專利名稱：鋼的熱處理方法、機械零部件的制造方法及機械零部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼的熱處理方法、機械零部件的制造方法及機械零部件，尤其特定地 涉及包括對由含有3. 75質(zhì)量％以上的鉻的鋼構(gòu)成的被處理物進行氮化的工序的鋼的熱處 理方法、由含有3. 75質(zhì)量％以上的鉻的鋼構(gòu)成且表層部經(jīng)過氮化處理的機械零部件及其 制造方法。
背景技術(shù)：
為了提高由鋼構(gòu)成的零部件的表層部的強度，有時進行鋼的氮化處理。作為現(xiàn)有 的鋼的氮化處理方法，代表性的有通過在包含氨等作為氮源的氣體的氣氛中對鋼加熱而使 氮侵入鋼的表層部的氣體軟氮化處理。但是，鉻含量高的鋼、例如含有3. 75質(zhì)量％以上的 鉻的鋼的表層部形成有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的氧化膜。因此存在如下問題，即即使對鉻含量高的 鋼實施上述軟氮化處理，氮也無法侵入鋼的表層部，鋼不被氮化的問題。針對該問題，提出了如下處理方法，即將由鋼構(gòu)成的被處理物配置在經(jīng)減壓的爐 內(nèi)，在向該爐內(nèi)導(dǎo)入包含作為氮源的氣體的氣體的條件下使被處理物和例如爐壁等與被處 理物相對地配置的構(gòu)件之間產(chǎn)生電位差，從而產(chǎn)生輝光放電，使氮侵入構(gòu)成被處理物的鋼 的表層部的處理(等離子體氮化處理)(例如參照日本專利特開平2-57675號公報(專利 文獻1))。另外，關(guān)于等離子體氮化處理的控制，例如提出了基于輝光放電的分光分析來進 行等離子體氮化處理的控制的方法、以及基于在被處理物中流動的電流的電流密度來進行 等離子體氮化處理的方法(例如參照日本專利特開平7-118826號公報(專利文獻2)及日 本專利特開平9-3646號公報(專利文獻3))。專利文獻1 日本專利特開平2-57675號公報專利文獻2 日本專利特開平7-118826號公報專利文獻3 日本專利特開平9-3646號公報發(fā)明的揭示然而，上述等離子體氮化處理及其控制方法中，難以避免侵入經(jīng)等離子體氮化的 鋼的表層部的氮量達到氮的固溶極限(將析出物所含的氮也包括在內(nèi)的固溶極限)這個問 題。因此，對經(jīng)過適當(dāng)?shù)拇慊鸺盎鼗鸬匿搶嵤┑入x子體氮化處理時，會形成沿晶界析出的鐵 的氮化物爾噦{哨等)。長寬比在2以上且形成為7.5 ym以上的長度的鐵的氮化物(下 面，將長寬比在2以上且具有7. 5 ym以上的長度、沿晶界形成的鐵的氮化物稱作晶界析出 物)可能會成為剝離或斷裂的起點。更具體而言，如果將因?qū)嵤┑入x子體氮化而形成有晶界析出物的被處理物用于機 械零部件，則該機械零部件反復(fù)受到應(yīng)力時，可能會很快地發(fā)生剝離或斷裂(疲勞強度的 下降)。此外，如果形成有晶界析出物的機械零部件受到?jīng)_擊性的應(yīng)力，則可能會容易發(fā)生 破損(韌性的下降)。如上所述，構(gòu)成機械零部件的鋼形成有晶界析出物時，雖然表層部具 有高硬度，但可能會產(chǎn)生疲勞強度和韌性下降的問題。于是，本發(fā)明的目的是提供一種對表層部進行氮化處理而形成高硬度的表層部并且能抑制晶界析出物的產(chǎn)生的含有3. 75質(zhì)量％以上的鉻的鋼的熱處理方法，對表層部進 行氮化處理而形成高硬度的表層部并且能抑制晶界析出物的產(chǎn)生的由含有3. 75質(zhì)量％以 上的鉻的鋼構(gòu)成的機械零部件的制造方法，以及由含有3. 75質(zhì)量％以上的鉻的鋼構(gòu)成且 通過對表層部進行氮化處理而具有高硬度的表層部并且晶界析出物的產(chǎn)生得到抑制的機 械零部件。本發(fā)明的一種情況下的鋼的熱處理方法包括將鋼淬火硬化的工序；對該鋼進行 等離子體氮化的工序；以及將該鋼保持于擴散溫度的工序。在將鋼淬火硬化的工序中，將含 有0. 77質(zhì)量％以上0. 85質(zhì)量％以下的碳、0. 01質(zhì)量％以上0. 25質(zhì)量％以下的硅、0. 01質(zhì) 量％以上0. 35質(zhì)量％以下的錳、0. 01質(zhì)量％以上0. 15質(zhì)量％以下的鎳、3. 75質(zhì)量％以上 4. 25質(zhì)量％以下的鉻、4質(zhì)量％以上4. 5質(zhì)量％以下的鉬、0. 9質(zhì)量％以上1. 1質(zhì)量％以下 的釩、剩余部分由鐵和雜質(zhì)構(gòu)成的鋼淬火硬化。在對鋼進行等離子體氮化的工序中，對經(jīng)淬 火硬化的上述鋼進行等離子體氮化。在將鋼保持于擴散溫度的工序中，將經(jīng)等離子體氮化 的鋼保持于300°C以上480°C以下的擴散溫度。本發(fā)明人針對包括等離子體氮化處理在內(nèi)的鋼的熱處理方法中能在賦予表層部 以足夠的硬度的同時抑制晶界析出物的形成的方法進行了詳細研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如下所述， 通過將經(jīng)等離子體氮化的鋼保持于300°C以上480°C以下的擴散溫度，能在充分確保表層 部的硬度的同時減少晶界析出物。S卩，如果通過等離子體氮化使氮侵入鋼的表面，則大多會在鋼的表面附近形成生 成有晶界析出物的層(晶界析出物層)。而且，如果將氮侵入鋼的深度(距表面的距離)設(shè) 為例如機械零部件的特性提高所必需的0. 1mm以上，則晶界析出物層的厚度大于在等離子 體氮化處理之后實施的機械零部件的精加工中所除去的厚度，完成后的機械零部件的表面 殘存有晶界析出物層。而且，該晶界析出物層內(nèi)的晶界析出物會導(dǎo)致機械零部件的疲勞強 度等下降。另一方面，對于經(jīng)等離子體氮化的鋼，通過實施將該鋼保持于300°C以上的溫度的 擴散處理，能在實際生產(chǎn)工序的允許范圍內(nèi)的時間內(nèi)使通過等離子體氮化而侵入鋼的氮到 達更深的(距表面的距離大)所希望的區(qū)域。因此，通過實施該擴散工序，即使等離子體氮 化處理中氮侵入的深度被限制在精加工中能除去晶界析出物層的范圍內(nèi)，也能使侵入鋼的 氮到達所希望的區(qū)域。而且，通過提高擴散處理的溫度，能在短時間內(nèi)使侵入鋼的氮擴散至所希望的區(qū) 域。但是，擴散處理的溫度如果超過480°C，則擴散處理的加熱所導(dǎo)致的鋼的硬度下降會對 表層部的硬度造成影響，抵消等離子體氮化處理所導(dǎo)致的表層部的硬度上升，因此難以確 保足夠的表層部硬度。與之相對，本發(fā)明的一種情況下的鋼的熱處理方法中，首先，將鋼淬火硬化后實施 等離子體氮化，藉此，氮侵入含有3. 75質(zhì)量％以上的鉻的鋼的表層部，形成氮化層。藉此， 鋼形成高硬度的表層部。然后，將該鋼保持于330°C以上480°C以下的擴散溫度，藉此能在 抑制通過形成氮化層而獲得的硬度上升被抵消的情況的同時使侵入鋼的氮到達所希望的 區(qū)域。其結(jié)果是，通過本發(fā)明的鋼的熱處理方法，可提供對表層部進行氮化處理而形成高 硬度的表層部并且能抑制晶界析出物的產(chǎn)生的含有3. 75質(zhì)量％以上的鉻的鋼的熱處理方 法。
