專利名稱：用于等速萬(wàn)向節(jié)的球及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用在等速萬(wàn)向節(jié)中的球，該球設(shè)置在等速萬(wàn)向節(jié)的外環(huán)部件和內(nèi)環(huán)部 件之間，以及制造該球的方法。
背景技術(shù)：
汽車車身裝備有驅(qū)動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸和設(shè)置在其間的等速萬(wàn) 向節(jié)以將驅(qū)動(dòng)力從發(fā)動(dòng)機(jī)(例如內(nèi)燃機(jī))傳遞到輪胎。例如，驅(qū)動(dòng)軸和輪轂可移位地通過(guò) Birfield等速萬(wàn)向節(jié)而彼此連接，該萬(wàn)向節(jié)具有外環(huán)部件、內(nèi)環(huán)部件及用在等速萬(wàn)向節(jié)中 的球(該球可被稱為滾珠)，該球設(shè)置在上述環(huán)之間。近來(lái)，出于要改善汽車的特定耗油率的目的，已經(jīng)研究減輕汽車車身還有汽車的 各種部件的重量的方法。考慮到該目的，Birfield等速萬(wàn)向節(jié)也被要求做的更輕一些(即， 尺寸更小)。然而，小的部件一般在剛性上較差。因而，減少Birfield等速萬(wàn)向節(jié)中的外 環(huán)部件、滾珠等部件的尺寸導(dǎo)致耐用性下降?？紤]到解決該問(wèn)題，在日本公開(kāi)專利文件 JP2000-145804中，提過(guò)出了一種方法，其中在外環(huán)和內(nèi)環(huán)部件中的珠槽的表面粗糙度被控 制在10到30 μ m (微米)，并在化學(xué)轉(zhuǎn)換處理后形成潤(rùn)滑膜。在有效地提高滾珠的壽命這一方面，在日本專利公開(kāi)文件JP2002-122145中公開(kāi) 了一種方法，其中滾珠由軸承鋼或其等效材料構(gòu)成，滾珠要經(jīng)受氮化處理以提高表面殘余 奧氏體的含量，然后經(jīng)受處理以提高壓毀或斷裂負(fù)荷耐受性。在日本公開(kāi)專利文件JP2002-122145中描述的傳統(tǒng)方法中，當(dāng)滾珠只經(jīng)受氮化處 理時(shí)，得到的滾珠在壓毀負(fù)荷耐受性上較差，并實(shí)際上容易被壓毀。為此原因，進(jìn)行壓毀負(fù) 荷耐受性提高處理(看第五段)。在日本公開(kāi)專利文件JP2002-122145中，描述了在180°C 到230°C溫度之間的回火處理，其作為壓毀負(fù)荷耐受性提高處理的特定例子。在該例子中， 盡管滾珠由于氮化處理中提高的硬度而變脆了，其表面硬度在上述溫度范圍內(nèi)的回火處理 中被降低到HRC(Rockwell C級(jí)硬度)60-64。作為更深入研究的結(jié)果，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在日本公開(kāi)專利文件JP2000-145804和 JP2002-122145中描述的方法中滾珠的表面會(huì)經(jīng)常剝落。換句話說(shuō)，在日本公開(kāi)專利文件 JP2000-145804和JP2002-122145中描述的傳統(tǒng)方法中難以保持滾珠有足夠的耐用性。在日本公開(kāi)專利文件JP2002-122145中中描述的傳統(tǒng)方法中，滾珠的表面硬度被 降低。然而，滾珠需要是耐磨的，由此一般優(yōu)選滾珠具有較高的表面硬度。隨著表面硬度的 提高，滾珠的耐磨性提高。

