CN109423575A - 滚动滑动构件和生产滚动滑动构件的方法以及包括滚动滑动构件的滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明提供滚动滑动构件和生产滚动滑动构件的方法以及包括滚动滑动构件的滚动轴承。滚动滑动构件(18)包括基体部(32)和表面层(34)。基体部具有的成分包括：0.30至0.45质量％的碳、0.15至0.45质量％的硅、0.40至1.50质量％的锰、0.60至2.00质量％的铬、0.10至0.35质量％的钼、0.20至0.40质量％的钒、0.005至0.100质量％的铝以及残余的铁和不可避免的杂质。表面层位于基体部的周围。表面层具有700至800的维氏硬度和25体积％至50体积％的残留奥氏体含量。晶界氧化层的厚度满足公式：晶界氧化层的厚度≤滚动滑动构件的等效直径×1.4×10‑3。

Description

滚动滑动构件和生产滚动滑动构件的方法以及包括滚动滑动 构件的滚动轴承
技术领域
本发明涉及滚动滑动构件和生产滚动滑动构件的方法以及包括滚动滑动构件的滚动轴承。
背景技术
对于在轴承等中使用的滚动滑动构件，考虑到淬火的容易性，广泛使用渗碳钢，诸如铬钼钢(SCM钢)和镍铬钼钢(SNCM钢)。
滚动滑动构件与滚动滑动表面上的配对构件接触。考虑该到接触对产品寿命的影响，已知一种技术，在该技术中，在滚动滑动构件中，在包含渗碳钢的成型原始材料上执行渗碳处理等，并且硬化层(下文称为表面层)被设置在其表面部分上(例如，日本未审专利申请公布特开2007-308792(JP2007-308792A))。
发明内容
在以上诸如SCM钢或SNCM钢的渗碳钢中，碳含量相对低。为了获得有助于提高产品寿命的表面层，需要进行长时间的渗碳处理。当渗碳处理被长时间执行时，生产成本可能增大。
另外，当渗碳处理所要求的时间长时，晶粒粗化。因而，需要进行二次淬火以便将晶粒的尺寸调节到期望的尺寸。当除了进行长时间的渗碳处理外还进行二次淬火时，上述生产成本进一步增加。
当渗碳处理所要求的时间长时，促进在成型原始材料的表面上形成晶界氧化层。形成的晶界氧化层减小表面层的强度。因此，当形成的晶界氧化层保留在滚动滑动构架上时，在载荷被施加到表面时，可能在晶界层部分中出现裂纹，并且因而降低了抗裂性。此外，晶界氧化层可能脱落。当晶界氧化层脱落时，脱落的材料作为异物而可能被捕集在产品(诸如轴承)的内侧。结果，异物可能对产品寿命具有不利影响。
本发明提供一种滚动滑动构件和生产滚动滑动构件的方法以及包括滚动滑动构件的滚动轴承，通过它们能够减小生产成本，并且能够有助于提高产品寿命。
本发明的第一形态是滚动滑动构件。所述滚动滑动构件包括滚动滑动表面，所述滚动滑动表面与配对构件以相对方式接触。所述滚动滑动构件包括基体部和表面层。所述基体部具有的成分包括0.30质量％至0.45质量％的碳、0.15质量％至0.45质量％的硅、0.40质量％至1.50质量％的锰、0.60质量％至2.00质量％的铬、0.10质量％至0.35质量％的钼、0.20质量％至0.40质量％的钒和0.005质量％至0.100质量％的铝以及残余的铁和不可避免的杂质。所述表面层位于所述基体部的周围，且包括所述滚动滑动表面。所述表面层具有700至800的维氏硬度。所述表面层具有25体积％至50体积％的残留奥氏体含量。所述表面层中的晶界氧化层的厚度满足使用所述滚动滑动构件的等效直径表示的以下公式(I)。
公式(I)：晶界氧化层的厚度≤滚动滑动构件的等效直径×1.4×10-3。
基体部具有与具有上述成分的成型原始材料相同的成分。根据该构造，滚动滑动构件由具有0.30质量％或更多的碳含量的成型原始材料形成。对于与在现有技术中广泛用于滚动滑动构件的SCM钢或SNCM钢相比，该滚动滑动构件由对基体具有相对高的碳含量的钢材料形成。因而，在滚动滑动构件中，即使渗碳处理等所要求的时间变短，也能获得硬的且坚韧的表面层。在滚动滑动构件中，因为处理时间被缩短，能够减小生产成本。在滚动滑动构件中，表面层具有以上维氏硬度和残留奥氏体含量。表面层是硬的并且也坚韧。根据滚动滑动构件，滚动疲劳寿命被延长。另外，因为晶界氧化层仅被形成到它的厚度满足公式(I)的程度，所以滚动滑动构件具有有利的抗裂性。根据滚动滑动构件，因为晶界氧化层不太可能脱落，抑制了可能会被捕集在滚动滑动构件和配对构件之间的异物的形成。因而，滚动滑动构件可能有助于产品寿命的提高。
在滚动滑动轴承中，表面层可以是渗碳层或者是碳氮共渗层。在该情形中，在滚动滑动构件中，获得显著硬的并且韧性的表面层。
本发明的第二形态是滚动轴承。所述滚动轴承包括外圈、内圈和多个滚动元件。所述外圈在所述外圈的内周上包括滚动滑动表面。所述内圈在内圈的外周上包括滚动滑动表面。所述多个滚动元件被布置在所述第一滚动滑动表面和所述第二滚动滑动表面之间。所述外圈、所述内圈和所述滚动元件中的至少一个是根据第一形态的滚动滑动构件。
在根据本发明的滚动轴承中，因为外圈、内圈和滚动元件中的至少一个由以上滚动滑动构件形成，所以能够减小生产成本。另外，根据滚动轴承，因为能够有效地防止异物进入到配对构件之间，能够提高产品寿命。
