滚动部件和动力传动部件制造技术

本发明专利技术的目的是获得使用了滚动寿命提高到与轴承钢同等水平、而且表面龟裂的发生特性得到改进的中碳钢级的钢材的转动部件和具有该转动部件的动力传动部件。因此，使构成上述滚动部件的钢的高频淬火硬化部的相对拉伸型疲劳裂纹扩展的应力强度因子范围的下限值ΔＫｔｈ处于６．２ＭＰａ＊以上的范围内。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及受到反复拉伸应力的作用，在苛刻的润滑条件下及伴有滑动的条件下使用的由经高频淬火的钢材制成的滚动部件及具有该滚动部件的动力传动部件。
技术介绍
以滚动轴承为代表的形状较简单的滚动部件采用滚动寿命优良的SUJ2等轴承钢。但是由于轴承钢加工性差，因此不适用于形状复杂的滚动部件。而与此相反，S53C等中碳钢具有良好的加工性，因此适用于形状复杂的滚动部件。一般将中碳钢加工成复杂的形状后，对其滚动部位进行高频淬火后再使用。此外，中碳钢中贵重的合金元素含量少，因此价格低廉，还可节约稀有资源。但是多数情况下，在形状复杂的滚动部件的滚动部位不仅仅只受到单纯的滚动负荷。除了滚动以外，还伴有滑动，以及叠加滚动以外的反复拉伸应力，因此在滚动部位易产生龟裂，这样有时会迅速传播，导致致命的损伤。一般认为其原因是中碳钢的滚动寿命比轴承钢差。近来，随着节能化、小型化，在比以前更苛刻的条件下使用滚动部件的情况增多。要在考虑到生产性及成本的同时实现长寿命化，加工性差的轴承钢存在局限。因此，对以重新调整了以往中碳钢中所含的廉价合金元素C、Si、Mn的含量的钢材作为原材料制造的滚动部件的要求增高。具体说就是，迫切要求改进下述项目(1)及(2)。(1)在中碳钢级别下，使高频淬火部的滚动寿命提高到与轴承钢同等水平。(2)在中碳钢级别下，使阻止高频淬火部产生表面龟裂的阻力提高。上述(1)在提高对滚动疲劳的可靠性方面有效，(2)对抑制因滑动产生表面龟裂有效。专利技术的揭示本专利技术的目的是提供滚动部件及具有该滚动部件的动力传动部件，该滚动部件由滚动寿命提高到与轴承钢同等水平、且表面龟裂的发生特性得到改进的中碳钢级别的钢材制成。本专利技术的滚动部件中，在形成该滚动部件的钢的高频淬火硬化部具有 以上的相对拉伸型疲劳裂纹扩展的应力强度因子范围的下限值ΔKth。由于具有 以上的应力强度因子范围的下限值，因此相对拉伸应力的反复所引起的疲劳龟裂的产生和扩展的阻力高于以往材料(S53C)。以往，对滚动部件所用的钢材的高频淬火部并没有要求相对拉伸型疲劳裂纹扩展的应力强度因子范围的下限值ΔKth必须在规定值以上。此外，关于以往的滚动部件用的中碳钢S53C，没有揭示过在高频淬火部得到了上述应力强度因子范围的下限值ΔKth。通过确保上述应力强度因子范围的下限值ΔKth，在滚动以外还伴有滑动及叠加反复拉伸应力的条件下，在滚动部位基本不会发生表面龟裂及传播。附图的简单说明附图说明图1为采用本专利技术的滚动部件的车轮轴承和等速联轴节一体化的第3代轮毂组件的模式图。图2为采用本专利技术的滚动部件的车轮轴承和等速联轴节一体化的第4代轮毂组件的模式图。图3为实施例1中滚动的滚动疲劳寿命L10的实测值和预测值的关系图。图4为实施例2中疲劳裂纹扩展试验的测定中所用的试验片的示意图。图5为表示在疲劳裂纹扩展试验中求得应力强度因子的(4)式中的校正系数FI(a/W)和α(＝a/W)的关系的图。图6为根据疲劳裂纹扩展试验的龟裂扩展速度da/dN和应力强度因子范围ΔKI的关系，求出应力强度因子范围的下限值的方法的示意图。图7为实施例2中滚动的滚动疲劳寿命L10的实测值和预测值的关系图。实施专利技术的最佳方式接着，用实施例对本专利技术进行详细地说明。采用本专利技术的滚动部件的轮毂组件如图1和图2所示。图1为车轮轴承6和等速联轴节一体化的轮毂联轴节、即第3代轮毂组件(H/U)的模式图。图2为具有比上述第3代轮毂组件更先进的第4代H/U的车轮轴承6的模式图。图1所示的第3代H/U中，内圈滚道2的一端和轮毂圈4形成一体、另一个内圈滚道5由轮毂圈4紧固。外圈3为直接固定于关节的结构。