轴承部件及滚动轴承的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及轴承部件及滚动轴承，更具体而言，涉及耐久性提高了的轴承部件，以 及包含该轴承部件的滚动轴承。
【背景技术】
[0002] 作为提高滚动轴承中包含的轴承部件的耐久性的措施，已知碳氮共渗处理（参 见例如日本专利公开第2007-277648号（PTD1)和日本专利公开第2008-267402号（PTD 2))。上述碳氮共渗处理是热处理，在该热处理中，将钢加热至&转变点以上的温度，使碳 和氮渗透和扩散至钢中，然后进行淬火。上述碳氮共渗处理可有效地延长刮擦接触寿命，该 刮擦接触寿命是滚动轴承的重要性能。
[0003] 引文列表
[0004] 专利文献
[0005] PTD1:日本专利公开第2007-277648号
[0006] PTD2:日本专利公开第2008-267402号
【发明内容】
[0007] 发明所要解决的技术问题
[0008] 考虑到近年来对轴承部件的耐久性提高的需求，根据用途，通过传统的碳氮共渗 处理可能难以提供足够的耐久性。
[0009] 本发明是鉴于上述问题而完成的发明，其目的在于提供耐久性提高了的轴承部 件，以及包含该轴承部件的滚动轴承。
[0010] 解决问题的方案
[0011] 本发明的轴承部件由钢组成，该钢包含0. 95质量％以上且1. 1质量％以下的碳、 低于0. 3质量％的娃、低于0. 5质量％的猛、低于0. 008质量％的硫和1. 4质量％以上且低 于1. 6质量％的铬，剩余部分由铁和杂质构成；所述轴承部件在包含接触面的表面部分形 成有碳氮共渗层，所述接触面是与其他部件接触的表面。在上述轴承部件中，上述表面部分 中的氮的平均浓度为〇. 3质量％以上且0. 6质量％以下，并且所述表面部分中的氮浓度的 变动在0.1质量％以下。
[0012] 本发明人对于为了提高包含滚动轴承等的轴承部件的耐久性的方案进行了认真 研究。结果，本发明人获得了以下发现并得到了本发明。
[0013] 在轴承部件中，在与其他部件接触的接触面（例如滚动轴承环的滚道面，或滚珠 与滚针的滚动接触面）及该接触面的正下方的部分容易产生裂纹等损伤。为了解决该问 题，通过对接触面实施碳氮共渗处理能够提高上述轴承部件的耐久性。
[0014] 根据本发明人的研究，当包含上述接触面的上述表面部分中的氮浓度低于0. 2质 量％时，上述轴承部件的刮擦接触寿命变短。因此，为了抑制上述轴承部件的寿命变短，上 述表面部分中的上述氮浓度需要为0. 2质量％以上。当表面部分中的氮浓度超过0. 7质 量％时，残留奥氏体的量过多，所以上述接触面的硬度降低。因此，为了抑制接触表面的硬 度的降低，上述表面部分中的氮浓度需要为0.7质量％以下。
[0015] 上述轴承部件通过对成型的钢产品进行碳氮共渗处理或回火处理等热处理，然后 对上述接触面进行精整加工来制造。由于上述热处理，上述钢产品可能会变形（例如滚动 轴承环可能是椭圆形且圆形度可能会变差），并且在精整加工中磨削余量会变化。因此，在 传统的轴承部件中，上述表面部分中的氮浓度的变动成为很大的问题。
[0016] 与此相对，在本发明的轴承部件中，上述表面部分中的氮的平均浓度为0.3质 量％以上且0. 6质量％以下，并且上述表面部分中的氮浓度的变动减少至0. 1质量％或更 低。因此，在上述轴承部件中，上述表面部分中的氮浓度为0. 2质量％以上且0. 7质量％以 下，抑制了刮擦接触寿命的减少和接触表面硬度的降低。因此，根据本发明中的上述轴承部 件，能够更可靠地提供耐久性提高了的轴承部件。