本发明的第三形态是生产滚动滑动构件的方法，所述滚动滑动构件包括滚动滑动表面，所述滚动滑动表面与配对构件以相对方式接触。所述生产方法包括：从钢材料获得成型原始材料，所述钢材料具有的成分包括0.30质量％至0.45质量％的碳、0.15质量％至0.45质量％的硅、0.40质量％至1.50质量％的锰、0.60质量％至2.00质量％的铬、0.10质量％至0.35质量％的钼、0.20质量％至0.40质量％的钒和0.005质量％至0.100质量％的铝以及残余的铁和不可避免的杂质；在碳势被设定在0.9至1.4的范围中的气氛下，在维持900℃至980℃的温度的同时，通过加热所述成型原始材料而获得中间材料；通过使处于820℃至900℃的温度的所述中间材料冷却，对所述中间材料进行淬火；和对已淬火的所述中间材料进行回火。
在生产本发明的滚动滑动构件的方法中，在其中针对包含对基体具有相对高的碳含量的钢材料的成型原始材料调节碳势的气氛下进行加热，并且对通过加热获得的中间材料进行淬火和回火。因此，与现有技术的生产方法相比，在本发明的生产方法中，在较短的处理时间内获得期望的表面层。换言之，能够缩短表面层的形成所要求的时间。在生产方法中，能够减小生产成本。另外，因为处理时间的缩短抑制了晶界氧化层的形成，所以能够根据该生产方法获得具有优越的抗裂性的滚动滑动构件。根据在该生产方法中获得的滚动滑动构件，因为晶界氧化层不太可能脱落，抑制了可能会被捕集在滚动滑动构件和配对构件之间的异物的形成。滚动滑动构件也能有助于产品寿命的提高。
如根据以上描述可以清晰理解，本发明的滚动滑动构件和生产该滚动滑动构件的方法具有减小生产成本并且有助于提高产品寿命的效果。即，根据本发明，能够获得滚动滑动构件和生产滚动滑动构件的方法以及包括滚动滑动构件的滚动轴承，通过它们能够减小生产成本，并且能够有助于提高产品寿命。
附图说明
以下将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点和技术及工业意义，在附图中，相同的标记指示相同的元件，并且其中：
图1是作为根据本发明的实施例的滚动轴承的示例的锥形滚子轴承的主要部分的截面图；
图2是示出用于获得外圈的等效直径的部分的尺寸的截面图；
图3是示出用于获得内圈的等效直径的部分的尺寸的截面图；
图4是示出用于获得锥形滚子轴承的等效直径的部分的尺寸的截面图；
图5是示出当生产作为锥形滚子轴承的组成部分的内圈时的流程的工艺图；
图6是示出热处理条件的示例的线图；
图7是示出热处理条件的另一示例的线图；
图8是示出用于滚动滑动构件的破坏性测试的测试机的示意图；
图9是示出示例3的滚动滑动构件中的表面部分的状态的金相显微照片；并且
图10是示出对比示例3的滚动滑动构件中的表面部分的状态的金相显微照片。
具体实施方式
以下将适当地参考附图基于优选实施例详细描述本发明。
滚动轴承
作为根据本发明的实施例的滚动轴承，以下将例示出锥形滚子轴承。本发明的滚动轴承不限于锥形滚子轴承。例如，滚动轴承可以是柱形滚子轴承或者滚珠轴承。
图1示出根据本发明的实施例的滚动轴承2(锥形滚子轴承)的部分。滚动轴承2包括外圈4、内圈6、多个滚动元件8和保持架10。
外圈4包括在它的内周侧上的滚动滑动表面12。滚动滑动表面12在外圈4的内周侧上在周向方向上延伸。在滚动轴承2中，多个滚动元件8在外圈4的滚动滑动表面12上滚动。滚动滑动表面12是滚道表面。外圈4与作为滚动滑动表面12上的配对构件的滚动元件8以相对方式接触。外圈4包括滚动滑动表面12，其与滚动元件8以相对方式接触。与滚动元件8的接触包括滚动接触和滑动接触两种或者任一种。
内圈6与外圈4同心地布置。内圈6包括在它的外周侧上的滚动滑动表面14。滚动滑动表面14被布置成面向外圈4的滚动滑动表面12。滚动滑动表面14在内圈6的外周侧上在周向方向上延伸。在滚动轴承2中，多个滚动元件8在内圈6的滚动滑动表面14上滚动。滚动滑动表面14是滚道表面。内圈6与作为滚动滑动表面14上的配对构件的滚动元件8以相对方式接触。内圈6包括滚动滑动表面14，其与滚动元件8以相对方式接触。与滚动元件8的接触包括滚动接触和滑动接触两种或者任一种。
多个滚动元件8位于外圈4和内圈6之间。滚动元件8在外圈4的滚动滑动表面12上滚动并且在内圈6的滚动滑动表面14上滚动。由此，在滚动轴承2中，外圈4和内圈6可相对旋转。在滚动轴承2中，滚动元件8是锥形滚子。滚动轴承2是锥形滚子轴承。在滚动元件中，锥形滚子的侧表面是滚动滑动表面16。滚动元件8与作为滚动滑动表面16上的配对构件的外圈4和内圈6以相对方式接触。滚动元件8包括滚动滑动表面16，其与外圈4和内圈6以相对方式接触。与外圈4和内圈6中的每一个的接触包括滚动接触和滑动接触两种或任一种。
保持架10是环形构件。保持架10与外圈4和内圈6同心地布置。保持架10由金属、合成树脂等形成。保持架10将滚动元件8保持在外圈4和内圈6之间。
在本实施例的滚动轴承2中，外圈4、内圈6和滚动元件8中的至少一个是以下将描述的滚动滑动构件18的示例。在图1中所示的滚动轴承2中，外圈4、内圈6和滚动元件8都是滚动滑动构件18的示例。
滚动滑动构件18
如上描述的，在滚动轴承2中，外圈4、内圈6和滚动元件8都是滚动滑动构件18。以下将基于外圈4、内圈6和滚动元件8描述根据本发明的实施例的滚动滑动构件18。
