CN103314119B - 套圈的制造方法、套圈及滚动轴承 - Google Patents

套圈的制造方法、套圈及滚动轴承 Download PDF

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Abstract

一种滚动轴承的套圈的制造方法，具备：准备由过共析钢构成的成形体的工序(S10)；形成环状的加热区域的工序(S30)，在该工序中，使感应加热部件沿着环状区域的圆周方向相对地旋转，从而在成形体上形成被加热到A1点以上温度的环状的加热区域，所述感应加热部件配置成面对成形体上要成为套圈的滚道面的环状区域一部分的状态，且对成形体进行感应加热；以及将整个加热区域同时冷却到Ms点以下的温度的工序(S40)。

Description

套圈的制造方法、套圈及滚动轴承
技术领域
本发明涉及套圈的制造方法、套圈及滚动轴承，尤其涉及能够抑制淬火装置的制造成本且通过高频淬火而沿滚道面的整个一周均质地形成淬火硬化层的套圈的制造方法、通过高频淬火而沿滚道面的整个一周形成了淬火硬化层的滚动轴承的套圈、具备该套圈的滚动轴承。
背景技术
在对由钢构成的滚动轴承的套圈进行淬火硬化处理时，有时采用高频淬火的方法。这种高频淬火与将套圈在炉内加热后再浸入油等冷却液中的一般淬火硬化处理相比，具有能够简化设备、实现短时间热处理等优点。
然而，在进行高频淬火时，为了将在沿套圈的滚道面上形成的需淬火硬化的环状区域同时加热，需要与滚道面相向地配置用于对该套圈进行感应加热的线圈等感应加热部件。为此，在对大型的套圈进行淬火硬化时，存在以下问题：需要有与此对应的大型线圈和与该线圈对应的大容量电源，这会导致淬火装置的制造成本提高。
为了避免这类问题，有时采用移动淬火，这种移动淬火方法利用小型的感应加热线圈。在进行这种移动淬火时，利用与套圈需加热的环状区域的局部相向配置、沿该区域相对地移动的线圈来实施高频感应加热，并且在线圈通过后立即对已加热的区域喷射水等冷却液，由此而依次对该区域进行淬火硬化。然而，在单纯采用这种移动淬火方法时，线圈从开始淬火的区域(淬火开始区域)起旋转一圈，在对要最后实施淬火的区域(淬火结束区域)实施淬火硬化时，淬火开始区域与淬火结束区域会有部分重叠。因此，重叠的区域可能因再次被淬火而产生淬裂。另外，与上述重叠区域邻接的区域会随着淬火结束区域的加热而被加热到A1以下的温度，从而被回火，因此可能导致硬度降低。因此，一般在采用移动淬火时，会在淬火开始区域与淬火结束区域之间留出一段不实施淬火的区域(软区)。这个软区的硬度低，因此屈服强度低，而且耐磨性不佳。因此，当在套圈上形成了软区时，就必须考虑避免该软区成为负载区。
针对这个问题提出了一种方法，在实施了形成软区的上述移动淬火之后，将相当于软区的区域切除，并且在该区域嵌入已实施淬火的栓体(譬如参照日本专利特开平6-17823号公报(专利文献1))。由此能够避免残留硬度较低的软区。
另外还提出有一种方法，利用沿套圈的圆周方向反向移动的两个线圈来避免形成软区(譬如参照日本专利特开平6-200326号公报(专利文献2))。这种方法是将两个线圈彼此邻接地配置，在此状态下开始淬火，并且在它们再度触碰的位置上结束淬火，由此来避免形成软区，同时避免产生再度淬火的区域。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平6-17823号公报
专利文献2：日本专利特开平6－200326号公报
发明的公开
发明所要解决的技术问题
然而，上述专利文献1公开的方法会大幅度增加制造套圈所需的工时。而上述专利文献2公开的方法则会使伴随淬火硬化而来的残余应力集中在最后淬火的区域，可能产生热处理畸变或淬裂。
本发明正是为了解决上述问题而作，其目的在于提供能够抑制淬火装置的制造成本且通过高频淬火而沿滚道面的整个一周均质地形成淬火硬化层的套圈的制造方法、通过高频淬火而沿滚道面的整个一周形成了淬火硬化层的滚动轴承的套圈、具备该套圈的滚动轴承。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的套圈的制造方法是滚动轴承的套圈的制造方法。这种套圈的制造方法包括：准备工序，在该工序中准备由过共析钢构成的成形体；形成环状加热区域的工序，在该工序中使对成形体进行感应加热的感应加热部件沿着环状区域的圆周方向相对地旋转，从而在成形体上形成被加热到A1点以上温度的环状的加热区域，上述感应加热部件配置成面对成形体上要成为套圈的滚道面的环状区域一部分的状态；以及冷却工序，在该工序中将整个加热区域同时冷却到Ms点以下的温度。
在本发明的套圈的制造方法中，使面对要成为滚道面的环状区域的局部配置的感应加热部件沿圆周方向相对地旋转，由此在成形体上形成加热区域。因此，能够采用相对于套圈的外形形状而言较小的感应加热部件。结果是，即使要对大型的套圈进行淬火硬化，也能抑制淬火装置的制造成本。另外，本发明的套圈的制造方法是将整个加热区域同时冷却到Ms点以下的温度。因此，能够沿着滚道面的整个一周同时形成淬火硬化层，并且能够抑制残余应力集中于局部区域的情况。而且，本发明的套圈的制造方法采用过共析钢作为原材料，这种过共析钢能够通过淬火硬化实现足够高的硬度及足够的碳化物量。这样，本发明的套圈的制造方法能够抑制淬火装置的制造成本，并且能通过高频淬火沿滚道面的整个一周均质地形成淬火硬化层。
所谓“碳化物”是指，以用Fe3C表示的铁的碳化物(渗碳体)为主的碳化物。另外，所谓A1点是指，与钢加热后钢的组织从铁素体开始相变为奥氏体的温度相当的点。另外，所谓Ms点是指，与奥氏体化的钢被冷却时开始马氏体化的温度相当的点。
在上述套圈的制造方法中，在对整个加热区域进行冷却的工序中，可以以预先确定的温度及时间范围保持加热区域的温度，然后再将整个加热区域冷却，所述预先确定的温度及时间范围能够使整个加热区域被冷却后在滚道面上残留有规定量以上的碳化物，且滚道面能达到规定的硬度以上。
通过这样采用过共析钢作为原材料，并且以能使硬度和碳化物的残余量都处于最佳范围的加热时间及加热温度来实施淬火，能够制造出具有耐磨性且耐久性极佳的套圈。
在上述套圈的制造方法中，在对整个加热区域进行冷却的工序中，也可以以预先确定的温度及时间范围来保持加热区域的温度，然后再将整个加热区域冷却，所述预先确定的温度及时间范围能够使整个加热区域被冷却后在滚道面上残留的碳化物的面积率达到5.2％以上，硬度达到62HRC以上。
通过以这样的加热时间及加热温度实施淬火而得到的硬度及碳化物的残余量，能使作为原材料使用的过共析钢的特性得以充分发挥，从而能够制造出具有耐磨性且耐久性极佳的套圈。
采用上述套圈的制造方法时，上述过共析钢可以是JIS标准高碳铬轴承钢。
高碳铬轴承钢是标准钢，因此容易获得，适于作为套圈的原材料。另外，当套圈的体积较大、且要求较高的淬硬性时，高碳铬轴承钢最好采用SUJ3或SUJ5。
采用上述套圈的制造方法时，也可以在形成加热区域的工序之前还设置对成形体实施正火处理的工序。
在通过高频淬火使包含滚道面在内的区域部分地被淬火硬化而制造出的套圈上，即使在未被淬火硬化的区域(非硬化区域)，也需要具有能够确保规定强度的硬度。而且，为了在非硬化区域确保规定的硬度，也可以在高频淬火处理之前，在对整个成形体(套圈)实施了淬火处理之后还实施回火处理。然而，当如上述那样采用含碳量较高的过共析钢用作原材料时，容易产生淬裂。另一方面，采用由上述过共析钢构成的成形体时，通过正火处理能够确保足够的硬度。为此，通过在高频淬火之前实施正火处理来代替用上述淬火及回火确保硬度的方法，就能够使非硬化区域具备合适的硬度。
采用上述套圈的制造方法时，在实施正火处理的工序中，也可以将硬质的粒子与气体一同向成形体喷射，由此一边将成形体冷却一边实施喷丸处理。
由此，能够在进行正火处理时的吹风冷却的同时实施喷丸处理。因此，能够将因正火处理的加热而在成形体的表层部生成的鳞屑除去，能够抑制因鳞屑的生成导致的套圈特性低下和因鳞屑的生成导致的导热系数低下。
采用上述套圈的制造方法时，在形成加热区域的工序中也可以使感应加热部件沿着成形体的圆周方向相对地旋转两周以上。这样，就能够抑制在滚道面圆周方向上的温度不均，实现均质的淬火硬化。
采用上述套圈的制造方法时，在形成加热区域的工序中也可以将感应加热部件沿着成形体的圆周方向配置多个。这样，就能够抑制在滚道面圆周方向上的温度不均，实现均质的淬火硬化。
采用上述套圈的制造方法时，在形成加热区域的工序中也可以测量加热区域的多个部位的温度。这样能够在确认滚道面的圆周方向上已实现均质加热的基础上进行淬火来实施淬火硬化处理。结果是能够在滚道面的圆周方向上实现均质的淬火硬化。
在大型的滚动轴承的套圈、例如具有1000mm以上内径的滚动轴承的套圈上，需要的硬化层深度最大为4.7mm。另外，为了解决淬火硬化处理中的热处理变形，需要对淬火硬化后的套圈实施研磨，除去表层部的厚度3mm左右的区域。从而，在对大型的滚动轴承的套圈实施淬火硬化处理时，最好是对从表层起厚度8mm左右的区域实施淬火硬化。为了实现这种淬火硬化，作为原材料的钢的选定很重要，最好是采用淬硬性高的钢作为原材料。
作为淬硬性的一个指标，有临界冷却速度。所谓临界冷却速度是指，通过淬火硬化处理使钢作马氏体相变来充分硬化所需的最低限度的冷却速度。在对大型的滚动轴承的套圈进行淬火硬化时，预计从表层起深度为8mm的位置上的冷却速度为3.5℃/s左右。从而，最好采用临界冷却速度为3.5℃/s以下的钢作为原材料。能够满足上述条件的钢譬如有JIS标准SUJ3、SUJ5等。
本发明一个方案的套圈的制造方法是滚动轴承的套圈的制造方法。这种套圈的制造方法包括：准备由钢构成的成形体的工序，这种钢包含0.95质量％以上1.10质量％以下的碳、0.40质量％以上0.70质量％以下的硅、0.90质量％以上1.15质量％以下的锰、0.90质量％以上1.20质量％以下的铬，其余由铁及杂质构成；通过使对成形体进行感应加热的感应加热部件沿着环状区域的圆周方向相对地旋转而在成形体上形成被加热到A1点以上温度的环状加热区域的工序，所述感应加热部件面对在成形体上要成为套圈的滚道面的环状区域的一部分来配置；以及将整个加热区域同时冷却到Ms点以下的温度的工序。
