CN1082563C - 滚动件和具有滚动件的滚动装置 - Google Patents

Abstract

以滚动或滑动方式使用的具有配对件的滚动件至少一个组成是由含有重量为0.8%-0.9%的C、0.1%-0.7%的Si、0.5%-1.1%的Mn和0.1%-0.6%的Cr，并其余部分为Fe和不可避免的杂质元素的碳钢所制成，其中从组分计算的理想临界直径DI值是1.5-4.0，并且硬化热处理后的残余奥氏体的体积为8%-22%。DI＝(0.311×C%^0.498)×(0.7×Si%+1)×(3.33×Mn%+1)×(2.16×Cr%+1)。

Description

滚动件和具有滚动件的滚动装置

本发明涉及滚动装置及其组件，特别是涉及各种滚动装置(如用轴承钢制造的用于汽车、建筑设备、机床等长寿命低成本的滚动轴承和尺寸较小的精密轴承，如硬盘驱动器(HDD)、盒式磁带录像机(VCR)等的主轴支承轴承，以及冷却扇电机轴承等)组件的材料改进。

总的来说，在本发明中，滚动轴承、滚珠丝杆、直线导引轴、滚珠套筒、滚珠花键等都是众所周知的滚动装置，此外，作为滚动装置组件的滚动件，下面的滚动件是众所周知的。圈(内圈，外圈)和滚动体(滚珠、滚动轴承滚柱)是已知的滚动轴承的组件。螺母、螺丝轴和滚动体(滚珠)是已知的滚珠丝杆的组件，滑块(螺母)、导轨和滚动体(滚珠)是已知的直线导引轴承的组件，轴承、导圈和滚动体(滚珠)是已知的滚珠套筒的组件。滚珠套筒、多槽轴和滚动体(滚珠)是已知的滚珠花键的组件。

在滚动装置中，滚动件被归为/认为是滚动装置的部件/组件，滚动件包括滚动体和为导向滚动体而相对于滚动体转动滑动或移动的部件。滚动体和部件被归为/认为彼此配对的装配件。

一个滚动轴承的圈和滚动体是用作滚动轴承的组件，滚动轴承是滚动装置的一个例子。圈和滚动体在滚动表面间作滚动运动，并重复接受接触应力，它们也在每个圈的凸缘部和滚柱轴承的滚动体(如滚动装置的保持架或一个组件)之间产生滑动运动。那么，对材料来说，必须有抗载荷的硬度、长期滚动的疲劳强度、良好的滑动耐磨损等等。由于轴承是高尺寸精度的机械部件，必须有足够的尺寸稳定性。因此，一般用轴承钢SUJ2或与表面硬化的SCR420相当的钢作为轴承构件的材料。

使用SUJ2和SCR420材料为滚动轴承的优缺点如下所述：

由于SUJ2在合金组分中含有大量的C和Cr，在钢制造时刻和均热等时容易产生大量的碳化物或离析，如要进行去除碳化物或离析，则同SCR420相比导致材料成本的增加。

一般来说，小轴承的内外圈是通过热(暖)锻来成型的，然后遂渐退火，由于材料中的碳量，退火后SUJ2有很大的硬度，难以切削，同SCR420相比增加了加工成本。但是，SUJ2仅仅淬火和回火就可提供轴承所需的硬度，而SCR420要渗碳和碳氮共渗，然后淬火和回火提供表层所需的硬度，因此同SUJ2相比极剧增加了热处理的成本。结果，按总的轴承制造成本来说SUJ2比SCR420低。

然而，对滚动轴承功能来说，由渗碳或碳氮共渗的SCR420所制的轴承在表层含有大量r^R(残余奥氏体)，还产生残余压应力，因此由SCR420所制的轴承在混合有异物的润滑下特别趋于有长寿命，也表现出好的疲劳强度和冲击强度。在作为轴承重要功能尺寸稳定性方面SCR420优于SUJ2。

另一方面，对于滚动体来说，几乎都用将在下文中称作盘材的冷拉丝材料，通过冷锻成型(这在下文中被称作镦锻加工)，不进行切削加工。比较SUJ2和SCR420的冷加工性，合金成分中含有大量C和Cr的SUJ2在退火后有很大的硬度，在冷加工性方面不及SCR420。然而，SCR420需要渗碳或碳氮共渗，因此如内外圈一样增加了热处理成本。因而，SCR420同SUJ2相比极大地增加制造成本。

从滚动体的功能来看，由渗碳或碳氮共渗的SCR420所制的滚动体在表层仍然含有大量r^R(残余奥氏体)，还产生残余压应力，因此由SCR420所制的滚动体在混合有异物的润滑下特别趋于有长寿命。

相反，HDD和VCR的主轴支承轴承、空调风扇马达轴承等的滚动件是用于相对轻载荷的情况下的，但由轴承本身所产生的振动和噪音必须小，但在某些情况下，使用中噪音可能变得比使用的上限高。这意味着所应用的较小精密滚珠轴承需要好的噪音性能而不是滚动疲劳强度。

振动和噪音由各种原因的滚珠轴承上产生，由于从轴承滚道表面发生的振动和噪音增加，它们产生在用于HDD等较小精密滚珠轴承上。就是说，如果轴承的内外圈材料含有大量残余奥氏体，在轴承成品的滚道表面上很容易造成压痕，因此载荷或冲击载荷很容易引起轴承滚道表面永久变形。这种永久变形增加从轴承滚道表面上发生的振动和噪音，降低了噪音性能。因此，减小残余奥氏体的量(r^R)或使该r^R量为零作为降低噪音的对策是有效的。

于是，通过减小材料中残余奥氏体的数量(r^R)或使该数量为零来阻止噪音性能降低的轴承公开在日本未审查专利公告7-103241中。

如上所述，对于普通的轴承件来说，被渗碳或碳氮共渗的渗碳钢比轴承钢的轴承功能高，但在清洁油浴润滑或滑脂润滑条件下由于成本的缘故通常优先采用轴承钢制造滚动轴承。

然而，用轴承钢所制的普通滚动件的材料成本高，还有以上所述的不良冷加工性，因此它难以满足近年对大大降低成本的要求。这是现有技术的第一个问题。

进一步来说，外部水分等容易进入到主要在户外操作的机械(如自行车、汽车、农业机械和建筑设备)的滚动轴承中，所以滚动轴承的寿命通常会降低(“Jidousha no tripology”Shadan houjin jidousha gijyutukai，1994，p.272)。因水分等的进入，润滑状态变糟，或由于如锈一样的腐蚀所产生的损坏(“Korogari jikuuke handbook”J.Blondline et at.，1996，p.382)。为了防止因外界水分等的进入引起麻烦，对轴的轴承和发动机附属机械的水泵轴承加强密封以防止水分等进入。

然而，即使加强密封改善了密封性，但由于在轴承运转和淬止时期温度的不同，轴承中的空气膨胀和收缩，水分被吸入，因此因水分进入引起的寿命降低不能完全被阻止。为了对付由于水分进入所引起的寿命降低，可以使用如不锈钢一样的高合金钢作为轴承的材料来改善耐腐性。但轴承的成本增加。这是现有技术的第二个问题。

此外，将容易因载荷或冲击在轴承滑道表面产生永久变形的残余奥氏体减少或减至零，对于降低噪音也是有效的。然而，普通的降低方法是采用(零度下)低温处理或高温回火处理，因而导致成本等于或高于现行的成本。这是现有技术的第三个问题。

降低从轴承滚道表面产生的振动或噪音的对策不是开始就产生的，这意味着噪音性能仍然有改善的余地。

本发明的第一个目的是解决现有技术的第一个问题，提供比轴承钢SUJ2所制的普通滚动件有较高寿命、机械强度等的滚动件，同时尽可能地降低材料和制造成本。

根据发明者的经验，轴承的寿命不能简单地通过改善内外圈的耐腐性来延长；要考虑因进水产生的腐蚀，并要考虑轴承损坏的未知原因仍然存在。因此，本发明的第二个目的是解决现有技术的第二个问题，提供一种极好的滚动件和具有这种滚动件的滚动装置，这种滚动件甚至在发生进水产生锈等的腐蚀环境下确保寿命，并比以往的滚动件便宜。

本发明的第三个目的是解决现有技术的第三个问题。并对HDD、VCR或空调风扇马达提供一种较小的精密滚动件和具有这种滚动件的滚动装置，这种滚动件减少了来自轴承滚道表面的振动和噪音并且比以往的滚动件便宜。

本发明的第一个方面在下文中解释。

发明者考虑了降低普通轴承钢的成本和延长其寿命。结果，他们发现(1)C、Cr含量减少，可减少大碳化物和离析，省略均热处理，降低材料成本；(2)在一定的界限值范围内压缩Mn、Si的含量，可提供良好的冷加工性和机械性，并且伴随着大幅度成本降低还可以减少加工成本；(3)进行最适宜的热处理，可以使滚动寿命等于或高于轴承钢的滚动寿命。

为了检查批量产生中是否存在问题，发明者考虑了在实际滚动轴承中锻造、切削、热处理、抛光等，也评价了轴承功能。结果，他们发现(1)如果为降低材料和加工成本而减少C、Cr含量，并为补充不足的可淬硬性而加大Mn量的话，可能产生粗晶粒而降低机械强度或可能产生大量残余奥氏体而降低尺寸稳定性或强度；(2)如果通过加Mn使可淬硬性比所需的高的话，当C、Cr含量减少(尤其是C为0.8％或更少，Cr为0.1％或更少)时，粗晶粒的压缩效果降低，并且Ms点降低，从而在淬火时转化应力类型的表面张力增加。以致于在滚动体中(特别是滚柱)，带有挤压孔、沟部等的裂缝敏感性上升。在镦锻加工时，或因表面小裂纹或因如开始时在钢中含有非金属杂物，裂纹产生在一定尺寸的滚动体(特别是滚柱)或圈(特别是轴承圈)上，或者不能提供足够的疲劳强度性能。

总的来说，在冷处理中在表面和中心之间产生的温度差异引起这种裂纹。即，在冷处理中马氏体转变发生在较早到达Ms点的接近表面的部分，但中心部分没有转变，并且在接近表面部接受热应力型的临时压应力。之后当中心部向马氏体转变并扩张时，在接近表面部接受变形应力型(残余应力)的表面拉应力，并且如果作用大，在接近表面部结构变形，或材料强度不能忍受拉应力，微小的裂纹产生在最容易受影响的结合形成部，以表面划痕或非金属杂物为开始点，变为裂口。