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)由廉價(jià)的鋼材料例如SUJ2構(gòu)成的等速萬(wàn)向節(jié)球可減小尺寸時(shí)，上述球容易有 缺陷，例如破裂。在研究該缺陷的原因的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)一種白色紋理(其在用于奈塔 爾硝酸乙醇腐蝕液中時(shí)展現(xiàn)出白色)產(chǎn)生在具有缺陷的部分的金屬結(jié)構(gòu)中。該白色紋理的產(chǎn)生是由于鋼材料的碳含量減少。因而，發(fā)明人假定該缺陷的起因是因?yàn)榻饘俳Y(jié)構(gòu)(鋼材 料)的碳含量減小，導(dǎo)致強(qiáng)度和韌性的下降。當(dāng)連接到等速萬(wàn)向節(jié)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，用于等速萬(wàn)向節(jié)的球滑動(dòng)地接觸外環(huán)或內(nèi)環(huán) 部件的珠槽。換句話說(shuō)，在滾珠和外環(huán)或內(nèi)環(huán)部件之間有相對(duì)滾動(dòng)和滑動(dòng)，由此產(chǎn)生了剪應(yīng) 力和摩擦熱。本發(fā)明人假定碳含量由于剪應(yīng)力和摩擦熱的此類產(chǎn)生而減小。期望的是可以通過(guò)增大等速萬(wàn)向節(jié)的球的壓縮殘余應(yīng)力來(lái)防止上述碳含量的減 小。在這種情況中，當(dāng)由于上述滾動(dòng)和滑動(dòng)而產(chǎn)生剪應(yīng)力時(shí)，剪應(yīng)力被壓縮殘余應(yīng)力吸收。 然而，例如即使在等速萬(wàn)向節(jié)的球具有較高的表面壓縮殘余應(yīng)力(-IOOOMPa)這樣的情況 中，也難以防止該缺陷。在更深入地研究其原因的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)該缺陷尤其是在下述區(qū)域中引起 等速萬(wàn)向節(jié)的球中離表面0. 1到0.2mm的深度范圍內(nèi)?；谶@一發(fā)現(xiàn)，發(fā)明人的結(jié)論是并 非該表面而是內(nèi)部區(qū)域具有最大的剪應(yīng)力，如Hertzian應(yīng)力理論所描述的那樣。當(dāng)在離表面0. 1到0. 2mm深度范圍內(nèi)的壓縮殘余應(yīng)力被控制在-IOOOMPa或更高 時(shí)，等速萬(wàn)向節(jié)的球被從表面剝落。對(duì)于這種行為，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)破裂是在離表面0.02 到0. 03mm深度范圍內(nèi)，尤其是在深度為0. 025mm的位置附近引起的?；谶@一發(fā)現(xiàn)，發(fā)明 人假定，由于在離表面0. 1到0. 2深度范圍內(nèi)的區(qū)域中的壓縮殘余應(yīng)力增加，破裂的起始點(diǎn) 移近等速萬(wàn)向節(jié)的球的表面。作為關(guān)于上述假定的更深入的研究的結(jié)果，完成了本發(fā)明。本發(fā)明的主要目的是提供一種用在等速萬(wàn)向節(jié)中的球，盡管由廉價(jià)的材料構(gòu)成但 在耐用性和耐磨性上非常出色。本發(fā)明的另一目的是提供一種方法，該方法能夠制造上面提到的用在等速萬(wàn)向節(jié) 中的球。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用在等速萬(wàn)向節(jié)中的球，其具有在離表面0. Imm 深度處的第一位置和離表面0. 2mm深度處的第二位置，該球設(shè)置在等速萬(wàn)向節(jié)的外環(huán)部件 和內(nèi)環(huán)部件之間以在從外環(huán)部件到內(nèi)環(huán)部件的方向或其相反方向上傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力，其中使用依照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的高碳鉻軸承鋼的等效材料作為原鋼來(lái)形成球，在第一位置和第二位置之間的區(qū)域具有-IOOOMPa或更高的壓縮殘余應(yīng)力，及在表面和第一位置之間的區(qū)域具有奧氏體含量的體積比為10%到25%的金屬結(jié) 構(gòu)。