CN101326302A - 碳氮共渗方法、机械零件的制造方法及机械零件 - Google Patents

Abstract

可以使氮的渗入速度提高而实现碳氮共渗处理的高效化的碳氮共渗方法是用于对由含有0.8质量％以上的碳的钢形成的被处理物进行碳氮共渗的碳氮共渗方法，具备控制热处理炉内的气氛的气氛控制工序、控制被处理物被赋予的温度历程的加热方式控制工序。气氛控制工序包含控制热处理炉内的未分解氨浓度的未分解氨浓度控制步骤、控制热处理炉内的一氧化碳和二氧化碳中的至少一方的分压的分压控制步骤。气氛控制工序中，以如下的条件实施未分解氨浓度控制步骤和分压控制步骤：将被处理物中的碳的活度设为a_C且热处理炉内的未分解氨浓度设为C_N时，以γ＝a_C/C_N定义的γ的值在2～5的范围内。

Description

碳氮共渗方法、机械零件的制造方法及机械零件

技术领域

本发明涉及碳氮共渗方法、机械零件的制造方法及机械零件，更具体涉及用于对由钢形成的被处理物进行碳氮共渗的碳氮共渗方法、包含对由钢形成的被处理物进行碳氮共渗的工序的机械零件的制造方法、由钢形成的实施了碳氮共渗的机械零件。

背景技术

通常，碳氮共渗处理、特别是对由钢形成的被处理物实施的气体碳氮共渗处理中，使RX气体和氨气(NH₃)以恒定的流量(单位时间的供给量)流入热处理炉内的同时，基于热处理炉内的二氧化碳(CO₂)的分压控制热处理炉内的碳势(C_P)值，从而控制该热处理炉内的气氛。在这里，渗入被处理物的表层部的氮量难以在碳氮共渗处理中直接测定。因此，对于各热处理炉，大多根据过去的实际生产情况等以经验确定氨气的流量和渗入被处理物的表层部的氮量的关系，调节可在碳氮共渗处理中直接测定的氨气的流量，从而控制渗入被处理物的表层部的氮量。

另外，该氨气的流量基于各热处理炉的过去的实际生产情况等并考虑到被处理物的量和形状等以经验确定，但需要对过去没有实际生产过的量或形状的被处理物进行碳氮共渗处理的情况下，必须进行用于确定该碳氮共渗处理中的最适氨气流量的试差。其结果是，不仅在确定最适的氨气流量前难以使被处理物的品质稳定，而且必须在量产生产线上实施上述试差，因此产生不满足要求品质的被处理物，很可能导致生产成本的上升。

针对这一问题，提出了通过调节残留于热处理炉内的气体氨的浓度、即未分解氨浓度(氨的残留气体浓度)，而非根据热处理炉的形状、被处理物的量和形状变化的氨气流量，从而控制渗入被处理物的氮量的方法(恒川好树，外2名，“气体碳氮共渗处理中的气孔的产生和氮的扩散行为”，热处理，1985年，25卷，5号，p.242-247(非专利文献1)和日本专利特开平8-13125号公报(专利文献1))。即，测定可在碳氮共渗处理中测定的未分解氨浓度，基于与热处理炉的形状和被处理物的量及形状等无关的可确定的未分解氨浓度和渗入被处理物的氮量的关系，调节氨气的流量。由此，在不通过试差来确定最适的氨气流量的情况下，就可以控制渗入被处理物的氮量，能够使被处理物的品质稳定。

非专利文献1：恒川好树，外2名，“气体碳氮共渗处理中的气孔的产生和氮的扩散行为”，热处理，1985年，25卷，5号，p.242-247

专利文献1：日本专利特开平8-13125号公报

发明的揭示

但是，包括上述的将未分解氨浓度作为参数的碳氮共渗处理方法，通过目前的碳氮共渗处理方法，难以控制氮向被处理物的渗入速度(从被处理物的表面的单位面积在单位时间内渗入的氮量)。碳氮共渗处理是机械零件的制造工序等中成本较高的步骤。因此，对于碳氮共渗处理，要求其处理成本降低。因此。如果可以通过控制氮向被处理物的渗入速度来使氮的渗入速度提高而实现碳氮共渗处理的高效化，则可以满足上述碳氮共渗处理的成本降低的要求。

于是，本发明的目的在于提供可以使氮的渗入速度提高而实现碳氮共渗处理的高效化的碳氮共渗方法。此外，本发明的目的还在于提供可以通过实施高效的碳氮共渗处理而降低制造成本的机械零件的制造方法。此外，本发明的目的还在于提供通过实施高效地碳氮共渗处理而降低了制造成本的机械零件。

本发明的一种形式的碳氮共渗方法是用于对由含有0.8质量％以上的碳的钢形成的被处理物进行碳氮共渗的碳氮共渗方法。本发明的一种形式的碳氮共渗方法具备以下的工序：控制热处理炉内的气氛的气氛控制工序；控制在热处理炉内被处理物被赋予的温度历程的加热方式控制工序。并且，气氛控制工序包含以下的步骤：控制热处理炉内的未分解氨浓度的未分解氨浓度控制步骤；控制热处理炉内的一氧化碳和二氧化碳中的至少一方的分压的分压控制步骤。气氛控制工序中，以如下的条件实施未分解氨浓度控制步骤和分压控制步骤：将被处理物中的碳的活度设为a_C且热处理炉内的未分解氨浓度设为C_N时，以γ＝a_C/C_N定义的γ的值在2～5的范围内。

本发明人对于热处理炉内的气氛和氮向被处理物的渗入行为的关系进行了详细的研究。而且，对于氮向被处理物的渗入速度，不仅着眼于热处理炉内的气氛中的未分解氨量，而且注意到以如下的式(1)定义的碳的活度也产生影响，并发现了以如下的式(2)定义的γ的值成为对于氮向被处理物的渗入行为造成影响的重要的因子。

$a_C=\frac{{\left(P_{\mathrm{CO}}\right)}^2}{K\×\left(P_{{\mathrm{CO}}_2}\right)}\·\·\·\left(1\right)$

$\mathrm{\γ}=\frac{a_C}{C_N}\·\·\·\left(2\right)$

即，如果γ恒定，则a_C越小，氮向被处理物的渗入速度就越大。另一方面，如果a_C恒定，则γ越小，氮向被处理物的渗入速度就越大。另外，对于由含有0.8质量％以上的碳的钢形成的被处理物，γ的值达到5时，氮向被处理物的渗入速度达到最大，γ的值为5以下时，氮的渗入速度恒定。即，通过使γ的值在5以下，可以使氮向由含有0.8质量％以上的碳的钢形成的被处理物的渗入速度最大。在这里，a_C为通过式(1)算出的钢中的计算上的碳的活度，P_CO为一氧化碳(CO)的分压，P_CO2为一氧化碳(CO₂)的分压，K为

中的平衡常数，C_N为热处理炉内的未分解氨浓度。

另一方面，如果如上所述实施碳氮共渗的热处理炉内的气氛的γ值为5以下，则可以使氮向被处理物的渗入速度最大，但如果γ的值过小，则产生别的问题。即，为了使γ的值不足2，必须提高氨向热处理炉的供给速度(氨的流量)。相应地，热处理炉内的一氧化碳的分压下降，因此为了保持碳势，需要使富化气向热处理炉内的导入量增加。因而，容易发生熏黑(热处理炉内产生烟灰，附着于被处理物)，被处理物可能会产生表面渗碳等品质上的问题。

本发明的一种形式的碳氮共渗方法中，加热方式控制工序中，被处理物被赋予所希望的温度历程的同时，气氛控制工序中热处理炉内的气氛的γ的值被控制在2～5，从而不仅抑制熏黑的发生，而且可以使氮向被处理物的渗入速度最大。其结果是，可以使氮向被处理物的渗入速度提高，实现碳氮共渗处理的高效化。

另外，未分解氨浓度是指被供给至热处理炉内的氨中，未被分解而以气体氨的状态残存的氨在热处理炉内的气氛中的浓度。

上述本发明的一种形式的碳氮共渗方法中，理想的是，未分解氨浓度控制步骤中，测定热处理炉内的未分解氨浓度，比较未分解氨浓度和γ的值达到2～5的范围的目标未分解氨浓度，调节被供给至热处理炉内的氨的流量。