另外，如果由于在热处理时的过热使晶粒变粗的话，破裂的敏感性趋于增加。残余应力的量依赖于其合金组成、形状、体积等而变化。即，当合金组分增加，产生降低Ms点的效果，因而趋势变强(见图1)，如果体积增大，绝对膨胀量增加。此外，如果形状变复杂，应力超出平衡范围，并且随变形产生局部的大拉应力。

然而，对于体积的作用来说，如果热应力比转变应力大或在中心产生不完全硬化相的话，破裂敏感可以降低；做出体积的这种效果很难。常常在设计时不可避免地使轴承的形状复杂化。

对伴随淬火的转变应力型的拉应力引起的这种破裂问题采取各种对策。首先，在热处理方面采取下列阻止破裂的对策：

(1)在控制淬火油类型和油温度的情况下进行软淬火处理；

(2)淬火后保持适当的温度；

(3)淬火后立即进行回火；

(4)重复回火处理；

(5)将淬火气氛设置成少量渗碳气氛并加木炭，从而在表面产生残余压应力；

(6)对圈，进行压力淬火处理以阻止变形。

然而，对批量生产来说，在成本方面改变淬火油、必要时控制油温度、淬火后保持适当的温度或在批件和设备出现问题时立即进行回火可能是困难的。此外，由于冬天事故发生频率相对变高，所以生产管理很困难。

第二，关于材料方面的干扰是使用高度纯化钢，也就是减少变成微小裂纹事故产生源的非金属杂物，从而改良材料。近年来，钢制造者的高纯化技术已惊人地发展到使钢中氧浓度大约为5～7ppm，从而清洁润滑条件下滚动寿合大幅度提高。钢中的非金属杂物减少，从而对破裂的敏感性减小，热处理生产率趋于提高。然而，钢中氧含量的显著降低导致材料成本的升高，这不能达到本发明的目的。

因此本发明者不仅考虑了材料的成本或寿命，也考虑了由合金组合物所定的材料本身的破裂敏感性，并且在生产率方面也很好地研究了滚动件。

第一个目的是通过有滚动装置的一个配对件的滚动或滑动的滚动件来完成的，根据本发明的第一个方面，滚动件由含有重量为0.6％-0.9％的C、0.1％-0.7％的Si、0.5％-1.1％的Mn和0.1％-0.6％的Cr，其余部分为Fe和不可避免的杂质的碳钢制成，而且滚动件经过硬化热处理。

在上述的滚动件的结构中，经过硬化热处理后残余的奥氏体含量最好体积为22％或更少。

对上述的滚动件的结构来说，经过硬化热处理后残余的奥氏体含量最好体积为8％或更多。

在上述的滚动件的结构中，由满足下列方程所计算的理想临界直径DI值最好范围为1.5-4.0，即

DI＝(0.311×C％^0.498)×(0.7×Si％+1)×(3.33×Mn％+1)×(2.16×Cr％+1)

在上述的滚动件的结构中，碳钢最好含有重量为0.8％-0.9％的C。

在上述结构中，由满足下列方程所计算的理想临界直径DI值最好范围为1.5-4.0，DI＝(0.311×C％^0.498)×(0.7×Si％+1)×(3.33×Mn％+1)×(2.16×Cr％+1)。

在上述结构中，碳钢最好含有重量为0.8％-0.9％的C。

下文将解释本发明的第二个方面。

发明者详细研究和分析了市场上用于自行车和汽车的轴用轴承以及外界水分易于进入的发动机附件机械的水泵轴承所发生损坏的条件，并且发现下列特点：

(1)水分等进入的大部分短命零件是固定的外圈。

(2)损坏的部位不仅在最大载荷部位，也在最大载荷部位前后的载荷区进出处。

(3)某些受腐蚀的外圈不破损。

发明者通过设定使用条件、在润滑剂中混合水分进行寿命试验、再现商品损坏状态，发现了下列特点：

(4)当润滑剂中混合水分量增加时，寿命趋于缩短。

(5)当内外圈及滚动体的耐腐性增强时，延长寿命效果不大。

(6)即使增强内外圈的耐腐性，也没有延长寿命的效果。

(7)当内外圈的耐腐性相对滚动体降低一点时，产生延长寿命的效果。

根据(1)-(3)，如果水分混在润滑剂中的话，裂纹产生在固定的外圈的一般载荷区处，因此料想损坏状态并不是因载荷所引起的简单疲劳。某些腐锈的外圈有长寿命，可以认为损坏状态也不是因简单的腐蚀所引起的损坏。进一步来说，如果内外圈的耐腐性比滚动体降低一点的话，产生轴承寿命延长的效果。因此，根据内外圈及滚动体的抗腐结合来产生抗腐效果。

为了完成本发明的第二个方面，重要的是即使水分等被混在润滑剂中也能产生延长寿命的效果，并且降低成本。从这点出发，除了某些特殊环境应用外，滚珠轴承的滚动体的大部分滚珠使用SUJ2材料。滚珠是从盘材不断经冷加工批量生产的，并且制造成本降到到目前的极限。进一步来说，滚珠不能被刻蚀或有压痕，因此滚珠的所有生产都是在许多控制下的。也就是说，即使采用低成本的材料来降低包含加工的成本，也会因大大增加工序变化和异物控制的成本，滚珠的成本可能降低极少。因此，考虑到滚珠轴承成本的降低，如果水分等混合在润滑剂中SUJ2可用作滚动体材料。

考虑到内外圈及滚动体的抗腐配合，降低内外圈相对滚动体的耐腐性，因此必须降低SUJ2主要组分中最影响耐腐性的Cr。那么，在本发明中，内外圈的Cr减少，对于其它组分来说，最适合的组分要考虑作为轴承所必要的淬火后的硬度、可淬硬性、加工性等，并与用SUJ2所制的滚珠相配合，从而提供甚至在因进入水分等产生如锈等的腐蚀环境下也能确保寿命的最好滚动轴承，而且比以往的更便宜。

即，根据本发明的第二个方面，为了达到第二个目的，滚动装置含有：

滚动件的滚动体和

一个相对于所述滚动体滚动、滑动或移动的所述滚动件的配对件，

其中配对件由含有重量为0.6％-0.9％的C、0.1％-0.7％的Si、0.5％-1.1％的Mn和0.1％-0.6％的Cr，其余部分主要为Fe的碳钢所制成，并且该配对件经过硬化热处理，滚动件由含Cr的合金钢制成。

而且该配对件的基体Cr含量与该滚动件的基体Cr含量之间的差异为0.6％或更高。

在上述滚动装置的结构中，该配对件的组成中最好含有重量为0.8％-0.9％的C、0.1％-0.5％的Si、0.5％-1.1％的Mn和0.1％-0.6％的Cr，其余部分为Fe和不可避免的杂质元素。

而且该滚动件的组成中最好含有重量为0.95％-1.1％的C、0.15％-0.35％的Si、0.1％-0.5％ Mn和1.3％-1.6％ Cr，其余部分为Fe和不可避免的杂质元素。

进一步来说，在上述滚动装置的结构中，基体Cr的_MCr与Cr、C含量和碳化物面积系数Cm可具有下列关系

_MCr＝Cr(1-28(1+4C)×Cm/10000)

下文解释本发明的第三个方面。

本发明者进一步考虑了用于HDD、VCR、空调风扇马达等的比较小的精密的滚动装置的滚珠轴承的噪音性能。

用于上述设备的滚珠轴承，如果缺乏如保持架和密封之类的附件的话，当振动和噪音的产生源被现有的极好的抛光加工技术和极好的润滑材料所去除时，则仍然产生的振动和噪音是产生于滚道表面的“圈噪音”。在滚道表面上由微小凸体产生“圈噪音”，它选择了接近圈自然频率的激励分力，并且振动，从而产生一种噪音(“Korogari jikuukeno sinndou onkyou”Noda：NSK技术杂志第661期，1996，p15)。沿圆周的微凸体以连续的峰值高度(与连续的峰值数量有关)存在于滚珠轴承圈的滚道表面和滚珠表面上，并且当滚珠轴承转动时产生振动，圈的适当振动加强，产生噪音(“Tama jikuukeno souon”Igarashi：Nippon Kikai Gakkai Ronbunshuu总第30期，第220期，1964，p118)。这意味着如果作为振动源的“凸体”减小，产生于轴承滚道表面的噪音性能能被改善。然而，在现在的环境条件下，通过采用高水平的加工技术精细加工来降低“圈噪音”已达到极限，进一步的降低需要考虑其它方面而不是加工技术。

除非耐腐性、长寿命等特殊需要存在，滚珠轴承采用SUJ2材料，在成品的轴承滚道表面上分布适于SUJ2的碳化物约为1μm。本发明者认为当在圈上产生“凸体”时适于SUJ2材料的碳化物分布有效果，以各种方式改变碳化物的分布来检查噪音性能，发现如下：

对于由SUJ2所造的滚动体、内外圈所组成的滚珠轴承来说，

(1)如所制成的内外圈的碳化物面积系数比SUJ2的碳化物面积系数高，振动就增加；

(2)如所制成的内外圈的碳化物面积系数比SUJ2的碳化物面积系数低，振动就降低；和

(3)如所制成的内外圈和滚动体的碳化物面积系数比SUJ2的碳化物面积系数低，振动降低；而同这种情况相比仅只有所制成的内外圈的碳化物面积系数比SUJ2的碳化物面积系数低时，振动相同或更坏。

涉及“圈噪音”产生的内外圈和滚动体的“凸体”有不规则的特性，在转动时在内外圈和滚动体之间靠接触弹力产生微小交替变化，由力产生的振动被加到内外圈，产生适当的振动，它通过空气传播，产生噪音(“Korogarijikuukeno onkyou”Igarashi：Jyunkatu，总第22期，第12期，1977，p15)。

因此，本发明者认为在所加工的成品表面上的微小不规则形状，包括内外圈和滚动体的“凸体”特性，依赖于碳化物的数量，尤其是形成凸起的碳化物的安排，而不是依赖于表面抛光加工的精度所定的简单粗细度或粗度，并且作为考虑结果，发现附于接触弹力的振动可以根据内外圈和滚动体的配合来减弱，即，振动降低效果是依赖于内外圈和滚动体中的碳化面积系数的配合来产生。

由于轴承本身所产生的振动和噪音是必须低的，鉴于本发明的第三个方面是降低用于HDD主轴、空调风扇马达等的较小滚动装置的精密滚珠轴承的振动和噪音，并减少成本，该滚珠轴承的制造情况概括如下：

