專利名稱：傳動(dòng)零件、制造傳動(dòng)零件的方法和圓錐滾子軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有一較長的滾動(dòng)接觸疲勞使用壽命、提高的抗裂強(qiáng)度或一減少的長期的尺寸變化的一傳動(dòng)零件，以及構(gòu)造該零件的一方法和一圓錐滾子軸承。
背景技術(shù)：
為延長一軸承的零件的使用壽命，進(jìn)行一熱處理。具體地，例如，在淬火零件時(shí)，將它們?cè)趲в羞M(jìn)一步引入其中的氨氣的一環(huán)境KX氣體中進(jìn)行加熱，用于對(duì)它們的表層部分滲碳—氮，例如在日本專利公開號(hào)8-4774和11-101247中所揭示的那樣。這滲碳—氮處理能硬化表層部分和產(chǎn)生一微觀結(jié)構(gòu)形式的所含奧氏體，用于延長滾動(dòng)接觸疲勞使用壽命。
上述滲碳—氮處理是擴(kuò)展碳和氮的處理。它要求保持一較長時(shí)期的一高溫。從而，例如產(chǎn)生了一粗化結(jié)構(gòu)和幾乎沒有獲得提高的抗裂強(qiáng)度。并且，隨著保持更多的奧氏體，就增加了長期尺寸變化速率，這也是這滲碳—氮處理中的一問題。
通過依靠提供一調(diào)整的成份的一合金鋼，防止?jié)L動(dòng)疲勞，能保證一延長的使用壽命，提供提高的抗裂強(qiáng)度和避免一增加的長期尺寸變化。但是，依靠設(shè)計(jì)該合金，不利地增加了原材料成本。
在一傳動(dòng)裝置中的未來的軸承將被使用在高溫下施加大載荷的環(huán)境中。此外，將要求它們使用在一縮小尺寸的傳動(dòng)裝置中。因此，將要求該軸承可在比傳統(tǒng)更高的溫度、較大載荷之下工作。因此，要求一軸承具有較大強(qiáng)度、較長的防止?jié)L動(dòng)接觸疲勞的使用壽命和較大的防裂強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的是提供具有一增加的抗裂強(qiáng)度、一提高的尺寸穩(wěn)定性和一延長的疲勞使用壽命(或在一圓錐滾子軸承或當(dāng)該零件是一滾動(dòng)軸承或一滾動(dòng)軸承的零件時(shí)的一延長的滾動(dòng)接觸疲勞使用壽命)的一傳動(dòng)零件和制造該零件的一方法和一圓錐滾子軸承。
本發(fā)明提供結(jié)合在能夠通過齒輪的嚙合相對(duì)于一輸入軸的一轉(zhuǎn)速改變一輸出軸的一轉(zhuǎn)速的一傳動(dòng)裝置中的一傳動(dòng)零件。該零件在一表層處具有一滲氮層和帶有落在超過10的一范圍內(nèi)的晶粒號(hào)的一奧氏體晶粒。
在按照本發(fā)明的傳動(dòng)零件中，一小的奧氏體晶粒尺寸允許顯著地增加抗裂強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性和疲勞使用壽命(或當(dāng)該零件是一滾動(dòng)軸承或一滾動(dòng)軸承的零件時(shí)的滾動(dòng)接觸疲勞使用壽命)。對(duì)于10或以下的奧氏體晶粒尺寸號(hào)，任何顯著地改善疲勞使用壽命都是不可能的，從而該晶粒尺寸號(hào)大于10，以及較佳地為11或以上。雖然希望有進(jìn)一步更細(xì)的奧氏體晶粒，但是超過13的晶粒尺寸號(hào)通常是難以實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)注意不論傳動(dòng)零件的奧氏體組織可以是在當(dāng)滲碳—氮時(shí)顯著影響的一表層部分內(nèi)或比表層部分較內(nèi)部的一部分內(nèi)，該奧氏體不變化。從而，表層部分和該內(nèi)部將被設(shè)定為用于上述晶粒號(hào)范圍的對(duì)象的諸位置。
本發(fā)明提供結(jié)合在能夠通過齒輪的嚙合相對(duì)一輸入軸的一轉(zhuǎn)速改變輸出軸的一轉(zhuǎn)速的一傳動(dòng)裝置內(nèi)的另一傳動(dòng)零件。該零件具有在一表層處的一滲氮層和至少2650兆帕的一斷裂應(yīng)力值。
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)能夠?qū)υ诔^一A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)的一溫度進(jìn)行滲碳—氮、然后冷卻至低于A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)的一溫度、隨后再加熱至高于A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)的一溫度范圍和進(jìn)行淬火的鋼提供一滲氮層，該滲氮層允許該鋼提供不低于2650兆帕的一斷裂應(yīng)力值，該值在傳統(tǒng)是不能實(shí)現(xiàn)的。從而能夠獲得在斷裂應(yīng)力方面超過傳統(tǒng)的傳動(dòng)零件、因此在強(qiáng)度方面更大的一傳動(dòng)零件。
本發(fā)明提供結(jié)合在能夠通過齒輪的嚙合相對(duì)一輸入軸的一轉(zhuǎn)速改變一輸出軸的一轉(zhuǎn)速的一傳動(dòng)裝置中的另一傳動(dòng)零件。該零件在一表層有一滲氮層和至多百萬分之0.5的氫含量。
在按照本發(fā)明的又一傳動(dòng)零件中，能夠減輕由于氫造成的鋼的脆性。如果鋼具有超過百萬分之0.5的一氫含量，那么該鋼就有較低的抗裂強(qiáng)度。這樣的鋼不大適合用于對(duì)經(jīng)受重載荷的一軸的一支承結(jié)構(gòu)。希望有較低的氫含量。但是，氫含量下降至低于百萬分之0.3要求長時(shí)間的熱處理，這造成奧氏體晶粒尺寸的增加，從而降低了韌性(toughness)。從而，希望氫含量在百萬分之0.3至0.5的范圍內(nèi)，更較佳地在百萬分之0.35至0.45的范圍內(nèi)。
在測(cè)量以上氫含量中，不測(cè)量可擴(kuò)散的氫和僅測(cè)量在一預(yù)定溫度或更高溫度從鋼釋放的不可擴(kuò)散的氫。甚至在室溫下，在一小尺寸試樣中的可擴(kuò)散的氫從該試樣釋放、擴(kuò)散，所以不測(cè)量可擴(kuò)散的氫。不可擴(kuò)散的氫包容在鋼中的任何缺陷之中和僅在一預(yù)定加熱溫度或更高溫度下從該鋼釋放。既使僅測(cè)量不可擴(kuò)散的氫，但氫含量會(huì)依據(jù)測(cè)量方法有相當(dāng)大的變化。所以由熱導(dǎo)電率確定上述氫含量的范圍。此外，如后面所述，可以由一LECO DH-103氫測(cè)定儀或類似測(cè)量裝置進(jìn)行該測(cè)量。
上述傳動(dòng)零件較佳地是可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承輸入軸、輸出軸、或各齒輪的一滾動(dòng)軸承，以及該滾動(dòng)軸承是一圓錐滾子軸承。
上述傳動(dòng)零件較佳地是可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承輸入軸、輸出軸、或各齒輪的一滾動(dòng)軸承，以及該滾動(dòng)軸承是一滾針軸承。
上述傳動(dòng)零件較佳地是可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承輸入軸、輸出軸、或各齒輪的一滾動(dòng)軸承，以及該滾動(dòng)軸承是一球軸承。