上述本發(fā)明的鋼的熱處理方法中，較好是擴散溫度在430°C以下。如上所述，通過 抑制擴散溫度，擴散處理的加熱所導(dǎo)致的鋼的硬度下降得到抑制，可賦予鋼的表層部以高硬度。在此，將鋼保持于上述溫度范圍的擴散溫度時，既可將溫度維持在上述溫度范圍 內(nèi)的固定溫度，也可使溫度在上述溫度范圍內(nèi)變動并同時將變動的范圍設(shè)定在上述溫度范 圍內(nèi)。本發(fā)明的一種情況下的機械零部件的制造方法包括準(zhǔn)備鋼構(gòu)件的工序，該鋼構(gòu) 件由含有0. 77質(zhì)量％以上0. 85質(zhì)量％以下的碳、0. 01質(zhì)量％以上0. 25質(zhì)量％以下的硅、 0. 01質(zhì)量％以上0. 35質(zhì)量％以下的錳、0. 01質(zhì)量％以上0. 15質(zhì)量％以下的鎳、3. 75質(zhì) 量％以上4. 25質(zhì)量％以下的鉻、4質(zhì)量％以上4. 5質(zhì)量％以下的鉬、0. 9質(zhì)量％以上1. 1質(zhì) 量％以下的釩、剩余部分由鐵和雜質(zhì)構(gòu)成的鋼構(gòu)成，且成形為機械零部件的大致形狀；以及 進行熱處理的工序，該熱處理包括該鋼構(gòu)件的淬火處理和氮化處理。上述熱處理通過上述 本發(fā)明的鋼的熱處理方法來實施。根據(jù)本發(fā)明的機械零部件的制造方法，采用適合于由含有3. 75質(zhì)量％以上的鉻 的鋼構(gòu)成的被處理物的氮化處理的上述本發(fā)明的鋼的熱處理方法來實施熱處理，因此可制 造由含有3. 75質(zhì)量％以上的鉻的鋼構(gòu)成且通過對表層部進行氮化處理而形成有高硬度的 表層部并且晶界析出物的產(chǎn)生得到抑制的機械零部件。本發(fā)明的一種情況下的機械零部件通過上述本發(fā)明的機械零部件的制造方法來 制造。通過用上述本發(fā)明的機械零部件的制造方法來制造，本發(fā)明的機械零部件成為由含 有3. 75質(zhì)量％以上的鉻的鋼構(gòu)成且通過對表層部進行氮化處理而形成有高硬度的表層部 并且晶界析出物的產(chǎn)生得到抑制的機械零部件。上述本發(fā)明的機械零部件可用作構(gòu)成軸承的零部件。通過對表層部進行氮化而使 表層部得到強化且晶界析出物的產(chǎn)生得到抑制的本發(fā)明的機械零部件適合作為構(gòu)成軸承 的零部件，軸承是對疲勞強度、耐磨損性等有要求的機械零部件。另外，也可用上述機械零部件來構(gòu)成滾動軸承，該滾動軸承包括軌道圈和滾動體， 該滾動體與軌道圈接觸且被配置在圓環(huán)狀的軌道上。即，軌道圈和滾動體的至少任一方是 上述機械零部件，較好是兩者都是上述機械零部件。由于包括對表層部進行氮化而使表層 部得到強化且晶界析出物的產(chǎn)生得到抑制的本發(fā)明的機械零部件，因此利用該滾動軸承， 可提供長壽命的滾動軸承。本發(fā)明的另一種情況下的鋼的熱處理方法包括對鋼進行滲碳處理的工序；將該 鋼淬火硬化的工序；對該鋼進行等離子體氮化的工序；以及將該鋼保持于擴散溫度的工 序。在對鋼進行滲碳處理的工序中，對含有0. 11質(zhì)量％以上0. 15質(zhì)量％以下的碳、0. 1質(zhì) 量％以上0. 25質(zhì)量％以下的硅、0. 15質(zhì)量％以上0. 35質(zhì)量％以下的錳、3. 2質(zhì)量％以上 3. 6質(zhì)量％以下的鎳、4質(zhì)量％以上4. 25質(zhì)量％以下的鉻、4質(zhì)量％以上4. 5質(zhì)量％以下的 鉬、1. 13質(zhì)量％以上1.33質(zhì)量％以下的釩、剩余部分由鐵和雜質(zhì)構(gòu)成的鋼進行滲碳處理。 在將鋼淬火硬化的工序中，將經(jīng)滲碳處理的上述鋼淬火硬化。對鋼進行等離子體氮化的工 序中，對經(jīng)淬火硬化的上述鋼進行等離子體氮化。將鋼保持于擴散溫度的工序中，將經(jīng)等離 子體氮化的鋼保持于300°C以上480°C以下的擴散溫度。本發(fā)明的另一種情況下的鋼的熱處理方法中，首先，對鋼進行滲碳處理和淬火硬化后實施等離子體氮化，藉此，氮侵入含有4質(zhì)量％以上的鉻的鋼的表層部，形成氮化層。 藉此，鋼形成高硬度的表層部。然后，將該鋼保持于330°C以上480°C以下的擴散溫度，藉此 能在抑制通過形成氮化層而獲得的硬度上升被抵消的情況的同時使侵入鋼的氮到達所希 望的區(qū)域。其結(jié)果是，通過本發(fā)明的鋼的熱處理方法，可提供對表層部進行氮化處理而形成 高硬度的表層部并且能抑制晶界析出物的產(chǎn)生的含有4質(zhì)量％以上的鉻的鋼的熱處理方 法。上述本發(fā)明的鋼的熱處理方法中，較好是擴散溫度在430°C以下。如上所述，通過 抑制擴散溫度，擴散處理的加熱所導(dǎo)致的鋼的硬度下降得到抑制，可賦予鋼的表層部以高硬度。在此，將鋼保持于上述溫度范圍的擴散溫度時，既可將溫度維持在上述溫度范圍 內(nèi)的固定溫度，也可使溫度在上述溫度范圍內(nèi)變動并同時將變動的范圍設(shè)定在上述溫度范 圍內(nèi)。本發(fā)明的另一種情況下的機械零部件的制造方法包括準(zhǔn)備鋼構(gòu)件的工序，該鋼 構(gòu)件由含有0. 11質(zhì)量％以上0. 15質(zhì)量％以下的碳、0. 1質(zhì)量％以上0. 25質(zhì)量％以下的硅、 0. 15質(zhì)量％以上0. 35質(zhì)量％以下的錳、3. 2質(zhì)量％以上3. 6質(zhì)量％以下的鎳、4質(zhì)量％以上 4. 25質(zhì)量％以下的鉻、4質(zhì)量％以上4. 5質(zhì)量％以下的鉬、1. 13質(zhì)量％以上1. 33質(zhì)量％以 下的釩、剩余部分由鐵和雜質(zhì)構(gòu)成的鋼構(gòu)成，且成形為機械零部件的大致形狀；以及進行熱 處理的工序，該熱處理包括該鋼構(gòu)件的淬火處理和氮化處理。上述熱處理通過上述本發(fā)明 的另一種情況下的鋼的熱處理方法來實施。根據(jù)本發(fā)明的機械零部件的制造方法，采用適合于由含有4質(zhì)量％以上的鉻的鋼 構(gòu)成的被處理物的氮化處理的上述本發(fā)明的鋼的熱處理方法來實施熱處理，因此可制造由 含有4質(zhì)量％以上的鉻的鋼構(gòu)成且通過對表層部進行氮化處理而形成有高硬度的表層部 并且晶界析出物的產(chǎn)生得到抑制的機械零部件。本發(fā)明的另一種情況下的機械零部件通過上述本發(fā)明的機械零部件的制造方法 來制造。通過用上述本發(fā)明的機械零部件的制造方法來制造，本發(fā)明的機械零部件成為由 含有4質(zhì)量％以上的鉻的鋼構(gòu)成且通過對表層部進行氮化處理而形成有高硬度的表層部 并且晶界析出物的產(chǎn)生得到抑制的機械零部件。上述本發(fā)明的機械零部件可用作構(gòu)成軸承的零部件。通過對表層部進行氮化而使 表層部得到強化且晶界析出物的產(chǎn)生得到抑制的本發(fā)明的機械零部件適合作為構(gòu)成軸承 的零部件，該軸承是對疲勞強度、耐磨損性等有要求的機械零部件。另外，也可用上述機械零部件來構(gòu)成滾動軸承，該滾動軸承包括軌道圈和滾動體， 該滾動體與軌道圈接觸且被配置在圓環(huán)狀的軌道上。即，軌道圈和滾動體的至少任一方是 上述機械零部件，較好是兩者都是上述機械零部件。由于包括對表層部進行氮化而使表層 部得到強化且晶界析出物的產(chǎn)生得到抑制的本發(fā)明的機械零部件，因此利用該滾動軸承， 可提供長壽命的滾動軸承。由以上的說明可知，通過本發(fā)明的鋼的熱處理方法，可提供對表層部進行氮化處 理而形成高硬度的表層部并且能抑制晶界析出物的產(chǎn)生的含有3. 75質(zhì)量％以上的鉻的鋼 的熱處理方法。此外，通過本發(fā)明的機械零部件的制造方法，可提供對表層部進行氮化處 理而形成高硬度的表層部并且能抑制晶界析出物的產(chǎn)生的由含有3. 75質(zhì)量％以上的鉻的鋼構(gòu)成的機械零部件的制造方法。而且，利用本發(fā)明的機械零部件，可提供由含有3. 75質(zhì) 量％以上的鉻的鋼構(gòu)成且通過對表層部進行氮化處理而具有高硬度的表層部并且晶界析 出物的產(chǎn)生得到抑制的機械零部件。附圖的簡單說明

