CN108884872B - 滚子轴承用轴承圈及其制造方法和滚子轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及滚子轴承用轴承圈，具有：内层部(15)，包括回火马氏体或索氏体；和表面层部(14)，围绕所述内层部(15)的整个外围，具有比内层部(15)大的表面维氏硬度，且包括回火马氏体。表面层部(14)包括：滚道部(16)，具有与轴承(30)滚动接触的滚道表面(11)；和除了滚道部(16)之外的非滚道部(17A、17B)。滚道部(16)包括：第一滚道部(16A)，具有用于滚道表面(11)的相对高的压缩残余应力；和第二滚道部(16B)，具有比第一滚道部(16A)低的压缩残余应力。第一滚道部(16A)的滚道表面(11)具有与轴承(30)的滚动表面(31)的至少一个轴向方向端部分(31a)接触的部分。

Description

滚子轴承用轴承圈及其制造方法和滚子轴承

技术领域

本发明的形态涉及滚子轴承用轴承圈、制造滚子轴承用轴承圈的方法以及包括滚子轴承用轴承圈的滚子轴承。

背景技术

组成在车辆、工业机器等中使用的滚子轴承的滚子轴承用轴承圈包括与滚动元件(滚子)相对滚动接触的滚道部。滚道部是由于与滚动元件滚动接触而从滚动元件接收负荷的部分，并且其机械特征对滚子轴承的滚动疲劳寿命有很大影响。

因此，研究了一种改善滚道部的机械特性和改善滚子轴承的滚动疲劳寿命的方法。

例如，作为一种用于使滚道部(滚道面)的硬度更高，提高滚子轴承的滚动疲劳寿命提高的方法，已知使用对其进行碳氮共渗过程的轴承钢作为滚子轴承的轴承圈的钢材料。

例如，专利文献1提出了一种轴承的轴承圈，其中，在对诸如 SUJ2(JIS(日本工业标准)G4805)的高碳铬轴承钢进行回火之后，仅通过在表面上进行高频淬火，表面的硬度被设为700HV以上，并且内部硬度被设为340至490HV的低硬度，并且提出了一种通过使用这种轴承的轴承圈来改善轴承的滚动寿命的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP-A-2013-238274

发明内容

发明要解决的问题

根据上述方法，能够改善滚子轴承的滚动疲劳寿命。然而，期望进一步改善滚动疲劳寿命。

碳氮共渗过程需要长时间的热处理，并且不能避免由于这种热处理而导致的成本增加。因此，期望一种以低成本改善滚子轴承的滚动疲劳寿命的方法。

同时，在滚子轴承用轴承圈的滚道部中，滚道部的一部分从滚子的滚动接触表面接收高负荷，这导致一定区域受到与滚子的高接触压力(所谓的边缘负荷)，因而滚子轴承的滚动疲劳寿命取决于滚道部的接收高负荷的区域的寿命。

鉴于这些情况，本发明人已经进行了认真的研究，以提供具有优异的滚动疲劳寿命的滚子轴承。作为结果，发明人已经发现，在滚子轴承用轴承圈的滚道部处提供具有高压缩残余应力的区域能够改善使用该滚子轴承用轴承圈的滚子轴承的滚动疲劳寿命，并且已经完成了本发明。

解决问题的手段

根据本发明的一种形态的滚子轴承用轴承圈是具有环形形状且由高碳铬轴承钢形成的滚子轴承用轴承圈，并且所述轴承圈包括：

内层部，所述内层部由回火马氏体或索氏体形成，且具有450HV 以上且小于550HV的维氏硬度；和

表面层部，所述表面层部包围所述内层部的整个周边，在所述表面层部的表面处具有700HV以上且小于800HV的维氏硬度，且由回火马氏体形成，

其中所述表面层部包括滚道部和除了所述滚道部之外的非滚道部，所述滚道部具有与滚子滚动接触的滚道表面，

所述滚道部包括第一滚道部和第二滚道部，在所述第一滚道部处，所述滚道表面的压缩残余应力相对高，在所述第二滚道部处，压缩残余应力低于所述第一滚道部的压缩残余应力，并且

所述第一滚道部的所述滚道表面具有与所述滚子的滚动接触表面的在轴向方向上的至少一个端部接触的部分。

根据本发明该形态的滚子轴承用轴承圈包括具有规定成份和硬度的所述内层部和包围内层部的整个周边的所述表面层部，表面层部的表面的硬度比内层部硬，并且具有规定的成份。因此，通过该滚子轴承用轴承圈，能够提高滚子轴承的抗压强度和耐冲击性。

此外，在组成表面层部的滚道部的一部分处，滚子轴承用轴承圈具有第一滚道部，在第一滚道部处，滚道表面的压缩残余应力与另一部分滚道部相比较高。这里，第一滚道部被设置在一位置处，该位置具有与滚子的滚动接触表面的至少一个轴向端部接触的部分。由于该原因，在使用该滚子轴承用轴承圈的滚子轴承中，使得滚子轴承用轴承圈的滚道表面的一个区域(以下称为边缘负荷区域)的压缩残余应力较高，其中由于接收到来自滚子的高负荷，该区域受到与滚子的滚动接触表面的高接触压力。作为结果，在使用滚子轴承用轴承圈的滚子轴承中，能够实现更长的滚动疲劳寿命。

在滚子轴承用轴承圈中，第一滚道部的滚道表面的压缩残余应力优选是250MPa以上。在这种情况下，使用滚子轴承用轴承圈的滚子轴承能够实现可以与使用被进行碳氮共渗过程的滚子轴承用轴承圈的滚子轴承相比的滚动疲劳寿命。