外圈4包括基体部20和表面层22。表面层22位于基体部20的周围并且层压在基体部20上。表面层22覆盖基体部20。以上滚动滑动表面12被包括在表面层22中。
内圈6包括基体部24和表面层26。表面层26位于基体部24的周围并且层压在基体部24上。表面层26覆盖基体部24。以上滚动滑动表面14被包括在表面层26中。
滚动元件8包括基体部28和表面层30。表面层30位于基体部28的周围并且层压在基体部28上。表面层30覆盖基体部28。以上的滚动滑动表面16被包括在表面层30中。
在本发明中，形成外圈4、内圈6和滚动元件8中的每一个的滚动滑动构件18由包含钢材料的成型原始材料形成，对于基体，所述钢材料的成分包括0.30质量％至0.45质量％的碳、0.15质量％至0.45质量％的硅、0.40质量％至1.50质量％的锰、0.60质量％至2.00质量％的铬、0.10质量％至0.35质量％的钼、0.20质量％至0.40质量％钒、0.005质量％至0.100质量％的铝以及残余的铁和不可避免的杂质。在该成分中，组成剩余物的不可避免的杂质是生产钢材时混合在原始材料中的物质，并且是在不阻碍本发明的目的范围内可接受的物质。这样的不可避免的杂质的示例包括磷、硫和铜。
碳是用于在生产滚动滑动构件18时确保钢材料的淬火性能和用于获得内部硬度以确保强度的元素，并且是当它被以足够量添加时能缩短热处理期间的渗碳时间的元素。然而，当添加过量的碳时，钢材料的硬度变得过高，这导致热加工性能的退化和切割期间刀具寿命的减小。在本实施例的滚动滑动构件18中，钢材料中包含的碳的含量是0.30质量％或更多，优选为0.35质量％或更多，以便获得足够的内部硬度和渗碳时间缩短效果。碳的含量是0.45质量％或更小，优选为0.44质量％或更小，以便在热处理之前获得足够的加工性能。
硅是在钢材料精炼期间脱氧需要的元素。另外，硅是减少膜状碳化物在晶界处沉积并且有助于提高晶界强度的元素。然而，当添加过量的硅时，因为铁素体的增强导致硬度的增大，钢材料的加工性能劣化。在本实施例的滚动滑动构件18中，钢材料中包含的硅的含量是0.15质量％或更多，优选0.20质量％或更多，并且更优选0.25质量％或更多，以便减少膜状碳化物在晶界处沉积。硅的含量是0.45质量％或更小，优选0.40质量％或更小，并且更优选0.35质量％或更小，以便在热处理之前确保足够的加工性能。
锰是用于在生产滚动滑动构件18时确保钢材料的淬火性能的元素，和用于获得内部硬度以便确保钢材料的强度的元素。另外，因为锰是使奥氏体稳定的元素，通过增加锰的量可以容易地增加奥氏体含量。然而，当添加过量的锰时，钢材料的硬度变得过高，这导致热加工性能的退化和切割期间刀具寿命的减小。在本实施例的滚动滑动构件18中，钢材料中包含的锰的含量是0.40质量％或更多，优选0.45质量％或更多，并且更优选0.50质量％或更多，以便获得足够的淬火性能和残留奥氏体含量。锰的含量是1.50质量％或更小，优选1.30质量％或更小，更优选1.00质量％或更小，并且最优选0.75质量％或更小，以便在热处理之前获得足够的加工性能。
铬是用于在生产滚动滑动构件18时提高钢材料的淬火性能和用于增大硬度的元素。因为铬是进一步使奥氏体稳定的元素，通过增加铬的量可以容易地增加奥氏体的量。然而，当添加过量的铬时，因为热处理之前处于非固溶体状态中的碳化物的量增加，这起沉淀核心的作用，粗的碳化物在热处理后沉淀，并且作为疲劳失效的开始点，并且引起滚动疲劳寿命的减小。在本实施例的滚动滑动构件18中，钢材料中包含的铬的含量是0.60质量％或更多，优选0.90质量％或更多，并且更优选1.10质量％或更多，以便获得足够的硬度和残留奥氏体含量。铬的含量是2.00质量％或更少，优选1.70质量％或更少，并且更优选1.30质量％或更少，以便减少作为疲劳失效的开始点的粗的沉淀物的生成，并防止滚动疲劳寿命减小。
钼是提高钢材料的淬火性能的元素，与铬类似，并且可以容易地增加奥氏体的量。另外，钼是减少碳在晶界处集中并且提高晶界强度的元素。然而，钼与碳具有非常强的亲和力，并且当添加过量的钼时，引起沉淀物的粗化。在本实施例的滚动滑动构件18中，钢材料中包含的钼的含量是0.10质量％或更多，优选0.15质量％或更多，并且更优选0.20质量％或更多，以便获得足够的硬度和残留奥氏体含量，并且以便防止碳在境界处集中和提高晶界强度。钼的含量是0.35质量％或更少，优选0.30质量％或更少，并且更优选0.28质量％或更少，以便减少作为疲劳失效的开始点的粗的沉淀物的生成，并防止滚动疲劳寿命减小。
因为钒是容易与碳结合的元素，钒引起非常硬的碳化物沉淀，并且因为沉淀强化，使淬火后的钢材料的硬度增大。然而，当添加大量的钒时，因为过量的碳化物沉淀并且钢材料中的碳的固溶体量减小，残留奥氏体含量减小。在本实施例的滚动滑动构件18中，钢材料中包含的钒的含量是0.20质量％或更多，优选0.22质量％或更多，并且更优选0.25质量％或更多，以便根据沉淀强化获得足够的硬度。钒的含量是0.40质量％或更少，优选0.38质量％或更少，并且更优选0.35质量％或更少，以便防止碳的固溶体量的量减少，并且确保足够的残留奥氏体。