由此，可以高精度地控制热处理炉内的气氛中的未分解氨浓度。其结果是，上述的气氛控制工序中的热处理炉内的γ值的控制变得容易。

上述本发明的一种形式的碳氮共渗方法中，理想的是，以被处理物被保持于A₁点以上的温度的期间内的γ值的最大值和最小值的差达到1以下的条件实施气氛控制工序。

如上所述，如果γ的值为5以下，则氮的渗入速度恒定，但若γ的值大幅变化，则a_C值可能会大幅变化。该情况下，如以下的式(3)所示，随着a_c值的变化，碳势(C_P)值也发生变化。在这里，A_S为依赖于温度的物性值。由此，用于控制被处理物的表层部的碳浓度的C_P值的控制变得困难。

C_P＝A_S×a_C    …(3)

针对这一问题，通过使进行被处理物的碳氮共渗时被处理物被保持于A₁点以上的温度的期间内的γ值的最大值和最小值的差在1以下，C_P值的控制变得容易。

另外，碳氮共渗处理中，需要更严密的C_P值的控制的情况下，较好是使被处理物被保持于A₁点以上的温度的期间内的γ值的最大值和最小值的差在0.6以下。此外，例如可以对γ的值设定2.3～4.7的规定的目标值，控制γ的值，使得相对于目标值γ的值在±0.5以下(理想的是±0.3以下)的范围内。

此外，被处理物的表层部是指被处理物的表面附近的区域，例如将成为实施精加工等而被处理物形成制品的状态下的自表面的距离为0.2mm以下的区域。即，被处理物的表层部是根据对于被处理物进行加工等而制成的制品的要求特性在被处理物形成制品的状态下需要控制氮浓度和碳浓度的区域，可以根据制品适当确定。

上述本发明的一种形式的碳氮共渗方法中，理想的是，基于根据构成被处理物的钢的组成确定的碳氮共渗时间及γ的值与距离被处理物的表面规定深度的区域内的氮浓度的关系，确定碳氮共渗时间；所述碳氮共渗时间为被处理物被保持于A₁点以上的温度的时间。

通常，碳氮共渗处理中的氮向被处理物的渗入速度是不仅依赖于碳氮共渗时间，而且也依赖于碳氮共渗处理中的C_N值、a_C值等的复杂的变量。因此，难以控制被处理物的内部的氮浓度的分布。但是，对于被处理物实施碳氮共渗处理后，实施精加工等而除去表面附近的区域的情况下，并非表面附近的区域，而是规定深度的区域的含氮量变得重要。针对这一问题，如果采用本发明的一种形式的碳氮共渗方法，如上所述氮向被处理物的渗入速度一直被保持在最大，因此如果γ的值恒定，则氮向具有规定组成的被处理物的渗入速度和碳氮共渗时间的关系恒定。因此，通过预先求出根据构成被处理物的钢的组成确定的γ的值及碳氮共渗时间与距离被处理物的表面规定深度的区域内的氮浓度的关系，从而基于该关系确定碳氮共渗时间，可以控制被处理物的所希望的深度的区域中的含氮量。

本发明的一种形式的机械零件的制造方法具备以下的工序：准备由含有0.8质量％以上的碳的钢形成且成形为机械零件的大致形状的钢制构件的钢制构件准备工序；对于钢制构件准备工序中所准备的钢制构件，在实施碳氮共渗处理后，从A₁点以上的温度冷却至M_S点以下的温度，从而将钢制构件淬火硬化的淬火硬化工序。而且，淬火硬化工序中的碳氮共渗处理使用上述的本发明的一种形式的碳氮共渗方法实施。

在这里，A₁点是指相当于加热钢时钢的组织开始从铁素体向奥氏体转变的温度的点。此外，M_S点是指相当于奥氏体化了的钢被冷却时开始马氏体化的温度的点。

如果采用本发明的一种形式的机械零件的制造方法，则在淬火硬化工序中采用适合于由含有0.8质量％以上的碳的钢形成的被处理物的上述的本发明的碳氮共渗方法，从而可以实施高效的碳氮共渗处理，降低机械零件的制造成本。

本发明的一种形式的机械零件通过上述的本发明的一种形式的机械零件的制造方法制成。由于通过上述的本发明的一种形式的机械零件的制造方法制成，本发明的一种形式的机械零件实施了高效的碳氮共渗处理，降低了制造成本。

上述本发明的一种形式的机械零件可以被用作构成轴承的零件。表面层通过实施碳氮共渗而被强化且制造成本降低了的本发明的一种形式的机械零件适合作为要求疲劳强度、耐磨损性等的构成轴承的零件。

另外，可以使用上述的本发明的一种形式的机械零件，构成具备套圈和与套圈接触的配置于圆环状的轨道上的滚动体的滚动轴承。即，套圈和滚动体中的至少一方为上述的本发明的一种形式的机械零件。通过具备表面层因实施碳氮共渗而被强化且制造成本降低了的本发明的一种形式的机械零件，如果采用该滚动轴承，可以提供制造成本降低且长寿命的滚动轴承。

另一方面，像上述的非专利文献1和专利文献1中所记载的将未分解氨浓度作为参数的碳氮共渗处理方法那样，碳氮共渗处理中被供给至热处理炉内的氨供给量变化的情况下，有时会产生被处理物的表层部中碳过度渗入的过渗碳组织、含碳量低下的脱碳组织、析出物(碳化物、碳氮化物等)消失的组织等不良组织，存在妨碍被处理物品质的稳定的问题。针对这一问题，本发明人发现了基于以下的本发明的另一种形式的碳氮共渗方法以及利用该方法的本发明的另一种形式的机械零件的制造方法及机械零件的该问题的解决方法。

本发明的另一种形式的碳氮共渗方法具备以下的工序：控制热处理炉内的气氛的气氛控制工序；控制在热处理炉内被处理物被赋予的温度历程的加热方式控制工序。气氛控制工序包含以下的步骤：通过调节被供给至热处理炉内的氨供给量来控制热处理炉内的未分解氨浓度的未分解氨浓度控制步骤；控制热处理炉内的一氧化碳和二氧化碳中的至少一方的分压的分压控制步骤。而且，分压控制步骤中，在氨供给量在未分解氨浓度控制步骤中被改变且一氧化碳的分压和二氧化碳的分压的比、即分压比变化的情况下，改变一氧化碳和二氧化碳中的至少一方的分压，从而消除从氨供给量改变前的分压比向氨供给量改变后的分压比的变化。

本发明人对于热处理炉内的气氛的控制状态和被处理物的表层部的不良组织的产生的关系进行了详细的研究。其结果是，发现改变被供给至热处理炉内的氨供给量(流量)的情况下，对渗碳行为产生影响的一氧化碳和二氧化碳的分压比随之变化，因此如果不实施充分考虑到该情况的气氛控制，则无法按照预期控制碳向被处理物的表层部的渗入行为，产生不良组织。而且，发现在碳氮共渗处理中，改变氨供给量的情况下，通过改变一氧化碳和二氧化碳中的至少一方的分压来立即消除一氧化碳和二氧化碳的分压比的变化，可以抑制不良组织的产生，从而想到了本发明。

即，如果采用本发明的另一种形式的碳氮共渗方法，则将热处理炉内的未分解氨浓度作为参数调节氨供给量，调整渗入被处理物的氮量。而且，因该氨供给量的调节而氨供给量变化的情况下，可以使随之变化的一氧化碳和二氧化碳的分压比尽快回复到变化前的状态。其结果是，该分压比成为参数，可以高精度地控制直接影响被处理物的渗碳行为(参照式(1)和式(3))的热处理炉内的碳势(C_P)值和被处理物中的碳的活度(a_C)等，能够抑制不良组织的产生，使被处理物的品质稳定。

上述本发明的另一种形式的碳氮共渗方法中，理想的是，未分解氨浓度控制步骤中，测定热处理炉内的未分解氨浓度，基于未分解氨浓度和被处理物的表层部中的氮浓度的关系，调节被供给至热处理炉内的氨的流量，从而控制被处理物的表层部中的氮浓度。

由此，可以高精度地控制热处理炉内的气氛中的未分解氨浓度，高精度地控制渗入被处理物的氮量。

上述本发明的另一种形式的碳氮共渗方法中，理想的是，未分解氨浓度控制步骤中的氨供给量的改变在氨供给量的改变前所实施的前一次氨供给量的改变后被供给至热处理炉的渗碳气体的20℃、1.05大气压时的体积达到热处理炉的容积以上之后实施。

