專利名稱：碳氮共滲方法、機(jī)械零件的制造方法及機(jī)械零件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳氮共滲方法、機(jī)械零件的制造方法及機(jī)械零件，更具體涉及用于對(duì) 由鋼形成的被處理物進(jìn)行碳氮共滲的碳氮共滲方法、包含對(duì)由鋼形成的被處理物進(jìn)行碳氮 共滲的工序的機(jī)械零件的制造方法、由鋼形成的實(shí)施了碳氮共滲的機(jī)械零件。
背景技術(shù)：
通常，碳氮共滲處理、特別是對(duì)由鋼形成的被處理物實(shí)施的氣體碳氮共滲處理中， 使RX氣體和氨氣(NH3)以恒定的流量(單位時(shí)間的供給量)流入熱處理爐內(nèi)的同時(shí)，基于 熱處理爐內(nèi)的二氧化碳(CO2)的分壓控制熱處理爐內(nèi)的碳勢(shì)(Cp)值，從而控制該熱處理爐 內(nèi)的氣氛。在這里，滲入被處理物的表層部的氮量難以在碳氮共滲處理中直接測(cè)定。因此， 對(duì)于各熱處理爐，大多根據(jù)過(guò)去的實(shí)際生產(chǎn)情況等以經(jīng)驗(yàn)確定氨氣的流量和滲入被處理物 的表層部的氮量的關(guān)系，調(diào)節(jié)可在碳氮共滲處理中直接測(cè)定的氨氣的流量，從而控制滲入 被處理物的表層部的氮量。另外，該氨氣的流量基于各熱處理爐的過(guò)去的實(shí)際生產(chǎn)情況等并考慮到被處理物 的量和形狀等以經(jīng)驗(yàn)確定，但需要對(duì)過(guò)去沒有實(shí)際生產(chǎn)過(guò)的量或形狀的被處理物進(jìn)行碳氮 共滲處理的情況下，必須進(jìn)行用于確定該碳氮共滲處理中的最適氨氣流量的試差。其結(jié)果 是，不僅在確定最適的氨氣流量前難以使被處理物的品質(zhì)穩(wěn)定，而且必須在量產(chǎn)生產(chǎn)線上 實(shí)施上述試差，因此產(chǎn)生不滿足要求品質(zhì)的被處理物，很可能導(dǎo)致生產(chǎn)成本的上升。針對(duì)這一問(wèn)題，提出了通過(guò)調(diào)節(jié)殘留于熱處理爐內(nèi)的氣體氨的濃度、即未分解氨 濃度(氨的殘留氣體濃度)，而非根據(jù)熱處理爐的形狀、被處理物的量和形狀變化的氨氣流 量，從而控制滲入被處理物的氮量的方法(恒川好樹，外2名，“氣體碳氮共滲處理中的氣孔 的產(chǎn)生和氮的擴(kuò)散行為”，熱處理，1985年，25卷，5號(hào)，p. 242-247 (非專利文獻(xiàn)1)和日本專 利特開平8-13125號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1))。即，測(cè)定可在碳氮共滲處理中測(cè)定的未分解氨濃 度，基于與熱處理爐的形狀和被處理物的量及形狀等無(wú)關(guān)的可確定的未分解氨濃度和滲入 被處理物的氮量的關(guān)系，調(diào)節(jié)氨氣的流量。由此，在不通過(guò)試差來(lái)確定最適的氨氣流量的情 況下，就可以控制滲入被處理物的氮量，能夠使被處理物的品質(zhì)穩(wěn)定。非專利文獻(xiàn)1 恒川好樹，外2名，“氣體碳氮共滲處理中的氣孔的產(chǎn)生和氮的擴(kuò)散 行為”，熱處理，1985年，25卷，5號(hào)，p. 242-247專利文獻(xiàn)1 日本專利特開平8-13125號(hào)公報(bào)發(fā)明的揭示但是，包括上述的將未分解氨濃度作為參數(shù)的碳氮共滲處理方法，通過(guò)目前的碳 氮共滲處理方法，難以控制氮向被處理物的滲入速度(從被處理物的表面的單位面積在單位時(shí)間內(nèi)滲入的氮量)。碳氮共滲處理是機(jī)械零件的制造工序等中成本較高的步驟。因此， 對(duì)于碳氮共滲處理，要求其處理成本降低。因此。如果可以通過(guò)控制氮向被處理物的滲入 速度來(lái)使氮的滲入速度提高而實(shí)現(xiàn)碳氮共滲處理的高效化，則可以滿足上述碳氮共滲處理 的成本降低的要求。于是，本發(fā)明的目的在于提供可以使氮的滲入速度提高而實(shí)現(xiàn)碳氮共滲處理的高 效化的碳氮共滲方法。此外，本發(fā)明的目的還在于提供可以通過(guò)實(shí)施高效的碳氮共滲處理 而降低制造成本的機(jī)械零件的制造方法。此外，本發(fā)明的目的還在于提供通過(guò)實(shí)施高效地 碳氮共滲處理而降低了制造成本的機(jī)械零件。本發(fā)明的一種形式的碳氮共滲方法是用于對(duì)由含有0. 8質(zhì)量％以上的碳的鋼形 成的被處理物進(jìn)行碳氮共滲的碳氮共滲方法。本發(fā)明的一種形式的碳氮共滲方法具備以下 的工序控制熱處理爐內(nèi)的氣氛的氣氛控制工序；控制在熱處理爐內(nèi)被處理物被賦予的溫 度歷程的加熱方式控制工序。并且，氣氛控制工序包含以下的步驟控制熱處理爐內(nèi)的未分 解氨濃度的未分解氨濃度控制步驟；控制熱處理爐內(nèi)的一氧化碳和二氧化碳中的至少一方 的分壓的分壓控制步驟。氣氛控制工序中，以如下的條件實(shí)施未分解氨濃度控制步驟和分 壓控制步驟將被處理物中的碳的活度設(shè)為ac且熱處理爐內(nèi)的未分解氨濃度設(shè)為Cn時(shí)，以 Y = ac/CN定義的γ的值在2 5的范圍內(nèi)。本發(fā)明人對(duì)于熱處理爐內(nèi)的氣氛和氮向被處理物的滲入行為的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì) 的研究。而且，對(duì)于氮向被處理物的滲入速度，不僅著眼于熱處理爐內(nèi)的氣氛中的未分解氨 量，而且注意到以如下的式(1)定義的碳的活度也產(chǎn)生影響，并發(fā)現(xiàn)了以如下的式(2)定義
的Y的值成為對(duì)于氮向被處理物的滲入行為造成影響的重要的因子。 [。。13] S卩，如果Y恒定，則&越小，氮向被處理物的滲入速度就越大。另一方面，如果 &恒定，則Y越小，氮向被處理物的滲入速度就越大。另外，對(duì)于由含有0.8質(zhì)量％以上 的碳的鋼形成的被處理物，Y的值達(dá)到5時(shí)，氮向被處理物的滲入速度達(dá)到最大，γ的值 為5以下時(shí)，氮的滲入速度恒定。S卩，通過(guò)使Y的值在5以下，可以使氮向由含有0.8質(zhì) 量％以上的碳的鋼形成的被處理物的滲入速度最大。在這里，知為通過(guò)式(1)算出的鋼 中的計(jì)算上的碳的活度，Pro為一氧化碳(CO)的分壓，Ρω2為一氧化碳(CO2)的分壓，K為 < C >+CO2 <=> 2CO中的平衡常數(shù)，Cn為熱處理爐內(nèi)的未分解氨濃度。另一方面，如果如上所述實(shí)施碳氮共滲的熱處理爐內(nèi)的氣氛的Y值為5以下，則 可以使氮向被處理物的滲入速度最大，但如果Y的值過(guò)小，則產(chǎn)生別的問(wèn)題。即，為了使Y 的值不足2，必須提高氨向熱處理爐的供給速度(氨的流量)。相應(yīng)地，熱處理爐內(nèi)的一氧 化碳的分壓下降，因此為了保持碳勢(shì)，需要使富化氣向熱處理爐內(nèi)的導(dǎo)入量增加。因而，容 易發(fā)生熏黑(熱處理爐內(nèi)產(chǎn)生煙灰，附著于被處理物)，被處理物可能會(huì)產(chǎn)生表面滲碳等品 質(zhì)上的問(wèn)題。本發(fā)明的一種形式的碳氮共滲方法中，加熱方式控制工序中，被處理物被賦予所希望的溫度歷程的同時(shí)，氣氛控制工序中熱處理爐內(nèi)的氣氛的Y的值被控制在2 5，從而 不僅抑制熏黑的發(fā)生，而且可以使氮向被處理物的滲入速度最大。其結(jié)果是，可以使氮向被 處理物的滲入速度提高，實(shí)現(xiàn)碳氮共滲處理的高效化。另外，未分解氨濃度是指被供給至熱處理爐內(nèi)的氨中，未被分解而以氣體氨的狀 態(tài)殘存的氨在熱處理爐內(nèi)的氣氛中的濃度。上述本發(fā)明的一種形式的碳氮共滲方法中，理想的是，未分解氨濃度控制步驟中， 測(cè)定熱處理爐內(nèi)的未分解氨濃度，比較未分解氨濃度和Y的值達(dá)到2 5的范圍的目標(biāo)未 分解氨濃度，調(diào)節(jié)被供給至熱處理爐內(nèi)的氨的流量。由此，可以高精度地控制熱處理爐內(nèi)的氣氛中的未分解氨濃度。其結(jié)果是，上述的 氣氛控制工序中的熱處理爐內(nèi)的Y值的控制變得容易。上述本發(fā)明的一種形式的碳氮共滲方法中，理想的是，以被處理物被保持于A1點(diǎn) 以上的溫度的期間內(nèi)的Y值的最大值和最小值的差達(dá)到1以下的條件實(shí)施氣氛控制工序。如上所述，如果Y的值為5以下，則氮的滲入速度恒定，但若Y的值大幅變化，則 值可能會(huì)大幅變化。該情況下，如以下的式(3)所示，隨著a。值的變化，碳勢(shì)(Cp)值也發(fā)
生變化。在這里，AS為依賴于溫度的物性值。由此，用于控制被處理物的表層部的碳濃度的 Cp值的控制變得困難。Cp = AsXac ...(3)針對(duì)這一問(wèn)題，通過(guò)使進(jìn)行被處理物的碳氮共滲時(shí)被處理物被保持于A1點(diǎn)以上的 溫度的期間內(nèi)的Y值的最大值和最小值的差在1以下，Cp值的控制變得容易。另外，碳氮共滲處理中，需要更嚴(yán)密的Cp值的控制的情況下，較好是使被處理物被 保持于A1點(diǎn)以上的溫度的期間內(nèi)的γ值的最大值和最小值的差在0.6以下。此外，例如 可以對(duì)Y的值設(shè)定2. 3 4. 7的規(guī)定的目標(biāo)值，控制γ的值，使得相對(duì)于目標(biāo)值Y的值 在士0.5以下(理想的是士0.3以下)的范圍內(nèi)。此外，被處理物的表層部是指被處理物的表面附近的區(qū)域，例如將成為實(shí)施精加 工等而被處理物形成制品的狀態(tài)下的自表面的距離為0. 2mm以下的區(qū)域。即，被處理物的 表層部是根據(jù)對(duì)于被處理物進(jìn)行加工等而制成的制品的要求特性在被處理物形成制品的 狀態(tài)下需要控制氮濃度和碳濃度的區(qū)域，可以根據(jù)制品適當(dāng)確定。上述本發(fā)明的一種形式的碳氮共滲方法中，理想的是，基于根據(jù)構(gòu)成被處理物的 鋼的組成確定的碳氮共滲時(shí)間及Y的值與距離被處理物的表面規(guī)定深度的區(qū)域內(nèi)的氮濃 度的關(guān)系，確定碳氮共滲時(shí)間；所述碳氮共滲時(shí)間為被處理物被保持于A1點(diǎn)以上的溫度的 時(shí)間。