除了某些特殊环境应用外，该滚珠轴承的滚动体的大部分滚珠使用SUJ2材料。滚珠是从盘材不断经冷加工而批量生产的，并且制造成本降低到目前的极限。另外，滚珠不能被刻蚀或有压痕，因此滚珠的所有生产都是在大量控制下的.也就是说，即使采用低成本的材料来降低加工成本，由于大大增加工序变化和异物控制成本而使滚珠的成本降低极少。因此，考虑到滚珠轴承成本的降低，即使噪音性能是重要的，也必须使用SUJ2作为滚动体材料。

因而，考虑到产生如上所述的振动减小效果的内外圈和滚动体的碳化物面积系数的配合，内外圈的碳化物面积系数必须比滚动体低，因此有必要从SUJ2的主要成分中减少影响碳化物面积系数的C和Cr。然后，为了达到本发明的第三个目的，在内外圈的C和Cr减少的同时，对于其它组分，最佳的组分是考虑作为轴承淬火后所需的硬度、可淬硬性、加工性等，并且与SUJ2所制滚珠相配合，从而，降低因轴承滚道表面的振动和噪音，提供比普通滚珠轴承更便宜的轴承装置。

即，根据本发明的第三个方面通过下列滚动装置来达到第三个目的，

该滚动装置包括：滚动件的滚动体，和

一个相对于所述滚动体滚动、滑动和移动的所述滚动件的配对件，

其中配对件由含有重量为0.6％-0.9％的C、0.1％-0.7％的Si、0 5％-1.1％的Mn和0.1％-0.6％的Cr，余量部分为Fe和不可避免的杂质元素的碳钢制成，并且该配对件经过硬化热处理；

该滚动件由含Cr的合金钢制成，并且该滚动件经过硬化热处理，

其中，至少该滚动件和该配对件中之一的残余奥氏体的量不大于6％。

另外，在上述滚动装置的结构中，该配对件的碳化物面积系数除以该滚动件的碳化物面积系数的碳化物面积系数之比最好不大于0.9。

第三个目的也可以通过下列组成的滚动装置来实现：该滚动装置包括：

滚动件的滚动体，和

一个相对于所述滚动体滚动、滑动和移动的所述滚动件的配对件，

其中配对件由含有重量为0.6％-0.9％的C、0.1％-0.7％的Si、0.5％-1.1％的Mn和0.1％-0.6％的Cr，其余量部分为Fe和不可避免的杂质元素的碳钢制成，并且该配对件经过硬化热处理；

该滚动件由含Cr的合金钢制成，并且该滚动件经过硬化热处理，

其中该配对件的碳化物面积系数除以该滚动件的碳化物面积系数的碳化物面积系数比最好不大于0.9。

在上述滚动装置中，配对件可以由含重量为0.6％-0.9％的C、0.1％-0.5％的Si、0.5％-1.1％的Mn和0.1％-0.6％的Cr，并余量部分为Fe和不可避免的杂质元素的碳钢制成，其中滚动件的组成中可以含有重量为0.95％-1.1％的C、0.15％-0.35％的Si、0.1％-0.5％的Mn和1.3％-1.6％的Cr，并余量部分为Fe和不可避免的杂质元素。

图1表示钢材Ms点对转变膨胀量的影响；

图2表示材料直径和淬火后硬度之间关系的DI值；

图3表示淬火裂纹试验零件；(a)是滚动体试验零件平面图；(b)是滚动体试验零件侧视图；(c)是圈试验零件平面图；(d)是圈试验零件侧视图；和(e)是划痕部分形状图；

图4(a)表示滚动体处于压碎试验方法中的示意图和(b)表示环形转动破损疲劳试验方法的示意图；

图5表示在润滑剂中混有外来物质的条件下的寿命试验(C含量和寿命)的结果图；

图6表示在润滑剂中混有水分条件下的寿命试验(基质Cr含量差和寿命)的结果图；

图7表示初始噪音评价试验的测量结果图(在成品内外圈表面上的残余奥氏体量和安氏值)；

图8表示噪音减弱试验的测量结果图(在成品内外圈表面上的残余奥氏体量和安氏值)；和

图9表示初始噪音评价试验的测量结果图(内外圈和滚动体之间碳化面积系数比和安氏值)；

在下文中根据本发明的第一个方面来讨论几个极限值等的临界意义。

首先，讨论为什么限定用于本发明第一个方面的合金组分的组成范围的原因。

(C：含量为0.6％-0.9％，最好含量为0.8％-0.9％，更适合含量为0.83％-0.9％)

由于使用了棒钢或管材，并用热锻、温锻和切削来进行制造轴承的内外圈，内外圈的加工性极大影响着轴承的成本。一般来说，当材料的碳量降低时，改善其加工性。然而，如果碳量降低太大，淬火后不能获得轴承所需的硬度，因此考虑的下限大约为0.6％。

但是，本发明者对商品滚珠轴承使用状况进行的详细研究结果表明，大多数滚珠轴承表现为含有因水等进入发生的锈腐等情形的表面损坏疲劳状态，甚至带有通常认为是清洁环境的密封的油封类型的滚珠轴承也是如此，除了某些“纯清洁环境(在这种情况下，在最大切应力深度位置上非金属杂物周围变成易剥落起点)”之外。因而，要提供确保寿命的最好轴承，轴承必须要在因进水等产生锈腐等的环境中有足够的寿命，并且有表面损坏起点的情况下也要有足够的寿命。

所以，本发明者在润滑剂中混有外来物质的情况下，以再产生表面损坏起点而进行了轴承寿命检查。图5表示检查的结果。结果表明，为保持避免表面损坏起点型的寿命所需的C为0.8％或更多(最好为0.83％或更多)。因此，C的下限定为0.8％。然而，如果C超过0.9％，制钢时需要均热处理以去除大碳化物和离析，此外，抗变形增加，冷加工性也降低，导致成本上升。

因此，材料的碳含量的范围定为0.6％到0.9％，最好范围为0.8％到0.9％，更适合的范围为0.83％到0.9％。

(Cr：含量0.1％-0.6％)

Cr溶解于基体中以增强可淬硬性、抗回火软化性等，在热处理时退火后形成微小的碳化物，防止晶粒变粗，从而降低破损敏感性，也提高疲劳强度特性和抗压强度。为了产生这种效果，需要Cr至少为0.1％或更多。但是，如果超过0.6％，需要进行均热处理以改善制钢过程中大碳化物和离析的产生，并且Cr增加成本使材料成本上升。当Cr的含量增加时，变形阻力增加，正如碳一样冷加工性降低。

因此，材料的Cr含量的范围定为0.1％至0.6％。

(Mn：含量0.5％-1.1％)

通常，为改善可淬硬性，加入Mn或Cr。由于Cr是碳化物的制备元素，并不是所有被加入的Cr都改善基体的可淬硬性，并且如果Cr含量太大，需要均热处理，因此，从可淬硬性来看Cr不是理想的。Mn的价格比Cr低。因而，为了在有少量Cr的情况下提供足够的可淬硬性，并注意到这样的事实，在润滑剂中混有外来物的情况下，Mn也是影响滚动寿命的残余奥氏体的制备元素，加入的Mn量至少为0.5％或更多。但是，Mn也是增加材料中铁素体的一种元素，尤其是，如果材料中碳含量大(0.7％或更多)的话，当Mn量超过1.1％时，冷加工性显著降低。此外，如果Mn含量太大，晶粒可能粗化，或者剩余奥氏体量可能比所需的增多，从而提高破损敏感性或降低抗压强度。因此，材料的Mn含量范围定为0.5％至1.1％。

(Si：含量为0.1％-0.7％)

Si在材料制钢时起一种脱氧剂的作用，并且象Cr和Mn一样是改善可淬硬性的有效元素，增加基体的马氏体，延长轴承寿命。因此，加入Si量为0.1％或更多，最好为0.2％或更多。但是，如果Si量太大，机械性、可锻性、冷加工性降低，其上限为0.7％或更少，最好为0.5％或更少。

其次，在下文中讨论本发明第一个方面合金组成的组分范围以外的其临界意义。(理想的临界直径DI值)

这个DI值是表示可淬硬性的一个参数。即，淬火后材料直径和硬度之间关系是，当材料的直径增加超过适当值时，硬度急剧下降(因为进入不完全的淬火状态，并且没制成马氏体的部分增加)，如图2所示。该DI值表示直径的临界值。当一种材料具有较好的可淬硬性时，较大量可能会处于完全淬火的状态(就是说，淬火后硬度会提高)；换句话说，DI值增加。通过实验等各种方式来确定DI值；本发明中所用的DI值是由AISI(美国钢铁研究所)确定的，并用表达式(1)以英寸为单位表述的。

DI＝(0.311×C％^0.498)×(0.7×Si％+1)

    ×(3.33×Mn％+1)×(2.16×Cr％+1)。                (1)

顺便提一下，如果滚动件材料的每种合金组分满足上述条件的话，问题可能会因组分的配合而发生。例如，如果C、Cr含量比较小而Mn含量比较大，则晶粒容易粗化，如果可淬硬性比所需提高的多，则破损敏感性加强。结果是，滚动件或圈可能会由于尺寸或形状所定的各种因素而导致破损；生产率会降低，或轴承上有小裂纹，降低疲劳寿命。

当Cr含量比较小，如果试图增加Mn含量来改善可淬硬性的话，残余奥氏体量增加，并且尺寸稳定性或机械强度会降低，轴承功能显著降低。

当C、Cr、Mn中任何一种的含量增加时，则工件有降低加工性的作用。因此，如果C、Cr、Mn的含量同时增加，加工性必然被削弱。如果C或Cr的含量增加，容易产生大碳化物；如果C和Cr的含量同时增加，必须进行均热处理。

因此在本发明中，最好明确限制滚动件的每种组分的含量，同时也有必要确定组分间的关系。即，特别是发现由表达式(1)所确定的DI值除了限定滚动件的每种组分含量外还可限定在一个预定范围。DI值被限定为4.0或更小。另一方面，如果DI值太小，可淬硬性不足，并且DI值仅可用于小直径的轴承上，不方便，因而价格效应低。因此，DI值被定为1.5或更大以确保足够的可淬硬性。