本發(fā)明提供制造結(jié)合在能夠通過齒輪的嚙合相對(duì)一輸入軸的一轉(zhuǎn)速改變一輸出軸的一轉(zhuǎn)速的一傳動(dòng)裝置中的一傳動(dòng)零件的一方法。該零件通過對(duì)一軸承的零件在高于一A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)的一溫度滲碳—氮、然后對(duì)該鋼冷卻至低于A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)的一溫度、隨后對(duì)該鋼再加熱至不低于A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)和低于對(duì)鋼滲碳—氮的溫度的一溫度范圍、以及對(duì)該鋼淬火而形成。
在制造傳動(dòng)零件的本方法中，在對(duì)鋼滲碳—氮之后，將該鋼冷卻至低于A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)的一溫度，然后最終淬火。能夠獲得一較細(xì)的奧氏體晶粒尺寸，其結(jié)果，能夠改進(jìn)擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值、斷裂韌性、防裂強(qiáng)度、疲勞使用壽命(或在該零件是一滾動(dòng)軸承或一滾動(dòng)軸承的零件時(shí)的滾動(dòng)接觸疲勞使用壽命)等。
并且例如通過冷卻到奧氏體轉(zhuǎn)變的一溫度，在滲碳—氮中的奧氏體晶粒邊界能夠與最后淬火中的情況無關(guān)。此外，最后淬火溫度低于滲碳—氮溫度，從而在受滲碳—氮處理影響的表層中的未溶解的碳素體的數(shù)量與在滲碳—氮處理中的該數(shù)量相比有了增加。從而未溶解的碳素體的比值增加，同時(shí)在最后淬火中的加熱溫度下奧氏體的比值較在滲碳—氮處理中的那些比值有了下降。此外，從鐵—碳兩相圖可知，在碳素體和奧氏體共存的區(qū)域內(nèi)，在碳的固態(tài)溶體中的碳和奧氏體的濃度隨著淬火溫度的下降而下降。
當(dāng)溫度上升到最后淬火溫度時(shí)，由于保留了防止奧氏體晶粒增長的大量未溶解的碳素體，使奧氏體晶粒較細(xì)。而且，通過淬火從奧氏體至馬丁體轉(zhuǎn)變的結(jié)構(gòu)具有一較低的碳濃度，從而該結(jié)構(gòu)較從滲碳—氮溫度淬火的結(jié)構(gòu)具有較高的韌性。
在制造傳動(dòng)零件的本方法中，較佳地是將鋼加熱至790℃到830℃的一溫度范圍，然后對(duì)它淬火。
將鋼再加熱至幾乎不允許奧氏體晶粒增長的一溫度，然后對(duì)鋼淬火。從而能夠獲得較細(xì)的奧氏體晶粒尺寸。
本發(fā)明提供了具有一內(nèi)環(huán)、一外環(huán)和圓錐滾子的一圓錐滾子軸承。內(nèi)環(huán)、外環(huán)和圓錐滾子的至少任何一個(gè)具有一滲氮層和帶有落在超過10的一范圍內(nèi)的一晶粒尺寸號(hào)的一奧氏體晶粒。
在按照本發(fā)明的圓錐滾子軸承中，提供較小奧氏體晶粒尺寸的內(nèi)環(huán)、外環(huán)、滾動(dòng)體的至少任何一個(gè)允許顯著地增加抗裂強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性和滾動(dòng)接觸疲勞使用壽命。對(duì)于10或以下的奧氏體晶粒尺寸號(hào)，任何顯著地改進(jìn)滾動(dòng)疲勞使用壽命是不可能的，從而晶粒尺寸號(hào)是大于10，較佳地為11或以上。雖然希望有進(jìn)一步更細(xì)的奧氏體晶粒，但通常很難實(shí)現(xiàn)超過13的晶粒尺寸號(hào)。應(yīng)注意在傳動(dòng)裝置中軸的支承結(jié)構(gòu)的內(nèi)環(huán)、外環(huán)和滾動(dòng)體的一奧氏體組織不管它可以在當(dāng)對(duì)其滲碳—氮時(shí)受顯著影響的一表層內(nèi)或較表層部分在內(nèi)部的一部分都是不變的。從而，表層部分和內(nèi)部將被設(shè)定為用于上述晶粒號(hào)范圍的對(duì)象的諸位置。
在本說明書中的內(nèi)和外環(huán)可以與例如一軸或一殼體的一零件合并，或可以與這一零件分開地提供。
奧氏體晶粒還涉及在通過冷卻奧氏體轉(zhuǎn)變成鐵素體相、例如馬丁體或貝氏體之后它的少量殘余。在淬火之前的一奧氏體晶粒邊界有時(shí)稱為“在前的奧氏體晶粒邊界”，區(qū)別于淬火后的保留的奧氏體晶粒。即，使用“奧氏體晶粒”和“在前的奧氏體晶粒邊界”表示相同的內(nèi)容。
在前的奧氏體晶粒邊界在受到一加工、例如對(duì)新研究的零件的一金屬相試樣進(jìn)行的一侵蝕加工、顯現(xiàn)一晶粒邊界之后能夠被觀察到。為了測(cè)量該晶粒尺寸，可以將由ASTM(美國測(cè)試和材料協(xié)會(huì))規(guī)定的晶粒號(hào)的平均值(＝最多8微米的平均晶粒尺寸)轉(zhuǎn)換成獲得一平均晶粒直徑，或可以使用截?cái)喾椒ǖ?，其中在一金屬相結(jié)構(gòu)上、在一任意方向放置一直線，從而獲得在該直線與晶粒邊界相交的諸點(diǎn)之間的平均長度。
通過如下將討論的一滲碳—氮處理形成上述滲氮層。該滲氮層可以或可以不含有較多的碳。
從以下結(jié)合附圖的本發(fā)明的詳細(xì)敘述中，本發(fā)明的上述和其它目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。
附圖簡述

圖1是一傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)的一示意剖視圖，其中結(jié)合了按照本發(fā)明的一實(shí)施例的一傳動(dòng)零件。
圖2是用作為圖1所示的滾動(dòng)軸承10A和10B的一深溝球軸承的結(jié)構(gòu)的示意剖視圖。
圖3是示出應(yīng)用于在本發(fā)明的一實(shí)施例中的傳動(dòng)零件的一熱處理方法的一過程圖。
圖4是示出應(yīng)用于在本發(fā)明的該實(shí)施例中的傳動(dòng)零件的熱處理方法的一示例性變化的一過程圖。
圖5A示出了按照本發(fā)明的一軸承的一微觀結(jié)構(gòu)、更具體地為奧氏體晶粒；圖5B示出了背景技術(shù)中的一軸承的一微觀結(jié)構(gòu)、更具體地為奧氏體晶粒。
圖6A是圖5A所示的奧氏體晶粒邊界圖，圖6B是圖5B所示的奧氏體晶粒邊界圖。
圖7是一圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)的一示意剖視圖。
圖8是一圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)的一示意剖視圖。
圖9是一滾針軸承結(jié)構(gòu)的一示意剖視圖。
圖10是一自調(diào)準(zhǔn)滾子軸承結(jié)構(gòu)的一示意剖視圖。
