外，為內(nèi)部件的一滾軸2的相對端2a是嵌塞的，以形成用于固定的嵌塞部分25。換言之，至少滾軸的相對端2a具有不超過HV300的硬度，以能便于進行嵌塞，從而端部進行嵌塞，并且在滾子支承部分的斜面部分上形成嵌塞固定部分25。
在滾軸2外周面的中心處，用作外部件的一外滾4可轉(zhuǎn)動地支承，而一滾子3則為介于其間的滾動元件。滾子3用作介于滾軸2與外滾4之間的軸承。換言之，介于滾軸2和外滾4之間的軸承可被稱為滾子。滾子3的軸線方向布置成平行于滾軸的軸線。外滾4的外周面在彈簧10的作用下鄰靠在設(shè)置在一凸輪軸上的一凸輪6的凸輪面上。應(yīng)予注意的是，這里所述的“一”和“另一”不特別地加以區(qū)分，首先出現(xiàn)的一端部就簡單地被稱為“一”端部。
這里，采用由滾軸2、滾子3以及外滾4構(gòu)成的一滾動軸承作為搖臂的滾動軸承。當(dāng)不使用罩子時，滾動軸承一般就稱為無保持架滾動軸承。不過，在本說明書中，不特別地區(qū)分各種滾動軸承。當(dāng)搖臂的滾動軸承在與凸輪6接觸的同時轉(zhuǎn)動時，來自凸輪6的壓力和碰撞力施加在外滾4上。在本發(fā)明實施例中的用在發(fā)動機中的帶有滾子的凸輪從動件是包括上述用于搖臂的滾動軸承和凸輪從動件主體的一部件。
在本發(fā)明的帶有滾子的實施例中，滾軸2具有氮富含層，并對滾軸2的滾動接觸表面中的表面區(qū)域部分進行高頻淬火處理，并且其具有No.11或更大(在JIS中定義)的極其微細(xì)的奧氏體晶粒度、以及不小于HV653的硬度。除了在滾動接觸表面中的該表面區(qū)域部分之外的一部分具有不大于No.10的相對較粗的鐵素體晶粒度或奧氏體晶粒度。此外，滾軸2端部具有較低的硬度，例如不大HV300。因為對滾動接觸表面中該表面區(qū)域部分進行了高頻淬火，所以殘余奧氏體在其中占有10至50的體積百分比。結(jié)果，在該表面部分中就較不易發(fā)生表面損壞和內(nèi)部裂開。另一方面，因為其它部分具有較低的硬度，就能方便地進行嵌塞。
圖3示出在本發(fā)明另一實施例中的用在發(fā)動機中的一帶有滾子的凸輪從動件。在凸輪從動件主體50中，滾軸2固定在一固定于在搖臂1的一端1b與另一端1a之間延伸的一滾子孔(未示出)中。一端鄰靠在發(fā)動機打開/關(guān)閉閥9的一個端部上，而另一端則鄰靠在一未示出的樞軸上。設(shè)有一樞軸接納部分15的凸輪從動件主體50被彈簧10偏壓在圍繞閥的一預(yù)定方向上，并接受從凸輪6傳來的一驅(qū)動力，以克服彈簧的偏壓力而移動閥9。
圖4示出在本發(fā)明再一實施例中的、用于發(fā)動機中的一帶有滾子的凸輪從動件。圖5是包括圖4所示的搖臂滾動軸承的一部分的放大圖。在圖4中，轉(zhuǎn)動軸5設(shè)置在搖臂1的中心處，搖臂1繞該轉(zhuǎn)動軸5轉(zhuǎn)動。搖臂1的一臂的端部1b鄰靠在發(fā)動機閥9的一端上，而另一臂的端部1a則鄰靠在一連接桿16的一端上。調(diào)整螺釘8實現(xiàn)調(diào)整搖臂的端部1a與連接桿16的鄰接位置的功能。
凸輪從動件50設(shè)置在位于連接桿16下端處的一中空的軸承附接部分16a中。搖臂的滾動軸承借助于一附接件17附接至凸輪從動件主體50。凸輪6鄰靠在滾動軸承的外滾4上，以將驅(qū)動力傳送到連接桿。
在構(gòu)成用于發(fā)動機中的帶有滾子的凸輪從動件的滾動軸承的諸零件中，對為內(nèi)部件的滾軸2進行下文將述的熱處理，以使其表面部分包括極其微細(xì)的奧氏體晶粒。