本发明另一个方案的套圈的制造方法是滚动轴承的套圈的制造方法。
这种套圈的制造方法包括：准备由钢构成的成形体的工序，这种钢包含0.95质量％以上1.10质量％以下的碳、0.40质量％以上0.70质量％以下的硅、0.90质量％以上1.15质量％以下的锰、0.90质量％以上1.20质量％以下的铬、0.10质量％以上0.25质量％以下的钼，其余由铁及杂质构成；通过使对成形体进行感应加热的感应加热部件沿着环状区域的圆周方向相对地旋转而在成形体上形成被加热到A1点以上温度的环状加热区域的工序，所述感应加热部件面对在成形体上要成为套圈的滚道面的环状区域的一部分来配置；以及将整个加热区域同时冷却到Ms点以下的温度的工序。
本发明的套圈的制造方法使面对要成为滚道面的环状区域的局部配置的感应加热部件沿圆周方向相对地旋转，由此在成形体上形成加热区域。因此，能够采用相对于套圈的外形形状而言较小的感应加热部件。结果是，即使要对大型的套圈进行淬火硬化，也能抑制淬火装置的制造成本。另外，在本发明的套圈的制造方法中，将整个加热区域同时冷却到Ms点以下的温度。因此，能够沿着滚道面的整个一周同时形成淬火硬化层，并且能够抑制残余应力集中于局部区域的情况。采用本发明的套圈的制造方法时，采用具有合适成分组成的钢作为原材料，从而能够通过淬火硬化实现足够高的硬度和足够的碳化物量，同时能够在确保高淬硬性的同时抑制淬裂。这样，本发明的套圈的制造方法能够抑制淬火装置的制造成本，并且能通过高频淬火沿滚道面的整个一周均质地形成淬火硬化层。所谓“碳化物”是指以用Fe3C表示的铁的碳化物(渗碳体)为主的碳化物。
此处，对将构成成形体的钢的成分范围、即构成制造的套圈的钢的成分范围限定为上述范围的理由进行说明。
碳：0.95质量％以上1.10质量％以下
含碳量对于淬火硬化后套圈的滚道面的碳化物量有很大影响。如果构成成形体(套圈)的钢的含碳量不满0.95质量％，则难以在淬火硬化后的滚道面上存在足够量的碳化物。而如果含碳量超过1.10质量％，则可能在淬火硬化时发生裂纹(淬裂)。因此要将含碳量定为0.95质量％以上1.10质量％以下。
硅：0.40质量％以上0.70质量％以下
硅有助于提高钢的回火软化阻力。如果构成成形体(套圈)的钢的含硅量不满0.40质量％，回火软化阻力就会不够，淬火硬化后的回火和套圈使用过程中的温度上升可能导致滚道面的硬度大幅度降低。而如果含硅量超过0.70质量％，则淬火前的原材料硬度高，会降低将原材料成形为套圈时的加工性。因此要将含硅量定为0.40质量％以上0.70质量％以下。
锰：0.90质量％以上1.15质量％以下
锰有助于提高钢的淬硬性。如果含锰量不满0.90质量％，就不能充分地获得这种效果。而如果含锰量超过1.15质量％，则淬火前的原材料硬度高，会降低将原材料成形为套圈时的加工性。因此，要将含锰量定为0.90质量％以上1.15质量％以下。
铬：0.90质量％以上1.20质量％以下
铬有助于提高钢的淬硬性。如果含铬量不满0.90质量％，就不能充分地获得这种效果。而如果含铬量超过1.20质量％，则不但原材料成本高，而且淬火前的原材料硬度高，会降低将原材料成形为套圈时的加工性。因此要将含铬量定为0.90质量％以上1.20质量％以下。
钼：0.10质量％以上0.25质量％以下
钼也有助于提高钢的淬硬性。钼并非构成本发明的套圈的钢的必要成分，但当套圈的外形较大时等，对于构成套圈的钢尤其要求较高的淬硬性，这时可以添加钼。如果含钼量不满0.10质量％，就不能充分地获得这种效果。而如果含钼量超过0.25质量％，则有原材料成本高的问题。因此，最好在0.10质量％以上0.25质量％以下的范围内根据需要来添加钼。
采用上述套圈的制造方法时，也可以在形成加热区域的工序之前还设置对成形体实施正火处理的工序。
在通过高频淬火使包含滚道面在内的区域部分地被淬火硬化而制造出的套圈上，即使在未被淬火硬化的区域(非硬化区域)，也需要具有能够确保规定强度的硬度。而且，为了在非硬化区域确保规定的硬度，也可以在高频淬火处理之前，在对整个成形体(套圈)实施了淬火处理之后还实施回火处理。然而，在如上述那样采用含碳量较高、具有较高淬硬性的上述成分组成的钢作为原材料时，容易发生淬裂。另一方面，采用由上述成分组成的钢构成的成形体时，通过正火处理能够确保足够的硬度。为此，通过在高频淬火之前实施正火处理来代替用上述淬火及回火确保硬度的方法，就能够使非硬化区域具备合适的硬度。
采用上述套圈的制造方法时，也可以在实施正火处理的工序中将硬质的粒子与气体一同向成形体喷射，由此来一边将成形体冷却一边实施喷丸处理。
由此，能够在进行正火处理时的吹风冷却的同时实施喷丸处理。因此，能够将因正火处理的加热而在成形体的表层部生成的鳞屑除去，能够抑制因鳞屑的生成导致的套圈特性低下和因鳞屑的生成导致的导热系数低下。
采用上述套圈的制造方法时，可以在形成加热区域的工序中使感应加热部件沿着成形体的圆周方向相对地旋转两周以上。这样，就能够抑制在滚道面圆周方向上的温度不均，实现均质的淬火硬化。
采用上述套圈的制造方法时，可以在形成加热区域的工序中将感应加热部件沿着成形体的圆周方向配置多个。这样，就能够抑制在滚道面圆周方向上的温度不均，实现均质的淬火硬化。
采用上述套圈的制造方法时，也可以在形成加热区域的工序中测量加热区域的多个部位的温度。这样能够在确认滚道面的圆周方向上已实现均质加热的基础上进行淬火来实施淬火硬化处理。结果是能够在滚道面的圆周方向上实现均质的淬火硬化。
本发明一个方案的套圈用上述本发明的套圈的制造方法来制造，具有1000mm以上的内径。本发明一个方案的套圈用上述本发明的套圈的制造方法来制造，因此能够提供大型的套圈，这种大型的套圈既能抑制热处理的成本，又能通过高频淬火而沿着滚道面的整个一周均质地形成淬火硬化层。
本发明另一方案的套圈是具有1000mm以上内径的滚动轴承的套圈。这种套圈由钢构成，通过高频淬火而沿滚道面全周形成淬火硬化层，这种钢包含0.95质量％以上1.10质量％以下的碳、0.40质量％以上0.70质量％以下的硅、0.90质量％以上1.15质量％以下的锰、0.90质量％以上1.20质量％以下的铬，其余由铁及杂质构成。
本发明又一方案的套圈是具有1000mm以上内径的滚动轴承的套圈。这种套圈由钢构成，通过高频淬火而沿滚道面全周形成淬火硬化层，这种钢包含0.95质量％以上1.10质量％以下的碳、0.40质量％以上0.70质量％以下的硅、0.90质量％以上1.15质量％以下的锰、0.90质量％以上1.20质量％以下的铬、0.10质量％以上0.25质量％以下的钼，其余由铁及杂质构成。
上述另一方案及又一方案的套圈通过高频淬火而沿滚道面的整个一周形成有淬火硬化层。因此，上述另一方案及又一方案的套圈形成为滚道面的任意区域都是负载区域的耐久性极佳的套圈。另外，上述另一方案及又一方案的套圈是将具有合适成分组成的钢用作原材料，从而能够通过淬火硬化实现足够高的硬度和足够的碳化物量，同时能够在确保高淬硬性的同时抑制淬裂。这样，本发明的另一方案及又一方案的套圈能提供一种耐久性极佳的大型的套圈。
本发明的滚动轴承具备：内圈；以包围内圈的外周侧的方式配置的外圈；以及配置在内圈与外圈之间的多个滚动体。并且，内圈及外圈中的至少一个是上述本发明的套圈。
本发明的滚动轴承具备上述本发明套圈，因此能够提供耐久性极佳的大型的滚动轴承。
上述滚动轴承能够在风力发电装置中用作滚动轴承(风力发电装置用滚动轴承)，该滚动轴承的内圈供与叶片连接的主轴贯穿并固定，其外圈相对于壳体而固定，由此，该滚动轴承支承主轴且使主轴相对于壳体自由旋转。上述耐久性极佳的大型滚动轴承亦即本发明的滚动轴承适于用作风力发电装置用滚动轴承。
本发明的套圈是具有1000mm以上内径的滚动轴承的套圈。这种套圈由过共析钢构成，通过高频淬火而沿滚道面的整个一周形成淬火硬化层。
一直以来，采用亚共析钢来作为通过高频淬火形成淬火硬化层的套圈的原材料。这是因为以下理由。即，在采用亚共析钢作为原材料时，在进行淬火加热的过程中，钢中所含的碳会全部溶入坯料，并在此状态下冷却硬化，从而获得本来的特性。而在采用过共析钢作为原材料时，若同样地实施淬火硬化处理，则不仅不能获得充分的特性，有时还会发生淬裂。为此，要采用亚共析钢来作为通过高频淬火形成淬火硬化层的套圈的原材料。
另外，为了对内径1000mm以上这样大型的套圈进行高频淬火，有时会采用移动淬火，这种移动淬火使用小型的感应加热线圈。在进行这种移动淬火时，利用与套圈需加热的环状区域的局部相向配置、沿该区域相对移动的线圈来实施高频感应加热，并且在线圈通过后立即对已加热的区域喷射水等冷却液，由此而依次对该区域进行淬火硬化。然而，在采用这种移动淬火方法时，线圈从开始淬火的区域(淬火开始区域)起旋转一圈，在对要最后实施淬火的区域(淬火结束区域)实施淬火硬化时，淬火开始区域与淬火结束区域会有部分重叠。因此，会在该区域的周边形成硬度低下的区域，不能沿滚道面的整个一周形成淬火硬化层。因此，存在无法避免因硬化层中断区域的硬度不足而导致的耐久性低下的问题。
本发明人发现：在具有1000mm以上内径的滚动轴承的套圈这样的大型轴承的套圈中，采用能够在淬火硬化处理过程中将钢中含有的碳的一部分作为碳化物残留且在此状态下冷却硬化的过共析钢来沿滚道面的整个一周形成淬火硬化层，就能够得到耐久性比过去更佳的套圈，由此想到了本发明。
即，本发明的套圈是采用过共析钢作为原材料、并且通过高频淬火而沿滚道面的整个一周形成淬火硬化层的大型轴承的套圈。这样，本发明的套圈就能够提供一种通过高频淬火而沿滚道面的整个一周形成淬火硬化层、且耐久性极佳的滚动轴承的套圈。