铝是使钢脱氧的元素。然而，当添加大量的铝时，粗的氧化物杂物保留在钢中，并且滚动疲劳寿命被减小。在本实施例的滚动滑动构件18中，钢材料中包含的铝的含量是0.005质量％或更多，优选0.008质量％或更多，并且更优选0.010质量％或更多，以便获得足够的脱氧效果。铝的含量是0.100质量％或更小，优选0.050质量％或更小，并且更优选0.048质量％或更小，以便减少剩余的氧化物杂物的量。
磷是不可避免的杂质。因而，钢材料中包含的磷的含量优选尽可能地低。考虑到本实施例，磷的含量是优选0.030质量％或更少，并且更优选0.025质量％或更少。
硫是不可避免的杂质。因而，钢材料中包含的硫的含量优选尽可能地低。考虑到该事实，硫的含量是优选0.030质量％或更少，并且更优选0.025质量％或更少。
在本实施例中，滚动滑动构件18的基体部32，即，外圈4的基体部20、内圈6的基体部24和滚动元件8的基体部28中每一个具有与成型原始材料的成分相同的成分。在滚动滑动构件18中，基体部32的硬度和残留奥氏体含量被适当地控制。基体部32有助于确保滚动滑动构件18中的强度和韧性。
在本实施例中，通过在以上成型原始材料上进行热处理(诸如渗碳处理和碳氮共渗处理)来获得滚动滑动构件18的表面层34，即外圈4的表面层22、内圈6的表面层26和滚动元件8的表面层30中每一个。在滚动滑动构件18中，表面层34是通过进行包括渗碳处理和碳氮共渗处理的热处理获得的成型原始材料的渗碳表面硬化部分或碳氮共渗表面硬化部分。表面层34包括渗碳层和碳氮共渗层。
在滚动滑动构件18中，表面层34的维氏硬度(也称为“表面维氏硬度”)是700至800。表面层34是硬的并且也具有足够韧性。表面层34有助于延长滚动疲劳寿命。特别地，表面层34的维氏硬度是700或更多，并且优选720或更多，以便确保用作滚动轴承2的构件的足够硬度。表面层34的维氏硬度是800或更少，并且优选780或更少，以便减减少由于残留奥氏体含量的减少导致的滚动疲劳寿命的减小。在本实施例的滚动轴承2中，在外圈4、内圈6和滚动元件8中的每一个中，因为表面层34具有在以上范围中的表面维氏硬度，所以为滚动轴承2确保足够的强度。在本实施例中，通过以下方式测量维氏硬度：在通过从滚动滑动构件18的表面(即，外圈4的滚动滑动表面12，内圈6的滚动滑动表面14或者滚动元件8的滚动滑动表面16)沿深度方向切割滚动滑动构件18获得的切割表面上，在相对于表面的50μm深度的位置处放置维氏硬度计。
在滚动滑动构件18中，表面层34中的残留奥氏体含量(具体地，在自滚动滑动构件18的表面10μm深度范围中的残留奥氏体含量)是25体积％至50体积％。表面层34是坚韧的并且具有足够硬度。表面层34有助于确保滚动疲劳寿命的延长。特别地，表面层34中的残留奥氏体含量是25体积％或更多，优选35体积％或更多，并且更优选37体积％或更多，以便确保足够的滚动疲劳寿命。表面层34中的残留奥氏体含量是50体积％或更少，并且优选45体积％或更少，以便确保用作滚动滑动构件18的足够硬度。在本实施例的滚动轴承2中，在外圈4、内圈6和滚动元件8中的每一个中，因为表面层34具有在以上范围中的残留奥氏体含量，为滚动轴承2确保足够长的滚动疲劳寿命。在本实施例中，通过根据X射线衍射计算从滚动滑动构件18的表面到10μm深度处的位置的α相(马氏体)和γ相(奥氏体)的累积强度之间的比，来获得残留奥氏体含量。
在本实施例的滚动滑动构件18中，表面层34优选是渗碳层或碳氮共渗层，以便获得足够硬和坚韧的表面层34。
在以上渗碳处理或碳氮共渗处理中，关切的是，促进晶界氧化层的形成。然而，在本发明的滚动滑动构件18中，晶界氧化层的形成被有效地抑制。具体地，表面层34中的晶界氧化层的厚度满足使用滚动滑动构件18的等效直径表示的以下公式(I)。
晶界氧化层的厚度≤滚动滑动构件18的等效直径×1.4×10-3…(I)。
这里，作为滚动滑动构件18的外圈4和内圈6的等效直径由通过圈的内径X、壁厚Y和宽度Z确定的圈的形状系数与圈的壁厚Y的乘积来表示。这本实施例中，对于以下表1中所示的圈的形状系数，参考“British Standards Institute:Method for the Estimationof Equivalent Diameters in the Heat Treatment of Steel(英国标准协会：钢的热处理中等效直径的估计方法)”。
表1
关于圈的内径X、壁厚Y和宽度Z，图2中所示的尺寸被用于外圈4。特别地，对于外圈4的内径X，使用在轨迹最小处的滚道表面上的位置处的内径。在内圈6的情形中，使用图3中所示的尺寸。特别地，对于外圈6的外径OD，使用在轨迹最大处的滚道表面上的位置处的外径。
对于作为滚动滑动构件18的滚动元件8的等效直径，使用由在“BritishStandards 5046:1974(英国标准5046:1974)”中描述的“Equivalent Diameters forCylinders and discs,oil quenched(用于油淬火的缸和圆盘的等效直径)”中所示的缸的直径和长度确定的等效直径。在作为滚动元件8的锥形滚子中，图4中所示的锥形滚子的长度L对应于缸的长度，并且锥形滚子的大端直径D对应于缸的直径。