本发明人对于抑制氨供给量的变化对一氧化碳和二氧化碳的分压比的控制精度的影响的方法进行了认真研究。其结果是，发现存在未分解氨浓度的控制通常所需的程度的氨供给量的变化的情况下，为了使随之变化了的一氧化碳和二氧化碳的分压比回复至氨供给量的变化前的状态，必须供给20℃、1.05大气压时热处理炉的容积以上的渗碳气体。

因此，由于确认满足了上述的条件后再进行氨供给量的变化，因而上述分压比回复至前一次氨供给量的改变前的状态后，进行新的氨供给量的改变。其结果是，上述本发明的另一种形式的碳氮共渗方法中，C_P、a_C等的控制变得更容易，不良组织的产生进一步得到抑制。

在这里，作为本发明的碳氮共渗方法中所使用的渗碳气体，例如可以使用RX气体和富化气的混合气体。此外，上述的一氧化碳和二氧化碳的分压比的控制可以通过调节作为富化气的丙烷(C₃H₈)气体、丁烷(C₄H₁₀)气体等的供给量(流量)来实施。

本发明的另一种形式的机械零件的制造方法具备以下的工序：准备成形为机械零件的大致形状的钢制构件的钢制构件准备工序；对于钢制构件准备工序中所准备的钢制构件，在实施碳氮共渗处理后，从A₁点以上的温度冷却至M_S点以下的温度，从而将钢制构件淬火硬化的淬火硬化工序。而且，淬火硬化工序中的碳氮共渗处理使用上述的本发明的另一种形式的碳氮共渗方法实施。

如果采用本发明的另一种形式的机械零件的制造方法，则在淬火硬化工序中采用可实现稳定的碳氮共渗处理的上述的本发明的另一种形式的碳氮共渗方法，从而可以制造具有稳定的品质的机械零件。

上述本发明的另一种形式的机械零件可以被用作构成轴承的零件。表面层通过实施碳氮共渗而被强化且品质稳定的本发明的另一种形式的机械零件适合作为要求疲劳强度、耐磨损性等的构成轴承的零件。

另外，可以使用上述的本发明的另一种形式的机械零件，构成具备套圈和与套圈接触的配置于圆环状的轨道上的滚动体的滚动轴承。即，套圈和滚动体中的至少一方为上述的本发明的另一种形式的机械零件。通过具备表面层因实施碳氮共渗而被强化且品质稳定的本发明的另一种形式的机械零件，如果采用该滚动轴承，可以提供品质稳定且长寿命的滚动轴承。

在这里，上述本发明的一种形式和另一种形式的碳氮共渗方法、机械零件的制造方法及机械零件可以分别单独地实施，也可以将两者组合实施。

由以上的说明可知，如果采用本发明的一种方式的碳氮共渗方法，则能够提供可以使氮的渗入速度提高而实现碳氮共渗处理的高效化的碳氮共渗方法。此外，如果采用本发明的一种方式的机械零件的制造方法，则能够提供可以通过实施高效的碳氮共渗处理而降低制造成本的机械零件的制造方法。此外，如果采用本发明的一种方式的机械零件，则能够提供通过实施高效的碳氮共渗处理而降低了制造成本的机械零件。

附图的简单说明

图1是表示具备实施方式1和实施方式2的机械零件的作为滚动轴承的深沟球轴承的结构的截面简图。

图2是表示具备实施方式1和实施方式2的第1变形例的机械零件的作为滚动轴承的推力滚针轴承的结构的截面简图。

图3是表示具备实施方式1和实施方式2的第2变形例的机械零件的等速万向节的结构的局部截面简图。

图4是沿图3的线段IV-IV的截面简图。

图5是表示图3的等速万向节形成角度的状态的局部截面简图。

图6是表示实施方式1和实施方式2的机械零件及具备该机械零件的机械元件的制造方法的概要的图。

图7是用于对实施方式1和实施方式2的机械零件的制造方法所包含的淬火硬化工序进行具体说明的图。

图8是表示图7的碳氮共渗程序所包含的加热方式控制工序中的加热方式(被处理物被赋予的温度历程)的一例的图。

图9是表示实施方式2的碳氮共渗程序具备的分压控制步骤所包含的一氧化碳和二氧化碳的分压比的控制方法的一例的图。

图10是表示实施方式2中图7的碳氮共渗程序具备的未分解氨浓度控制步骤的氨供给量调节过程所包含的氨供给量的控制方法的一例的图。

图11是表示在碳氮共渗处理时间9000秒、a_C值1.0的条件下实施碳氮共渗处理的情况下的热处理炉内的未分解氨量和向被处理物的氮渗入量(从被处理物的单位表面积渗入被处理物的内部的氮的质量)的关系的图。

图12是表示3个水平的a_C值时的γ值和氮渗入速度的关系的图。

图13是表示改变碳氮共渗时间和γ的值的情况下的氮渗入量的变化的图。

图14是表示被处理物的各深度的碳氮共渗时间和氮的活度的关系的图。

图15是表示使t₂为t₁的1/2时的C_P值的稳定性的图。

图16是表示使t₂与t₁相等时的C_P值的稳定性的图。

图17是表示使t₂为t₁的2倍时的C_P值的稳定性的图。

图18是表示到氨气供给流量被改变为止的时间t₂相对于与热处理炉的容量相同体积(20℃，1.05大气压)的渗碳气体被供给至热处理炉所需要的时间t₁的比例T对C_P值被保持于目标值的时间相对于碳氮共渗处理时间的比例、即C_P值稳定时间比例的影响的图。

符号的说明

1：深沟球轴承，2：推力滚针轴承，3：等速万向节，11：外圈，11A：外圈滚动面，12：内圈，12A：内圈滚动面，13：球，14：保持架，21：套圈，21A：套圈滚动面，23：滚针，24：保持架，31：内圈，31A：内圈球沟，32：外圈，32A：外圈球沟，33：球，34：保持架，35、36：轴。

实施发明的最佳方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。另外，以下的附图中，对于相同或相当的部分采用相同的参照编号，其说明不再重复。

(实施方式1)

参照图1，对作为本发明的一种形式的一实施方式的实施方式1的作为滚动轴承的深沟球轴承进行说明。

参照图1，实施方式1的深沟球轴承1具备环状的外圈11、配置于外圈11的内侧的环状的内圈12以及配置于外圈11和内圈12之间的保持于圆环状的保持架14的作为滚动体的多个球13。在外圈11的内周面形成有外圈滚动面11A，在内圈12的外周面形成有内圈滚动面12A。并且，外圈11和内圈12以内圈滚动面12A和外圈滚动面11A相互对向的状态配置。另外，多个球13与内圈滚动面12A和外圈滚动面11A接触且通过保持架14在圆周方向上以规定的间距配置，从而以可自由滚动的状态保持在圆环状的轨道上。通过以上的结构，深沟球轴承1的外圈11和内圈13可以相互相对地旋转。

在这里，作为机械零件的外圈11、内圈12、球13和保持架14中，特别是对于外圈11、内圈12和球13要求滚动疲劳强度和耐磨损性。因此，通过它们中的至少1个采用本发明的一种形式的机械零件，可以在降低深沟球轴承1的制造成本的同时，延长深沟球轴承1的寿命。

参照图2，对实施方式1的第1变形例的作为滚动轴承的推力滚针轴承进行说明。

参照图2，实施方式1的第1变形例的推力滚针轴承2具有圆盘状的形状，具备以一个主面相互对向的状态配置的作为滚动构件的一对套圈21、作为滚动构件的多个滚针23以及圆环状的保持架24。多个滚针23与形成于一对套圈21的相互对向的主面的套圈滚动面21A接触且通过保持架24在圆周方向上以规定的间距配置，从而以可自由滚动的状态保持在圆环状的轨道上。通过以上的结构，推力滚针轴承2的一对套圈21可以相互相对地旋转。

在这里，作为机械零件的套圈21、滚针23和保持架24中，特别是对于套圈21、滚针23要求滚动疲劳强度和耐磨损性。因此，通过它们中的至少1个采用本发明的一种形式的机械零件，可以在降低推力滚针轴承2的制造成本的同时，延长推力滚针轴承2的寿命。