在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“壓縮殘余應(yīng)力為-IOOOMI^或更高”指的是該壓縮殘余應(yīng)力是 負(fù)數(shù)并且其絕對(duì)值大于-IOOOMPa的絕對(duì)值。因而，例如-1200MPa的壓縮殘余應(yīng)力要高 于-lOOOMPa，而-950MPa的壓縮殘余應(yīng)力則低于-lOOOMPa。高碳鉻軸承鋼是這樣一種鋼材料，其具有與依照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIG)G4805的 SUJl到SUJ5中的任一種材料相等的組分。如上所述，假定在用于等速萬(wàn)向節(jié)的球中，在離表面0. 1到0. 2mm的深度范圍內(nèi)的 所述區(qū)域表現(xiàn)出金屬結(jié)構(gòu)中最大的碳含量減小，以及因而最高的剪應(yīng)力。因此，在離表面 0. 2mm深度處的位置中的壓縮殘余應(yīng)力增大到-IOOOMPa或更高。這樣，當(dāng)由于球和外環(huán)或 內(nèi)環(huán)部件之間的相對(duì)滾動(dòng)和滑動(dòng)而導(dǎo)致在等速萬(wàn)向節(jié)的球中產(chǎn)生剪應(yīng)力時(shí)，該剪應(yīng)力能夠 被壓縮殘余應(yīng)力有效地吸收，由此能夠防止碳含量減小。就像從上述內(nèi)容能明顯看到的，通過(guò)增大在特定深度位置中的壓縮殘余應(yīng)力，能夠防止碳含量的減小以及因而防止由于強(qiáng)度或韌性減小而引起的缺陷。這樣，對(duì)等速萬(wàn)向 節(jié)的球可以使用廉價(jià)的鋼材料，從而用于等速萬(wàn)向節(jié)的球可以制造為具有出色的耐用性并 且成本較低。同時(shí)，在表面和第一位置(離表面0. Imm的深度)之間的區(qū)域中的金屬結(jié)構(gòu)的奧 氏體含量被控制在體積比10%到25%。奧氏體與珠光體和馬氏體相比是較軟的沉積體，由 此能增大在該表面和第一位置之間的所述區(qū)域的韌性。結(jié)果，導(dǎo)致剝落的在該表面附近的 破裂能被防止。因而能夠防止剝落，而得到的滾珠會(huì)具有足夠的耐用性。另外，通過(guò)控制金屬結(jié)構(gòu)的奧氏體含量的體積比在10%到25%，由此提高韌性， 即使當(dāng)滾珠具有高表面硬度時(shí)也能防止剝落。例如滾珠的表面硬度可以是HRC62到68。這樣可以保持足夠的耐磨性。在普通的滾珠中，這種破裂傾向于在表面和第一位置之間的區(qū)域中出現(xiàn)。因此，優(yōu) 選地，在離表面0. Imm深度處的位置中的壓縮殘余應(yīng)力高于在離表面0. 2mm深度處位置中 的壓縮殘余應(yīng)力。通過(guò)以這種方式提高在靠近表面的位置中的壓縮殘余應(yīng)力，可以防止在 表面附近中的破裂。例如，在離表面0. Imm深度處的位置中的壓縮殘余應(yīng)力可以是_1150MPa或更高。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造用在等速萬(wàn)向節(jié)中的球的方法，該萬(wàn)向節(jié) 具有在離表面0. Imm深度處的第一位置和離該表面0. 