现在，对表达式(1)的组分C、Si、Mn和Cr确定最大值，DI＝4.71英寸；对表达式(1)的组分定为最小值，其中C含量为0.6％，DI＝0.84英寸(但C含量为0.8％，DI＝0.965英寸)；这些值超出了本发明的DI限定值(1.5-4.0英寸)。即，如果满足滚动件的每种组分的含量范围，结果DI值会超出本发明的范围；最好同时满足每种组分量的范围和DI值的限定范围。

(残余奥氏体)

残余奥氏体影响着所需滚动寿命，尤其是在轴承滚道表面受损和过度使用状况下剥落的环境中使用有很大影响，例如，在润滑剂中混有一种异物的情况下。因而，滚动轴承面临比较严重的载荷和润滑条件，如锥形滚柱轴承之类，内外圈和滚动体(滚柱)的残余奥氏体的体积将为8％。另一方面，如果体积量超过22％，滚动体和内外圈的静态机械强度显著降低。因此，体积量被定为8％-22％，并且最好为12％-22％。

如果在严峻条件下不需要寿命比所需的长，并且轴承用于载荷比较轻的环境中，则很少害怕一种异物将被混入润滑剂中(例如，象滚珠轴承一样使用滚珠作为滚动体的滚动零件)，则重点可以在于耐腐性、尺寸稳定性、噪音性能等，而不是在润滑剂中混合一种异物情况下的寿命。在这些条件下残余奥氏体不必要比所需的多，下限值不必确定。

正如我们所讨论的，本发明的滚动件含有一种用于机械结构一般很难想到的作为轴承材料的碳钢的基本组分；材料或加工成本最小，通过优化合金组分的设计极大降低了制造成本。此外，在热处理时就考虑破损产生问题，从功能方面提供比轴承钢所造的寿命更长和更便宜的滚动件。

本文中所述的“异物”是指当它在如金属零件之类的滚动件之间时产生压痕的一种物质，压痕变为裂纹的起点，对滚动寿命有危害作用。

根据本发明的第二个方面将在下文中讨论数值极限等的临界意义。

一种情况是将讨论一种由多个滚动件和使用水分容易进入(即，完成本发明的第二个目的)的配对件组成的用于滚动轴承的低成本的滚动装置。

滚动轴承通常是由一个外圈、一个内圈、多个滚动体、一个保持架和一个密封组成；外圈和内圈也就是下文中所称的内外圈，以及滚动体如下所述：

(内外圈)

为改善加工性，除了Si的上限定为0.5％重量外，数值极限和C、Cr、Mn、Si与DI值，以及热处理后的残余奥氏体的临界含意同本发明的第一个方面的上述实施方案中的材料一样。特别是，如果润滑剂混有一种异物的条件是比较缓和的，如带有滚珠轴承使用滚珠作为滚动体，不必确定残余奥氏体的下限。

本发明的内外圈材料是轴承钢，该轴承钢中为适度降低耐腐性而减少Cr含量，并为改善可淬硬性而增加加入的Mn量，大大降低该轴承的内外圈的材料和加工成本。

(滚动体的C，含量为0.95％-1.1％)

如以前所述，该滚动体基本上使用与该滚珠制造有关的SUJ2材料。所以，C成分的范围与JISG4805确定的一样，是0.95％-1.1％。

(滚动体的Cr，含量为1.3％-1.6％)

对于该滚动体的Cr来说，如以前所述，因为作为整体(也考虑到需要均热处理)SUJ2的成本较低，基本使用SUJ2材料。所以，Cr成分的范围与JISG4805确定的一样，是1.3％-1.6％。

(滚动体的Mn，含量为0.1％-0.5％)

如上所述，该滚动体基本使用SUJ2材料。因此，Mn量范围与JIS G4805确定的一样，是0.5％或更少。如果加入量太小，作为一种轴承材料可淬硬性不足，因而下限定为0.1％或更大。

(滚动体的Si，含量为0.15％-0.35％)

如上所述，该滚动体基本使用SUJ2材料。因此，Si量范围与JIS G4805确定的一样，是0.15％-0.35％。

(在内外圈和滚动体之间的基体Cr含量差：0.6％或更多)

如以前所述，如果内外圈的耐腐性相对于滚动体降低一点的话，则该轴承在因水分进入产生腐蚀的环境中的寿命延长。为了更进一步地实验检查寿命延长效果，进行了下面的寿命试验：

具有由SUJ2材料制造的滚动体和由Cr含量比该滚动体的Cr含量低的材料制造的内外圈所组成的滚珠轴承，用于进行有水分混加在润滑剂中状态下的寿命试验，并再重现商品研究中所认识到的轴承损坏状态。但是，实际上影响耐腐性的Cr含量是在基体中所含的Cr量，碳化物中所含的Cr量几乎无意义。所以直接测量碳化物的面积系数，从转换式中应用铁氧体和碳化物中Cr的分布系数计算碳化物中的Cr量(“Tekhou zairyou”Shadan houjinNippon kingoku gakkai，1985，p44)，全部Cr量减去所计算Cr量用作基体Cr量(MCr)表示。即，设定碳化物面积系数的测量值是Cm，影响耐腐性的基体Cr量用下列关系来表示：

_MCr＝Cr(1-28(1+4C)×Cm/10000)                      (2)

图6表示寿命试验结果。由滚动体的_MCr减去内外圈的_MCr使基体Cr含量差降到低于0.6％时，寿命急剧下降。因此，内外圈和滚动体之间的基体Cr含量差被定为0.6％或更高。如果，考虑到寿命的稳定性，最好差值被定为0.75％或更高。

本发明者详细观察上述现象检查了受损的轴承，并发现(1)无限分枝并有复杂的形状的裂纹常常正好发生在滚动的表面之下，以及(2)裂纹产生几乎在固定的深度，与轴承载荷无关。很难认识到由于滚动疲劳产生裂纹；估计在水分混入到润滑剂中的环境中水分分解产生氢气并产生腐蚀，氢气进入轴承滚道表面，使表面变脆，导致早期破损。

由于因腐蚀所产生的氢使金属进入到耐腐性高的阳极，不产生锈(同时所产生的氧趋于进到耐腐性低的一边)，可以认为通过使内外圈的耐腐性稍低于滚动体的耐腐性来产生寿命延长的效果。在滚动体和内外圈中，如上所述固定的圈载荷区是处于最严重的载荷条件下的。因此，固定圈并不放在阳极边上，从而由氢所引起的上述破损难以产生。

下文根据本发明的第三个方面将讨论数值极限等的临界意义。

将讨论一下材料组分和应用于轴承装置的其它特性来达到本发明，对用于需要良好的噪音性能的HDD、VCT、空调风扇马达等的滚珠轴承的第三个目的。

(内外圈)

数值极限和C、Si、Mn、和Cr量的临界意义同上述本发明的第二个方面的一样。但是，对于C来说，为了改善噪音性能的目的，当残余奥氏体量定为6％或更少时，下限可以定到至多为0.6％。这样，在混有一种异物的润滑下长寿命被降低到某种程度，不过噪音性能改善和混有一种异物的润滑下长寿命两者能达到很好的平衡。

根据本发明的第三个方面，在轴承装置的内外圈材料的组分中，C和Cr量相对于普通轴承钢要降低，以便适度减小滚道表面碳化面积系数，Mn量增加，以便提供可淬硬性，以大大减少轴承内外圈的材料和加工成本。

(滚动体)

数值极限和C、Si、Mn、和Cr量的临界意义同上述达到本发明的第二个目的一样。

(在内外圈成品表面的残余奥氏体量不超过6％)

将讨论当滚动装置或滚动件用于噪音性能改善时残余奥氏体量。

滚珠轴承的噪音问题是新产品的初始噪音差，或当产品使用时噪音减弱。新产品的噪音依赖于轴承公隙、工作精度、表面粗糙度等。如果有关轴承制造的因素标准化(例如，JIS G1514，5级或更高)，当轴承制造好，滚动体被压在内外圈上，在内外圈上产生微小压痕，这变成使初始噪音变坏的主要原因。容易产生的微小划痕是依赖于轴承的硬度和结构。

在本发明中，在轴承噪音评价的方法中使用了安氏值。安氏值是用安氏仪把轴承噪音的噪音作为一种振动组分来测定的。

图7表示作为一种新品轴承的安氏值和成品轴承内外圈残余奥氏体量之间关系的试验结果。如果残余奥氏体量增长超过6％，容易产生微小划痕。结果，初始噪音变坏。甚至在奥氏体量相同的情况下，普通SUJ2轴承(●)的初始噪音比本发明(○)轴承的初始噪音高。

另一方面，对于使用轴承时的噪音减弱来说，如果轴承保持长时间的预载荷状态，特别是在较高温度下，在滚动体和内外圈之间的接触部分容易产生微小压痕，减弱噪音。如果冲击载荷施加于轴承上，在滚动体和内外圈之间的接触部分也产生微小压痕，则显著减弱噪音。

图8表示在轴承上施加一定载荷，然后再进行噪音测定的结果，该轴承引起微小压痕产生的初始噪音在图7中被测量。如果残余奥氏体量增长超过6％，仍然容易产生微小压痕。显著减弱噪音。

因此，根据本发明的第三个方面，轴承成品表面的残余奥氏体量将不应超过6％。另外，如果严格需要初始噪音和噪音减弱的水平，最好残余奥氏体的量不超过2％。但是，滚动体的硬度和结构影响滚珠轴承的噪音性能，因此，最好滚珠的粗糙度是3μm Rms或更小，在热处理后进行表面硬化处理，并且再进行回火处理。

(滚动体的碳化物面积系数和内外圈的碳化物面积系数之间的比率不超过0.9)。

如上所述，新产品的噪音依赖于轴承公隙、工作精度、表面粗糙度等。如果有关轴承制造的因素是标准化的(例如，JIS G1514，5级或更高)，当轴承制造好，滚动体被压在内外圈上，在内外圈上产生微小压痕，从而噪音变坏。但是，成品表面的残余奥氏体量并不超过6％，从而初始噪音能被减弱。另外，残余奥氏体量不超过6％，当使用轴承时能阻止噪音减弱。

本发明者研究了在初始噪音进一步减弱，并根据结合内外圈和滚动体的“膨胀”进行研究噪音性能中的细小变化。即，发明者发现如果仅对内外圈通过调节在加工完轴承滚道表面上的碳化物量来降低碳化物变得凸出的位置，尤其在工作完成面上的细小不平形状处，则由“膨胀”引起的振动减弱。