参照图3～图5，对实施方式1的第2变形例的等速万向节进行说明。另外，图3对应于沿图4的线段III-III的截面简图。

参照图3～图5，实施方式1的第2变形例的等速万向节3具备连结于轴35的内圈31、以包围内圈31的外周侧的状态配置的连结于轴36的外圈32、配置于内圈31和外圈32间的转矩传递用的球33以及保持球33的保持架34。球33与形成于内圈31的外周面的内圈球沟31A和形成于外圈32的内周面的外圈球沟32A接触地配置，通过保持架34保持，使其不会脱落。

如图3所示，分别形成于内圈31的外周面和外圈32的内周面的内圈球沟31A和外圈球沟32A在通过轴35和轴36的中央的轴位于一条直线上的状态下分别形成以在该轴上的左右距离该轴上的万向节中心O相同距离的点A和点B为曲率中心的曲线(圆弧)状。即，内圈球沟31A和外圈球沟32A分别以接触内圈球沟31A和外圈球沟32A滚动的球33的中心P的轨迹形成在点A(内圈中心A)和点B(外圈中心B)具有曲率中心的曲线(圆弧)的状态形成。由此，等速万向节形成角度的情况(等速万向节以通过轴35和轴36的中央的轴交叉的状态动作的情况)下，球33一直位于通过轴35和轴36的中央的轴形成的角(∠AOB)的平分线上。

下面，对等速万向节3的动作进行说明。参照图3和图4，等速万向节3中，如果轴系的旋转传递至轴35、36的一方，则通过嵌入于内圈球沟31A和外圈球沟32A的球33，该旋转被传递至轴35、36的另一方。在这里，如图5所示轴35、36形成角度θ的情况下，球33被所述的在内圈中心A和外圈中心B具有曲率中心的内圈球沟31A和外圈球沟32A引导，被保持于中心P在∠AOB的平分线上的位置。在这里，内圈球沟31A和外圈球沟32A以从万向节中心O至内圈中心A的距离和至外圈中心B的距离相等的状态形成，因此从球33的中心P至内圈中心A和外圈中心B的距离分别相等，ΔOAP和ΔOBP全等。其结果是，从球33的中心P至轴35、36的距离L相等，轴35、36的一方绕轴旋转的情况下，另一方也等速地旋转。如上所述，等速万向节3在35、36形成角度θ的情况下也可以确保等速性。另外，保持架34在轴35、36旋转时与内圈球沟31A和外圈球沟32A一起防止球33从内圈球沟31A和外圈球沟32A飞出的同时，起到确定等速万向节3的万向节中心O的作用。

在这里，作为机械零件的外圈31、内圈32、球33和保持架34中，特别是对于外圈31、内圈32和球33要求滚动疲劳强度和耐磨损性。因此，通过它们中的至少1个采用本发明的一种形式的机械零件，可以在降低等速万向节3的制造成本的同时，延长等速万向节3的寿命。

下面，对作为本发明的一种形式的机械零件的制造方法的一实施方式的实施方式1的上述机械零件及具备上述机械零件的滚动轴承、等速万向节等机械元件的制造方法进行说明。参照图6，首先实施准备由含有0.8质量％以上的碳的钢形成且成形为机械零件的大致形状的钢制构件的钢制构件准备工序。具体来说，例如准备以含有0.8质量％以上的碳的棒钢为原材料，对于该棒钢实施切断、锻造、车削等加工，从而成形为作为机械零件的外圈11、套圈21、外圈31等机械零件的大致形状的钢制构件。

接着，实施对于钢制构件准备工序中所准备的钢制构件，在实施碳氮共渗处理后，从A₁点以上的温度冷却至M_S点以下的温度，从而将钢制构件淬火硬化的淬火硬化工序。对于该淬火硬化工序在后面进行详细叙述。

接着，对于实施了淬火硬化工序的钢制构件，实施通过加热至A₁点以下的温度而使淬火硬化了的钢制构件的韧性等提高的回火工序。具体来说，淬火硬化了的钢制构件被加热至作为A₁点以下的温度的150℃～350℃的温度，例如180℃，保持30分钟～240分钟的时间，例如120分钟，然后在室温的空气中冷却(空气冷却)。

然后，对于实施了回火工序的钢制构件，实施进行精加工等的精加工工序。具体来说，例如实施对于实施了回火工序的钢制构件的内圈滚动面12A、套圈滚动面21A、外圈球沟32A等的磨削加工。由此，本发明的实施方式1的机械零件完成，本发明的实施方式1的机械零件的制造方法完结。然后，实施组合完成的机械零件来组装机械元件的组装工序。具体来说，组合通过上述的工序制成的作为本发明的一种形式的机械零件的例如外圈11、内圈12、球13和保持架14，组装深沟球轴承1。由此，制成具备本发明的一种形式的机械零件的机械元件。

下面，参照图7和图8，对实施方式1的机械零件的制造方法所包含的淬火硬化工序进行详细说明。图8中，横向表示时间，越向右经过时间越长。此外，图8中，纵向表示温度，越向上温度越高。

参照图7，本发明的实施方式1的机械零件的制造方法的淬火硬化工序中，采用本发明的实施方式1的碳氮共渗方法实施碳氮共渗程序。本发明的实施方式1的碳氮共渗方法中，首先实施作为被处理物的钢制构件被碳氮共渗的碳氮共渗程序。然后，实施钢制构件被从A₁点以上的温度冷却至M_S点以下的温度的冷却程序。

碳氮共渗程序具备以下的工序：控制热处理炉内的气氛的气氛控制工序；控制在热处理炉内被处理物被赋予的温度历程的加热方式控制工序。该气氛控制工序和加热方式控制工序可以独立且平行地实施。而且，气氛控制工序包含以下的步骤：控制热处理炉内的未分解氨浓度的未分解氨浓度控制步骤；控制热处理炉内的一氧化碳和二氧化碳中的至少一方的分压的分压控制步骤。

分压控制步骤中，参照式(1)～(3)，通过控制热处理炉内的一氧化碳和二氧化碳中的至少一方的分压，控制a_C值来调整γ值的同时，调整C_P值。另外，气氛控制工序中，以γ的值在2～5的范围内的条件实施未分解氨浓度控制步骤和分压控制步骤。

具体来说，未分解氨浓度控制步骤中，首先实施测定热处理炉内的未分解氨浓度的未分解氨浓度测定过程。未分解氨浓度的测定例如可以使用气相色谱仪实施。接着，实施基于未分解氨浓度测定过程中测定的未分解氨浓度判断是否需要实施增减向热处理炉的氨气供给量的氨供给量调节过程的未分解氨浓度判断过程。该判断通过比较以γ的值达到2～5的范围条件预先确定的目标未分解氨浓度和测定的未分解氨浓度来实施。

未分解氨浓度未达到目标未分解氨浓度的情况下，实施用于增减热处理炉内的未分解氨浓度的氨供给量调节过程后，再次实施未分解氨浓度测定过程。氨供给量调节过程可以如下实施：对于单位时间从通过管道连接于热处理炉的氨气高压储气瓶流入热处理炉的氨的量(氨气的流量)，通过安装于该管道上的具备质量流量控制器等的流量控制装置进行调节。即，测定的未分解氨浓度高于目标未分解氨浓度的情况下，使上述流量降低，低于目标未分解氨浓度的情况下，使上述流量增加，从而实施氨供给量调节过程。该氨供给量调节过程中，测定的未分解氨浓度和目标未分解氨浓度之间存在规定的差的情况下，对于使流量增减多少，可以基于预先通过实验确定的氨气流量的增减和未分解氨浓度的增减的关系来确定。

另一方面，未分解氨浓度达到目标未分解氨浓度的情况下，不实施氨供给量调节过程，再次实施未分解氨浓度测定过程。

分压控制步骤中，通过调节作为富化气的丙烷(C₃H₈)气体、丁烷气体(C₄H₁₀)气体等的供给量，控制CO和CO₂的分压中的至少任一方的分压，调整a_C值。具体来说，例如使用红外线气体浓度测定装置测定气氛中的一氧化碳的分压P_CO和二氧化碳的分压P_CO2。接着，基于该测定值，调节作为富化气的丙烷(C₃H₈)气体、丁烷气体(C₄H₁₀)气体等的供给量，使a_C值达到目标值。

γ的值可以在通过未分解氨浓度控制步骤使未分解氨浓度保持恒定的状态下通过分压控制步骤改变a_C值来进行控制，也可以相反地在通过分压控制步骤使a_C值保持恒定的状态下通过未分解氨浓度控制步骤改变未分解氨浓度来进行控制。此外，可以通过未分解氨浓度控制步骤和分压控制步骤改变未分解氨浓度和a_C值来控制γ的值。

