差动装置支承结构和制造该结构用的方法 【技术领域】
本发明总体涉及差动装置支承结构和制造该结构的方法，具体地涉及使延长滚动接触疲劳使用寿命和提高抗裂强度和减小尺寸的长期变化的差动装置支承结构和制造该结构用的方法。
背景技术
由滚动体、轴承环和保持架形成深沟珠轴承、圆锥滚子轴承和其它类似滚动轴承。当滚动体在诸轴承环之间滚动时，滚动体与轴承环中线接触。由此，当轴承的凸起区域较小时，能够有利地获得一较大的载荷支承能力和较高的刚性。因此，滚动轴承适合用于例如较少润滑、高旋转速度工作等的严峻条件下的支承结构，例如用于支承一汽车的差速器的一结构中。
在这一汽车的差速器支承结构中，轴承的诸零件随着它们的转动发生疲劳。为了增加这些零件的使用寿命，进行一热处理。尤其是，例如在对零件淬火时，它们在一环境RX气体中加热，并进一步用引入其中的氨气对它们的表层进行部分渗碳氮处理，例如在日本专利公开号8-4774和11-101247中所揭示的。这渗碳氮处理能使表层部分变硬和在一微观结构中产生被保持的奥氏体，以延长滚动接触疲劳使用寿命。
但是，一汽车差速器支承结构承受主要基本重力的径向载荷。并且在汽车差速器支承结构中，通过在支承差速器的滚动体上施加一相当大的径向载荷来防止一小齿轮和一侧向齿轮在一变化地位置啮合。此外在汽车的差速器支承结构中，小齿轮和侧向齿轮带有一螺旋角装配。这产生推力。而且，为了允许小齿轮和侧向齿轮的装配部分平稳，在支承差速器的滚动件上施加一相当大的推力预载荷。这些载荷相结合以及支承差速器的滚动体上相当大的推力载荷。为了获得足够的滚动疲劳特性，该结构需要有一充分大的尺寸，这是缩小差速器尺寸的障碍。
此外，上述渗碳氮处理是一扩散碳和氮的过程。这要求将一高温保持一较长的时期。由此，例如产生了一粗化结构和难以得到提高的抗裂强度。并且，随着获得了较多的奥氏体，长期的尺寸变化率增加了，这也是处长使用寿命的一个障碍。
依靠设计一合金钢，用于提供一被调节的成分，防止滚动疲劳，能够保证延长使用寿命、提高防裂强度和避免一长期的尺寸变化。但是，依靠设计该合金钢不利地增加了原材料成本。
随着未来的轴承将被使用在高温下、施加的大载荷的环境中，将要求该轴承能比传统情况在更大载荷、更高温度之下可工作。由此，要求一轴承具有较大强度、较长使用寿命、防止滚动接触疲劳和较高的抗裂强度和尺寸稳定性。
【发明内容】
本发明的揭示提供了一种较高的抗裂强度和较高的尺寸稳定性以及延长滚动接触疲劳使用寿命的差动装置支承结构和制造该结构用的方法。
在一方面中，本发明提供一种可转动地支承一差动装置的结构，该结构包括设置在差动装置处的一内环、设置在被形成为围绕该差动装置的一外周边部分处的一外环以及在内环与外环之间滚动的一滚动体，其中内环、外环和滚动体中的至少一个具有一渗碳氮层和具有落在超过10的一范围内的一奥氏体晶粒号。
按照本发明，在一方面中提供一较小奥氏体晶粒尺寸的内环、外环和滚动体中的至少任何一个，使显著提高抗裂强度、尺寸稳定性和滚动接触疲劳使用寿命。此外，这还使差动装置支承结构和从而差动装置的尺寸得以缩小。对于奥氏体晶粒尺寸号为10或以下，任何显著的改进滚动疲劳使用寿命是不可能的，因此该晶粒号是大于10，较佳的是11或以上。虽然希望有进一步更细的奥氏体晶粒，通常超过13的晶粒尺寸号是难以实现的。应注意：内环、外环和/或滚动体的奥氏体晶粒是在当它被渗碳氮时受显著影响的一表层部分内或比表层部分在内部的一部分中都是不变的。因此，将该表层部分和该内部设定为用于上述晶粒号范围的研究对象的位置。还应注意：奥氏体晶粒涉及在热处理期间产生相变的奥氏体的晶粒和在通过冷却奥氏体转变成马丁体之后晶粒保留的微量。