在上述套圈中，也可以是滚道面上的碳化物的面积率为5.2％以上，硬度为60HRC以上。通过这样在滚道面上残留足够量的碳化物并且确保60HRC以上的高硬度，就能提供这样一种套圈：其耐磨性好，即使在滚动体与套圈之间的接触应力大且滚动体与套圈间未充分形成油膜的环境下使用也具有足够的耐久性。
此处，所谓“碳化物”是指以用Fe3C表示的铁的碳化物(渗碳体)为主的碳化物。另外，对于碳化物的面积率，例如可用以下方法测定。首先，将套圈沿着与滚道面垂直的断面切断并对该断面进行研磨。然后，用苦味醇液(苦味酸酒精溶液)作为腐蚀液将断面腐蚀，用光学显微镜或扫描型电子显微镜观察滚道面下方的金属组织并拍摄照片。并且，用图像处理装置对该照片进行图像处理，算出碳化物的面积率。
在上述套圈中，上述过共析钢也可以是JIS标准高碳铬轴承钢。高碳铬轴承钢是标准钢，因此容易获得，适于作为套圈的原材料。另外，当套圈的体积较大、且要求较高的淬硬性时，高碳铬轴承钢最好采用SUJ3或SUJ5。
在上述套圈中，也可以是滚道面在整个一周成为负载区域。通过高频淬火而沿滚道面的整个一周形成淬火硬化层的本发明的套圈适于作为滚道面在整个一周成为负载区域的套圈。所谓负载区域是指，在滚道面上与滚动体之间产生接触应力的区域。
本发明的滚动轴承具备：内圈；以包围内圈的外周侧的方式配置的外圈；以及配置在内圈与外圈之间的多个滚动体。并且，内圈及外圈中的至少一个是上述本发明的套圈。
本发明的滚动轴承具备上述本发明的套圈，因此能够提供耐久性极佳的大型的滚动轴承。
上述滚动轴承也可以是在油膜参数Λ的值为1以下的环境下使用的滚动轴承。本发明的滚动轴承包含了采用过共析钢作为原材料、耐久性高的套圈，适于在油膜参数Λ的值为1以下的严酷环境下使用。
上述滚动轴承能够在风力发电装置中用作滚动轴承(风力发电装置用滚动轴承)，该滚动轴承的内圈供与叶片连接的主轴贯穿并固定，其外圈相对于壳体而固定，由此，该滚动轴承能支承主轴且使主轴相对于壳体自由旋转。上述耐久性极佳的大型滚动轴承亦即本发明的滚动轴承适于用作风力发电装置用滚动轴承。
另外，上述风力发电装置也可以是用于海上风力发电的装置。用于海上风力发电的滚动轴承的维修作业困难，因此最好具备特别好的耐久性。本发明的滚动轴承具备耐久性极佳的套圈，适于这类用途。
发明效果
如上所述，采用本发明的套圈的制造方法、套圈及滚动轴承，可以提供能够抑制淬火装置的制造成本且通过高频淬火而沿滚道面的整个一周均质地形成淬火硬化层的套圈的制造方法、通过高频淬火而沿滚道面的整个一周形成了淬火硬化层的滚动轴承的套圈、具备该套圈的滚动轴承。
附图说明
图1是表示滚动轴承内圈的制造方法的大致情况的流程图。
图2是用于说明淬火硬化工序的示意图。
图3是表示沿图2的线段III-III切断的断面的示意剖视图。
图4是用于说明淬火硬化工序的示意图。
图5是用于说明淬火硬化工序的示意图。
图6是表示具备风力发电装置用滚动轴承的风力发电装置的结构的示意图。
图7是将图6中的主轴用轴承的周边放大表示的示意剖视图。
图8是表示各温度下保持时间与碳化物的面积率之间的关系的图。
图9是表示各温度下保持时间与硬度之间的关系的图。
图10是表示合适的保持时间及保持温度的范围的图。
图11是表示实施移动淬火后滚道面的任意一点上的温度变化的图。
图12是表示滚道面任意一点上的温度变化的图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。在以下附图中，对相同或相当的部分均标注相同的附图标记，不重复说明。(实施方式1)
首先，以滚动轴承的套圈、亦即内圈的制造方法为例来说明本发明的一实施方式即实施方式1。如图1所示，在本实施方式的内圈的制造方法中，首先是实施成形体准备工序来作为工序(S10)。在该工序(S10)中，准备过共析钢的钢材，并实施锻造、车削等加工，由此制造出形状与所需内圈的形状对应的成形体。更具体是，譬如制造出与内径1000mm以上的内圈的形状对应的成形体。此处，作为上述过共析钢，能够采用譬如JIS标准高碳铬轴承钢、即SUJ3、SUJ5等。
接着，作为工序(S20)，实施正火工序。在该工序(S20)中，将在工序(S10)中制造出来的成形体加热到A1相变点以上的温度后，使其冷却到不到A1相变点的温度，由此而实施正火处理。此时，正火处理的冷却时的冷却速度只要是构成成形体的钢不会相变为马氏体的冷却速度、即不到临界冷却速度的冷却速度即可。至于正火处理后成形体的硬度，则是该冷却速度越快那么硬度越高，冷却速度越慢则硬度越低。因此，能够通过调节该冷却速度来使成形体具备所需的硬度。
接着，参照图1开始实施淬火硬化工序。该淬火硬化工序包含作为工序(S30)实施的感应加热工序和作为工序(S40)实施的冷却工序。在工序(S30)中，如图2及图3所示，将作为感应加热部件的线圈21配置成面向成形体10上要让滚动体滚动的面、即滚道面11(环状区域)的一部分的状态。此处，如图3所示，线圈21上与滚道面11相向的面具有与滚道面11一致的形状。然后，使成形体10围绕中心轴旋转，具体是向着箭头α的方向旋转，同时从电源(图中未示)对线圈21供给高频电流。由此，将成形体10的包括滚道面11在内的表层区域感应加热到A1点以上的温度，从而形成沿着滚道面11的圆环状的加热区域11A。此时，用辐射温度计等温度计22对滚道面11的表面温度进行测量和控制。
接着，在工序(S40)中，对包含了在工序(S30)中形成的加热区域11A在内的整个成形体10喷射例如作为冷却液的水，从而将整个加热区域11A同时地冷却到Ms点以下的温度。由此使加热区域11A相变为马氏体并硬化。经过以上步骤来实施高频淬火并结束淬火硬化工序。
此处，在高频淬火过程中，越是长时间地保持较高的加热温度，钢中的碳化物便越多地溶入钢的坯料中，使坯料的碳浓度上升。并且，之后在冷却到Ms点以下的温度且结束淬火硬化的时刻，钢的硬度基本上随着坯料中碳浓度的上升而上升。然而，如果坯料中的碳浓度过高，则残留奥氏体量会上升，会导致硬度降低。另外，如果碳化物在坯料中的溶入量上升，则随之而来的是淬火硬化后的钢中存在的碳化物的量会减少，导致耐磨性降低。从而，最好是以预先确定的温度及时间范围来保持加热区域11A的温度，然后将整个加热区域11A冷却，从而能够实现在整个加热区域11A冷却后在滚道面11上残留有规定量以上的碳化物，并且滚道面11达到规定的硬度以上。由此能够制造出具有耐磨性的耐久性极佳的内圈(套圈)。
更具体是，根据本发明人的研究，为了得到具有耐磨性的耐久性极佳的套圈，最好是以预先确定的温度及时间范围来保持加热区域11A的温度，然后将整个加热区域11A冷却，从而能够实现在整个加热区域11A冷却后滚道面11上的碳化物的面积率为5.2％以上，硬度为62HRC以上。
所谓A1点，是指与钢加热后钢的组织从铁素体开始相变为奥氏体的温度相当的点。另外，所谓Ms点，是指与奥氏体化的钢被冷却时开始马氏体化的温度相当的点。
接着，实施回火工序来作为工序(S50)。在该工序(S50)中，将已在工序(S30)及(S40)中淬火硬化的成形体10譬如装入炉内并加热到A1点以下的温度后保持规定的时间，由此实施回火处理。这样，虽然滚道面11的硬度有所下降，但确保了60HRC以上的硬度。
接着，实施精加工工序来作为工序(S60)。在该工序(S60)中，例如对滚道面11实施研磨加工等精加工。通过以上处理，就完成了滚动轴承的套圈、即内圈，藉此结束本实施方式的套圈的制造。
如此制造出来的本实施方式的内圈10如图2及图3所示，例如具有1000mm以上的内径d3，由高碳铬轴承钢等过共析钢(SUJ3、SUJ5等)构成，通过高频淬火而沿滚道面11的全周均质地形成有淬火硬化层11A。由此，本实施方式的内圈10成为通过高频淬火而沿滚道面11的全周均质地形成有淬火硬化层11A、且耐久性极佳的滚动轴承的套圈。
另外，在内圈10中，最好是滚道面11上的碳化物的面积率为5.2％以上，硬度为60HRC以上。这样就能够获得这样一种内圈10：即使是在滚动体与内圈10之间的接触应力大且滚动体与内圈10间未充分形成油膜的环境下使用，也具有充分的耐久性。而这种结构可以通过如下方式获得：在上述淬火硬化工序中，以能够实现滚道面11上的上述碳化物的面积率和硬度的预先确定的温度及时间范围来保持加热区域11A的温度，然后将整个加热区域11A冷却。
另外，本实施方式是在工序(S30)中，通过使配置成面向成形体10的滚道面的一部分的状态的线圈21沿圆周方向相对地旋转而在成形体10上形成加热区域11A的。因此，能够采用相对于成形体10的外形形状而言较小的线圈21，即使要对大型的成形体10进行淬火硬化，也能抑制淬火装置的制造成本。另外，在本实施方式中，将整个加热区域11A同时冷却到Ms点以下的温度。因此，能够沿圆周方向形成均质的环状的淬火硬化区域，能够抑制残余应力集中于部分区域的现象。而且本实施方式采用过共析钢作为原材料，这种过共析钢能够通过淬火硬化实现足够高的硬度及足够的碳化物量。结果是，采用本实施方式的内圈的制造方法既能抑制淬火装置的制造成本，又能通过高频淬火而沿滚道面的全周均质地形成淬火硬化层，且能够制造出具有耐磨性的耐久性极佳的内圈(套圈)。
不过，虽然上述工序(S20)不是本发明的套圈的制造方法的必要工序，但通过实施该道工序，能够调节所制造的套圈的非硬化区域(淬火硬化层以外的区域)的硬度。
另外，在上述工序(S20)中，还可以在向成形体10喷射气体的同时喷射硬质的粒子，从而一边将成形体10冷却一边实施喷丸处理。由此，能够在进行正火处理时的吹风冷却的同时实施喷丸处理。因此，能够将因正火处理的加热而在成形体10的表层部生成的鳞屑除去，能够抑制因鳞屑的生成导致的套圈特性低下和因鳞屑的生成导致的导热系数低下。此处，作为硬质的粒子(喷射材料)，例如可采用由钢、铸铁等构成的金属粒子。
而且在上述工序(S30)中，成形体10至少旋转一圈即可，但为了抑制圆周方向上的温度不均，实现更加均质的淬火硬化，最好是旋转多圈。即，作为感应加热部件的线圈21最好是沿着成形体10的滚道面的圆周方向相对地旋转两周以上。
