用于制造具有优良滚动疲劳寿命的机械部件的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于制造环形机械部件的方法，所述环形机械部件包含在该环形机械部件的内径表面上滚动疲劳寿命出色的滚动部。该制造方法通过以下方式进行：对要在其上形成滚动部的环形材料的内径表面施加压缩流体静应力进行锻造加工，从而在环形材料的内径表面上形成滚动部用于滚动元件沿其滚动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2011年12月9日提交的日本专利申请号2011-270215的优先权，其全部内容通过引用被结合在此。
本专利技术涉及由钢材制成的机械部件如轴承、齿轮、轮毂单元、变速传动装置、等速连接器或活塞销的制造，并涉及包含对其而言要求良好的滚动疲劳寿命作为其特性的环形体的机械部件的制造。
技术介绍
近年来，随着各种机械装置的日渐提高的性能，对其而言要求滚动疲劳寿命的机械部件和装置的使用环境变得非常严苛，导致对于提高这些机械部件或装置的操作寿命和可靠性的强烈需求。针对这种需求，作为钢材方面的措施，已经进行了钢成分的适当调节或与钢成分一起含有的杂质元素的减少。构成这些机械部件或装置的钢材含有杂质元素以及钢成分，并且A1203、MnS、TiN和其他由杂质元素组成的非金属夹杂物可以引起机械部件或装置的钢部件中的失效。出于这一原因，已知这些非金属夹杂物是特别有害的。还已知的是，非金属夹杂物的较大的直径导致钢部件较短的滚动疲劳寿命。因此，已经提出了多种具有降低量的非金属夹杂物，具有提高的钢的纯化程度，并具有极度降低的含量的具有20 μ m以上的直径的大的氧化物系非金属夹杂物的高洁净度钢(例如，见专利文献I和专利文献2)。然而，即使将由这种高洁净度钢制成的钢材用于机械部件或装置，也仍然不能够充分防止机械部件或装置在短寿命范围内失效。出于这一原因，正在活跃地进行着开发，不仅降低在钢材中的非金属夹杂物的量，而且也进一步降低非金属夹杂物的直径。另一方面，也正在活跃地进行技术开发，以在不减少钢材中的非金属夹杂物的量并且不降低其直径的情况下，提供滚动疲劳寿命出色的机械部件。例如，已经提出了:(1)其中在通过滚动制造部件的时候，控制在滚动部上的纤维流(fiber flow)，以获得出色的滚动疲劳寿命(例如，见专利文献3)的技术和(2)其中预先向滚动部施加压缩应力，以获得出色的滚动疲劳寿命的技术(例如，见专利文献4)。此外，本专利技术的 申请人:已经使用了(3)改善在钢材中所含的非金属夹杂物与基体钢之间的界面状态以由此获得出色的滚动疲劳寿命的技术。这些技术还公布在非专利文献I和非专利文献2中。在非专利文献I和非专利文献2中，如下说明了导致滚动疲劳失效，即片状剥落的过程。即，在源自非金属夹杂物的裂纹通过它们的生长导致片状剥落产生的过程中，产生其中由于在非金属夹杂物的周边上的应力集中而导致裂纹位移的初始裂纹(在下文中，称为“模式I型初始裂纹”)。已知的是，这随后经由裂纹通过剪应力的扩展导致失效。这意味着，如果没有产生模式I型初始裂纹，便不发生后续的裂纹扩展或失效。此外，模式I型初始裂纹出现的前提是在非金属夹杂物与基体之间的界面中产生物理间隙，即，空隙。在这些非专利文献中也已经证实了，除非产生有物理间隙，否则不产生模式I型裂纹。图5是一张示意图，示出了当通过扫描电子显微镜(FE-SEM)观察以确定其中存在/不存在空隙时，在从热轧钢材上切出并随后进行离子磨的试样块中的非金属夹杂物的周边的图像。在图5中，代码5表示Al2O3的非金属夹杂物，而代码4表示空隙，S卩，空穴。特别是在机械结构用钢中，通常进行通过Al的脱氧。此时形成的Al2O3系非金属夹杂物5被认为，特别是在与基体的界面中，归因于其与基体在可变形性上的差异或是归因于其形状，具有产生空隙4的倾向。因此，为了提高机械部件7的滚动疲劳寿命，有效的是封闭在非金属夹杂物5与基体之间的界面中存在的空隙4或减少空隙4的体积。引用清单专利文献专利文献I JP2006-63402A专利文献2 JPO6-19279OA专利文献3:JP4_357324A专利文献4 JP2006-77854A非专利文献非专利文献1:Tetsu-to_Hagane, 94 (2OO8),第 I3 页非专利文献2:Kazuhiko Hiraoka, Heisei20_Nendo Academic Dissertation ofUniversity of Hyogo(2008 年 I 月)专利技术概述本专利技术要解决的问题是提供一种用于制造机械部件的方法，所述机械部件具有滚动部，所述滚动部在环形材料的内径表面(膛壁)上的滚动疲劳寿命方面出色，所述方法通过进行塑性加工以与目标在于当制造钢时减少非金属夹杂物和降低非金属夹杂物的直径的用于制造钢材的常规方法比较，改善在构成所述环形材料(也包括柱状材料)的钢材中所含的非金属夹杂物与基体钢材之间的界面的状态，其中，所述方法涉及如在以上(3)中所述的改善在钢材中所含的非金属夹杂物与基体钢之间的界面状态从而获得出色滚动疲劳寿命的技术。