2mm深度處的第二位置，球被設(shè)置在 等速萬(wàn)向節(jié)的外環(huán)部件和內(nèi)環(huán)部件之間以在從外環(huán)部件到內(nèi)環(huán)部件的方向上或其相反方 向上傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力，該方法包括硬化步驟，在該硬化步驟中在840°C到900°C溫度下加熱球狀體，該球狀體包括依 照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的高碳鉻軸承鋼的等效材料，接著冷卻該球狀體從而在表面和第一位置之 間的區(qū)域具有體積比10%到25%的奧氏體含量；回火步驟，其中在150°C或更高溫度下回火硬化的球狀體；及彈射增韌步驟，其中使回火后的球狀體經(jīng)受彈射增韌處理從而在第一位置和第二 位置之間的區(qū)域具有-IOOOMPa或更高的壓縮殘余應(yīng)力。通過(guò)實(shí)行這些步驟，可以得到在耐用性方面很出色的用于等速萬(wàn)向節(jié)的球，其中 從表面到內(nèi)部幾乎不會(huì)產(chǎn)生缺陷。如上所述，在等速萬(wàn)向節(jié)的球中，在離表面0. 1到0. 2mm深度范圍內(nèi)的區(qū)域容易具 有可導(dǎo)致缺陷的白色紋理。在本發(fā)明中，在該區(qū)域中的壓縮殘余應(yīng)力被提高，由此由于等速 萬(wàn)向節(jié)的球和外環(huán)或內(nèi)環(huán)部件之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)而在該區(qū)域中產(chǎn)生的剪應(yīng)力能夠被 該壓縮殘余應(yīng)力吸收。此外，在表面和0. Imm深度處的位置之間的區(qū)域中的金屬結(jié)構(gòu)的奧 氏體含量被控制在體積比10%到25%，由此提高了韌性。結(jié)果，可以防止內(nèi)部的白色紋理 的產(chǎn)生以及防止在表面附近中的剝落。即使在使用便宜的鋼材料的情況中，也幾乎不會(huì)引 起缺陷。換句話說(shuō)，通過(guò)將離表面0. 1到0. 2mm深度范圍內(nèi)的區(qū)域中的壓縮殘余應(yīng)力提高 到-IOOOMI^或更高，以及通過(guò)提高表面附近的金屬結(jié)構(gòu)的奧氏體含量，得到的等速萬(wàn)向節(jié) 球即使在使用高碳鉻軸承輥的廉價(jià)等效材料時(shí)，也能具有出色的耐用性。高碳鉻軸承鋼的等效材料的優(yōu)選例子包括SUJ2等效材料。SUJ2等效材料是廉價(jià) 的并在成本方面上有利。
結(jié)合附圖，從下面的描述中，本發(fā)明的上述和其他目的、特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更加明 顯。在附圖中本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例僅作為說(shuō)明性示例示出。


圖1是裝備了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的等速萬(wàn)向節(jié)的球(滾珠)的Birfield等速 萬(wàn)向節(jié)的示意性橫截面圖；圖2是圖1的滾珠的主要部分的放大橫截面圖；圖3的圖解示出在根據(jù)實(shí)施例和比較例1和2的每個(gè)滾珠中，離表面的深度和壓 縮殘余應(yīng)力之間的關(guān)系；圖4的圖解示出在根據(jù)實(shí)施例的滾珠和SUJ2滾珠的每一個(gè)中，在表面和0. 5mm深 度處的位置之間的區(qū)域中的金屬結(jié)構(gòu)的奧氏體含量；及圖5的圖解示出下述幾種滾珠的威布爾概率圖根據(jù)實(shí)施例的滾珠、在表面和 0. Imm深度處的位置之間的區(qū)域中具有低于10%的奧氏體含量的滾珠，以及SUJ2滾珠。