圖11是其中使用圖7所示的圓錐滾子軸承作為在一傳動(dòng)裝置中的一軸的一支承結(jié)構(gòu)的一結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12是其中使用圖10所示的自調(diào)準(zhǔn)滾子軸承作為一傳動(dòng)裝置中一軸的一支承結(jié)構(gòu)的一結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1 3示出用于一靜壓力斷裂強(qiáng)度試驗(yàn)(測(cè)量斷裂應(yīng)力)的一試樣。
圖14A是一滾動(dòng)接觸疲勞使用壽命試驗(yàn)儀的一示意正視圖，圖14B是該滾動(dòng)接觸疲勞使用壽命試驗(yàn)儀的一示意側(cè)視圖。
圖15示出用于一靜態(tài)斷裂韌性試驗(yàn)的一試樣。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖敘述本發(fā)明的實(shí)施例。
參閱圖1，這傳動(dòng)裝置是一嚙合的傳動(dòng)裝置，它主要包括滾動(dòng)軸承10A至10F、一輸入軸11、一輸出軸12、一中間軸13、齒輪14a-14k和一殼體15。
由殼體15通過滾動(dòng)軸承10A可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承輸入軸11。在這輸入軸11的外周邊部分處設(shè)置齒輪14a，以及在其內(nèi)周邊部分設(shè)置齒輪14b。
殼體15通過滾動(dòng)軸承10B可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承輸出軸12的一側(cè)，同時(shí)輸出軸12的另一側(cè)由輸入軸11通過滾動(dòng)軸承10C可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承。這輸出軸12設(shè)置有齒輪14c至14g。這些齒輪14c至14g的軸向載荷由為一推力滾針軸承的滾動(dòng)軸承10F支承。
齒輪14c和14d分別設(shè)置在一零件的外和內(nèi)周邊部分處。帶有齒輪14c和14d的零件由輸出軸12通過滾動(dòng)軸承10D可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承。齒輪14e安裝在輸出軸12上，從而它與輸出軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)和可在輸出軸12上軸向滑動(dòng)。
齒輪14f和14g都設(shè)置在一零件的外周邊部分處。帶有齒輪14f和14g的零件安裝在輸出軸上，以致它與輸出軸12一起轉(zhuǎn)動(dòng)和可在輸出軸12上軸向滑動(dòng)。當(dāng)帶有齒輪14f和14g的零件朝該圖中的左側(cè)滑動(dòng)時(shí)，齒輪14f能與齒輪14b嚙合。當(dāng)帶有齒輪14f和14g的零件朝該圖的右側(cè)滑動(dòng)時(shí)，齒輪14g能與齒輪14d嚙合。
中間軸13固定于殼體15。中間軸13通過滾動(dòng)軸承10E可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承具有齒輪14h和14k等的一齒輪件。齒輪14h始終與齒輪14a嚙合，以及齒輪14i始終與齒輪14c嚙合。當(dāng)齒輪14e朝該圖的左側(cè)滑動(dòng)時(shí)，齒輪14j能與齒輪14e嚙合。當(dāng)齒輪14e朝該圖的右側(cè)滑動(dòng)時(shí)，齒輪14k能與齒輪14e嚙合。
在本實(shí)施例中，對(duì)于輸入軸11的支承結(jié)構(gòu)具有滾動(dòng)軸承10A和10C，同時(shí)對(duì)于輸出軸的支承結(jié)構(gòu)具有滾動(dòng)軸承10B和10C。例如滾動(dòng)軸承10A和10B是深溝球軸承。例如，滾動(dòng)軸承10C是滾針軸承。對(duì)于齒輪14c和14h至14k的支承結(jié)構(gòu)有滾動(dòng)軸承10D至10F。例如，滾動(dòng)軸承10D和10E是滾針軸承。滾動(dòng)軸承10F是推力滾針軸承。
參閱圖2，深溝球軸承10A和10B各有固定于殼體15的一外環(huán)1(一外零件)、固定于輸入軸11或輸出軸12的一內(nèi)環(huán)2(一內(nèi)零件)、在外環(huán)1和內(nèi)環(huán)2之間滾動(dòng)的許多球3以及將許多球3相互間以一等間距保持在適當(dāng)位置的一保持架4。
返回參閱圖1，用作為滾動(dòng)軸承的滾針軸承10C具有一保持架和滾子結(jié)構(gòu)，其一保持架保持許多滾針3b。在這結(jié)構(gòu)中，滾動(dòng)軸承的一外零件與輸入軸11相合并，同時(shí)它的內(nèi)零件與輸出軸12相合并。
用作為軸承10D和10E的滾針軸承各具有一保持架和滾子結(jié)構(gòu)，其中由一保持架保持許多滾針3b。在這結(jié)構(gòu)中，該滾動(dòng)軸承的外零件與齒輪14c或14h至14k合并在一起，同時(shí)其內(nèi)零件與輸出軸12或中間軸13合并在一起。用作為滾動(dòng)軸承10F的推力滾針軸承有固定于中間軸13的一外環(huán)1c(一外零件)、固定于帶有齒輪14h至14k的齒輪件的一內(nèi)環(huán)2C(一內(nèi)零件)、在外環(huán)1c和內(nèi)環(huán)2c之間滾動(dòng)的許多滾針3c以及將許多滾針3c以相互間的一等間距保持在適當(dāng)位置的一保持架。
結(jié)合在上述傳動(dòng)裝置中的傳動(dòng)零件(例如滾動(dòng)軸承10A至10F的外零件、內(nèi)零件和滾動(dòng)體、輸入軸11、輸出軸12、中間軸13、齒輪14a至14k、殼體15等的至少一個(gè))具有在一表層處的一滲氮層和帶有落在超過10的一范圍內(nèi)的一晶粒號(hào)的一奧氏體組織。
尤其當(dāng)各滾動(dòng)軸承10A至10F的外零件、內(nèi)零件和滾動(dòng)體的至少任何一個(gè)是按照本發(fā)明的傳動(dòng)零件時(shí)，外零件(外環(huán)1、輸出軸12或齒輪14c、14h至14k的一外環(huán)部分)、內(nèi)零件(內(nèi)環(huán)2、輸入軸11的一內(nèi)環(huán)部分、輸出軸12的一內(nèi)環(huán)部分或中間軸13的一內(nèi)環(huán)部分)和滾動(dòng)體(球3或滾針3b、3c)的至少任何一個(gè)包括具有一滲氮層和落在超過10的一范圍內(nèi)的一晶粒號(hào)的一奧氏體組織的鋼。
而且，結(jié)合在上述傳動(dòng)裝置中的傳動(dòng)零件(例如，滾動(dòng)軸承10A至10F的外零件、內(nèi)零件和滾動(dòng)體、輸入軸11、輸出軸12、中間軸13、齒輪14a至14k、殼體15等的至少一個(gè))具有在一表層處的一滲氮層和至少2650兆帕的一斷裂應(yīng)力值。
尤其當(dāng)各滾動(dòng)軸承10A至10F的外零件、內(nèi)零件和滾動(dòng)體的至少任何一個(gè)是按照本發(fā)明的傳動(dòng)零件時(shí)，外零件(外環(huán)1、輸出軸12或齒輪14c、14h至14k的一外環(huán)部分)、內(nèi)零件(內(nèi)環(huán)2、輸入軸11的一內(nèi)環(huán)部分、輸出軸12的一內(nèi)環(huán)部分或中間軸13的內(nèi)環(huán)部分)和滾動(dòng)體(球3或滾針3b、3c)的至少任何一個(gè)包括具有一滲氮層和具有至少2650兆帕的一斷裂應(yīng)力值。
