滚子元件及其制造方法技术

一种由轴承钢制成并经过渗碳处理的滚子元件，所述滚子元件包括：　　　　表面部分，该表面部分的范围从滚动面的表面到最大剪切应力作用的深度之间，所述表面部分含有总含量为１．０－１．６ｗｔ％的碳；　　　　其中，所述表面部分的组织内含有０．６－１．０ｗｔ％的溶质碳；　　　　其中，在所述表面部分析出碳化物，所述碳化物的含量为５－２０％面积比，每个碳化物的颗粒尺寸为３μｍ或更小。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，并特别涉及这样一种滚子元件，例如在凸轮设备中使用的凸轮的滚子从动件，用于驱动例如在车辆发动机中的阀系统内的锁定臂。
技术介绍
例如，在用于驱动车辆发动机阀系统内的锁定臂的凸轮设备中，润滑油未充分供给到凸轮与凸轮的滚子从动件之间的接触部分，使得润滑条件不好，此外，由于凸轮的滚子从动件不是纯粹与凸轮滚动接触，而是带有滑动的滚动接触，凸轮的滚子从动件容易在短时间内在作为滚动面的外表面上产生脱皮，导致使用寿命缩短。因此，为延长使用寿命，本专利技术的受让人提出一种凸轮的滚子从动件(专利公开号7-54616)，它包括经过渗碳处理的泡钢(表面渗碳钢)，其表面硬度为63-68罗氏C级硬度(以下简称“HRC”)，并且含有表面残留奥氏体为13-30vol％。确定表面硬度在HRC63-68之间的一个原因是，当存在尖锐外物或润滑层损坏时，避免该损坏变成脱皮起始点，以及确保刚度。另外，确定表面残留奥氏体为13-30vol％之间的一个原因是，防止刚度降低以避免裂纹发展，并且在加热时检查由于马氏体形变导致的尺寸变化。然而，上述现有的凸轮滚子从动件的表面几乎没有碳化物，抗磨损性不令人满意。作为一种原材料，采用表面渗碳钢。由于表面渗碳钢不能进行大规模生产，因此材料成本高，并且由于对表面渗碳钢进行渗碳处理或渗碳氮处理的热处理，表面渗碳钢成本高，使得凸轮滚子从动件的整体制造成本变大。因此考虑对利用轴承钢(高碳铬轴承钢)制成并成形为预定形状的滚子元件加工毛坯进行渗碳处理或渗碳氮处理以制造凸轮的滚子从动件，该轴承钢例如为JIS SUJ2，但是不能同时提高表面硬度并且精化碳化物，并且例如，如果对本身就含有大量碳和碳化物的JIS SUJ2进行渗碳处理，以便提高表面硬度，现有的碳化物会长得很大，最终会导致使用寿命缩短。因此，本专利技术的目的是提供一种具有比传统的凸轮滚子从动件寿命更长的凸轮滚子从动件，及其制造方法。
技术实现思路
根据本专利技术第一方面的滚子元件的特征在于包括经过渗碳处理的轴承钢，从其滚动表面到最大剪切应力的作用深度之间的表面部分内，碳的总含量在1.0-1.6wt％之间，在该表面部分的组织内，溶质碳(solute carbon)的含量在0.6-1.0wt％之间，所述表面部分析出面积比为5-20％并且晶粒尺寸为3μm或更小的碳化物。在本专利技术的第一方面，限制各个数值的理由如下所述。在表面部分碳的总含量将碳的总含量限制在1.0-1.6wt％之间，是因为如果超过上限，碳化物会变得很大，不能被精化。下限是根据例如为JIS SUJ2的轴承钢(高碳铬轴承钢)进行的必要决定。表面部分组织中的溶质碳的含量溶质碳的含量限定在0.6-1.0wt％之间，是因为如果低于下限，就不能获得希望的表面硬度，如果滚子元件上有尖锐的外物，例如在凸轮的滚子从动件的滚动面上，这会因为润滑状态受损时产生引起会变成脱皮起始点的损坏，而在很短时间内发生脱皮现象，并且如果超过上限，表面部分内的细小碳化物的数量将少于5％面积比，导致抗磨性能降低。表面部分中的碳化物的含量碳化物的含量限定在5-20％面积比之间，是因为如果低于下限，抗磨性下降，而如果超过上限，会出现粗大的碳化物，并且开始疲劳裂纹，导致滚子元件寿命缩短。表面部分中的碳化物的颗粒直径将碳化物的颗粒直径限制在3μm或更小的原因是，如果超过3μm，会开始出现类似于非金属夹杂物的疲劳裂纹，并且不能确保刚度。