第一滚道部的滚道表面的压缩残余应力优选是320MPa以上。在这种情况下，在使用滚子轴承用轴承圈的滚子轴承中，能够实现极好的滚动疲劳寿命。

根据本发明的一种形态的制造滚子轴承用轴承圈的方法是一种制造上述滚子轴承用轴承圈的方法，该方法包括：

(A)对由高碳铬轴承钢形成的环形工件进行淬火处理的过程；

(B)对已经进行淬火处理的工件进行回火处理、将整个所述工件浸渍在冷却液中并在该状态下加热所述工件的过程；以及

(C)对已经进行回火处理的工件进行精整加工的过程，

其中在浸渍已经进行所述淬火处理的工件的冷却液中产生冷却液流使得冷却液集中在形成有所述工件的所述第一滚道部的部分上的状态下，进行所述过程(B)。

在根据本发明的一种形态的制造滚子轴承用轴承圈的方法中，由于在工件浸渍在冷却液中的情况下进行回火处理，因此工件在回火的情况下具有比表面温度高的内部温度。由于该原因，能够制造根据本发明的形态的滚子轴承用轴承圈，其包括：内层部；和覆盖内层部的周边的表面层部，并且其中内层部和表面层部每一个均具有预定的结构和硬度。在回火处理中，在工件的表面层附近的位置进行与小体积收缩相关的低温回火，在工件的内部进行与大体积收缩相关的高温回火。因此，由于体积收缩的不同，能够对所获得的滚子轴承用轴承圈的表面层部赋予压缩残余应力。

此外，在浸渍工件的冷却液中产生冷却液流使得冷却液集中在形成有工件的第一滚道部的部分上的状态下，进行回火处理。因此，在该回火处理中，形成有第一滚道部的部分比其它部分被以更高的冷却能力冷却。作为结果，所形成的第一滚道部的滚道表面被构造成具有比其它部分高的压缩残余应力。

根据这种制造方法，能够制造根据本发明的形态的滚子轴承用轴承圈。

在滚子轴承用轴承圈的制造方法中，在过程(B)中，优选地使用被构造成喷射冷却液的喷射喷嘴，喷射喷嘴的喷射口优选地面对形成有第一滚道部的部分，并且优选从喷射口朝向形成有第一滚道部的部分喷射冷却液。

在这种情况下，由于从喷射喷嘴喷射的冷却液，能够在浸渍工件的冷却液中高效地产生冷却液流并且该冷却液流集中于形成有第一滚道部的部分上，并且尤其适合以比其它部分高的冷却能力冷却形成有第一滚道部的部分。

根据本发明的一种形态的滚子轴承包括：内圈，在所述内圈的外周表面上包括滚道部；外圈，在所述外圈的内周表面上包括滚道部；以及多个滚子，所述多个滚子被布置在所述内圈的滚道部和所述外圈的滚道部之间，

其中所述内圈和所述外圈中的至少一个是根据本发明的形态的滚子轴承用轴承圈。

根据本发明的形态的滚子轴承具有优异的滚动疲劳寿命。

本发明的优点

根据本发明的该形态，能够以低成本提供具有优异滚动疲劳寿命的滚子轴承。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的圆锥滚子轴承的主要部分的截面图。

图2是示出图1中所示的圆锥滚子轴承的内圈的主要部分的截面图。

图3(a)至3(e)是制造图2中所示的内圈的方法的流程图。

图4(a)和4(b)是示出图3(c)和3(d)中所示的淬火处理和回火处理的流程图。

图5(a)是示出在制造根据本发明的实施例的滚子轴承用轴承圈的方法中使用的热处理设备的示例的示意说明图，并且图5(b)是图5(a) 的主要部分的放大图。

图6是示出在制造根据本发明的实施例的滚子轴承用轴承圈的方法中使用的热处理设备的另一示例的主要部分的放大图。

图7是示出示例1中的热处理条件的线图。

图8是示出比较例1中的热处理条件的线图。

图9是示出比较例2中的热处理条件的线图。

图10是示出比较例3中的热处理条件的线图。

图11是示出比较例4中的热处理条件的线图。

具体实施方式

[滚子轴承]

首先，将描述根据本发明实施例的滚子轴承。

下面，将描述作为滚子轴承的示例的圆锥滚子轴承。图1是示出根据本发明的实施例的圆锥滚子轴承的主要部分的截面图。

根据本实施例的圆锥滚子轴承1包括：内圈10，其包括由其外周上的锥形表面形成的内圈滚道表面11；外圈20，其包括由其内周上的锥形表面形成的外圈滚道表面21；多个圆锥滚子30，其每一个具有由其外周上的锥形表面形成的滚动接触表面31，并且被布置成能够在两个滚道表面11和21之间滚动；以及保持架40，其将多个圆锥滚子30 沿周向方向以预定间隔固位。

内圈10、外圈20和圆锥滚子30由高碳铬轴承钢形成。高碳铬轴承钢包括例如SUJ2、SUJ3(JIS G4805)等。

在圆锥滚子轴承1中，圆锥滚子30的滚动接触表面31与内圈滚道表面11和外圈滚道表面21滚动接触。在这种情况下，圆锥滚子30 的每一个滚动接触表面31在滚动接触表面31的边缘部31a和31b(滚动接触表面31在轴向方向上的相反端部)处接触内圈滚道表面11和外圈滚道表面21，滚子端面32和33处于高接触压力下，并且绕边缘部 31a和31b发生边缘负荷。

