[發(fā)明專(zhuān)利]用于制造具有優(yōu)良滾動(dòng)疲勞壽命的機(jī)械部件的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280060698.5
• 申請(qǐng)日: 2012-12-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103987475A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 中溝利尚
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山陽(yáng)特殊制鋼株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): B21K21/16
• 分類(lèi)號(hào): B21K21/16;B21J5/02;C22C38/00;C22C38/44
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 王旭

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2011年12月9日提交的日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?011-270215的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用被結(jié)合在此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及由鋼材制成的機(jī)械部件如軸承、齒輪、輪轂單元、變速傳動(dòng)裝置、等速連接器或活塞銷(xiāo)的制造，并涉及包含對(duì)其而言要求良好的滾動(dòng)疲勞壽命作為其特性的環(huán)形體的機(jī)械部件的制造。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著各種機(jī)械裝置的日漸提高的性能，對(duì)其而言要求滾動(dòng)疲勞壽命的機(jī)械部件和裝置的使用環(huán)境變得非常嚴(yán)苛，導(dǎo)致對(duì)于提高這些機(jī)械部件或裝置的操作壽命和可靠性的強(qiáng)烈需求。針對(duì)這種需求，作為鋼材方面的措施，已經(jīng)進(jìn)行了鋼成分的適當(dāng)調(diào)節(jié)或與鋼成分一起含有的雜質(zhì)元素的減少。

構(gòu)成這些機(jī)械部件或裝置的鋼材含有雜質(zhì)元素以及鋼成分，并且Al₂O₃、MnS、TiN和其他由雜質(zhì)元素組成的非金屬夾雜物可以引起機(jī)械部件或裝置的鋼部件中的失效。出于這一原因，已知這些非金屬夾雜物是特別有害的。還已知的是，非金屬夾雜物的較大的直徑導(dǎo)致鋼部件較短的滾動(dòng)疲勞壽命。因此，已經(jīng)提出了多種具有降低量的非金屬夾雜物，具有提高的鋼的純化程度，并具有極度降低的含量的具有20μm以上的直徑的大的氧化物系非金屬夾雜物的高潔凈度鋼(例如，見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1和專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。

然而，即使將由這種高潔凈度鋼制成的鋼材用于機(jī)械部件或裝置，也仍然不能夠充分防止機(jī)械部件或裝置在短壽命范圍內(nèi)失效。出于這一原因，正在活躍地進(jìn)行著開(kāi)發(fā)，不僅降低在鋼材中的非金屬夾雜物的量，而且也進(jìn)一步降低非金屬夾雜物的直徑。

另一方面，也正在活躍地進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)，以在不減少鋼材中的非金屬夾雜物的量并且不降低其直徑的情況下，提供滾動(dòng)疲勞壽命出色的機(jī)械部件。例如，已經(jīng)提出了：(1)其中在通過(guò)滾動(dòng)制造部件的時(shí)候，控制在滾動(dòng)部上的纖維流(fiber?flow)，以獲得出色的滾動(dòng)疲勞壽命(例如，見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)3)的技術(shù)和(2)其中預(yù)先向滾動(dòng)部施加壓縮應(yīng)力，以獲得出色的滾動(dòng)疲勞壽命的技術(shù)(例如，見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)4)。此外，本發(fā)明的申請(qǐng)人已經(jīng)使用了(3)改善在鋼材中所含的非金屬夾雜物與基體鋼之間的界面狀態(tài)以由此獲得出色的滾動(dòng)疲勞壽命的技術(shù)。這些技術(shù)還公布在非專(zhuān)利文獻(xiàn)1和非專(zhuān)利文獻(xiàn)2中。

在非專(zhuān)利文獻(xiàn)1和非專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，如下說(shuō)明了導(dǎo)致滾動(dòng)疲勞失效，即片狀剝落的過(guò)程。即，在源自非金屬夾雜物的裂紋通過(guò)它們的生長(zhǎng)導(dǎo)致片狀剝落產(chǎn)生的過(guò)程中，產(chǎn)生其中由于在非金屬夾雜物的周邊上的應(yīng)力集中而導(dǎo)致裂紋位移的初始裂紋(在下文中，稱(chēng)為“模式I型初始裂紋”)。已知的是，這隨后經(jīng)由裂紋通過(guò)剪應(yīng)力的擴(kuò)展導(dǎo)致失效。這意味著，如果沒(méi)有產(chǎn)生模式I型初始裂紋，便不發(fā)生后續(xù)的裂紋擴(kuò)展或失效。此外，模式I型初始裂紋出現(xiàn)的前提是在非金屬夾雜物與基體之間的界面中產(chǎn)生物理間隙，即，空隙。在這些非專(zhuān)利文獻(xiàn)中也已經(jīng)證實(shí)了，除非產(chǎn)生有物理間隙，否則不產(chǎn)生模式I型裂紋。

圖5是一張示意圖，示出了當(dāng)通過(guò)掃描電子顯微鏡(FE-SEM)觀察以確定其中存在/不存在空隙時(shí)，在從熱軋鋼材上切出并隨后進(jìn)行離子磨的試樣塊中的非金屬夾雜物的周邊的圖像。在圖5中，代碼5表示Al₂O₃的非金屬夾雜物，而代碼4表示空隙，即，空穴。特別是在機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼中，通常進(jìn)行通過(guò)Al的脫氧。此時(shí)形成的Al₂O₃系非金屬夾雜物5被認(rèn)為，特別是在與基體的界面中，歸因于其與基體在可變形性上的差異或是歸因于其形狀，具有產(chǎn)生空隙4的傾向。因此，為了提高機(jī)械部件7的滾動(dòng)疲勞壽命，有效的是封閉在非金屬夾雜物5與基體之間的界面中存在的空隙4或減少空隙4的體積。

引用清單

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：JP2006-63402A

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：JP06-192790A

專(zhuān)利文獻(xiàn)3：JP4-357324A

專(zhuān)利文獻(xiàn)4：JP2006-77854A

非專(zhuān)利文獻(xiàn)

非專(zhuān)利文獻(xiàn)1：Tetsu-to-Hagane，94(2008)，第13頁(yè)

非專(zhuān)利文獻(xiàn)2：Kazuhiko?Hiraoka，Heisei20-Nendo?Academic?Dissertation?of?University?of?Hyogo(2008年1月)

發(fā)明概述