本发明在另一方面提供一可转动地支承一差动装置的结构，该结构包括设置在差动装置处的一内环、设置在被形成为围绕该差动装置的一外周边部分的一外环以及在内环与外形之间滚动的一滚动体，其中内环、外环和滚动体中的至少一个具有一渗碳氮层和提供不小于2650兆帕的一断裂应力的一渗碳氮层。由此，能够获得在断裂应力方向优越于传统结构和在强度方面大于传统结构的一差动装置支承结构。
本发明在又一方面提供可转动地支承一差动装置的一结构，该结构包括：设置在差动装置处的一内环、设置在被形成为围绕该差动装置的一外周边部分处的一外环以及在内环与外环之间滚动的一滚动体；其中内环、外环和滚动件中的至少一个具有一渗碳氮层和具有小于百万分之0.5的氢含量。
本发明在又一方面能减少由于氢而产生的钢的脆性。如果钢具有超过百万分之0.5的氢含量，该钢就降低了抗裂强度。这样一种钢不充分地适用于经受重载荷的一差动装置支承结构。一低的氢含量是所希望的。但是，氢含量下降到小于百万分之0.3要求长时期的热处理，这造成奥氏体晶粒尺寸的增加，从而损坏韧性(toughness)。因此，希望氢含量在百万分之0.3至0.5的范围内，更希望在百万分之0.35至0.45的范围内。
在测量上述氢含量方面，不测量可扩散的氢，仅测量在一预定温度或更高温度下从钢释放的不可扩散的氢。在小尺寸的一试样中的可扩散的氢甚至在室温下就从该试样释放并扩散。不可扩散的氢被限制在钢中的任何缺陷之中，仅在一预定的加热温度或更高温度下才从该试样释放。即使仅测量不可扩散的氢，但氢含量依据测量方法显著变化。氢含量的上述范围由热电导率确定。此外，如下面详细地所述，可以由一LECO DH-103氢测定仪或类似测量装置进行该项测定。
在该差动装置支承结构中，该差动装置较佳地由一圆锥滚子轴承或一深沟滚珠轴承(deep groove ball bearing)可转动地保持住。
这允许使用一简单的结构构造差动装置支承结构，还能提供带有提高的抗裂强度、尺寸稳定性和延长的滚动接触疲劳使用寿命的该结构。
本发明提供一种制造可转动地支承一差动装置的一结构的方法，该结构包括设置在差动装置处的一内环、设置在被形成为围绕该差动装置的一外周边部分处的一外环和在内环与外环之间滚动的一滚动体；其中，在高于一A1转变点的一温度对钢渗碳氮，然后冷却至低于该A1转变点的一温度，随后将该钢再加热至不低于该A1转变点的、低于对钢进行渗碳氮的温度的一温度范围，然后对该钢进行淬火，用于产生内环、外环和滚动体中的至少任何一个。
在本方法中，在对钢渗碳氮之后，该钢被冷却至不高于A1转变点的一温度，然后最终进行淬火。能够获得一较细的奥氏体晶粒尺寸，其结果，能够改进摆锤式冲击性能、断裂韧性、抗裂强度、滚动接触疲劳使用寿命。
另外，例如通过冷却到奥氏体转变的一温度，在渗碳氮中的奥氏体晶粒边界与最终淬火中的情况无关。此外，最后淬火温度低于渗碳氮温度，从而被渗碳氮处理所影响的、在表层中不溶解的碳素体的数量与在渗碳氮处理中的该数量相比则增加了。因此，不溶解的碳素体的比例增加了，而在最后淬火中的加热温度下奥氏体的比例比在渗碳氮处理中的那些比例是下降了。另外，从铁-碳双相图中可知：在碳素体和奥氏体共存的区域内，随着淬火温度下降，在碳的固态溶体中的碳和奥氏体的浓度下降。
当增加最后淬火温度时，由于保留了防止奥氏体晶粒增长的大量的未溶解碳，使奥氏体晶粒变得较细。而且，通过淬火从奥氏体转变到马丁体的结构具有一较低的碳浓度，从而该结构与从渗碳氮温度淬火的结构相比有较高的韧性。