尤其是在圆锥滚子轴承1的内圈10中，在滚动接触表面31的大直径侧的边缘部31a与内圈10的内圈滚道表面11之间的接触压力变大。

在这一点上，在圆锥滚子轴承1中，内圈10和外圈20中的至少一个由根据本发明的实施例的滚子轴承用轴承圈形成，其包括在滚道部中具有高压缩残余应力的第一滚道部。因此，圆锥滚子轴承1具有长滚动疲劳寿命，此外，确保了足够的耐冲击性和抗压强度。

[滚子轴承用轴承圈]

然后将描述根据本发明的实施例的滚子轴承用轴承圈。这里，将通过示例描述图1中所示的圆锥滚子轴承1的内圈10。图2是示出图 1中所示的圆锥滚子轴承的内圈的主要部分的截面图。

在本说明书中，“维氏硬度”是指通过在滚子轴承用轴承圈(例如，内圈)的表面上，或在通过沿径向切割滚子轴承用轴承圈而获得的切削表面上撞击维氏压头来测量的值。

图2中所示的内圈10包括内层部15和围绕内层部15的整个周边的表面层部14，并且被构造成使得表面层部14具有比内层部15具有相对更高的硬度(基于维氏硬度)。因此，内圈10具有优异的抗压强度和耐冲击性。

内层部15通过回火具有马氏体或索氏体的结构。内层部15的维氏硬度为450HV以上且小于550HV。内圈10设有该内层部15，以便能够确保足够的抗压强度和耐冲击性。

当内层部15的维氏硬度小于450HV时，抗压强度变得不足。同时，当维氏硬度为550HV以上时，耐冲击性变得不足。

表面层部14形成为围绕内层部15的整个周边，并且通过回火具有马氏体结构。

表面层部14的表面的维氏硬度不小于700HV且小于800HV。当表面层部14的表面的维氏硬度小于700HV时，滚动疲劳寿命变短。同时，当维氏硬度为800HV以上时，耐冲击性降低。

对于表面层部14的维氏硬度，表面的维氏硬度在上述范围内并且可以比内层部15的维氏硬度更硬，并且硬度可以从表面层部14的表面朝向内层部15逐渐减小。

表面层部14包括：滚道部16，其表面是与圆锥滚子30滚动接触的内圈滚道表面11；非滚道部17A，其表面是内圈10的内周表面12；以及非滚道部17B，其包括作为其表面的部分的内圈10的轴环部分18 的表面和侧向表面13。

除了表面的维氏硬度在上述范围内之外，表面层部14(滚道部16 以及非滚道部17A和17B)优选地具有从表面朝向内层部15具有预定深度的、其中维氏硬度为700HV以上的区域(以下称为高硬度表面层(参见图2中的阴影线部分。阴影线部分示意性地表示高硬度表面层的深度，而不必然反映高硬度表面层的实际尺寸))。

滚道部16中的高硬度表面层的深度d1相对于使用内圈10时的最大剪切应力深度Z0优选满足下面的不等式(1)。

3Z0≤d1<8Z0…………………(1)

当深度d1小于最大剪切应力深度Z0的三倍时，可以减小表面的疲劳强度，并且可以减小内圈10的滚动疲劳寿命。同时，当深度d1 大于或等于最大剪切应力深度Z0的8倍时，可以减小包含比表面更软结构的区域的占有率，并且可能使内圈10的韧性不足。

在本实施例中，使用该滚子轴承用轴承圈时的最大剪切应力深度 Z0根据额定负荷而不同，但通常为约0.1至0.2mm。

非滚道部17A中的高硬度表面层的深度d2和非滚道部17B中的高硬度表面层的深度d3与内圈10在径向方向上的最大厚度x的其比率优选地满足下面的不等式(2)(d2/x和d3/x)。

0.02<(d2/x,d3/x)≤0.04………………(2)

当高硬度表面层的深度d2和d3与最大厚度x的比率小于或等于 0.02时，可能使抗压强度不足。同时，当比率超过0.04时，高硬度表面层的占有率可能高，并且可能使耐冲击性不足。

滚道部16包括第一滚道部16A和除了第一滚道部16A之外的第二滚道部16B，第一滚道部16A被设置成包括其中与圆锥滚子轴承1 中的圆锥滚子30的滚动接触表面31的接触压力变高的部分(边缘负荷区域)。

第一滚道部16A的表面(滚道表面)的压缩残余应力和维氏硬度均高于第二滚道部16B的表面(滚道表面)的压缩残余应力和维氏硬度。由此，能够提高第一滚道部16A的机械特性，并且能够使使用内圈10的滚子轴承的滚动疲劳寿命更长。

第一滚道部16A的表面的压缩残余应力优选是250MPa以上。由此，内圈10几乎不会损坏，并且能够有效地实现更长的滚动疲劳寿命。

第一滚道部16A的表面的压缩残余应力更优选地为320MPa以上，因为能够实现更长的滚动疲劳寿命。

同时，第一滚道部16A的表面的压缩残余应力的上限不特别受限，但优选是1000MPa。当压缩残余应力太高时，可能发生拉伸残余应力的极值，并且可能因塑性变形而形成脆性结构。

在第一滚道部16A中，从表面到深度Z0的区域的压缩残余应力优选是250MPa以上，因为这更适合于使滚动疲劳寿命更长。

第二滚道部16B的表面的压缩残余应力更优选地为50MPa以上，因为这适合使滚动疲劳寿命更长。

同时，如果第二滚道部16B的表面的压缩残余应力低于第一滚道部的表面的压缩残余应力，则其上限不特别受限。然而，与第一滚道部的表面的压缩残余应力一样，当压缩残余应力太高时，可能发生拉伸残余应力的极值，并且可能因塑性变形而形成脆性结构。