(实施方式2)
以下说明本发明的另一实施方式、即实施方式2。实施方式2的内圈的制造方法基本上与实施方式1同样地实施，并具有同样的效果。然而，实施方式2的内圈的制造方法在工序(S30)中关于线圈21的配置与实施方式1不同。
即，如图4所示，在实施方式2的工序(S30)中，隔着成形体10配置有一对线圈21。并且成形体10向着箭头α的方向旋转，同时从电源(图中未示)对线圈21供给高频电流。由此将成形体10的包括滚道面11在内的表层区域感应加热到A1点以上的温度，从而沿着滚道面11形成圆环状的加热区域11A。
通过这样沿成形体10的圆周方向配置多个(本实施方式是两个)线圈21，实施方式2的滚动轴承的内圈的制造方法能抑制圆周方向上的温度不均，实现均质的淬火硬化。另外，为了进一步抑制圆周方向上的温度不均，最好是在成形体10的圆周方向上等间隔地配置线圈21。
(实施方式3)
以下说明本发明的又一实施方式、即实施方式3。实施方式3的内圈的制造方法基本上与实施方式1及2同样地实施，并具有同样的效果。然而，实施方式3的内圈的制造方法在工序(S30)中关于温度计22的配置与实施方式1及2不同。
即，如图5所示，在实施方式3的工序(S30)中，对加热区域、即滚道面11的多个部位(此处为四个部位)的温度进行测量。更具体是，在实施方式3的工序(S30)中，沿成形体10的滚道面11的圆周方向等间隔地配置有多个温度计22。
由此，能够在滚道面11的圆周方向上同时测量多个部位的温度，因此能够在确认滚道面11的圆周方向上已实现均质加热的基础上将成形体10淬火并实施淬火硬化处理。结果是，根据实施方式3的滚动轴承的内圈的制造方法，能够在滚道面11的圆周方向上实现更加均质的淬火硬化。
另外，上述实施方式是将线圈21固定，而使成形体10旋转，但也可以是将成形体10固定，而使线圈21沿着成形体10的圆周方向旋转，还可以通过使线圈21及成形体10双方都旋转，来使线圈21沿着成形体10的圆周方向相对地旋转。不过，由于在线圈21上需要布置向线圈21供给电流的配线等，因此往往是将线圈21固定的方式更合理。
另外，在上述实施方式中，作为套圈的一例，举了制造径向型滚动轴承的内圈的情形来说明，但能够适用本发明的套圈不限于此，例如还可以是径向型滚动轴承的外圈，也可以是推力型轴承的套圈。此处，在工序(S20)中，例如在将径向型滚动轴承的外圈加热时，只要将线圈21配置成面向在成形体的内周侧形成的滚道面的状态即可。另外，在工序(S20)中，例如在将推力型滚动轴承的套圈加热时，只要将线圈21配置成面向在成形体的端面侧形成的滚道面的状态即可。
而且，为了实现高效均质的加热，可以合适地确定成形体10圆周方向上的感应加热部件、即线圈21的长度，例如定为须加热区域的长度的1/12左右、即与成形体(套圈)的中心轴相对的中心角成为30°左右的长度。
至于本发明的高频淬火的具体条件，可以根据套圈(成形体)的大小、壁厚、材质、电源容量等条件合适地设定。
另外，为了抑制圆周方向上的温度不均，最好在感应加热结束后，在实施向Ms点以下的温度冷却之前，设置一道将成形体保持在停止加热状态的工序。更具体是，在上述成形体的形状及加热条件下，例如在加热结束后保持三秒钟停止加热的状态，就能够将已加热的区域表面在圆周方向上的温度不均控制在20℃以下的程度。
(实施方式4)
以下说明将本发明的套圈用作构成风力发电装置用轴承(风力发电装置用滚动轴承)的套圈的实施方式4。
如图6所示，风力发电装置50具备：作为旋转翼的叶片52；包括叶片52的中心轴、且在一端与叶片52连接的主轴51；与主轴51的另一端连接的增速机54。增速机54还包括输出轴55，输出轴55与发电机56连接。主轴51受风力发电装置用滚动轴承、即主轴用轴承3的支承而绕轴自由旋转。另外，主轴用轴承3沿主轴51的轴向排列配置多个(图6中是两个)，分别被壳体53保持着。主轴用轴承3、壳体53、增速机54及发电机56收存在设备室、即舱室59的内部。主轴51的一端从舱室59伸出并与叶片52连接。
以下说明风力发电装置50的动作。如图6所示，一旦叶片52受到风力而向圆周方向旋转，与叶片52连接的主轴51就在壳体53上被主轴用轴承3支承着而绕轴旋转。主轴51的旋转传递到增速机54而被增速，并且转换成围绕输出轴55的旋转。输出轴55的旋转传递到发电机56，由于电磁感应作用而产生电动势，从而实现发电。
以下说明风力发电装置50的主轴51的支承结构。如图7所示，作为风力发电装置用滚动轴承的主轴用轴承3具备：作为风力发电装置用滚动轴承的套圈的环状的外圈31；配置于外圈31的内周侧、作为风力发电装置用滚动轴承的套圈的环状的内圈32；以及配置于外圈31与内圈32之间、保持在圆环状保持器34上的多个滚子33。在外圈31的内周面上形成外圈滚道面31A，在内圈32的外周面上形成有两个内圈滚道面32A。外圈31与内圈32配置成两个内圈滚道面32A与外圈滚道面31A相向的状态。多个滚子33沿着两个内圈滚道面32A的各个滚道面而在滚子接触面33A上与外圈滚道面31A及内圈滚道面32A接触，且被保持在保持器34上而以规定的间距沿圆周方向配置，从而在多列(两列)圆环状轨道上自由滚动。另外，在外圈31上形成了沿径向贯穿外圈31的通孔31E。能够通过该通孔31E向外圈31与内圈32之间的空间供给润滑剂。通过以上结构使主轴用轴承3的外圈31及内圈32能够彼此相对地旋转。
另一方面，与叶片52连接的主轴51贯穿主轴用轴承3的内圈32，同时在外周面51A上与内圈的内周面32F接触，且相对于内圈32而固定。另外，主轴用轴承3的外圈31以在外周面31F上与在壳体53上形成的通孔的内壁53A接触的方式嵌入，且相对于壳体53而固定。通过以上结构，与叶片52连接的主轴51就能与内圈32一体地相对于外圈31及壳体53而绕轴旋转。
而且，在内圈滚道面32A的宽度方向两端，形成了向外圈31突出的凸缘部32E。由此来支承因叶片52受到风力而产生的主轴51的轴向(轴向方向)负载。另外，外圈滚道面31A具有球面形状。因此，外圈31和内圈32能够在与滚子33的滚动方向垂直的截面上以该球面的中心为中心而相互形成角度。即，主轴用轴承3是多列自动调心滚子轴承。结果是，即使因叶片52受到风力而导致主轴51挠曲，壳体53也能经过主轴用轴承3来稳定地保持主轴51而使之自由旋转。
另外，外圈31及内圈32作为实施方式4的风力发电装置用滚动轴承的套圈，例如用上述实施方式1～3记载的套圈的制造方法来制造，且具有与上述实施方式1的内圈10同样的结构。即，该外圈31及内圈32是具有1000mm以上内径的风力发电装置用滚动轴承的套圈。而且外圈31及内圈32由过共析钢构成，通过高频淬火而沿外圈滚道面31A及内圈滚道面32A的全周均质地形成了淬火硬化层。即，外圈31及内圈32具有1000mm以上的内径，并且由过共析钢构成，通过高频淬火来形成，具有沿着圆周方向的圆环形状的同样深度的淬火硬化层，且该淬火硬化层的表面分别成为外圈滚道面31A及内圈滚道面32A。结果是，上述外圈31及内圈32形成为能抑制热处理的成本、能通过高频淬火而沿滚道面的全周均质地形成淬火硬化层、且耐久性极佳的大型的套圈，能够用这种套圈来构成在严酷的环境下也能使用的风力发电装置用轴承。
另外，由于上述内圈32是与主轴51一同旋转的，因此沿着内圈滚道面32A的全周形成了负载区。另一方面，在内圈32上，通过高频淬火而沿着内圈滚道面32A的全周形成了淬火硬化层。因此，即使内圈滚道面32A的全周都成为负载区，内圈32也具有足够的耐久性。
而且主轴用轴承3在主轴51反复旋转及停止等而导致油膜参数Λ为1以下的环境下也能使用。另一方面，构成主轴用轴承3的外圈31及内圈32是本发明的套圈，这种套圈具有耐磨性且耐久性极佳。因此，即使在这样严酷的环境下使用，主轴用轴承3也具备足够的耐久性。另外，耐久性极佳的主轴用轴承3还适于用作难以进行维修作业的海上风力发电的主轴用轴承。
在上述实施方式4中，作为大型的滚动轴承的一例，对风力发电装置用轴承进行了说明，但也能适用于其它大型的滚动轴承。具体是，本发明的套圈还适用于例如CT扫描仪用滚动轴承的套圈，这种CT扫描仪用滚动轴承的套圈将旋转台支承在与该旋转台相向配置的固定台上使之自由旋转，旋转台上设有CT扫描仪的X线照射部。另外，本发明的套圈还适用于例如深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、自动调心滚子轴承、推力球轴承等任意的滚动轴承的套圈。
(实施方式5)
首先，以滚动轴承的套圈、亦即内圈的制造方法为例来说明本发明的实施方式5。如图1所示，本实施方式的内圈的制造方法首先是实施成形体准备工序来作为工序(S10)。在该工序(S10)中准备钢材，这种钢材包含0.95质量％以上1.10质量％以下的碳、0.40质量％以上0.70质量％以下的硅、0.90质量％以上1.15质量％以下的锰、0.90质量％以上1.20质量％以下的铬，其余由铁及杂质构成，通过对这种钢材实施锻造、车削等加工，制造出形状与所需的套圈形状对应的成形体。更具体是，制造出与内径1000mm以上的内圈的形状对应的成形体。当要制造的内圈特别大、要求钢材具有更高的淬硬性时，也可以采用在上述合金成分中添加0.10质量％以上0.25质量％以下的钼的钢材。能够满足上述成分组成的钢譬如有JIS标准SUJ3、SUJ5等。
接着，实施正火工序来作为工序(S20)。在该工序(S20)中，将在工序(S10)中制造出来的成形体加热到A1相变点以上的温度后，使其冷却到不到A1相变点的温度，由此而实施正火处理。此时，正火处理的冷却时的冷却速度只要是构成成形体的钢不会相变为马氏体的冷却速度、即不到临界冷却速度的冷却速度即可。至于正火处理后成形体的硬度，则是该冷却速度越快硬度就越高，冷却速度越慢则硬度越低。因此，能够通过调节该冷却速度来使成形体具备所需的硬度。