在圖3和5中作為內(nèi)部件、滾軸2具有氮富含層，并對其在滾動接觸表面中的表面區(qū)域部分進行高頻淬火處理，并且其具有No.11或更大(在JIS中定義)的極其微細(xì)的奧氏體晶粒度、以及不小于HV653的硬度。除了在滾動接觸表面中的該表面區(qū)域部分之外的一部分具有不大于No.10的相對較粗的鐵素體晶粒度或奧氏體晶粒度，并具有較低的硬度，例如不大于HV300。因為對滾動接觸表面中的該表面區(qū)域部分進行了高頻淬火，所以殘余奧氏體在其中占有10至50的體積百分比。結(jié)果，在該表面部分中就較不易發(fā)生表面損壞和內(nèi)部裂開。另一方面，因為其它部分具有較低的硬度，就能方便地進行嵌塞。因此，盡管沒有示出，但滾軸的相對端是嵌塞的，以在滾軸支承部分的斜面部分上的形成嵌塞固定部分。
現(xiàn)將描述一熱處理，該熱處理包括對內(nèi)部件(滾軸)進行碳氮共滲處理。圖6示出了本發(fā)明實施例中的一熱處理方法，而圖7則示出了本發(fā)明實施例的另一熱處理方法。圖6示出了一種熱處理方式，其中在A1點或更高處進行碳氮共滲處理，并隨后進行緩冷。另一方面，圖7示出了另一種熱處理方式，其中在進行碳氮共滲之后進行快冷，并在其后進行淬火和回火處理，也就是說，回火處理是在低于A1點的一點處進行的。在圖6所示熱處理方式中的緩冷處理與圖7所示的淬火和回火處理彼此相對應(yīng)，都用來降低處理除了所述表面部分之外的部分硬度。在圖6和7所示的兩個熱處理方式中，包括滾動接觸表面的所述表面部分隨后經(jīng)受高頻淬火，之后再經(jīng)受低溫回火。
可以對軸承零件中的內(nèi)部件以及凸輪進行上述的任何熱處理。
通過在上述任一熱處理中的碳氮共滲處理形成一為“碳氮共滲層”的氮富含層。在某些情況下，因為在用作碳氮共滲處理材料的鋼中的含碳量較高，所以，可能不易將碳從用于通常的碳氮共滲處理的周圍環(huán)境中引入到鋼表面中。當(dāng)鋼的碳含量高時，例如可生成一達(dá)到比鋼含碳量高的含碳量的滲碳層；或者，可能無法生成達(dá)到比鋼含碳量高的含碳量的這種滲碳層。盡管可能取決于Cr含量之類的因素會有所不同，但在一般鋼中的含氮量都較低、最大不超過約0.025的重量百分比。因此，無論在用作材料的鋼中的碳含量如何，都會無疑地生成一氮富含層。在本實施例中，該微觀結(jié)構(gòu)包括用于嵌塞的鐵素體。因此，含碳量設(shè)定得相對較低，并且氮富含層在許多情況下也富含碳。
下面將描述在圖6和7中所示的各處理方法中是如何生成所述微觀結(jié)構(gòu)的。例如在A1點或更高處進行碳氮共滲。在碳氮共滲處理中，在滾動軸承中的一所關(guān)注的零件中形成氮富含層。在氮富含層中，以過共析方式引入相對鐵原子Fe為間隙元素的C和N，并且碳化物例如為沉淀在奧氏體中(兩相共存)。換言之，在氮富含層中獲得過共析的鋼。此外，在不經(jīng)受碳氮共滲處理的內(nèi)部部分中，根據(jù)用作材料的原始鋼產(chǎn)品的組成成分，而獲得奧氏體相。可在用作材料的鋼產(chǎn)品中鐵素體和奧氏體的兩相或者奧氏體和滲碳體的兩相共存的一溫度下進行碳氮共滲。
然后，在圖6所示方式(稱為熱方式H1)的冷卻中，進行從碳氮共滲處理溫度的緩冷。進行緩冷是為了軟化結(jié)構(gòu)以及改善可加工性能。在緩冷的過程中，在內(nèi)部部分中從上述奧氏體生成包含鐵素體和滲碳體的珠光體。這里，珠光體中的滲碳體聚集和變粗糙而不成層，以促進軟化。因此，緩冷的溫度可在從碳氮共滲處理溫度至大致(A1點-100℃)的范圍內(nèi)。即使進行低至比該范圍低的一溫度的緩冷，也無法預(yù)期滲碳體會發(fā)生聚集和變粗糙。這反而是耗時和不夠有效的。作為一指導(dǎo)方針，緩冷溫度可大致為最低620℃。接著，為了節(jié)省時間，也可以進行空氣冷卻、水冷卻或油冷卻。
在氮富含層中，在碳化物+奧氏體中從奧氏體生成珠光體，并且在珠光體中的碳化物聚集和變粗糙。
在圖7所示的方式中(稱為熱方式H2)，從碳氮共滲處理溫度開始例如通過油冷卻來進行的淬火。在這種情況下，在內(nèi)部部分中從奧氏體中生成馬氏體或類似的結(jié)構(gòu)，這取決于原始鋼產(chǎn)品的組成成分。因為馬氏體結(jié)構(gòu)較硬小難于進行嵌塞，故執(zhí)行上述的回火處理(淬火和回火處理)?；鼗鹪诰驮贏1點之下的一溫度或盡可能接近A1點的一溫度下快速地進行。亦即，進行高溫回火。因此，所希望的是，在從A1點至650℃的一范圍內(nèi)或者較佳的是在從A1點至680℃的一范圍內(nèi)進行回火。通過回火，在馬氏體結(jié)構(gòu)中的位錯密度消失，并且可以獲得包含位錯密度較低的鐵素體以及聚集和變粗糙的滲碳體的結(jié)構(gòu)。