在第二滚道部16B中，从表面到深度Z0的区域的压缩残余应力优选是50MPa以上。由此，能够进一步延长滚动疲劳寿命。

在内圈10的滚道部16中，第一滚道部16A在轴向上的长度L1 优选是圆锥滚子30的滚子宽度L2的10％至30％(参见图1)。

当长度L1小于滚子宽度L2的10％时，难以进行定位对准以使第一滚道部16A被可靠地设置在边缘负载区域处。另一方面，当长度L1 超过滚子宽度L2的30％时，难以产生超过250MPa的高压缩残余应力。

在这种内圈10中时，其滚道表面具有高压缩残余应力的第一滚道部16A被设置在滚道部16中的下列位置处，该位置包括其中与圆锥滚子30的接触压力高的边缘负荷区域。因此，使用内圈10的滚子轴承具有优异的滚动疲劳寿命。

(其它)

在内圈10中，具有高压缩残余应力的第一滚道部16A被设置在滚道部16的大直径侧(图2的右侧)处。

同时，在圆锥滚子轴承中，如上所述，边缘负荷区域可以在圆锥滚子的在轴向方向上的相反的端部周围发生。因此，在根据本发明的实施例的滚子轴承用轴承圈中，具有高压缩残余应力的第一滚道部16A 可被设置在滚道部16的大直径侧和小直径侧处的两个位置。

在圆锥滚子轴承中，在圆锥滚子的大直径侧出现的边缘负荷区域通常具有比在小直径侧发生的接触压力更高的接触压力。因此，即使第一滚道部16A像内圈10那样设置在大直径侧的一个位置中，也能够充分延长滚动疲劳寿命。

根据本发明的实施例的滚子轴承用轴承圈不限于圆锥滚子轴承的内圈，而是可以为外圈。轴承圈可为另一滚子轴承、诸如圆柱滚子轴承或滚针轴承的内圈或外圈。

[滚子轴承用轴承圈的制造方法]

下面，关于根据本发明的实施例的滚子轴承用轴承圈的制造方法，将作为示例描述制造内圈10的方法。

图3(a)至3(e)是制造图2中所示的内圈的方法的流程图。图4(a) 和4(b)是示出图3(a)和3(e)中所示的淬火处理和回火处理的流程图。

首先，制造由高碳铬轴承钢形成的环形坯料W1(参见图3(a))。然后，通过对所获得的环形坯料W1进行切割处理等并将所获得的环形坯料W1加工成预定形状，进行获得包括与内圈滚道表面11、内周表面 12以及侧向表面13相对应的多个部分的内圈10的预成型件(工件)W2(图3(b))的前加工。

然后，对所获得的工件W2执行淬火处理(参见图3(c)和4(a))。

淬火处理优选地在整个工件被均匀加热之后迅速冷却工件，使得淬火处理后的整个工件都由马氏体组成，并且具有小于或等于5％的不完美的淬火结构(细珠光体)。当不完美的淬火结构超过5％时，所制造的内圈10的硬度可能变得不足，并且滚动疲劳寿命可能更短。

淬火处理的方法不特别受限，并且能够采用感应淬火、浸渍完全淬火等方法。

例如，淬火处理能够在工件W2在810至850℃的淬火温度下加热 0.5至2小时并快速冷却的条件下进行。

淬火温度就确保足够的淬透性而言优选地高于或等于820℃，并且就防止晶粒粗化而言优选地低于或等于840℃。

加热时间就均匀地加热构件而言优选地大于或等于0.5小时，并且就防止晶粒粗化而言优选地小于或等于1.5小时。

淬火通过例如在冷却油的油浴中的油冷却来进行。冷却油的油浴温度通常为60至180℃。

然后，通过在淬火处理之后对预成型件(工件)W2进行回火处理而获得中间坯料W3(参见图3(d)和4(b))。

在回火处理中，工件W2在其浸渍在冷却液中的状态下通过感应加热被加热预定时间段，然后例如在冷却液中冷却。工件W2的冷却能够通过例如空气冷却、辐射冷却等来进行。

由此，在回火处理中，如图4(b)中所示，能够将淬火处理后的工件W2的表面的回火温度(参见图4(b)的“表面温度A”)设为低于工件 W2内的回火温度(参见图4(b)的“内部温度B”)的温度。

在回火处理中，当表面温度A被设为低于内部温度B的温度时，能够形成具有适于获得耐冲击性的硬度的内层部。另外，由于在上述条件下进行回火处理，因此能够抑制回火处理期间的残留奥氏体量的减少，并且能够增加压缩应力。

在这种情况下，表面温度A和内部温度B之间的差值(内部温度 B-表面温度A)优选地被设为高于或等于40℃，因为它更适合于获得包括预定的内层部15和预定的表面层部14的内圈10。

表面温度A和内部温度B之间的差值(内部温度B-表面温度A)优选地小于或等于600℃。当差值超过600℃时，工件W2中可能出现裂缝。

在回火处理中，回火时间(参见图4(b)的“回火时间T”)优选地小于或等于20秒。由此，能够向工件W2提供足够的压缩残余应力。回火时间更优选地小于或等于18秒。

就抑制温度不均匀的发生和稳定内圈的质量而言，回火时间T优选地大于或等于2秒，更优选地大于或等于3秒。

在本实施例中，“回火时间”是感应加热期间的通电时间。

回火处理优选地在所调节的特定温度下进行，使得当表面温度为 170至290℃时，内部温度被设为320至715℃。

就确保滚子轴承的滚动疲劳寿命而言，表面温度优选地低于或等于275℃。

就确保耐冲击性而言，内部温度优选地高于或等于365℃，更优选高于或等于450℃。就确保抗压强度而言，内部温度更优选低于或等于575℃。当内部温度为450至575℃时，能够确保长滚动疲劳寿命和高耐冲击性，并且该内部温度更适合于确保高抗压强度。