该第3代H/U中，等速联轴节1为独立的部件。图2所示的第4代H/U为更小型的结构。内圈滚道中的一个滚道5和轮毂圈4形成一体，这与第3代相同，但另一个内圈滚道和联轴节外圈3形成一体。因此，对该部分就有两方面的要求，即(I)作为轴承滚道部的滚动疲劳寿命，以及(II)作为联轴节部的对伴有滑动的滚动摇动运动的寿命。实施例1如表1所示，本专利技术例采用了本专利技术的成分范围内的钢A1～A9作为原材料，比较例采用了本专利技术的成分范围外的钢B1～B10作为原材料。如表1的备注中所述，比较例B1为以往材料S53C，B10为轴承钢SUJ2。表1 *含0.2～0.3wt％ (1)滚动疲劳试验如前所述，中碳钢的缺点是滚动寿命低于轴承钢。如果考虑到将来要在所预测的苛刻的条件下使用，则最好具有与轴承钢同等的滚动寿命。对试验片进行了高频淬火处理使硬化层深度达到约2mm。在该试验中，以试验N数为15个，按滚动寿命为L10(10％寿命)进行了评价。以下所示为滚动疲劳试验的条件。(试验片尺寸)外径12mm×长22mm(配对钢球尺寸)直径19.05mm(最大接触表面压力Pmax)5.88GPa(负荷速度)46240次/分钟(润滑油)透平油VG68(2)滚动滑动疲劳试验如滚针轴承的配对轴、等速联轴节、球头螺钉等，在滚动部位存在滚动的过程中还伴有滑动的部位。不仅要在纯粹的滚动条件下达到长寿命，还必须在受到滑动的影响的条件下也确保长寿命。滚动滑动疲劳试验是对在滚动滑动条件下的寿命进行评价的2圆筒试验。对试验片进行了高频淬火处理使硬化层深度达到约2mm。以下所示为试验条件。(对象试验片)外径40mm×宽12mm、无外径复曲率(直线)(配对试验片)外径40mm×宽12mm、外径复曲率60mm、材质为轴承钢SUJ2(最大接触表面压力Pmax)3.5Gpa(转数)对象试验片1800rpm/配对试验片2000rpm(润滑油)透平油VG46(3)试验结果表2所示为滚动疲劳试验和滚动滑动疲劳试验的结果。在滚动寿命L10的实测值方面，以往的中碳钢S53C(比较例1)为2630×104、轴承钢SUJ2(比较例B10)为7300×104，S53C为轴承钢的一半以下。如果考虑到在本专利技术例中为仅有廉价的合金成分的构成，则希望具有即使达不到轴承钢的水平但至少约为S53C的2倍即5000×104以上的L10。根据该观点，本专利技术例A1～A9都显示在5000×104以上的实测值，特别是A5、A8、A9具有与轴承钢同等的寿命。表2 *1相对于新品的试验片的X射线半宽度的降低量比较例中，B2和B3在5000×104以上，但除此以外的合金元素含量较少的材料寿命短。表1所示的L10的预测值是相对L10的实测值、由以化学成分C、Si、Mn的量为因变数进行多重回归分析所得到的预测式、即下述式(1)的L求得的值。L＝11271(C)+5796(Si)+2665(Mn)-6955…(1)L和L10之间存在L10＝L×104的关系。因此，在L10和成分元素的含有率(wt％)之间下述(2)式成立。L10(×10-4)＝11271(C)+5796(Si)+2665(Mn)-6955…(2)图3为表示各钢的L10的实测值和预测式的关系的图，图中显示两者具有非常良好的相关性。即表示通过合金元素C、Si、Mn的量能够高精度地预测L10。不仅是本专利技术例A1～A9的C、Si、Mn的组成范围，只要是能够由式(2)求得的L10的预测值在5000×104以上的构成，就能够保证长寿命。在滚动滑动条件下的寿命方面，本专利技术例本文档来自技高网...

【技术保护点】
滚动部件，它是由钢制成的滚动部件，其特征在于，前述钢的高频淬火硬化部的相对拉伸型疲劳裂纹扩展的应力强度因子范围的下限值ΔＫｔｈ处于６．２ＭＰａ＊以上的范围内。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：松原幸生，前田喜久男，
申请(专利权)人：NTN株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]