通常，碳氮共滲處理中的氮向被處理物的滲入速度是不僅依賴于碳氮共滲時(shí)間， 而且也依賴于碳氮共滲處理中的Cn值、值等的復(fù)雜的變量。因此，難以控制被處理物的 內(nèi)部的氮濃度的分布。但是，對(duì)于被處理物實(shí)施碳氮共滲處理后，實(shí)施精加工等而除去表面 附近的區(qū)域的情況下，并非表面附近的區(qū)域，而是規(guī)定深度的區(qū)域的含氮量變得重要。針對(duì) 這一問(wèn)題，如果采用本發(fā)明的一種形式的碳氮共滲方法，如上所述氮向被處理物的滲入速 度一直被保持在最大，因此如果Y的值恒定，則氮向具有規(guī)定組成的被處理物的滲入速度 和碳氮共滲時(shí)間的關(guān)系恒定。因此，通過(guò)預(yù)先求出根據(jù)構(gòu)成被處理物的鋼的組成確定的Y 的值及碳氮共滲時(shí)間與距離被處理物的表面規(guī)定深度的區(qū)域內(nèi)的氮濃度的關(guān)系，從而基于該關(guān)系確定碳氮共滲時(shí)間，可以控制被處理物的所希望的深度的區(qū)域中的含氮量。本發(fā)明的一種形式的機(jī)械零件的制造方法具備以下的工序準(zhǔn)備由含有0.8質(zhì) 量％以上的碳的鋼形成且成形為機(jī)械零件的大致形狀的鋼制構(gòu)件的鋼制構(gòu)件準(zhǔn)備工序；對(duì) 于鋼制構(gòu)件準(zhǔn)備工序中所準(zhǔn)備的鋼制構(gòu)件，在實(shí)施碳氮共滲處理后，從A1點(diǎn)以上的溫度冷 卻至Ms點(diǎn)以下的溫度，從而將鋼制構(gòu)件淬火硬化的淬火硬化工序。而且，淬火硬化工序中 的碳氮共滲處理使用上述的本發(fā)明的一種形式的碳氮共滲方法實(shí)施。在這里，A1點(diǎn)是指相當(dāng)于加熱鋼時(shí)鋼的組織開始從鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變的溫度的 點(diǎn)。此外，Ms點(diǎn)是指相當(dāng)于奧氏體化了的鋼被冷卻時(shí)開始馬氏體化的溫度的點(diǎn)。如果采用本發(fā)明的一種形式的機(jī)械零件的制造方法，則在淬火硬化工序中采用適 合于由含有0. 8質(zhì)量％以上的碳的鋼形成的被處理物的上述的本發(fā)明的碳氮共滲方法，從 而可以實(shí)施高效的碳氮共滲處理，降低機(jī)械零件的制造成本。本發(fā)明的一種形式的機(jī)械零件通過(guò)上述的本發(fā)明的一種形式的機(jī)械零件的制造 方法制成。由于通過(guò)上述的本發(fā)明的一種形式的機(jī)械零件的制造方法制成，本發(fā)明的一種 形式的機(jī)械零件實(shí)施了高效的碳氮共滲處理，降低了制造成本。上述本發(fā)明的一種形式的機(jī)械零件可以被用作構(gòu)成軸承的零件。表面層通過(guò)實(shí)施 碳氮共滲而被強(qiáng)化且制造成本降低了的本發(fā)明的一種形式的機(jī)械零件適合作為要求疲勞 強(qiáng)度、耐磨損性等的構(gòu)成軸承的零件。另外，可以使用上述的本發(fā)明的一種形式的機(jī)械零件，構(gòu)成具備套圈和與套圈接 觸的配置于圓環(huán)狀的軌道上的滾動(dòng)體的滾動(dòng)軸承。即，套圈和滾動(dòng)體中的至少一方為上述 的本發(fā)明的一種形式的機(jī)械零件。通過(guò)具備表面層因?qū)嵤┨嫉矟B而被強(qiáng)化且制造成本降 低了的本發(fā)明的一種形式的機(jī)械零件，如果采用該滾動(dòng)軸承，可以提供制造成本降低且長(zhǎng) 壽命的滾動(dòng)軸承。另一方面，像上述的非專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)1中所記載的將未分解氨濃度作為 參數(shù)的碳氮共滲處理方法那樣，碳氮共滲處理中被供給至熱處理爐內(nèi)的氨供給量變化的情 況下，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生被處理物的表層部中碳過(guò)度滲入的過(guò)滲碳組織、含碳量低下的脫碳組織、 析出物(碳化物、碳氮化物等)消失的組織等不良組織，存在妨礙被處理物品質(zhì)的穩(wěn)定的問(wèn) 題。針對(duì)這一問(wèn)題，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了基于以下的本發(fā)明的另一種形式的碳氮共滲方法以及 利用該方法的本發(fā)明的另一種形式的機(jī)械零件的制造方法及機(jī)械零件的該問(wèn)題的解決方 法。本發(fā)明的另一種形式的碳氮共滲方法具備以下的工序控制熱處理爐內(nèi)的氣氛的 氣氛控制工序；控制在熱處理爐內(nèi)被處理物被賦予的溫度歷程的加熱方式控制工序。氣氛 控制工序包含以下的步驟通過(guò)調(diào)節(jié)被供給至熱處理爐內(nèi)的氨供給量來(lái)控制熱處理爐內(nèi)的 未分解氨濃度的未分解氨濃度控制步驟；控制熱處理爐內(nèi)的一氧化碳和二氧化碳中的至少 一方的分壓的分壓控制步驟。而且，分壓控制步驟中，在氨供給量在未分解氨濃度控制步驟 中被改變且一氧化碳的分壓和二氧化碳的分壓的比、即分壓比變化的情況下，改變一氧化 碳和二氧化碳中的至少一方的分壓，從而消除從氨供給量改變前的分壓比向氨供給量改變 后的分壓比的變化。本發(fā)明人對(duì)于熱處理爐內(nèi)的氣氛的控制狀態(tài)和被處理物的表層部的不良組織的 產(chǎn)生的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的研究。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)改變被供給至熱處理爐內(nèi)的氨供給量(流量)的情況下，對(duì)滲碳行為產(chǎn)生影響的一氧化碳和二氧化碳的分壓比隨之變化，因此如果 不實(shí)施充分考慮到該情況的氣氛控制，則無(wú)法按照預(yù)期控制碳向被處理物的表層部的滲入 行為，產(chǎn)生不良組織。而且，發(fā)現(xiàn)在碳氮共滲處理中，改變氨供給量的情況下，通過(guò)改變一氧 化碳和二氧化碳中的至少一方的分壓來(lái)立即消除一氧化碳和二氧化碳的分壓比的變化，可 以抑制不良組織的產(chǎn)生，從而想到了本發(fā)明。S卩，如果采用本發(fā)明的另一種形式的碳氮共滲方法，則將熱處理爐內(nèi)的未分解氨 濃度作為參數(shù)調(diào)節(jié)氨供給量，調(diào)整滲入被處理物的氮量。而且，因該氨供給量的調(diào)節(jié)而氨供 給量變化的情況下，可以使隨之變化的一氧化碳和二氧化碳的分壓比盡快回復(fù)到變化前的 狀態(tài)。其結(jié)果是，該分壓比成為參數(shù)，可以高精度地控制直接影響被處理物的滲碳行為(參 照式(1)和式(3))的熱處理爐內(nèi)的碳勢(shì)(Cp)值和被處理物中的碳的活度(知)等，能夠抑 制不良組織的產(chǎn)生，使被處理物的品質(zhì)穩(wěn)定。上述本發(fā)明的另一種形式的碳氮共滲方法中，理想的是，未分解氨濃度控制步驟 中，測(cè)定熱處理爐內(nèi)的未分解氨濃度，基于未分解氨濃度和被處理物的表層部中的氮濃度 的關(guān)系，調(diào)節(jié)被供給至熱處理爐內(nèi)的氨的流量，從而控制被處理物的表層部中的氮濃度。由此，可以高精度地控制熱處理爐內(nèi)的氣氛中的未分解氨濃度，高精度地控制滲 入被處理物的氮量。上述本發(fā)明的另一種形式的碳氮共滲方法中，理想的是，未分解氨濃度控制步驟 中的氨供給量的改變?cè)诎惫┙o量的改變前所實(shí)施的前一次氨供給量的改變后被供給至熱 處理爐的滲碳?xì)怏w的20°C、1. 05大氣壓時(shí)的體積達(dá)到熱處理爐的容積以上之后實(shí)施。本發(fā)明人對(duì)于抑制氨供給量的變化對(duì)一氧化碳和二氧化碳的分壓比的控制精度 的影響的方法進(jìn)行了認(rèn)真研究。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)存在未分解氨濃度的控制通常所需的程度 的氨供給量的變化的情況下，為了使隨之變化了的一氧化碳和二氧化碳的分壓比回復(fù)至氨 供給量的變化前的狀態(tài)，必須供給20°C、1. 05大氣壓時(shí)熱處理爐的容積以上的滲碳?xì)怏w。因此，由于確認(rèn)滿足了上述的條件后再進(jìn)行氨供給量的變化，因而上述分壓比回 復(fù)至前一次氨供給量的改變前的狀態(tài)后，進(jìn)行新的氨供給量的改變。其結(jié)果是，上述本發(fā)明 的另一種形式的碳氮共滲方法中，CP、等的控制變得更容易，不良組織的產(chǎn)生進(jìn)一步得到 抑制。在這里，作為本發(fā)明的碳氮共滲方法中所使用的滲碳?xì)怏w，例如可以使用RX氣體 和富化氣的混合氣體。此外，上述的一氧化碳和二氧化碳的分壓比的控制可以通過(guò)調(diào)節(jié)作 為富化氣的丙烷(C3H8)氣體、丁烷(C4Hltl)氣體等的供給量(流量)來(lái)實(shí)施。本發(fā)明的另一種形式的機(jī)械零件的制造方法具備以下的工序準(zhǔn)備成形為機(jī)械零 件的大致形狀的鋼制構(gòu)件的鋼制構(gòu)件準(zhǔn)備工序；對(duì)于鋼制構(gòu)件準(zhǔn)備工序中所準(zhǔn)備的鋼制構(gòu) 件，在實(shí)施碳氮共滲處理后，從A1點(diǎn)以上的溫度冷卻至Ms點(diǎn)以下的溫度，從而將鋼制構(gòu)件淬 火硬化的淬火硬化工序。而且，淬火硬化工序中的碳氮共滲處理使用上述的本發(fā)明的另一 種形式的碳氮共滲方法實(shí)施。如果采用本發(fā)明的另一種形式的機(jī)械零件的制造方法，則在淬火硬化工序中采用 可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的碳氮共滲處理的上述的本發(fā)明的另一種形式的碳氮共滲方法，從而可以制造 具有穩(wěn)定的品質(zhì)的機(jī)械零件。上述本發(fā)明的另一種形式的機(jī)械零件可以被用作構(gòu)成軸承的零件。表面層通過(guò)實(shí)施碳氮共滲而被強(qiáng)化且品質(zhì)穩(wěn)定的本發(fā)明的另一種形式的機(jī)械零件適合作為要求疲勞強(qiáng) 度、耐磨損性等的構(gòu)成軸承的零件。