[0017] 根据本发明的轴承部件中，上述"表面部分"是指在上述轴承部件的厚度方向上自 上述接触面起延伸至20μm深度的区域。上述表面部分中的"氮的平均浓度"及"表面部分 中的氮浓度的变动"在下述的本发明的实施方式中进行定义。
[0018] 下面，将构成本发明的轴承部件的钢的成分组成设定为上述范围的理由进行说 明。
[0019] 碳：0.95质量％以上且1. 1质量％以下
[0020] 碳含量对淬硬后的轴承部件的硬度和碳化物的量有很大影响。当钢中的碳含量为 0.95质量％以上时，无需通过热处理在钢中引入大量的碳，也能获得足够的硬度和碳化物 的量。当碳含量超过1. 1质量％时，在钢的制造时形成大的碳化物，该碳化物会严重影响轴 承部件的耐久性。因此，碳含量为0. 95质量％以上且1. 1质量％以下。
[0021] 硅：低于0.3质量％
[0022] 硅使钢中的氢的吸留量增加并加速氢脆。当钢中的硅含量为0.3质量％以上时， 在氢容易进入钢中的应用中，容易发生由氢脆引起的剥落。因此，在上述轴承部件中，钢中 的娃含量低于〇. 3质量％。
[0023] 锰：低于0.5质量％
[0024] 锰对钢的淬透性和淬火前的钢的硬度有贡献。但是，当锰含量为0. 5质量％以上 时，淬火前的材料的硬度高，且冷工艺中的加工性降低。因此，锰含量低于〇. 5质量％。
[0025] 硫：低于0.008质量％
[0026] 硫与锰等化学键合，形成例如硫化锰等非金属夹杂物。该非金属夹杂物会严重影 响轴承的寿命。因此，在上述轴承部件中，钢中的硫含量为低于〇.008质量％。
[0027] 铬：1.4质量％以上且低于1.6质量％
[0028] 铬有助于钢的淬透性的提高。本发明的轴承部件中，为了防止氢脆引起剥落而使 硅含量较低，所以淬透性也降低。于是，为了补偿因减少硅含量而引起的淬透性的降低，上 述轴承部件中，钢的铬含量为1. 4质量％以上且低于1. 6质量％。
[0029] 在上述轴承部件中，上述轴承部件在厚度方向上的氮浓度的倾度可以为-15 (1/m) 以上。上述氮浓度的倾度按照后述的实施例中的说明进行确定。由此，能容易地减少对上 述接触面进行精整加工后的上述表面部分中的氮浓度的变动。
[0030] "氮浓度的倾度"可以是在对上述接触面进行研磨处理等精整加工之前的氮浓度 的倾度，或者是对上述接触面进行精整加工后（作为产品的状态）的氮浓度的倾度。即，在 上述轴承部件中，在对上述接触面进行精整加工前氮浓度的倾度为-15 (Ι/m)以上，或者在 精整加工后氮浓度的倾度为-15 (Ι/m)以上，或者精整加工前和精整加工后氮浓度的倾度 都为-15(l/m)以上。
[0031] 在上述轴承部件中，自上述接触表面起在深度为0. 05mm的位置处的残留奥氏体 的平均量为25体积％以上且35体积％以下，并且自上述接触面起在深度为0. 05mm的位置 处的残留奥氏体的量的变动可为3体积％以下。
[0032] 根据本发明人的研究，在自上述接触面起在深度为0.05mm的位置处的残留奥氏 体的量为22体积％以上时，寿命显著提高。当上述深度位置处的残留奥氏体的量超过38体 积％时，接触面的硬度降低。因此，通过将上述深度位置处的残留奥氏体的平均量设定为25 体积％以上且35体积％以下，将上述深度位置处的残留奥氏体的量的变动设定为3体积％ 以下，从而将上述深度位置处的残留奥氏体的量设定为22体积％以上且38体积％以下，能 进一步抑制寿命的减少和接触面的硬度的降低。"上述深度位置处的残留奥氏体的平均量" 和"上述深度位置处的残留奥氏体的量的变动"在下述的本发明的实施方式中进行定义。