在本方法中，较佳地将钢加热到790℃至830℃的一温度范围，然后对它淬火。
将该钢再次加热至一温度，以使几乎不允许在对钢淬火之前奥氏体晶粒得以增长。由此，能够获得较细的奥氏体晶粒尺寸。
从以下结合附图的本发明的叙述中，本发明的上述和其它目的、特征、方面和优点将变得更明显。
【附图说明】
图1A是在一第一实施例中、本发明的一差动装置支承结构的一示意剖视图，以及，图1B是对应于在第一实施例中、本发明的差动装置支承结构的一圆锥滚子轴承的一示意剖视图；
图2是示出在第一实施例中的一热处理方法的过程图；
图3是示出在第一实施例中的热处理方法的一示例性变化情况的过程图；
图4A示出了如在本发明的一例子中的一轴承零件中所看到的那样，一差动装置支承结构的一零件的一微观结构，尤其是一奥氏体晶粒，以及，图4B示出了如在一传统轴承零件中所看到的情况；
图5A示出了图4A所示的一奥氏体晶粒边界，以及，图5B示出了图4B的对应情况；
图6是对应于在一第二实施例中、本发明的一差动装置支承结构的一深沟滚珠轴承的一示意剖视图；
图7示出了用于静态压力疲劳强度试验(测试断裂应力)的一样品；
图8A是一滚动接触疲劳使用寿命试验仪的一示意正视图，以及，图8B是它的示意侧视图；以及
图9是用于一静态断裂韧性试验的一样品。
【具体实施方式】
现在参照附图将以实施例叙述本发明。
第一实施例
参照图1A，示出了一差动装置10和围绕差动装置10的外周边部分19a、19b。如该图所示，差动装置10与向左侧延伸的一驱动小齿轮件20啮合。驱动小齿轮件20旋转将动力传至差动装置10。另外，差动装置10具有与其连接的轴17a、17b，如该图垂直方向所示。当轴17a、17b接受来自驱动小齿轮件20的动力时它们就转动。一差动装置支承结构1相对于外周边部分19a、19b或其它类似固定件可转动地支承差动装置10、驱动小齿轮件20和轴17a、17b。
差动装置10主要具有驱动小齿轮件20、轴17a和17b、一环齿轮8、小齿轮14a和14b、侧向齿轮9a和9b以及一差动装置壳体15。由一螺栓16将环齿轮8固定于壳体15，环齿轮8与设置在驱动小齿轮件20的一端处的一驱动小齿轮20a啮合。在壳体15内，设置有小齿轮14a和14b以及侧向齿轮9a和9b。壳体15具有与其连接的小齿轮轴18，小齿轮14a和14b都装配在该小齿轮轴18上。由此，如该图所示，小齿轮14a和14b被设置成在左和右侧相互相对并围绕小齿轮轴18可转动。如该图所示，侧向齿轮9a和9b被设置成沿垂直方向相互相对。侧向齿轮9a和9b各自与各个小齿轮14a和14b相啮合。如该图所示，侧向齿轮9a和9b分别连接于和上轴17a和17b。
在本实施例中，差动装置的工作将如下所述。
当驱动小齿轮件20转动时将动力传到环齿轮8，以使差动装置壳体15、环齿轮8、小齿轮14a和14b、侧向齿轮9a和9b以及轴17a和17b一起围绕轴17a和17b旋转。
例如，如果在本实施例中差动装置10应用于一汽车和该汽车在一平坦的道路上笔直向前进，两轴17a和17b经受相同的阻力。因此，在壳体中小齿轮14a和14b以及侧向齿轮9a和9b不转动。由此，两轴17a和17b以相同的转动速度转动。
可是，当汽车转向或行驶在一高低不平的道路上时，两轴17a和17b承受不同的阻力。这阻力差引起小齿轮14a和14b围绕小齿轮轴18转动。因此，连接于经受较大阻力的轴(例如轴17a)的侧向齿轮(例如侧齿轮9a)的转动的下降分给连接于经受较小阻力的轴的侧向齿轮(例如侧向齿轮9b)。其结果，经受较小阻力的轴17b比经受较大阻力的轴17a具有一更快的转速。