另外，上述γ的值接近5的情况下，为了将氮向被处理物的渗入速度可靠地保持在最高的状态，需要严密的气氛控制。为了使气氛控制变得容易，上述γ的值较好是在4.7以下。另一方面，从氮的渗入速度的角度来看，虽然可以使γ的值小到2，但为此需要加大导入热处理炉内的氨气的流量。但是，氨气的成本较高，因此为了降低碳氮共渗的成本，γ的值较好是在2.5以上。

加热方式控制工序中，控制作为被处理物的钢制构件被赋予的温度历程。具体来说，如图8所示，钢制构件在通过上述的气氛控制工序和分压控制步骤控制的气氛中被加热至作为A₁点以上的温度的800℃～1000℃的温度，例如850℃，保持60分钟～300分钟的时间，例如150分钟。经过该保持时间后加热方式控制工序即结束，同时气氛控制工序也终止。

然后，实施通过将钢制构件在油中浸渍(油冷)而从A₁点以上的温度冷却至M_S点以下的温度的冷却程序。通过以上的程序，钢制构件的表层部被碳氮共渗的同时淬火硬化。由此，实施方式1的淬火硬化工序完成。

如上所述，如果采用实施方式1的碳氮共渗方法，则对于由含有0.8质量％以上的碳的钢形成的被处理物，γ的值被控制在2～5的范围内，因此可以在抑制熏黑的发生的同时，使氮向被处理物的渗入速度最大。其结果是，氮向被处理物的渗入速度提高，实现碳氮共渗处理的高效化。

另外，如果采用实施方式1的碳氮共渗方法，则未分解氨浓度以基于热处理炉内的未分解氨浓度的测定值研究是否需要调整氨供给量而使未分解氨浓度达到目标浓度的方式进行控制。因此，可以高精度地控制热处理炉内的气氛中的未分解氨浓度。其结果是，上述的气氛控制工序中的热处理炉内的γ值的控制变得容易。

此外，如果采用实施方式1的机械零件的制造方法，则可以制造制造成本降低且实施了碳氮共渗处理的机械零件。此外，实施方式1的机械零件是制造成本降低且实施了碳氮共渗处理的机械零件。

此外，本发明的一种形式的碳氮共渗方法中，较好是基于根据构成作为被处理物的钢制构件的钢的组成确定的γ的值及碳氮共渗时间与距离被处理物的表面规定深度的区域内的氮浓度的关系，确定碳氮共渗时间。具体来说，在规定的γ值的基础上，由某种组成的钢形成的试验片在热处理炉中以各种碳氮共渗时间实际进行碳氮共渗，确定各深度的区域内的碳氮共渗时间和氮浓度的关系。这时，热处理方式、特别是A₁点以上的温度区域内的升温和降温相对于时间的比例(升温速度和降温速度)与实际进行热处理的钢制构件的升温速度和降温速度的差较好是在50％以下。各深度的区域内的氮浓度可以通过例如EPMA(Electron Probe Micro Analysis，电子探针微区分析)进行测定。并且，将作为被处理物的钢制构件碳氮共渗时，考虑该被处理物的碳氮共渗后的加工工序、之后的使用状态等确定需要控制氮浓度的深度，基于上述的关系以需要控制氮浓度的深度的氮浓度达到所需的浓度的条件确定碳氮共渗时间。

上述γ的值及碳氮共渗时间与距离被处理物的表面规定深度的区域内的氮浓度的关系根据构成被处理物的钢的组成确定，因此通过预先确定该关系，对于同一组成的被处理物，在被处理物的形状等变化了的情况下，也可以基于该关系确定碳氮共渗时间。由此，可以容易地控制被处理物中重要的所需深度的区域内的含氮量。

(实施方式2)

下面，参照图1，对作为本发明的另一种形式的一实施方式的实施方式2的作为滚动轴承的深沟球轴承进行说明。

参照图1，实施方式2的深沟球轴承1基本上具有与实施方式1的深沟球轴承1同样的结构，可以同样地动作。

在这里，作为机械零件的外圈11、内圈12、球13和保持架14中，特别是对于外圈11、内圈12和球13要求滚动疲劳强度和耐磨损性。因此，通过它们中的至少1个采用本发明的另一种形式的机械零件，可以在使深沟球轴承1的品质稳定的同时，延长其寿命。

下面，参照图2，对作为本发明的另一种形式的一实施方式的实施方式2的第1变形例的作为滚动轴承的推力滚针轴承进行说明。

参照图2，实施方式2的第1变形例的推力滚针轴承2基本上具有与上述的实施方式1的第1变形例的推力滚针轴承2同样的结构，可以同样地动作。

在这里，作为机械零件的套圈21、滚针23和保持架24中，特别是对于套圈21、滚针23要求滚动疲劳强度和耐磨损性。因此，通过它们中的至少1个采用本发明的另一种形式的机械零件，可以在使推力滚针轴承2的品质稳定的同时，延长其寿命。

下面，参照图3～图5，对作为本发明的另一种形式的一实施方式的实施方式2的第2变形例的等速万向节进行说明。

参照图3～图5，实施方式2的第2变形例的等速万向节3基本上具有与上述的实施方式1的第2变形例的等速万向节3同样的结构，可以同样地动作。

在这里，作为机械零件的外圈31、内圈32、球33和保持架34中，特别是对于外圈31、内圈32和球33要求滚动疲劳强度和耐磨损性。因此，通过它们中的至少1个采用本发明的另一种形式的机械零件，可以在使等速万向节3的品质稳定的同时，延长其寿命。

下面，对作为本发明的另一种形式的机械零件的制造方法的一实施方式的实施方式2的上述机械零件及具备上述机械零件的滚动轴承、等速万向节等机械元件的制造方法进行说明。参照图6，首先实施准备成形为机械零件的大致形状的钢制构件的钢制构件准备工序。具体来说，例如准备以棒钢为原材料，对于该棒钢实施切断、锻造、车削等加工，从而成形为作为机械零件的外圈11、套圈21、外圈31等机械零件的大致形状的钢制构件。

接着，实施对于钢制构件准备工序中所准备的钢制构件，在实施碳氮共渗处理后，从A₁点以上的温度冷却至M_S点以下的温度，从而将钢制构件淬火硬化的淬火硬化工序。对于该淬火硬化工序在后面进行详细叙述。

接着，对于实施了淬火硬化工序的钢制构件，实施通过加热至A₁点以下的温度而使淬火硬化了的钢制构件的韧性等提高的回火工序。具体来说，淬火硬化了的钢制构件被加热至作为A₁点以下的温度的150℃～350℃的温度，例如180℃，保持30分钟～240分钟的时间，例如120分钟，然后在室温的空气中冷却(空气冷却)。

然后，对于实施了回火工序的钢制构件，实施进行精加工等的精加工工序。具体来说，例如实施对于实施了回火工序的钢制构件的内圈滚动面12A、套圈滚动面21A、外圈球沟32A等的磨削加工。由此，本发明的实施方式2的机械零件完成，本发明的实施方式2的机械零件的制造方法完结。然后，实施组合完成的机械零件来组装机械元件的组装工序。具体来说，组合通过上述的工序制成的作为本发明的另一种形式的机械零件的例如外圈11、内圈12、球13和保持架14，组装深沟球轴承1。由此，制成具备本发明的另一种形式的机械零件的机械元件。

下面，参照图7～图9，对实施方式2的机械零件的制造方法所包含的淬火硬化工序进行详细说明。

参照图7，实施方式2的机械零件的制造方法的淬火硬化工序中，采用本发明的实施方式2的碳氮共渗方法实施碳氮共渗程序。实施方式2的碳氮共渗方法中，首先实施作为被处理物的钢制构件被碳氮共渗的碳氮共渗程序。然后，实施钢制构件被从A₁点以上的温度冷却至M_S点以下的温度的冷却程序。

碳氮共渗程序具备以下的工序：控制热处理炉内的气氛的气氛控制工序；控制在热处理炉内被处理物被赋予的温度历程的加热方式控制工序。该气氛控制工序和加热方式控制工序可以独立且平行地实施。而且，气氛控制工序包含以下的步骤：控制热处理炉内的未分解氨浓度的未分解氨浓度控制步骤；控制热处理炉内的一氧化碳和二氧化碳中的至少一方的分压的分压控制步骤。

