轴承部件的制作方法

轴承部件的制作方法
【专利摘要】本发明的轴承部件是即使在混入异物的环境下也具有优异的滚动疲劳寿命的轴承部件，其化学成分以质量％计含有C：0.95％～1.10％、Si：0.10％～0.70％、Mn：0.20％～1.20％、Cr：0.90％～1.60％、Al：0.010％～0.100％、N：0.003％～0.030％，将以下元素限制在P：0.025％以下、S：0.025％以下、O：0.0010％以下，而且任意地含有规定量的Mo、B、Cu、Ni、Ca，剩余部分含有铁及杂质，金属组织为残留奥氏体、球状渗碳体及马氏体，所述残留奥氏体的量以体积％计为15％～25％，原奥氏体的平均粒径为8.0μm以下，以当量圆直径计为0.02μm以上且3.0μm以下的空隙的个数密度为2000个/mm2以下。
【专利说明】
轴承部件
技术领域
[0001 ]本发明涉及针状轴承(滚针轴承）、滚柱轴承等轴承部件。
[0002] 本申请基于2014年1月10日在日本提出的特愿2014-3338号及2014年4月16日在日 本提出的特愿2014-84952主张优先权，在此引用其内容。
【背景技术】
[0003] 对于针状轴承、滚柱轴承、滚球轴承等轴承部件，即使在润滑油中混入毛刺或磨损 粉等异物的状态下、即在混入异物的环境下也继续使用。因此，混入异物的环境下的轴承部 件的滚动疲劳寿命的提高是重要的。为了在混入异物的环境下提高轴承部件的滚动疲劳寿 命，已知增加残留奥氏体是有效的。因此，对轴承部件用钢材进行渗碳处理或氮化处理等表 面处理。
[0004] 但是，轴承部件用钢材的渗碳处理或氮化处理等表面处理不仅成本高，而且有因 受处理气氛波动的影响而使质量产生波动的问题。因此，例如，在专利文献1中，公开了将渗 碳处理及氮化处理省略而通过淬火及回火处理来含有大量残留奥氏体的轴承用钢材。专利 文献1中公开的轴承部件，通过在钢中含有C、Mn、Ni或Mo，降低马氏体转变开始温度(Ms点）， 来确保残留奥氏体量。可是，如果为确保残留奥氏体量而增加钢中的Μη添加量，则轴承部件 用钢材的淬透性提高。其结果是，在热乳后的冷却时生成马氏体等过冷组织，使轴承部件的 加工性及延展性、韧性降低。
[0005] 此外，专利文献2中，公开了使用球状渗碳体抑制粒径的粗大化而生成残留奥氏体 的方法。但是，在专利文献2公开的方法中进行了高温且长时间的球化热处理。其结果是，C 在奥氏体相中固溶，球状渗碳体的个数密度不充分。另外，原奥氏体的平均粒径粗大化，不 能得到充分的改善滚动疲劳寿命的效果。
[0006] 已知如果因球化热处理的处理时间长而增加处理次数，则提高生产成本，生产效 率恶化。针对这一问题，例如，专利文献3中，公开了由本发明人们中的部分人发明的、不实 施球化热处理的可进行拉丝加工的轴承部件用高碳钢乳制线材。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1:日本特开2004-124215号公报 [0010] 专利文献2:日本特开2007-077432号公报
[0011] 专利文献3:国际公开W02013-108828号公报

【发明内容】

[0012] 发明要解决的问题
[0013] 但是已知：如果如专利文献1那样增加钢中的Μη含量，则基于上述理由，难以通过 省略球化热处理来加工轴承部件用钢材。此外，得知:为了利用专利文献3的原料来制造混 入异物的环境下的滚动疲劳寿命优异的轴承部件，需要通过拉丝加工和控制淬火温度的淬 火处理来控制组织。
[0014] 本发明是基于这样的实情而完成的，其目的在于，提供一种为了确保优异的拉丝 加工性而抑制Μη含量、且在不实施球化热处理的情况下混入异物的环境下的滚动疲劳寿命 优异的轴承部件。
[0015] 用于解决课题的手段
[0016] 本发明人们发现:通过使原奥氏体的平均粒径微细化至8.Ομπι以下，可将残留奥氏 体量以体积％计控制在15%~25 %。另外，还发现:通过使以当量圆直径计为0.02μπι以上且 3 .Ομπι以下的空隙的个数密度在2000个/mm2以下，即使在混入异物的环境下，也能提高轴承 部件的滚动疲劳寿命。
[0017] 本发明的主旨如下所述。