另外，可以使用上述的本發(fā)明的另一種形式的機(jī)械零件，構(gòu)成具備套圈和與套圈 接觸的配置于圓環(huán)狀的軌道上的滾動(dòng)體的滾動(dòng)軸承。即，套圈和滾動(dòng)體中的至少一方為上 述的本發(fā)明的另一種形式的機(jī)械零件。通過(guò)具備表面層因?qū)嵤┨嫉矟B而被強(qiáng)化且品質(zhì)穩(wěn) 定的本發(fā)明的另一種形式的機(jī)械零件，如果采用該滾動(dòng)軸承，可以提供品質(zhì)穩(wěn)定且長(zhǎng)壽命 的滾動(dòng)軸承。在這里，上述本發(fā)明的一種形式和另一種形式的碳氮共滲方法、機(jī)械零件的制造 方法及機(jī)械零件可以分別單獨(dú)地實(shí)施，也可以將兩者組合實(shí)施。由以上的說(shuō)明可知，如果采用本發(fā)明的一種方式的碳氮共滲方法，則能夠提供可 以使氮的滲入速度提高而實(shí)現(xiàn)碳氮共滲處理的高效化的碳氮共滲方法。此外，如果采用本 發(fā)明的一種方式的機(jī)械零件的制造方法，則能夠提供可以通過(guò)實(shí)施高效的碳氮共滲處理而 降低制造成本的機(jī)械零件的制造方法。此外，如果采用本發(fā)明的一種方式的機(jī)械零件，則能 夠提供通過(guò)實(shí)施高效的碳氮共滲處理而降低了制造成本的機(jī)械零件。附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1是表示具備實(shí)施方式1和實(shí)施方式2的機(jī)械零件的作為滾動(dòng)軸承的深溝球軸 承的結(jié)構(gòu)的截面簡(jiǎn)圖。圖2是表示具備實(shí)施方式1和實(shí)施方式2的第1變形例的機(jī)械零件的作為滾動(dòng)軸 承的推力滾針軸承的結(jié)構(gòu)的截面簡(jiǎn)圖。圖3是表示具備實(shí)施方式1和實(shí)施方式2的第2變形例的機(jī)械零件的等速萬(wàn)向節(jié) 的結(jié)構(gòu)的局部截面簡(jiǎn)圖。圖4是沿圖3的線段IV - IV的截面簡(jiǎn)圖。圖5是表示圖3的等速萬(wàn)向節(jié)形成角度的狀態(tài)的局部截面簡(jiǎn)圖。圖6是表示實(shí)施方式1和實(shí)施方式2的機(jī)械零件及具備該機(jī)械零件的機(jī)械元件的 制造方法的概要的圖。圖7是用于對(duì)實(shí)施方式1和實(shí)施方式2的機(jī)械零件的制造方法所包含的淬火硬化 工序進(jìn)行具體說(shuō)明的圖。圖8是表示圖7的碳氮共滲程序所包含的加熱方式控制工序中的加熱方式(被處 理物被賦予的溫度歷程)的一例的圖。圖9是表示實(shí)施方式2的碳氮共滲程序具備的分壓控制步驟所包含的一氧化碳和 二氧化碳的分壓比的控制方法的一例的圖。圖10是表示實(shí)施方式2中圖7的碳氮共滲程序具備的未分解氨濃度控制步驟的 氨供給量調(diào)節(jié)過(guò)程所包含的氨供給量的控制方法的一例的圖。圖11是表示在碳氮共滲處理時(shí)間9000秒、ae值1. 0的條件下實(shí)施碳氮共滲處理 的情況下的熱處理爐內(nèi)的未分解氨量和向被處理物的氮滲入量(從被處理物的單位表面 積滲入被處理物的內(nèi)部的氮的質(zhì)量)的關(guān)系的圖。圖12是表示3個(gè)水平的值時(shí)的Y值和氮滲入速度的關(guān)系的圖。圖13是表示改變碳氮共滲時(shí)間和Y的值的情況下的氮滲入量的變化的圖。圖14是表示被處理物的各深度的碳氮共滲時(shí)間和氮的活度的關(guān)系的圖。
圖15是表示使t2為、的1/2時(shí)的Cp值的穩(wěn)定性的圖。圖16是表示使t2與、相等時(shí)的Cp值的穩(wěn)定性的圖。圖17是表示使t2為、的2倍時(shí)的Cp值的穩(wěn)定性的圖。圖18是表示到氨氣供給流量被改變?yōu)橹沟臅r(shí)間t2相對(duì)于與熱處理爐的容量相同 體積(20°C，1. 05大氣壓)的滲碳?xì)怏w被供給至熱處理爐所需要的時(shí)間、的比例T對(duì)Cp 值被保持于目標(biāo)值的時(shí)間相對(duì)于碳氮共滲處理時(shí)間的比例、即Cp值穩(wěn)定時(shí)間比例的影響的 圖。符號(hào)的說(shuō)明1 深溝球軸承，2 推力滾針軸承，3 等速萬(wàn)向節(jié)，11 外圈，1IA 外圈滾動(dòng)面，12 內(nèi)圈，12A 內(nèi)圈滾動(dòng)面，13 球，14 保持架，21 套圈，21A 套圈滾動(dòng)面，23 滾針，24 保持 架，31 內(nèi)圈，31A 內(nèi)圈球溝，32 外圈，32A 外圈球溝，33 球，34 保持架，35、36 軸。實(shí)施發(fā)明的最佳方式以下，基于附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。另外，以下的附圖中，對(duì)于相同或 相當(dāng)?shù)牟糠植捎孟嗤膮⒄站幪?hào)，其說(shuō)明不再重復(fù)。(實(shí)施方式1)參照?qǐng)D1，對(duì)作為本發(fā)明的一種形式的一實(shí)施方式的實(shí)施方式1的作為滾動(dòng)軸承 的深溝球軸承進(jìn)行說(shuō)明。參照?qǐng)D1，實(shí)施方式1的深溝球軸承1具備環(huán)狀的外圈11、配置于外圈11的內(nèi)側(cè) 的環(huán)狀的內(nèi)圈12以及配置于外圈11和內(nèi)圈12之間的保持于圓環(huán)狀的保持架14的作為滾 動(dòng)體的多個(gè)球13。在外圈11的內(nèi)周面形成有外圈滾動(dòng)面11A，在內(nèi)圈12的外周面形成有 內(nèi)圈滾動(dòng)面12A。并且，外圈11和內(nèi)圈12以內(nèi)圈滾動(dòng)面12A和外圈滾動(dòng)面1IA相互對(duì)向的 狀態(tài)配置。另外，多個(gè)球13與內(nèi)圈滾動(dòng)面12A和外圈滾動(dòng)面IlA接觸且通過(guò)保持架14在 圓周方向上以規(guī)定的間距配置，從而以可自由滾動(dòng)的狀態(tài)保持在圓環(huán)狀的軌道上。通過(guò)以 上的結(jié)構(gòu)，深溝球軸承1的外圈11和內(nèi)圈13可以相互相對(duì)地旋轉(zhuǎn)。在這里，作為機(jī)械零件的外圈11、內(nèi)圈12、球13和保持架14中，特別是對(duì)于外圈 11、內(nèi)圈12和球13要求滾動(dòng)疲勞強(qiáng)度和耐磨損性。因此，通過(guò)它們中的至少1個(gè)采用本發(fā) 明的一種形式的機(jī)械零件，可以在降低深溝球軸承1的制造成本的同時(shí)，延長(zhǎng)深溝球軸承1 的壽命。參照?qǐng)D2，對(duì)實(shí)施方式1的第1變形例的作為滾動(dòng)軸承的推力滾針軸承進(jìn)行說(shuō)明。參照?qǐng)D2，實(shí)施方式1的第1變形例的推力滾針軸承2具有圓盤狀的形狀，具備以 一個(gè)主面相互對(duì)向的狀態(tài)配置的作為滾動(dòng)構(gòu)件的一對(duì)套圈21、作為滾動(dòng)構(gòu)件的多個(gè)滾針 23以及圓環(huán)狀的保持架24。多個(gè)滾針23與形成于一對(duì)套圈21的相互對(duì)向的主面的套圈 滾動(dòng)面21A接觸且通過(guò)保持架24在圓周方向上以規(guī)定的間距配置，從而以可自由滾動(dòng)的狀 態(tài)保持在圓環(huán)狀的軌道上。通過(guò)以上的結(jié)構(gòu)，推力滾針軸承2的一對(duì)套圈21可以相互相對(duì) 地旋轉(zhuǎn)。在這里，作為機(jī)械零件的套圈21、滾針23和保持架24中，特別是對(duì)于套圈21、滾 針23要求滾動(dòng)疲勞強(qiáng)度和耐磨損性。因此，通過(guò)它們中的至少1個(gè)采用本發(fā)明的一種形式 的機(jī)械零件，可以在降低推力滾針軸承2的制造成本的同時(shí)，延長(zhǎng)推力滾針軸承2的壽命。參照?qǐng)D3 圖5，對(duì)實(shí)施方式1的第2變形例的等速萬(wàn)向節(jié)進(jìn)行說(shuō)明。另外，圖3對(duì)應(yīng)于沿圖4的線段III - III的截面簡(jiǎn)圖。參照?qǐng)D3 圖5，實(shí)施方式1的第2變形例的等速萬(wàn)向節(jié)3具備連結(jié)于軸35的內(nèi) 圈31、以包圍內(nèi)圈31的外周側(cè)的狀態(tài)配置的連結(jié)于軸36的外圈32、配置于內(nèi)圈31和外圈 32間的轉(zhuǎn)矩傳遞用的球33以及保持球33的保持架34。球33與形成于內(nèi)圈31的外周面 的內(nèi)圈球溝31A和形成于外圈32的內(nèi)周面的外圈球溝32A接觸地配置，通過(guò)保持架34保 持，使其不會(huì)脫落。如圖3所示，分別形成于內(nèi)圈31的外周面和外圈32的內(nèi)周面的內(nèi)圈球溝3IA和 外圈球溝32A在通過(guò)軸35和軸36的中央的軸位于一條直線上的狀態(tài)下分別形成以在該 軸上的左右距離該軸上的萬(wàn)向節(jié)中心0相同距離的點(diǎn)A和點(diǎn)B為曲率中心的曲線(圓弧) 狀。S卩，內(nèi)圈球溝31A和外圈球溝32A分別以接觸內(nèi)圈球溝31A和外圈球溝32A滾動(dòng)的球 33的中心P的軌跡形成在點(diǎn)A(內(nèi)圈中心A)和點(diǎn)B(外圈中心B)具有曲率中心的曲線(圓 弧)的狀態(tài)形成。由此，等速萬(wàn)向節(jié)形成角度的情況(等速萬(wàn)向節(jié)以通過(guò)軸35和軸36的 中央的軸交叉的狀態(tài)動(dòng)作的情況)下，球33 —直位于通過(guò)軸35和軸36的中央的軸形成的 角(ZAOB)的平分線上。下面，對(duì)等速萬(wàn)向節(jié)3的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。參照?qǐng)D3和圖4，等速萬(wàn)向節(jié)3中，如果軸 系的旋轉(zhuǎn)傳遞至軸35、36的一方，則通過(guò)嵌入于內(nèi)圈球溝31A和外圈球溝32A的球33，該 旋轉(zhuǎn)被傳遞至軸35、36的另一方。