以下，参照图1来实施淬火硬化工序。该淬火硬化工序包含作为工序(S30)实施的感应加热工序和作为工序(S40)实施的冷却工序。在工序(S30)中，如图2及图3所示，将作为感应加热部件的线圈21面向成形体10上要让滚动体滚动的面、即滚道面11(环状区域)的一部分来配置。此处，如图3所示，线圈21上与滚道面11相向的面具有与滚道面11一致的形状。然后，成形体10围绕中心轴旋转，具体是向着箭头α的方向旋转，同时从电源(图中未示)对线圈21供给高频电流。由此将成形体10的包括滚道面11在内的表层区域感应加热到A1点以上的温度，从而形成沿着滚道面11的圆环状的加热区域11A。此时，用辐射温度计等温度计22对滚道面11的表面温度进行测量和控制。
接着，在工序(S40)中，对包含了在工序(S30)中形成的加热区域11A在内的整个成形体10喷射例如作为冷却液的水，从而将整个加热区域11A同时地冷却到Ms点以下的温度。由此使加热区域11A相变为马氏体并硬化。经过以上步骤来实施高频淬火并结束淬火硬化工序。
接着，实施回火工序来作为工序(S50)。在该工序(S50)中，将已在工序(S30)及(S40)中淬火硬化的成形体10譬如装入炉内并加热到A1点以下的温度后保持规定的时间，由此实施回火处理。
接着，实施精加工工序来作为工序(S60)。在该工序(S60)中，例如对滚道面11实施研磨加工等精加工。通过以上处理，就完成了滚动轴承的内圈，并结束本实施方式的内圈的制造。结果是，如图2及图3所示，完成内径d3为1000mm以上、通过高频淬火而沿滚道面11全周均质地形成有淬火硬化层的内圈10。
在本实施方式中，在工序(S30)中，通过使配置成面向成形体10的滚道面的一部分的状态的线圈21沿圆周方向相对地旋转，从而在成形体10上形成加热区域11A。因此，能够采用相对于成形体10的外形形状而言较小的线圈21，即使要对大型的成形体10进行淬火硬化，也能抑制淬火装置的制造成本。另外，本实施方式是将整个加热区域11A同时冷却到Ms点以下的温度。因此，能够沿圆周方向形成均质的环状的淬火硬化区域，能够抑制残余应力集中于部分区域的现象。而且，本实施方式是将具有合适成分组成的钢用作原材料，从而能够通过淬火硬化实现足够高的硬度和足够的碳化物量，同时能够在确保高淬硬性的同时抑制淬裂。结果是，本实施方式的内圈的制造方法能够抑制淬火装置的制造成本，并且通过高频淬火能沿滚道面的全周均质地形成淬火硬化层。
虽然上述工序(S20)不是本发明的套圈的制造方法的必要工序，但通过实施该道工序，能够调节所制造的套圈的非硬化区域(淬火硬化层以外的区域)的硬度。非硬化区域的硬度的调节也可不用工序(S20)，而是通过实施淬火处理及回火处理来实现。然而，本实施方式中作为原材料采用的钢的含碳量高、且具有淬硬性高的上述成分组成，因此容易发生淬裂。因此，为了实现非硬化区域的硬度调节，最好是实施正火处理来作为工序(S20)。
另外，在上述工序(S20)中，还可以在向成形体10喷射气体的同时喷射硬质的粒子，从而一边将成形体10冷却一边实施喷丸处理。由此，能够在进行正火处理时的吹风冷却的同时实施喷丸处理。因此，能够将因正火处理的加热而在成形体10的表层部生成的鳞屑除去，能够抑制因鳞屑的生成导致的套圈特性低下和因鳞屑的生成导致的导热系数低下。此处，作为硬质的粒子(喷射材料)，例如可采用由钢、铸铁等构成的金属粒子。
而且在上述工序(S30)中，成形体10至少旋转一圈即可，但为了抑制圆周方向上的温度不均，实现更加均质的淬火硬化，最好是旋转多圈。即，作为感应加热部件的线圈21最好是沿着成形体10的滚道面的圆周方向相对地旋转两周以上。
(实施方式6)
以下说明本发明的又一实施方式、即实施方式6。实施方式6的内圈的制造方法基本上与实施方式5同样地实施，并具有同样的效果。然而，实施方式6的内圈的制造方法在工序(S30)中关于线圈21的配置与实施方式5不同。
即，如图4所示，在实施方式6的工序(S30)中，隔着成形体10配置有一对线圈21。并且，成形体10向着箭头α的方向旋转，同时从电源(图中未示)对线圈21供给高频电流。由此将成形体10的包括滚道面11在内的表层区域感应加热到A1点以上的温度，从而形成沿着滚道面11的圆环状的加热区域11A。
通过这样沿成形体10的圆周方向配置多个(本实施方式是两个)线圈21，实施方式6的滚动轴承的套圈的制造方法能抑制圆周方向上的温度不均，实现均质的淬火硬化。另外，为了进一步抑制圆周方向上的温度不均，最好是在成形体10的圆周方向上等间隔地配置线圈21。
(实施方式7)
以下说明本发明的又一实施方式、即实施方式7。实施方式7的内圈的制造方法基本上与实施方式5及6同样地实施，并具有同样的效果。然而，实施方式7的内圈的制造方法在工序(S30)中关于温度计22的配置与实施方式5及6不同。
即，如图5所示，在实施方式7的工序(S30)中，对加热区域、即滚道面11的多个部位(此处为四个部位)测量温度。更具体是，在实施方式7的工序(S30)中，沿成形体10的滚道面11的圆周方向等间隔地配置有多个温度计22。
由此能够在滚道面11的圆周方向上同时测量多个部位的温度，因此能够在确认滚道面11的圆周方向上已实现均质加热的基础上将成形体10淬火来实施淬火硬化处理。结果是，实施方式7的滚动轴承的内圈的制造方法能够在滚道面11的圆周方向上实现更加均质的淬火硬化。
在上述实施方式中，对将线圈21固定而使成形体10旋转的情况进行了说明，但也可以是将成形体10固定，而使线圈21沿着成形体10的圆周方向旋转，还可以通过使线圈21及成形体10双方都旋转，来使线圈21沿着成形体10的圆周方向相对地旋转。不过，由于在线圈21上需要布置向线圈21供给电流的配线，因此往往是如上所述将线圈21固定的方式更合理。
另外，在上述实施方式中，作为套圈的一例，举了制造径向型滚动轴承的内圈的情形来说明，但能够适用本发明的套圈不限于此，例如还可以是径向型滚动轴承的外圈，也可以是推力型轴承的套圈。此处，在工序(S20)中，例如在将径向型滚动轴承的外圈加热时，只要将线圈21配置成面向在成形体的内周侧形成的滚道面的状态即可。另外，在工序(S20)中，例如在将推力型滚动轴承的套圈加热时，只要将线圈21配置成面向在成形体的端面侧形成的滚道面的状态即可。
而且，为了实现高效均质的加热，可以合适地确定成形体10圆周方向上的感应加热部件、即线圈21的长度，例如定为须加热区域的长度的1/12左右、即与成形体(套圈)的中心轴相对的中心角成为30°左右的长度。
至于本发明的高频淬火的具体条件，可以根据套圈(成形体)的大小、壁厚、材质、电源容量等条件合适地设定。
另外，为了抑制圆周方向上的温度不均，最好在感应加热结束后，在实施向Ms点以下的温度冷却之前，设置一道将成形体保持在加热停止状态的工序。更具体是，在上述成形体的形状及加热条件下，例如在加热结束后保持三秒钟停止加热的状态，就能够将已加热的区域表面在圆周方向上的温度不均控制在20℃以下的程度。
(实施方式8)
以下说明将本发明的套圈用作构成风力发电装置用轴承(风力发电装置用滚动轴承)的套圈的实施方式8。
如图6所示，风力发电装置50具备：作为旋转翼的叶片52；包括叶片52的中心轴、且在一端与叶片52连接的主轴51；与主轴51的另一端连接的增速机54。增速机54还包括输出轴55，输出轴55与发电机56连接。主轴51受风力发电装置用滚动轴承、即主轴用轴承3的支承而绕轴自由旋转。另外，主轴用轴承3沿主轴51的轴向排列配置有多个(图6中是两个)，分别被壳体53保持着。主轴用轴承3、壳体53、增速机54及发电机56收存在设备室、即舱室59的内部。主轴51的一端从舱室59伸出并与叶片52连接。
以下说明风力发电装置50的动作。如图6所示，一旦叶片52受到风力而向圆周方向旋转，则与叶片52连接的主轴51就在壳体53上被主轴用轴承3支承着而绕轴旋转。主轴51的旋转传递到增速机54而被增速，并且转换成围绕输出轴55的旋转。输出轴55的旋转传递到发电机56，由于电磁感应作用而产生电动势，从而实现发电。
以下说明风力发电装置50的主轴51的支承结构。如图7所示，作为风力发电装置用滚动轴承的主轴用轴承3具备：作为风力发电装置用滚动轴承的套圈的环状的外圈31；配置于外圈31的内周侧、作为风力发电装置用滚动轴承的套圈的环状的内圈32；以及配置于外圈31与内圈32之间、保持在圆环状保持器34上的多个滚子33。在外圈31的内周面上形成有外圈滚道面31A，在内圈32的外周面上形成有两个内圈滚道面32A。外圈31与内圈32配置成两个内圈滚道面32A与外圈滚道面31A相向的状态。多个滚子33沿着两个内圈滚道面32A的各个滚道面而在滚子接触面33A上与外圈滚道面31A及内圈滚道面32A接触，且被保持在保持器34上而以规定的间距沿圆周方向配置，从而在多列(两列)圆环状轨道上自由滚动。另外，在外圈31上形成了沿径向贯穿外圈31的通孔31E。能够通过该通孔31E向外圈31与内圈32之间的空间供给润滑剂。通过以上结构，主轴用轴承3的外圈31及内圈32能够彼此相对地旋转。
另一方面，与叶片52连接的主轴51贯穿主轴用轴承3的内圈32，同时在外周面51A上与内圈的内周面32F接触，且相对于内圈32而固定。另外，主轴用轴承3的外圈31以在外周面31F上与在壳体53上形成的通孔的内壁53A接触的方式嵌入，且相对于壳体53而固定。通过以上结构，与叶片52连接的主轴51就能与内圈32一体地相对于外圈31及壳体53而绕轴旋转。
而且，在内圈滚道面32A的宽度方向两端，形成了向外圈31突出的凸缘部32E。由此来支承因叶片52受到风力而产生的主轴51的轴向(轴向方向)负载。另外，外圈滚道面31A具有球面形状。因此，外圈31和内圈32能够在与滚子33的滚动方向垂直的截面上以该球面的中心为中心而相互形成角度。即，主轴用轴承3是多列自动调心滚子轴承。结果是，即使因叶片52受到风力而导致主轴51挠曲，壳体53也能经过主轴用轴承3来稳定地保持主轴51而使之自由旋转。