图9表示内外圈的碳化物面积系数与滚动体的碳化物面积系数比率和噪音性能之间的关系。在图中，(○)表示本发明的轴承，(●)表示普通SUJ2轴承。根据这种组合，噪音减弱效果出现在碳化面积系数比率值(＝内外圈的碳化物面积系数/滚动体的碳化物面积系数)不超过0.9的区域。

注意，碳化物面积系数比值是由内外圈的碳化物面积系数除以滚动体的碳化物面积系数来确定的。

正如我们所讨论的，如果在轴承特别考虑噪音的条件下以现在高加工精度工艺水平进行加工的话，内外圈的碳化物面积系数与滚动体的碳化物面积系数的比值必须定在不超过0.9的区域，以便在同样残余奥氏体量的情况下更进一步降低初始噪音性能。另外，如果严格要求初始噪音和噪音衰减水平，最好把碳化物面积系数的比值定到0.5到0.9的区域。

下文根据本发明的第一个方面来讨论实施例1。

实施例1：

实施例1设定应用于滚动体轴承等，特别是在润滑中混有一种异物的严重条件下。

由于内外圈和滚动体是用不同方法制造的，尽管它们都是滚动件，可设定一般制造过程来评价材料加工性。

即，为制造内外圈，通常把材料温锻或热锻，然后球化处理或软化，之后车旋和加工。另一方面，为制造滚动体，可以将材料如同内外圈一样车旋和加工；对于大多数小轴承来说，对盘材进行冷加工(镦锻加工，加压加工)。然后，用高速车床对内外圈进行机械性试验，通过镦锻加工对滚动体进行冷加工性评价。

(1)合金组分和对均热处理、切削工具寿命、金属铸模寿命和抛光性的必要评价

表1列出了实施例和对照例钢型的组分组成与DI值。表2列出了对均热处理的必要性和评价，以及对切削工具寿命、通过镦锻加工的金属铸模寿命和抛光性的比较结果。

(表1)

                                    表1

	钢种类	C(重量％)	Si(重量％)	Mn(重量％)	Cr(重量％)	DI值
							实施例	A1	0.87	0.30	0.87	0.25	2.1
A2	0.89	0.35	0.80	0.30	2.2
						A3		0.83	0.45	0.91	0.55	3.3
A4	0.85	0.48	0.75	0.35	2.4
						A5		0.87	0.44	1.07	0.54	3.8
A6	0.83	0.54	0.78	0.20	2.0
						A7		0.86	0.17	0.65	0.48	2.1
A8	0.81	0.25	0.80	0.14	1.6
						对照实施例		A9	0.65	0.33	0.82	0.32	1.9
A10	0.78	0.36	0.81	0.32	2.2
							A11	0.89	0.68	1.08	0.48	4.1
A12	0.88	0.46	1.07	0.04	1.9
							A13	0.84	0.32	1.23	0.33	3.1
A14	0.86	0.74	1.06	0.45	3.9
							A15	0.89	0.48	1.75	0.04	3.3
A16	0.90	0.61	1.50	0.35	4.8
							A17	0.81	0.18	0.72	0.12	1.3
A18	1.02	0.35	0.83	0.33	2.5
							A19	0.85	0.34	0.83	0.75	3.5
SUJ2	1.01	0.23	0.32	1.45	3.1

(表2)

                                        表2

	钢种类	均热处理	金属铸模寿命(×10)	工具寿命(分)	磨碾工件数	淬火裂纹评价试验
								滚动体	圈
						实施例	A1			不必	216	222	30	○	○
A2	不必	213	218	29	○			○
							A3		不必	208	210	28	○	○
A4	不必	216	223	30	○			○
							A5		不必	211	204	28	○	○
A6	不必	228	224	30	○			○
							A7		不必	225	219	29	○	○
A8	不必	231	224	31	○			○
							对照实施例		A9	不必	253	218	30	○	○
A10	不必	219	225	29	○	○
								A11	不必	145	107	29	○	×
A12	不必	220	227	28	○	×
								A13	不必	75	63	28	×	×
A14	不必	68	61	29	○	○
								A15	不必	69	60	27	×	×
A16	不必	64	58	28	×	×
								A17	不必	237	228	31	○	○
A18	必要	78	65	28	○	○
								A19	必要	152	112	29	○	○
SUJ2	必要	56	55	28	○	○

为了确定均热处理是否必要，检查了样本材料的钢坯横断面的宏观结构和微观结构，检查是否有大碳化物或对寿命有害的厚带状离析存在。

在下列条件下评价切割工具寿命和金属铸模寿命：

切削工具寿命：

切削机：高速车床

工具：P10(JIS B4011)

切削速度：180-220米/秒

进料量：0.2-0.3mm/rev

切削深度：0.6-1.0mm

根据切削工具切削试验方法(JIS B 4011)在这些条件下切削样本，当切削工具的侧面磨损达到0.2mm时切削工具被确定达到工具寿命。在该实施例和对照例中的钢是高碳轴承材料。在车削和加工前，提供试验的钢进行球化处理(加热到材料的AI点或更高)。

金属铸模寿命：

金属铸模：V30(JIS B 4053)

分部降低加厚高度：15％-20％

加工速率：每分种300-400块

润滑：磷酸锌涂料+润滑剂

加工钢样品。当在金属铸模上产生裂纹或金属铸模破损和在加工工件上出现裂缝与变形时，金属铸模被确定达到金属铸模寿命，至今它是用被加工件的数目来表示的。

如检查的结果一样，对C量超过0.9％的钢样或Cr量超过0.6％的钢样要进行均热处理。

对于C量超过0.9％、Mn量超过1.1％、Cr量超过0.6％、Si量超过0.7％的钢样来说，因为金属铸模寿命、机械性、加工性降低，所以金属铸模寿命和工具寿命都趋于显著降低。除了SUJ2外，因为金属铸模或工具的寿命显著降低，对钢样在热处理后的部分评价试验没有进行。

热处理的条件如下：

淬火：在830℃-870℃(在Cp0.6-0.8RX的气体环境中)持续30-40分，然后在60℃-90℃油浴中淬火(淬火后，冲洗和除油，然后冷却至室温)。

回火：在160℃-180℃ 2小时

对应用上述热处理的具有良好的冷加工性和机械性的钢样进行抛光加工性试验评价。试验条件如下：

(抛光试验)

砂轮：WA100

抛光液：可溶型

砂轮转动速度：2800-3000m/min

在这些条件下用砂轮对相当于滚动轴承的内滚道表面的样本进行抛光，观察变形和砂轮的堵塞，检查砂轮被磨光时抛光样品的数目(抛光件的数目)。结果，本发明的所有钢样品同于或优于轴承钢，并也有好的抛光加工性。

评价是加工性评价。事实上，由于轴承的大小，形状等的影响在热处理地产生大量破损，降低热处理生产率。所以也评价了淬火裂纹敏感性。

(淬火裂纹试验)

使用的滚动体和圈的试样件见图3，按上面所列相同的热处理条件下进行淬火裂纹试验。试样件数n＝5，在表2中具有至少一个试样件上产生淬火裂纹的钢样品用×标记。在Cr含量少于0.1％或Mn增加量超过1.1％的钢样品中淬火裂纹易于产生，尤其是因为粗化晶粒的作用和因为Ms点降低变形应力的作用而使DI值超过4.0的情形。

(2)滚动件功能评价

对用实施例和对照例的钢样品所制成的滚动试验样件进行了寿命试验、静态压碎试验、转动破损疲劳试验等等，并评价和比较滚动件的功能。

对于寿命试验使用了描述于“Tokyshukou binran”第一版10-21页上(由Denkiseikou kenkyujyo，Rikougakusha编辑，1969年5月25日出版)的推力型轴承钢寿命试验仪。检查当每个(寿命)样品上产生剥落时应力重复的累积量，准备Weibull曲线，从Weibull分布结果中找出每个L10寿命。另外，正如其它功能评价试验一样，对滚动体进行静态压碎试验，对圈进行转动破损疲劳试验。

试验条件如下：

(表3列出了寿命试验件每6mm厚所测残余奥氏体量及其功能评价结果)

                                                 表3

	钢种类	推力型寿命试验			滚动体压碎强度(顿)	环转动破损疲劳寿命L10寿命(×106)
							rR(重量％)	在清洁润滑下的L10寿命(×107)	在混有异物润滑下L10寿命(×106)
		实施例	A1	17						5.8	15.0	25.4	4.6
A2	17				6.2	15.6	25.8	5.2
			A3	19					6.3	15.3	25.5	4.8
A4	15				6.5	15.5	25.9	4.3
			A5	22					6.2	17.8	23.6	5.9
A6	16				6.8	15.6	25.4	4.7
			A7	12					5.7	13.8	25.3	3.8
A8	15				3.8	14.2	24.7	3.7
			对照实施例	A9					9	0.8	1.8	20.1	2.1
A10	10	1.0			2.1	22.1	2.3
				A12				24	2.2	16.5	16.4	1.1
A17	16	1.6			12.4	16.4	1.8
				SUJ2				8	1.4	1.9	25.4	2.2

(寿命试验)

在清洁润滑下的寿命试验条件：

试验接触压力：5200Mpa

转数：3000cpm

润滑剂：No.68涡轮油

在混有异物润滑下的寿命试验条件：

试验接触压力：4900Mpa

转数：3000cpm

润滑剂：No.68涡轮油

混入的异物：

组成：Fe3C族粉末

硬度：HRC52

粒径：17-147um

混合数量：在润滑剂中有300ppm

该实施例的滚动件表明，在清洁润滑和在混有异物润滑下的寿命都超过了SUJ2。特别是因为在混有异物润滑下残余奥氏体的作用取得了长寿命。另一方面，尤其在清洁润滑下含碳量低于0.8％(对照例钢样A9和A10)的钢样和Cr添加量低于0.1％以及有小晶粒粗化压制作用的钢样(对照例钢样)不产生良好寿命。

(其它功能试验)

滚动件静态压碎试验条件：

将直径为18mm、长度为18mm的圆柱滚柱用作试验样，一套三件用一台200t的阿姆斯勤试验机进行试验，如图(4)a所示。当任何一个试验样件破损时测量其压碎值，用n＝5套的平均值作评价。

(环状转动破损疲劳试验)

图4(b)表示试验方法的轮廓。把一个环状试样件夹在一个压辊和一个驱动辊之间，并在压辊上加上载荷的同时转动环状试样件，试验条件如下所列。破损寿命用从内径面破损的应力重复数来表示，并用L10进行评价。