用于解决上述问题的根据本专利技术的手段是一种用于制造机械部件的方法，所述机械部件包含用于滚动元件沿着环形材料的内径表面滚动的滚动部，其中所述方法包括通过向要在其上形成滚动部的环形材料的内径表面上施加压缩流体静应力进行锻造加工，从而在环形材料的内径表面上形成滚动部用于滚动元件沿其滚动。锻造加工可以以热锻加工和冷锻加工中的任一种进行。换言之，通过向要在其上形成滚动部的环形材料的内径表面上施加压缩流体静应力的锻造加工引导存在于在钢中的非金属夹杂物与钢基体之间的界面中空隙封闭，使得能够制造在滚动疲劳寿命上出色的机械部件。在本专利技术的另一个实施方案中，优选的是锻造加工是通过向环形材料的内径表面施加不少于1.5乘以环形材料的屈服应力的流体静应力的加工。在锻造加工中施加至少为1.5乘以材料的屈服应力的压缩流体静应力以形成滚动表面允许存在于在钢中所含的非金属夹杂物和钢基体之间的界面中的空隙封闭，使得能够制造在滚动疲劳寿命上出色的机械部件。在本专利技术的另一个实施方案中，优选的是锻造加工是其中滚动元件在滚动方向上的塑性应变是压缩应变的加工。在本专利技术的另一个实施方案中，优选的是用于制造包含用于滚动元件沿环形材料内径表面滚动的滚动部的机械部件的方法是包括以下步骤的方法:准备环形材料；将所述环形材料设置在压缩装置中的环形约束(retraining)框架内；并且通过从所述环形材料一端的截面的至少一侧的方向对所述环形材料的至少一端的截面和内径表面施加压缩流体静应力进行锻造加工。在根据本专利技术的制造方法中，可以通过在上述手段中的环形材料的锻造加工中通过对所述环形材料的内径表面施加压缩流体静应力，优选施加至少为1.5乘以所述材料的屈服应力的压缩流体静应力进行锻造加工,或者通过优选地进行其中在滚动方向上滚动元件的塑性应变是压缩应变的锻造加工，在不需要在制造钢材时减少非金属夹杂物的量和减小其直径的情况下，封闭或减少在非金属夹杂物与钢基体之间的界面中存在的空隙。作为结果，可以避免归因于由源自非金属夹杂物的断裂产生的滚动疲劳的片状剥落，并且可以制造包含滚动疲劳寿命大大改善的出色的滚动部的机械部件。附图简述图1是说明根据本专利技术的用于环形基体的锻造过程的示意图。图2是按照根据本专利技术的方法制得的一个滚动轴承的轴向截面图。图3是示出按照根据本专利技术的方法制得的一个滚动轴承的CAE分析的图。图4是示出锻造前后的非金属夹杂物及其周边中的空隙的示意图。图5是示出常规热轧钢材的非金属夹杂物及其周边中的空隙的示意图。实施方案描述以下将参照表和图说明根据本专利技术的实施方案。首先，用于制造根据本专利技术的包含滚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造机械部件的方法，所述机械部件包含用于滚动元件沿着环形材料的内径表面滚动的滚动部，其中所述方法包括通过对要在其上形成所述滚动部的所述环形材料的内径表面施加压缩流体静应力进行锻造加工，从而在所述环形材料的内径表面上形成用于所述滚动元件沿其滚动的所述滚动部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.09 JP 2011-2702151.一种用于制造机械部件的方法，所述机械部件包含用于滚动元件沿着环形材料的内径表面滚动的滚动部，其中所述方法包括通过对要在其上形成所述滚动部的所述环形材料的内径表面施加压缩流体静应力进行锻造加工，从而在所述环形材料的内径表面上形成用于所述滚动元件沿其滚动的所述滚动部。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述锻造加工是通过对所述环形材料的内径表面施加不少于1.5乘以所述环形材料的屈服应力的流体静应力的加工。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述锻造加工是其中所述滚动元件在滚动方向上的塑性应变是压缩应变的加工。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，所述方法包括: 准备环形...

【专利技术属性】
技术研发人员：中沟利尚，
申请(专利权)人：山阳特殊制钢株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP