专利名称：滚动疲劳寿命优异的机械部件的制造方法
技术领域：
本发明涉及轴承、齿轮、轮毂単元、无级变速器、等速连接器、活塞销等由钢材构成的机械部件的制造，特別是涉及要求良好的滚动疲劳寿命的由环状体构成的机械部件的制
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背景技术：
近年来，随着各种机械装置的高性能化，要求滚动疲劳寿命的机械部件和装置中的使用环境变得非常严峻，強烈要求提高这些机械部件和装置的寿命同时提高可靠性。面对这种要求，作为从钢材方面的对策，正在进行钢成分的适当化和与钢成分一起含有的杂质元素降低化。在与形成这些机械部件和装置的钢成分其一含有的杂质元素中，由这些杂质元素构成的A1203、MnS、TiN其他的非金属夹杂物成为机械部件和装置中的钢零件的破损的起点。为此，这些非金属夹杂物特別有害是公知的。另外，还公知有这些非金属夹杂物的直径越大，钢零件的滚动疲劳寿命越短。为此，提出了各种减少非金属夹杂物量，即，提高钢的洁净度，极カ减少非金属夹杂物的直径为20 μ m以上的大型氧化物系非金属夹杂物的高洁净度钢(例如，參照专利文献1和专利文献2)。另外，即使将由这种高洁净度钢构成的钢材用于机械部件和装置，还不能够充分实现抑制这些机械部件和装置短寿命并发生破损。为此，降低钢材中的非金属夹杂物，进ー 步使该非金属夹杂物小径化的开发盛行。另ー方面，提供即使不实现钢材中的非金属夹杂物的降低和小径化，但滚动疲劳寿命优异的机械部件的技术开发也盛行。例如提出了如下技术(1)控制零件滚动进行制造时滚动部上的锻流线(ファィバーフロー)，得到优异的滚动疲劳寿命的技术(例如，參照专利文献；3)，(2)通过对滚动部作用预压缩应力，得到优异的滚动疲劳寿命的技术(例如，參照专利文献4)。另外，申请人还提出了(3)通过形成改善了钢材中含有的非金属夹杂物和作为母相的钢的界面状态的钢材，得到优异的滚动疲劳寿命的技木，这些发表在非专利文献1和非专利文献2中。在这些非专利文献1和非专利文献2中，对于滚动疲劳的破损，即到剥离的过程进行了如下说明。即，在从非金属夹杂物到裂纹产生和进展直到剥离的过程中，由于向非金属夹杂物的周围的应力集中効果，经历了裂纹变位的初期裂纹(以下，称为“开ロ型初期裂纹”)过程。其后，公知的是经过剪断应カ导致的裂纹的传播直到破损。这意味着，如果不发生开ロ型初期裂纹，那么其后的裂纹传播或破损也不会发生。另外，开ロ型初期裂纹是以在非金属夹杂物和母相的界面产生物理的间隙即空洞为前提，并验证到如果不产生物理的间隙，则开ロ型裂纹也不会产生。另ー方面，在图5的概念图中显示从热轧钢材切出，进行离子研磨后，通过扫描电子显微镜(FE-SEM)观察非金属夹杂物周围有无空洞的影像。在图5中，标号5是Al2O3非金属夹杂物，标号4是空洞即空隙。特别是在机械结构用钢中，通常使用Al进行脱氧。此时生成的Al2O3系非金属夹杂物5被确认到根据与母材的变形能的不同或形状特别是在与母相的界面容易生成空隙4。因此，为了提高机械部件7的滚动疲劳寿命，封闭非金属夹杂物5和母相的界面中存在的空隙4或减少空隙4的体积是有効的。先行技术文献专利文献专利文献1 特开2006-6；3402号公报专利文献2 特开平06-192790号公报专利文献3 特开平4-3573M号公报专利文献4 特开2006-778 号公报非专利文献非专利文献1 铁和钢，94 (2008)，P. 13非专利文献2 平成20年度兵库县立大学学位论文，平R和彦(2008年1月)
发明内容