具体来说，未分解氨浓度控制步骤中，首先实施测定热处理炉内的未分解氨浓度的未分解氨浓度测定过程。未分解氨浓度的测定例如可以使用气相色谱仪实施。接着，实施基于未分解氨浓度测定过程中测定的未分解氨浓度判断是否需要实施增减向热处理炉的氨气供给量的氨供给量调节过程的未分解氨浓度判断过程。该判断例如基于预先通过实验求得的未分解氨浓度和被处理物的表层部内的氮浓度的关系来实施。

在这里，参照图11，对实施方式2的未分解氨浓度判断过程的实施的一种方式进行说明。

参照图11，在a_C值为1.0、碳氮共渗处理的实施时间为9000秒的条件下，希望使向被处理物的氮渗入量为某个值的情况下，可以根据图11的关系确定目标未分解氨浓度。因此，未分解氨浓度判断过程中，可以根据未分解氨浓度测定过程中测定的未分解氨浓度是否达到该目标未分解氨浓度来判断是否需要实施氨供给量调节过程。另外，用于确定目标未分解氨浓度的关系不局限于如上所述的未分解氨浓度和氮渗入量的关系，例如还可以是未分解氨浓度和距离被处理物的表面规定深度的位置的氮浓度的关系等。

参照图7，未分解氨浓度未达到目标未分解氨浓度的情况下，实施用于增减热处理炉内的未分解氨浓度的氨供给量调节过程后，再次实施未分解氨浓度测定过程。氨供给量调节过程可以如下实施：对于单位时间从通过管道连接于热处理炉的氨气高压储气瓶流入热处理炉的氨的量(氨气的流量)，通过安装于该管道上的具备质量流量控制器等的流量控制装置进行调节。即，可以通过测定的未分解氨浓度高于目标未分解氨浓度的情况下，使上述流量降低，低于目标未分解氨浓度的情况下，使上述流量增加，从而实施氨供给量调节过程。该氨供给量调节过程中，测定的未分解氨浓度和目标未分解氨浓度之间存在规定的差的情况下，对于使流量增减多少，可以基于预先通过实验确定的氨气流量的增减和未分解氨浓度的增减的关系来确定。

另一方面，未分解氨浓度达到目标未分解氨浓度的情况下，不实施氨供给量调节过程，再次实施未分解氨浓度测定过程。

分压控制步骤中，通过调节作为富化气的丙烷(C₃H₈)气体、丁烷气体(C₄H₁₀)气体等的供给量，控制CO和CO₂的分压中的至少任一方的分压，调整a_C值或C_P值等。具体来说，例如使用红外线气体浓度测定装置测定气氛中的一氧化碳的分压P_CO和二氧化碳的分压P_CO2。接着，基于该测定值，调节作为富化气的丙烷(C₃H₈)气体、丁烷气体(C₄H₁₀)气体等的供给量，使a_C值或C_P值等达到目标值。

在这里，分压控制步骤中，在氨供给量在未分解氨浓度控制步骤中被改变且一氧化碳的分压和二氧化碳的分压的比、即分压比变化的情况下，改变一氧化碳和二氧化碳中的至少一方的分压，从而消除从氨供给量改变前的分压比向氨供给量改变后的分压比的变化。

具体来说，如图9所示，首先实施判断规定时间内氨供给量是否发生了变化的供给量变化判断过程。如前所述，氨供给量发生了变化的情况下，例如一氧化碳的分压随之变化。基于热处理炉的容量等考虑从氨供给量的变化至对一氧化碳的分压的影响出现的时间，预先确定上述规定时间，根据该规定时间内氨供给量是否发生了变化，判断是否需要后述的一氧化碳和二氧化碳的分压的测定。

规定时间内氨供给量未发生变化的情况下，实施作为通常那样的分压控制步骤的常规分压控制步骤，例如每隔一定时间测定气氛中的一氧化碳的分压P_CO和/或二氧化碳的分压P_CO2，调节富化气的供给量而使a_C值或C_P值等达到目标值的步骤。或者，可以每隔一定时间实施与后述的图9的从实施CO，CO₂的分压测定的过程至控制CO，CO₂的分压而使判断变量达到基准值的过程为止同样的过程。接着，再次实施供给量变化判断步骤。

另一方面，规定时间内氨供给量发生了变化的情况下，实施测定一氧化碳的分压P_CO和/或二氧化碳的分压P_CO2的分压测定过程，实施算出分压比P_CO/P_CO2、a_C值、C_P值等判断变量的判断变量算出过程。接着，实施判断该判断变量是否达到预先确定的基准值的判断变量判断过程。判断变量达到基准值的情况下，例如作为判断变量的C_P值达到基准值1.0或者规定的允许范围内(例如0.95～1.05)的情况下，直接结束应对氨供给量的变更的本步骤。判断变量未达到基准值的情况下，实施控制CO，CO₂的分压而使判断变量达到基准值的过程。例如，P_CO下降而作为判断变量的分压比P_CO/P_CO2小于基准值的情况下，为了使判断变量达到基准值，例如改变富化气的流量，从而使P_CO2下降而使分压比P_CO/P_CO2回到基准值。

另一方面，加热方式控制工序中，控制作为被处理物的钢制构件被赋予的温度历程。具体来说，如图8所示，钢制构件在通过上述的气氛控制工序控制的气氛中被加热至作为A₁点以上的温度的800℃～1000℃的温度，例如850℃，保持60分钟～300分钟的时间，例如150分钟。经过该保持时间后加热方式控制工序即结束，同时气氛控制工序也终止。

然后，参照图7，实施通过将钢制构件在油中浸渍(油冷)而从A₁点以上的温度冷却至M_S点以下的温度的冷却程序。通过以上的程序，钢制构件的表层部被碳氮共渗的同时淬火硬化。由此，实施方式2的淬火硬化工序完成。

如上所述，如果采用实施方式2的碳氮共渗方法，则通常实施例如每隔一定时间测定气氛中的一氧化碳的分压P_CO和/或二氧化碳的分压P_CO2，调节富化气的供给量而使a_C值或C_P值等达到目标值的步骤；另一方面，氨供给量发生了变化的情况下，根据该变化判断分压比P_CO/P_CO2的调整的必要性，改变P_CO和P_CO2中的至少任一方的分压，使a_C值或C_P值等达到目标值。即，P_CO和P_CO2中的一方的分压上升的情况下，对应于其上升的量降低该分压，或者该分压下降的情况下，对应于其下降的量升高该分压，从而可以消除分压比P_CO/P_CO2的变化。此外，一方的分压恰好上升氨供给量变化前的分压的x％时，使另一方的分压也恰好上升氨供给量变化前的分压的x％，一方的分压恰好降低氨供给量变化前的分压的x％时，使另一方的分压也恰好降低氨供给量变化前的分压的x％，从而可以消除分压比P_CO/P_CO2的变化。其结果是，可以高精度地控制直接影响被处理物的渗碳行为的热处理炉内的C_P值和a_C值，抑制不良组织的产生，能够使被处理物的品质稳定。

另外，如果采用实施方式2的碳氮共渗方法，则未分解氨浓度以基于热处理炉内的未分解氨浓度的测定值使未分解氨浓度达到目标浓度的方式进行控制。因此，可以高精度地控制热处理炉内的气氛中的未分解氨浓度，对于渗入被处理物的氮量的高精度控制变得容易。

另外，实施方式2的碳氮共渗方法中，较好是未分解氨浓度控制步骤中的氨供给量的改变在氨供给量的改变前所实施的前一次氨供给量的改变后被供给至热处理炉的渗碳气体的20℃、1.05大气压时的体积达到热处理炉的容积以上之后实施。

具体来说，例如在未分解氨浓度控制步骤的氨供给量调节过程中，较好是实施如下的控制。参照图7和图10，在图7的氨供给量调节过程中，如图10所示，先实施判断前一次实施的氨供给量的改变后是否供给了规定体积、例如热处理炉的容积以上的渗碳气体的渗碳气体供给量判断程序。