在這里，如圖5所示軸35、36形成角度θ的情況下，球 33被所述的在內(nèi)圈中心A和外圈中心B具有曲率中心的內(nèi)圈球溝31Α和外圈球溝32Α引 導(dǎo)，被保持于中心P在Z AOB的平分線上的位置。在這里，內(nèi)圈球溝31Α和外圈球溝32Α以 從萬(wàn)向節(jié)中心0至內(nèi)圈中心A的距離和至外圈中心B的距離相等的狀態(tài)形成，因此從球33 的中心P至內(nèi)圈中心A和外圈中心B的距離分別相等，Δ0ΑΡ和Δ0ΒΡ全等。其結(jié)果是，從 球33的中心P至軸35、36的距離L相等，軸35、36的一方繞軸旋轉(zhuǎn)的情況下，另一方也等 速地旋轉(zhuǎn)。如上所述，等速萬(wàn)向節(jié)3在35、36形成角度θ的情況下也可以確保等速性。另 外，保持架34在軸35、36旋轉(zhuǎn)時(shí)與內(nèi)圈球溝31Α和外圈球溝32Α —起防止球33從內(nèi)圈球 溝31Α和外圈球溝32Α飛出的同時(shí)，起到確定等速萬(wàn)向節(jié)3的萬(wàn)向節(jié)中心0的作用。在這里，作為機(jī)械零件的外圈31、內(nèi)圈32、球33和保持架34中，特別是對(duì)于外圈 31、內(nèi)圈32和球33要求滾動(dòng)疲勞強(qiáng)度和耐磨損性。因此，通過(guò)它們中的至少1個(gè)采用本發(fā) 明的一種形式的機(jī)械零件，可以在降低等速萬(wàn)向節(jié)3的制造成本的同時(shí)，延長(zhǎng)等速萬(wàn)向節(jié)3 的壽命。下面，對(duì)作為本發(fā)明的一種形式的機(jī)械零件的制造方法的一實(shí)施方式的實(shí)施方式 1的上述機(jī)械零件及具備上述機(jī)械零件的滾動(dòng)軸承、等速萬(wàn)向節(jié)等機(jī)械元件的制造方法進(jìn) 行說(shuō)明。參照?qǐng)D6，首先實(shí)施準(zhǔn)備由含有0. 8質(zhì)量％以上的碳的鋼形成且成形為機(jī)械零件的 大致形狀的鋼制構(gòu)件的鋼制構(gòu)件準(zhǔn)備工序。具體來(lái)說(shuō)，例如準(zhǔn)備以含有0. 8質(zhì)量％以上的 碳的棒鋼為原材料，對(duì)于該棒鋼實(shí)施切斷、鍛造、車削等加工，從而成形為作為機(jī)械零件的 外圈11、套圈21、外圈31等機(jī)械零件的大致形狀的鋼制構(gòu)件。接著，實(shí)施對(duì)于鋼制構(gòu)件準(zhǔn)備工序中所準(zhǔn)備的鋼制構(gòu)件，在實(shí)施碳氮共滲處理后， 從~點(diǎn)以上的溫度冷卻至Ms點(diǎn)以下的溫度，從而將鋼制構(gòu)件淬火硬化的淬火硬化工序。對(duì) 于該淬火硬化工序在后面進(jìn)行詳細(xì)敘述。接著，對(duì)于實(shí)施了淬火硬化工序的鋼制構(gòu)件，實(shí)施通過(guò)加熱至A1點(diǎn)以下的溫度而使淬火硬化了的鋼制構(gòu)件的韌性等提高的回火工序。具體來(lái)說(shuō)，淬火硬化了的鋼制構(gòu)件被 加熱至作為A1點(diǎn)以下的溫度的150°C 350°C的溫度，例如180°C，保持30分鐘 240分鐘 的時(shí)間，例如120分鐘，然后在室溫的空氣中冷卻(空氣冷卻)。然后，對(duì)于實(shí)施了回火工序的鋼制構(gòu)件，實(shí)施進(jìn)行精加工等的精加工工序。具體來(lái) 說(shuō)，例如實(shí)施對(duì)于實(shí)施了回火工序的鋼制構(gòu)件的內(nèi)圈滾動(dòng)面12A、套圈滾動(dòng)面21A、外圈球 溝32A等的磨削加工。由此，本發(fā)明的實(shí)施方式1的機(jī)械零件完成，本發(fā)明的實(shí)施方式1的 機(jī)械零件的制造方法完結(jié)。然后，實(shí)施組合完成的機(jī)械零件來(lái)組裝機(jī)械元件的組裝工序。具 體來(lái)說(shuō)，組合通過(guò)上述的工序制成的作為本發(fā)明的一種形式的機(jī)械零件的例如外圈11、內(nèi) 圈12、球13和保持架14，組裝深溝球軸承1。由此，制成具備本發(fā)明的一種形式的機(jī)械零件 的機(jī)械元件。下面，參照?qǐng)D7和圖8，對(duì)實(shí)施方式1的機(jī)械零件的制造方法所包含的淬火硬化工 序進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖8中，橫向表示時(shí)間，越向右經(jīng)過(guò)時(shí)間越長(zhǎng)。此外，圖8中，縱向表示溫 度，越向上溫度越高。參照?qǐng)D7，本發(fā)明的實(shí)施方式1的機(jī)械零件的制造方法的淬火硬化工序中，采用本 發(fā)明的實(shí)施方式1的碳氮共滲方法實(shí)施碳氮共滲程序。本發(fā)明的實(shí)施方式1的碳氮共滲方 法中，首先實(shí)施作為被處理物的鋼制構(gòu)件被碳氮共滲的碳氮共滲程序。然后，實(shí)施鋼制構(gòu)件 被從A1點(diǎn)以上的溫度冷卻至Ms點(diǎn)以下的溫度的冷卻程序。碳氮共滲程序具備以下的工序控制熱處理爐內(nèi)的氣氛的氣氛控制工序；控制在 熱處理爐內(nèi)被處理物被賦予的溫度歷程的加熱方式控制工序。該氣氛控制工序和加熱方式 控制工序可以獨(dú)立且平行地實(shí)施。而且，氣氛控制工序包含以下的步驟控制熱處理爐內(nèi)的 未分解氨濃度的未分解氨濃度控制步驟；控制熱處理爐內(nèi)的一氧化碳和二氧化碳中的至少 一方的分壓的分壓控制步驟。分壓控制步驟中，參照式(1) (3)，通過(guò)控制熱處理爐內(nèi)的一氧化碳和二氧化碳 中的至少一方的分壓，控制a。值來(lái)調(diào)整、值的同時(shí)，調(diào)整Cp值。另外，氣氛控制工序中，以 Y的值在2 5的范圍內(nèi)的條件實(shí)施未分解氨濃度控制步驟和分壓控制步驟。具體來(lái)說(shuō)，未分解氨濃度控制步驟中，首先實(shí)施測(cè)定熱處理爐內(nèi)的未分解氨濃度 的未分解氨濃度測(cè)定過(guò)程。未分解氨濃度的測(cè)定例如可以使用氣相色譜儀實(shí)施。接著，實(shí) 施基于未分解氨濃度測(cè)定過(guò)程中測(cè)定的未分解氨濃度判斷是否需要實(shí)施增減向熱處理爐 的氨氣供給量的氨供給量調(diào)節(jié)過(guò)程的未分解氨濃度判斷過(guò)程。該判斷通過(guò)比較以Y的值 達(dá)到2 5的范圍條件預(yù)先確定的目標(biāo)未分解氨濃度和測(cè)定的未分解氨濃度來(lái)實(shí)施。未分解氨濃度未達(dá)到目標(biāo)未分解氨濃度的情況下，實(shí)施用于增減熱處理爐內(nèi)的未 分解氨濃度的氨供給量調(diào)節(jié)過(guò)程后，再次實(shí)施未分解氨濃度測(cè)定過(guò)程。氨供給量調(diào)節(jié)過(guò)程 可以如下實(shí)施對(duì)于單位時(shí)間從通過(guò)管道連接于熱處理爐的氨氣高壓儲(chǔ)氣瓶流入熱處理爐 的氨的量(氨氣的流量)，通過(guò)安裝于該管道上的具備質(zhì)量流量控制器等的流量控制裝置 進(jìn)行調(diào)節(jié)。即，測(cè)定的未分解氨濃度高于目標(biāo)未分解氨濃度的情況下，使上述流量降低，低 于目標(biāo)未分解氨濃度的情況下，使上述流量增加，從而實(shí)施氨供給量調(diào)節(jié)過(guò)程。該氨供給量 調(diào)節(jié)過(guò)程中，測(cè)定的未分解氨濃度和目標(biāo)未分解氨濃度之間存在規(guī)定的差的情況下，對(duì)于 使流量增減多少，可以基于預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的氨氣流量的增減和未分解氨濃度的增減的 關(guān)系來(lái)確定。
另一方面，未分解氨濃度達(dá)到目標(biāo)未分解氨濃度的情況下，不實(shí)施氨供給量調(diào)節(jié) 過(guò)程，再次實(shí)施未分解氨濃度測(cè)定過(guò)程。分壓控制步驟中，通過(guò)調(diào)節(jié)作為富化氣的丙烷(C3H8)氣體、丁烷氣體(C4H1(i)氣體 等的供給量，控制CO和co2的分壓中的至少任一方的分壓，調(diào)整&值。具體來(lái)說(shuō)，例如使用 紅外線氣體濃度測(cè)定裝置測(cè)定氣氛中的一氧化碳的分壓和二氧化碳的分壓PTO2接著，基 于該測(cè)定值，調(diào)節(jié)作為富化氣的丙烷(c3H8)氣體、丁烷氣體(C4H1(i)氣體等的供給量，使&值 達(dá)到目標(biāo)值。y的值可以在通過(guò)未分解氨濃度控制步驟使未分解氨濃度保持恒定的狀態(tài)下通 過(guò)分壓控制步驟改變ac值來(lái)進(jìn)行控制，也可以相反地在通過(guò)分壓控制步驟使ac值保持恒定 的狀態(tài)下通過(guò)未分解氨濃度控制步驟改變未分解氨濃度來(lái)進(jìn)行控制。此外，可以通過(guò)未分 解氨濃度控制步驟和分壓控制步驟改變未分解氨濃度和&值來(lái)控制Y的值。另外，上述、的值接近5的情況下，為了將氮向被處理物的滲入速度可靠地保持 在最高的狀態(tài)，需要嚴(yán)密的氣氛控制。為了使氣氛控制變得容易，上述Y的值較好是在4. 7 以下。另一方面，從氮的滲入速度的角度來(lái)看，雖然可以使、的值小到2，但為此需要加大 導(dǎo)入熱處理爐內(nèi)的氨氣的流量。但是，氨氣的成本較高，因此為了降低碳氮共滲的成本，、 的值較好是在2.5以上。加熱方式控制工序中，控制作為被處理物的鋼制構(gòu)件被賦予的溫度歷程。具體來(lái) 說(shuō)，如圖8所示，鋼制構(gòu)件在通過(guò)上述的氣氛控制工序和分壓控制步驟控制的氣氛中被加 熱至作為A:點(diǎn)以上的溫度的800°C 1000°C的溫度，例如850°C，保持60分鐘 300分鐘 的時(shí)間，例如150分鐘。經(jīng)過(guò)該保持時(shí)間后加熱方式控制工序即結(jié)束，同時(shí)氣氛控制工序也終止。然后，實(shí)施通過(guò)將鋼制構(gòu)件在油中浸漬(油冷)而從~點(diǎn)以上的溫度冷卻至禮點(diǎn) 以下的溫度的冷卻程序。