在本实施例中，表面温度是其中形成工件W2的表面的第二滚道部16B的部分的温度。表面温度和内部温度能够通过K型热电偶测量。

回火温度能够通过感应加热期间的频率或输出、回火时间等来调节。

在本实施例中，例如，能够使用下面的热处理设备进行回火处理。

图5(a)是示出在本实施例中使用的热处理设备的示例的示意说明图，并且图5(b)是图5(a)的主要部分的放大图。

图5(a)和5(b)中所示的热处理设备100包括：处理槽101，其中设置有环形工件W2(要经受热处理的预成型件)，并且对工件W2进行热处理；保持夹具102，其保持工件W2；感应加热线圈103，其布置在工件W2的外周侧上围绕工件W2，并且在工件W2上执行感应加热；中心芯104，其被安装在工件W2的内周侧上；冷却液105，其储存在处理槽101中并用作冷却工件W2的冷却介质；喷射喷嘴106，其将冷却液105喷撒到工件W2上；以及供应管107A和107B，其用于将冷却液105供应至喷射喷嘴106和处理槽101。

处理槽101是能够储存冷却液105的有底环状容器，并且包括圆筒形内壳101A和圆筒形外壳101B。构成处理槽101的容器由电绝缘陶瓷或电绝缘合成树脂形成。以这种方式，热处理设备100包括由电绝缘陶瓷或电绝缘合成树脂形成的容器作为处理槽101，因而能够抑制热处理设备100自身的加热。

通过热处理设备100的使用、工件W2的尺寸等，能够适当地设定容器的尺寸。

冷却液105被储存在处理槽101中。处理槽101设置有排水管108，以将多余的冷却液105排出到处理槽101的外部。

工件W2被设在处理槽101中以浸渍在冷却液105中。

保持夹具102包括：夹具主体102a；支撑部(第一支撑部)102b，其以点接触接收和止挡工件W2的下表面；以及支撑部(第二支撑部)102c，其限制工件W2在水平方向的移动。保持夹具102在以点接触保持工件W2的同时限制工件W2在水平方向上的移动。在这种情况下，支撑部102c可以与工件W2接触，或者在支撑部102c和工件W2 之间可以形成最大0.5mm左右的间隙。当提供该间隙时，即使工件 W2在加热期间热膨胀，也能够避免工件W2的表面被支撑部102c挤压。

每一个支撑部102b和102c都是球形体。因此，当工件W2与支撑部102b和102c接触时，两者都彼此点接触。因而，抑制了从工件 W2到支撑部102b和102c的热传导，并且能够防止工件W2的温度变得不均匀。同时，由冷却液105引起的对工件W2的冷却几乎不受支撑部102b和102c的阻碍，因而能够防止由冷却不充分引起的工件W2 的过热。支撑部102b的数目和支撑部102c的数目各自在平面图中的周向方向上可以是三个或更多，通常是三到六个，优选是规则间隔的三个。

保持夹具102由电绝缘陶瓷或电绝缘合成树脂形成。由此，能够抑制保持夹具102自身的加热或工件W2的表面温度的变化。

感应加热线圈103安装在外壳101B的外部。感应加热线圈103 是螺旋线圈，其内径大于外壳101B的外径。

中心芯104安装在内壳101A内。中心芯104是具有比内壳101A 的内径小的外径的杆状体，并且由硅钢形成。

在热处理设备100中，通过向感应加热线圈103提供高频电流，能够将整个工件W2感应加热到期望温度。

感应加热线圈103和中心芯104可以安装在处理槽101中。

冷却液105可以是能够冷却工件W2的表面的液体。冷却液105 包括例如水、油、水溶性聚合物等。

油包括例如淬火油等。

水溶性聚合物包括例如聚亚烷基二醇(PAG)。水溶性聚合物可被用作其中它已溶于水中的水溶液。在这种情况下，水溶性聚合物在水中的混合量能够根据水溶性聚合物的类型等适当地设定。

就高效冷却工件W2的表面而言，冷却液105优选地具有高传热系数，更优选是能够易于处理的冷却液。

喷射喷嘴106安装在供应管107A的顶端部上，以将冷却液105 供应到处理槽101。多个喷射喷嘴106被沿工件W2的周向方向以预定间隔设置。每一个喷射喷嘴106都具有喷射口106a，喷射口106a被布置成面向工件W2的内圈滚道表面11。喷射口106a被布置成紧密地面对形成有工件W2的第一滚道部的部分(图5(b)的阴影线部分)。

供应管107A设有流量调节阀和压力调节阀(均未示出)。由此，能够调节冷却液的供应条件。

在热处理设备100中，经由供应管107A和107B供应的冷却液105 储存在处理槽101中，并且多余的冷却液105从排水管108排出。

热处理设备100可包括循环通道(未示出)，以将所排出的冷却液 105再次供应到处理槽101中。

另外，虽然未示出，但是热处理设备100包括必要的构件，诸如感应加热所需的电源、匹配电路、用于控制冷却剂温度的温度调节构件。

热处理设备100可以包括用于在加热等期间使工件W2围绕轴线旋转的机构。

在使用这种热处理设备100的回火处理中，如上所述，工件W2 安装在处理槽101中，并且在其浸渍在冷却液105中的状态下被加热。

在这种情况下，在其中在处理槽101中储存的冷却液105中产生冷却液105流的状态下进行感应加热，通过该冷却液105流，冷却液 105集中在其中形成工件W2的第一滚道部16A的部分上。