具體實(shí)施例方式下面參考附圖，將詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的用在等速萬(wàn)向節(jié)中的球的優(yōu)選實(shí)施例 及其制造方法。圖1為概略橫截面圖，示出Birfield等速萬(wàn)向節(jié)(其也被稱為等速萬(wàn)向節(jié))10。 等速萬(wàn)向節(jié)10具有外環(huán)部件12和內(nèi)環(huán)部件14，根據(jù)該實(shí)施例的滾珠16(用在等速萬(wàn)向節(jié) 中的球)被設(shè)置在外環(huán)部件12和內(nèi)環(huán)部件14之間。外環(huán)部件12具有軸部分18和開(kāi)口圓筒部分20，六個(gè)珠槽2 到22f等角地形成 在圓筒部分20的彎曲內(nèi)壁上。內(nèi)環(huán)部件14被插入在圓形部分20中并被保持器M支撐，內(nèi)珠槽26a到26f形成 在內(nèi)環(huán)部件14上。內(nèi)珠槽到26f在徑向方向上向外延伸，從而彎曲的外壁被切掉，內(nèi) 珠槽26a到^f的數(shù)量等于在外環(huán)部件12上的珠槽2 到22f的數(shù)量。另外，從內(nèi)環(huán)部件 14的一端到另一端形成了通孔27，驅(qū)動(dòng)軸DS裝配在通孔27中。在保持器對(duì)中，形成了從內(nèi)壁穿到外壁的窗口 28。滾珠16容納在窗口觀中，并 插入到外環(huán)部件12上的珠槽22a到22f以及內(nèi)環(huán)部件14上的內(nèi)珠槽26a到^f中。在滾珠16的表面附近中的一部分的放大截面示出在圖2中。如圖2所示，滾珠16 具有表面30，在離表面30為0. Imm深度處的第一位置，以及離表面30為0. 2mm深度處的第 二位置34。此外，滾珠16具有中心0。圖3是圖線，示出在具有19/32英寸的直徑的滾珠16中，離表面30的深度和壓縮 殘余應(yīng)力之間的關(guān)系。在根據(jù)此實(shí)施例的滾珠16中，在表面30中在第一位置32處和第二 位置；34處的壓縮殘余應(yīng)力分別是-IOOOMPa或更高，S卩，-1200MPa、-1180MPa及_1020MPa。 從圖3中可以明顯看到，在第一位置32和第二位置34之間的區(qū)域也具有-IOOOMPa或更高 的壓縮殘余應(yīng)力。在這種情況中，使用SUJ2，一種高碳鉻軸承鋼作為原鋼來(lái)形成滾珠16。包含具有圖1所示的那樣的結(jié)構(gòu)的滾珠16的等速萬(wàn)向節(jié)10，用在汽車的驅(qū)動(dòng)力傳 遞機(jī)構(gòu)中以將驅(qū)動(dòng)力從弓I擎?zhèn)鬟f到輪胎。
在驅(qū)動(dòng)汽車時(shí)，當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤以改變方向時(shí)，或者汽車在非常顛簸的道路 上行進(jìn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸DS被移位。這樣，在等速萬(wàn)向節(jié)10中，滾珠16滑動(dòng)地與外環(huán)部件12的 珠槽22a到22f以及內(nèi)環(huán)部件14的內(nèi)珠槽26a到26f接觸。結(jié)果，實(shí)現(xiàn)在滾珠16、外環(huán)部 件12和內(nèi)環(huán)部件14之間的相對(duì)滾動(dòng)和滑動(dòng)，以致產(chǎn)生了剪應(yīng)力和摩擦熱。由于剪應(yīng)力和摩擦熱而產(chǎn)生的負(fù)荷尤其被施加到在滾珠16中的第一位置32和第 二位置34之間的區(qū)域(看圖2)。因?yàn)樵撠?fù)荷的原因，在該區(qū)域中的金屬結(jié)構(gòu)的碳含量降 低。所謂的白色紋理，其在奈塔爾硝酸乙醇腐蝕液中展現(xiàn)出白色，產(chǎn)生在具有降低的 碳含量的金屬結(jié)構(gòu)中。該白色紋理易碎，由此導(dǎo)致剝落和破裂。然而，在這個(gè)實(shí)施例中，如圖3所示，在第一位置32和第二位置34之間的該區(qū)域 具有-IOOOMPa或更高的壓縮殘余應(yīng)力。在具有這么高的壓縮殘余應(yīng)力的區(qū)域中，上述剪應(yīng) 力被吸收。因此，在該實(shí)施例中能夠防止由于碳含量減小而造成的向白色紋理的紋理改變。