通過(guò)以上的程序，鋼制構(gòu)件的表層部被碳氮共滲的同時(shí)淬火硬化。 由此，實(shí)施方式1的淬火硬化工序完成。如上所述，如果采用實(shí)施方式1的碳氮共滲方法，則對(duì)于由含有0.8質(zhì)量％以上的 碳的鋼形成的被處理物，、的值被控制在2 5的范圍內(nèi)，因此可以在抑制熏黑的發(fā)生的 同時(shí)，使氮向被處理物的滲入速度最大。其結(jié)果是，氮向被處理物的滲入速度提高，實(shí)現(xiàn)碳 氮共滲處理的高效化。另外，如果采用實(shí)施方式1的碳氮共滲方法，則未分解氨濃度以基于熱處理爐內(nèi) 的未分解氨濃度的測(cè)定值研究是否需要調(diào)整氨供給量而使未分解氨濃度達(dá)到目標(biāo)濃度的 方式進(jìn)行控制。因此，可以高精度地控制熱處理爐內(nèi)的氣氛中的未分解氨濃度。其結(jié)果是， 上述的氣氛控制工序中的熱處理爐內(nèi)的Y值的控制變得容易。此外，如果采用實(shí)施方式1的機(jī)械零件的制造方法，則可以制造制造成本降低且 實(shí)施了碳氮共滲處理的機(jī)械零件。此外，實(shí)施方式1的機(jī)械零件是制造成本降低且實(shí)施了 碳氮共滲處理的機(jī)械零件。此外，本發(fā)明的一種形式的碳氮共滲方法中，較好是基于根據(jù)構(gòu)成作為被處理物 的鋼制構(gòu)件的鋼的組成確定的Y的值及碳氮共滲時(shí)間與距離被處理物的表面規(guī)定深度的 區(qū)域內(nèi)的氮濃度的關(guān)系，確定碳氮共滲時(shí)間。具體來(lái)說(shuō)，在規(guī)定的Y值的基礎(chǔ)上，由某種組 成的鋼形成的試驗(yàn)片在熱處理爐中以各種碳氮共滲時(shí)間實(shí)際進(jìn)行碳氮共滲，確定各深度的區(qū)域內(nèi)的碳氮共滲時(shí)間和氮濃度的關(guān)系。這時(shí)，熱處理方式、特別是~點(diǎn)以上的溫度區(qū)域 內(nèi)的升溫和降溫相對(duì)于時(shí)間的比例(升溫速度和降溫速度)與實(shí)際進(jìn)行熱處理的鋼制構(gòu)件 的升溫速度和降溫速度的差較好是在50%以下。各深度的區(qū)域內(nèi)的氮濃度可以通過(guò)例如 EPMA(Electron Probe Micro Analysis，電子探針微區(qū)分析)進(jìn)行測(cè)定。并且，將作為被處 理物的鋼制構(gòu)件碳氮共滲時(shí)，考慮該被處理物的碳氮共滲后的加工工序、之后的使用狀態(tài) 等確定需要控制氮濃度的深度，基于上述的關(guān)系以需要控制氮濃度的深度的氮濃度達(dá)到所 需的濃度的條件確定碳氮共滲時(shí)間。上述Y的值及碳氮共滲時(shí)間與距離被處理物的表面規(guī)定深度的區(qū)域內(nèi)的氮濃度 的關(guān)系根據(jù)構(gòu)成被處理物的鋼的組成確定，因此通過(guò)預(yù)先確定該關(guān)系，對(duì)于同一組成的被 處理物，在被處理物的形狀等變化了的情況下，也可以基于該關(guān)系確定碳氮共滲時(shí)間。由 此，可以容易地控制被處理物中重要的所需深度的區(qū)域內(nèi)的含氮量。(實(shí)施方式2)下面，參照?qǐng)D1，對(duì)作為本發(fā)明的另一種形式的一實(shí)施方式的實(shí)施方式2的作為滾 動(dòng)軸承的深溝球軸承進(jìn)行說(shuō)明。參照?qǐng)D1，實(shí)施方式2的深溝球軸承1基本上具有與實(shí)施方式1的深溝球軸承1同 樣的結(jié)構(gòu)，可以同樣地動(dòng)作。在這里，作為機(jī)械零件的外圈11、內(nèi)圈12、球13和保持架14中，特別是對(duì)于外圈 11、內(nèi)圈12和球13要求滾動(dòng)疲勞強(qiáng)度和耐磨損性。因此，通過(guò)它們中的至少1個(gè)采用本發(fā) 明的另一種形式的機(jī)械零件，可以在使深溝球軸承1的品質(zhì)穩(wěn)定的同時(shí)，延長(zhǎng)其壽命。下面，參照?qǐng)D2，對(duì)作為本發(fā)明的另一種形式的一實(shí)施方式的實(shí)施方式2的第1變 形例的作為滾動(dòng)軸承的推力滾針軸承進(jìn)行說(shuō)明。參照?qǐng)D2，實(shí)施方式2的第1變形例的推力滾針軸承2基本上具有與上述的實(shí)施方 式1的第1變形例的推力滾針軸承2同樣的結(jié)構(gòu)，可以同樣地動(dòng)作。在這里，作為機(jī)械零件的套圈21、滾針23和保持架24中，特別是對(duì)于套圈21、滾 針23要求滾動(dòng)疲勞強(qiáng)度和耐磨損性。因此，通過(guò)它們中的至少1個(gè)采用本發(fā)明的另一種形 式的機(jī)械零件，可以在使推力滾針軸承2的品質(zhì)穩(wěn)定的同時(shí)，延長(zhǎng)其壽命。下面，參照?qǐng)D3 圖5，對(duì)作為本發(fā)明的另一種形式的一實(shí)施方式的實(shí)施方式2的 第2變形例的等速萬(wàn)向節(jié)進(jìn)行說(shuō)明。參照?qǐng)D3 圖5，實(shí)施方式2的第2變形例的等速萬(wàn)向節(jié)3基本上具有與上述的實(shí) 施方式1的第2變形例的等速萬(wàn)向節(jié)3同樣的結(jié)構(gòu)，可以同樣地動(dòng)作。在這里，作為機(jī)械零件的外圈31、內(nèi)圈32、球33和保持架34中，特別是對(duì)于外圈 31、內(nèi)圈32和球33要求滾動(dòng)疲勞強(qiáng)度和耐磨損性。因此，通過(guò)它們中的至少1個(gè)采用本發(fā) 明的另一種形式的機(jī)械零件，可以在使等速萬(wàn)向節(jié)3的品質(zhì)穩(wěn)定的同時(shí)，延長(zhǎng)其壽命。下面，對(duì)作為本發(fā)明的另一種形式的機(jī)械零件的制造方法的一實(shí)施方式的實(shí)施方 式2的上述機(jī)械零件及具備上述機(jī)械零件的滾動(dòng)軸承、等速萬(wàn)向節(jié)等機(jī)械元件的制造方法 進(jìn)行說(shuō)明。參照?qǐng)D6，首先實(shí)施準(zhǔn)備成形為機(jī)械零件的大致形狀的鋼制構(gòu)件的鋼制構(gòu)件準(zhǔn)備 工序。具體來(lái)說(shuō)，例如準(zhǔn)備以棒鋼為原材料，對(duì)于該棒鋼實(shí)施切斷、鍛造、車削等加工，從而 成形為作為機(jī)械零件的外圈11、套圈21、外圈31等機(jī)械零件的大致形狀的鋼制構(gòu)件。接著，實(shí)施對(duì)于鋼制構(gòu)件準(zhǔn)備工序中所準(zhǔn)備的鋼制構(gòu)件，在實(shí)施碳氮共滲處理后，
13JAA1點(diǎn)以上的溫度冷卻至Ms點(diǎn)以下的溫度，從而將鋼制構(gòu)件淬火硬化的淬火硬化工序。對(duì) 于該淬火硬化工序在后面進(jìn)行詳細(xì)敘述。接著，對(duì)于實(shí)施了淬火硬化工序的鋼制構(gòu)件，實(shí)施通過(guò)加熱至A1點(diǎn)以下的溫度而 使淬火硬化了的鋼制構(gòu)件的韌性等提高的回火工序。具體來(lái)說(shuō)，淬火硬化了的鋼制構(gòu)件被 加熱至作為A1點(diǎn)以下的溫度的150°C 350°C的溫度，例如180°C，保持30分鐘 240分鐘 的時(shí)間，例如120分鐘，然后在室溫的空氣中冷卻(空氣冷卻)。然后，對(duì)于實(shí)施了回火工序的鋼制構(gòu)件，實(shí)施進(jìn)行精加工等的精加工工序。具體來(lái) 說(shuō)，例如實(shí)施對(duì)于實(shí)施了回火工序的鋼制構(gòu)件的內(nèi)圈滾動(dòng)面12A、套圈滾動(dòng)面21A、外圈球 溝32A等的磨削加工。由此，本發(fā)明的實(shí)施方式2的機(jī)械零件完成，本發(fā)明的實(shí)施方式2的 機(jī)械零件的制造方法完結(jié)。然后，實(shí)施組合完成的機(jī)械零件來(lái)組裝機(jī)械元件的組裝工序。具 體來(lái)說(shuō)，組合通過(guò)上述的工序制成的作為本發(fā)明的另一種形式的機(jī)械零件的例如外圈11、 內(nèi)圈12、球13和保持架14，組裝深溝球軸承1。由此，制成具備本發(fā)明的另一種形式的機(jī)械 零件的機(jī)械元件。下面，參照?qǐng)D7 圖9，對(duì)實(shí)施方式2的機(jī)械零件的制造方法所包含的淬火硬化工 序進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。參照?qǐng)D7，實(shí)施方式2的機(jī)械零件的制造方法的淬火硬化工序中，采用本發(fā)明的實(shí) 施方式2的碳氮共滲方法實(shí)施碳氮共滲程序。實(shí)施方式2的碳氮共滲方法中，首先實(shí)施作 為被處理物的鋼制構(gòu)件被碳氮共滲的碳氮共滲程序。然后，實(shí)施鋼制構(gòu)件被從A1點(diǎn)以上的 溫度冷卻至Ms點(diǎn)以下的溫度的冷卻程序。碳氮共滲程序具備以下的工序控制熱處理爐內(nèi)的氣氛的氣氛控制工序；控制在 熱處理爐內(nèi)被處理物被賦予的溫度歷程的加熱方式控制工序。該氣氛控制工序和加熱方式 控制工序可以獨(dú)立且平行地實(shí)施。而且，氣氛控制工序包含以下的步驟控制熱處理爐內(nèi)的 未分解氨濃度的未分解氨濃度控制步驟；控制熱處理爐內(nèi)的一氧化碳和二氧化碳中的至少 一方的分壓的分壓控制步驟。具體來(lái)說(shuō)，未分解氨濃度控制步驟中，首先實(shí)施測(cè)定熱處理爐內(nèi)的未分解氨濃度 的未分解氨濃度測(cè)定過(guò)程。未分解氨濃度的測(cè)定例如可以使用氣相色譜儀實(shí)施。接著，實(shí) 施基于未分解氨濃度測(cè)定過(guò)程中測(cè)定的未分解氨濃度判斷是否需要實(shí)施增減向熱處理爐 的氨氣供給量的氨供給量調(diào)節(jié)過(guò)程的未分解氨濃度判斷過(guò)程。該判斷例如基于預(yù)先通過(guò)實(shí) 驗(yàn)求得的未分解氨濃度和被處理物的表層部?jī)?nèi)的氮濃度的關(guān)系來(lái)實(shí)施。在這里，參照?qǐng)D11，對(duì)實(shí)施方式2的未分解氨濃度判斷過(guò)程的實(shí)施的一種方式進(jìn) 行說(shuō)明。