参照图1A和1B，本发明提供由一圆锥滚子轴承1a、一圆锥滚子轴承1b和圆锥滚子轴承1c和1d形成的一差动装置支承结构1，如该图所示，圆锥滚子轴承1a设置在差动装置10的上端部与外周边部分19b之间，圆锥滚子轴承1b设置在差动装置10的下端部分与外周边部分19b之间，圆锥滚子轴承1c和1d设置在驱动齿轮件20与外周边部分19a之间。
圆锥滚子轴承1a包括一外环2a、一内环3a、一圆锥滚子4a和一保持架5a。外环2a被设置在外周边部分19b的一上、内周边表面处。内环3a被设置成装配在差动装置10的上端部分处。圆锥滚子4a位于上环2a与内环3a之间，并被保持架5a可转动地保持住。圆锥滚子轴承1b包括一外环2b、一内环3b、一圆锥滚子4b和一保持架5b。外环2b被设置于外周边部分19b的一下、内周边表面处。内环3b被设置成装配在差动装置10的一下端部分处。圆锥滚子4b位于外环2b与内环3b之间，并被保持架5b可转动地保持住。圆锥滚子轴承1c和1d包括外环2c和2d、内环3c和3d、圆锥滚子4c和4d以及保持架5c和5d。外环2c和2d被设置在外周边部分19a的一内周边表面处。内环3c和3d被设置成装配在驱动小齿轮件20处。圆锥滚子4c和4d位于外环2c和2d以及内环3c和3d之间，并按需要地被保持架5c和5d可转地保持住。
在本实施例中，差动装置支承结构1具有含一碳氮化层和提供一奥氏体晶粒号(grain number)在超过10的一范围内的内环3a-3d、外环2a-2d和圆锥滚子4a-4d中的至少一个。
在本实施例中，差动装置支承结构1具有含一碳氮化层和允许一断裂应力不小于2650兆帕的内环3a-3d、外环2a-2d和圆锥滚子4a-4d中的至少一个。
在本实施例中，差动装置支承结构具有含一碳氮化层和允许一断裂应力不小于2650兆帕的内环3a-3d、内环2a-2d和圆锥滚子4a-4d中的至少一个。
在本实施例中，差动装置支承结构具有含一碳氮化层和氢含量不大于百万分之0.5的内环3a-3d、内环2a-2d和圆锥滚子4a-4中的至少一个。
现在将叙述包括对构成差动装置支承结构1的内环3a-3d、外径2a-2d和圆锥滚子4a-4d中的至少一个进行渗碳氮的热处理。
图2示出了进行主淬火和第二次淬火的热处理图，图3示出了一热处理图，按照此图在一淬火处理中一材料被冷却到A1转变点之下的一温度，然后再次被加热进行最后的淬火。两者都是本发明的示范性实施例。参照这些图形。在过程T1中，碳和氮通过一钢基体扩散，同时其中碳充分地溶解，然后冷却到低于A1转变点的一温度。然后，在这些图所示的过程T2中，再次加热到低于在过程T1的温度的一温度，然后进行油冷却。
与通过进行渗碳氮和以后立即进行一次淬火的普通或常规淬火比较，以上所讨论的热处理能够提供提高的断裂强度和减小的长期尺寸变化速率，同时对材料的表层渗碳氮。这热处理还能产生具有一晶粒尺寸小于传统的一晶粒尺寸的一半或以上的奥氏体晶粒的一微观结构。因此，在本实施例中，进行如以上所讨论的热处理的差动装置支承结构能够提高滚动接触疲劳使用寿命，并提高断裂强度和下降长期尺寸变化速率。
如果仅希望氢含量落在本发明的范围内，不需要为T2设定一温度，即低于一渗碳氮加热温度T1(或一主淬火温度)的一第二次淬火温度，以及第二次淬火温度T2可以等于或高于主淬火温度T1。换句话说，如果T2高于T1，仍旧能够获得落在本发明范围内的一氢含量。但是，通过将第二次淬火温度设定为低于主淬火温度，能够获得一下降的氢含量，此外能够实现超过10的一奥氏体晶粒尺寸号。由此，希望T2小于T1。