[0018] (1)本发明的一实施方式涉及的轴承部件的化学成分以质量％计含有c:0.95%~ 1.10%、Si :0.10% ~0.70%、Μη:0· 20% ~1.20%、Cr :0.90% ~1.60%、A1:0.010% ~ 0· 100%、Ν:0·003% ~0.030%，将以下元素限制在Ρ:0·025% 以下、S:0.025% 以下、0: 0.0010%以下，而且任意地含有Μο:0· 25%以下、B:0.0050%以下、Cu: 1.0%以下、Ni :3.0% 以下、Ca:0.0015%以下，剩余部分含有铁及杂质，金属组织为残留奥氏体、球状渗碳体及马 氏体，所述残留奥氏体量以体积％计为15 %~25%，且原奥氏体的平均粒径为8. Ομπι以下， 在所述金属组织中，以当量圆直径计为〇.〇2μπι以上且3. Ομπι以下的空隙的个数密度为2000 个/mm2以下。
[0019] (2)在上述（1)所述的轴承部件中，所述化学成分也可以以质量％计含有Mo: 0.01%~0.25%、Β:0·0001%~0.0050%、Cu:0.1%~1.0%、Ni: 1.0%~3.0%、Ca: 0.0001 %~0.0015%中的1种以上。
[0020] (3)在上述（1)或（2)所述的轴承部件中，也可以为：所述轴承部件的维氏硬度为 750Hv以上，而且，在将具有750Hv~800Hv的硬度的粒径为100μπι~180μπι的铁粉lg混入到润 滑油1L中的环境下即混入异物的环境下的滚动疲劳寿命为5.0X10 6以上。
[0021] 发明效果
[0022] 根据本发明的上述方式，通过控制原奥氏体的平均粒径及残留奥氏体量、规定尺 寸的空隙的个数密度，能够得到即使在混入异物的环境下也具有优异的滚动疲劳寿命的轴 承部件。而且，通过在汽车及工业用机械等中应用上述方式的轴承部件，能够实现机械的长 寿命化。
【附图说明】
[0023] 图1是表示轴承部件的金属组织的图。
[0024]图2是表示原奥氏体的平均粒径和残留奥氏体量的关系的图。
[0025] 图3是表示残留奥氏体量和混入异物的环境下的滚动疲劳寿命的关系的图。
[0026] 图4是表示以当量圆直径计为0.02μπι以上且3.Ομπι以下的空隙的个数密度和混入 异物的环境下的滚动疲劳特性的关系的图。
【具体实施方式】
[0027] 对于提高混入异物的环境下的滚动疲劳寿命，有效的方法是增加残留奥氏体量及 降低规定尺寸的空隙的个数密度。本发明人们对适当的残留奥氏体量及控制残留奥氏体量 的制造条件进行了研究，得到以下的见识。再者，残留奥氏体量(体积％)例如可通过利用X 射线衍射的马氏体α(211)的衍射强度与残留奥氏体γ (220)的衍射强度的比进行测定。残 留奥氏体量例如可采用Rigaku公司制造的RINT2500来求出。
[0028] 伴随着残留奥氏体量的增加，即使在混入异物的环境下滚动疲劳寿命也提高。为 了稳定地得到此效果，必要的残留奥氏体量以体积％计为15%以上。另一方面，如果残留奥 氏体量以体积％计超过25%，例如，则以维氏硬度计低于750Hv等硬度下降，轴承部件的强 度降低。此外，尺寸的时效变化(时效劣化)增大，招致作为轴承部件的功能下降。所以，为了 提高混入异物的环境下的轴承部件的滚动疲劳寿命，将残留奥氏体量以体积％计控制在 15%~25%是必要的。
[0029] 淬火处理时，为了使残留奥氏体量增加，使奥氏体相稳定化是必要的。此外，马氏 体转变开始温度(Ms点）的低温化是有效的。Ms点受到奥氏体相中的C、Si、Mn等元素的固溶 量的影响，特别是被奥氏体相中固溶的C量大大影响。但是，如果为了使固溶的C量增加，而 提高淬火处理的加热温度，则原奥氏体的平均粒径粗大化。而且，固溶在淬火处理后的马氏 体中的C量增加。因此，轴承部件的滚动疲劳寿命及韧性降低。
[0030] 因而，本发明人们着眼于利用晶粒的微细化使奥氏体相稳定化。进行了研究的结 果得知:通过对珠光体组织的轴承部件用钢材(珠光体钢)进行拉丝加工，使导入的加工应 变和淬火处理的加热温度适当化，能够使原奥氏体的平均粒径微细化。而且，得到以下见 识，即：将残留奥氏体量以体积％计控制在15%~25%的轴承部件的原奥氏体的平均粒径 为8.0μηι以下。
[0031 ]再者，原奥氏体的平均粒径可通过以下的方法得到。首先，在轴承部件的长度方向 的中心，通过研磨及腐蚀而在与长度方向垂直的C断面出现原奥氏体晶界。接着，从C断面的 中心以半径3mm的范围作为中心部，采用光学显微镜以400倍的视场拍摄该中心部。然后，从 拍摄的图像利用JIS G 0551中规定的计数方法进行测定。再者，每个试样进行各4个视场的 测定，将得到的4个视场的原奥氏体粒径的平均值作为原奥氏体的平均粒径。