尤其是，在本實(shí)施例中，預(yù)先對(duì)滾珠16的第二位置34施加高的壓縮殘余應(yīng)力，因 而在離表面30為0. 1到0. 2mm深度范圍內(nèi)的所述區(qū)域(在第一位置32和第二位置34之 間的所述區(qū)域)具有高的壓縮殘余應(yīng)力。這樣，在這個(gè)區(qū)域中，剪應(yīng)力能被吸收而防止產(chǎn)生 白色紋理。在自然情況下，白色紋理幾乎不會(huì)在比第二位置14還深的區(qū)域中產(chǎn)生。因而，僅 通過(guò)增大在第一位置32和第二位置34之間的區(qū)域的壓縮殘余應(yīng)力，則能夠在整個(gè)滾珠16 上防止可導(dǎo)致剝落和破裂的白色紋理的產(chǎn)生。以此方式防止白色紋理的產(chǎn)生，由此，即使在滾珠16中使用廉價(jià)鋼材料例如SUJ2 的情況中，也能夠防止剝落和破裂。因而，滾珠16可以被制造為具有長(zhǎng)的壽命且成本較低。在滾珠16的表面30和0. 5mm深度處的位置之間的區(qū)域中的金屬結(jié)構(gòu)的奧氏體含 量，與普通的SUJ2滾珠中的奧氏體含量一起在圖4中示出。如圖4中所清楚看到的那樣， SUJ2滾珠的奧氏體含量至多大約體積比9%。相反，根據(jù)實(shí)施例的滾珠16的奧氏體含量在 表面30中為體積比大約16%，而在第一位置32處為體積比大約14.8%。此外，在整個(gè)區(qū) 域中，即使在0. 5mm深度處的位置處，奧氏體含量體積比均大于14%。這樣，與SUJ2滾珠相比，滾珠16在表面30和第一位置32之間的區(qū)域中具有奧氏 體含量較高的金屬結(jié)構(gòu)。奧氏體要比珠光體和馬氏體更軟，由此具有更高奧氏體含量的區(qū) 域具有增加的韌性。結(jié)果，在表面附近中(即，在表面30和第一位置32之間的區(qū)域中)的 導(dǎo)致剝落現(xiàn)象的破裂，能夠被防止。此外，滾珠16具有高韌性的表面30，因而具有高的表面硬度。特別是，滾珠16的 表面硬度可以是HRC62到68。因此，表面30可具有足夠的耐磨性。滾珠16可以被如下制造。首先，由SUJ2等效材料(原鋼)構(gòu)成的球狀體經(jīng)受硬化處理。該球狀體在840°C 到900°C下被加熱然后被冷卻。執(zhí)行冷卻從而在表面30和球狀體中0. Imm深度處的第一位 置32之間的區(qū)域具有體積比10%到25%的殘余奧氏體含量。通常，原鋼的金屬結(jié)構(gòu)包含珠光體。通過(guò)上述加熱，珠光體被轉(zhuǎn)變成奧氏體。奧氏 體一般在后面的冷卻中被轉(zhuǎn)化成馬氏體。在本實(shí)施例中，冷卻速率被降低以延遲在球狀體 的溫度達(dá)到馬氏體沉積開(kāi)始溫度(馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn))之前的時(shí)間。結(jié)果，能夠增加冷卻后留在金屬結(jié)構(gòu)中的奧氏體的量。實(shí)踐上，可以根據(jù)滾珠16的直徑來(lái)選擇冷卻速率。然后，球狀體在150°C或更高溫度下經(jīng)受回火處理。在硬化處理中形成的金屬結(jié)構(gòu) 被這一步驟穩(wěn)定下來(lái)。接下來(lái)，球狀體被提供壓縮殘余應(yīng)力。例如，可以在這一步驟中使用日本公開(kāi)專利 文件JP61-270331或JP11-019828中描述的已知處理方法和裝置。因而，例如多個(gè)硬化且 回火后的滾珠16被放在桶內(nèi)然后轉(zhuǎn)動(dòng)該桶從而滾珠16與桶的內(nèi)壁相撞或者彼此相撞。重 復(fù)上述碰撞以向滾珠16提供壓縮殘余應(yīng)力。在滾珠16中，壓縮殘余應(yīng)力被最大化的深度取決于滾珠16的直徑和處理?xiàng)l件。