具体而言，可以在通过从多个喷射喷嘴106的喷射口106a朝向其中形成第一滚道部16A的部分喷射来供应冷却液105的同时进行感应加热。由此，与其它部分相比，能够以更高的冷却能力冷却形成工件 W2的第一滚道部16A的部分。因此，与其它部分(第二滚道部16B)相比，能够对通过后处理完成的内圈10的第一滚道部16A赋予更高的压缩残余应力。

如果采用这种方法，则也能够对内圈10的其它滚道部16(第二滚道部16B)赋予比第一滚道部16A低的压缩残余应力。

感应加热情况下的频率和输出能够根据工件W2的形状或尺寸、冷却液的冷却能力等适当地设定。

当通过喷射从喷射喷嘴106供应冷却液105时冷却液105的供应量取决于喷射喷嘴106的数量、工件W2的形状或尺寸、冷却液的冷却能力等，但是可将其设为例如8至80升/分钟。

从喷射喷嘴106供应的冷却液105的温度取决于工件W2的形状或尺寸、冷却液的冷却能力等，但是可被设为例如5至80℃。

最后，关于回火处理之后的中间坯料W3，在相应于内圈滚道表面 11的部分等上执行诸如抛光加工的精整加工(参见图3(e))。

通过经历这一过程，能够制造内圈10(滚子轴承用轴承圈)。

(其它)

在制造根据本发明的实施例的轴承的轴承圈的方法中，当通过喷射经由喷射喷嘴供应冷却液时，如果能够在冷却液中产生冷却液流，通过该冷却液流，冷却液集中在其中形成工件W2的第一滚道部16A 的部分上，则喷射喷嘴可不必被布置成使得喷射口面对其中形成工件 W2的第一滚道部16A的部分。

图6是示出在制造根据本发明的实施例的滚子轴承用轴承圈的方法中使用的热处理设备的另一示例的主要部分的放大图。

在制造根据本发明实施例的滚子轴承用轴承圈的方法中，可以使用图6中所示的热处理设备200来进行回火处理。除了喷射喷嘴206 的安装方向与喷射喷嘴106的安装方向不同之外，热处理设备200具有与图5(a)和5(b)中所示的热处理设备100相同的构造。在热处理设备 200中，对与热处理系统100相同的构件赋予与热处理设备100相同的附图标记。

与使用热处理设备100的回火处理类似，在产生冷却液105流且通过该冷却液105将冷却液105集中在其中形成工件W2的第一滚道部 16A的部分上的状态下，通过将工件W2安装在处理槽101中使得工件 W2保持浸渍在冷却液105中并执行感应加热来执行使用热处理设备 200的回火处理。

在这种情况下，安装多个喷射喷嘴206，使得通过喷射从喷射喷嘴206的喷射口206a供应的冷却液105在位于工件W2的外周侧处的外壳101B的内壁表面上反射，并指向形成工件W2的第一滚道部16A 的部分。

由此，即使在使用热处理设备200进行回火处理时，通过在从喷射喷嘴206供给冷却液105的同时进行感应加热，也能够与其它部分相比，以更高的冷却能力冷却形成有工件W2的第一滚道部16A的部分。

因此，即使在使用热处理设备200的情况下，也能够对通过后处理完成的内圈10的第一滚道部16A赋予比其它部分(第二滚道部16B) 更高的压缩残余应力。此外，也能够赋予内圈10的其它滚道部16(第二滚道部16B)低于赋予第一滚道部16A的压缩残余应力。

在其中使用热处理设备200的情况下，与其中使用热处理设备100 的情况类似，能够根据工件W2的形状或尺寸、冷却液的冷却能力等适当地设定感应加热情况下的频率和输出。

当通过喷射从喷射喷嘴206供应冷却液105时，冷却液105的供应量或温度能够采用与其中使用热处理设备100的情况相同程度的条件。

在热处理设备100和200中，中心芯被设在工件W2内部。然而，代替中心芯，也可在工件W2内部设置感应加热线圈。在这种情况下，能够加热整个工件。

示例

下面将通过示例等来验证本发明实施例的操作和效果。本发明的实施例不限于以下示例。

(示例1)

由SUJ2形成的钢材制造环形坯料，并且对所获得的环形坯料进行切割处理以具有预定形状。由此获得用于内圈的工件(具有的外径为 53mm并且最大壁厚x(参见图2)为12.0mm)。然后，在表1和图7中所示的热处理条件下对所得到的工件进行淬火处理和回火处理，并进行抛光加工，并获得用于轴承的内圈的试件(型号为TRA0607)。

这里使用气氛热处理炉进行淬火处理，并且使用图5(a)和5(b)中所示的热处理设备100进行回火处理。

图7是示出示例1中的热处理条件的线图。

在示例1中，如图7中所示，通过以830℃加热0.5小时，使工件整体经受淬火，然后油冷至80℃。

之后，将工件设置在图5(a)和5(b)中所示的热处理设备100内，并且在冷却工件表面的同时，经历频率为1560Hz、输出为185kW的感应加热持续5秒，并以下列温度进行回火，其中形成第一滚道部的部分的表面温度(下面在示例和比较例的说明中简称为第一滚道部的表面温度)t1被设为253℃，其中形成第二滚道部的部分的表面温度(下面在示例和比较例的说明中简称为第二滚道部的表面温度)t2被设为 240℃，并且变为内层部的一部分的温度(下面在示例和比较例的说明中简称为内部温度)被设为542℃。