在氮富含層中，通過諸如油冷卻之類的淬火，在(碳化物+奧氏體)中從奧氏體生成馬氏體。通過上述的回火來軟化馬氏體，這與在內(nèi)部部分中生成馬氏體類似。原來就存在的碳化物發(fā)生聚集。
應(yīng)注意的是，在對上述微觀結(jié)構(gòu)的描述中，優(yōu)先的是要表達(dá)清楚，所以沒有提及氮或在實際的、更為復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)中的次要因素。
在熱方式H1和H2中都進行高頻淬火。在進行高頻淬火的一個階段中，氮富含層已具有其中聚集的碳化物(較大的比例)和鐵素體以混合方式存在的結(jié)構(gòu)。高頻淬火的過程中，加熱是快速的。這里，碳化物分解，奧氏體成核。當(dāng)散布的碳化物的密度很高時，奧氏體的成核密度也會十分高，并且通過所生成的奧氏體的碰撞而形成的奧氏體結(jié)構(gòu)的晶粒度將是極其細(xì)微的。此外，當(dāng)?shù)缓瑢訛檫^共析鋼時，碳化物也存在于其中，這會阻止才生成的極其微細(xì)的奧氏體晶粒的生長。以這種方式，可在氮富含層中獲得極其微細(xì)的奧氏體晶粒。當(dāng)快速加熱的溫度上升時，碳化物分解，并且大量的碳溶解在極其微細(xì)的奧氏體中。
然后，當(dāng)在快速加熱后進行淬火時，極其細(xì)微的奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體。因為已溶解了大量的碳，所以奧氏體是穩(wěn)定的，并且未轉(zhuǎn)變的奧氏體留在馬氏體間的較小區(qū)域中。這被稱為殘余奧氏體。因為殘余奧氏體形成在馬氏體間，所以它非常細(xì)微。若以體積比表示，則殘余奧氏體占有10至50的體積百分比。
之后，在大致180℃的溫度下進行回火，回火不會大幅降低硬度。在大致180℃的溫度下進行的回火很難使高位錯密度消失，亦即位錯密度是保持的。這里，進行回火是為了使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。如上所述的回火既不會使?jié)B碳體聚集，也不會導(dǎo)致軟化。取決于所用的鋼產(chǎn)品，也可以不進行該回火。
已經(jīng)受了高頻淬火并含有殘余奧氏體的結(jié)構(gòu)是牢固的，并且即使在嚴(yán)酷的使用條件下也能具有較長的壽命。
通過進行上述的熱處理，可以在表面部分中獲得No.11或更大的極其細(xì)微的晶粒度，并且內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)一鐵素體與碳化物混合的結(jié)構(gòu)。此外，該表面部分獲得不小于HV653的硬度，并含有15至35體積百分比的殘余奧氏體。另一方面，處理該表面之外的其它部分可獲得不超過HV300的硬度。因此，經(jīng)受上述熱處理的軸承零件從滾動接觸疲勞特性方面來說具有較長的使用壽命，并且能便于進行嵌塞。
(例子)對軸承鋼SUJ2或滲碳鋼SCM420進行如圖8所示的熱方式H1(相應(yīng)于圖6)的熱處理和如圖9中所示的熱方式H2(相應(yīng)于圖7)的熱處理。亦即，一鋼管或一冷加工的鋼產(chǎn)品開始時在A1點或更高處經(jīng)受碳氮共滲處理，之后，根據(jù)熱方式H1或H2，或者緩冷(爐冷)至A1電或更低(熱方式H1)，或者快冷至A1點或更低并隨后進行回火(淬火和回火)(熱方式H2)。此后，僅相應(yīng)于滾動接觸表面的表面部分進行高頻淬火。上述的熱方式H1和H2中的溫度如圖8和9中所示。