參照?qǐng)D11，在知值為1. 0、碳氮共滲處理的實(shí)施時(shí)間為9000秒的條件下，希望使向 被處理物的氮滲入量為某個(gè)值的情況下，可以根據(jù)圖11的關(guān)系確定目標(biāo)未分解氨濃度。因 此，未分解氨濃度判斷過(guò)程中，可以根據(jù)未分解氨濃度測(cè)定過(guò)程中測(cè)定的未分解氨濃度是 否達(dá)到該目標(biāo)未分解氨濃度來(lái)判斷是否需要實(shí)施氨供給量調(diào)節(jié)過(guò)程。另外，用于確定目標(biāo) 未分解氨濃度的關(guān)系不局限于如上所述的未分解氨濃度和氮滲入量的關(guān)系，例如還可以是 未分解氨濃度和距離被處理物的表面規(guī)定深度的位置的氮濃度的關(guān)系等。參照?qǐng)D7，未分解氨濃度未達(dá)到目標(biāo)未分解氨濃度的情況下，實(shí)施用于增減熱處理 爐內(nèi)的未分解氨濃度的氨供給量調(diào)節(jié)過(guò)程后，再次實(shí)施未分解氨濃度測(cè)定過(guò)程。氨供給量調(diào)節(jié)過(guò)程可以如下實(shí)施對(duì)于單位時(shí)間從通過(guò)管道連接于熱處理爐的氨氣高壓儲(chǔ)氣瓶流入 熱處理爐的氨的量(氨氣的流量)，通過(guò)安裝于該管道上的具備質(zhì)量流量控制器等的流量 控制裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)。即，可以通過(guò)測(cè)定的未分解氨濃度高于目標(biāo)未分解氨濃度的情況下，使 上述流量降低，低于目標(biāo)未分解氨濃度的情況下，使上述流量增加，從而實(shí)施氨供給量調(diào)節(jié) 過(guò)程。該氨供給量調(diào)節(jié)過(guò)程中，測(cè)定的未分解氨濃度和目標(biāo)未分解氨濃度之間存在規(guī)定的 差的情況下，對(duì)于使流量增減多少，可以基于預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的氨氣流量的增減和未分 解氨濃度的增減的關(guān)系來(lái)確定。另一方面，未分解氨濃度達(dá)到目標(biāo)未分解氨濃度的情況下，不實(shí)施氨供給量調(diào)節(jié) 過(guò)程，再次實(shí)施未分解氨濃度測(cè)定過(guò)程。分壓控制步驟中，通過(guò)調(diào)節(jié)作為富化氣的丙烷(C3H8)氣體、丁烷氣體(C4Hltl)氣體 等的供給量，控制CO和CO2的分壓中的至少任一方的分壓，調(diào)整ac值或Cp值等。具體來(lái) 說(shuō)，例如使用紅外線氣體濃度測(cè)定裝置測(cè)定氣氛中的一氧化碳的分壓Ρω和二氧化碳的分 壓Pro2。接著，基于該測(cè)定值，調(diào)節(jié)作為富化氣的丙烷(C3H8)氣體、丁烷氣體(C4Hltl)氣體等 的供給量，使ac值或Cp值等達(dá)到目標(biāo)值。在這里，分壓控制步驟中，在氨供給量在未分解氨濃度控制步驟中被改變且一氧 化碳的分壓和二氧化碳的分壓的比、即分壓比變化的情況下，改變一氧化碳和二氧化碳中 的至少一方的分壓，從而消除從氨供給量改變前的分壓比向氨供給量改變后的分壓比的變 化。具體來(lái)說(shuō)，如圖9所示，首先實(shí)施判斷規(guī)定時(shí)間內(nèi)氨供給量是否發(fā)生了變化的供 給量變化判斷過(guò)程。如前所述，氨供給量發(fā)生了變化的情況下，例如一氧化碳的分壓隨之變 化。基于熱處理爐的容量等考慮從氨供給量的變化至對(duì)一氧化碳的分壓的影響出現(xiàn)的時(shí) 間，預(yù)先確定上述規(guī)定時(shí)間，根據(jù)該規(guī)定時(shí)間內(nèi)氨供給量是否發(fā)生了變化，判斷是否需要后 述的一氧化碳和二氧化碳的分壓的測(cè)定。規(guī)定時(shí)間內(nèi)氨供給量未發(fā)生變化的情況下，實(shí)施作為通常那樣的分壓控制步驟的 常規(guī)分壓控制步驟，例如每隔一定時(shí)間測(cè)定氣氛中的一氧化碳的分壓Pa^P/或二氧化碳的 分壓Ρω2，調(diào)節(jié)富化氣的供給量而使ac值或Cp值等達(dá)到目標(biāo)值的步驟?；蛘撸梢悦扛粢欢?時(shí)間實(shí)施與后述的圖9的從實(shí)施CO，CO2的分壓測(cè)定的過(guò)程至控制CO，CO2的分壓而使判斷 變量達(dá)到基準(zhǔn)值的過(guò)程為止同樣的過(guò)程。接著，再次實(shí)施供給量變化判斷步驟。另一方面，規(guī)定時(shí)間內(nèi)氨供給量發(fā)生了變化的情況下，實(shí)施測(cè)定一氧化碳的分壓 Pco和/或二氧化碳的分壓Pro2的分壓測(cè)定過(guò)程，實(shí)施算出分壓比Pa/Pro2、a。值、Cp值等判斷 變量的判斷變量算出過(guò)程。接著，實(shí)施判斷該判斷變量是否達(dá)到預(yù)先確定的基準(zhǔn)值的判斷 變量判斷過(guò)程。判斷變量達(dá)到基準(zhǔn)值的情況下，例如作為判斷變量的Cp值達(dá)到基準(zhǔn)值1. 0 或者規(guī)定的允許范圍內(nèi)(例如0.95 1.05)的情況下，直接結(jié)束應(yīng)對(duì)氨供給量的變更的本 步驟。判斷變量未達(dá)到基準(zhǔn)值的情況下，實(shí)施控制CO，CO2的分壓而使判斷變量達(dá)到基準(zhǔn)值 的過(guò)程。例如，Pro下降而作為判斷變量的分壓比PaZPro2小于基準(zhǔn)值的情況下，為了使判斷 變量達(dá)到基準(zhǔn)值，例如改變富化氣的流量，從而使Pro2下降而使分壓比PoZPro2回到基準(zhǔn)值。另一方面，加熱方式控制工序中，控制作為被處理物的鋼制構(gòu)件被賦予的溫度歷 程。具體來(lái)說(shuō)，如圖8所示，鋼制構(gòu)件在通過(guò)上述的氣氛控制工序控制的氣氛中被加熱至作 為A1點(diǎn)以上的溫度的800°C 1000°C的溫度，例如850°C，保持60分鐘 300分鐘的時(shí)間，例如150分鐘。經(jīng)過(guò)該保持時(shí)間后加熱方式控制工序即結(jié)束，同時(shí)氣氛控制工序也終止。然后，參照?qǐng)D7，實(shí)施通過(guò)將鋼制構(gòu)件在油中浸漬(油冷)而從~點(diǎn)以上的溫度冷 卻至Ms點(diǎn)以下的溫度的冷卻程序。通過(guò)以上的程序，鋼制構(gòu)件的表層部被碳氮共滲的同時(shí) 淬火硬化。由此，實(shí)施方式2的淬火硬化工序完成。如上所述，如果采用實(shí)施方式2的碳氮共滲方法，則通常實(shí)施例如每隔一定時(shí)間 測(cè)定氣氛中的一氧化碳的分壓Pro和/或二氧化碳的分壓Pro2，調(diào)節(jié)富化氣的供給量而使a。 值或Cp值等達(dá)到目標(biāo)值的步驟；另一方面，氨供給量發(fā)生了變化的情況下，根據(jù)該變化判斷 分壓比Ρα/Ρω2的調(diào)整的必要性，改變?chǔ)宝睾蚉ro2中的至少任一方的分壓，使ac值或Cp值等 達(dá)到目標(biāo)值。即，Pk^PPto2中的一方的分壓上升的情況下，對(duì)應(yīng)于其上升的量降低該分壓， 或者該分壓下降的情況下，對(duì)應(yīng)于其下降的量升高該分壓，從而可以消除分壓比Ρω/Ρω2的 變化。此外，一方的分壓恰好上升氨供給量變化前的分壓的時(shí)，使另一方的分壓也恰好 上升氨供給量變化前的分壓的X%，一方的分壓恰好降低氨供給量變化前的分壓的時(shí)， 使另一方的分壓也恰好降低氨供給量變化前的分壓的X%，從而可以消除分壓比PoZPro2的 變化。其結(jié)果是，可以高精度地控制直接影響被處理物的滲碳行為的熱處理爐內(nèi)的Cp值和 ac值，抑制不良組織的產(chǎn)生，能夠使被處理物的品質(zhì)穩(wěn)定。另外，如果采用實(shí)施方式2的碳氮共滲方法，則未分解氨濃度以基于熱處理爐內(nèi) 的未分解氨濃度的測(cè)定值使未分解氨濃度達(dá)到目標(biāo)濃度的方式進(jìn)行控制。因此，可以高精 度地控制熱處理爐內(nèi)的氣氛中的未分解氨濃度，對(duì)于滲入被處理物的氮量的高精度控制變 得容易。另外，實(shí)施方式2的碳氮共滲方法中，較好是未分解氨濃度控制步驟中的氨供給 量的改變?cè)诎惫┙o量的改變前所實(shí)施的前一次氨供給量的改變后被供給至熱處理爐的滲 碳?xì)怏w的20°C、1. 05大氣壓時(shí)的體積達(dá)到熱處理爐的容積以上之后實(shí)施。具體來(lái)說(shuō)，例如在未分解氨濃度控制步驟的氨供給量調(diào)節(jié)過(guò)程中，較好是實(shí)施如 下的控制。參照?qǐng)D7和圖10，在圖7的氨供給量調(diào)節(jié)過(guò)程中，如圖10所示，先實(shí)施判斷前一 次實(shí)施的氨供給量的改變后是否供給了規(guī)定體積、例如熱處理爐的容積以上的滲碳?xì)怏w的 滲碳?xì)怏w供給量判斷程序。前一次實(shí)施的氨供給量的改變后，例如供給熱處理爐的容積以上的滲碳?xì)怏w的情 況下，氨供給量被改變，從而氨供給量調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束。另一方面，尚未供給熱處理爐的容積 以上的滲碳?xì)怏w的情況下，不實(shí)施氨供給量的改變，再次實(shí)施滲碳?xì)怏w供給量判斷程序。是 否供給了規(guī)定體積以上的滲碳?xì)怏w的判斷在滲碳?xì)怏w的流量恒定的情況下可以根據(jù)導(dǎo)入 規(guī)定體積的滲碳?xì)怏w所需的時(shí)間來(lái)判斷。此外，滲碳?xì)怏w的流量變化的情況下，可以通過(guò)累 計(jì)流入的滲碳?xì)怏w的體積來(lái)判斷。如前所述，存在未分解氨濃度的控制通常所需的程度的氨供給量的變化的情況 下，為了使隨之變化了的一氧化碳和二氧化碳的分壓比回復(fù)至氨供給量的變化前的狀態(tài)， 必須供給20°C、1. 05大氣壓時(shí)熱處理爐的容積以上的滲碳?xì)怏w。因此，通過(guò)如上所述實(shí)施 氨供給量調(diào)節(jié)步驟，分壓比PaZPro2回復(fù)至前一次氨供給量的改變前的狀態(tài)后，進(jìn)行新的氨 供給量的改變，因此Cp值、ac值等的控制變得更容易，不良組織的產(chǎn)生進(jìn)一步得到抑制。