本发明是与上述0006段落中记载的( 关联的技木，其目的在干，提供一种制造机械部件的方法，其与通过塑性加工改善作为供于冷锻的环状加工母材的原材的钢材中含有的非金属夹杂物和作为母相的钢材的界面状态，来实现现有的钢的制造时非金属夹杂物的降低和非金属夹杂物小径化的钢材的制造方法相比，在环状加工母材的内径面具有更优异的滚动疲劳寿命的滚动部。根据本发明，是滚动疲劳寿命优异的机械部件的制造方法，其中，该机械部件在供于冷锻的环状加工母材的内径面具有用于滚动零件进行滚动的滚动部，所述方法具有如下 エ序使静水压应力作用于形成滚动部的环状加工母材的内径面并进行冷锻，从而在环状加工母材的内径面形成用于滚动零件进行滚动的滚动部，并且，对该滚动部以外的环状加 エ母材的内径进行扩径，从而提供具有滚动疲劳寿命优异的滚动部的环状的机械部件的エ 序。通过该静水压的作用，钢中的非金属夹杂物和作为母相的钢的界面中存在的空隙朝向封闭的方向，能够制造滚动疲劳寿命优异的机械部件。还有，供于冷锻的环状加工母材优选为钢管或热锻环。根据本发明的优选方式，提供上述的方法，所述静水压应カ至少为lOOOMPa。通过在冷锻时使至少IOOOMPa的静水压应力作用而形成滚动面，从而封闭钢中含有的非金属夹杂物和作为母相的钢的界面中存在的空隙，能够制造滚动疲劳寿命优异的机械部件。根据本发明的制造方法，通过在环状加工母材的冷锻时使静水压应カ(优选为至少IOOOMPa)作用，即使钢材制造时不能实现非金属夹杂物的降低和小径化，也能够封闭或减少非金属夹杂物和作为母相的钢的界面中产生的空隙，其结果是，能够回避以非金属夹杂物为破坏起点的滚动疲劳导致的剥离，能够制造具有大幅提高滚动疲劳寿命的优异的滚动部的机械部件。
图IA是说明本发明的环状母材的冷锻エ序(压缩加工前)的概要图。图IB是说明本发明的环状母材的冷锻エ序(压缩加工后)的概要图。图2是通过本发明的方法制造的滚动轴承的纵截面图。图3是表示通过本发明的方法制造的滚动轴承的CAE解析的图。图4A是表示冷锻前的非金属夹杂物和其周围的空隙的概念图。图4B是表示冷锻后的非金属夹杂物和其周围的空隙的概念图。图5是表示热轧钢材的非金属夹杂物和其周围的空隙的概念图。
具体实施例方式作为本发明的制造方法所求的钢材，可以例举机械结构用钢和轴承钢等。这些钢材是通过如下エ序制造的钢材1)通过电弧熔解炉或转炉进行熔钢的氧化精炼，2)通过浇包精炼炉(LF)进行还原精炼，3)通过环流式真空脱气装置(RH)进行环流真空脱气処理(RH処理)，4)通过连续铸造或一般造锭进行钢锭的铸造，和幻钢锭的热轧或热鍛和冷轧，或者通过冷轧和冷锻进行的塑性加工。用于本发明的制造方法的环状母材2能够如下制造。首先，以如上述制造的钢材 (例如，JIS G 4805 (2008), JIS G 4051 (2005) ,JIS G4104、JIS G 4105 中规定的钢材)，并经上述的塑性加工エ序制造钢材。通过对该钢材进行三辊式轧管机、挤压加工、或热锻等热加工，加工成钢管或热锻环后，将该钢管或热锻环切断成规定长度。另外，通过对该切断的钢管或热锻环的外径面和内径面进行切削処理，得到具有规定尺寸的钢管或热锻环作为环状母材2。基于图1对本发明的工法进行説明。对规定形状的环状母材2实施适当的润滑処理，形成室温附近的温度。如图IA所示，将该环状母材2设置在冲压装置的环状固定框1 内。在固定框1内上下分別配置模具3，这些模具3分別固定在冲压装置上下的未图示的エ 作部。随着冲压装置开始加工模式，被固定的模具3之上的上冲头3a和在其周围配置的环状上冲头北开始箭头方向的下降运动。