对已经经历浸渍在25℃的水(冷却液)中的淬火处理的工件进行回火处理。在这种情况下，在开始加热的同时，以10L/min的流速从喷射喷嘴106喷射冷却水。

在第一滚道部的表面的轴向方向的中间(参见图2的P)测量第一滚道部的表面温度t1。在第二滚道部的表面的轴向方向的中间(参见图2 的Q)测量第二滚道部的表面温度t2。在从径向方向上切割工件时获得的切割平面(参见图2)中的滚道表面的轴向方向的中间朝向径向方向的内侧的壁厚度的一半处位置(参见图2的R)处，测量内部温度t3。

(示例2至8)

除了表1所示在回火的情况下感应加热的条件(频率和输出)和从喷嘴106喷射的冷却水的流速改变以外，都以与示例1相同的方式获得内圈的试件。

各示例中的回火温度(第一滚道部的表面温度t1、第二滚道部的表面温度t2和内部温度t3)如表1所示。

(比较例1)

使用回火炉进行回火处理，除了将回火处理的条件设定为图8所示的条件以外，以与示例1相同的方式获得内圈的试件。

图8是示出比较例1中的热处理条件的线图。在比较例1中，将工件以830℃加热0.5小时以进行整体淬火，然后油冷却至80℃。之后，将工件在180℃(滚道部的表面温度t2和内部温度t3两者都为180℃) 下加热1.5小时以进行回火。

在与示例1的第二滚道部的表面温度相同的位置处测量滚道部的表面温度。

(比较例2)

以与示例1相同的方式获得由SUJ2形成的用于内圈的工件。

然后，根据图9所示的热处理条件，在其中碳势为1.1、氨气浓度为6体积％的碳氮共渗气氛中对所得工件进行碳氮共渗淬火处理。之后，进行与比较例1中相同的回火处理，并且进行抛光加工。由此，获得用于轴承的内圈的试件(型号为TRA0607)。

图9是示出比较例2中的热处理条件的线图。在比较例2中，将工件以840℃加热4小时，经历碳氮共渗淬火，然后油冷却至80℃。之后，将工件在180℃下加热1.5小时并回火。

(比较例3)

环形坯料由根据汽车工程师协会(SAE)5120形成的钢材料制成。所获得的环形坯料经过切割加工从而获得预定形状，并且获得用于内圈的工件(外径为53mm并且最大壁厚度x为12.0mm)。然后，在图10 中所示的热处理条件下，所得到的工件在碳势为1.1的气氛中经历渗碳淬火处理。之后，工件经历与比较例1相同的回火处理，然后经历抛光加工，并且获得用于轴承的内圈的试件(型号TRA0607)。

图10是示出比较例3中的热处理条件的线图。在比较例3中，将工件以850℃加热5小时，进行渗碳淬火，然后油冷至80℃。之后，将工件以180℃加热1.5小时进行回火。

(比较例4)

以与示例1相同的方式获得内圈的试件，不同之处在于如表2所示改变在回火处理的情况下的感应加热的条件(频率和输出)，并且不进行使用喷射喷嘴106喷射冷却水。

图11是示出示例4中的热处理条件的线图。在比较例4中，将工件以830℃加热0.5小时，整体淬火，然后油冷却至80℃。之后，将工件放置在热处理设备100内，在浸渍在冷却液中的情况下经历频率为 1210Hz、输出为200kW的感应加热持续5秒，而不通过喷射喷嘴106 供应冷却水，以下列温度进行回火，其中形成滚道部的部分的表面温度(在示例和比较例的说明中简称为滚道部的表面温度)t2被设为 280℃，并且内部温度t3被设为485℃。在与示例1的第二滚道部的表面温度相同的位置，测量滚道部的表面温度。

(比较例5至11)

除了在回火处理的情况下感应加热的条件(频率和输出)如表2所示改变之外，都以与比较例4相同的方式获得内圈的试件。

各比较例的回火温度(滚道部的表面温度t2和内部温度t3)如表2 所示。

(比较例12至15)

除了在回火处理的情况下感应加热的条件(频率和输出)和从喷射喷嘴106喷射的冷却水的流速如表2中所示改变以外，都以与示例1 相同的方式获得内圈的试件。

各比较例中的回火温度(第一滚道部的表面温度t1、第二滚道部的表面温度t2以及内部温度t3)如表2所示。

表1

(试件的评价)

使用维氏硬度试验机获得示例1至8和比较例1至15的内圈的试件中的横截面硬度分布。在测量横截面的硬度分布时，发现示例的试件中的表面层部的横截面的维氏硬度从最外表面向内层部逐渐减小。这种硬度分布也用于计算下面将描述的高硬度表面层的深度。

检查示例1至8和比较例1至15的内圈的试件的滚道部(第一滚道部和第二滚道部)的每一个表面上的维氏硬度、内层部的硬度、高硬度表面层的深度、压缩残余应力、滚动疲劳寿命、夏比冲击值(Charpy impact value)、抗压强度以及制造成本。此外，通过光学显微镜观察示例1至8和比较例1至15的内圈试件的外层部和内层部的结构。

通过使维氏压头撞击在每一个内圈的试件的滚道部(第一滚道部和第二滚道部)的表面的轴向方向的中间，测量滚道部的表面的维氏硬度。

内层部的硬度是通过在当在径向方向上切割每一个内圈的试件时获得的切割表面(参见图2)中，从滚道表面在轴向方向上的中间朝向径向方向的内侧位于壁厚度一半的位置处撞击维氏压头而测量的硬度。通过赫兹接触理论计算最大剪切应力深度，并且基于最大剪切应力深度和上述维氏硬度分布计算高硬度表面层的深度。通过使用残余应力测量装置执行X射线衍射法，测量压缩残余应力。