而且，結(jié)合在上述傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)零件(例如滾動(dòng)軸承10A至10F的外零件、內(nèi)零件和滾動(dòng)體、輸入軸11、輸出軸12、中間軸13、齒輪14a至14k、殼體15等的至少一個(gè))具有在一表層處的一滲氮層和在鋼中的最多百萬分之0.5的一氫含量。
尤其當(dāng)各滾動(dòng)軸承10A至10F的外零件、內(nèi)零件和滾動(dòng)體的至少任何一個(gè)是按照本發(fā)明的傳動(dòng)零件時(shí)，外零件(外環(huán)1、輸出軸12或齒輪14c、14h至14k的一外環(huán)部分)、內(nèi)零件(內(nèi)環(huán)2、輸入軸11的一內(nèi)環(huán)部分、輸出軸12的一內(nèi)環(huán)部分或中間軸13的內(nèi)環(huán)部分)和滾動(dòng)體(球3或滾針3b、3c)的至少任何一個(gè)包括具有一滲氮層和具有在鋼中的最多百萬分之0.5的一氫含量的鋼。
以下將敘述關(guān)于這傳動(dòng)裝置的一變速工作。
當(dāng)齒輪14f不與齒輪14b嚙合、齒輪14g不與齒輪14d嚙合以及齒輪14e與齒輪14j嚙合時(shí)，輸出軸11的驅(qū)動(dòng)力通過齒輪14a、14h、14j和14e傳到輸出軸12。例如，在這狀態(tài)中的傳動(dòng)裝置是處于第一檔中。
當(dāng)齒輪14g與齒輪14d嚙合、齒輪14e不與齒輪14j嚙合時(shí)，輸入軸11的驅(qū)動(dòng)力通過14a、14h、14i、14c、14d和14g傳到輸出軸12。例如，在這狀態(tài)中的傳動(dòng)裝置是處于第二檔中。
當(dāng)齒輪14f與齒輪14b嚙合、齒輪14e不與齒輪14j嚙合時(shí)，齒輪14b和14f的嚙合將輸入軸11直接連接到輸出軸12，從而輸入軸11的驅(qū)動(dòng)力直接傳到輸出軸12。例如，在這狀態(tài)中的傳動(dòng)裝置處于第三檔(高檔)中。
以下將敘述按照本發(fā)明的關(guān)于執(zhí)行在該傳動(dòng)裝置上的包括一滲碳—氮處理的一熱處理。
圖3示出了一熱處理流程圖，按照該圖進(jìn)行主淬火和第二次淬火；圖4示出了一熱處理流程圖，按照該圖在一淬火處理中一材料被冷卻到低于A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)的一溫度，以及然后再加熱進(jìn)行最終的淬火。這兩圖都是本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
參閱圖3，用于一軸承的零件的鋼被加熱到用于滲碳—氮的、高于A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)的一溫度(例如845℃)。在這溫度，對(duì)鋼進(jìn)行滲碳—氮處理。在一處理溫度T1下，碳和氮在一鋼基體中擴(kuò)散，從而碳能夠充分地被包含在鋼中。然后，在處理溫度T1的用于軸承的零件的鋼受到油淬火，被冷卻到低于A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)的一溫度。然后，鋼在180℃進(jìn)行回火。但是，可以省去這回火。
然后將此鋼再次加熱到不低于A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)的和低于該鋼滲碳—氮的溫度的一溫度(例如800℃)。在這溫度下，保持該鋼進(jìn)行一處理T2。然后在處理溫度T2下，使該鋼進(jìn)行油淬火、冷卻到較A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)低的一溫度。然后，在180℃下對(duì)該鋼回火。
參閱圖4，首先將用于軸承的零件的鋼加熱至高于A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)的、用于滲碳—氮的溫度(例如845℃)。在這溫度下，該鋼受到滲碳—氮處理。在處理溫度T1下，碳和氮擴(kuò)散進(jìn)入鋼基體，以致碳能充分地被包含在鋼內(nèi)。此后，不對(duì)用于軸承的零件的鋼淬火，但冷卻到低于A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)的一溫度。然后，對(duì)該鋼再次加熱到不低于A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)和低于對(duì)鋼滲碳—氮的溫度的一溫度(例如800℃)。將該鋼在這溫度下，進(jìn)行處理T2。然后，在處理溫度T2下對(duì)該鋼進(jìn)行油淬火、冷卻到低于A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)的一溫度。然后，在180℃下對(duì)該鋼進(jìn)行回火。
與普通的或通常的淬火(據(jù)此進(jìn)行滲碳—氮，然后立即進(jìn)行淬火)比較，以上討論的熱處理能夠提供提高的斷裂強(qiáng)度和降低的長期尺寸變化速率，同時(shí)對(duì)表層滲碳—氮。這熱處理也能夠產(chǎn)生具有晶粒尺寸小于傳統(tǒng)的該晶粒尺寸的一半或以上的奧氏體晶粒的一微觀結(jié)構(gòu)。接受了上述熱處理的傳動(dòng)零件能夠具有一較長的疲勞使用壽命(或者當(dāng)該零件是一滾動(dòng)軸承或一滾動(dòng)軸承的零件時(shí)一較長的滾動(dòng)接觸疲勞使用壽命)，一提高的抗裂強(qiáng)度和一降低的長期尺寸變化速率。
上述的兩熱處理允許它們的滲碳—氮處理產(chǎn)生是一“滲碳—氮”的一滲氮層。由于用于滲碳—氮處理的材料、鋼、具有一碳的高濃度，所以在通常滲碳—氮處理的大氣中的碳不可能容易地進(jìn)入該鋼的表面。例如，對(duì)于具有一高碳濃度(大約1％重量)的鋼，一滲碳層可以具有較這數(shù)值較高的一碳濃度，或者可以形成沒有比這數(shù)值更高的碳濃度的一滲碳層。但是，在普通鋼中的氮濃度通常低到大約最高不大于0.025％的重量，不過這取決于鉻的濃度等。因此，能夠明顯地形成一滲氮層，而與原來鋼中的碳濃度無關(guān)。將會(huì)理解上述滲氮層也可以含較多的碳。
圖5A示出了進(jìn)行過圖3所示的熱處理的一軸承鋼的奧氏體的一晶粒尺寸。作為比較，圖5B示出了經(jīng)受傳統(tǒng)熱處理的一軸承鋼的奧氏體的一晶粒尺寸。圖6A和6B示意地示出了圖5A和5B所示的奧氏體的晶粒尺寸。在帶有奧氏體的晶粒尺寸的結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)的奧氏體的晶粒直徑是由JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))所確定的一晶粒尺寸號(hào)10，而本發(fā)明的、通過其熱處理的奧氏體晶粒尺寸號(hào)是12，以及可以看到更細(xì)的晶粒。而且，圖5A的平均晶粒直徑是由截?cái)喾椒y(cè)得的5.6微米。
以下將敘述在傳動(dòng)裝置中用于軸的支承結(jié)構(gòu)的一修改情況。