圖1是表示包括實施方式1的機械零部件的深溝球軸承的結(jié)構(gòu)的概略剖視圖。圖2是表示包括作為第一變形例的機械零部件的推力滾針軸承的結(jié)構(gòu)的概略剖 視圖。圖3是表示包括作為第二變形例的機械零部件的等速接頭的結(jié)構(gòu)的概略剖視圖。圖4是沿圖3的線段IV-IV的概略剖視圖。圖5是表示圖3的等速接頭形成一定角度的狀態(tài)的概略剖視圖。圖6是表示實施方式1的機械零部件和包括該機械零部件的機械要素的制造方法 的圖。圖7是用于說明機械零部件的制造方法中所包括的熱處理工序的詳情的圖。圖8是表示實施方式2的機械零部件和包括該機械零部件的機械要素的制造方法 的圖。圖9是用于說明機械零部件的制造方法中所包括的熱處理工序的詳情的圖。圖10是實施例A的表面附近的顯微結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡照片。圖11是表示實施例A的表面附近的硬度分布的圖。圖12是表示實施例A的表面附近的碳和氮的濃度分布的圖。圖13是比較例A的表面附近的顯微結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡照片。圖14是表示比較例A的表面附近的硬度分布的圖。圖15是表示比較例A的表面附近的碳和氮的濃度分布的圖。圖16是表示擴散工序的各加熱溫度下的加熱處理時間與試驗片的硬度之間的關(guān) 系的圖(阿弗拉密圖(Avrami plot))。圖17是表示進行擴散工序前的試驗片以及進行于430°C保持50小時的擴散工序 后的試驗片的表層部的硬度分布的圖。圖18是實施例A的表面附近的顯微結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡照片。圖19是表示實施例A的表面附近的硬度分布的圖。圖20是表示實施例A的表面附近的碳和氮的濃度分布的圖。圖21是比較例A的表面附近的顯微結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡照片。圖22是表示比較例A的表面附近的硬度分布的圖。圖23是表示比較例A的表面附近的碳和氮的濃度分布的圖。圖24是表示擴散工序的各加熱溫度下的加熱處理時間與滲碳層的硬度之間的關(guān) 系的圖(阿弗拉密圖)。圖25是表示進行擴散工序前的試驗片以及進行于430°C保持50小時的擴散工序 后的試驗片的表層部的硬度分布的圖。符號 説明1深溝球軸承，2推力滾針軸承，3等速接頭，11外圈，11A外圈滾走面，12內(nèi)圈，12A 內(nèi)圈滾走面，13珠，13A珠滾走面，14，24保持器，21軌道圈，21A軌道圈滾走面，23滾針，31內(nèi)座圈，31A內(nèi)座圈球槽，32外座圈，32A外座圈球槽，33球，34隔圈，35，36軸，90晶界析出 物。實施發(fā)明的最佳方式以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。另外，在以下附圖中，對相同或相 似的部分標(biāo)注相同的符號，不重復(fù)其說明。(實施方式1)參照圖1對作為本發(fā)明的一種實施方式的實施方式1的作為滾動軸承的深溝球軸 承進行說明。參照圖1，深溝球軸承1包括環(huán)狀的外圈11 ；配置于外圈11內(nèi)側(cè)的環(huán)狀的內(nèi)圈 12 ；以及配置于外圈11與內(nèi)圈12之間，并被圓環(huán)狀保持器14保持的作為滾動體的多個珠 13。外圈11的內(nèi)周面形成有外圈滾走面11A，內(nèi)圈12的外周面形成有內(nèi)圈滾走面12A。此 外，外圈11和內(nèi)圈12配置成內(nèi)圈滾走面12A與外圈滾走面11A彼此相對。而且，多個珠13 在珠滾走面13A與內(nèi)圈滾走面12A和外圈滾走面11A接觸，且被保持器14沿周向以規(guī)定的 間距配置，藉此多個珠13被可自由滾動地保持在圓環(huán)狀的軌道上。藉由上述結(jié)構(gòu)，能使深 溝球軸承1的外圈11和內(nèi)圈12彼此相對地旋轉(zhuǎn)。在此，在作為機械零部件的外圈11、內(nèi)圈12、珠13和保持器14之中，特別地，對外 圈11、內(nèi)圈12和珠13要求具有滾動疲勞強度和耐磨損性。因此，它們之中的至少1個是 由含有3. 75質(zhì)量％以上的鉻的鋼構(gòu)成且通過對表層部進行氮化處理而具有高硬度的表層 部并且晶界析出物的產(chǎn)生得到抑制的本發(fā)明的機械零部件，藉此能延長深溝球軸承1的壽 命。接著，參照圖2對作為本實施方式的第一變形例的推力滾針軸承進行說明。參照圖2，推力滾針軸承2包括作為滾動構(gòu)件的一對軌道圈21 ；作為滾動構(gòu)件的 多個滾針23 ；以及圓環(huán)狀的保持器24，上述一對軌道圈21具有圓盤狀的形狀且被配置成彼 此一方的主面相對。多個滾針23與形成于一對軌道圈21的彼此相對的主面的軌道圈滾走 面21A接觸，且被保持器24沿周向以規(guī)定的間距配置，藉此多個滾針23被可自由滾動地保 持在圓環(huán)狀的軌道上。藉由上述結(jié)構(gòu)，能使推力滾針軸承2的一對軌道圈21彼此相對地旋 轉(zhuǎn)。在此，作為機械零部件的軌道圈21、滾針23和保持器24之中，特別地，對軌道圈 21和滾針23要求具有滾動疲勞強度和耐磨損性。因此，它們之中的至少1個是由含有3. 75 質(zhì)量％以上的鉻的鋼構(gòu)成且通過對表層部進行氮化處理而具有高硬度的表層部并且晶界 析出物的產(chǎn)生得到抑制的本發(fā)明的機械零部件，藉此能延長推力滾針軸承2的壽命。接著，參照圖3 圖5對作為本實施方式的第二變形例的等速接頭進行說明。另 外，圖3對應(yīng)于沿圖4的線段III-III的概略剖視圖。參照圖3 圖5，等速接頭3包括與軸35連結(jié)的內(nèi)座圈31 ；配置成圍住內(nèi)座圈31 的外周側(cè)，且與軸36連結(jié)的外座圈32 ；配置于內(nèi)座圈31與外座圈32之間的扭矩傳遞用的 球33 ；以及保持球33的隔圈34。球33與形成于內(nèi)座圈31的外周面的內(nèi)座圈球槽31A和 形成于外座圈32的內(nèi)周面的外座圈球槽32A接觸而配置，且被隔圈34保持為無法脫落。如圖3所示，在經(jīng)過軸35和軸36的中央的軸線處于一直線上的狀態(tài)下，分別形成 于內(nèi)座圈31的外周面和外座圈32的內(nèi)周面的內(nèi)座圈球槽31A和外座圈球槽32A，形成為以
8在上述軸的左右兩邊分別離開上述軸上的接頭中心0等距離的點A和點B為曲率中心的曲 線(圓弧)狀。即，內(nèi)座圈球槽31A和外座圈球槽32A分別被形成為使與內(nèi)座圈球槽31A和 外座圈球槽32A接觸而滾動的球33的中心P的軌跡成為在點A(內(nèi)座圈中心A)和點B (外 座圈中心B)處具有曲率中心的曲線(圓弧)。藉此，即使是在等速接頭形成角度的情況下 (等速接頭動作以使得經(jīng)過軸35和軸36的中央的軸線交叉的情況下)，球33也始終位于 經(jīng)過軸35和軸36的中央的軸線的夾角(Z A0B)的二等分線上。接著，對等速接頭3的動作進行說明。參照圖3和圖4，在等速接頭3中，若向軸 35,36中的一方傳遞繞軸的旋轉(zhuǎn)，則通過被嵌入內(nèi)座圈球槽31A和外座圈球槽32A的球33 將上述旋轉(zhuǎn)向軸35、36中的另一方的軸傳遞。在此，如圖5所示，當(dāng)軸35、36形成角度e 時，球33被引導(dǎo)到在上述內(nèi)座圈中心A和外座圈中心B處具有曲率中心的內(nèi)座圈球槽31A 和外座圈球槽32A，中心P被保持在ZA0B的二等分線上的位置。在此，由于內(nèi)座圈球槽31A 和外座圈球槽32A形成為使接頭中心0距內(nèi)座圈中心A的距離與距外座圈中心B的距離相 等，因此球33的中心P距內(nèi)座圈中心A的距離與距外座圈中心B的距離分別相等，三角形 0AP與三角形0BP全等。其結(jié)果是，球33的中心P距軸35、36的距離L也分別相等，當(dāng)軸 35,36之一繞軸旋轉(zhuǎn)時，另一個軸也以等速旋轉(zhuǎn)。如上所述，即使在軸35、36形成角度時，等 速接頭3也能確保等速。另外，當(dāng)軸35、36旋轉(zhuǎn)時，隔圈34在與內(nèi)座圈球槽31A和外座圈 球槽32A —起防止球32跳出內(nèi)座圈球槽31A和外座圈球槽32A的同時，實現(xiàn)了確定等速接 頭3的接頭中心0的功能。在此，在作為機械零部件的內(nèi)座圈31、外座圈32、球33和隔圈34之中，特別地，對 內(nèi)座圈31、外座圈32和球33要求具有疲勞強度和耐磨損性。因此，它們之中的至少1個 是由含有3. 75質(zhì)量％以上的鉻的鋼構(gòu)成且通過對表層部進行氮化處理而具有高硬度的表 層部并且晶界析出物的產(chǎn)生得到抑制的本發(fā)明的機械零部件，藉此能延長等速接頭3的壽 命。