载荷试验：400kgf

应力重复数目：19260cpm

润滑剂：No.68涡轮油

试验环：内径13.8mm×外径20mm×厚8mm

在滚动体静态压碎试验和环状转动破损疲劳试验中，本发明的第一个方面的实施例(钢样A1-A8)表现出功能相当于或高于SUJ2。特别是在环状转动破损疲劳试验中，由于残余奥氏体作用于裂纹保留，从而提供良好的寿命性能。因为实施例A7的Si含量低于0.2％，其推力型寿命测验和环形转动破损疲劳寿命稍差于A1-A6，实施例A8因C含量低于0.83％，其推力型寿命测验(尤其在清洁润滑下)和环形转动破损疲劳寿命稍差于A1-A6，但当它们作为总体和对照样A9-A17和SUJ2比较时，有足够良好的性能。

在对照中，在对照例碳含量低于0.8％(A9和A10)的钢样和Cr含量低于0.1％以及主要增加Mn(A12)具有可淬硬性的钢样，Cr抑制晶粒粗化的作用太小，特别是在环形转动破损疲劳试验中不能提供良好寿命。

另外，对于对照例A12来说，残余奥氏体量大大超过22％，压碎强度趋于降低。

在没有足够可淬硬性的对照例A17，不完全硬化期发生在中心，并且压碎强度和疲劳强度都较低。

正如所们所讨论的，本发明的滚动件在寿命和机械性能方面相当于或高于轴承钢(SUJ2)所制的普通滚动件，并且能大大减少材料成本，和轴承钢所制的普通滚动件相比有同样便宜滚动件的轴承制造成本，在实际应用上产生极大的积极效果。

本发明的第一个方面的滚动件不仅能很好地应用于滚动轴承，也能应用于进行滚动接触、转动或滑动的零件，如心轴和枢轴，特别是对材料通过进行冷锻或冷拉处理制造的机械零件，如单向离合器挡圈。

下文根据本发明的第二个方面来讨论实施例2。

实施例2：

实施例2是假定滚珠轴承等，尤其是用于水分能进入的条件下。

评价本发明的内外圈的材料组分和均热处理的必要性。通过设定一般制造过程来评价材料加工性。为了加工内外圈，通常把材料常温锻或热锻，然后退火，之后车削和加工。

(评价条件)

热处理：

检查样本材料锻坯横断面的宏观和微观结构，检查是否有大碳化物或有害寿命的厚带离析存在。

切削工具寿命：

切削机；高速车床

工具：P10(JIS B 4053)

切削速率：180-220m/sec

进料量：0.2-0.3mm/rev

切削深度：0.6-1.0mm

根据切削工具的切削试验方法(JIS B 40111)在这些条件下切削样本，当切削工具的侧面磨损量超过0.2mm时定为切削工具达到工具寿命。但是，本发明的实施例和对照例的钢是高碳轴承材料。在车削和加工前对钢进行球化处理(加热到材料的AI点或更高)。

表4列出了评价结果。

                                         表4

	钢种类	C(重量％)	Si(重量％)	Mn(重量％)	Cr(重量％)	均热处理	工具寿命(分)
								实施例	C1	0.86	0.25	0.90	0.27	不必	225
C2	0.85	0.22	0.85	0.33	不必	218
							C3		0.86	0.34	0.82	0.23	不必	216
C4	0.88	0.36	0.83	0.33	不必	210
							C5		0.81	0.37	0.85	0.34	不必	220
C6	0.82	0.47	0.83	0.32	不必	205
							C7		0.84	0.15	0.83	0.33	不必	220
C8	0.85	0.33	1.03	0.32	不必	202
							C9		0.82	0.34	0.58	0.34	不必	220
C10	0.84	0.35	0.84	0.55	不必	208
							C11		0.83	0.33	0.83	0.17	不必	219
C12	0.85	0.18	0.85	0.19	不必	235
							对照实施例		C13	1.02	0.31	0.83	0.35	必要	65
C14	0.75	0.33	0.82	0.34	不必	218
								C15	0.70	0.28	0.81	0.38	不必	223
C16	0.65	0.30	0.85	0.48	不必	236
								C17	0.61	0.29	0.86	0.34	不必	249
C18	0.83	0.62	0.83	0.31	不必	122
								C19	0.83	0.05	0.83	0.34	不必	232
C20	0.84	0.32	1.23	0.33	不必	63
								C21	0.82	0.34	0.35	0.32	不必	241
C22	0.85	0.34	0.83	0.75	必要	112
								C23	0.82	0.33	0.84	0.04	不必	223
SUJ2	1.01	0.23	0.32	1.45	必要	55

本发明的第二个方面的内外圈材料不必进行均热处理，机械性能也好；同普通的SUJ2相比材料和加工成本能够降低。在另一方面，含有高C％及高Cr％的对照样C13和C22被确定必须进行均热处理，并在加工性方面不好。含有高Si％及高Mn％的对照样C18和C20在加工性方面也下降。C18含有上限或低于上限的C及Mn，并有低于0.7％的Si，同C20和SUJ2比较一样好，但不如含Si0.5％或更少的C1-C12。

本发明的意图在于满足降低成本和延长寿命，所以常规的硬化处理和回火处理最常被用于一般的滚动轴承，采用最低成本进行评价试验；没有进行渗碳、碳氮共渗等。

在根据本发明的第二个方面的实施例中的热处理条件如下：

热处理条件：

在碳潜能Cp0.6-0.8的RX的气体环境下保持在810℃-850℃的温度范围中0.5-1小时，然后淬火，接着在160℃-200℃下回火2小时。

(在混有异物下的润滑中的寿命试验条件)

使用“Tokyshukou binran”第一版10-21页上(Denkiseikou kenkyujyo，Rikougakusha编辑，1969年5月25日出版)所述的推力型轴承钢寿命试验仪，将SUJ2滚珠用作滚动体。当每个(寿命)样品上产生剥落时检测应力重复积累数目，预备Weibull曲线，从Weibull分布结果中找出每个L10的寿命。

试验接触压力：最大4900Mpa

转数：3000cpm

润滑剂：No.68涡轮油

混入的异物：

组成：不锈钢族粉末

硬度：HRC50

粒径：35-95um

混合数量：在润滑剂中有300ppm

表5列出了寿命评价结果。

                               表5

	钢种类	表面硬度(Hv)	混有异物润滑下的寿命L10寿命(×106)
				实施例	C1	750	15.3
C2	746	14.8
			C3		741	16.3
C4	764	15.6
			C5		748	15.1
对照例	C13	745					15.1
			C14	737	9.2
	C15	723				7.2
			C16	719	6.5
	C17	706				5.8
			C19	683	3.1
	C21	658				2.8
			C23	694	3.4
	SUJ2	745				9.8

根据本发明的第二个方面的内外圈材料在淬火和回火后的硬度为Hv700或更高，并表现出长寿命。对照样C13虽在加工性方面差，但含C％约1％的C13的硬度和寿命几乎和本发明的内外材料的样品的相同。另一方面，同本发明的内外材料相比采用正常的淬火温度SUJ2的寿命降低了一点。含有C％低于0.8％的C14-C17仅增加了加工性，硬度和残余奥氏体趋于下降；寿命降低。含有少于下限的Si、Mn和Cr的C19、C21和C23的硬度为700Hv或更低；寿命下降。

(在混有水分润滑中的寿命试验条件)

下面进行在清洁润滑下设定水分进入润滑剂中再现商品损坏状态的寿命试验。进行润滑脂润滑，除去轴承密封，以1cc/小时的速率放水进入轴承箱。

试验轴承：6203(单排深槽滚珠轴承)

试验接触压力：最大2000Mpa

转数：7000cpm

润滑剂：阿尔巴尼亚润滑脂(Showa shell)

水分混入：lcc/小时(放水)

用碳化面积系数来寻找基体Cr量的差异。为了直接测定面积系数，轴承表面的结果是在电子显微镜下拍摄，用图像分析仪从电子显微镜图像背景上仅摘录碳化物，并测量面积、样件数目等等来计算面积系数。

电子显微镜：由Nihon densisha制造的JBM-T200A

图像分析仪：IBAS2000

表6列出了试验结果。

                                       表6

	试验号	内外圈钢的种类	滚动体钢种类	基体Cr的差异(％)	在混有水分的润滑剂下的寿命L10(小时)
						实施例	1	C1	SUJ2	0.84	41.2
2	C2	SUJ2	0.79	39.2
					3		C3	SUJ2	0.88	43.6
4	C4	SUJ2	0.80	40.9
					5		C5	SUJ2	0.78	38.6
6	C6	SUJ2	0.80	39.8
					7		C7	SUJ2	0.79	39.4
8	C8	SUJ2	0.80	40.2
					9		C9	SUJ2	0.78	38.3
10	C10	SUJ2	0.61	32.4
					11		C11	SUJ2	0.93	44.3
12	C12	SUJ2	0.91	42.6
					对照例		13	SUJ2	SUJ2	0	9.0
14	C17	SUJ2	0.55	15.6
						15	C17	C17	0	8.2
16	C1	C17	0.30	9.3
						17	C10	C17	0.07	8.5
18	C11	C17	0.38	9.7
						19	C1	C1	0.00	6.3
20	C11	C1	0.06	7.2
						21	SUJ2	C17	-0.55	6.5

用C1-C12所制的本发明的内外圈和用SUJ2所制的滚动件的每种组合含有基体Cr含量的差异为0.6％或更多，并且甚至在混有水分的润滑情况下提供了足够的持久寿命。

另一方面，含有低于0.6％的Cr含量差异的对照样的持续寿命下降。在组合中由同样钢样组成的No.13、15和19也含有低于0.6％的Cr含量差异，因此寿命较低；具有较好耐腐性的相同钢样组合寿命稍好。在对照中，具有被降低耐腐性的滚动体的No.21有短的寿命。

因此，在因水分等进入发生腐锈等的环境中，本发明轴承的寿命延长效果是由于使内外圈的耐腐性适当低于滚动体的耐腐性所产生的。由于难以从加工过程的控制中改变滚珠轴承滚动体的钢种类，使用SUJ2作材料，并与用含有降低Cr量的低成本材料所制的内外圈相组合以适当降低耐腐性，从而能够提供比普通轴承成本低、寿命长的轴承。