并且，作为实施方式8的风力发电装置用滚动轴承的套圈的外圈31及内圈32譬如用上述实施方式5～7的套圈的制造方法来制造。该外圈31及内圈32是具有1000mm以上内径的风力发电装置用滚动轴承的套圈。而且，在外圈31及内圈32上，通过高频淬火而沿外圈滚道面31A及内圈滚道面32A的全周均质地形成有淬火硬化层。即，外圈31及内圈32具有1000mm以上的内径，并且通过高频淬火来形成，具有沿着圆周方向的圆环形状的同样深度的淬火硬化层，且该淬火硬化层的表面分别成为外圈滚道面31A及内圈滚道面32A。结果是，上述外圈31及内圈32形成为能抑制热处理的成本、能通过高频淬火而沿滚道面的全周均质地形成有淬火硬化层的大型的套圈，能够用这种套圈来构成在严酷的环境下也能使用的风力发电装置用轴承。
另外，本发明的套圈的制造方法适用于制造大型的滚动轴承的套圈。上述实施方式8是将风力发电装置用轴承作为大型的滚动轴承一例来说明，但也适用于其它大型的滚动轴承。具体是，本发明的套圈的制造方法还适用于制造例如CT扫描仪用滚动轴承的套圈，这种CT扫描仪用滚动轴承的套圈将旋转台支承在与该旋转台相向配置的固定台上使之自由旋转，旋转台上设有CT扫描仪的X线照射部。另外，本发明的套圈的制造方法还适用于例如深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、自动调心滚子轴承、推力球轴承等任意的滚动轴承的套圈。
(实施方式9)
首先，以滚动轴承的套圈、亦即内圈的制造方法为例来说明本发明的一实施方式、即实施方式9。如图1所示，在本实施方式的内圈的制造方法中，首先实施成形体准备工序来作为工序(S10)。在该工序(S10)中准备过共析钢的钢材，并实施锻造、车削等加工，由此制造出形状与所需内圈的形状对应的成形体。更具体是，譬如制造出与内径1000mm以上的内圈的形状对应的成形体。此处，作为上述过共析钢，能够采用譬如JIS标准高碳铬轴承钢、即SUJ3、SUJ5等。
接着，实施正火工序来作为工序(S20)。在该工序(S20)中，将在工序(S10)中制造出来的成形体加热到A1相变点以上的温度后，使其冷却到不到A1相变点的温度，由此而实施正火处理。此时，正火处理的冷却时的冷却速度只要是构成成形体的钢不会相变为马氏体的冷却速度、即不到临界冷却速度的冷却速度即可。至于正火处理后成形体的硬度，则是该冷却速度越快硬度就越高，冷却速度越慢则硬度越低。因此，能够通过调节该冷却速度来使成形体具备所需的硬度。
以下，参照图1来实施淬火硬化工序。该淬火硬化工序包含作为工序(S30)实施的感应加热工序和作为工序(S40)实施的冷却工序。在工序(S30)中，如图2及图3所示，将作为感应加热部件的线圈21面向成形体10上要让滚动体滚动的面、即滚道面11(环状区域)的一部分来配置。此处，如图3所示，线圈21上与滚道面11相向的面具有与滚道面11一致的形状。然后，使成形体10围绕中心轴旋转，具体是向着箭头α的方向旋转，同时从电源(图中未示)对线圈21供给高频电流。由此将成形体10的包括滚道面11在内的表层区域感应加热到A1点以上的温度，从而形成沿着滚道面11的圆环状的加热区域11A。此时，用辐射温度计等温度计22对滚道面11的表面温度进行测量和控制。
接着，在工序(S40)中，对包含了在工序(S30)中形成的加热区域11A在内的整个成形体10喷射例如作为冷却液的水，从而将整个加热区域11A同时冷却到Ms点以下的温度。由此使加热区域11A相变为马氏体并硬化。经过以上步骤来实施高频淬火并结束淬火硬化工序。
此处，在高频淬火过程中，越是长时间地保持较高的加热温度，钢中的碳化物便越多地溶入钢的坯料中，使坯料的碳浓度上升。并且，之后在冷却到Ms点以下温度且结束淬火硬化的时刻，钢的硬度基本上随着坯料中碳浓度的上升而上升。然而，如果坯料中的碳浓度过高，则残留奥氏体量会上升，会导致硬度降低。另外，如果碳化物在坯料中的溶入量上升，则随之而来的是淬火硬化后的钢中存在的碳化物量会减少，这会导致耐磨性降低。从而，最好是以预先确定的温度及时间范围来保持加热区域11A的温度，然后将整个加热区域11A冷却，从而能够实现整个加热区域11A冷却后在滚道面11上残留有规定量以上的碳化物，并且滚道面11达到规定的硬度以上。由此能够制造出具有耐磨性且耐久性极佳的内圈(套圈)。
更具体是，根据本发明人的研究，为了得到具有耐磨性且耐久性极佳的套圈，最好是以预先确定的温度及时间范围来保持加热区域11A的温度，然后将整个加热区域11A冷却，从而能够实现整个加热区域11A冷却后滚道面11上的碳化物面积率为5.2％以上，硬度为62HRC以上。
接着，实施回火工序来作为工序(S50)。在该工序(S50)中，将已在工序(S30)及(S40)中淬火硬化的成形体10譬如装入炉内并被加热到A1点以下的温度后保持规定的时间，由此实施回火处理。
接着，实施精加工工序来作为工序(S60)。在该工序(S60)中，例如对滚道面11实施研磨加工等精加工。通过以上处理，就完成了滚动轴承的套圈、即内圈，藉此结束本实施方式的套圈的制造。
如此制造出来的本实施方式的内圈10如图2及图3所示，例如具有1000mm以上的内径d3，由高碳铬轴承钢等过共析钢(SUJ3、SUJ5等)构成，通过高频淬火而沿滚道面11的全周均质地形成有淬火硬化层11A。由此，本实施方式的内圈10成为通过高频淬火而沿滚道面11的全周均质地形成有淬火硬化层11A、且耐久性极佳的滚动轴承的套圈。
另外，在套圈10上，最好是滚道面11上的碳化物的面积率为5.2％以上，硬度为62HRC以上。这样就能获得这样一种内圈10：即使在滚动体与内圈10之间的接触应力大且滚动体与套圈10间未充分形成油膜的环境下使用，也具有足够的耐久性。而这种结构可以通过如下方式获得：在上述淬火硬化工序中，以能够实现滚道面11上的上述碳化物的面积率和硬度的预先确定的温度及时间范围来保持加热区域11A的温度，然后将整个加热区域11A冷却。
在本实施方式中，在工序(S30)中，通过使配置成面向成形体10的滚道面的一部分的状态的线圈21沿圆周方向相对地旋转，从而在成形体10上形成加热区域11A。因此，能够采用相对于成形体10的外形形状而言较小的线圈21，即使要对大型的成形体10进行淬火硬化，也能抑制淬火装置的制造成本。另外，本实施方式是将整个加热区域11A同时冷却到Ms点以下的温度。因此，能够沿圆周方向形成均质的环状的淬火硬化区域，能够抑制残余应力集中于部分区域的现象。而且，本实施方式采用过共析钢作为原材料，这种过共析钢能够通过淬火硬化实现足够高的硬度及足够的碳化物量。结果是，采用本实施方式的内圈的制造方法既能抑制淬火装置的制造成本，又能通过高频淬火而沿滚动面的全周均质地形成淬火硬化层，能够制造出具有耐磨性且耐久性极佳的内圈(套圈)。
虽然上述工序(S20)不是本发明的套圈的制造方法的必要工序，但通过实施该道工序，能够调节所制造的套圈的非硬化区域(淬火硬化层以外的区域)的硬度。
另外，在上述工序(S20)中，还可以在向成形体10喷射气体的同时喷射硬质的粒子，从而一边将成形体10冷却一边实施喷丸处理。由此，能够在进行正火处理时的吹风冷却的同时实施喷丸处理。因此，能够将因正火处理的加热而在成形体10的表层部生成的鳞屑除去，能够抑制因鳞屑的生成而导致的套圈特性低下和因鳞屑的生成导致的导热系数低下。此处，作为硬质的粒子(喷射材料)，例如可采用由钢、铸铁等构成的金属粒子。
而且，在上述工序(S30)中，成形体10至少旋转一圈即可，但为了抑制圆周方向上的温度不均，实现更加均质的淬火硬化，最好是旋转多圈。即，作为感应加热部件的线圈21最好是沿着成形体10的滚道面的圆周方向相对地旋转两周以上。
(实施方式10)
以下说明本发明的又一实施方式、即实施方式10。实施方式10的内圈的制造方法基本上与实施方式9同样地实施，并具有同样的效果。然而，实施方式10的内圈的制造方法在工序(S30)中关于线圈21的配置与实施方式9不同。
即，如图4所示，在实施方式10的工序(S30)中，隔着成形体10配置有一对线圈21。并且成形体10向着箭头α的方向旋转，同时从电源(图中未示)对线圈21供给高频电流。由此将成形体10的包括滚道面11在内的表层区域感应加热到A1点以上的温度，从而形成沿着滚道面11的圆环状的加热区域11A。
通过这样沿成形体10的圆周方向配置多个(本实施方式是两个)线圈21，实施方式10的滚动轴承的套圈的制造方法就能抑制圆周方向上的温度不均，实现均质的淬火硬化。另外，为了进一步抑制圆周方向上的温度不均，最好是在成形体10的圆周方向上等间隔地配置线圈21。
(实施方式11)
以下说明本发明的又一实施方式、即实施方式11。实施方式11的内圈的制造方法基本上与实施方式9及10同样地实施，并具有同样的效果。然而，实施方式11的内圈的制造方法在工序(S30)中关于温度计22的配置与实施方式9及10不同。
即，如图5所示，在实施方式11的工序(S30)中，要对加热区域、即滚道面11的多个部位(此处为四个部位)测量温度。更具体是，在实施方式11的工序(S30)中，沿成形体10的滚道面11的圆周方向等间隔地配置有多个温度计22。
由此能够在滚道面11的圆周方向上同时测量多个部位的温度，因此能够在确认滚道面11的圆周方向上已实现均质加热的基础上将成形体10淬火并实施淬火硬化处理。结果是，实施方式11的滚动轴承的内圈的制造方法能够在滚道面11的圆周方向上实现更加均质的淬火硬化。
不过，上述实施方式是将线圈21固定，而使成形体10旋转，但也可以是将成形体10固定，而使线圈21沿着成形体10的圆周方向旋转，还可以通过使线圈21及成形体10双方都旋转，来使线圈21沿着成形体10的圆周方向相对地旋转。不过，在线圈21上需要布置向线圈21供给电流的配线等，因此往往是将线圈21固定的方式更合理。