接著，對實施方式1的機械零部件和包括上述機械零部件的滾動軸承、等速接頭 等機械要素的制造方法進行說明。參照圖6，首先實施準(zhǔn)備已成形為機械零部件的大致形狀的鋼構(gòu)件的鋼構(gòu)件準(zhǔn)備 工序，該鋼構(gòu)件由含有0. 77質(zhì)量％以上0. 85質(zhì)量％以下的碳、0. 01質(zhì)量％以上0. 25質(zhì) 量％以下的硅、0. 01質(zhì)量％以上0. 35質(zhì)量％以下的錳、0. 01質(zhì)量％以上0. 15質(zhì)量％以下 的鎳、3. 75質(zhì)量％以上4. 25質(zhì)量％以下的鉻、4質(zhì)量％以上4. 5質(zhì)量％以下的鉬、0. 9質(zhì) 量％以上1. 1質(zhì)量％以下的釩、剩余部分由鐵和雜質(zhì)構(gòu)成的鋼構(gòu)成。具體而言，例如，準(zhǔn)備 以含有上述成分的型鋼、鋼絲等為原材料，對該型鋼、鋼絲等實施切割、鍛造、車削等加工而 被成形為作為機械零部件的外圈11、軌道圈21、內(nèi)座圈31等機械零部件的大致形狀的鋼構(gòu) 件。接著，對在鋼構(gòu)件準(zhǔn)備工序中準(zhǔn)備好的上述鋼構(gòu)件實施熱處理工序，該熱處理工 序中進行包括淬火處理和氮化處理的熱處理。對該熱處理工序的具體情況在后敘述。接著，對實施了熱處理工序的鋼構(gòu)件實施精加工等精加工工序。具體而言，例如對 實施了熱處理工序的鋼構(gòu)件的內(nèi)圈滾走面12A、軌道圈滾走面21A、外座圈球槽32A等實施 研磨加工。藉此，本實施方式的機械零部件完成，本實施方式的機械零部件的制造方法結(jié) 束o
然后，實施將完成的機械零部件組合來組裝機械要素的組裝工序。具體而言，將經(jīng) 上述工序制造的本發(fā)明的機械零部件，例如外圈11、內(nèi)圈12、珠13和保持器14組合來組裝 深溝球軸承1。藉此，制成包括本發(fā)明的機械零部件的機械要素。接著，參照圖7對本實施方式的機械零部件的制造方法中所包括的熱處理工序的 具體情況進行說明。在圖7中，橫向表示時間，越往右表示時間經(jīng)過越長。此外，圖7中，縱 向表示溫度，越往上表示溫度越高。參照圖7，本實施方式的機械零部件的制造方法的熱處理工序中，首先實施對作為 被處理物的鋼構(gòu)件進行淬火處理的淬火工序。具體而言，將鋼構(gòu)件在真空或鹽浴中加熱至
變態(tài)點以上的溫度，保持時間、后，從~變態(tài)點以上的溫度冷卻至Ms點以下的溫度， 從而對鋼構(gòu)件進行淬火處理。在此，點是相當(dāng)于加熱鋼時使鋼的結(jié)構(gòu)從鐵素體開始變態(tài)為奧氏體的溫度的 點。此外，Ms點是相當(dāng)于奧氏體化后的鋼冷卻時開始馬氏體化的溫度的點。接著，對實施了淬火處理的鋼構(gòu)件實施進行回火處理的第一回火工序。具體而言， 將鋼構(gòu)件在真空中加熱至低于~變態(tài)點的溫度T2，保持時間t2后冷卻，從而對鋼構(gòu)件進行 回火處理。藉此，可獲得緩解因鋼構(gòu)件的淬火處理而產(chǎn)生的殘留應(yīng)力、抑制因熱處理而產(chǎn)生 的應(yīng)變等效果。接著，對實施了第一回火工序的鋼構(gòu)件實施進行低溫處理的低溫工序。具體而言， 對鋼構(gòu)件噴霧例如液氮，將鋼構(gòu)件冷卻至低于0°c的溫度t3，保持時間t3，從而對鋼構(gòu)件進 行低溫處理。藉此，可獲得鋼構(gòu)件因淬火處理而生成的殘留奧氏體變態(tài)為馬氏體從而實現(xiàn) 鋼的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化等效果。接著，對實施了低溫工序的鋼構(gòu)件實施進行回火處理的第二回火工序。具體而言， 將鋼構(gòu)件在真空中加熱至低于~變態(tài)點的溫度T4，保持時間t4后冷卻，從而對鋼構(gòu)件進行 回火處理。藉此，可獲得緩解因鋼構(gòu)件的低溫處理而產(chǎn)生的殘留應(yīng)力、抑制應(yīng)變等效果。接著，對實施了第二回火工序的鋼構(gòu)件實施再次進行回火處理的第三回火工序。 具體而言，與上述第二回火工序同樣地將鋼構(gòu)件在真空中加熱至低于K變態(tài)點的溫度T5， 保持時間t5后冷卻，從而對鋼構(gòu)件進行回火處理。在此，溫度1~5和t5可以是與第二回火工 序的溫度1\和、相同的條件。藉此，與第二回火工序同樣地可獲得緩解因鋼構(gòu)件的低溫處 理而產(chǎn)生的殘留應(yīng)力、抑制應(yīng)變等效果。第二回火工序和第三回火工序也可作為一個工序 來實施。接著，對實施了第三回火工序的鋼構(gòu)件實施進行等離子體氮化處理的等離子體氮 化工序。具體而言，例如在導(dǎo)入有選自氮(N2)、氫(H2)、甲烷(CH4)、氬(Ar)的至少任一種以 上的氣體以使壓力達到50Pa以上5000Pa以下的等離子體氮化爐內(nèi)裝入鋼構(gòu)件，在放電電 壓50V以上1000V以下、放電電流0. 001A以上400A以下的條件下加熱至溫度T6，保持時間 t6后冷卻，從而對鋼構(gòu)件進行等離子體氮化處理。藉此，氮侵入鋼構(gòu)件的表層部，該表層部 的強度提高。在此，溫度T6可以是例如300°C以上550°C以下，時間t6可以是1小時以上80 小時以下。該溫度T6、時間t6等熱處理條件可以考慮到精加工工序中實施的精加工的加工 余量，按照等離子體氮化處理中形成的晶界析出物層的厚度達到能在精加工中除去的厚度 的條件來決定。構(gòu)成鋼構(gòu)件的鋼為AMS規(guī)格6490 (AISI規(guī)格M50)的情況下，較好是等離子體氮化工序中的上述壓力為50Pa以上lOOOPa以下，放電電壓為50V以上600V以下，放電電流為 0. 001A以上300A以下，溫度1~6為350°C以上450°C以下，時間t6為1小時以上50小時以下。接著，對實施了等離子體氮化工序的鋼構(gòu)件實施進行擴散處理的擴散工序。具體 而言，例如在真空中加熱至溫度T7，保持時間t7，從而對鋼構(gòu)件進行擴散處理。在此，溫度T7 可以是300°C以上480°C以下，優(yōu)選300°C以上430°C以下，時間t7可以是50小時以上300 小時以下。藉此，能在抑制因形成氮化層而導(dǎo)致的表層部的硬度上升被抵消的情況的同時 使侵入鋼的氮到達所希望的區(qū)域。藉此，本實施方式的熱處理工序完成。如上所述，利用本實施方式的鋼的熱處理方法，可對含有3. 75質(zhì)量％以上的鉻的 鋼的表層部進行氮化處理而形成高硬度的表層部，并且能抑制晶界析出物的產(chǎn)生。此外，通過上述實施方式的機械零部件的制造方法，可制造由含有3. 75質(zhì)量％以 上的鉻的鋼構(gòu)成且通過對表層部進行氮化處理而形成有高硬度的表層部并且晶界析出物 的產(chǎn)生得到抑制的機械零部件。更具體而言，例如沿與表面垂直的截面將完成了精加工工 序的鋼構(gòu)件切斷，用光學(xué)顯微鏡或掃描型電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope ； SEM)隨機觀察該截面上的5個包括表面在內(nèi)的一邊為150 iim的正方形的視野的情況下，可 使長寬比在2以上且長度在7. 5 y m以上的鐵的氮化物(晶界析出物Fe3N或Fe4N等)的 檢出數(shù)量在1個以下。而且，即使在同樣地觀察20個視野的情況下，也能使晶界析出物的 檢出數(shù)量在1個以下。此外，上述實施方式的機械零部件成為由含有3. 75質(zhì)量％以上的鉻的鋼構(gòu)成且 通過對表層部進行氮化處理而形成有高硬度的表層部并且晶界析出物的產(chǎn)生得到抑制的 機械零部件。(實施方式2)接著，對作為本發(fā)明的另一實施方式的實施方式2進行說明。實施方式2的機械 零部件基本上具有與上述實施方式1相同的結(jié)構(gòu)，可同樣地制造。但是，如下所示，實施方 式2在作為原材料的鋼的成分組成和熱處理方法方面與實施方式1不同。下面，對實施方式2的機械零部件和包括上述機械零部件的滾動軸承、等速接頭 等機械要素的制造方法進行說明。