[0032]为了使原奥氏体的平均粒径微细化，优选对拉丝加工时的总断面收缩率及淬火处 理的加热温度进行控制。对将初析渗碳体的面积率抑制在5%以下的珠光体钢实施总断面 收缩率50%以上的拉丝加工，并且在进行加热至820°C以上且890°C以下后进行冷却的淬 火，由此可将原奥氏体的平均粒径抑制在8.Ομπι以下，且能够将残留奥氏体量以体积％计控 制在15%~25%。
[0033]在拉丝加工时的总断面收缩率低于50%时，因淬火处理时的加热，原奥氏体的平 均粒径粗大化，有时超过8.Ομπι。此外，在淬火处理的加热温度低于820°C时，即使原奥氏体 的平均粒径微细化，固溶的C量也降低，所以有时残留奥氏体量以体积％计低于15%。另一 方面，如果淬火处理的加热温度超过890°C，则渗碳体分解，促进C的固溶。其结果是，晶粒生 长的抑制不充分，原奥氏体的平均粒径超过8.Ομπι。此外，起因于固溶的C量的增加，有时残 留奥氏体量以体积％计超过25 %。
[0034]图2中示出原奥氏体的平均粒径和残留奥氏体量的关系，图3中示出残留奥氏体量 和混入异物的环境下的滚动疲劳寿命的关系。
[0035] 如图2所示，如果原奥氏体的平均粒径为8.Ομπι以下，则残留奥氏体量以体积％计 为15%以上。另一方面，如果原奥氏体的平均粒径超过8.Ομπι，则残留奥氏体量以体积％计 减少至低于15%。此外，如图3所示，如果残留奥氏体量以体积％计达到15%以上，则混入异 物的环境下的滚动疲劳寿命良好。但是，如果残留奥氏体量以体积％计低于15%，则混入异 物的环境下的滚动疲劳寿命降低。
[0036]接着，对降低空隙的个数密度的方法进行研究。在本实施方式涉及的轴承部件的 金属组织中，以当量圆直径计的空隙的尺寸为0.02μπι以上且3.Ομπι以下。如果以当量圆直径 计空隙的尺寸低于0.02μπι，则通过采用SEM的2000倍的观察不能进行观测。此外，如果空隙 尺寸超过3.Ομπι，则在加工时成为裂纹的起点，不能制造本实施方式涉及的轴承部件。因此， 以当量圆直径计将空隙尺寸规定为〇. 〇2μι以上且3. Ομπι以下。
[0037]空隙通常通过球化热处理后的拉丝加工而生成在球状渗碳体和基体组织即铁素 体的边界。而且，空隙还残存在淬火及回火处理后的轴承部件中。此外，空隙损害混入异物 的环境下的轴承部件的滚动疲劳寿命及冲击特性。根据本发明人们的研究结果，得知:对于 改善混入异物的环境下的滚动疲劳寿命而言，使金属组织中的规定尺寸的空隙的个数密度 在2000个/mm 2以下是重要的。更优选为1500个/mm2以下。
[0038]因此，本发明人们着眼于空隙的发生机理，对抑制空隙的发生进行了锐意研究。其 结果是，得知:如果对经过球化热处理的钢或初析渗碳体的面积率超过5 %的珠光体钢实施 拉丝加工，则大量发生粗大的空隙。另一方面，得知:通过将实施拉丝加工的珠光体钢规定 为将初析渗碳体的面积率抑制在5%以下的珠光体钢，可抑制拉丝加工时的空隙生成，并将 轴承部件中生成的空隙的个数密度抑制在2000个/mm 2以下。
[0039] 所以，将原料规定为将初析渗碳体的面积率抑制在5%以下的珠光体钢，在对原料 实施了拉丝加工后，通过淬火处理，可将轴承部件的原奥氏体的平均粒径抑制在8. Ομπι以 下。
[0040] 再者，具有规定尺寸的空隙的个数密度可按以下求出。在长度方向中心，以与长度 方向平行的断面将轴承部件切断。对切断后的L断面进行镜面研磨，用扫描电子显微镜 (SEM)以2000倍观察L断面的中心部，拍摄10个视场的照片。然后，在各视场测定规定尺寸的 空隙的个数，将其个数除以视场面积，由此可求出空隙的个数密度。再者，所谓L断面的中心 部，为以L断面的长度方向上的中心线为中心，6mm宽的区域，观察视场为0.02mm 2。
[0041] 图4中示出规定尺寸的空隙的个数密度和混入异物的环境下的滚动疲劳寿命的关 系。如图4所示，如果尺寸以当量圆直径计为0.02μπι以上且3. Ομπι以下的空隙的个数密度为 2000个/mm2以下，则混入异物的环境下的滚动疲劳寿命良好。但时，如果空隙的个数密度超 过2000/mm 2，则混入异物的环境下的滚动疲劳寿命下降。
[0042] 这里，所谓混入异物的环境例如为将具有750Hv~800Hv的硬度的粒径为100μπι~ 180μπι的铁粉lg混入到润滑油1L中的环境，异物环境下的滚动疲劳寿命可采用径向型疲劳 试验机进行试验。
[0043] 再者，上述混入异物的环境下的滚动疲劳寿命优选为5.0X106次以上。如果混入 环境下的滚动疲劳寿命低于5.0 X 106次，则有时不能实现机械的长寿命化。