另外，在上述实施方式中，作为套圈的一例，举了制造径向型滚动轴承的内圈的情形来说明，但能够适用本发明的套圈不限于此，例如还可以是径向型滚动轴承的外圈，也可以是推力型轴承的套圈。此处，在工序(S20)中，例如在将径向型滚动轴承的外圈加热时，只要将线圈21配置成面向在成形体的内周侧形成的滚道面的状态即可。另外，在工序(S20)中，例如在将推力型滚动轴承的套圈加热时，只要将线圈21配置成面向在成形体的端面侧形成的滚道面的状态即可。
而且，为了实现高效均质的加热，可以合适地确定成形体10圆周方向上的感应加热部件、即线圈21的长度，例如定为须加热区域的长度的1/12左右、即与成形体(套圈)的中心轴相对的中心角成为30°左右的长度。
至于本发明的高频淬火的具体条件，可以根据套圈(成形体)的大小、壁厚、材质、电源容量等条件合适地设定。
另外，为了抑制圆周方向上的温度不均，最好在感应加热结束后，在实施向Ms点以下的温度冷却之前，设置一道将成形体保持在加热停止状态的工序。更具体是，在上述成形体的形状及加热条件下，例如在加热结束后保持三秒钟停止加热的状态，就能够将已加热的区域表面在圆周方向上的温度不均控制在20℃以下的程度。
(实施方式12)
以下说明将本发明的套圈用作构成风力发电装置用轴承(风力发电装置用滚动轴承)的套圈的实施方式12。
如图6所示，风力发电装置50具备：作为旋转翼的叶片52；包括叶片52的中心轴、且在一端与叶片52连接的主轴51；与主轴51的另一端连接的增速机54。增速机54还包括输出轴55，输出轴55与发电机56连接。主轴51受风力发电装置用滚动轴承、即主轴用轴承3的支承而绕轴自由旋转。另外，主轴用轴承3沿主轴51的轴向排列配置多个(图6中是两个)，分别被壳体53保持着。主轴用轴承3、壳体53、增速机54及发电机56收存在设备室、即舱室59的内部。主轴51的一端从舱室59伸出并与叶片52连接。
以下说明风力发电装置50的动作。如图6所示，一旦叶片52受到风力而向圆周方向旋转，与叶片52连接的主轴51就在壳体53上被主轴用轴承3支承着而绕轴旋转。主轴51的旋转传递到增速机54而被增速，并且转换成围绕输出轴55的旋转。输出轴55的旋转传递到发电机56，由于电磁感应作用而产生电动势，从而实现发电。
以下说明风力发电装置50的主轴51的支承结构。如图7所示，作为风力发电装置用滚动轴承的主轴用轴承3具备：作为风力发电装置用滚动轴承的套圈的环状的外圈31；配置于外圈31的内周侧、作为风力发电装置用滚动轴承的套圈的环状的内圈32；以及配置于外圈31与内圈32之间、保持在圆环状保持器34上的多个滚子33。在外圈31的内周面上形成有外圈滚道面31A，在内圈32的外周面上形成有两个内圈滚道面32A。外圈31与内圈32配置成两个内圈滚道面32A与外圈滚道面31A相向的状态。多个滚子33沿着两个内圈滚道面32A的各个滚道面而在滚子接触面33A上与外圈滚道面31A及内圈滚道面32A接触，且被保持在保持器34上而以规定的间距沿圆周方向配置，从而在多列(两列)圆环状轨道上自由滚动。另外，在外圈31上形成了沿径向贯穿外圈31的通孔31E。能够通过该通孔31E向外圈31与内圈32之间的空间供给润滑剂。通过以上结构，主轴用轴承3的外圈31及内圈32能够彼此相对地旋转。
另一方面，与叶片52连接的主轴51贯穿主轴用轴承3的内圈32，同时在外周面51A上与内圈的内周面32F接触，且相对于内圈32而固定。另外，主轴用轴承3的外圈31以在外周面31F上与在壳体53上形成的通孔的内壁53A接触的方式嵌入，且相对于壳体53而固定。通过以上结构，与叶片52连接的主轴51就能与内圈32一体地相对于外圈31及壳体53而绕轴旋转。
而且，在内圈滚道面32A的宽度方向两端，形成了向外圈31突出的凸缘部32E。由此来支承因叶片52受到风力而产生的主轴51的轴向(轴向方向)负载。另外，外圈滚道面31A具有球面形状。因此，外圈31和内圈32能够在与滚子33的滚动方向垂直的截面上以该球面的中心为中心而相互形成角度。即，主轴用轴承3是多列自动调心滚子轴承。结果是，即使因叶片52受到风力而导致主轴51挠曲，壳体53也能经过主轴用轴承3来稳定地保持主轴51而使之自由旋转。
另外，外圈31及内圈32作为实施方式12的风力发电装置用滚动轴承的套圈，例如用上述实施方式9～11记载的套圈的制造方法来制造，且具有与上述实施方式9的内圈10同样的结构。即，该外圈31及内圈32是具有1000mm以上内径的风力发电装置用滚动轴承的套圈。而且，外圈31及内圈32由过共析钢构成，通过高频淬火而沿外圈滚道面31A及内圈滚道面32A的全周均质地形成了淬火硬化层。即，外圈31及内圈32具有1000mm以上的内径，并且由过共析钢构成，通过高频淬火来形成，具有沿着圆周方向的圆环形状的同样深度的淬火硬化层，且该淬火硬化层的表面分别成为外圈滚道面31A及内圈滚道面32A。结果是，上述外圈31及内圈32形成为能抑制热处理的成本、能通过高频淬火而沿滚道面的全周均质地形成有淬火硬化层、且耐久性极佳的大型的套圈，能够用这种套圈来构成在严酷的环境下也能使用的风力发电装置用轴承。
另外，由于上述内圈32是与主轴51一同旋转的，因此沿着内圈滚道面32A的全周形成了负载区。另一方面，在内圈32上，通过高频淬火而沿着内圈滚道面32A的全周形成了淬火硬化层。因此，即使内圈滚道面32A的全周都成为负载区，内圈32也具有足够的耐久性。
而且，主轴用轴承3在主轴51反复旋转及停止等而导致油膜参数Λ为1以下的环境下也能使用。另一方面，构成主轴用轴承3的外圈31及内圈32是具有耐磨性且耐久性极佳的本发明的套圈。因此，即使在这样的严酷环境下使用，主轴用轴承3也具备足够的耐久性。另外，耐久性极佳的主轴用轴承3还适于用作难以进行维修作业的海上风力发电的主轴用轴承。
在上述实施方式12中，作为大型的滚动轴承的一例，对风力发电装置用轴承进行了说明，但也适用于其它大型的滚动轴承。具体是，本发明的套圈还适用于例如CT扫描仪用滚动轴承的套圈，这种CT扫描仪用滚动轴承的套圈将旋转台支承在与该旋转台相向配置的固定台上使之自由旋转，旋转台上设有CT扫描仪的X线照射部。另外，本发明的套圈还适用于例如深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、自动调心滚子轴承、推力球轴承等任意的滚动轴承的套圈。
实施例
(实施例1)
为了确认本发明的滚动轴承的套圈的耐磨性进行了试验。用萨文(savin)型磨损试验机来进行试验。首先，采用JIS标准SUJ5作为原材料，加工成所需试验片的形状后进行淬火硬化处理，由此制作成试验片(实施例)。试验片的表面粗糙度Ra为0.010μｍ。另一方面，为了进行比较，还采用JIS标准S55C作为原材料，准备用同样方法制作的试验片(比较例)。而且，对得到的试验片上的碳化物的面积率进行测定，并对试验片进行萨文型磨损试验。作为对象部件，采用由SUJ2构成、表面粗糙度Ra为0.015μｍ的部件。试验时的负载为50N，试验片与对象部件间的相对速度为0.05m/s，试验时间为60分钟，采用美孚快速油(Mobil Velocity Oil)No.3(注册商标)(VG2)作为润滑油。并且从试验结束后的试验片的磨损量算出相对磨损量并评价耐磨性。表1表示试验结果。
［表1］
钢材种类 SUJ5(实施例) S55C(比较例)
碳化物面积率(％) 8.8 0.1
相对磨损量(×10-10mm3/Nm) 181 286
如表1所示，实施例的试验片的相对磨损量是比较例的试验片的相对磨损量的63％左右。这时因为，比较例的试验片上的碳化物的面积率为0.1％，而实施例的试验片上的碳化物的面积率为8.8％。如上所述，本发明的滚动轴承的套圈具有足够的碳化物量，因此能够确保较高的耐磨性。
不过，为了确保足够的耐磨性，碳化物的面积率在2％以上较好，4％以上更好。另一方面，由于可能发生硬度低下的问题，碳化物的面积率在11％以下较好，9％以下更好。
(实施例2)
在淬火硬化工序中，作为设定温度及时间范围、以使在套圈的滚道面上残留规定量以上的碳化物并使滚道面达到规定硬度以上的方法的一个例子，进行了试验，确定了使滚道面上的碳化物的面积率为5.2％以上、硬度为62HRC以上的温度及时间范围。试验步骤如下。
首先，准备由JIS标准SUJ5构成的试验片。通过高频加热使该试验片以3℃/秒的升温速度升温，并且分别在800、850、875、900、950、1000℃的各个温度下分别保持10、30、60、300、600、1800秒，然后淬火，由此将试验片淬火硬化。然后，将得到的试验片切断，并对切断面进行研磨。再用苦味醇液(苦味酸酒精溶液)腐蚀断面，并测定在金属组织中观察到的碳化物的面积率。并且，将得到的试验片切断，用维氏硬度计来测定硬度。测定结果如图8及图9所示。在图8及图9中，横轴表示保持时间。图8的纵轴表示碳化物的面积率，图9的纵轴表示维氏硬度。
如图8所示，可以确认碳化物的面积率随着加热温度升高而减少，且随着保持时间延长而减少。这是因为，加热温度越高，就有越多的碳化物溶入坯料，并且保持时间越长，就有越多的碳化物溶入坯料。
另一方面，如图9所示，关于硬度，在加热温度为800～850℃的范围内，硬度随着保持时间延长而升高。而在加热温度为875～900℃的范围内，硬度随着保持时间延长而升高，然后，如果保持时间进一步延长，则硬度会降低。而在加热温度为950～1000℃的范围内，硬度随着保持时间延长而降低。这是因为，当加热温度较低时，随着保持时间延长，淬火后的马氏体组织中所含的碳量会增加，使硬度升高，而在加热温度较高时，如果延长保持时间，则淬火后的残留奥氏体量会增加，使硬度降低。
从上述试验结果就能够确定使碳化物的面积率为5.2％以上、硬度为62HRC以上的温度及时间范围。图10是表示该范围的图。硬度62HRC相当于硬度746HV。在图10中，横轴表示保持时间，纵轴表示保持温度。而且，通过用在图10中被连接各点的线段所包围的区域中的温度及时间范围来实施高频淬火，就能够得到滚道面上的碳化物的面积率为5.2％以上、硬度为62HRc以上这种较好的结构。这样，制作出不仅着眼于硬度还考虑到碳化物面积率的TTA(等温转变图(Time Temperature Austenitization))线图，且在淬火硬化工序中以基于该线图预先确定的温度及时间范围来保持加热区域的温度，然后将整个加热区域冷却，由此能够容易地制造出具有耐磨性且耐久性极佳的套圈。