用滾軸2作為一個例子，在通過上述熱處理來制備的一試樣中，所述表面部分含有15至35體積百分比的殘余奧氏體，并且具有No.11或更大的極其微細(xì)的奧氏體晶粒度。測量了該試樣的硬度。為了進行比較，也測量了一傳統(tǒng)技術(shù)例子的試樣J，該試樣J僅進行高頻淬火，而不進行碳氮共滲處理。在圖10中示出了各試樣的形狀和硬度測量位置。在表1中示出了測量的結(jié)果。應(yīng)予注意的是，圖10中的帶點部分表示硬化部分。
表1硬度測量結(jié)果 根據(jù)表1，根據(jù)本發(fā)明的例子的試樣1和2在表面部分A和B處具有為HV760至805的十分高的硬度，且同時它們在處理該表面部分之外的位置C和D處具有為HV260至280的硬度。在位置C和D處的硬度適于進行嵌塞。另一方面，反應(yīng)出在傳統(tǒng)技術(shù)例子沒有僅碳氮共滲的事實，表面部分A和B具有為HV735至780的硬度，并呈現(xiàn)在低于前者的一范圍內(nèi)的變動，且同時它們在測量位置C和D處的硬度也較低、亦即HV210至240。
然后，對上述試樣1和2進行一外環(huán)轉(zhuǎn)動型的疲勞壽命試驗。在表2和3中示出了試樣和試驗的條件。在圖11中示出了疲勞試驗的試驗臺。在該疲勞試驗的試驗臺中，將一滾子35布置成從上方和下方被夾在一試樣30中。滾子35與試樣30的表面部分緊密接觸，并轉(zhuǎn)動以施加外部壓力，以對試樣30施加壓力。
表2試樣

表3疲勞試驗的條件

根據(jù)上述的試驗條件，在試驗中發(fā)生了表面損壞或內(nèi)部裂開。因此，通過進行該試驗，可以測試相對表面損壞和內(nèi)部裂開的使用壽命。圖4中示出了該疲勞試驗的結(jié)果。
圖4疲勞壽命試驗的結(jié)果 根據(jù)表4，根據(jù)本發(fā)明例子的試樣1和2具有如傳統(tǒng)技術(shù)例子的試樣J三倍那樣長的使用壽命。人們認(rèn)為，傳統(tǒng)技術(shù)例子的試樣J是由于其金屬結(jié)構(gòu)(奧氏體晶粒度、殘余奧氏體量)而具有較短的疲勞壽命，因為它沒有進行碳氮共滲處理。
盡管已詳細(xì)描述和圖示了本發(fā)明，但是應(yīng)清楚地理解的是，這些詳細(xì)描述和圖示僅是為了說明和舉例，而不應(yīng)被認(rèn)為是為了加以限制，本發(fā)明的精神和保護范圍僅由所附權(quán)利要求的條款來限定。
權(quán)利要求
1.一種滾動軸承，它包括一外部件(4)；位于所述外部件(4)內(nèi)部的一內(nèi)部件(2)；以及介于所述外部件與所述內(nèi)部件之間的一滾動元件(3)，其中，所述外部件(4)和所述內(nèi)部件(2)中的至少一個零件具有氮富含層，在所述至少一個零件中，在所述滾動元件滾動處的、滾動接觸表面中一區(qū)域的表面部分的奧氏體晶粒度至少為No.11，并且，該零件的一端部具有至多為HV(Vicker硬度)300的硬度。
2.一種帶有采用如權(quán)利要求1所述的滾動軸承的滾子的凸輪從動件，其中沿著一外滾(4)的內(nèi)周滾動的一滾子(3)介于用作所述外部件的外滾(4)和用作所述內(nèi)部件的一軸(2)之間，所述凸輪從動件由所述軸支承，以及所述滾子(3)滾動處的一部分為滾動接觸表面中的所述表面區(qū)域部分。
3.一種鄰靠在根據(jù)權(quán)利要求2所述的、帶有滾子的所述凸輪從動件中的外滾(4)上的凸輪(6)，其中，所述凸輪在鄰靠在所述凸輪從動件上的表面部分中具有氮富含層，并且該表面部分的奧氏體晶粒度至少為No.11。
4.如權(quán)利要求2所述的凸輪從動件，其特征在于，對所述軸(2)的端部(2a)進行塑性加工，并將其固定至一滾子支承件。
5.如權(quán)利要求4所述的凸輪從動件，其特征在于，通過壓力加工來獲得所述凸輪從動件的一主體(50)。