[0044] 接着，对本实施方式涉及的轴承部件的金属组织进行说明。本实施方式涉及的轴 承部件的金属组织为残留奥氏体、球状渗碳体及马氏体。图1中示出本实施方式涉及的轴承 部件的金属组织的SEM照片。图1的SEM照片为随着球状渗碳体2在马氏体1中析出而生成了 空隙3的组织。残留奥氏体因不能用SEM观察，所以采用X射线衍射法(XRD)，通过与马氏体的 衍射强度的比来求出。
[0045] 以下，就本实施方式涉及的轴承部件的基本元素的化学组成，对数值限定范围和 其限定理由进行说明。这里，记载的％为质量％。
[0046] C:0.95% ~1.10%
[0047] C(碳)是提高强度的元素。在C含量低于0.95%时，不能提高轴承部件的强度及滚 动疲劳寿命。另一方面，如果C含量超过1.10%，则碳化物粗大化，并且残留奥氏体量过大， 不仅轴承部件的硬度下降，而且尺寸的时效变化（时效劣化）增大。因此，将C含量规定为 0.95%~1.10%。为了更可靠地不使滚动疲劳寿命降低，C含量优选为0.96%~1.05%。更 优选为0.97%~1.03%。
[0048] Si:0.10% ~0.70%
[0049] Si(硅)是作为脱氧剂发挥作用的元素。在Si含量低于0.10%时，不能得到这些效 果。另一方面，如果Si含量超过0.70%，则钢材中生成Si0 2系夹杂物，使轴承部件的滚动疲 劳寿命降低。因此，将Si含量规定为0.10%~0.70%。为了更可靠地不使滚动疲劳寿命降 低，Si含量优选为0 · 12%~0 · 56%。更优选为0 · 15%~0 · 50%。
[0050] Mn:0.20% ~1.20%
[0051] Μη(锰)是作为脱氧剂及脱硫剂发挥作用的元素。另外，对于确保钢的淬透性及残 留奥氏体量也是有用的元素。在Μη含量低于0.20%时，脱氧不充分，生成氧化物，使轴承部 件的滚动疲劳寿命降低。另一方面，如果Μη含量超过1.20%，则在热乳后的冷却时生成马氏 体等过冷组织，因此成为拉丝加工时生成空隙的原因。另外，如果Μη含量超过1.20%，则残 留奥氏体量过多，使轴承部件的硬度下降。因此，将Μη含量规定为0.20%~1.20%。为了更 可靠地进行脱氧，不使滚动疲劳寿命降低，Μη含量优选为0.21 %~1.00 %，更优选为0.25% ~0.80%〇
[0052] Cr:0.90% ~1.60%
[0053] Cr(铬)是提高钢材的淬透性的元素。另外，对于促进碳化物的球化，且增加碳化物 量也是非常有效的元素。如果Cr含量低于0.90%，则固溶的C量增加，过剩地生成残留奥氏 体。另一方面，如果Cr含量超过1.60%，则淬火时碳化物的溶入不足，招致残留奥氏体量的 下降及轴承部件硬度的下降。因此，将Cr含量规定为0.90%~1.60%。为了更可靠地提高轴 承部件的滚动疲劳寿命，Cr含量优选为0.91 %~1.55%。更优选为1.10 %~1.50%，进一步 优选为1.30%~1.50%。
[0054] Α1:0·010% ~0.100%
[0055] Α1(铝)是脱氧元素。如果Α1含量低于0.010%，则脱氧不充分，氧化物析出，而使轴 承部件的滚动疲劳寿命降低。另一方面，如果Α1含量超过0.100%，则发生Α10系夹杂物，使 轴承部件用乳制钢材的拉丝加工性降低并使轴承部件的滚动疲劳寿命下降。因此，将Α1含 量规定为0.010%~0.100%。为了更可靠地不使滚动疲劳寿命下降，Α1含量优选为0.015% ~0.078%。更优选为 0.018% ~0.050%。
[0056] Ν:0·003% ~0.030%
[0057] Ν与Α1及Β形成氮化物，这些氮化物作为钉扎粒子发挥作用，使晶粒细粒化。因此，Ν (氮)是抑制晶粒粗大化的元素。如果Ν含量低于0.003%则不能得到此效果。另一方面，如果 N含量超过0.030%，则因生成粗大的夹杂物而使滚动疲劳寿命下降。因此，将N含量规定为 0.003 %~0.030%。为了更可靠地不使滚动疲劳寿命下降，N含量优选为0.005 %~ 0.029%。更优选为0.009% ~0.020%。
[0058] Ρ:〇·〇25% 以下
[0059] Ρ(磷)是不可避免地含有的杂质。如果Ρ含量超过0.025%，则向奥氏体晶界偏析， 使原奥氏体晶界脆化，使轴承部件的滚动疲劳寿命降低。因此，将Ρ含量限制在0.025%以 下。为了更可靠地不使滚动疲劳寿命降低，也可以将Ρ含量限制在0.020%以下，进一步限制 在0.015 %以下。此外，由于Ρ含量越少越优选，所以上述限制范围中包含0 %。但是，使Ρ含量 达到0%在技术上是不容易的。因此，从炼钢成本的观点出发，也可以将Ρ含量的下限值规定 为0.001 %。考虑到通常的作业条件，Ρ含量优选为0.004 %~0.012 %。