在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，作為用于軸的支承結(jié)構(gòu)的滾動(dòng)軸承10A和10B是深溝球軸承。但是，滾動(dòng)軸承10A和10B可以是如圖7所示的圓錐滾子軸承或如圖8所示的圓柱滾子軸承。
當(dāng)圖7中的圓錐滾子軸承和圖8中的圓柱滾子軸承各自的一外零件(外環(huán)1)、一內(nèi)零件(內(nèi)環(huán)2)和一滾動(dòng)體(滾子3)的至少任何一個(gè)按照本實(shí)施例的傳動(dòng)零件時(shí)，諸零件的該任何一個(gè)包括具有一滲氮層和具有帶一晶粒尺寸號(hào)落在超過10的一范圍內(nèi)的一奧氏體組織的鋼。
并且，當(dāng)圖7中的圓錐滾子軸承和圖8中的圓柱滾子軸承各自的外零件(外環(huán)1)、內(nèi)零件(內(nèi)環(huán)2)和滾動(dòng)體(滾子3)的至少任何一個(gè)是按照本實(shí)施例的傳動(dòng)零件時(shí)，諸零件的該任何一個(gè)包括具有一滲氮層和具有至少2650兆帕的一斷裂應(yīng)力值的鋼。
并且，當(dāng)圖7中的圓錐滾子軸承和圖8中的圓柱滾子軸承各自的外零件(外環(huán)1)、內(nèi)零件(內(nèi)環(huán)2)和滾動(dòng)體(滾子3)的至少任一個(gè)是按照本實(shí)施例的傳動(dòng)零件時(shí)，諸零件的該至少一個(gè)包括具有一滲氮層和具有最多百萬分之0.5的一氫含量的鋼。
當(dāng)圖7的圓錐滾子軸承和圖8的圓柱滾子軸承各自的外零件(外環(huán)1)、內(nèi)零件(內(nèi)環(huán)2)和滾動(dòng)體(滾子3)的至少任一個(gè)是按照本實(shí)施例的傳動(dòng)零件時(shí)，諸零件的該任一個(gè)由如圖3和4中所示的方法形成。
圖7所示的圓錐滾子軸承在外環(huán)1和內(nèi)環(huán)2之間有由保持架4保持的許多圓錐滾子(錐子滾子)3。這圓錐滾子軸承被設(shè)計(jì)成外環(huán)1和內(nèi)環(huán)2的滾道表面和滾子3的一圓錐的頂點(diǎn)匯聚在軸承中心線上的一點(diǎn)。因此，來自外環(huán)1和內(nèi)環(huán)2的滾道表面的合力將滾子3壓向內(nèi)環(huán)2的一大環(huán)圈，同時(shí)沿著滾道引導(dǎo)和滾動(dòng)滾子3。
圖8所示的圓柱滾子軸承在外環(huán)1和內(nèi)環(huán)2之間具有由保持架4保持的許多圓柱滾子3。
圖9所示的滾針軸承在外環(huán)1和內(nèi)環(huán)部分(未示出)之間具有由保持架4保持的許多滾針3。滾針3通常具有最大5毫米的一直徑和為直徑3至10倍的一長度。
圖10所示的自調(diào)準(zhǔn)滾子軸承在外環(huán)1和內(nèi)環(huán)2之間具有許多桶形滾子3，這些滾子被設(shè)置成兩行和被保持架4保持住。被設(shè)置成兩行的這些桶形滾子3具有能夠處理軸的傾斜等的自調(diào)準(zhǔn)的能力。
參閱圖11，其上設(shè)置有許多齒輪24a至24d的一軸21由殼體15通過圓錐滾子軸承10A(或10B)可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承。
參閱圖12，其上設(shè)置有許多齒輪34a至34d的一軸31由殼體15通過自調(diào)準(zhǔn)滾子軸承10A可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承。
結(jié)合在圖11或12所示的傳動(dòng)裝置中的傳動(dòng)零件(例如，如圖11所示的許多齒輪24a至24d，軸21，圓錐滾子軸承10A和10B的外零件、內(nèi)零件和滾動(dòng)體，殼體15等的至少一個(gè)；或如圖12所示的許多齒輪34a至34d，軸31，自調(diào)準(zhǔn)滾子軸承10A的外零件、內(nèi)零件和滾動(dòng)體，殼體15等的至少一個(gè))具有在一表層處的一滲氮層和帶有落在超過10的一范圍內(nèi)的一晶粒尺寸號(hào)的一奧氏體組織。
結(jié)合在圖11或12所示的傳動(dòng)裝置中的傳動(dòng)零件(例如，如圖11所示的許多齒輪24a至24d，軸21，圓錐滾子軸承10A和10B的外零件、內(nèi)零件和滾動(dòng)體，殼體15等的至少一個(gè)；或如圖12所示的許多齒輪34a至34d，軸31，自調(diào)準(zhǔn)滾子軸承10A的外零件、內(nèi)零件和滾動(dòng)體，殼體15等的至少一個(gè))具有在一表層處的一滲氮層和至少2650兆帕的一斷裂應(yīng)力值。
結(jié)合在圖11或12所示的傳動(dòng)裝置中的傳動(dòng)零件(例如，如圖11所示的許多齒輪24a至24d，軸21，圓錐滾子軸承10A和10B的外零件、內(nèi)零件和滾動(dòng)體，殼體15等的至少一個(gè)；或如圖12所示的許多齒輪34a至34d，軸31，自調(diào)準(zhǔn)滾子軸承10A的外零件、內(nèi)零件和滾動(dòng)體，殼體15等的至少一個(gè))具有在一表層處的一滲氮層和至多百萬分之0.5的一氫含量。
在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，作為用于軸的支承結(jié)構(gòu)的滾子軸承10C是一滾針軸承。但是，滾動(dòng)軸承10C可以是如圖2所示的深溝球軸承、圖7所示的圓錐滾子軸承、圖8所示的圓柱滾子軸承、圖9所示的滾針軸承(具有一外環(huán)或一內(nèi)環(huán)的結(jié)構(gòu))或圖10所示的自調(diào)準(zhǔn)滾子軸承。
在以上實(shí)施例中主要敘述了嚙合的傳動(dòng)裝置。但是，本發(fā)明不局限于這類型的傳動(dòng)裝置。本發(fā)明也可應(yīng)用于其它類型的傳動(dòng)裝置，例如一滑動(dòng)—嚙合傳動(dòng)裝置或一同步—嚙合傳動(dòng)裝置。
現(xiàn)在將以舉例方式敘述本發(fā)明。
例子1使用JIS-SUJ2(1％重量的碳，0.25％重量的硅，0.4％重量的錳，1.5％重量的鉻)用于本發(fā)明的例子1。在表1所示的試樣各通過以下所述的步驟生產(chǎn)。
表1


1)由于不充分的淬火，所以這次不評(píng)價(jià)。
試樣A-D本發(fā)明的例子在KX氣體和氨氣的一混合物的一大氣中、在850℃下保持150分鐘進(jìn)行滲碳—氮。按圖3的熱處理圖，從850℃的一滲碳—氮溫度進(jìn)行主淬火，以及通過加熱至低于滲碳—氮溫度的從780℃至830℃的一溫度范圍中的一溫度進(jìn)行隨后的第二次淬火。由于試樣A的淬火不充分，所以沒有測(cè)試帶有780℃的一第二次淬火溫度的試樣A。
樣品E和F本發(fā)明的例子這些試樣通過與本發(fā)明的試樣A-D的相同步驟進(jìn)行滲碳—氮，然后在等于或高于850℃的滲碳—氮溫度的從850℃至870℃的一溫度進(jìn)行第二次淬火。
傳統(tǒng)的滲碳—氮試樣比較例子在KX氣體和氨氣的一混合物的一大氣中、在850℃下保持150分鐘進(jìn)行滲碳—氮。從滲碳—氮溫度連續(xù)進(jìn)行淬火以及不進(jìn)行第二次淬火。
通常的淬火樣品比較例子沒有滲碳—氮，通過加熱至850℃進(jìn)行淬火，以及不進(jìn)行第二次淬火。
對(duì)以上諸試樣，進(jìn)行了以下試驗(yàn)有(1)測(cè)量氫含量，(2)測(cè)量晶粒尺寸，(3)擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)，(4)測(cè)量斷裂應(yīng)力和(5)滾動(dòng)疲勞試驗(yàn)。在表1中示出了它們的結(jié)果。
現(xiàn)在將敘述它們的測(cè)量和試驗(yàn)方法。
(1)測(cè)量氫含量用LECO公司制造的用于分析一鋼中的不可擴(kuò)散的氫的含量的一DH-103氫測(cè)定儀確定氫含量，不測(cè)量可擴(kuò)散的氫含量。LECO DH-103氫測(cè)定儀的技術(shù)規(guī)格如下分析范圍百萬分之0.01-50.00分析精度±百萬分之0.1或±3％H(較高)分析靈敏度百萬分之0.01檢測(cè)方法熱電導(dǎo)率試樣重量尺寸10毫克-35克(最大12毫米(直徑)×100毫米(長度))爐子溫度范圍50℃-1100℃試劑無水高氯酸鎂(Mg(ClO4)2)，二氧化碳吸收劑和NaOH承載氣體氮?dú)?，劑量氣體(氫氣)(兩氣體具有至少99.99％的一純度和40磅/平方英寸的壓力(2.8公斤力/平方厘米)的一壓力)。
在此大致敘述分析的步驟。由一專用取樣器保持一試樣以及將該試樣和取樣品一起放入氫測(cè)定儀。其中可擴(kuò)散的氫由氮承載氣體引入一熱電導(dǎo)率檢測(cè)器。在這例子中不測(cè)定擴(kuò)散的氫。然后，從取樣器中拿出該試樣，并在一電阻加熱器中對(duì)它加熱，以及由氮承載氣體將不擴(kuò)散的氫引入熱電導(dǎo)率檢測(cè)器。由熱電導(dǎo)率檢測(cè)器測(cè)定熱導(dǎo)電率，用于確定不擴(kuò)散的氫含量。
(2)測(cè)量晶粒尺寸按照J(rèn)IS G 0551規(guī)定的在鋼中測(cè)試奧氏體的晶粒尺寸的方法測(cè)量該晶粒尺寸。
(3)擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)按照由JIS Z 2242規(guī)定的對(duì)鋼進(jìn)行擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)方法進(jìn)行擺錘式撞擊試驗(yàn)。這里所使用的一試件是由JIS Z 2202規(guī)定的一U槽口試件(JIS 3號(hào)試件)。
應(yīng)注意一擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值是被截面積(0.8平方厘米)除的吸收能量E，如下所述的一數(shù)值。
吸收能量E＝WgK(cosβ-cosα)擺錘重量W＝25.438公斤重力加速g＝9.80665米/秒2從擺錘的轉(zhuǎn)動(dòng)軸中心至重心的距離K＝0.6569米擺錘升起的角度α＝146°擺錘上、下運(yùn)動(dòng)的角度β(4)測(cè)量斷裂應(yīng)力圖13示出了用于測(cè)量斷裂應(yīng)力的一試件。使用了Amslek通用的試驗(yàn)機(jī)。沿該圖中的方向P施加一載荷。然后，將為一斷裂載荷的所測(cè)得的載荷用關(guān)于一彎曲梁的下列應(yīng)力計(jì)算公式轉(zhuǎn)換成一應(yīng)力。應(yīng)注意所用的試件不局限于圖13所示的試件，可以是具有一不同形狀的任何試件。
假設(shè)在如圖13所示的試件的凸起表面上的一纖維應(yīng)力(fibek stkess)是σ1和在凹入表面上的一纖維應(yīng)力是σ2，那么由下列公式(JSME機(jī)械工程師手冊(cè)，材料的A4-強(qiáng)度，A4-40)確定σ1和σ2。式中N表示包括環(huán)形試件的軸線的一剖面的一軸向力，A表示一截面面積，e1表示一外半徑，e2表示一內(nèi)半徑，以及k是彎曲梁的一剖面模量。
σ1＝(N/A+{M/(Aρ0)}[1+e1/{k(ρ0+e1)}]σ2＝(N/A+{M/(Aρ0)}[1-e2/{k(ρ0-e2)}]k＝-(1/A)∫A{η/(ρ0+η)}dA(5)滾動(dòng)疲勞試驗(yàn)在圖14A和14B中以其簡化形式示出了滾動(dòng)疲勞使用壽命試驗(yàn)儀。在表2中示出了關(guān)于一滾動(dòng)疲勞使用壽命試驗(yàn)的試驗(yàn)條件。參照?qǐng)D14A和14B，經(jīng)受滾動(dòng)疲勞使用壽命試驗(yàn)的一試件221由一驅(qū)動(dòng)軸211驅(qū)動(dòng)，從而轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)與諸球213接觸。球213是由一導(dǎo)輥212引導(dǎo)、滾動(dòng)的(3/4)英寸的球。球213在試件221上施加一大的表面壓力，同時(shí)試件221也在球213上施加一大的表面壓力。
將在將敘述上述測(cè)量和試驗(yàn)的結(jié)果。
(1)氫含量表1示出了沒有附加處理的傳統(tǒng)的滲碳—氮試樣具有鋼中的為百萬分之0.72的一相當(dāng)大的氫含量。認(rèn)為一個(gè)原因是在滲碳—氮處理的大氣中所含的氨(NH3)被分解和然后氫進(jìn)入鋼中。另方面，試樣B-F的鋼中的氫含量降至百萬分之0.37至0.42，這幾乎是傳統(tǒng)試樣的氫含量的一半。鋼中的這氫含量基本上等于通常淬火試樣的氫含量。
鋼中的氫含量的上述下降能夠減輕由于在固態(tài)溶體中的氫所引起的鋼的脆性程度。換句話說，通過減少氫含量，顯著地改進(jìn)了本發(fā)明的試樣B-F的擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值和斷裂應(yīng)力值。
(2)晶粒尺寸參閱表1，關(guān)于晶粒尺寸，在低于滲碳—氮處理的淬火溫度(主淬火)的一溫度進(jìn)行第二次淬火的試樣、即試樣B-D具有顯著細(xì)小的奧氏體晶粒，即晶粒尺寸號(hào)是11-12。試樣E和F以及傳統(tǒng)的滲碳—氮試樣和通常淬火試樣具有晶粒尺寸號(hào)中10的奧氏體晶粒，這意味著試樣E和F的晶粒尺寸大于試樣B-D的晶粒尺寸。
(3)擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值表1示出了傳統(tǒng)的滲碳—氮試樣的擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值是5.33焦/平方厘米，而本發(fā)明的試樣B-F的該試驗(yàn)值較高，從6.20至6.65焦/平方厘米。從這也可知一較低的第二次淬火溫度導(dǎo)致了一較高的擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值。通常淬火的試樣具有6.70焦/平方厘米的較高的擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值。
(4)斷裂應(yīng)力值的測(cè)量斷裂應(yīng)力對(duì)應(yīng)于防裂強(qiáng)度。從表1可知傳統(tǒng)的滲碳—氮試樣的斷裂應(yīng)力是2330兆帕。另方面，試樣B-F的斷裂應(yīng)力被改進(jìn)到2650至2840兆帕。通常淬火試樣具有2770兆帕的斷裂應(yīng)力，這在試樣B-F的斷裂應(yīng)力的范圍內(nèi)。并認(rèn)為氫含量的下降非常有利于改進(jìn)試樣B-F的抗裂強(qiáng)度以及奧氏體晶粒尺寸的縮小。
(5)滾動(dòng)疲勞試驗(yàn)按照表1，通常淬火的試樣具有較短的滾動(dòng)疲勞使用壽命(L10)，這是由于在表層沒有一滲氮層。相比較，傳統(tǒng)的滲碳—氮試樣的滾動(dòng)疲勞使用壽命是通常淬火試樣的3.1倍長。試樣B-D的滾動(dòng)疲勞使用壽命與傳統(tǒng)的滲碳—氮試樣比較有了顯著的改進(jìn)。試樣E和F具有幾乎與傳統(tǒng)的滲碳—氮試樣相同的滾動(dòng)疲勞使用壽命。
總之，在按照本發(fā)明的試樣B至F中能夠降低鋼中的氫含量。從而，在試樣B至F中能夠得到改進(jìn)的斷裂應(yīng)力和擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值。除了這些斷裂應(yīng)力值和擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值之外，希望應(yīng)改進(jìn)滾動(dòng)接觸疲勞使用壽命。這僅在帶有晶粒尺寸號(hào)至少約11的更細(xì)的晶粒的試樣B至D中實(shí)現(xiàn)。試樣B至F對(duì)應(yīng)于按照本發(fā)明的例子，但是，本發(fā)明更想要的范圍是對(duì)應(yīng)于在低于鋼施加滲碳—氮的溫度的一溫度下進(jìn)行第二次淬火的和從而具有更細(xì)晶粒的試樣B至D。
例子2現(xiàn)在敘述本發(fā)明的例子2在下列試樣A、B和C上進(jìn)行一系列試驗(yàn)。通常使用于試樣A-C的、將進(jìn)行熱處理的一材料是JIS-SUJ2(1％重量的碳、0.25％重量的硅、0.4％重量的錳、1.5％重量的鉻)。試樣A-C各經(jīng)過下列步驟處理。
試樣A-比較例子僅通常的淬火(沒有滲碳—氮)試樣B-比較例子在滲碳—氮后直接淬火(傳統(tǒng)的滲碳—氮和淬火)。在845℃下保持150分鐘進(jìn)行滲碳—氮。滲碳—氮處理的大氣是KX氣體和氨氣的一混合物。
試樣C-本發(fā)明的例子按照?qǐng)D2所示的熱處理圖形對(duì)一軸承材料進(jìn)行處理。在845℃下保持150分鐘進(jìn)行滲碳—氮處理。滲碳—氮處理的大氣是KX氣體和氨氣的一混合物。最后淬火溫度是800℃。
(1)滾動(dòng)疲勞使用壽命在表2和圖7中示出了用于滾動(dòng)疲勞使用壽命的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)裝置。表3示出了滾動(dòng)疲勞使用壽命試驗(yàn)的結(jié)果。
表2

表3 試驗(yàn)結(jié)果

按照表3，滲碳—氮試樣B(比較例子)具有為僅進(jìn)行通常淬火的試樣A(比較例子)的3.1倍長的一滾動(dòng)疲勞使用壽命(L10使用壽命10個(gè)試件中有一個(gè)損壞)，可知通過滲碳—氮處理得到了延伸使用壽命的效果。相比較，本發(fā)明的試樣C具有為試樣B的1.74倍長的和為試樣A的5.4倍長的一延長的使用壽命。并認(rèn)為主要由于較細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)得到了這改進(jìn)。
(2)擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)通過使用由上述的JIS Z 2242規(guī)定的一U槽口試件進(jìn)行擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)。表4示出了這試驗(yàn)結(jié)果。
表4

本發(fā)明的一例子的試樣C得到了與僅進(jìn)行通常淬火的試樣A(比較例子)相同的和高于滲碳—氮試樣B(比較例子)的一擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值。
(3)靜態(tài)斷裂韌性試驗(yàn)使用圖15所示的試件進(jìn)行靜態(tài)斷裂韌性試驗(yàn)。在這試件中，做出了約1毫米的一預(yù)裂開，然后施加會(huì)產(chǎn)生三點(diǎn)式彎曲的一靜載荷，以及然后確定一斷裂載荷。利用下列公式計(jì)算斷裂韌性值(KIC值)。表5中示出了該試驗(yàn)結(jié)果。
KIC＝(PL√a/BW2){5.8-9.2(a/w)+43.6(a/w)2-75.3(a/w)3+77.5(a/w)4}
表5

由于事先引入的開裂具有比滲氮層深的一深度，對(duì)于試樣A和B(比較例子)得到了為試樣A和B(比較例子)約1.2倍高的一斷裂韌性值(KIC)(4)靜壓力斷裂強(qiáng)度試驗(yàn)(斷裂應(yīng)力的測(cè)量)使用上述的圖13中所示的一靜壓力斷裂強(qiáng)度試件。沿該圖中的方向P施加一載荷，進(jìn)行如剛才所述的一靜壓力斷裂強(qiáng)度試驗(yàn)。表6示出了試驗(yàn)結(jié)果。
表6 試驗(yàn)結(jié)果

滲碳—氮試樣B(比較例子)具有比僅進(jìn)行通常的淬火的試樣A(比較例子)略小的一靜壓斷裂強(qiáng)度的一數(shù)值。相比較，本發(fā)明的一例子的試樣C具有比試樣B高得多和略高于試樣A的一靜壓力斷裂強(qiáng)度值。
(5)長期尺寸變化速率表7示出了在130℃(保持溫度)和500小時(shí)(保持時(shí)間)的條件下測(cè)得的長期尺寸變化的速率，并有表面硬度和所含奧氏體的量(離表面0.1毫米深處)。
表7

*較小是優(yōu)越的與具有大量所含的奧氏體的試樣B的尺寸變化速率比較，本發(fā)明的一例子的試樣C具有一較低的尺寸變化速率。
(6)在污染的潤滑條件下的使用壽命試驗(yàn)使用球軸承6206評(píng)價(jià)在有一預(yù)定數(shù)量的通常的、混在其中的污染物的一被污染的潤滑條件下的滾動(dòng)疲勞使用壽命。
表8示出了試驗(yàn)條件和表9示出了試驗(yàn)結(jié)果。
表8

表9

進(jìn)行滲碳—氮的試樣B(比較例子)具有約為試樣A的2.5倍長的一使用壽命，本發(fā)明的試樣C具有約為試樣A的3.7倍長的使用壽命。
雖然本發(fā)明的試樣C較比較例子的試樣B具有較少量的所含奧氏體，但試樣C具有較長的使用壽命，這是因?yàn)檫M(jìn)入的氮和較細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)的影響。
因此從以上討論的結(jié)果可知本發(fā)明的試樣C、用作為一傳動(dòng)裝置中的一支承結(jié)構(gòu)的、被本發(fā)明的熱處理方法處理過的一軸承零件能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)三個(gè)目的由傳統(tǒng)的滲碳—氮難以實(shí)現(xiàn)的延長的滾動(dòng)疲勞使用壽命，改進(jìn)的抗裂強(qiáng)度和降低的長期尺寸變化速率。
應(yīng)注意在這說明書中奧氏體晶粒是指在熱處理期間相變的奧氏體的晶粒，以及在奧氏體通過冷卻換變成馬丁體之后的保留的微量晶粒。