设置在模具3内的规定位置的环状母材2通过下降的上冲头3a和环状上冲头北，环状母材2的内径加和其上端面2b受到塑性加工。另外， 随着上冲头3a和环状上冲头北的下降，环状母材2被压向下方向，同吋，下冲头3c和环状下冲头3d也对环状母材2的内径加和下端面2c进行塑性加工。即，环状母材2的上端面 2b随着上冲头3a和环状上冲头北的下降而被压向下方向，其结果是，环状母材2的下端面 2c由于下冲头3c和环状下冲头3d而被相对地压起来。在加工末期，环状母材2受到来自上冲头3a以及环状上冲头北，和下冲头3c以及环状下冲头3d的双方的冷锻的压缩加工， 静水压应カ进行作用，存在于环状母材2的钢的母相和其非金属夹杂物5之间的空隙4被封闭。通过对环状母材2实施上述的压缩加工，如图IB所示，在希望制作的机械部件7 的滚动部6的近傍，带来封闭存在于环状母材2的钢的母相和其非金属夹杂物5之间的空隙4的効果的静水压应カ进行作用。此时，为了得到充分的封闭空隙4的効果，优选在冷锻时至少使IOOOMPa的静水压应力作用于滚动部6的近傍。通过使这种静水压应力作用，能够向封闭存在于非金属夹杂物5和作为母相的环状母材2的钢之间的空隙4的方向或减少空隙4的体积的方向变化。通过该变化，能够回避以非金属夹杂物5为破坏起点的滚动疲劳导致的剥离。其结果是，能够得到具有优异的滚动疲劳寿命的滚动部6的机械部件7。实施例1作为本发明的实施例，对实施的条件和所得到的结果进行説明。首先，表1表示作为环状母材2的钢材的钢种使用的供试材的成分組成。表 1供试材成分(単位为质量％ )
权利要求
1.ー种滚动疲劳寿命优异的机械部件的制造方法，其中，该机械部件在供于冷锻的环状加工母材的内径面具有用于滚动部件进行滚动的滚动部而成，所述方法具有如下エ序 使静水压应力作用于希望形成滚动部的环状加工母材的内径面而进行冷锻，由此，在所述环状加工母材的内径面形成用于滚动部件进行滚动的滚动部，并且，对该滚动部以外的环状加工母材的内径进行扩径，提供具有滚动疲劳寿命优异的滚动部的环状机械部件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述供于冷锻的环状加工母材是钢管。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述供于冷锻的环状加工母材是热锻环。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的方法，其中，所述静水压应カ至少为lOOOMPa。
全文摘要
本发明公开了滚动疲劳寿命优异的机械部件的制造方法。该机械部件(7)具有用于在供于冷锻的环状加工母材的内镜面滚动部件进行滚动的滚动部(6)而成。本发明的方法具有如下工序使静水压应力作用于希望形成滚动部的环状加工母材的内径面(2a)进行冷锻，由此，在环状加工母材的内径面(2a)形成用于滚动部件进行滚动的滚动部(6)，并且，对滚动部(6)以外的环状加工母材的内径进行扩径，提供具有滚动疲劳寿命优异的滚动部(6)的环状机械部件(7)。通过塑性加工改善作为环状加工母材的钢材中所含的非金属夹杂物和作为母材的钢材的界面状态，由此能够制造在内径具有优异的滚动疲劳寿命的滚动部的环状机械部件。
文档编号B21J5/08GK102574196SQ201080037139
公开日2012年7月11日 申请日期2010年8月24日 优先权日2009年8月26日
发明者中沟利尚, 桥本和弥 申请人:山阳特殊制钢株式会社