本实施例的滚动滑动构件18由具有0.30质量％或更多的碳含量的成型原始材料形成。对于与在现有技术中广泛用于滚动滑动构件的SCM钢或SNCM钢相比，滚动滑动构件18由对于基体具有相对高的碳含量的钢材料形成。因而，在滚动滑动构件18中，即使渗碳处理或碳氮共渗处理所要求的时间变短，也能获得硬的且坚韧的表面层34。在滚动滑动构件18中，因为处理时间被缩短，能够减小生产成本。在滚动滑动构件18中，表面层34具有以上维氏硬度和残留奥氏体含量。表面层34是硬的并且也坚韧。根据滚动滑动构件18，滚动疲劳寿命被延长。另外，因为晶界氧化层仅被形成到它的厚度满足公式(I)的程度，滚动滑动构件18具有有利的抗裂性。根据滚动滑动构件18，因为晶界氧化层不太可能脱落，抑制了可能会被捕集在滚动滑动构件和配对构件之间的异物的形成。滚动滑动构件18能有助于产品寿命的提高。
在滚动滑动构件18中，为了减小生产成本和提高产品寿命，表面层34中的晶界氧化层的厚度优选满足使用滚动滑动构件18的等效直径表示的以下公式(II)，
晶界氧化层的厚度≤滚动滑动构件18的等效直径×1.3×10-3…(II)
并且更优选满足以下公式(III)。
晶界氧化层的厚度≤滚动滑动构件18的等效直径×1.2×10-3…(III)
在滚动滑动构件18中，表面层34的碳含量优选是0.70质量％至1.10质量％或更少。表面层34碳含量优选是0.70质量％或更多，更优选0.75质量％或更多，并且最优选0.80质量％或更多，以便确保足够的表面硬度。为了减小诸如粗的碳氮化物的剩余物，表面层34的碳含量优选1.10质量％或更少，更优选1.05质量％或更少，并且最优选1.00质量％或更少。这里，在本实施例中，表面层34的碳含量由表面层34的所述表面中即在距滚动滑动表面12的10μm的深度处的位置处的碳含量表示。
在滚动滑动构件18中，当表面层34是碳氮共渗层时，为了确保足够的表面硬度，表面层34中的氮含量优选是0.05质量％或更多，并且更优选是0.10质量％或更多。为了减小粗的碳氮化物的剩余物，表面层34的氮含量优选是0.80质量％或更少，并且更优选是0.70质量％或更少。这里，表面层34中的氮含量由表面层34的表面中即在距滚动滑动表面12的10μm的深度处的位置处的氮含量表示。
在滚动滑动构件18中，表面层34具有与基体部32相同的成分，其包括硅、锰、铬、钼、钒和铝。在表面层34中，硅含量、锰含量、铬含量、钼含量、钒含量和铝含量与基体部32中的那些含量相同。
生产滚动滑动构件18的方法
通过一种生产方法来获得上述滚动滑动构件18，所述方法包括：
(1)从钢材料获得成型原始材料的过程，所述钢材料具有的成分包括：0.30质量％至0.45质量％的碳、0.15质量％至0.45质量％的硅、0.40质量％至1.50质量％的锰、0.60质量％至2.00质量％的铬、0.10质量％至0.35质量％的钼、0.20质量％至0.40质量％的钒、0.005质量％至0.100质量％的铝，以及残余的铁和不可避免的杂质，
(2)在碳势被设定在0.9至1.4的范围中的气氛下，在维持900℃至980℃的温度的同时，通过对成型原始材料加热而获得中间材料的过程，
(3)通过使处于820℃至900℃的温度的中间材料冷却，对中间材料进行淬火的过程，以及
(4)对中间材料进行回火的过程。
以下将基于生产图5中所示的内圈6的方法来描述根据本发明的滚动滑动构件18的方法中包括的过程。
如在图5中所示，在本实施例的生产方法中，具有滚动滑动表面14、内周表面36(假设将在这些表面上进行抛光移除)的内圈6的成型原始材料W1将从以上钢材料获得(图5的(a)中示出预加工过程)。在成型原始材料W1上进行渗碳处理，由此获得中间材料(图5的(b)中示出渗碳过程)。接下来，在中间材料上进行淬火处理(图5的(c)中示出淬火过程)。另外，在已淬火的中间材料上进行回火处理(图5的(d)中示出回火过程)。然后，在回火的中间材料上进行精加工(图5的(e)中示出精加工)。在精加工过程中，在回火的中间材料中，在形成滚动滑动表面14、内周表面36和端表面38的部分上进行抛光精加工，特别地，在滚动滑动表面14上进行超精加工，由此以预定精度完成这些部分。由此，获得作为产品的内圈6。在内圈6中，滚动滑动表面14、内周表面36和端表面38都是抛光表面。
生产方法包括预加工过程、渗碳过程、淬火过程、回火过程和精加工过程。在生产方法中，从渗碳过程到回火过程的一系列过程也被称为热处理过程。以下将基于图6中所示的温度曲线详细描述热处理过程。