在按照本發(fā)明的傳動(dòng)零件和制造該傳動(dòng)零件的方法和圓錐滾子軸承中，形成一滲氮層，此外，能夠得到以前不能實(shí)現(xiàn)的一優(yōu)越的斷裂應(yīng)力值。因此，在本發(fā)明中改進(jìn)了抗裂強(qiáng)度等。此外，能夠縮小傳動(dòng)裝置的尺寸。
雖然已經(jīng)詳細(xì)地?cái)⑹龊褪境隽吮景l(fā)明，應(yīng)清楚地理解僅以說明性地和示例性地、而不是限制性地?cái)⑹霰景l(fā)明，本發(fā)明的原理和范圍僅由所附權(quán)利要求書的條款限定。例如，滾針軸承可以是一完全型(full type)滾子軸承或一殼型滾子軸承。
權(quán)利要求
1.一傳動(dòng)零件，它結(jié)合在能夠通過齒輪(14a至14k)的嚙合相對(duì)一輸入軸(11)的一轉(zhuǎn)速改變一輸出軸(12)的一轉(zhuǎn)速的一傳動(dòng)裝置內(nèi)，所述零件在一表層處具有一滲氮層和帶有落在超過10的一范圍內(nèi)的一晶粒尺寸號(hào)的一奧氏體晶粒。
2.如權(quán)利要求1所述的傳動(dòng)零件，其特征在于以可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承所述輸入軸、所述輸出軸、或各個(gè)所述齒輪的滾動(dòng)軸承的形式提供所述傳動(dòng)零件，所述滾動(dòng)軸承是一圓錐滾子軸承。
3.如權(quán)利要求1所述的傳動(dòng)零件，其特征在于以可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承所述輸入軸、所述輸出軸、或各個(gè)所述齒輪的滾動(dòng)軸承的形式提供所述傳動(dòng)零件，所述滾動(dòng)軸承是一滾針軸承。
4.如權(quán)利要求1所述的傳動(dòng)零件，其特征在于以可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承所述輸入軸、所述輸出軸、或各個(gè)所述齒輪的滾動(dòng)軸承的形式提供所述傳動(dòng)零件，所述滾動(dòng)軸承是一球軸承。
5.一傳動(dòng)零件，它結(jié)合在能夠通過齒輪(14a至14k)的嚙合相對(duì)一輸入軸(11)的一轉(zhuǎn)速改變一輸出軸(12)的一轉(zhuǎn)速的一傳動(dòng)裝置中，所述傳動(dòng)零件在表層具有一滲氮層和至少2650兆帕的一斷裂應(yīng)力值。
6.如權(quán)利要求5所述的傳動(dòng)零件，其特征在于以可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承所述輸入軸、所述輸出軸、或各個(gè)所述齒輪的滾動(dòng)軸承的形式提供所述傳動(dòng)零件，所述滾動(dòng)軸承是一圓錐滾子軸承。
7.如權(quán)利要求5所述的傳動(dòng)零件，其特征在于以可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承所述輸入軸、所述輸出軸、或各個(gè)所述齒輪的滾動(dòng)軸承的形式提供所述傳動(dòng)零件，所述滾動(dòng)軸承是一滾針軸承。
8.如權(quán)利要求5所述的傳動(dòng)零件，其特征在于以可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承所述輸入軸、所述輸出軸、或各個(gè)所述齒輪的滾動(dòng)軸承的形式提供所述傳動(dòng)零件，所述滾動(dòng)軸承是一球軸承。
9.一傳動(dòng)零件，它結(jié)合在能夠通過齒輪(14a至14k)的嚙合相對(duì)一輸入軸(11)的一轉(zhuǎn)速改變一輸出軸(12)的一轉(zhuǎn)速的一傳動(dòng)裝置中，所述傳動(dòng)零件在表層具有一滲氮層和最多百萬分0.5的一氫含量。
10.如權(quán)利要求9所述的傳動(dòng)零件，其特征在于以可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承所述輸入軸、所述輸出軸、或各個(gè)所述齒輪的滾動(dòng)軸承的形式提供所述傳動(dòng)零件，所述滾動(dòng)軸承是一圓錐滾子軸承。
11.如權(quán)利要求9所述的傳動(dòng)零件，其特征在于以可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承所述輸入軸、所述輸出軸、或各個(gè)所述齒輪的滾動(dòng)軸承的形式提供所述傳動(dòng)零件，所述滾動(dòng)軸承是一滾針軸承。
12.如權(quán)利要求9所述的傳動(dòng)零件，其特征在于以可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承所述輸入軸、所述輸出軸、或各個(gè)所述齒輪的滾動(dòng)軸承的形式提供所述傳動(dòng)零件，所述滾動(dòng)軸承是一球軸承。
13.制造一傳動(dòng)零件的方法，該傳動(dòng)零件結(jié)合在能夠通過齒輪(14a至14k)的嚙合相對(duì)一輸入軸(11)的一轉(zhuǎn)速改變一輸出軸(12)的一轉(zhuǎn)速的一傳動(dòng)裝置中，其中至少通過在高于一A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)的一溫度對(duì)鋼滲碳—氮、然后將此鋼冷卻至低于A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度、隨后對(duì)此鋼再加熱到不低于A1轉(zhuǎn)變點(diǎn)和低于對(duì)鋼滲碳—氮的所述溫度的一溫度范圍、以及對(duì)此鋼淬火形成用于一軸承的零件的所述傳動(dòng)零件。
14.如權(quán)利要求13所述的制造傳動(dòng)零件的方法，其特征在于開始淬火的所述溫度范圍是790℃至830℃。
15.一圓錐滾子軸承，它具有一內(nèi)環(huán)(2)、一外環(huán)(1)和圓錐滾子(3)，其中所述內(nèi)環(huán)(2)、所述外環(huán)(1)和所述圓錐滾子(3)的至少任何一個(gè)具有一滲氮層和帶有落在超過10的一范圍內(nèi)的一晶粒尺寸號(hào)的一奧氏體晶粒。
全文摘要
一傳動(dòng)零件，它結(jié)合在其中由滾動(dòng)軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承一輸入軸(11)、一輸出軸(12)、或齒輪(14c，14h至14k)的一傳動(dòng)裝置中。該零件在一表層有一滲氮層和帶有落在超過10的一范圍內(nèi)的一晶粒尺寸號(hào)的一奧氏體晶粒。這提供了具有一增加的抗裂強(qiáng)度、提高的尺寸穩(wěn)定性和一較長的疲勞使用壽命的一傳動(dòng)零件。還提供了制造這一傳動(dòng)零件的一方法和一圓錐滾子軸承。
文檔編號(hào)F16H55/06GK1526966SQ20041000828
公開日2004年9月8日 申請(qǐng)日期2004年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者奧上浩一, 村松芳紀(jì), 大木力, 堀徑生, 紀(jì) 申請(qǐng)人:Ntn株式會(huì)社