前一次实施的氨供给量的改变后，例如供给热处理炉的容积以上的渗碳气体的情况下，氨供给量被改变，从而氨供给量调节过程结束。另一方面，尚未供给热处理炉的容积以上的渗碳气体的情况下，不实施氨供给量的改变，再次实施渗碳气体供给量判断程序。是否供给了规定体积以上的渗碳气体的判断在渗碳气体的流量恒定的情况下可以根据导入规定体积的渗碳气体所需的时间来判断。此外，渗碳气体的流量变化的情况下，可以通过累计流入的渗碳气体的体积来判断。

如前所述，存在未分解氨浓度的控制通常所需的程度的氨供给量的变化的情况下，为了使随之变化了的一氧化碳和二氧化碳的分压比回复至氨供给量的变化前的状态，必须供给20℃、1.05大气压时热处理炉的容积以上的渗碳气体。因此，通过如上所述实施氨供给量调节步骤，分压比P_CO/P_CO2回复至前一次氨供给量的改变前的状态后，进行新的氨供给量的改变，因此C_P值、a_C值等的控制变得更容易，不良组织的产生进一步得到抑制。

另外，从使C_P值、a_C值等的控制更容易的角度来看，较好是在供给了热处理炉的容积的2倍以上的渗碳气体后实施氨供给量的改变，更好是为了使其稳定而在供给了3倍以上的渗碳气体后实施氨供给量的改变。另一方面，为了充分地进行残留氨浓度的控制，理想的是在供给了热处理炉的容积的4倍以下、较好是3倍以下的渗碳气体后实施氨供给量的改变。

此外，如果采用上述的实施方式2的机械零件的制造方法，则通过实施稳定的碳氮共渗处理，可制造具有稳定的品质的机械零件。此外，实施方式2的机械零件通过实施稳定的碳氮共渗处理而成为品质稳定的机械零件。

另外，实施方式1和2中，作为本发明的机械零件的一例，对深沟球轴承、推力滚针轴承、等速万向节进行了说明，但本发明的机械零件并不局限于此，可以是例如轮毂、齿轮、轴等要求表层部的疲劳强度、耐磨损性的机械零件。

(实施例1)

以下，对本发明的实施例1进行说明。进行了调查γ的值和向被处理物的氮渗入速度的关系的实验。实验的步骤如下。

实验中使用的热处理炉的容量为120L(升)。被处理物采用JIS SUJ2(含碳量1质量％)制的外径φ38mm、内径φ30mm、宽10mm的环，在热处理炉内插入101g(克)。加热方式采用与图8同样的方式，碳氮共渗的保持温度设为850℃。接着，a_C值采用0.76～1.24的3种水平，改变C_N值来使γ的值变化，测定在9000秒的渗碳时间内渗入的氮的质量，从而算出每1秒从1mm²被处理物的表面渗入的氮的质量(单位：g)，即氮渗入速度(单位：g/mm²·秒)。渗入的氮的量通过EPMA测定。

图12中，横轴为γ的值，纵轴为氮渗入速度。并且，圆形标记和虚线表示a_C为0.76的情况，三角形标记和实线表示a_C为1.05的情况，正方形标记和点划线表示a_C为1.24的情况。参照图12，对a_C值及γ值和氮渗入速度的关系进行说明。

参照图12，如果γ恒定，则a_C越小，氮向被处理物的渗入速度越大。另一方面，如果a_C恒定，则γ越小，氮向被处理物的渗入速度越大。而且，γ的值达到5时，氮向被处理物的渗入速度达到最大，γ的值在5以下时，氮的渗入速度恒定。因此，通过使γ的值在5以下，可以使氮向被处理物的渗入速度最大。

另外，在相同的试验条件下，进行了调查改变碳氮共渗时间的情况下的氮渗入量的实验。γ的值采用2.9～23.8的6种水平。图13中，横轴表示碳氮共渗时间，纵轴表示从1mm²被处理物的表面渗入的氮的质量(单位：g)，即氮渗入量(单位：g/mm²)。而且，粗实线表示γ为2.9的情况，细实线表示γ为4.2的情况，点划线表示γ为5.0的情况，窄虚线表示γ为8.0的情况，二点划线表示γ为14.0的情况，宽虚线表示γ为23.8的情况。参照图13，对改变碳氮共渗时间和γ的值的情况下的氮渗入量的变化进行说明。

参照图13，任一种γ的值的情况下，都存在氮渗入量随碳氮共渗时间的增加而增加的倾向，氮渗入量随γ的值的增大而增大。但是，γ的值在5.0以下的γ的值为5.0、4.2和2.9的情况下，氮渗入量相对于碳氮共渗时间的变化大致相同。由此可知，到碳氮共渗时间9000秒时为止的氮渗入速度不仅在γ的值在5.0以下时相同，而且γ的值在5.0以下时氮渗入速度随碳氮共渗时间的推移的变化也大致相同。由上述情况可知，碳氮共渗处理中，通过使热处理炉内的气氛中的γ的值在5以下，不仅向被处理物的氮渗入速度达到最大，而且显示出固定的渗入行为。

另外，根据对于由各种组成的钢形成的被处理物的与上述相同的实验的结果，上述的氮的渗入行为对于由含有0.8质量％以上的碳的钢形成的被处理物表现显著。因此，利用上述的氮的渗入行为的本发明的一种形式的碳氮共渗方法可以有效地使用于由含有0.8质量％以上的碳的钢形成的被处理物。在这里，作为含有0.8质量％以上的碳的钢、即共析钢及过共析钢，可以例举例如作为轴承钢的JIS SUJ2及与其相当的SAE52100、DIN标准100Cr6，以及JIS SUJ3，作为弹簧钢的JIS SUP3、SUP4，作为工具钢的JISSK2、SK3等。

(实施例2)

以下，对本发明的实施例2进行说明。进行了调查保持γ的值恒定时的碳氮共渗时间和距离被处理物的表面的各深度的区域内的氮浓度的关系的实验。实验的步骤如下。

实验中使用的热处理炉的容量为120L。实验的条件基本上与实施例1相同。接着，将γ的值设为4.2，实施了各种碳氮共渗时间的碳氮共渗。然后，通过EPMA在自被处理物的表面的深度方向上测定氮浓度的分布，换算成钢中的氮相对于固溶限的比(活度)。

图14中，横轴为碳氮共渗时间，纵轴为构成被处理物的钢中的氮的活度。此外，粗实线、细实线、点划线、虚线、二点划线分别表示表面、深度0.05mm、深度0.1mm、深度0.15mm、深度0.2mm的区域的碳氮共渗时间和活度的关系。参照图14，对被处理物的各深度的碳氮共渗时间和氮的活度的关系进行说明。

参照图14，表面的氮的活度在碳氮共渗时间1800秒达到固溶限。而且，随着深度的加深，活度的上升需要更多的时间，活度的上升相对于碳氮共渗时间的比例根据深度而不同。在无法控制氮渗入速度的目前的碳氮共渗方法中，图14的关系根据气氛的a_C值和C_N值变化。因此，被处理物的形状或量变化而气氛的a_C值和C_N值变化的情况下，难以根据图14的关系确定用于在所需的深度获得所需的氮浓度的碳氮共渗时间。针对这一问题，如果采用本发明的一种形式的碳氮共渗方法，通过使γ的值在5以下，即使被处理物的形状或量变化，也可以如图13所示保持氮渗入速度相对于碳氮共渗时间的变化恒定。因此，即使被处理物的形状或量变化，只要构成被处理物的钢的组成不变化，图14的关系就不变。其结果是，可以由根据构成被处理物的钢的组成确定的图14的关系来确定用于在所需的深度获得所需的氮活度的碳氮共渗时间。

另外，图14的纵轴为被处理物中的氮的活度，活度是氮浓度相对于作为根据材料确定的物性值的氮的固溶限的比。因此，图14的纵轴的氮的活度与氮浓度具有一一对应的关系。因此，可以根据图14的关系来确定用于在所需的深度获得所需的氮浓度的碳氮共渗时间。此外，可以制成以碳氮共渗时间为横轴、氮浓度为纵轴的关系图，基于该图确定用于在所需的深度获得所需的氮浓度的碳氮共渗时间。

如上所述，如果采用本发明的一种形式的碳氮共渗方法，可以保持氮渗入速度相对于碳氮共渗时间的变化恒定，因此通过对应于构成被处理物的钢的组成，预先求得保持γ的值为任意的固定值时的与图14同样的关系，从而可以确定用于在所需的深度获得所需的氮浓度的碳氮共渗时间。。

(实施例3)