(实施例3)
进行模拟试验来确认上述实施方式的套圈的制造方法的优越性。假设对外径φ2000mm的套圈进行淬火硬化处理，并算出滚道面任意一点上的温度变化。作为淬火硬化的方法，研究了以下两种方法：一种方法是用与滚道面的圆周方向一部分相向的线圈来实施高频感应加热，且在线圈通过后立即对已被加热的区域喷射冷却液，由此依次对该区域实施淬火硬化(移动淬火)；另一种方法是使面向滚道面一部分的线圈沿圆周方向相对地旋转，以形成环状的加热区域，并且将整个加热区域同时冷却到Ms点以下的温度(实施例；与上述实施方式的套圈的制造方法对应)。上述移动淬火相当于上述专利文献2记载的方法。
如图11所示，在实施移动淬火时，滚道面上的一点在短时间内被急剧加热后被立即冷却。此处，在对本发明的对象、即以过共析钢为原材料的套圈进行淬火硬化时，使构成套圈的钢的显微组织里残留所期望量的碳化物(渗碳体)，并且在合适的碳固溶状态下将套圈淬火，由此实现合适的淬火硬化，所谓合适的碳固溶状态是指坯料中固溶了必要的足够量的碳。如果碳化物的残留量多而碳的固溶量少，则难以使滚道面具备足够的硬度。反之，如果碳化物的残留量少而碳的固溶量多，则难以具备足够的耐磨性，而且发生淬裂的风险很高。另外，碳在钢坯料中的固溶量有赖于加热温度及保持时间，但如果加热温度的变化小，则固溶量的增加随着时间的经过而饱和。因此，通过减少加热温度的变化并且以该加热温度进行长时间保持，就能容易地控制碳的固溶量。然而，当如上述那样采用图11所示的移动淬火进行淬火硬化时，由于加热温度的变化大，且保持时间短，因此极难控制碳的固溶量。因此，在由过共析钢构成的套圈的制造方法中采用移动淬火来实现合适的淬火硬化是不现实的。
另一方面，如图12所示，在采用与上述实施方式的套圈的制造方法对应的实施例的淬火硬化方法时，在将滚道面的一点加热到能够实现淬火硬化的A1相变点以上的温度后，在温度变化较小的状态下长时间保持(要在经过更长时间后再实施向Ms点以下温度的冷却，因此图中未示出)。因此，在实施例的方法中，能容易地控制碳的固溶量。结果是，采用实施例的淬火方法时，能容易地实现合适的淬火硬化。
从以上结果可以确认，采用上述实施方式的套圈的制造方法能容易地实现对由过共析钢构成的套圈的合适的淬火硬化。
以上公开的实施方式及实施例在所有点上均为示例，而不是限定。本发明的范围不受以上说明限定，而是由权利要求的范围来表示，包括与权利要求范围均等的范围以及在权利要求范围内所作的一切变更。
工业上的可利用性
本发明的套圈的制造方法、套圈及滚动轴承尤其适用于要求能够抑制淬火装置的制造成本且沿滚道面的全周均质地形成淬火硬化层的套圈的制造方法、要求沿滚道面的全周均质地形成淬火硬化层的滚动轴承的套圈、具备该套圈的滚动轴承。
(符号说明)
3     主轴用轴承
10    成形体(内圈)
11    滚道面
11A   加热区域(淬火硬化层)
21    线圈
22    温度计
31    外圈
31A   外圈滚道面
31E   通孔
31F   外周面
32    内圈
32A   内圈滚道面
32E   凸缘部
32F   内周面
33    滚子
33A   滚子接触面
34    保持器
50    风力发电装置
51    主轴
51A   外周面
52    叶片
53    壳体
53A   内壁
54    增速机
55    输出轴
56    发电机
59    舱室

Claims (21)

1.一种套圈(10、31、32)的制造方法，是滚动轴承的套圈(10、31、32)的制造方法，其特征在于，具备：
准备由过共析钢构成的成形体(10)的工序；
形成环状的加热区域(11A)的工序，在该工序中，使感应加热部件(21)沿着环状区域的圆周方向相对地旋转，从而在所述成形体上形成被加热到A1点以上温度的环状的加热区域(11A)，所述感应加热部件(21)配置成面对所述成形体(10)上要成为所述套圈(10、31、32)的滚道面(11、31A、32A)的环状区域一部分的状态，且对所述成形体(10)进行感应加热；以及
将整个所述加热区域(11A)同时冷却到Ms点以下的温度的工序，
在对整个所述加热区域(11A)进行冷却的工序中，以预先确定的温度及时间范围保持所述加热区域(11A)的温度，然后再将整个所述加热区域(11A)冷却，所述预先确定的温度及时间范围能够使整个所述加热区域(11A)被冷却后在所述滚道面(11、31A、32A)上残留有规定量以上的碳化物，且所述滚道面(11、31A、32A)能达到规定的硬度以上。
2.如权利要求1所述的套圈(10、31、32)的制造方法，其特征在于，
所述过共析钢包含0.95质量％以上1.10质量％以下的碳、0.40质量％以上0.70质量％以下的硅、0.90质量％以上1.15质量％以下的锰、0.90质量％以上1.20质量％以下的铬，其余由铁及杂质构成。
3.如权利要求1所述的套圈(10、31、32)的制造方法，其特征在于，
所述过共析钢包含0.95质量％以上1.10质量％以下的碳、0.40质量％以上0.70质量％以下的硅、0.90质量％以上1.15质量％以下的锰、0.90质量％以上1.20质量％以下的铬、0.10质量％以上0.25质量％以下的钼，其余由铁及杂质构成。
4.如权利要求1所述的套圈(10、31、32)的制造方法，其特征在于，
在对整个所述加热区域(11A)进行冷却的工序中，以预先确定的温度及时间范围保持所述加热区域(11A)的温度，然后再将整个所述加热区域(11A)冷却，所述预先确定的温度及时间范围能够使整个所述加热区域(11A)被冷却后在所述滚道面(11、31A、32A)上的碳化物的面积率达到5.2％以上，硬度达到62HRC以上。
5.如权利要求1所述的套圈(10、31、32)的制造方法，其特征在于，
所述过共析钢是JIS标准高碳铬轴承钢。
6.如权利要求1所述的套圈(10、31、32)的制造方法，其特征在于，
在形成所述加热区域(11A)的工序之前，还具有对所述成形体(10)实施正火处理的工序。
7.如权利要求6所述的套圈(10、31、32)的制造方法，其特征在于，
在实施所述正火处理的工序中，将硬质的粒子与气体一同向所述成形体(10)喷射，由此一边将所述成形体(10)冷却一边实施喷丸处理。
8.如权利要求1所述的套圈(10、31、32)的制造方法，其特征在于，
在形成所述加热区域(11A)的工序中，所述感应加热部件(21)沿着所述成形体(10)的圆周方向相对地旋转两周以上。
9.如权利要求1所述的套圈(10、31、32)的制造方法，其特征在于，
在形成所述加热区域(11A)的工序中，所述感应加热部件(21)沿着所述成形体(10)的圆周方向配置多个。
10.如权利要求1所述的套圈(10、31、32)的制造方法，其特征在于，
在形成所述加热区域(11A)的工序中，对所述加热区域(11A)的多个部位的温度进行测定。
11.一种套圈(10、31、32)，其特征在于，
用权利要求1所述的套圈(10、31、32)的制造方法来制造，具有1000mm以上的内径。
12.一种套圈(10、31、32)，是具有1000mm以上内径的滚动轴承(3)的套圈(10、31、32)，其特征在于，
用权利要求1所述的套圈(10、31、32)的制造方法来制造，
由过共析钢构成，
通过高频淬火而沿滚道面(11、31A、32A)的全周形成有淬火硬化层。
13.如权利要求12所述的套圈(10、31、32)，其特征在于，
所述过共析钢包含0.95质量％以上1.10质量％以下的碳、0.40质量％以上0.70质量％以下的硅、0.90质量％以上1.15质量％以下的锰、0.90质量％以上1.20质量％以下的铬，其余由铁及杂质构成。
14.如权利要求12所述的套圈(10、31、32)，其特征在于，
所述过共析钢包含0.95质量％以上1.10质量％以下的碳、0.40质量％以上0.70质量％以下的硅、0.90质量％以上1.15质量％以下的锰、0.90质量％以上1.20质量％以下的铬、0.10质量％以上0.25质量％以下的钼，其余由铁及杂质构成。
15.如权利要求12所述的套圈(10、31、32)，其特征在于，
所述滚道面(11、31A、32A)上的碳化物的面积率达到5.2％以上，硬度达到62HRC以上。
16.如权利要求12所述的套圈(10、31、32)，其特征在于，
所述过共析钢是JIS标准高碳铬轴承钢。
17.如权利要求12所述的套圈(10、31、32)，其特征在于，
所述滚道面(11、31A、32A)的全周成为负载区域。
18.一种滚动轴承(3)，具备：
内圈(32)；
外圈(31)，该外圈(31)配置成包围所述内圈(32)的外周侧的状态；以及
多个滚动体(33)，这些滚动体(33)配置在所述内圈(32)与所述外圈(31)之间，
所述内圈(32)及所述外圈(31)中的至少一方是权利要求13所述的滚动轴承的套圈(10、31、32)。
19.如权利要求18所述的滚动轴承(3)，其特征在于，
能够在油膜参数Λ的值为1以下的环境下使用。
20.如权利要求18所述的滚动轴承(3)，其特征在于，
在风力发电装置(50)中，与叶片(52)连接的主轴(51)贯穿所述内圈(32)而固定，所述外圈(31)相对于壳体(53)而固定，由此来支承所述主轴(51)且使之能相对于所述壳体(53)而自由旋转。
21.如权利要求20所述的轴承(3)，其特征在于，
所述风力发电装置(50)用于海上风力发电。
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