[发明专利]用于等速万向节的球及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及用在等速万向节中的球，该球设置在等速万向节的外环部件和内环部件之间，以及制造该球的方法。

背景技术

汽车车身装备有驱动力传动机构，该机构具有多个转动轴和设置在其间的等速万向节以将驱动力从发动机(例如内燃机)传递到轮胎。例如，驱动轴和轮毂可移位地通过Birfield等速万向节而彼此连接，该万向节具有外环部件、内环部件及用在等速万向节中的球(该球可被称为滚珠)，该球设置在上述环之间。

近来，出于要改善汽车的特定耗油率的目的，已经研究减轻汽车车身还有汽车的各种部件的重量的方法。考虑到该目的，Birfield等速万向节也被要求做的更轻一些(即，尺寸更小)。

然而，小的部件一般在刚性上较差。因而，减少Birfield等速万向节中的外环部件、滚珠等部件的尺寸导致耐用性下降。考虑到解决该问题，在日本公开专利文件JP2000-145804中，提过出了一种方法，其中在外环和内环部件中的珠槽的表面粗糙度被控制在10到30μm(微米)，并在化学转换处理后形成润滑膜。

在有效地提高滚珠的寿命这一方面，在日本专利公开文件JP2002-122145中公开了一种方法，其中滚珠由轴承钢或其等效材料构成，滚珠要经受氮化处理以提高表面残余奥氏体的含量，然后经受处理以提高压毁或断裂负荷耐受性。

在日本公开专利文件JP2002-122145中描述的传统方法中，当滚珠只经受氮化处理时，得到的滚珠在压毁负荷耐受性上较差，并实际上容易被压毁。为此原因，进行压毁负荷耐受性提高处理(看第五段)。在日本公开专利文件JP2002-122145中，描述了在180℃到230℃温度之间的回火处理，其作为压毁负荷耐受性提高处理的特定例子。在该例子中，尽管滚珠由于氮化处理中提高的硬度而变脆了，其表面硬度在上述温度范围内的回火处理中被降低到HRC(Rockwell C级硬度)60-64。

作为更深入研究的结果，发明人发现在日本公开专利文件JP2000-145804和JP2002-122145中描述的方法中滚珠的表面会经常剥落。换句话说，在日本公开专利文件JP2000-145804和JP2002-122145中描述的传统方法中难以保持滚珠有足够的耐用性。

在日本公开专利文件JP2002-122145中中描述的传统方法中，滚珠的表面硬度被降低。然而，滚珠需要是耐磨的，由此一般优选滚珠具有较高的表面硬度。随着表面硬度的提高，滚珠的耐磨性提高。

发明内容

当由廉价的钢材料例如SUJ2构成的等速万向节球可减小尺寸时，上述球容易有缺陷，例如破裂。在研究该缺陷的原因的过程中，发明人发现一种白色纹理(其在用于奈塔尔硝酸乙醇腐蚀液中时展现出白色)产生在具有缺陷的部分的金属结构中。该白色纹理的产生是由于钢材料的碳含量减少。因而，发明人假定该缺陷的起因是因为金属结构(钢材料)的碳含量减小，导致强度和韧性的下降。

当连接到等速万向节的转轴转动时，用于等速万向节的球滑动地接触外环或内环部件的珠槽。换句话说，在滚珠和外环或内环部件之间有相对滚动和滑动，由此产生了剪应力和摩擦热。本发明人假定碳含量由于剪应力和摩擦热的此类产生而减小。

期望的是可以通过增大等速万向节的球的压缩残余应力来防止上述碳含量的减小。在这种情况中，当由于上述滚动和滑动而产生剪应力时，剪应力被压缩残余应力吸收。然而，例如即使在等速万向节的球具有较高的表面压缩残余应力(-1000MPa)这样的情况中，也难以防止该缺陷。

在更深入地研究其原因的过程中，发明人发现该缺陷尤其是在下述区域中引起：等速万向节的球中离表面0.1到0.2mm的深度范围内。基于这一发现，发明人的结论是并非该表面而是内部区域具有最大的剪应力，如Hertzian应力理论所描述的那样。

当在离表面0.1到0.2mm深度范围内的压缩残余应力被控制在-1000MPa或更高时，等速万向节的球被从表面剥落。对于这种行为，发明人已经发现破裂是在离表面0.02到0.03mm深度范围内，尤其是在深度为0.025mm的位置附近引起的。基于这一发现，发明人假定，由于在离表面0.1到0.2深度范围内的区域中的压缩残余应力增加，破裂的起始点移近等速万向节的球的表面。作为关于上述假定的更深入的研究的结果，完成了本发明。

本发明的主要目的是提供一种用在等速万向节中的球，尽管由廉价的材料构成但在耐用性和耐磨性上非常出色。

本发明的另一目的是提供一种方法，该方法能够制造上面提到的用在等速万向节中的球。