參照圖8，首先實施準(zhǔn)備已成形為機械零部件的大致形狀的鋼構(gòu)件的鋼構(gòu)件準(zhǔn)備 工序，該鋼構(gòu)件由含有0. 11質(zhì)量％以上0. 15質(zhì)量％以下的碳、0. 1質(zhì)量％以上0. 25質(zhì)量％ 以下的硅、0. 15質(zhì)量％以上0. 35質(zhì)量％以下的錳、3. 2質(zhì)量％以上3. 6質(zhì)量％以下的鎳、 4質(zhì)量％以上4. 25質(zhì)量％以下的鉻、4質(zhì)量％以上4.5質(zhì)量％以下的鉬、1. 13質(zhì)量％以上 1.33質(zhì)量％以下的釩、剩余部分由鐵和雜質(zhì)構(gòu)成的鋼構(gòu)成。具體而言，例如，準(zhǔn)備以含有上 述成分的型鋼、鋼絲等為原材料，對該型鋼、鋼絲等實施切割、鍛造、車削等加工而被成形為 作為機械零部件的外圈11、軌道圈21、內(nèi)座圈31等機械零部件的大致形狀的鋼構(gòu)件。接著，對在鋼構(gòu)件準(zhǔn)備工序中準(zhǔn)備好的上述鋼構(gòu)件實施熱處理工序，該熱處理工 序中進行包括淬火處理和氮化處理的熱處理。對該熱處理工序的具體情況在后敘述。接著，對實施了熱處理工序的鋼構(gòu)件實施精加工等精加工工序。具體而言，例如對 實施了熱處理工序的鋼構(gòu)件的內(nèi)圈滾走面12A、軌道圈滾走面21A、外座圈球槽32A等實施 研磨加工。藉此，本實施方式的機械零部件完成，本實施方式的機械零部件的制造方法結(jié)
11束。然后，實施將完成的機械零部件組合來組裝機械要素的組裝工序。具體而言，將經(jīng) 上述工序制造的本發(fā)明的機械零部件，例如外圈11、內(nèi)圈12、珠13和保持器14組合來組裝 深溝球軸承1。藉此，制成包括本發(fā)明的機械零部件的機械要素。接著，參照圖8和圖9對本實施方式的機械零部件的制造方法中所包括的熱處理 工序的具體情況進行說明。在圖9中，橫向表示時間，越往右表示時間經(jīng)過越長。此外，圖 9中，縱向表示溫度，越往上表示溫度越高。參照圖8，本實施方式的機械零部件的制造方法的熱處理工序中，首先實施對作為 被處理物的鋼構(gòu)件進行滲碳處理的滲碳工序。具體而言，參照圖9，在含一氧化碳和氫的滲 碳氣體氣氛中將鋼構(gòu)件加熱至~變態(tài)點以上的溫度Tn，保持時間tn，從而使碳侵入鋼構(gòu)件 的表層部。藉此，在包括鋼構(gòu)件的表面在內(nèi)的區(qū)域中形成碳濃度比包括該表面在內(nèi)的區(qū)域 以外的區(qū)域、即內(nèi)部區(qū)域更高的滲碳層。接著，參照圖8，對實施了滲碳處理的鋼構(gòu)件實施進行淬火處理的淬火工序。具體 而言，參照圖9，將該鋼構(gòu)件從~變態(tài)點以上的溫度Tn冷卻至Ms點以下的溫度，從而進行 淬火硬化。接著，參照圖8，對實施了淬火工序的鋼構(gòu)件實施進行回火處理的第一回火工序。 具體而言，參照圖9，將鋼構(gòu)件在減壓氣氛下(真空中)加熱至低于~變態(tài)點的溫度T12，保 持時間t12后冷卻，從而進行回火處理。藉此，可獲得緩解因鋼構(gòu)件的淬火處理而產(chǎn)生的殘 留應(yīng)力、抑制因熱處理而產(chǎn)生的應(yīng)變等效果。接著，參照圖8，對實施了第一回火工序的鋼構(gòu)件實施進行低溫處理的第一低溫工 序。具體而言，參照圖9，對鋼構(gòu)件噴霧例如液氮，將鋼構(gòu)件冷卻至低于0°C的溫度T13，保持 時間t13，從而進行低溫處理。藉此，可獲得鋼構(gòu)件因淬火處理而生成的殘留奧氏體變態(tài)為 馬氏體從而實現(xiàn)鋼的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化等效果。接著，參照圖8，對實施了第一低溫工序的鋼構(gòu)件實施進行回火處理的第二回火工 序。具體而言，參照圖9，將鋼構(gòu)件在減壓氣氛下(真空中)加熱至低于Ai變態(tài)點的溫度 T14，保持時間t14后冷卻，從而進行回火處理。藉此，可獲得緩解因鋼構(gòu)件的低溫處理而產(chǎn)生 的殘留應(yīng)力、抑制應(yīng)變等效果。接著，參照圖8，對實施了第二回火工序的鋼構(gòu)件實施再次進行低溫處理的第二低 溫工序。具體而言，參照圖9，對鋼構(gòu)件噴霧例如液氮，將鋼構(gòu)件冷卻至低于0°C的溫度T15， 保持時間t15，從而進行低溫處理。藉此，可獲得鋼構(gòu)件因淬火處理而生成的殘留奧氏體進 一步變態(tài)為馬氏體從而實現(xiàn)鋼的結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定化等效果。接著，參照圖8，對實施了第二低溫工序的鋼構(gòu)件實施再次進行回火處理的第三回 火工序。具體而言，參照圖9，與上述第二回火工序同樣地將鋼構(gòu)件在減壓氣氛下(真空中) 加熱至低于~變態(tài)點的溫度T16，保持時間t16后冷卻，從而進行回火處理。在此，溫度T16和 t16可以是與第二回火工序的溫度T14和t14相同的條件。藉此，可獲得緩解因第二低溫工序 中的鋼構(gòu)件的低溫處理而產(chǎn)生的殘留應(yīng)力、抑制應(yīng)變等效果。接著，參照圖8，對實施了第三回火工序的鋼構(gòu)件實施進行等離子體氮化處理的等 離子體氮化工序。具體而言，參照圖9，例如在導(dǎo)入有選自氮(N2)、氫(H2)、甲烷(CH4)、氬 (Ar)的至少任一種以上的氣體以使壓力達到50Pa以上5000Pa以下的等離子體氮化爐內(nèi)裝入鋼構(gòu)件，在放電電壓50V以上1000V以下、放電電流0. 001A以上100A以下的條件下加熱
至溫度T17，保持時間t17后冷卻，從而進行等離子體氮化處理。藉此，氮侵入鋼構(gòu)件的表層 部，該表層部的強度提高。在此，溫度T17可以是例如300°C以上550°C以下，時間t17可以是 1小時以上80小時以下。該溫度T17、時間t17等熱處理條件可以考慮到精加工工序中實施 的精加工的加工余量，按照等離子體氮化處理中形成的晶界析出物層的厚度達到能在精加 工中除去的厚度的條件來決定。構(gòu)成鋼構(gòu)件的鋼為AMS規(guī)格6278 (AISI規(guī)格M50NiL)的情況下，較好是等離子體 氮化工序中的上述壓力為50Pa以上lOOOPa以下，放電電壓為50V以上600V以下，放電電 流為0. 001A以上300A以下，溫度T17為350°C以上450°C以下，時間t17為1小時以上50小 時以下。接著，參照圖8，對實施了等離子體氮化工序的鋼構(gòu)件實施進行擴散處理的擴散工 序。具體而言，參照圖9，例如在減壓氣氛下(真空中)加熱至溫度T18，保持時間t18，從而對 鋼構(gòu)件進行擴散處理。在此，溫度T18可以是300°C以上480°C以下，優(yōu)選300°C以上430°C 以下，時間t18可以是50小時以上300小時以下。藉此，能在抑制因形成氮化層而導(dǎo)致的表 層部的硬度上升被抵消的情況的同時使侵入鋼的氮到達所希望的區(qū)域。通過上述工序，本 實施方式中的熱處理工序完成。如上所述，利用本實施方式的鋼的熱處理方法，可對含有4質(zhì)量％以上的鉻的鋼 的表層部進行氮化處理而形成高硬度的表層部，并且能抑制晶界析出物的產(chǎn)生。此外，通過上述實施方式的機械零部件的制造方法，可制造由含有4質(zhì)量％以上 的鉻的鋼構(gòu)成且通過對表層部進行氮化處理而形成有高硬度的表層部并且晶界析出物的 產(chǎn)生得到抑制的機械零部件。更具體而言，例如沿與表面垂直的截面將完成了精加工工序 的鋼構(gòu)件切斷，用光學(xué)顯微鏡或掃描型電子顯微鏡隨機觀察該截面上的5個包括表面在內(nèi) 的一邊為150 u m的正方形的視野的情況下，可使長寬比在2以上且長度在7. 5 y m以上的 鐵的氮化物(晶界析出物卞6#或？6#等)的檢出數(shù)量在1個以下。而且，即使在同樣地 觀察20個視野的情況下，也能使晶界析出物的檢出數(shù)量在1個以下。此外，上述實施方式的機械零部件成為由含有4質(zhì)量％以上的鉻的鋼構(gòu)成且通過 對表層部進行氮化處理而形成有高硬度的表層部并且晶界析出物的產(chǎn)生得到抑制的機械 零部件。