[0033] 在上述轴承部件中，整体的残留奥氏体的平均量可以为18体积％以下。
[0034] 根据本发明人的研究，当轴承部件的整体的残留奥氏体的平均量为18体积％以 下时，长期的尺寸变动减少。因此，通过将整体的残留奥氏体的平均量设定为18体积％以 下，能提高轴承部件的尺寸精度。
[0035] 在上述轴承部件中，上述表面部分在每100μm2内可以包含5个以上的碳氮化物， 该碳氮化物的直径为〇.5μπι以下。
[0036] 根据本发明人的研究，在上述表面部分在每100μm2内包含5个以上的碳氮化物， 且该碳氮化物的直径为〇.5μm以下时，由于该碳氮化物的析出强化，上述轴承部件的静荷 载能力提高。因此，通过将上述表面部分中的上述碳氮化物的存在量规定在上述范围内，能 进一步提高上述轴承部件的静荷载能力。在该情况下，上述表面部分中的碳浓度为〇. 9质 量％以上且1. 1质量％以下。
[0037] 这里，上述"表面部分在每100μm2内包含5个以上的碳氮化物，且该碳氮化物的 直径为0. 5μm以下"是指，在沿着与上述接触面垂直的截面切割上述轴承部件，对得到的截 面的表面部分用显微镜进行观察时，在每100μm2内观察到5个以上的直径为0. 5μm以下 的碳氮化物。上述"碳氮化物"是指铁的碳化物或该碳化物中的部分碳被氮取代而得的物 质，包括Fe-C类化合物和Fe-C-N类化合物。该碳氮化物可以包含铬等钢中含有的合金元 素。
[0038] 在上述轴承部件中，包含非研磨表面的非研磨部分中的氮浓度低于0.7质量％， 上述非研磨表面是上述接触面以外的表面。
[0039] 根据本发明人的研究，当非研磨部分中的氮浓度为0.7质量％以上时，残留奥氏 体的量过多，结果导致非研磨表面的硬度降低。因此，为了确保非研磨表面处的足够的硬 度，非研磨部分中的氮浓度优选低于〇. 7质量％。上述"非研磨部分"是指在上述轴承部件 的厚度方向上自非研磨表面延伸至20μm深度的区域。在该情况下，自上述非研磨表面起 在0. 1mm深度的位置处的硬度为700HV以上。
[0040] 在上述轴承部件中，在加热温度设为500°C和保持时间设为1小时的热处理之后， 自上述接触面起在深度为0. 4(mm)的位置处的维氏硬度比上述轴承部件的厚度方向上未 形成碳氮共渗层的区域中的维氏硬度高至少80HV。
[0041] 由此，可确保上述接触面中的氮浓度为0. 4质量％以上。
[0042] 在上述轴承部件中，上述碳氮共渗层可通过实施下述条件的碳氮共渗处理来形 成：下述式⑴中定义的a/为0. 88以上且1. 27以下，式⑵中定义的α为〇. 012以上且 0. 020以下，
[0044] Pco: -氧化碳的分压（atm)，
[0045] Pco2:二氧化碳的分压（atm)，
[0048] 其中不未分解的氨气的分压，PH表不氢气的分压。
[0049] 根据本发明人的进一步研究，结果发现，在α值为0.012以下时，随着α值的增 加，通过碳氮共渗处理在规定的时间内渗入钢中的氮的渗透量以大致恒定的比率增加。然 而，当α值超过0.012时，氮的渗透量的增加比率降低。因此，通过将α值设定为0.012 以上，在碳氮共渗处理中能有效地将氮引入钢中。在α值超过0.020时，在规定时间内的