在生产方法的渗碳过程中，成型原始材料W1被设定在渗碳炉(未示出)中。在通过调节流动到炉中的转换气体的流量来设定预定碳势CP的气氛下，成型原始材料W1在渗碳温度C下被加热一段预定时间。由此，进行渗碳处理并且获得中间材料。当在渗碳温度C下的加热完成时，炉的内侧被冷却，并且温度被设定到淬火温度H。中间材料在淬火温度H下被加热一段预定时间。当在淬火温度H下的加热完成时，中间材料被放到冷却油浴中，并且中间材料被通过油冷却从淬火温度H冷却(淬火)。由此，在中间材料上进行淬火处理。然后，对已淬火的中间材料进行回火处理。在回火处理中，已淬火的中间材料被放到加热炉(未示出)中。在加热炉中，中间材料在回火温度T下被加热一段预定时间。在加热之后，中间材料通过空气冷却，并且完成回火处理。这里，在图6中所示的热处理的温度曲线中，渗碳温度C处的加热时间被称为“渗碳时间Tc”，并且被表示为从成型原始材料W1的温度到达渗碳温度C起的渗碳温度C被维持的时间。在淬火温度H处的加热时间被称为“保持时间Th”，并且被表示为从中间材料的温度到达淬火温度H时起淬火温度H被维持的时间。另外，在回火温度T的加热时间称为“均热时间Tt”，并且表示为自已淬火的中间材料到达回火温度T起回火温度T被维持的时间。这里，在生产方法中，在淬火处理中，用于油冷却的油浴的温度被设定在70℃至90℃的范围中。
在生产方法中，如上所述，渗碳过程中的碳势CP被调节到0.9至1.4的范围中。在生产方法中，为了通过将足量的碳引入到成型原始材料的表面来获得渗碳部分所要求的硬度并且确保提高抗裂性所需的残留奥氏体含量，碳势CP是0.9或更大，并且优选是1.0或更大。为了减少在滚动滑动构件18的表面上过多的残留奥氏体含量的生成和晶界氧化层的形成，碳势CP是1.4或更小，优选是1.3或更小，并且更优选是1.2或更小。
在生产方法中，如上所述，渗碳过程中的渗碳温度C被设定在900℃至980℃的范围中。在生产方法中，为了通过确保碳的足够扩散速率来防止渗碳时间的增加和减少晶界氧化层的形成，渗碳温度C是900℃或更高，并且优选910℃或更高。为了防止晶粒的粗化和减少晶界强度的减小，渗碳温度C是980℃或更低，并且优选是970℃或更低。
在生产方法中，如上所述，淬火过程中的淬火温度H被设定在820℃至900℃的范围中。在生产方法中，足够量的碳被固溶(solid-solutionized)并且减少粗的碳化物的形成。另外，为了确保预定的残留奥氏体含量，淬火温度H是820℃或更高，并且优选830℃或更高。为了根据沉淀强化提高硬度所需的钒碳化物被沉淀，并且同时，为了减少在表面上生成过量的残留奥氏体，淬火温度H是900℃或更低，并且优选是890℃或更低。
如从以上描述可以清晰理解，在生产本发明的滚动滑动构件18的方法中，在其中针对包含对于基体具有相对高的碳含量的钢材料的成型原始材料调节碳势CP的气氛下进行加热，并且在通过加热获得的中间材料上进行淬火和回火。因此，与现有技术的生产方法相比，在本实施例的生产方法中，能够在较短的处理时间内获得期望的表面层34。换言之，能够缩短表面层34的形成所要求的时间。在生产方法中，能够减小生产成本。另外，因为处理时间的缩短抑制了晶界氧化层的形成，所以能够根据生产方法获得具有优越的抗裂性的滚动滑动构件18。根据在生产方法中获得的滚动滑动构件18，因为晶界氧化层不太可能脱落，抑制了可能会被捕集在滚动滑动构件和配对构件之间的异物的形成。滚动滑动构件18也能有助于产品寿命的提高。
在生产方法中，随着渗碳过程被延长，更多的碳在钢材料中扩散，所以渗碳时间Tc视需要可以被设定成较长。因为具有相对高的碳含量的钢材料被用作基体，能够适当地确保产品的寿命和缩短渗碳时间，并且能够减小生产成本。
在生产方法中，淬火过程中的保持时间Th被确定为使得整个产品到达预定的淬火温度。当产品的尺寸越大时，则保持时间Th可以被设定成越长。
在生产方法中，考虑到滚动滑动构件18的硬度和韧性之间的平衡以及生产成本，适当地设定回火过程中的回火温度T和均热时间Tt。具体地，回火温度T被优选设定在150℃至200℃的范围中。均热时间Tt优选被设定在1小时至5小时的范围中。
如上所述，在滚动滑动构件18中，碳氮共渗层可以被形成作为表面层34。当碳氮共渗层被形成为表面层34时，以上渗碳过程被碳氮共渗过程替代。在碳氮共渗过程中，成型原始材料W1被设定在渗碳炉中。调节碳势CP并调节氨气流量对转换气体流量的比，在该气氛下，成型原始材料W1在碳氮共渗温度被加热一段预定时间。由此，获得经受碳氮共渗处理的中间材料。这里，在碳氮共渗过程中，氨气流量对转化气体流量的比被设定在1％至10％的范围中。碳势CP被设定在1.0至1.5的范围中。碳氮共渗温度被设定在820℃至980℃的范围中。碳氮共渗时间可以视需要被设定成较长。
在本实施例的成产方法中，热处理过程可以包括二次淬火过程。换言之，以上淬火过程可以包括一次淬火过程和二次淬火过程。以下将基于图7中所示的温度曲线描述包括二次淬火过程的热处理过程。
在该热处理过程中，类似于以上热处理过程，在成型原始材料上进行渗碳处理，由此获得中间材料。在中间材料上进行一次淬火处理。在一次淬火处理中，温度通过冷却被从渗碳温度C设定到与以上热处理过程中的淬火温度H对应的一次淬火温度H1。在该热处理过程中，当温度到达一次淬火温度H1，并且同时，中间材料被放到油浴中，并且中间材料通过油冷却从一次淬火温度H1冷却(淬火)。因而，在该热处理过程中，未设定在以上热处理过程中的保持时间Th。在该热处理过程中，在一次淬火之后在中间材料上进行二次淬火处理。在二次淬火处理中，一次淬火之后的二次材料被放到加热炉中。在加热炉中，一次淬火之后的中间材料在二次淬火温度H2下被加热一段预定时间。在加热之后，中间材料被放到油浴中，中间材料通过油冷却从二次淬火温度H2冷却(淬火)。然后，与以上热处理过程类似，在二次淬火之后，在中间材料上进行回火处理。由此，完成热处理过程。