在下文中，根据本发明的第三个方面来讨论实施例3。

实施例3：

实施例3设定为滚珠轴承等，特别是需要低振动和低噪音的应用。

SUJ2用作滚动体材料。表7(实施例)列出钢样E1-E15的材料组分并用对照的钢样E16-E23以及SUJ2(对照例)作内外圈。

(1)合金组分和均热处理的必要性评价及其加工性

首先，评价每个样本材料的热处理必要性，基于内外圈一般制造过程，用高速机床进行切削试验以评价加工性。

(评价条件)

均热处理和切削加工性评价的条件同实施例1和2的一样。即，对均热处理，检查样本材料钢坯横断面的宏观和微观结构，检查是否有大碳化物或有害于寿命的厚带离析存在。对切削加工性来说，在上述的条件下根据切削工具切削试验方法(JIS B 40111)切削样本，直到切削工具的侧面磨损量达到0.2mm时的时间定为切削工具寿命。根据工具寿命评价加工性。

表7列出了结果。

                                        表7

	钢种类	C(重量％)	Si(重量％)	Mn(重量％)	Cr(重量％)	均热处理	工具寿命(分)
								实施例	E1	0.86	0.25	0.90	0.27	不必	225
E2	0.85	0.22	0.85	0.33	不必	218
							E3		0.86	0.34	0.82	0.23	不必	216
E4	0.88	0.36	0.83	0.33	不必	210
							E5		0.81	0.37	0.85	0.34	不必	220
E6	0.82	0.47	0.83	0.32	不必	205
							E7		0.84	0.15	0.83	0.33	不必	220
E8	0.85	0.33	1.03	0.32	不必	202
							E9		0.82	0.34	0.58	0.34	不必	220
E10	0.84	0.35	0.84	0.55	不必	208
							E11		0.83	0.33	0.83	0.17	不必	219
E12	0.85	0.18	0.85	0.19	不必	235
							E13		0.75	0.33	0.82	0.34	不必	218
E14	0.70	0.28	0.81	0.38	不必	223
							E15		0.65	0.30	0.85	0.48	不必	236
对照例	E16	1.02	0.31	0.83	0.35	必要									65
							E17	0.56	0.29	0.86	0.54	不必	249
	E18	0.83	0.62	0.83	0.31	不必								122
							E19	0.83	0.05	0.83	0.34	不必	232
	E20	0.84	0.32	1.23	0.33	不必								63
							E21	0.82	0.34	0.35	0.32	不必	241
	E22	0.85	0.34	0.83	0.75	必要								122
							E23	0.82	0.33	0.84	0.04	不必	223
	SUJ2	1.01	0.23	0.32	1.45	必要								55

用作实施例的内外圈样本的钢样E1-E15不必进行均热处理，机械性也是良好的；同普通SUJ2相比，其材料和加工成本都能降低。另一方面，用作对照例的内外圈样本的钢样E1-E15、含有高C％和高Cr％含量的E16和E22确定必须进行均热处理，并且加工性不好。含有高Si％和高Mn％的E18和E20加工性也较低。

(2)热处理条件评价

根据本发明的第三个方面，使用一般滚动轴承最常使用的淬火处理和回火处理及其最低价格进行评价试验，以低成本提供具有良好噪音性能的零件；不进行如渗碳或碳氮共渗的特别处理。但是，作为噪音干扰的残余奥氏体必须减少，所以评价理想的热处理条件。

对内外圈和由钢样E1和SUJ2所制的滚动体应用下面三种改变回火温度的热处理A-C，比较所提供的成品样本表面上的残余奥氏体(r^R)量。

(热处理条件)

在温度810℃-850℃下保持0.5-1小时，然后淬火。接着，在下列热处理条件下回火：热处理条件：A

在160℃-200℃下回火2小时

热处理条件：B

在200℃-240℃下回火2小时

热处理条件：C

在零下处理后立即在220℃-260℃下回火2小时。

表9列出了所提供的成品样本的残余奥氏体量的测定结果。具有内外圈的残余奥氏体量体积超过12％的热处理A在噪音干扰方面不适当，具有较少残余奥氏体量的热处理B和热处理C是合适的；如果考虑成本的重要性，应用没有零下处理的热处理B更理想。

(3)在混有异物情况下润滑中的寿命评价

详细考查市场上一般滚动轴承如何使用，在混有异物情况下润滑中进行所试验滚动轴承的寿命试验，以再现商品表面起点型的损坏状态。使用SUJ2制的滚珠作为滚动体。从表7中的钢样种类E1-E15中选出的某些钢类制造该实施例中的内外圈。从表7中的对照钢样种类E16-E23中选出的钢类制造对照例中的内外圈。检查积累应力重复时间到每个所试验滚珠轴承(寿命)的内外圈上产生剥落时的时间，预备Weibull曲线，从Weibull分布结果中找出该实施例的每个内外圈样本的L10寿命。另一方面，对SUJ2材料所制的内外圈也进行类似的寿命试验，以找到L10寿命。该实施例的内外圈样本的各个L10寿命和对照实施例的内外图样本的各个L10寿命除以用SUJ2材料所制的内外圈的L10寿命，以找到寿命比率而进行评价。

(在混有异物情况润滑下的寿命试验条件)

试验轴承：608

试验接触压力：最大1500Mpa

转数：5000cpm

润滑剂：No.68涡轮油

混入的异物：

组成：不锈钢族粉末

硬度：HRC50

粒径：65-120um

混合量：在润滑剂中有200ppm

表8列出了寿命评价结果。

                            表8

	钢种类	表面硬度(Hv)	混有异物润滑下的寿命比率(对SUJ2所制内外圈)
				实施例	E1	750	1.53
E2	746	1.48
			E3		741	1.63
E4	764	1.56
			E5		748	1.51
E13	737	1.23
			E14		723	1.02
E15	719	0.98
			对照实施例		E16	745	1.51
E17	706	0.58
				E19	683	0.31
E21	658	0.28
				E23	694	0.34

该实施例的内外圈材料在淬火和回火后的硬度为Hv700或更高，并表现出寿命同于或长于普通SUJ2的。另一方面，对照例表明寿命同于或长于普通SUJ2的，但加工性降低(见表7)。C量仅用于提高加工性，含C量低于0.6％的钢样本E17的硬度趋于降低；和用SUJ2所制的普通内外圈相比寿命较低。含有低于下限的Si、Mn和Cr的E19、E21和E23的硬度为700Hv或更低；如果含C量定为0.8％或更高的话，寿命降低。

(4)噪音评价试验

下面，讨论所试验轴承的噪音评价试验。对于噪音评价来说，进行了初始噪音评价和噪音衰减评价。在该实施例中，在轴承噪音评价方法中使用了安氏值(anderon value)。安氏值是通过把轴承噪音作为一种振动组分而用安氏仪测得的。所用的安氏仪是Sugawara Kenkyujo(Kabu)所造的AD-200。

(4-1)初始噪音评价试验

试验轴承：608

转数：1800rpm

轴承预载荷：2kgf(推力载荷)

测量范围：H带(1800-10000Hz)

把一个新轴承放在安氏仪上，并在这些条件下测量氏安值。在同样条件下所测量30个轴承的安氏值的平均值作为轴承噪音水平进行评价。表9和表7表示内外圈成品表面上残余奥氏体量的测量结果和安氏值。

                                                   表9

	例号	内外圈		滚动体		内外圈的残余奥氏体	滚动体残余奥氏体	初始安氏值	加载后的安氏值
										钢种类	热处理	钢种类	热处理
		实施例	1	E1	C									SUJ2	B	0	5.7	0.40	0.41
2	E1					B	SUJ2	B	1.5	5.7	0.40	0.41
			3	E1	B								SUJ2	B	1.8	5.7	0.41	0.42
4	E1					B	SUJ2	B	3.8	5.7	0.43	0.44
			5	E1	B								SUJ2	B	5.6	5.7	0.44	0.46
对照例	6					E1	B	SUJ2	B	7.5	5.7	0.52							0.57
		7	E1	B	SUJ2								B	9.8	5.7	0.54	0.61
	8					E1	A	SUJ2	B	12.8	5.7	0.58						0.74
		9	SUJ2	C	SUJ2								B	0	5.7	0.45	0.46
	10					SUJ2	A	SUJ2	B	12.5	5.7	0.62						0.73

例如轴承Nos.1-5的初始噪音好。在对照中，内外圈的残余奥氏体体积超过6％的对照例轴承No.6-8和10因在轴承装配时由于易产生微小压痕而初始噪音不好。对由普通材料SUJ2的制的内外圈组成的轴承并进行热处理A，以降低残余奥氏体量到零的对照例轴承No.9，比具有同样残余奥氏体量的实施例轴承No.1的初始噪音高。

(4-2)噪音衰减试验

测量条件同(4-1)初始噪音评价试验的条件一样。在初始噪音测量后给轴承上加上50-60kgf轴向载荷5-10秒，然后根据所加载荷再进行噪音测量以评价抗压痕性。在同样条件下测量30个轴承的安氏值的平均值作为轴承噪音水平而进行评价。

表9和表8表示内外圈成品表面上残余奥氏体量的测量结果和安氏值。

具有从初始噪音起减小噪音下降的实施例轴承Nos.1-5是好的。在对照中，内外圈的残余奥氏体体积超过6％的对照例轴承No.6-8和10由于施加载荷产生微小压痕而使初始噪音下降。对由普通材料SUJ2制的内外圈组成的轴承进行有零下处理的热处理C以降低残余奥氏体量到零的对照例轴承No.9，有小的噪音衰减量，但比应用热处理C的实施例轴承No.1的噪音高。

这意味着如果内外圈成品表面上残余奥氏体量体积超过6％的话，初始噪音和噪音衰减均增加。当奥氏体量体积为6％或更低时，如果初始噪音低，加入载荷后的噪音也能降低。

(5)根据内外圈和滚动体结合的碳化物面积系数进行的初始噪音评价试验

在碳化物面积系数方面不同的内外圈和滚动体进行组合，并评价初始噪音。测量条件同(4-1)初始噪音评价试验的条件一样。

内外图的碳化物面积系数和滚动体的碳化物面积系数之间的比率(碳化物面积系数比率＝内外圈的碳化物面积系数/滚动体的碳化物面积系数)作为评价标准。为了直接测定碳化物面积系数，轴承在电子显微镜下拍摄下每个内外圈和滚动体成品的表面结果用图像分析仪从电子显微镜图像背景上仅摘录碳化物，并测量碳化物面积、样件数目等等以计算面积系数。