另外，在上述實施方式中，作為本發(fā)明的機械零部件的一例，對構(gòu)成深溝球軸承、 推力滾針軸承、等速接頭的機械零部件進行了說明，但本發(fā)明的機械零部件不限定于此，也 可以是對表層部要求疲勞強度、耐磨損性的機械零部件，例如構(gòu)成輪轂、齒輪、軸等的機械 零部件。此外，被處理物(鋼構(gòu)件)的表層部是指被處理物的表面附近的區(qū)域，是指例如實 施了精加工等、在被處理物成為制品的狀態(tài)下距表面的距離在0. 2mm以下的區(qū)域。S卩，鑒于 通過對被處理物進行加工等而制造的制品所要求的特性，被處理物(鋼構(gòu)件)的表層部是 在被處理物成為制品的狀態(tài)下應(yīng)當(dāng)控制氮濃度的區(qū)域，可根據(jù)各制品適當(dāng)決定。(實施例1)以下，對本發(fā)明的實施例1進行說明。通過采用本發(fā)明的鋼的熱處理方法的本發(fā) 明的機械零部件的制造方法，實際制作了具有與本發(fā)明的機械零部件相同的結(jié)構(gòu)的樣品，進行了確認(rèn)表層部的晶界析出物的產(chǎn)生得到了抑制的實驗。實驗的步驟如下所述。首先準(zhǔn)備AMS規(guī)格6490(AISI規(guī)格M50)的鋼材，對其進行加工，從而制成外徑9為 40mm、內(nèi)徑q>為30mm、厚度t為16mm的試驗片，該鋼材是含有0. 77質(zhì)量％以上0. 85質(zhì)量％ 以下的碳、0. 01質(zhì)量％以上0. 25質(zhì)量％以下的硅、0. 01質(zhì)量％以上0. 35質(zhì)量％以下的錳、 0. 01質(zhì)量％以上0. 15質(zhì)量％以下的鎳、3. 75質(zhì)量％以上4. 25質(zhì)量％以下的鉻、4質(zhì)量％以 上4. 5質(zhì)量％以下的鉬、0. 9質(zhì)量％以上1. 1質(zhì)量％以下的釩、剩余部分由鐵和雜質(zhì)構(gòu)成的 鋼。接著，對該試驗片實施采用在上述實施方式1中基于圖7進行了說明的本發(fā)明的 鋼的熱處理方法的熱處理工序。在此，T” t” T2、t2、T3、t3、T4、t4、T5和t5按照第三回火工 序后的試驗片的硬度達到58HRC以上65HRC以下的條件來決定，T6為430°C，t6為10小時， 丁7為4301，、為160小時。此外，等離子體氮化工序中，將放電電壓控制在200V以上450V 以下的范圍內(nèi)，將放電電流控制在1A以上5A以下的范圍內(nèi)，以使等離子體氮化時的處理溫 度1~6達到430°C。另外，等離子體氮化工序中，以氮(N2) ^ (H2) = 1 1的比例向爐內(nèi) 導(dǎo)入氣體，以使等離子體氮化時的爐內(nèi)的壓力達到267Pa以上400Pa以下。另外，擴散工序中，在已調(diào)整為氮氣氣氛的氣氛爐內(nèi)加熱試驗片，實施擴散處理， 以使試驗片表面的碳濃度和氮濃度之和達到1. 7質(zhì)量％以下。將如上所述實施了本發(fā)明的 鋼的熱處理方法的試驗片記作本發(fā)明的實施例的樣品(實施例A)。另一方面，對于同樣制成的AMS規(guī)格6490構(gòu)成的試驗片，通過從上述實施方式中 基于圖7進行了說明的本發(fā)明的鋼的熱處理方法中省略了擴散工序，從而實施本發(fā)明的范 圍外的熱處理工序。在此，1\、、、T2、t2、T3、t3、T4、t4、T5和t5按照第三回火工序后的試驗片 的硬度達到58HRC以上65HRC以下的條件來決定，T6為480°C，t6為30小時。此外，等離子 體氮化工序中，將放電電壓控制在200V以上450V以下的范圍內(nèi)，將放電電流控制在1A以 上5A以下的范圍內(nèi)，以使等離子體氮化時的處理溫度T6達到480°C。另外，等離子體氮化 工序中，以氮(N2)氫(H2)甲烷(CH4) = 79 80 1的比例向爐內(nèi)導(dǎo)入氣體，以使等 離子體氮化時的爐內(nèi)的壓力達到267Pa以上400Pa以下。將如上所述實施了本發(fā)明的范圍 外的鋼的熱處理方法的試驗片記作本發(fā)明的比較例的樣品(比較例A)。接著，沿與表面垂直的截面將上述制成的實施例A和比較例A的樣品切斷，研磨該 截面。用腐蝕液腐蝕經(jīng)研磨的截面后，隨機觀察5個包括表面在內(nèi)的一邊為150i!m的正方 形的視野。接著，對實驗結(jié)果進行說明。在圖10和圖13中，照片上部對應(yīng)于樣品的表面?zhèn)取?此外，在圖11和圖14中，橫軸表示距表面的深度(距離)，縱軸表示硬度(單位是維氏硬 度)。此外，在圖12和圖15中，橫軸表示距表面的深度(距離)，縱軸表示碳和氮的濃度， 圖中示出了碳濃度(C濃度)、氮濃度(N濃度)以及碳濃度和氮濃度的總計值(C+N濃度)。參照圖10，在本發(fā)明的實施例A的樣品的表層部未觀察到晶界析出物(長寬比在 2以上且形成為7. 5 ym以上的長度的鐵的氮化物)，成為良好的顯微結(jié)構(gòu)。此外，參照圖11 和圖12，實施例A的樣品的距表面的深度在0. 5mm以內(nèi)的區(qū)域具有950HV以上的足夠的硬 度，并且有足量的氮侵入。因此，通過對實施了與實施例A相同的熱處理的鋼構(gòu)件的表面實 施研磨等精加工，可制造具有高硬度的表層部并且晶界析出物的產(chǎn)生得到抑制的機械零部 件。
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另一方面，參照圖13，在本發(fā)明的范圍外的比較例A的樣品的表層部觀察到許多 晶界析出物90。此外，參照圖14和圖15，比較例A的樣品的距表面的深度在0. 5mm以內(nèi)的 區(qū)域與實施例A同樣地具有950HV以上的足夠的硬度，并且有足量的氮侵入。因此，通過對 實施了與比較例A相同的熱處理的鋼構(gòu)件的表面實施研磨等精加工，可獲得雖然形成有高 硬度的表層部但在表層部殘存有晶界析出物的機械零部件。如上所述，這樣的機械零部件 不具有足夠的疲勞強度和韌性。綜上所述，根據(jù)采用本發(fā)明的鋼的熱處理方法的本發(fā)明的機械零部件的制造方 法，確認(rèn)了可制造對表層部進行氮化處理而形成高硬度的表層部并且能抑制晶界析出物的 產(chǎn)生的由含有3. 75質(zhì)量％以上的鉻的鋼構(gòu)成的機械零部件。(實施例2)以下，對本發(fā)明的實施例2進行說明。進行了研究本發(fā)明的鋼的熱處理方法的擴 散工序中的合適的加熱溫度范圍的實驗。實驗的步驟如下所述。首先準(zhǔn)備AMS規(guī)格6490(AISI規(guī)格M50)的鋼材，對其進行加工，從而制成外徑(p為 40mm、內(nèi)徑Cp為30mm、厚度t為16mm的試驗片，該鋼材是含有0. 77質(zhì)量％以上0. 85質(zhì)量％ 以下的碳、0. 01質(zhì)量％以上0. 25質(zhì)量％以下的硅、0. 01質(zhì)量％以上0. 35質(zhì)量％以下的錳、 0. 01質(zhì)量％以上0. 15質(zhì)量％以下的鎳、3. 75質(zhì)量％以上4. 25質(zhì)量％以下的鉻、4質(zhì)量％以 上4. 5質(zhì)量％以下的鉬、0. 9質(zhì)量％以上1. 1質(zhì)量％以下的釩、剩余部分由鐵和雜質(zhì)構(gòu)成的 鋼。接著，對于該試驗片，與上述實施例1的實施例A同樣地實施采用在上述實施方式 1中基于圖7進行了說明的本發(fā)明的鋼的熱處理方法的熱處理工序中從淬火工序到第三回 火工序的工序。然后，通過將該試驗片在430°C 570°C的溫度下保持各種不同的時間，從 而實施與擴散工序相同的工序，測定試驗片的硬度。然后，基于反應(yīng)速度理論分析該測定結(jié) 果，算出擴散工序的各加熱溫度下的加熱處理時間(擴散時間)和硬度之間的關(guān)系。另一方面，也進行了如下實驗與上述實施例1的實施例A同樣地對同樣的試驗片 實施從淬火工序到第三回火工序的工序后，實際實施等離子體氮化工序和擴散工序，確認(rèn) 試驗片的硬度分布。