[0060] S:0.025% 以下
[00611 S(硫)是不可避免地含有的杂质。如果S含量超过0.025%，则形成粗大的MnS，使轴 承部件的滚动疲劳寿命降低。因此，将S含量限制在0.025%以下。为了更可靠地不使滚动疲 劳寿命降低，也可以将S含量限制在0.020%以下，进一步限制在0.015%以下。由于S含量越 少越优选，所以上述限制范围包含0%。但是，使S含量达到0%在技术上是不容易的。因此， 从炼钢成本的观点出发，也可以将S含量的下限值规定为0.001%。考虑到通常的作业条件， S含量优选为0.003 %~0.011 %。
[0062] 0:0.0010% 以下
[0063] 0(氧)是不可避免地含有的杂质。如果0含量超过0.0010%，则形成氧化物系夹杂 物，使轴承部件的滚动疲劳寿命降低。因此，将0含量限制在0.0010 %以下。由于0含量越少 越优选，所以上述限制范围包含0%。但是，使0含量达到0%在技术上是不容易的。因此，从 炼钢成本的观点出发，也可以将0含量的下限值规定为0.0001 %。考虑到通常的作业条件，0 含量优选为0.0005%~0.0010%。
[0064] 除了上述的基本成分及杂质元素以外，在本实施方式涉及的轴承部件中，也可以 进一步选择性地添加 Mo、B、Cu、Ni及Ca中的至少1种以上。在此种情况下，可选择用于提高淬 透性的Mo、B、Cu及Ni和用于使夹杂物微细化的Ca中的1种以上。
[0065]以下，对这些成分的数值限定范围和其限定理由进行说明。这里，记载的％为质 量％。
[0066] Μ〇:0·25% 以下
[0067] Mo是提高淬透性的元素。此外，具有使实施了淬火的钢材的晶界强度提高而使韧 性提高的作用。在想更可靠地确保淬透性和韧性的情况下，优选将Mo含量规定为0.01%以 上。但是，如果Mo含量超过0.25%则这些效果饱和。因此，Mo含量优选为0.01 %~0.25%，Mo 含量更优选为0.01 %~0.23%，进一步优选为0.10 %~0.23 %。
[0068] Β:0·0050% 以下
[0069] Β是以微量提高淬透性的元素。此外，还具有对淬火时的原奥氏体晶界中的Ρ及S的 偏析进行抑制的效果。在想得到这样的效果的情况下，优选将Β含量规定为0.0001 %以上。 但是，如果Β含量超过0.0050 %，则这些效果饱和。因此，Β含量优选为0.0001 %~0.0050 %。 Β含量更优选为0.0003 %~0.0050 %。进一步优选为0.0005 %~0.0025 %，最优选为 0.0010%~0.0025%。
[0070] Cu:1.0% 以下
[0071] Cu是提高淬透性的元素。在想更可靠地确保淬透性的情况下，优选将Cu含量规定 为0.05%以上。但是，如果Cu含量超过1.0%，则此效果饱和，而且使热加工性降低。因此，Cu 含量优选为〇 . 05 %~1.0 %。Cu含量更优选为0.10 %~0.50 %，进一步优选为0.19 %~ 0.31%〇
[0072] Ni:3.0% 以下
[0073] Ni是提高淬透性的元素。此外，具有使实施了淬火的钢材的韧性提高的作用。在想 更可靠地确保淬透性和韧性的情况下，优选将Ni含量规定为0.05%以上。但是，如果Ni含量 超过3.0 %则此效果饱和。因此，Ni含量优选为0.05 %~3.0 %含量更优选为0.10 %~ 1.5 %。进一步优选为0.21 %~1.2 %，最优选为0.21 %~1.0 %。
[0074] Ca:0.0015% 以下
[0075] Ca是在硫化物中固溶而形成CaS、使硫化物微细化的元素。在想通过硫化物的微细 化，进一步提高滚动疲劳寿命的情况下，优选将Ca含量规定为0.0003 %以上。但是，如果Ca 含量超过〇. 0015 %则此效果饱和。另外，因氧化物系夹杂物粗大化，而招致滚动疲劳寿命下 降。因此，Ca含量优选为0.0003 %~0.0015 % 〇Ca含量更优选为0.0003 %~0.0011 %。进一 步优选为〇. 0005 %~0.0011 %。
[0076] 本实施方式涉及的轴承部件含有上述成分，化学组成的剩余部分实质上由铁及不 可避免的杂质构成。
[0077]接着，对为轴承部件的原料的钢材(热乳线材)进行说明。