以下，对本发明的实施例3进行说明。进行了调查氨供给量的改变频率对C_P值的稳定性的影响的实验。实验的步骤如下。

实验中使用的热处理炉的容量为120L(升)。被处理物采用JIS SUJ2(含碳量1质量％)制的外径φ38mm、内径φ30mm、宽10mm的环，在热处理炉内插入约101g。加热方式采用与图8同样的方式，碳氮共渗的保持温度设为850℃。接着，以恒定流量向热处理炉供给渗碳气体(RX气体和富化气的混合气体)的同时，每隔时间t₂改变氨气的供给流量。接着，进行如下的控制：对应于伴随氨气的供给流量的改变的一氧化碳的分压P_CO的变化，通过调节富化气的流量使二氧化碳的分压P_CO2变化，保持分压比P_CO/P_CO2恒定，同时保持C_P值恒定。在这里，渗碳气体在20℃、1.05大气压的条件下用时间t₁供给至热处理炉120L，即热处理炉的容量。接着，使t₂在3种水平变化，测定热处理炉内的一氧化碳的分压P_CO和二氧化碳的分压P_CO2，通过式(1)和(3)算出C_P值，调查C_P值的稳定性。

图15～图17中，横轴表示碳氮共渗处理的经过时间(处理时间)，越向右表示经过的处理时间越长。此外，图15～图17中，纵轴表示一氧化碳(CO)的分压、二氧化碳(CO₂)的分压、氨气供给流量和C_P值，分别越向上表示值越大。另外，图15～图17中，实线表示一氧化碳的分压，虚线表示二氧化碳的分压，点划线表示氨气供给流量，二点划线表示C_P值。参照图15～图17，对实施例3的实验结果进行说明。

参照图15，作为本发明的另一种形式的碳氮共渗方法的优选的实施方式的范围外的情况的使t₂为t₁的1/2时，在时刻m0氨气供给流量增加后，一氧化碳的分压下降，因而保持在目标值的C_P值下降。针对该情况，试图调节富化气的流量而降低二氧化碳的分压来消除C_P值的变化(分压比P_CO/P_CO2的变化)，但在自时刻m0起经过时间t₂后的时刻m1，氨气供给流量进一步增加。其结果是，C_P值无法回复至目标值(m0时的值)，进一步下降。

即，图15的碳氮共渗方法中，在前一次氨气供给流量的改变后被供给至热处理炉的渗碳气体的20℃、1.05大气压时的体积达到热处理炉的容积以上之前，实施氨的供给流量的改变，因此C_P值无法回复至目标值，氨气供给流量进一步变化。因此，C_P值的控制困难，难以将C_P值保持在目标值。

另一方面，参照图16，作为本发明的另一种形式的碳氮共渗方法的优选的实施方式的范围内的情况的使t₂与t₁相等时，在时刻m0氨气供给流量增加后，一氧化碳的分压下降，因而保持在目标值的C_P值也下降。接着，针对该情况，通过调节富化气的流量而降低二氧化碳的分压来消除C_P值的变化(分压比P_CO/P_CO2的变化)，在自时刻m0起经过时间t₂后的时刻m1，C_P值回复至目标值(m0时的值)。

即，图16的碳氮共渗方法中，在前一次氨气供给流量的改变后被供给至热处理炉的渗碳气体的20℃、1.05大气压时的体积达到热处理炉的容积以上的同时，实施氨的供给流量的改变，因此C_P值回复至目标值，然后氨气供给流量进一步变化。因此，C_P值的控制变得容易，碳氮共渗处理在C_P值比图15的情况更稳定的状态下实施。

另外，参照图17，作为本发明的另一种形式的碳氮共渗方法的优选的实施方式的范围内的情况的使t₂为t₁的2倍时，在时刻m0氨气供给流量增加后，一氧化碳的分压下降，因而保持在目标值的C_P值也下降。接着，针对该情况，通过调节富化气的流量而降低二氧化碳的分压来消除C_P值的变化(分压比P_CO/P_CO2的变化)，在自时刻m0起经过时间t₁后的时刻，C_P值回复至目标值(m0时的值)。接着，在到经过时间2×t₁后的时刻m1为止的时间t₂中约50％的时间内，C_P值保持在目标值。

即，图17的碳氮共渗方法中，在前一次氨气供给流量的改变后被供给至热处理炉的渗碳气体的20℃、1.05大气压时的体积达到热处理炉的容积的2倍以上的同时，实施氨的供给流量的改变，因此C_P值回复至目标值后，保持在目标值。然后氨气供给流量进一步变化，因此C_P值的控制变得更容易，碳氮共渗处理在C_P值更稳定的状态下实施。

参照图18，说明T对C_P值稳定时间比例的影响。图18中，横轴为T(＝t₂/t₁)，纵轴为C_P值被保持于目标值的时间相对于碳氮共渗处理时间的比例、即C_P值稳定时间比例。

参照图18，T不足1时，C_P值被保持于目标值的时间为0，C_P值稳定时间比例为0。因此，T不足1时，碳氮共渗处理中的C_P值的控制困难。接着，随着T变大，C_P值稳定时间比例变大，C_P值的控制变得容易。如图18所示，为了实施适当的C_P值的控制，T必须在1以上，较好是在C_P值稳定时间比例超过0.5(即，碳氮共渗处理时间中的50％以上的时间内，C_P值被保持于目标值)的2以上。另外，确认通过使T在3以上，C_P值稳定时间比例超过0.65，可以在碳氮共渗处理时间整体中的2/3的时间内，将C_P值保持于目标值。

本次揭示的实施方式及实施例在所有的方面都作为示例，不应视作是具有限定性。本发明的范围通过权利要求书示出，而非上述的说明，并认为与权利要求等同的含义和范围内的所有变更都包括在内。

产业上利用的可能性

本发明的碳氮共渗方法及机械零件的制造方法可以特别有利地用于由钢形成的构件的碳氮共渗方法及由钢形成的机械零件的制造方法。此外，本发明的机械零件可以特别有利地用于要求疲劳强度和耐磨损性的机械零件。

Claims (7)

1.碳氮共渗方法，它是用于对由含有0.8质量％以上的碳的钢形成的被处理物进行碳氮共渗的碳氮共渗方法，其特征在于，

具备控制热处理炉内的气氛的气氛控制工序、

控制在所述热处理炉内所述被处理物被赋予的温度历程的加热方式控制工序；

所述气氛控制工序包含控制所述热处理炉内的未分解氨浓度的未分解氨浓度控制步骤、

控制所述热处理炉内的一氧化碳和二氧化碳中的至少一方的分压的分压控制步骤；

所述气氛控制工序中，以如下的条件实施所述未分解氨浓度控制步骤和所述分压控制步骤：将所述被处理物中的碳的活度设为a_C且所述热处理炉内的未分解氨浓度设为C_N时，以γ＝a_C/C_N定义的γ的值在2～5的范围内。

2.如权利要求1所述的碳氮共渗方法，其特征在于，所述未分解氨浓度控制步骤中，测定所述热处理炉内的未分解氨浓度，比较所述未分解氨浓度和所述γ的值达到2～5的范围的目标未分解氨浓度，调节被供给至所述热处理炉内的氨的流量。

3.如权利要求1所述的碳氮共渗方法，其特征在于，以所述被处理物被保持于A₁点以上的温度的期间内的所述γ值的最大值和最小值的差达到1以下的条件，实施所述气氛控制工序。

4.如权利要求1所述的碳氮共渗方法，其特征在于，基于根据构成所述被处理物的钢的组成确定的碳氮共渗时间及所述γ的值与距离所述被处理物的表面规定深度的区域内的氮浓度的关系，确定所述碳氮共渗时间；所述碳氮共渗时间为所述被处理物被保持于A₁点以上的温度的时间。

5.机械零件的制造方法，其特征在于，具备准备由含有0.8质量％以上的碳的钢形成且成形为机械零件的大致形状的钢制构件的钢制构件准备工序，以及对于所述钢制构件准备工序中所准备的所述钢制构件，在实施碳氮共渗处理后，从A₁点以上的温度冷却至M_S点以下的温度，从而将所述钢制构件淬火硬化的淬火硬化工序；所述淬火硬化工序中的所述碳氮共渗处理使用权利要求1所述的碳氮共渗方法实施。

6.机械零件，其特征在于，通过权利要求5所述的机械零件的制造方法制成。

7.如权利要求6所述的机械零件，其特征在于，被用作构成轴承的零件。

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