如果表面部分中的碳化物的含量和颗粒直径如上所述，碳化物在表面部分内均匀分布，并且残留奥氏体的稳定性提高，从而防止滚子元件的尺寸变化。根据本专利技术的第一方面，由于表面硬度提高，在出现尖锐外物或润滑状态破坏时可能防止产生成为脱皮起始点的损坏，并避免在短时间内出现脱皮，另外，避免抗磨性能下降同时确保硬度，因此，滚子元件获得较长的使用寿命。而且，滚子元件由用于轴承的大规模生产的轴承钢制成，因此材料成本低，所以制造总成本低。在轴承钢中，JISSUJ2尤其适于大规模生产，材料成本因而显著降低。在本专利技术的第一方面中，优选渗碳处理温度为840-870℃。在这种情况下，温度低于渗碳处理或渗碳氮处理的热处理温度，因此，热处理成本低。所以，制造总成本低。根据本专利技术第二方面的滚子元件，其特征在于，包括经过渗碳处理的轴承钢，从其滚动面到最大剪切应力的作用深度之间的表面部分内，碳的总含量在1.0-1.6wt％之间，wt残留奥氏体的含量为20-35vol％，压缩残留应力为150-1000Mpa，使得表面硬度为64或以上的罗氏C级硬度，并且所述表面部分有析出的10-25％面积比的碳化物，而且碳化物的颗粒直径为3μm或更小。在本专利技术的第二方面，限制各个数值的理由如下。在表面部分碳的总含量将碳的总含量限制在1.0-1.6wt％之间，是因为如果超过上限，碳化物会变得很大，不能被精化。下限是根据例如为JIS SUJ2的轴承钢进行的必要决定。表面部分中残留奥氏体的含量将残留奥氏体的含量限定在20-35vol％之间，是因为在该范围内，可以缓和滚动面的表面部分内出现的压缩应力，避免裂纹的进一步发展，提高刚度，更加延长滚子元件的使用寿命。但是，如果残留奥氏体的量少于20vol％，不能提供这些效果，如果超过35vol％，表面部分的表面硬度不会超过64HRC。表面部分中的压缩残留应力将压缩残留应力限定在150-1000Mpa之间，是因为在该范围内，可以避免裂纹发展，从而进一步延长滚子元件的使用寿命。但是，如果压缩残留应力少于150Mpa，不能提供这些效果，如果超过1000Mpa，由于过多压缩残留应力产生的时效变化就会成问题。表面部分的表面硬度将表面硬度限定在HRC64或以上，是为了避免在短时间内在滚动面上出现脱皮现象。表面硬度的理想的上限是大约为69，用于确保材料的刚度。表面部分碳化物的含量将碳化物含量的下限限定在10％面积比的理由是因为，如果碳化物的含量低于10％面积比，就会缺少微米级和亚微级碳化物，可能导致使用寿命的延长效果不令人满意。这里，微米级碳化物能防止导致疲劳出现的滑动区形变，尽管微米级碳化物不具有防止滑动区形变的效应，但是具有弥散在其中的效果。而且，将碳化物含量的上限限定在25％面积比的理由是因为，如果超过25％，碳化物的颗粒直径会不可避免地变大，相应碳化物之间的空间变小，而且碳化物的分布不均匀。表面部分碳化物的颗粒直径将碳化物的颗粒直径限制在3μm或更小的原因与前述第一方面提到的相同。如果表面部分中的碳化物的含量和颗粒直径如上所述，碳化物在表面部分内均匀分布，并且残留奥氏体的稳定性提高，从而防止滚子元件的尺寸变化。根据本专利技术的第二方面，由于表面硬度提高，在出现尖锐外物和润滑状态破坏时可能防止成为脱皮起始点的损坏产生，因此避免在短时间内出现脱皮，另外，避免抗磨性能下降同时确保刚度，因此，滚子元件获得较长的使用寿命。而且，滚子元件由用于轴承的大规模生产的轴承钢制成，因此材料成本低，所以制造总成本低。在轴承钢中，JIS SUJ2尤其适于大规模生产，材料成本因而显著降低。在本专利技术的第一方面中，优选渗碳处理温度为840-870℃。在这种情况下，温度低于渗碳处理或渗碳氮处理的热处理温度，因此，热处理成本低。所以，制造总成本低。根据本专利技术第三方面的滚子元件制造本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：后藤将夫，木泽克彦，
申请(专利权)人：光洋精工株式会社，
类型：发明
国别省市：