6.如權(quán)利要求1所述的滾動軸承，其特征在于，在除了所述滾動接觸表面的區(qū)域的所述表面部分之外一區(qū)域中，該區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)包含鐵素體和碳化物。
7.一種采用如權(quán)利要求6所述的滾動軸承的凸輪從動件，其中，沿著一外滾的內(nèi)周滾動的一滾子介于用作所述外部件的外滾和用作所述內(nèi)部件的一軸之間，所述凸輪從動件由所述軸支承，以及所述滾子滾動處的一部分為滾動接觸表面中的所述表面區(qū)域部分。
8.如權(quán)利要求7所述的、帶有滾子的凸輪從動件，其特征在于，對所述軸的端部進行塑性加工，并將其固定至一滾子支承件。
9.如權(quán)利要求8所述的凸輪從動件，其特征在于，通過壓力加工來獲得所述凸輪從動件的一主體。
10.如權(quán)利要求1所述的滾動軸承，其特征在于，對在所述滾動接觸表面中的所述表面區(qū)域部分進行高頻淬火。
11.一種采用如權(quán)利要求10所述的滾動軸承的凸輪從動件，其中，沿著一外滾的內(nèi)周滾動的一滾子介于用作所述外部件的外滾和用作所述內(nèi)部件的一軸之間，所述凸輪從動件由所述軸支承，以及所述滾子滾動處的一部分為滾動接觸表面中的所述表面區(qū)域部分。
12.如權(quán)利要求1所述的滾動軸承，其特征在于，在所述滾動接觸表面中的所述表面區(qū)域部分具有至少為HV653的硬度。
13.一種采用如權(quán)利要求12所述的滾動軸承的凸輪從動件，其中，沿著一外滾的內(nèi)周滾動的一滾子介于用作所述外部件的外滾和用作所述內(nèi)部件的一軸之間，所述凸輪從動件由所述軸支承，以及所述滾子滾動處的一部分為所述軸的滾動接觸表面中的所述表面區(qū)域部分。
14.如權(quán)利要求1所述的滾動軸承，其特征在于，在所述滾動接觸表面中的所述表面區(qū)域部分包含10至50體積百分比的殘余奧氏體。
15.一種采用如權(quán)利要求14所述的滾動軸承的凸輪從動件，其中，沿著一外滾的內(nèi)周滾動的一滾子介于用作所述外部件的外滾和用作所述內(nèi)部件的一軸之間，所述凸輪從動件由所述軸支承，以及所述滾子滾動處的一部分為所述軸的滾動接觸表面中的所述表面區(qū)域部分。
16.如權(quán)利要求1所述的滾動軸承，其特征在于，對所述至少一個零件進行以下兩種處理中的任一種在A1點或更高處對該零件進行碳氮共滲、隨后緩冷至低于A1點的一點處、然后再對在所述滾動接觸表面中的所述表面區(qū)域部分進行高頻淬火的一處理；和，在A1點或更高處對該零件進行碳氮共滲、隨后快冷至低于A1點的一點處、在低于A1點的點處回火、并且對在所述滾動接觸表面中的所述表面區(qū)域部分進行高頻淬火的一處理。
17.一種采用如權(quán)利要求16所述的滾動軸承的凸輪從動件，其中，沿著一外滾的內(nèi)周滾動的一滾子介于用作所述外部件的外滾和用作所述內(nèi)部件的一軸之間，所述凸輪從動件由所述軸支承，以及所述滾子滾動處的一部分為所述軸的滾動接觸表面中的所述表面區(qū)域部分。
全文摘要
本發(fā)明可以獲得一種滾動軸承、帶有采用這種軸承的滾子的凸輪件以及凸輪，所述滾動軸承能抵抗諸如表面開裂、剝離或內(nèi)部裂開之類的表面損傷而具有較長的壽命，并且能便于在其軸端面進行嵌塞加工。所述滾動軸承包括一外部件(4)、位于所述外部件(4)內(nèi)部的一內(nèi)部件(2)、以及介于外部件與內(nèi)部件之間的一滾動元件(3)。所述外部件(4)和所述內(nèi)部件(2)中的至少一個零件具有氮富含層。在所述滾動元件滾動處的、滾動接觸表面中一區(qū)域的表面部分具有No.11或更大的奧氏體晶粒度。端部具有不大于HV300的硬度。
文檔編號C21D9/40GK1573148SQ20041004884
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月5日
發(fā)明者市川健一, 渡邊靖之 申請人:Ntn株式會社