在等離子體氮化工序中，將放電電壓控制在200V以上450V以下的范 圍內(nèi)，將放電電流控制在1A以上5A以下的范圍內(nèi)，以使等離子體氮化時的處理溫度1達 到480°C，保持1小時，從而進行等離子體氮化。另外，等離子體氮化工序中，以氮(N2)氫 (H2) = 1 1的比例向爐內(nèi)導(dǎo)入氣體，以使等離子體氮化時的爐內(nèi)的壓力達到267Pa以上 400Pa以下。然后，對完成了等離子體氮化工序的試驗片進行于480°C保持50小時的擴散 工序。然后，測定實施擴散工序前后的試驗片的表層部的硬度分布。接著，參照圖16和圖17，對實驗結(jié)果進行說明。圖16中，橫軸表示加熱處理時間 (擴散時間)，縱軸表示試驗片的硬度。圖17中，橫軸表示距表面的深度(距離)，縱軸表示 硬度。此外，圖17中，菱形表示進行擴散工序前的試驗片，四邊形表示進行了于480°C保持 50小時的擴散工序后的試驗片的硬度。參照圖16，擴散溫度越高，試驗片的硬度在越短的時間內(nèi)下降，但如果擴散溫度達 到480°C，則在進行200小時的擴散處理的情況下硬度的下降幅度也在40HV以下，母材的硬 度(沒有等離子體氮化所導(dǎo)致的氮的侵入的影響的區(qū)域的硬度)的下降對表層部的硬度的 影響減小。此外，如果擴散溫度達到460°C，則在進行200小時的擴散處理的情況下硬度的
15下降幅度也在25HV以下，母材的硬度的下降對表層部的硬度的影響進一步減小。此外，如 果擴散溫度達到430°C，則在進行200小時的擴散處理的情況下硬度的下降幅度也在10HV 以下，母材的硬度的下降對表層部的硬度幾乎沒有影響。另一方面，參照圖17，進行于480°C保持50小時的擴散工序的情況下，實際的母材 硬度下降幅度與圖16的分析結(jié)果基本一致，可認(rèn)為圖16的分析結(jié)果與實際的熱處理的結(jié)
果一致。根據(jù)以上的實驗結(jié)果，從在抑制母材的硬度下降對表層部的硬度所造成的影響的 同時使侵入鋼的氮到達所希望的區(qū)域的觀點來看，擴散工序中的加熱溫度(擴散溫度)必 須在480°C以下，優(yōu)選460°C以下。另外，通過將該加熱溫度設(shè)在430°C以下，可在使母材 的硬度下降幾乎不會影響到表層部的硬度的情況下實施擴散工序。另外，從抑制母材的硬 度下降對表層部的硬度所造成的影響的觀點來看，較好是進一步降低擴散工序中的加熱溫 度，但為了避免使侵入鋼的氮到達所希望的區(qū)域所需的時間長到超過實際的生產(chǎn)工序的容 許極限的情況，較好是將該加熱溫度設(shè)在300°C以上。(實施例3)以下，對本發(fā)明的實施例3進行說明。通過采用本發(fā)明的鋼的熱處理方法的本發(fā) 明的機械零部件的制造方法，實際制作了具有與本發(fā)明的機械零部件相同的結(jié)構(gòu)的樣品， 進行了確認(rèn)表層部的晶界析出物的產(chǎn)生得到了抑制的實驗。實驗的步驟如下所述。首先準(zhǔn)備AMS規(guī)格6278 (AISI規(guī)格M50NiL)的鋼材，對其進行加工，從而制成外徑 Cp為40mm、內(nèi)徑(p為30mm、厚度t為16mm的試驗片，該鋼材是含有0. 11質(zhì)量％以上0. 15質(zhì) 量％以下的碳、0. 1質(zhì)量％以上0. 25質(zhì)量％以下的硅、0. 15質(zhì)量％以上0. 35質(zhì)量％以下的 錳、3. 2質(zhì)量％以上3. 6質(zhì)量％以下的鎳、4質(zhì)量％以上4. 25質(zhì)量％以下的鉻、4質(zhì)量％以上 4. 5質(zhì)量％以下的鉬、1. 13質(zhì)量％以上1. 33質(zhì)量％以下的釩、剩余部分由鐵和雜質(zhì)構(gòu)成的 鋼。接著，對該試驗片實施采用在上述實施方式2中基于圖9進行了說明的本發(fā)明的 鋼的熱處理方法的熱處理工序。在此，Tn、tn、T12、t12、T13、t13、T14、t14、T15、t15、T16和t16按 照第三回火工序后的試驗片的硬度達到58HRC以上65HRC以下的條件來決定，T17為430°C， t17為10小時，T18為430°C，t18為160小時。此外，等離子體氮化工序中，將放電電壓控制 在200V以上450V以下的范圍內(nèi)，將放電電流控制在1A以上5A以下的范圍內(nèi)，以使等離 子體氮化時的處理溫度T17達到430°C。另外，等離子體氮化工序中，以氮(N2)氫(H2)= 1 1的比例向爐內(nèi)導(dǎo)入氣體，以使等離子體氮化時的爐內(nèi)的壓力達到267Pa以上400Pa以 下。另外，擴散工序中，在已調(diào)整為氮氣氣氛的氣氛爐內(nèi)加熱試驗片，實施擴散處理， 以使試驗片表面的碳濃度和氮濃度之和達到1. 7質(zhì)量％以下。將如上所述實施了本發(fā)明的 鋼的熱處理方法的試驗片記作本發(fā)明的實施例的樣品(實施例A)。另一方面，對于同樣制成的AMS規(guī)格6278構(gòu)成的試驗片，通過從上述實施方式2 中基于圖9進行了說明的本發(fā)明的鋼的熱處理方法中省略了擴散工序，從而實施本發(fā)明的 范圍外的熱處理工序。在此，Tn、tn、T12、t12、T13、t13、T14、t14、T15、t15、T16和t16按照第三回 火工序后的試驗片的硬度達到58HRC以上65HRC以下的條件來決定，T17為480°C，t17為30 小時。此外，等離子體氮化工序中，將放電電壓控制在200V以上450V以下的范圍內(nèi)，將放電電流控制在1A以上5A以下的范圍內(nèi)，以使等離子體氮化時的處理溫度T17達到480°C。 另外，等離子體氮化工序中，以氮(N2)氫(H2)甲燒(CH4) =79 80 1的比例向爐內(nèi) 導(dǎo)入氣體，以使等離子體氮化時的爐內(nèi)的壓力達到267Pa以上400Pa以下。將如上所述實 施了本發(fā)明的范圍外的鋼的熱處理方法的試驗片記作本發(fā)明的比較例的樣品(比較例A)。接著，沿與表面垂直的截面將上述制成的實施例A和比較例A的樣品切斷，研磨該 截面。用腐蝕液腐蝕經(jīng)研磨的截面后，隨機觀察5個包括表面在內(nèi)的一邊為150i!m的正方 形的視野。接著，對實驗結(jié)果進行說明。在圖18和圖21中，照片上部對應(yīng)于樣品的表面?zhèn)取?此外，在圖19和圖22中，橫軸表示距表面的深度(距離)，縱軸表示硬度(單位是維氏硬 度)。此外，在圖20和圖23中，橫軸表示距表面的深度(距離)，縱軸表示碳和氮的濃度， 細線表示碳濃度，粗線表示氮濃度。參照圖18，在本發(fā)明的實施例A的樣品的表層部未觀察到晶界析出物(長寬比在 2以上且形成為7. 5 y m以上的長度的鐵的氮化物)，成為良好的顯微結(jié)構(gòu)。此外，參照圖19 和圖20，實施例A的樣品的距表面的深度在0. 5mm以內(nèi)的區(qū)域具有950HV以上的足夠的硬 度，并且有足量的氮侵入。因此，通過對實施了與實施例A相同的熱處理的鋼構(gòu)件的表面實 施研磨等精加工，可制造具有高硬度的表層部并且晶界析出物的產(chǎn)生得到抑制的機械零部 件。另一方面，參照圖21，在本發(fā)明的范圍外的比較例A的樣品的表層部觀察到許多 晶界析出物90。此外，參照圖22和圖23，比較例A的樣品的距表面的深度在0. 5mm以內(nèi)的 區(qū)域與實施例A同樣地具有950HV以上的足夠的硬度，并且有足量的氮侵入。因此，通過對 實施了與比較例A相同的熱處理的鋼構(gòu)件的表面實施研磨等精加工，可獲得雖然形成有高 硬度的表層部但在表層部殘存有晶界析出物的機械零部件。如上所述，這樣的機械零部件 不具有足夠的疲勞強度和韌性。綜上所述，根據(jù)采用本發(fā)明的鋼的熱處理方法的本發(fā)明的機械零部件的制造方 法，確認(rèn)了可制造對表層部進行氮化處理而形成高硬度的表層部并且能抑制晶界析出物的 產(chǎn)生的由含有4質(zhì)量％以上的鉻的鋼構(gòu)成的機械零部件。(實施例4)以下，對本發(fā)明的實施例4進行說明。進行了研究本發(fā)明的鋼的熱處理方法的擴 散工序中的合適的加熱溫度范圍的實驗。實驗的步驟如下所述。首先準(zhǔn)備AMS規(guī)格6278 (AISI規(guī)格M50NiL)的鋼材，對其進行加工，從而制成外徑 (p為40mm、內(nèi)徑(p為30mm、厚度t為16mm的試驗片，該鋼材是含有0. 11質(zhì)量％以上0. 15質(zhì) 量％以下的碳、0. 1質(zhì)量％以上0. 25質(zhì)量％以下的硅、0. 15質(zhì)量％以上0. 35質(zhì)量％以下的 錳、3. 2質(zhì)量％以上3. 6質(zhì)量％以下的鎳、4質(zhì)量％以上4. 25質(zhì)量％以下的鉻、4質(zhì)量％以上 4. 5質(zhì)量％以下的鉬、1. 13質(zhì)量％以上1. 33質(zhì)量％以下的釩、剩余部分由鐵和雜質(zhì)構(gòu)成的 鋼。接著，對于該試驗片，與上述實施例3的實施例A同樣地實施采用在上述實施方式 2中基于圖9進行了說明的本發(fā)明的鋼的熱處理方法的熱處理工序中從滲碳工序到第三回 火工序的工序。然后，通過將該試驗片在430°C 570°C的溫度下保持各種不同的時間，從 而實施與擴散工序相同的工序，測定滲碳層的硬度。更具體而言，在試驗片的距表面的距離