例 如，在使用日本公開(kāi)專利文件JP11-019828中描述的設(shè)備來(lái)處理直徑3/8英寸的滾珠16的 情況中，與桶具有相同軸線的支撐軸在與桶的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的方向上以50rpm的速度轉(zhuǎn)動(dòng) 90分鐘，在離表面30為0. Imm深度處的第一位置32具有近似_960MPa的最高壓縮殘余應(yīng) 力。在另一種情況中，即，支撐軸以65rpm速度轉(zhuǎn)動(dòng)90分鐘，在離表面30為0. 15mm深度處 的位置具有大約-IOOOMPa的最高壓縮殘余應(yīng)力。從上面能清楚看到，通過(guò)增大支撐軸的旋轉(zhuǎn)，可以控制滾珠16的最大壓縮殘余應(yīng) 力值以及具有該最大值的深度。例如，通過(guò)讓支撐軸在50rpm速度下轉(zhuǎn)動(dòng)2. 5小時(shí)，在直 徑為19/32英寸的滾珠16的第一位置32和第二位置34中的壓縮殘余應(yīng)力可以分別控制 在-1180MPa 和-1020MPa，如圖 3 所示。在圖3中還示出在比較例1和2的滾珠的每一個(gè)中，離表面的深度和滾珠中的 壓縮殘余應(yīng)力之間的關(guān)系。滾珠在支撐軸低速轉(zhuǎn)動(dòng)下被準(zhǔn)備并且具有相同的19/32英寸 直徑。在比較例1中，在離表面0. Imm和0.2mm深度處的位置中的壓縮殘余應(yīng)力值分別 是-870ΜΙ^和-500MPa。在比較例2中，在離表面0. Imm和0. 2mm深度處的位置中的壓縮殘 余應(yīng)力值分別是_510MPa和-380MPa。這樣，在比較例1和2的滾珠中，在容易具有白色紋 理的區(qū)域中的壓縮殘余應(yīng)力是-IOOOMPa或更低。此外，從圖3中能清楚看到，根據(jù)實(shí)施例的滾珠16的耐用性明顯不同于比較例2 的滾珠，盡管它們有大致相同的表面壓縮殘余應(yīng)力值。因而，通過(guò)將第二位置34處的壓縮 殘余應(yīng)力增大到-IOOOMPa或更高，由此提高在第一位置32和第二位置34之間的區(qū)域(該 區(qū)域容易具有白色紋理)中的壓縮殘余應(yīng)力，可以提高滾珠的耐用性。圖5示出根據(jù)本實(shí)施例的滾珠16和滾珠A和B的威布爾概率圖，時(shí)間在水平軸上 示出。滾珠A在表面和0. Imm深度處位置之間的區(qū)域中具有小于10%的奧氏體含量，盡管 在離該滾珠的表面0. 1到0. 2mm深度范圍內(nèi)的區(qū)域中的壓縮殘余應(yīng)力基本等于滾珠16的 情況。滾珠B由SUJ2鋼構(gòu)成。從圖5中能清楚看到，滾珠B、滾珠A和滾珠16具有依次增 大的壽命。如上所述，在本實(shí)施例中，能夠獲得具有出色耐用性的滾珠16。盡管在上面的實(shí)施例中作為示例描述的是，使用SUJ2作為原鋼來(lái)形成滾珠16，滾 珠16的材料并不限于是SUJ2，其可以是高碳鉻軸承鋼的任何等效材料。因而，滾珠16的材 料可以是SUJl、SUJ3、SUJ4或SUJ5的等效材料。
權(quán)利要求
1.一種用在等速萬(wàn)向節(jié)中的球(16)，其具有在離表面(30)0. Imm深度處的第一位置 (32)和離所述表面(30)0. 2mm深度處的第二位置(34)，該球(16)設(shè)置在等速萬(wàn)向節(jié)(10) 的外環(huán)部件(1 和內(nèi)環(huán)部件(14)之間，以在從外環(huán)部件(1 到內(nèi)環(huán)部件(14)的方向或 其相反方向上傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力，其中使用依照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的高碳鉻軸承鋼的等效材料作為原鋼來(lái)形成球(16)，在第一位置(32)和第二位置(34)之間的區(qū)域具有-IOOOMI^或更高的壓縮殘余應(yīng)力，及在所述表面(30)和第一位置(3 之間的區(qū)域具有奧氏體含量體積比為10%到25% 