另外，從使Cp值、a。值等的控制更容易的角度來(lái)看，較好是在供給了熱處理爐的容 積的2倍以上的滲碳?xì)怏w后實(shí)施氨供給量的改變，更好是為了使其穩(wěn)定而在供給了 3倍以上的滲碳?xì)怏w后實(shí)施氨供給量的改變。另一方面，為了充分地進(jìn)行殘留氨濃度的控制，理想 的是在供給了熱處理爐的容積的4倍以下、較好是3倍以下的滲碳?xì)怏w后實(shí)施氨供給量的 改變。此外，如果采用上述的實(shí)施方式2的機(jī)械零件的制造方法，則通過(guò)實(shí)施穩(wěn)定的碳 氮共滲處理，可制造具有穩(wěn)定的品質(zhì)的機(jī)械零件。此外，實(shí)施方式2的機(jī)械零件通過(guò)實(shí)施穩(wěn) 定的碳氮共滲處理而成為品質(zhì)穩(wěn)定的機(jī)械零件。另外，實(shí)施方式1和2中，作為本發(fā)明的機(jī)械零件的一例，對(duì)深溝球軸承、推力滾針 軸承、等速萬(wàn)向節(jié)進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明的機(jī)械零件并不局限于此，可以是例如輪轂、齒輪、 軸等要求表層部的疲勞強(qiáng)度、耐磨損性的機(jī)械零件。(實(shí)施例1)以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例1進(jìn)行說(shuō)明。進(jìn)行了調(diào)查Y的值和向被處理物的氮滲入 速度的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的步驟如下。實(shí)驗(yàn)中使用的熱處理爐的容量為120L(升)。被處理物采用JIS SUJ2 (含碳量1 質(zhì)量％ )制的外徑Φ38πιπι、內(nèi)徑Φ30πιπι、寬IOmm的環(huán)，在熱處理爐內(nèi)插入IOlg(克)。加 熱方式采用與圖8同樣的方式，碳氮共滲的保持溫度設(shè)為850°C。接著，&值采用0. 76 1.24的3種水平，改變Cn值來(lái)使γ的值變化，測(cè)定在9000秒的滲碳時(shí)間內(nèi)滲入的氮的質(zhì) 量，從而算出每1秒從Imm2被處理物的表面滲入的氮的質(zhì)量(單位g)，即氮滲入速度(單 位g/mm2 秒)。滲入的氮的量通過(guò)EPMA測(cè)定。圖12中，橫軸為γ的值，縱軸為氮滲入速度。并且，圓形標(biāo)記和虛線表示知為0. 76 的情況，三角形標(biāo)記和實(shí)線表示a。為1. 05的情況，正方形標(biāo)記和點(diǎn)劃線表示&為1. 24的 情況。參照?qǐng)D12，對(duì)值及Y值和氮滲入速度的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。參照?qǐng)D12，如果Y恒定，則知越小，氮向被處理物的滲入速度越大。另一方面，如 果知恒定，則γ越小，氮向被處理物的滲入速度越大。而且，Y的值達(dá)到5時(shí)，氮向被處理 物的滲入速度達(dá)到最大，Y的值在5以下時(shí)，氮的滲入速度恒定。因此，通過(guò)使γ的值在5 以下，可以使氮向被處理物的滲入速度最大。另外，在相同的試驗(yàn)條件下，進(jìn)行了調(diào)查改變碳氮共滲時(shí)間的情況下的氮滲入量 的實(shí)驗(yàn)。Y的值采用2. 9 23. 8的6種水平。圖13中，橫軸表示碳氮共滲時(shí)間，縱軸表示 從Imm2被處理物的表面滲入的氮的質(zhì)量(單位g)，即氮滲入量(單位g/mm2)。而且，粗 實(shí)線表示Y為2. 9的情況，細(xì)實(shí)線表示Y為4. 2的情況，點(diǎn)劃線表示Y為5. 0的情況，窄 虛線表示Y為8. 0的情況，二點(diǎn)劃線表示Y為14. 0的情況，寬虛線表示Y為23. 8的情 況。參照?qǐng)D13，對(duì)改變碳氮共滲時(shí)間和Y的值的情況下的氮滲入量的變化進(jìn)行說(shuō)明。參照?qǐng)D13，任一種Y的值的情況下，都存在氮滲入量隨碳氮共滲時(shí)間的增加而增 加的傾向，氮滲入量隨Y的值的增大而增大。但是，Y的值在5.0以下的γ的值為5.0、 4. 2和2. 9的情況下，氮滲入量相對(duì)于碳氮共滲時(shí)間的變化大致相同。由此可知，到碳氮共 滲時(shí)間9000秒時(shí)為止的氮滲入速度不僅在γ的值在5.0以下時(shí)相同，而且Y的值在5.0 以下時(shí)氮滲入速度隨碳氮共滲時(shí)間的推移的變化也大致相同。由上述情況可知，碳氮共滲 處理中，通過(guò)使熱處理爐內(nèi)的氣氛中的Y的值在5以下，不僅向被處理物的氮滲入速度達(dá) 到最大，而且顯示出固定的滲入行為。另外，根據(jù)對(duì)于由各種組成的鋼形成的被處理物的與上述相同的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，上
17述的氮的滲入行為對(duì)于由含有0. 8質(zhì)量％以上的碳的鋼形成的被處理物表現(xiàn)顯著。因此， 利用上述的氮的滲入行為的本發(fā)明的一種形式的碳氮共滲方法可以有效地使用于由含有 0. 8質(zhì)量％以上的碳的鋼形成的被處理物。在這里，作為含有0. 8質(zhì)量％以上的碳的鋼、即 共析鋼及過(guò)共析鋼，可以例舉例如作為軸承鋼的Jis SUJ2及與其相當(dāng)?shù)腟AE52100、DIN標(biāo) 準(zhǔn)100Cr6,以及JIS SUJ3，作為彈簧鋼的JIS SUP3、SUP4，作為工具鋼的JISSK2、SK3等。(實(shí)施例2)以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例2進(jìn)行說(shuō)明。進(jìn)行了調(diào)查保持Y的值恒定時(shí)的碳氮共滲 時(shí)間和距離被處理物的表面的各深度的區(qū)域內(nèi)的氮濃度的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的步驟如下。實(shí)驗(yàn)中使用的熱處理爐的容量為120L。實(shí)驗(yàn)的條件基本上與實(shí)施例1相同。接 著，將Y的值設(shè)為4. 2，實(shí)施了各種碳氮共滲時(shí)間的碳氮共滲。然后，通過(guò)EPMA在自被處理 物的表面的深度方向上測(cè)定氮濃度的分布，換算成鋼中的氮相對(duì)于固溶限的比(活度)。圖14中，橫軸為碳氮共滲時(shí)間，縱軸為構(gòu)成被處理物的鋼中的氮的活度。此外， 粗實(shí)線、細(xì)實(shí)線、點(diǎn)劃線、虛線、二點(diǎn)劃線分別表示表面、深度0. 05mm、深度0. 1mm、深度 0. 15mm、深度0. 2mm的區(qū)域的碳氮共滲時(shí)間和活度的關(guān)系。參照?qǐng)D14，對(duì)被處理物的各深度 的碳氮共滲時(shí)間和氮的活度的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。參照?qǐng)D14，表面的氮的活度在碳氮共滲時(shí)間1800秒達(dá)到固溶限。而且，隨著深度 的加深，活度的上升需要更多的時(shí)間，活度的上升相對(duì)于碳氮共滲時(shí)間的比例根據(jù)深度而 不同。在無(wú)法控制氮滲入速度的目前的碳氮共滲方法中，圖14的關(guān)系根據(jù)氣氛的&值和Cn 值變化。因此，被處理物的形狀或量變化而氣氛的&值和Cn值變化的情況下，難以根據(jù)圖 14的關(guān)系確定用于在所需的深度獲得所需的氮濃度的碳氮共滲時(shí)間。針對(duì)這一問(wèn)題，如果 采用本發(fā)明的一種形式的碳氮共滲方法，通過(guò)使Y的值在5以下，即使被處理物的形狀或 量變化，也可以如圖13所示保持氮滲入速度相對(duì)于碳氮共滲時(shí)間的變化恒定。因此，即使 被處理物的形狀或量變化，只要構(gòu)成被處理物的鋼的組成不變化，圖14的關(guān)系就不變。其 結(jié)果是，可以由根據(jù)構(gòu)成被處理物的鋼的組成確定的圖14的關(guān)系來(lái)確定用于在所需的深 度獲得所需的氮活度的碳氮共滲時(shí)間。另外，圖14的縱軸為被處理物中的氮的活度，活度是氮濃度相對(duì)于作為根據(jù)材料 確定的物性值的氮的固溶限的比。因此，圖14的縱軸的氮的活度與氮濃度具有一一對(duì)應(yīng)的 關(guān)系。因此，可以根據(jù)圖14的關(guān)系來(lái)確定用于在所需的深度獲得所需的氮濃度的碳氮共滲 時(shí)間。此外，可以制成以碳氮共滲時(shí)間為橫軸、氮濃度為縱軸的關(guān)系圖，基于該圖確定用于 在所需的深度獲得所需的氮濃度的碳氮共滲時(shí)間。如上所述，如果采用本發(fā)明的一種形式的碳氮共滲方法，可以保持氮滲入速度相 對(duì)于碳氮共滲時(shí)間的變化恒定，因此通過(guò)對(duì)應(yīng)于構(gòu)成被處理物的鋼的組成，預(yù)先求得保持 Y的值為任意的固定值時(shí)的與圖14同樣的關(guān)系，從而可以確定用于在所需的深度獲得所 需的氮濃度的碳氮共滲時(shí)間。。(實(shí)施例3)以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例3進(jìn)行說(shuō)明。進(jìn)行了調(diào)查氨供給量的改變頻率對(duì)Cp值的 穩(wěn)定性的影響的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的步驟如下。實(shí)驗(yàn)中使用的熱處理爐的容量為120L(升)。被處理物采用JIS SUJ2 (含碳量1 質(zhì)量％ )制的外徑Φ 38mm、內(nèi)徑Φ 30mm、寬IOmm的環(huán)，在熱處理爐內(nèi)插入約101g。加熱方式采用與圖8同樣的方式，碳氮共滲的保持溫度設(shè)為850°C。接著，以恒定流量向熱處理爐 供給滲碳?xì)怏w(RX氣體和富化氣的混合氣體)的同時(shí)，每隔時(shí)間、改變氨氣的供給流量。 接著，進(jìn)行如下的控制對(duì)應(yīng)于伴隨氨氣的供給流量的改變的一氧化碳的分壓Ρω的變化， 通過(guò)調(diào)節(jié)富化氣的流量使二氧化碳的分壓Pro2變化，保持分壓比PaZPro2恒定，同時(shí)保持Cp 值恒定。