电子显微镜：由Nihon densisha制造的JBM-T200A

图像分析仪：IBAS2000

表10和表9表示测量结果。

                                              表10

	号	内外圈		滚动体		碳化面积分数比率	初始安氏值
								钢种类	热处理	钢种类	热处理
		实施例	11	E1	B							SUJ2	B	0.68	0.41
12	E2					B	SUJ2	B	0.73	0.40
			13	E3	B						SUJ2	B	0.65	0.42
14	E4					B	SUJ2	B	0.79	0.41
			15	E5	B						SUJ2	B	0.61	0.42
16	E6					B	SUJ2	B	0.65	1.42
			17	E7	B						SUJ2	B	0.69	0.41
18	E8					B	SUJ2	B	0.71	0.40
			19	E9	B						SUJ2	B	0.67	0.41
20	E10					B	SUJ2	B	0.82	0.42
			21	E11	B						SUJ2	B	0.59	0.42
22	E12					B	SUJ2	B	0.61	0.42
			23	E13	B						SUJ2	B	0.51	0.42
24	E14					B	SUJ2	B	0.39	0.43
			25	E15	B						SUJ2	B	0.21	0.44
对照例	26					SUJ2	B	SUJ2	B	1					0.46
		27	SUJ2	B	E1						B	1.47	0.45
	28					E1	B	E1	B	1				0.45
		29	SUJ2	B	J1						B	0.83	0.49
	30					E1	B	J1	B	0.57				0.48
		31	E11	B	E1						B	0.86	0.44

表11列出了表10中的SUJ2、E1钢和J1钢的元素实例。

                            表11

	钢种类	C(重量％)	Si(重量％)	Mn(重量％)	Cr(重量％)
						实施例	SUJ2	1.00	0.25	0.33	1.47
对照例	E1	0.86	0.25	0.90	0.27
						J1	1.23	0.23	0.32	1.65

具有碳化面积系数比率不超过0.9％的实例样本No.11-25的初始噪音低且好。但是，具有内外圈的碳化面积系数和滚动体的碳化面积系数之比低于0.5％的实例样本No.24和25因内外圈的硬度下降，在抗压痕方面降低了一点，因此初始噪音有点高。所以，最好的碳化面积系数比率是0.5％-0.9％。

另一方面，在碳化面积系数比率超过0.9％的对照例样本No.26-28上，通过降低内外圈的碳化物所产生的结合效果没有出现；由内外圈的膨胀所引起的振动增加，初始噪音并不变低。

对于用含碳量超过本发明的组分范围、有高碳化物面积系数的钢样J1所制的滚动体组成的对照例样本No.29和30来说，尽管碳化物面积系数比是0.9％或更低，由滚动体膨胀所引起的振动增加，初始噪音并不变低。

对用含碳量下降低于本发明的组分范围、有低碳化物面积系数的钢样E1所制的滚动体组成的对照例样本No.31相对于由钢样E1所制的滚动体和内外圈组成的对照例样本No.28，因结合效果噪音下降了一点。但是，如果零件具有低碳化物面积系数的话，即使被结合也不能产生大的效果。另外，当滚动体是滚珠，如果低成本材料用于降低包含加工的成本的话，在程序改变方面成本增加，尤其在异物控制情况下。因此，在本发明中，使用钢样SUJ2作滚动体变得更适宜。

如我们所讨论的，为达到本发明的第三个目的，把内外圈的碳化物面积系数适当地下降以低于滚动体的碳化物面积系数，从而改变作为轴承振动和噪音源的内外圈和滚动体的“膨胀”性能，提供噪音性能极佳的低成本轴承。普通的“膨胀”性能依赖于和内外圈及滚动体表面上所完成加工精度有关的不平性和粗糙度的量。但是，在本发明中，注意点放在碳化物的位置，特别是依赖于内外圈和滚动体材料组分中碳化物量的加工完成面上的精密不平处的凸出部，而且由碳化物量不同的材料所制的内外圈及滚动体相结合，从而阻尼加到接触拉力中的振动能，以改善噪音性能。

本发明不仅能有效地应用于轴承零件，而且能应用于进行滚动接触、转动或滑动如滚珠、转轴和心轴等其它零件，特别是用于因水分进入等产生腐锈等的环境中的其它机械零件，以及尤其用于对初始噪音和噪音衰减有严格要求的机械零件等。在这种情况下，有较严格载荷条件的机件用与内外圈相当的材料制造，配对件用SUJ2制造。例如，由与内外圈相同的材料所制的滑座和用SUJ2所制的滚动体所组成的直线性导杆装置，以及直线性轴承装置，如用与内外圈相同的材料所制的螺杆和SUJ2所制的滚动体组成的滚珠螺母装置。

(本发明的作用)

如我们所讨论的，根据本发明第一个方面的滚动件，轴承钢中导致成本上升的组分中Cr、C等含量是限定的，从而尽可能地降低材料和制造成本。限定引起破损和强度降低的Mn含量和导致加工性能降低的Si含量，同时也限定组分中限定相互含量关系的DI值，从而提供可淬硬性和加工性，以及不进行渗碳或碳氮共渗就加强了功能性。因此，尽可能地降低了材料和制造成本，提供比普通轴承钢所制滚动件具有更高性能的滚动件。

根据本发明的第二个方面，与SUJ2相同的组成材料被用于滚动装置机件的滚动体。另一方面，在与滚动体进行接触的其它机件组成中的减少Cr量，并使它们之间的基体Cr量差异定为0.6％或更高，从而能够提供甚至在因水分进入产生腐锈的环境中有长寿命并便宜的滚动装置。

另外，根据本发明的第三个方面，适当地使其它机件的碳化物面积系数低于滚动体的碳化物面积系数，从而改变其它机件和与之进行接触的滚动体的“膨胀”性能并改变作为轴承振动和噪音源的滚动，能够提供在噪音性能方面极好的具有低噪音、低振动、低成本的轴承。

虽结合本发明实施例进行了描述，但很明显，在不超出本发明范围内可以对技术作各种变化和修饰，因此，落在本发明的真实精神和范围内的所有这类变化和修饰都是权利要求所保护范围。

Claims (11)

1.一种滚动装置的滚动件，其特征在于，所述的滚动件由含有重量为0.6％-0.9％的C、0.1％-0.7％的Si、0.5％-1.1％的Mn和0.1％-0.6％的Cr，余量部分为Fe和不可避免的杂质元素的碳钢所制成，所述滚动件经过硬化热处理并且由满足下列方程所计算的理想临界直径DI值范围为1.5-4.0，其中

DI＝(0.311×C％^0.498)×(0.7×Si％+1)

    ×(3.33×Mn％+1)×(2.16×Cr％+1)。

2.根据权利要求1所述的滚动件，其特征在于，经过所述硬化热处理后残余奥氏体量为22％体积或更少。

3.根据权利要求2所述的滚动件，其特征在于，经过所述硬化热处理后残余奥氏体量为8％体积或更多。

4.根据权利要求1所述的滚动件，其特征在于，所述碳钢含有0.8％-0.9％重量的C。

5.一种滚动装置，包括，

滚动件的滚动体；和

一个相对于所述滚动体滚动、滑动或运动的所述滚动件的配对件，

其特征在于，所述配对件由含有重量为0.6％-0.9％的C、0.1％-0.7％的Si、0.5％-1.1％的Mn和0.1％-0.6％的Cr，以及余量部分为Fe的碳钢所制成，并且所述配对件经过硬化热处理；而

所述滚动件的所述滚动体由含Cr的合金钢制成，所述滚动体经过硬化热处理，

其中所述配对件的基体Cr量和所述滚动体基体Cr量之间的差异为0.6％或更大。

6.根据权利要求5所述的滚动装置，其特征在于，所述的配对件是由含有重量达0.8％-0.9％的C、0.1％-0.5％的Si、0.5％-1.1％的Mn和0.1％-0.6％的Cr，以及余量部分为Fe和不可避免的杂质元素所组成，

所述的滚动体的组成中有重量达0.95％-1.1％的C、0.15％-0.35％的Si、0.1％-0.5％的Mn和1.3％-1.6％的Cr，并且余量部分是Fe和不可避免的杂质元素。

7.一种滚动装置，包括

滚动件的滚动体；和

一个相对于所述滚动件滚动、滑动或运动的所述滚动件的配对件，

其特征在于，所述配对件由含有重量为0.6％-0.9％的C、0.1％-0.7％的Si、0.5％-1.1％的Mn和0.1％-0.6％的Cr，余量部分为Fe和不可避免的杂质元素的碳钢所制成，并且所述配对件经过硬化热处理；而

所述滚动体由含Cr的合金钢制成，并且所述滚动体经过硬化热处理，

其中所述滚动体和所述配对件中的至少一个的残余奥氏体量不高于6％体积。

8.一种滚动装置，包括

滚动件的滚动体；和

一个相对于所述滚动体滚动、滑动或运动的所述滚动件的配对件，

其特征在于，所述配对件由含有重量为0.6％-0.9％的C、0.1％-0.7％的Si、0.5％-1.1％的Mn和0.1％-0.6％的Cr，并余量部分为Fe和不可避免的杂质元素的碳钢所制成，并且所述配对件经过硬化热处理；而且

所述滚动体由含Cr的合金钢制成，并且所述滚动体经过硬化热处理，

其特征在于，由所述配对件的碳化物面积系数除以所述滚动体的碳化物面积系数所定义的碳化物面积系数比不高于0.9。

9.根据权利要求7所述的滚动装置，其特征在于，所述配对件由重量为0.6％-0.9％的C、0.1％-0.5％的Si、0.5％-1.1％的Mn和0.1％-0.6％的Cr，并且其余部分为Fe和不可避免的杂质元素所制成，

所述的滚动体由重量为0.95％-1.1％的C、0.15％-0.35％的Si、0.1％-0.5％的Mn和1.3％-1.6％的Cr，并且其余部分为Fe和不可避免的杂质元素所制成。

10.根据权利要求8所述的滚动装置，其特征在于，所述的配对件由重量为0.6％-0.9％的C、0.1％-0.5％的Si、0.5％-1.1％的Mn和0.1％-0.6％的Cr，并且余量部分为Fe和不可避免的杂质元素所制成，

所述的滚动体由重量为0.95％-1.1％的C、0.15％-0.35％的Si、0.1％-0.5％的Mn和1.3％-1.6％的Cr，其余部分为Fe和不可避免的杂质元素所制成。

11.根据权利要求7所述的滚动装置，其特征在于，所述配对件的碳化物面积系数除以所述滚动体的碳化物面积系数定义的碳化物面积系数比不高于0.9。

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