在热处理过程中，考虑到滚动滑动构件18的硬度和韧性之间的平衡以及生产成本，适当地设定一次淬火温度H1、二次淬火温度H2和在二次淬火温度H2下的保持时间Th2。具体地，一次淬火温度H1优选被设定在820℃至900℃的范围中。二次淬火温度H2被设定在820℃至900℃的范围中。在二次淬火温度H2下的保持时间Th2被确定为使得整个产品到达预定淬火温度。当产品的尺寸越大时，则保持时间Th2可以被设定成越长。
在包括二次淬火过程的生产方法中，类似于以上生产方法，在短的处理时间内获得具有期望的表面层34的滚动滑动构件18。虽然已经添加了二次淬火过程，但也能够降低该生产方法中的生产成本。另外，因为处理时间的缩短抑制晶界氧化层的形成，也提高了该生产方法中获得的滚动滑动构件18的产品寿命。
示例
以下将参考示例进一步详细描述本发明。本发明不限于这些示例。
成型原始材料的制备
制备以下表2中示出的四个类型的钢材料(钢材料A、钢材料B、钢材料C和钢材料D)，并且生产用于锥形滚子轴承(轴承模型号：TRA0607)的内圈的成型原始材料。在钢材料B至钢材料D中，钢材料中包含的碳的含量低于0.30质量％。另一方面，在钢材料A中，钢材料中包含的碳的含量高于0.30质量％。在钢材料C的成分中，不包括钒。在钢材料D的成分中，不包括钼和钒。在表2中，C指示碳，Si指示硅，Mn指示锰，P指示磷，S指示硫，Cu指示铜，Ni指示镍，Cr指示铬，Mo指示钼，V指示钒，并且Al指示铝。
表2
内圈的生产
进行以下表3中所示的热处理，然后进行精加工，获得示例1至5和对比示例1至5的内圈(测试件)。
表3
示例1
在示例1中，根据图6中所示的温度曲线在包含钢材料A的成型原始材料上进行渗碳、淬火和回火。如在表3中所示，在渗碳过程中，渗碳温度C被设定到930℃，渗碳时间Tc被设定为10小时，并且碳势CP被设定为0.9。在淬火过程中，淬火温度H被设定为870℃，并且在淬火温度H下的保持温度Th被设定为0.5小时。在回火过程中，回火温度T被设定为180℃，并且均热时间Tt被设定为2小时。在示例1中，不进行二次淬火。
示例2至示例5和对比示例1和2
示例2至示例5和对比示例1和2中的内圈，除了碳势CP被如以上表3中所示设定以外，以与示例1中相同的方式获得。
对比示例3
在对比示例3中，根据图7中所示的温度曲线在包含钢材料B的成型原始材料上进行渗碳、一次淬火、二次淬火和回火。如在表3中所示，在渗碳过程中，渗碳温度C被设定到930℃，渗碳时间Tc被设定为15.5小时，并且碳势CP被设定为1.3。在一次淬火过程中，一次淬火温度H1被设定为870℃。在二次淬火过程中，二次淬火温度H2被设定为870℃，并且在二次淬火温度H2下的保持时间Th2被设定为1小时。在回火过程中，回火温度T被设定为180℃，并且均热时间Tt被设定为2小时。
对比示例4
在对比示例4中，根据图7中所示的温度曲线在包含钢材料C的成型原始材料上进行渗碳、一次淬火、二次淬火和回火。如在表3中所示，在渗碳过程中，渗碳温度C被设定到960℃，渗碳时间Tc被设定为15.5小时，并且碳势CP被设定为1.45。在一次淬火过程中，一次淬火温度H1被设定为880℃。在二次淬火过程中，二次淬火温度H2被设定为810℃，并且在二次淬火温度H2的保持时间Th2被设定为1小时。在回火过程中，回火温度T被设定为180℃，并且均热时间Tt被设定为2小时。
对比示例5
在对比示例5中，根据图7中所示的温度曲线在包含钢材料D的成型原始材料上进行渗碳、一次淬火、二次淬火和回火。如在表3中所示，在渗碳过程中，渗碳温度C被设定到960℃，渗碳时间Tc被设定为15.5小时，并且碳势CP被设定为1.45。在一次淬火过程中，一次淬火温度H1被设定为880℃。在二次淬火过程中，二次淬火温度H2被设定为850℃，并且在二次淬火温度H2下的保持时间Th2被设定为1小时。在回火过程中，回火温度T被设定为180℃，并且均热时间Tt被设定为2小时。
测试件的评估
等效直径
设定测试件的等效直径。当设定等效直径时，因为锥形滚子轴承(轴承模型号：TRA0607)的内圈被用于测试件，内径X是30.00mm，壁厚Y是6.63mm，并且宽度Z是19.00mm，基于以上表1获得圈的形状系数(1.48)。因为圈的形状系数和壁厚Y的乘积是9.8，当评估测试件时，等效直径被设定为10mm，并且基于公式(I)，晶界氧化层的厚度的上限基准被设定为14μm。
维氏硬度和残留奥氏体含量
测量示例1至5和对比示例1至5的测试件的维氏硬度和残留奥氏体含量。结果被示出在以下表4中。
晶界氧化层的厚度
通过从滚动滑动表面在深度方向上切割示例1至5和对比示例1至5的测试件来获得切割表面，并且在切割表面上进行硝酸侵蚀处理。在金相显微镜下观察切割表面，测量从滚动滑动表面到最深位置的长度，即从表面到晶界氧化层的底部的长度。测量值被示出为以下表4中晶界氧化层的厚度。这里，作为晶界氧化层的观察示例，示例3的观察照片被示出在图9中，并且对比示例3的观察照片被示出在图10中。
内圈大凸缘压坏载荷