[0078] 为原料的钢材(热乳线材)具有与轴承部件相同的化学组成。而且，优选具有包含 以面积率计为90%以上的珠光体和以面积率计为5%以下的初析渗碳体的组织。再者，优选 珠光体块(block)的平均粒径（当量圆直径)为15μηι以下，初析渗碳体厚度为1 .Ομπι以下。此 外，作为为原料的钢材(热乳线材)的组织，优选不具有马氏体。
[0079] 如果在钢材(热乳线材)的组织中存在马氏体等过冷组织，则拉丝加工时不能均匀 变形，有时成为断丝的主要原因。因此，优选钢材的主要组织为珠光体。
[0080] 此外，珠光体块的尺寸与延展性具有非常密切的相关关系。也就是说，通过使珠光 体微细化，拉丝加工性提高。因此，优选将珠光体块的平均粒径（当量圆直径)规定为1 5μι以 下。如果珠光体块的平均粒径超过15μπι，则有时不能得到提高拉丝加工性的效果。另一方 面，有时工业上难以使珠光体块的平均粒径为Ιμπι以下。因此，优选将珠光体块的平均粒径 规定为lwn~15μηι。更优选为Ιμπι~ΙΟμπι。
[0081] 再者，珠光体块的平均粒径（当量圆直径)可采用电子背散射衍射装置(EBSD)进行 测定。
[0082] 初析渗碳体的塑性变形能小。因此，通过拉丝加工而被切断，成为形成空隙的主要 原因。但是，只要初析渗碳体的面积率低，厚度薄，就不妨碍拉丝加工性。所以，优选初析渗 碳体的面积率为5%以下、厚度为1.Ομπι以下。更优选初析渗碳体的面积率为3%以下、厚度 为0.8μηι以下。
[0083] 初析渗碳体的面积率及厚度可通过SEM观察进行测定。
[0084] 接着，对本实施方式涉及的轴承部件的优选的制造方法进行说明。
[0085] 为本实施方式涉及的轴承部件的原料的钢材(热乳线材)例如可按以下进行制造。 通过以下的制造方法，可将为轴承部件的原料的钢材(热乳线材)形成为将初析渗碳体面积 率抑制在5%以下的珠光体钢。
[0086] 供于热乳的材料可采用通常的制造条件。例如，对用通常方法调整了成分组成的 钢进行熔炼、铸造，根据需要实施均热处理、开坯，形成钢坯。接着，对得到的钢坯进行加热， 实施热乳。然后，在卷取成环状后进行冷却。
[0087] 经由以上工序，可制造为本实施方式涉及的轴承部件的原料的钢材(热乳线材）。
[0088] 在铸造工序中，铸造方法没有特别的限定，可以采用真空铸造法或连续铸造法等。 [0089]此外，根据需要对铸造工序后的铸坯实施的均热处理(均热扩散处理)是用于减轻 铸造等中发生的偏析的热处理。经由这些工序得到的钢坯一般称为方坯。
[0090]再者，均热处理的加热温度优选为1100 °C~1200 °C。此外，保持时间优选为10小时 ~20小时。
[0091 ]接着，作为热乳前的加热工序，对钢坯进行加热。优选将钢坯的加热温度规定为 900 Γ ~1300。。。
[0092] 然后，作为热乳工序，对上述钢坯进行热乳。在热乳工序中，优选将精乳温度规定 为850 °C以下。
[0093] 通过将精乳温度规定为850°C以下，使初析渗碳体分散析出，而能够降低初析渗碳 体厚度，且能够使相变时的珠光体的成核点增加，使珠光体块微细化。更优选的精乳温度为 800°C以下。再有，热乳中的钢坯的温度可用放射温度计进行测定。
[0094] 为轴承部件的原料的经由热乳工序的钢材、即精乳后的钢材一般称为热乳线材。 [0095]热乳工序结束后即精乳后，在800 °C以下将热乳线材卷取成环状。该工序一般称为 卷取工序。
[0096] 在卷取工序中，如果卷取温度高，则有时奥氏体晶粒生长，珠光体块变得粗大。因 此，卷取温度优选为800°C以下，更优选的卷取温度为770°C以下。
[0097] 再者，在热乳工序结束后，也可以具有根据需要进行冷却的卷取前冷却工序。
[0098] 在卷取工序后，将热乳线材冷却到600 °C。该工序一般称为冷却工序。
[0099] 优选将到600°C的冷却速度规定为0.5°C/s~3.0°C/s。
[0100] 如果在卷取后将乳制线材冷却到600 °C，则向珠光体的相变完成。卷取后的冷却速 度有时影响从奥氏体向珠光体的相变。因此，为了抑制马氏体及贝氏体等过冷组织的析出， 卷取后的冷却速度优选为3.0°C/s以下。更优选为2.3°C/s以下。另一方面，卷取后的冷却速 度有时还影响初析渗碳体的析出。因此，为了抑制初析渗碳体的过剩的析出及粗大化，优选 将卷取后的冷却速度规定为〇.5°C/s以上。更优选为0.8°C/s以上。
[0101]通常的轴承部件的制造方法在拉丝加工前具有球化热处理工序，但本实施方式涉 及的轴承部件可通过对为原料的钢材实施拉丝加工、淬火处理及回火处理来得到。