的金屬結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用在等速萬(wàn)向節(jié)中的球(16)，其中在第一位置(3 中的壓 縮殘余應(yīng)力是_1150MPa或更高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用在等速萬(wàn)向節(jié)中的球(16)，其中在第一位置(32)中 的壓縮殘余應(yīng)力高于第二位置(34)中的壓縮殘余應(yīng)力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一所述的用在等速萬(wàn)向節(jié)中的球(16)，包括根據(jù)日本工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)的SUJ2的等效材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一所述的用在等速萬(wàn)向節(jié)中的球(16)，其中所述表面(30) 的硬度為洛氏硬度C級(jí)62到68。
6.一種制造用在等速萬(wàn)向節(jié)中的球(16)的方法，該球具有離表面(30)0. Imm深度處的 第一位置(3 和離該表面(30)0. 2mm深度處的第二位置(34)，球(16)被設(shè)置在等速萬(wàn)向 節(jié)(10)的外環(huán)部件(1 和內(nèi)環(huán)部件(14)之間，以在從外環(huán)部件到內(nèi)環(huán)部件的方向上或其 相反方向上傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力，該方法包括步驟硬化步驟，其中在840°C到900°C溫度下加熱球狀體，該球狀體包括依照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 的高碳鉻軸承鋼的等效材料，接著冷卻該球狀體從而在所述表面(30)和第一位置(32)之 間的區(qū)域具有體積比10%到25%的奧氏體含量；回火步驟，其中在150°C或更高溫度下回火硬化后的球狀體；及彈射增韌步驟，其中使回火后的球狀體經(jīng)受彈射增韌處理從而在第一位置(3 和第 二位置(34)之間的區(qū)域具有-IOOOMI^或更高的壓縮殘余應(yīng)力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所示的制造方法，其中根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的SUJ2的等效材料被用作 高碳鉻軸承鋼的等效材料。
全文摘要
公開(kāi)一種用在等速萬(wàn)向節(jié)中的球(16)及其制造方法。所述用于等速萬(wàn)向節(jié)的球(16)制造如下通過(guò)淬火步驟來(lái)加熱球狀體到840-900℃，該球狀體由對(duì)應(yīng)于日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)所規(guī)定的高碳鉻軸承鋼的材料所構(gòu)成，然后冷卻該球狀體在特定條件下使得在離表面(30)0.1mm深度處的第一部分(32)保留10-25％的奧氏體，在150℃或更高溫度下回火該球狀體的步驟，以及彈射增韌步驟，在該步驟中彈射增韌所述球狀體并賦予-1000MPa或更高的壓縮殘余應(yīng)力至特定區(qū)域中，所述特定區(qū)域到達(dá)離表面(30)0.2mm深度處的第二部分(34)。
文檔編號(hào)C21D9/36GK102057173SQ20098012138
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月9日
發(fā)明者大迫俊太, 村上貴文, 柴田直人 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社