图8中所示的测量工具40被设定在Amsler型压缩试验机(250kN)中，并且测量示例1至5和对比示例1至5的测试件的内圈大凸缘压坏载荷。结果被示出在以下表4中。这里，测量工具40包括支撑环42和挤压活塞44。当测量压坏载荷时，如在图8中所示，作为测试件的内圈6介于挤压活塞44和支撑环42之间，通过压缩试验机的十字头46对挤压活塞挤压，由此将载荷施加到内圈6。这里，加载速度在该测量中被设定为100kgf/sec。
表4
对比示例1至5
在对比示例1中(其中，如在表4中所示，使用如在示例1至5中相同的钢材料A，碳势CP被设定为1.5，并且进行热处理过程)，尽管维氏硬度和残留奥氏体含量与在示例1至5中相同，但是晶界氧化层的厚度大于晶界氧化层的厚度的上限基准(14μm)，并且内圈大凸缘压坏载荷比示例1至5中的低。在对比示例2中(其中，使用钢材料A，碳势CP被设定为0.8，并且进行热处理过程)，尽管晶界氧化层的厚度是2μm，并且晶界氧化层的形成被抑制，但是维氏硬度和残留奥氏体含量比示例1至5中的低。在对比示例2中，因为内圈大凸缘压坏载荷被认为是低的，所以不测量压坏载荷。钢材料中包含的碳的含量低于钢材料A的碳的含量。在对比示例3至5中(其中使用钢材料B至D)，维氏硬度和残留奥氏体含量与示例1至5中的相同。然而，在对比示例3至5中，设定相对高的碳势以便形成表面层，但是要求比示例1至5中的渗碳时间更长的渗碳时间。晶界氧化层的厚度大于晶界氧化层的厚度的上限基准(14μm)，并且对比示例3至5的压坏载荷比示例1至5的压坏载荷低。
示例1至5
与对比示例1至5相比，在示例1至5中，维氏硬度是727.3(HV)至775.3(HV)，并且其残留奥氏体含量是26(％)至35(％)。在示例1至5中，充分确保了应用到滚动轴承所要求的表面层的硬度和韧性。另外，晶界氧化层的厚度是2μm至12μm，并且低于晶界氧化层的厚度的上限基准(14μm)。即，在示例1至5中，晶界氧化层的形成被抑制。另外，在示例1至5中，应理解的是，形成内圈(滚动滑动构件)，其中该内圈的内圈大凸缘压坏载荷比对比示例1至5的内圈大凸缘压坏载荷相对更高，具有优越的抗裂性，并且能够有助于提高产品寿命。然而，应理解的是，示例1至5中的渗碳时间比对比示例3至5中的渗碳时间短，并且示例1至5能有助于减小生产成本。
如从以上结果可以清晰理解的，与对比示例的滑动构件相比，示例的滚动滑动构件具有优越的评估结果。基于评估结果，可以清晰地理解本发明的优越性。
上述滚动滑动构件和生产滚动滑动构件的方法也可以被应用到机械部件，诸如齿轮和轴，它们具有在热处理后不进行精加工的部分。

Claims (4)

1.一种滚动滑动构件(18)，所述滚动滑动构件(18)包括滚动滑动表面，所述滚动滑动表面与配对构件以相对方式接触，所述滚动滑动构件(18)的特征在于包括：
基体部(32)，所述基体部(32)具有的成分包括0.30质量％至0.45质量％的碳、0.15质量％至0.45质量％的硅、0.40质量％至1.50质量％的锰、0.60质量％至2.00质量％的铬、0.10质量％至0.35质量％的钼、0.20质量％至0.40质量％的钒和0.005质量％至0.100质量％的铝以及残余的铁和不可避免的杂质；和
表面层(34)，所述表面层(34)位于所述基体部(32)的周围，且包括所述滚动滑动表面，
其中所述表面层(34)的维氏硬度是700至800，
所述表面层(34)的残留奥氏体含量是25体积％至50体积％，并且
所述表面层(34)中的晶界氧化层的厚度满足使用所述滚动滑动构件(18)的等效直径表示的以下公式(I)，
公式(I)：晶界氧化层的厚度≤滚动滑动构件的等效直径×1.4×10-3。
2.根据权利要求1所述的滚动滑动构件(18)，其特征在于所述表面层(34)是渗碳层或碳氮共渗层。
3.一种滚动轴承(2)，其特征在于包括：
外圈(4)，所述外圈(4)在所述外圈(4)的内周上具有第一滚动滑动表面(12)；
内圈(6)，所述内圈(6)在所述内圈(6)的外周上具有第二滚动滑动表面(14)；和
多个滚动元件(8)，所述多个滚动元件(8)被布置在所述第一滚动滑动表面(12)和所述第二滚动滑动表面(14)之间，
其特征在于所述外圈(4)、所述内圈(6)和所述滚动元件(8)中的至少一个是根据权利要求1或2所述的滚动滑动构件(18)。
4.一种生产滚动滑动构件(18)的方法，所述滚动滑动构件(18)包括滚动滑动表面，所述滚动滑动表面与配对构件以相对方式接触，所述方法的特征在于包括：
从钢材料获得成型原始材料，所述钢材料具有的成分包括0.30质量％至0.45质量％的碳、0.15质量％至0.45质量％的硅、0.40质量％至1.50质量％的锰、0.60质量％至2.00质量％的铬、0.10质量％至0.35质量％的钼、0.20质量％至0.40质量％的钒和0.005质量％至0.100质量％的铝以及残余的铁和不可避免的杂质；
在碳势被设定在0.9至1.4的范围中的气氛下，在维持900℃至980℃的温度的同时，通过加热所述成型原始材料而获得中间材料；
通过使处于820℃至900℃的温度的所述中间材料冷却，对所述中间材料进行淬火；和
对已淬火的所述中间材料进行回火。
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