17在0. 2mm以上0. 4mm以下的區(qū)域內(nèi)測定9個點的硬度，算出其中的最低硬度。然后，基于反 應(yīng)速度理論分析該測定結(jié)果，算出擴散工序的各加熱溫度下的加熱處理時間(擴散時間) 和滲碳層的硬度之間的關(guān)系。另一方面，也進行了如下實驗與上述實施例3的實施例A同樣地對同樣的試驗片 實施從滲碳工序到第三回火工序的工序后，實際實施等離子體氮化工序和擴散工序，確認(rèn) 試驗片的硬度分布。在等離子體氮化工序中，將放電電壓控制在200V以上450V以下的范 圍內(nèi)，將放電電流控制在1A以上5A以下的范圍內(nèi)，以使等離子體氮化時的處理溫度T17達 到480°C，保持1小時，從而進行等離子體氮化。另外，等離子體氮化工序中，以氮(N2)氫 (H2) = 1 1的比例向爐內(nèi)導(dǎo)入氣體，以使等離子體氮化時的爐內(nèi)的壓力達到267Pa以上 400Pa以下。然后，對完成了等離子體氮化工序的試驗片進行于480°C保持50小時的擴散 工序。然后，測定實施擴散工序前后的試驗片的表層部的硬度分布。接著，對實驗結(jié)果進行說明。圖24中，橫軸表示加熱處理時間(擴散時間)，縱軸 表示滲碳層的硬度。圖25中，橫軸表示距表面的深度(距離)，縱軸表示硬度。此外，圖25 中，菱形表示進行擴散工序前的試驗片，四邊形表示進行了于480°C保持50小時的擴散工 序后的試驗片的硬度。參照圖24，擴散溫度越高，試驗片的滲碳層的硬度在越短的時間內(nèi)下降，但如果擴 散溫度達到480°C，則在進行200小時的擴散處理的情況下硬度的下降幅度也在50HV以下， 母材的硬度(滲碳層中沒有等離子體氮化所導(dǎo)致的氮的侵入的影響的區(qū)域的硬度)的下降 對表層部的硬度的影響減小。此外，如果擴散溫度達到460°C，則在進行200小時的擴散處 理的情況下硬度的下降幅度也在30HV以下，母材的硬度的下降對表層部的硬度的影響進 一步減小。此外，如果擴散溫度達到430°C，則在進行200小時的擴散處理的情況下硬度的 下降幅度也在10HV以下，母材的硬度的下降對表層部的硬度幾乎沒有影響。另一方面，參照圖25，進行于480°C保持50小時的擴散工序的情況下，實際的母材 硬度下降幅度與圖24的分析結(jié)果基本一致，可認(rèn)為圖24的分析結(jié)果與實際的熱處理的結(jié) 果一致。根據(jù)以上的實驗結(jié)果，從在抑制母材的硬度下降對表層部的硬度所造成的影響的 同時使侵入鋼的氮到達所希望的區(qū)域的觀點來看，擴散工序中的加熱溫度(擴散溫度)必 須在480°C以下，優(yōu)選460°C以下。另外，通過將該加熱溫度設(shè)在430°C以下，可在使母材 的硬度下降幾乎不會影響到表層部的硬度的情況下實施擴散工序。另外，從抑制母材的硬 度下降對表層部的硬度所造成的影響的觀點來看，較好是進一步降低擴散工序中的加熱溫 度，但為了避免使侵入鋼的氮到達所希望的區(qū)域所需的時間長到超過實際的生產(chǎn)工序的容 許極限的情況，較好是將該加熱溫度設(shè)在300°C以上。本次所公開的實施方式和實施例在所有點上為例示，不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是對本發(fā)明作出 了限制。本發(fā)明的范圍是由權(quán)利要求書來表示的而不是由上述說明來表示的，本發(fā)明包括 與權(quán)利要求書等同的意思和范圍內(nèi)的所有變更。工業(yè)上的可利用性本發(fā)明的鋼的熱處理方法、機械零部件的制造方法及機械零部件尤其有利于用作包 括對由含有3. 75質(zhì)量％以上的鉻的鋼構(gòu)成的被處理物進行氮化的工序的鋼的熱處理方法、由 含有3. 75質(zhì)量％以上的鉻的鋼構(gòu)成且表層部經(jīng)過氮化處理的機械零部件及其制造方法。
權(quán)利要求
一種鋼的熱處理方法，其特征在于，包括將鋼淬火硬化的工序，該鋼是含有0.77質(zhì)量％以上0.85質(zhì)量％以下的碳、0.01質(zhì)量％以上0.25質(zhì)量％以下的硅、0.01質(zhì)量％以上0.35質(zhì)量％以下的錳、0.01質(zhì)量％以上0.15質(zhì)量％以下的鎳、3.75質(zhì)量％以上4.25質(zhì)量％以下的鉻、4質(zhì)量％以上4.5質(zhì)量％以下的鉬、0.9質(zhì)量％以上1.1質(zhì)量％以下的釩、剩余部分由鐵和雜質(zhì)構(gòu)成的鋼；對經(jīng)淬火硬化的所述鋼進行等離子體氮化的工序；以及將經(jīng)等離子體氮化的所述鋼保持于300℃以上480℃以下的擴散溫度的工序。
2.如權(quán)利要求1所述的鋼的熱處理方法，其特征在于，所述擴散溫度在430°C以下。
3.一種機械零部件的制造方法，其特征在于，包括準(zhǔn)備鋼構(gòu)件的工序，該鋼構(gòu)件由含有0. 77質(zhì)量％以上0. 85質(zhì)量％以下的碳、0. 01質(zhì) 量％以上0. 25質(zhì)量％以下的硅、0. 01質(zhì)量％以上0. 35質(zhì)量％以下的錳、0. 01質(zhì)量％以上 0. 15質(zhì)量％以下的鎳、3. 75質(zhì)量％以上4. 25質(zhì)量％以下的鉻、4質(zhì)量％以上4. 5質(zhì)量％以 下的鉬、0.9質(zhì)量％以上1. 1質(zhì)量％以下的釩、剩余部分由鐵和雜質(zhì)構(gòu)成的鋼構(gòu)成，且成形 為機械零部件的大致形狀；以及進行熱處理的工序，該熱處理包括所述鋼構(gòu)件的淬火處理和氮化處理；所述熱處理通過權(quán)利要求1所述的鋼的熱處理方法來實施。
4.一種機械零部件(11、12、13、21、23、31、32、33)，其特征在于，通過權(quán)利要求3所述的 機械零部件的制造方法制造而成。
5.如權(quán)利要求4所述的機械零部件(11、12、13、21、23)，其特征在于，被用作構(gòu)成軸承 (1、2)的零部件。
全文摘要
對表層部進行氮化處理而形成高硬度的表層部并且能抑制晶界析出物的產(chǎn)生的含有3.75質(zhì)量％以上的鉻的鋼的熱處理方法包括淬火工序，在該淬火工序中，將含有0.77～0.85％的碳、0.01～0.25％的硅、0.01～0.35％的錳、0.01～0.15％的鎳、3.75～4.25％的鉻、4～4.5％的鉬、0.9～1.1％的釩、剩余部分由鐵和雜質(zhì)構(gòu)成的鋼淬火硬化；等離子體氮化工序，在該等離子體氮化工序中，對經(jīng)淬火硬化的該鋼進行等離子體氮化；以及擴散工序，在該擴散工序中，將經(jīng)等離子體氮化的該鋼保持于300℃以上480℃以下的擴散溫度。
文檔編號C23C8/38GK101855370SQ20088011647
公開日2010年10月6日 申請日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月14日
發(fā)明者八木田和寬, 大木力 申請人:Ntn株式會社