[0102] 具体地讲，不对为原料的钢材实施球化热处理，而实施总断面收缩率50%以上的 拉丝加工。然后，进行淬火处理、回火处理。
[0103] 如果对为原料的钢材进行总断面收缩率50%以上的拉丝加工，则通过导入的应变 而在淬火时促进渗碳体的固溶及球化。因而，能够确保残留奥氏体量，且能够使原奥氏体的 平均粒径微细化。
[0104] 如果总断面收缩率低于50%，则不能确保规定量的残留奥氏体，此外渗碳体的球 化也不充分，有时不能使原奥氏体的平均粒径微细化。另一方面，如果总断面收缩率超过 97%，则有拉丝加工时发生断丝的顾虑。因此，优选将总断面收缩率规定为50%~97%。
[0105] 为了分解渗碳体并使C固溶在奥氏体中，优选将拉丝加工后的淬火处理时的淬火 的加热温度规定为820°C以上。如果淬火的加热温度低于820°C，则固溶于奥氏体中的C量 小，有时硬度或疲劳寿命降低。另一方面，如果淬火的加热温度超过890°C，则有原奥氏体的 平均粒径粗大化的顾虑。因此，优选将淬火的加热温度规定为820°C~890°C。
[0106] 为确保韧性及调整硬度，优选回火处理时的回火温度为150°C以上。如果回火温度 低于150°C，则有时不能确保轴承部件的韧性。另一方面，如果回火温度超过250°C，则有轴 承部件的硬度降低、滚动疲劳寿命下降的顾虑。因此，优选将回火温度规定为150°C~250 Γ。
[0107]实施例
[0108] 以下，通过列举本发明的轴承部件的实施例，对本实施方式涉及的轴承部件的效 果更具体地进行说明。但是，实施例中的条件是为确认本发明的可实施性及效果而采用的 一个条件例，本发明并不限定于下述实施例。也可以在不脱离本发明的主旨的情况下，只要 达到本发明的目的，在符合主旨的范围内适当地加以变更来实施。因而，本发明可采用多种 条件，这些都包含在本发明的技术特征中。
[0109] 通过对具有表1及表2所示的成分的线材及棒材进行热处理及热锻造，形成具有表 3及表4所述的组织的原料。接着，采用该原料进行冷拉丝加工，直到直径达到Φ 12.5mm。接 着，将通过拉丝加工得到的原料切断成25m长，实施淬火处理及回火处理。
[0110] 然后，将得到的原料成形成Φ 12_ X 22_，实施精加工，制造轴承部件。
[0111] 再者，淬火处理在加热温度800 °C~900 °C下保持30分钟后，通过在50 °C下进行油 冷来进行。
[0112] 然后，在回火温度170°C下进行30分钟的回火。
[0113] 轴承部件的组织评价按以下的方法进行。
[0114]首先，采用SEM及X射线衍射法，测定原奥氏体的平均粒径(μπι)、残留奥氏体量(体 积％ )、规定尺寸的空隙个数密度(个/mm2)。
[0115]对于轴承部件的硬度，通过在长度方向中心，以与长度方向垂直的C断面切断，在 通过研磨使中央C断面现出后，在中央C断面中，用维氏硬度计在3点测定从中心半径为6_ 的中心部，以所测定的平均值进行评价。
[0116]再者，关于维氏硬度，将750Hv以上评价为良好。
[0117] 轴承部件的滚动疲劳寿命在以下的混入异物的环境下进行测定。采用径向型疲劳 试验机，在将具有750Hv~800Hv的硬度的粒径为100μπι~180μπι的铁粉lg混入到润滑油1L中 的混入异物的环境下测定滚动疲劳寿命。
[0118] 然后，通过韦布尔(Weibull)统计处理，按累积破损概率10 %求出测定的滚动疲劳 寿命，按其值进行评价。



[0123] 表3及表4中示出原料的组织、制造方法、轴承部件的组织、硬度及滚动疲劳寿命的 制造结果及评价结果。在表1~表4中，对于偏离本发明范围的数值附加底划线。此外，在表3 及表4中，P意味着珠光体、Θ意味着渗碳体、Μ意味着马氏体、α意味着铁素体、γ意味着奥氏 体。
[0124] Α1~Α17为本发明例。再者，本发明例在表中记载为实施例。在Α1~Α17中，化学组 成在本发明的适当范围内。此外，原奥氏体的平均粒径、残留奥氏体量及规定尺寸的空隙的 个数密度也满足本发明的条件，在混入异物的环境下具有5.OX 106次以上的优异的滚动疲 劳寿命。另外，对于Α1~17,在原料的组织中，初析渗碳体面积率都为5%以下。此外，在Α1~ Α17中，轴承部件的组织都为残留奥氏体、球状渗碳体及马氏体。
[0125] 另一方面，Α18~Α35、Β1、Β2为比较例。Α18~Α35、Β1、Β2因没有满足本发明规定的 化学组成及轴承部件的组织的任一方或双方，而与本发明例相比，混入异物的环境下的滚 动疲劳寿命差。