在這里，滲碳?xì)怏w在20°C、1. 05大氣壓的條件下用時(shí)間、供給至熱處理爐120L， 即熱處理爐的容量。接著，使t2在3種水平變化，測(cè)定熱處理爐內(nèi)的一氧化碳的分壓Pro和 二氧化碳的分壓PCQ2，通過(guò)式(1)和(3)算出Cp值，調(diào)查Cp值的穩(wěn)定性。圖15 圖17中，橫軸表示碳氮共滲處理的經(jīng)過(guò)時(shí)間(處理時(shí)間)，越向右表示經(jīng) 過(guò)的處理時(shí)間越長(zhǎng)。此外，圖15 圖17中，縱軸表示一氧化碳(CO)的分壓、二氧化碳(CO2) 的分壓、氨氣供給流量和Cp值，分別越向上表示值越大。另外，圖15 圖17中，實(shí)線表示一 氧化碳的分壓，虛線表示二氧化碳的分壓，點(diǎn)劃線表示氨氣供給流量，二點(diǎn)劃線表示Cp值。 參照?qǐng)D15 圖17，對(duì)實(shí)施例3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。參照?qǐng)D15，作為本發(fā)明的另一種形式的碳氮共滲方法的優(yōu)選的實(shí)施方式的范圍外 的情況的使t2為、的1/2時(shí)，在時(shí)刻mO氨氣供給流量增加后，一氧化碳的分壓下降，因而 保持在目標(biāo)值的Cp值下降。針對(duì)該情況，試圖調(diào)節(jié)富化氣的流量而降低二氧化碳的分壓來(lái) 消除Cp值的變化(分壓比Pro/Pro2的變化)，但在自時(shí)刻mO起經(jīng)過(guò)時(shí)間t2后的時(shí)刻ml，氨 氣供給流量進(jìn)一步增加。其結(jié)果是，Cp值無(wú)法回復(fù)至目標(biāo)值(mO時(shí)的值)，進(jìn)一步下降。S卩，圖15的碳氮共滲方法中，在前一次氨氣供給流量的改變后被供給至熱處理爐 的滲碳?xì)怏w的20°C、1. 05大氣壓時(shí)的體積達(dá)到熱處理爐的容積以上之前，實(shí)施氨的供給流 量的改變，因此Cp值無(wú)法回復(fù)至目標(biāo)值，氨氣供給流量進(jìn)一步變化。因此，Cp值的控制困難， 難以將Cp值保持在目標(biāo)值。另一方面，參照?qǐng)D16，作為本發(fā)明的另一種形式的碳氮共滲方法的優(yōu)選的實(shí)施方 式的范圍內(nèi)的情況的使t2與、相等時(shí)，在時(shí)刻mO氨氣供給流量增加后，一氧化碳的分壓下 降，因而保持在目標(biāo)值的Cp值也下降。接著，針對(duì)該情況，通過(guò)調(diào)節(jié)富化氣的流量而降低二 氧化碳的分壓來(lái)消除Cp值的變化(分壓比Pro/Pro2的變化)，在自時(shí)刻mO起經(jīng)過(guò)時(shí)間t2后 的時(shí)刻ml，Cp值回復(fù)至目標(biāo)值(mO時(shí)的值)。S卩，圖16的碳氮共滲方法中，在前一次氨氣供給流量的改變后被供給至熱處理爐 的滲碳?xì)怏w的20°C、1. 05大氣壓時(shí)的體積達(dá)到熱處理爐的容積以上的同時(shí)，實(shí)施氨的供給 流量的改變，因此Cp值回復(fù)至目標(biāo)值，然后氨氣供給流量進(jìn)一步變化。因此，Cp值的控制變 得容易，碳氮共滲處理在Cp值比圖15的情況更穩(wěn)定的狀態(tài)下實(shí)施。另外，參照?qǐng)D17，作為本發(fā)明的另一種形式的碳氮共滲方法的優(yōu)選的實(shí)施方式的 范圍內(nèi)的情況的使t2為、的2倍時(shí)，在時(shí)刻mO氨氣供給流量增加后，一氧化碳的分壓下 降，因而保持在目標(biāo)值的Cp值也下降。接著，針對(duì)該情況，通過(guò)調(diào)節(jié)富化氣的流量而降低二 氧化碳的分壓來(lái)消除Cp值的變化(分壓比Pro/Pro2的變化)，在自時(shí)刻mO起經(jīng)過(guò)時(shí)間、后 的時(shí)刻，Cp值回復(fù)至目標(biāo)值(mO時(shí)的值)。接著，在到經(jīng)過(guò)時(shí)間2父、后的時(shí)刻ml為止的時(shí) 間t2中約50 %的時(shí)間內(nèi)，Cp值保持在目標(biāo)值。S卩，圖17的碳氮共滲方法中，在前一次氨氣供給流量的改變后被供給至熱處理爐 的滲碳?xì)怏w的20°C、1. 05大氣壓時(shí)的體積達(dá)到熱處理爐的容積的2倍以上的同時(shí)，實(shí)施氨 的供給流量的改變，因此Cp值回復(fù)至目標(biāo)值后，保持在目標(biāo)值。然后氨氣供給流量進(jìn)一步變化，因此Cp值的控制變得更容易，碳氮共滲處理在Cp值更穩(wěn)定的狀態(tài)下實(shí)施。參照?qǐng)D18，說(shuō)明T對(duì)Cp值穩(wěn)定時(shí)間比例的影響。圖18中，橫軸為T( = Vt1)，縱 軸為Cp值被保持于目標(biāo)值的時(shí)間相對(duì)于碳氮共滲處理時(shí)間的比例、即Cp值穩(wěn)定時(shí)間比例。參照?qǐng)D18，T不足1時(shí)，Cp值被保持于目標(biāo)值的時(shí)間為0，Cp值穩(wěn)定時(shí)間比例為0。 因此，T不足1時(shí)，碳氮共滲處理中的Cp值的控制困難。接著，隨著T變大，Cp值穩(wěn)定時(shí)間比 例變大，Cp值的控制變得容易。如圖18所示，為了實(shí)施適當(dāng)?shù)腃p值的控制，T必須在1以 上，較好是在Cp值穩(wěn)定時(shí)間比例超過(guò)0. 5 (即，碳氮共滲處理時(shí)間中的50 %以上的時(shí)間內(nèi)， Cp值被保持于目標(biāo)值)的2以上。另外，確認(rèn)通過(guò)使T在3以上，Cp值穩(wěn)定時(shí)間比例超過(guò) 0. 65，可以在碳氮共滲處理時(shí)間整體中的2/3的時(shí)間內(nèi)，將Cp值保持于目標(biāo)值。本次揭示的實(shí)施方式及實(shí)施例在所有的方面都作為示例，不應(yīng)視作是具有限定 性。本發(fā)明的范圍通過(guò)權(quán)利要求書示出，而非上述的說(shuō)明，并認(rèn)為與權(quán)利要求等同的含義和 范圍內(nèi)的所有變更都包括在內(nèi)。產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的碳氮共滲方法及機(jī)械零件的制造方法可以特別有利地用于由鋼形成的 構(gòu)件的碳氮共滲方法及由鋼形成的機(jī)械零件的制造方法。此外，本發(fā)明的機(jī)械零件可以特 別有利地用于要求疲勞強(qiáng)度和耐磨損性的機(jī)械零件。
權(quán)利要求
碳氮共滲方法，其特征在于，具備控制熱處理爐內(nèi)的氣氛的氣氛控制工序、控制在所述熱處理爐內(nèi)被處理物被賦予的溫度歷程的加熱方式控制工序；所述氣氛控制工序包含通過(guò)調(diào)節(jié)供給所述熱處理爐內(nèi)的氨的供給量以控制所述熱處理爐內(nèi)的未分解氨濃度的未分解氨濃度控制步驟、控制所述熱處理爐內(nèi)的一氧化碳和二氧化碳中的至少一方的分壓的分壓控制步驟；在所述分壓控制步驟中，在所述未分解氨濃度控制步驟中所述氨的供給量被改變且所述一氧化碳的分壓和所述二氧化碳的分壓的分壓比變化的情況下，改變所述一氧化碳和所述二氧化碳中的至少一方的分壓，從而消除從所述氨供給量改變前的所述分壓比向所述氨供給量改變后的所述分壓比的變化。
2.如權(quán)利要求1所述的碳氮共滲方法，其特征在于，在所述未分解氨濃度控制步驟中， 測(cè)定所述熱處理爐內(nèi)的未分解氨濃度，基于未分解氨濃度和所述被處理物的表層部中的氮 濃度的關(guān)系，調(diào)節(jié)所述被供給至熱處理爐內(nèi)的氨的流量，以控制被處理物的表層部中的氮 濃度。
3.如權(quán)利要求1所述的碳氮共滲方法，其特征在于，所述未分解氨濃度控制步驟中的 所述氨供給量的改變，在所述氨供給量的改變前所實(shí)施的前一次氨供給量的改變后被供給 至熱處理爐的滲碳?xì)怏w的20°C、1. 05大氣壓時(shí)的體積達(dá)到熱處理爐的容積以上之后實(shí)施。
4.機(jī)械零件的制造方法，其特征在于，具備準(zhǔn)備成形為機(jī)械零件的大致形狀的鋼制構(gòu) 件的鋼制構(gòu)件準(zhǔn)備工序，以及對(duì)于所述鋼制構(gòu)件準(zhǔn)備工序中所準(zhǔn)備的所述鋼制構(gòu)件，在實(shí) 施碳氮共滲處理后，從A1點(diǎn)以上的溫度冷卻至Ms點(diǎn)以下的溫度，從而將所述鋼制構(gòu)件淬火 硬化的淬火硬化工序；所述淬火硬化工序中的所述碳氮共滲處理使用權(quán)利要求1所述的碳氮共滲方法實(shí)施。
5.機(jī)械零件，其特征在于，通過(guò)權(quán)利要求4所述的機(jī)械零件的制造方法制成。
6.如權(quán)利要求5所述的機(jī)械零件，其特征在于，被用作構(gòu)成軸承的零件。
全文摘要
可以使氮的滲入速度提高而實(shí)現(xiàn)碳氮共滲處理的高效化的碳氮共滲方法是用于對(duì)由含有0.8質(zhì)量％以上的碳的鋼形成的被處理物進(jìn)行碳氮共滲的碳氮共滲方法，具備控制熱處理爐內(nèi)的氣氛的氣氛控制工序、控制被處理物被賦予的溫度歷程的加熱方式控制工序。氣氛控制工序包含控制熱處理爐內(nèi)的未分解氨濃度的未分解氨濃度控制步驟、控制熱處理爐內(nèi)的一氧化碳和二氧化碳中的至少一方的分壓的分壓控制步驟。氣氛控制工序中，以如下的條件實(shí)施未分解氨濃度控制步驟和分壓控制步驟將被處理物中的碳的活度設(shè)為aC且熱處理爐內(nèi)的未分解氨濃度設(shè)為CN時(shí)，以γ＝aC/CN定義的γ的值在2～5的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)F16C33/34GK101880852SQ20101020677
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2006年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
發(fā)明者大木力 申請(qǐng)人:Ntn株式會(huì)社