[发明专利]用于制造具有优良滚动疲劳寿命的机械部件的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年12月9日提交的日本专利申请号2011-270215的优先权，其全部内容通过引用被结合在此。

技术领域

本发明涉及由钢材制成的机械部件如轴承、齿轮、轮毂单元、变速传动装置、等速连接器或活塞销的制造，并涉及包含对其而言要求良好的滚动疲劳寿命作为其特性的环形体的机械部件的制造。

背景技术

近年来，随着各种机械装置的日渐提高的性能，对其而言要求滚动疲劳寿命的机械部件和装置的使用环境变得非常严苛，导致对于提高这些机械部件或装置的操作寿命和可靠性的强烈需求。针对这种需求，作为钢材方面的措施，已经进行了钢成分的适当调节或与钢成分一起含有的杂质元素的减少。

构成这些机械部件或装置的钢材含有杂质元素以及钢成分，并且Al₂O₃、MnS、TiN和其他由杂质元素组成的非金属夹杂物可以引起机械部件或装置的钢部件中的失效。出于这一原因，已知这些非金属夹杂物是特别有害的。还已知的是，非金属夹杂物的较大的直径导致钢部件较短的滚动疲劳寿命。因此，已经提出了多种具有降低量的非金属夹杂物，具有提高的钢的纯化程度，并具有极度降低的含量的具有20μm以上的直径的大的氧化物系非金属夹杂物的高洁净度钢(例如，见专利文献1和专利文献2)。

然而，即使将由这种高洁净度钢制成的钢材用于机械部件或装置，也仍然不能够充分防止机械部件或装置在短寿命范围内失效。出于这一原因，正在活跃地进行着开发，不仅降低在钢材中的非金属夹杂物的量，而且也进一步降低非金属夹杂物的直径。

另一方面，也正在活跃地进行技术开发，以在不减少钢材中的非金属夹杂物的量并且不降低其直径的情况下，提供滚动疲劳寿命出色的机械部件。例如，已经提出了：(1)其中在通过滚动制造部件的时候，控制在滚动部上的纤维流(fiber flow)，以获得出色的滚动疲劳寿命(例如，见专利文献3)的技术和(2)其中预先向滚动部施加压缩应力，以获得出色的滚动疲劳寿命的技术(例如，见专利文献4)。此外，本发明的申请人已经使用了(3)改善在钢材中所含的非金属夹杂物与基体钢之间的界面状态以由此获得出色的滚动疲劳寿命的技术。这些技术还公布在非专利文献1和非专利文献2中。

在非专利文献1和非专利文献2中，如下说明了导致滚动疲劳失效，即片状剥落的过程。即，在源自非金属夹杂物的裂纹通过它们的生长导致片状剥落产生的过程中，产生其中由于在非金属夹杂物的周边上的应力集中而导致裂纹位移的初始裂纹(在下文中，称为“模式I型初始裂纹”)。已知的是，这随后经由裂纹通过剪应力的扩展导致失效。这意味着，如果没有产生模式I型初始裂纹，便不发生后续的裂纹扩展或失效。此外，模式I型初始裂纹出现的前提是在非金属夹杂物与基体之间的界面中产生物理间隙，即，空隙。在这些非专利文献中也已经证实了，除非产生有物理间隙，否则不产生模式I型裂纹。

图5是一张示意图，示出了当通过扫描电子显微镜(FE-SEM)观察以确定其中存在/不存在空隙时，在从热轧钢材上切出并随后进行离子磨的试样块中的非金属夹杂物的周边的图像。在图5中，代码5表示Al₂O₃的非金属夹杂物，而代码4表示空隙，即，空穴。特别是在机械结构用钢中，通常进行通过Al的脱氧。此时形成的Al₂O₃系非金属夹杂物5被认为，特别是在与基体的界面中，归因于其与基体在可变形性上的差异或是归因于其形状，具有产生空隙4的倾向。因此，为了提高机械部件7的滚动疲劳寿命，有效的是封闭在非金属夹杂物5与基体之间的界面中存在的空隙4或减少空隙4的体积。

引用清单

专利文献

专利文献1：JP2006-63402A

专利文献2：JP06-192790A

专利文献3：JP4-357324A

专利文献4：JP2006-77854A

非专利文献

非专利文献1：Tetsu-to-Hagane，94(2008)，第13页

非专利文献2：Kazuhiko Hiraoka，Heisei20-Nendo Academic Dissertation of University of Hyogo(2008年1月)

发明概述