通过进行径向型滚动疲劳寿命试验来测量滚动疲劳寿命。

根据JIS K7111-1测量夏比冲击值。

通过下列方式测量抗压强度：使试件变形和破坏；以及通过将内圈的试件的周向方向的第一位置和作为沿周向方向相对第一位置移动 180℃的位置的第二位置沿径向方向插入Amsler试验机中、使第一位置和第二位置在垂直于试件的轴线的方向上以0.5mm/min的速度彼此接近并且结合第一位置和第二位置而使工件被破坏时，评价径向负荷。

这些结果示于表3和4中。滚动疲劳寿命、夏比冲击值和抗压强度被计算为相对于比较例1的测量值的相对值。此外，表中成本栏中的圆形标记是指等于或低于比较例1的内圈的评价数值的数值，并且十字标记是指大于比较例1的内圈的评价数值的数值。

从表3和4中所示的结果发现，与通过常规方法制造的试件(比较例1)相比，滚子轴承用轴承圈(示例1至8)能够实现优异的滚动疲劳寿命，其中滚子轴承用轴承圈(示例1至8)包括：由回火马氏体形成并且维氏硬度为450HV以上且小于550HV的内层部，以及包围内层部的表面层部，其在表面层部的表面处的维氏硬度为700HV以上且小于 800HV并由回火马氏体形成，其中滚道部包括压缩残余应力局部高的第一滚道部。

已经发现，通过将第一滚道部的压缩残余应力设为250MPa以上，可以提供一种滚子轴承用轴承圈，其具有与经历碳氮共渗工艺的滚子轴承用轴承圈相同的滚动疲劳寿命，并且以低成本制造。

此外，发现通过将第一滚道部的压缩残余应力设为320MPa以上，可以实现特别优异的滚动疲劳寿命。

从这些构造中发现，根据本发明的实施例，能够以低成本提供具有优异的滚动疲劳寿命的滚子轴承(滚子轴承用轴承圈)。

本申请基于2016年4月5日提交的日本专利申请特愿 2016-075753，其内容通过引用并入本文。

附图标记说明

1：圆锥滚子轴承

10：内圈

11：内圈滚道表面

12：内周表面

13：侧向表面

14：表面层部

15：内层部

16：滚道部

16A：第一滚道部

16B：第二滚道部

17A、17B：非滚道部

18：轴环部分

20：外圈

21：外圈滚道表面

30：圆锥滚子

31：滚动接触表面

31a、31b：边缘部

32、33：滚子端面

40：保持架

100、200：热处理设备

101：处理槽

101A：内壳

101B：外壳

102：保持夹具

103：感应加热线圈

104：中心芯

105：冷却液

106、206：喷射喷嘴

107A、107B：供应管

108：排水管

W1：环形坯料

W2：预成型件(工件)

W3：中间坯料

Claims (6)

1.一种滚子轴承用轴承圈，所述轴承圈具有环形形状且由高碳铬轴承钢形成，所述轴承圈包括：

内层部，所述内层部由回火马氏体或索氏体形成，且具有450HV以上且小于550HV的维氏硬度；和

表面层部，所述表面层部包围所述内层部的整个周边，在所述表面层部的表面处具有700HV以上且小于800HV的维氏硬度，且由回火马氏体形成，

其中所述表面层部包括滚道部和除了所述滚道部之外的非滚道部，所述滚道部具有与滚子滚动接触的滚道表面，

其中所述滚道部包括第一滚道部和第二滚道部，在所述第一滚道部处，所述滚道表面的压缩残余应力相对高，在所述第二滚道部处，压缩残余应力低于所述第一滚道部的压缩残余应力，并且

其中所述第一滚道部的所述滚道表面包括与所述滚子的滚动接触表面的在轴向方向上的至少一个端部接触的部分。

2.根据权利要求1所述的滚子轴承用轴承圈，

其中所述第一滚道部的滚道表面的压缩残余应力是250MPa以上。

3.根据权利要求1所述的滚子轴承用轴承圈，

其中所述第一滚道部的滚道表面的压缩残余应力是320MPa以上。

4.一种制造根据权利要求1至3中的任一项所述的滚子轴承用轴承圈的方法，所述方法包括：

(A)对由高碳铬轴承钢形成的环形工件进行淬火处理的过程；

(B)对已经进行淬火处理的工件进行回火处理、将整个所述工件浸渍在冷却液中并在该状态下加热所述工件的过程；以及

(C)对已经进行回火处理的工件进行精整加工的过程，

其中在浸渍已经进行所述淬火处理的工件的冷却液中产生冷却液流使得冷却液集中在第一滚道部形成部分上的状态下，进行所述过程(B)，在所述第一滚道部形成部分处形成所述工件的所述第一滚道部。

5.根据权利要求4所述的制造滚子轴承用轴承圈的方法，

其中在所述过程(B)中，使用被构造成喷射冷却液的喷射喷嘴，并且

其中所述喷射喷嘴的喷射口面对所述第一滚道部形成部分，并且从所述喷射口朝向所述第一滚道部形成部分喷射冷却液。

6.一种滚子轴承，包括

内圈，在所述内圈的外周表面上包括滚道部；

外圈，在所述外圈的内周表面上包括滚道部；以及

多个滚子，所述多个滚子被布置在所述内圈的滚道部和所述外圈的滚道部之间，

其中所述内圈和所述外圈中的至少一个是根据权利要求1至3中的任一项所述的滚子轴承用轴承圈。

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