[0126] 在Α18~Α30中，化学组成在本发明例的范围外。Α18因 C含量低而使残留奥氏体量 不足，混入异物的环境下的滚动疲劳特性降低。Α22因 Μη含量低而使残留奥氏体量不足，混 入异物的环境下的滚动疲劳寿命降低。Α25因 Cr含量过剩而生成碳化物，使残留奥氏体量不 足。因而，混入异物的环境下的滚动疲劳特性降低。A19因 C含量过剩，所以起因于生成粗大 的碳化物而使滚动疲劳寿命降低。A26因 S含量过剩，所以起因于生成硫化物而使滚动疲劳 寿命降低。A30因 N含量过剩，所以起因于生成氮化物而使滚动疲劳寿命降低。A20因 Si含量 过剩，所以起因于生成夹杂物而使滚动疲劳寿命降低。A24因 A1含量过剩，所以起因于生成 夹杂物而使滚动疲劳寿命降低。A28因0含量过剩，所以起因于生成夹杂物而使滚动疲劳寿 命降低。
[0127] A21中Μη含量高，原料中生成马氏体。因此，因拉丝加工性降低，而使原奥氏体的平 均粒径粗大化或使空隙个数密度增加，滚动疲劳寿命降低。此外，Α21因 Μη含量高而使Ms点 降低，残留奥氏体量过剩，结果硬度降低。A23因 Cr含量低而使残留奥氏体量过剩，硬度降 低。A27因 P含量过剩而使晶界脆化，滚动疲劳寿命降低。A29因 N含量不足而使原奥氏体的平 均粒径变得粗大。因此，残留奥氏体量不足，混入异物的环境下的滚动疲劳寿命降低。
[0128] A31~A35尽管成分在本发明的范围内，但是轴承部件的组织在本发明的范围外， 所以滚动疲劳寿命降低。A31及A32因拉丝加工的总断面收缩率低，而使原奥氏体的平均粒 径变得粗大。因此，残留奥氏体量不足，混入异物的环境下的滚动疲劳寿命降低。A33因淬火 的加热温度低而使残留奥氏体量不足，滚动疲劳寿命降低。A34因淬火的加热温度高而使渗 碳体过剩地固溶。因此，因固溶的C含量增加，而使残留奥氏体量过剩，硬度降低。
[0129] 对于A35,在原料的制造方法中，因卷取后的冷却速度快而在原料中生成马氏体。 因此，规定尺寸的空隙的个数密度增加，混入异物的环境下的滚动疲劳寿命降低。B1及B2为 实施了球化热处理的例子，起因于球化渗碳体，规定尺寸的空隙的个数密度增加，混入异物 的环境下的滚动疲劳寿命降低。
[0130] 工业上的可利用性
[0131] 根据本发明的上述方式，能够为了确保优异的拉丝加工性而抑制Μη含量，且在不 实施球化热处理的情况下得到轴承部件。其结果是，能够得到即使在混入异物的环境下滚 动疲劳寿命也优异的轴承部件，因此工业上的可利用性高。
[0132] 符号说明
[0133] 1:马氏体
[0134] 2:球状渗碳体
[0135] 3:空隙
【主权项】
1. 一种轴承部件，其特征在于，其化学成分以质量％计含有： C:0.95% ~1.10%、 Si:0.10% ~0.70%、 Mn:0.20% ~1.20%、 Cr:0.90% ~1.60%、 Α1:0·010% ~0.100%、 Ν:0.003%~0.030%， 将以下元素限制在： Ρ:0·025% 以下、 S:0.025% 以下、 0:0.0010% 以下， 而且任意地含有： Μ〇:0·25% 以下、 Β:0·0050% 以下、 Cu:1.0% 以下、 Ni:3.0% 以下、 Ca:0.0015% 以下， 剩余部分含有铁及杂质； 金属组织为残留奥氏体、球状渗碳体及马氏体，所述残留奥氏体的量以体积％计为 15%~25%，且原奥氏体的平均粒径为8. Ομπι以下； 在所述金属组织中，以当量圆直径计为0.02Μ1以上且3.0μπι以下的空隙的个数密度为 2000个/mm2以下。2. 根据权利要求1所述的轴承部件，其特征在于，所述化学成分以质量％计含有以下元 素中的1种以上： Mo:0.01% ~0.25%、 Β:0·0001%~0.0050%、 Cu:0.1% ~1.0%、 Ni:1.0% ~3.0%、 Ca:0.0001%~0.0015%。3. 根据权利要求1或2所述的轴承部件，其特征在于，所述轴承部件的维氏硬度为750Hv 以上，而且，在将具有750Hv~800Hv的硬度的粒径为100μπι~180μπι的铁粉Ig混入到润滑油 IL中的环境下即混入异物的环境下的滚动疲劳寿命为5.OX IO6以上。
【文档编号】F16C33/62GK105899704SQ201580003915
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年1月9日
【发明人】坂本昌, 儿玉顺, 儿玉顺一, 根石丰
【申请人】新日铁住金株式会社