图4A和4B示出了差动装置支承结构的一零件的微观结构，尤其是奥氏体晶粒。图4A示出了本发明的一轴承零件，图4B示出了一传统轴承零件。即，图4A示出了进行了如图2所示的热处理的一轴承钢的奥氏体的晶粒尺寸。为了比较，图4B示出了进行了传统热处理的一轴承钢的奥氏体的晶粒尺寸。图5A和4B示意地示出了图4A和4B所示的奥氏体的晶粒尺寸。在具有奥氏体的晶粒尺寸的结构中，传统奥氏体的晶粒直径是由JIS所规定的晶粒尺寸号为10，同时本发明的通过其热处理的奥氏体的晶粒直径是12号，因此看到了较细的晶粒。并且，图4A中的平均晶粒直径用截断方法(intercept method)测量是5.6微米。
第二实施例
参照图6，本实施例提供用深沟滚珠轴承7a-7d代替圆锥滚子轴承1a-1d的差动装置支承结构。
深沟滚珠轴承7a包括一外环2a、一内环3a、一滚珠6a和一保持架5a。外环2a被设置在外周边部分19b的一上、内周边表面处(见图1A)。内环3a被设置成装配在差动装置10的一上端部分处。滚珠6a位于外环2a与内环3a之间、并被保持架5a可转动地保持住。深沟滚珠轴承7b包括一外环2b、一内环3b、一滚珠6b和一保持架5b。外环2b被设置在外周边部分19b的一下内周边表面处。内环3b被设置成装配在差动装置10的一下端部分处。滚珠6a位于外环2b与内环3b之间、并被保持架5b可转动地保持住。深沟滚珠轴承7c和7d包括外环2c和2d、内环3c和3d、滚珠6c和6d以及保持架5c和5d。外环2c和2d被设置在外周边部分19a的一内周边表面处(见图1A)。内环3c和3d被设置成装配在驱动小齿轮件20处(见图1A)。滚珠4c和4d位于外环2c和2d与内环3c和3d之间，并如希望那样被保持架5c和5d可转动地保持住。
该结构的其余部分基本等同于参照图1A和1B的第一实施例中所述的结构。因此，相同的部分用相同的标号表示，将不再对它们叙述。
在本实施例中，差动装置支承结构1具有含一渗碳氮层和提供一奥氏体晶粒号落在超过10的一范围内的内环3a-3d、内环2a-2d和滚珠6a-6d中的至少一个。
在本实施例中，差动装置支承结构具有含一渗碳氮层和允许一断裂应力不低于2650兆帕的内环3a-3d、内环2a-2d和滚珠6a-6d中的至少一个。
在本实施例中，差动装置支承结构具有含一渗碳氮层和一氢含量不大于百万分之0.5的内环3a-3d、内环2a-2d和滚珠6a-6d中的至少一个。
例子
将以举例方式叙述本发明。
例1
JIS-SUJ2(1.0％重量的碳-0.25％重量的硅-0.4％重量的锰-1.5％重量的铬)用于本发明的例1。表1所示的样品是通过以下所述的步骤生产的样品。
表1样品A B C D E F传统的渗碳氮产品通常的淬火产品第二次淬火温度(℃)7801) 800 815 830 850 870氢含量(ppm) 0.37 0.40 0.38 0.42 0.40 0.72 0.38晶粒尺寸号(JIS) 12 11.5 11 10 10 10 10摆锤式冲击试验值(焦耳/厘米2) 6.65 6.40 6.30 6.20 6.30 5.33 6.70断裂应力值(兆帕) 2840 2780 2650 2650 2700 2330 2770滚动接触疲劳使用寿命比值(L10) 5.4 4.2 3.5 2.9 2.8 3.1 1
1)由于不充分的淬火，这次不评价。
样品A-D：本发明的诸例子。
于850℃在RX气体和氨气的混合物的环境中保持150分钟进行渗碳氮。按图6所述的热处理图，以850℃的一渗碳氮温度进行主淬火，随后加热到低于渗碳氮温度的780℃至830℃中的一温度范围中的一温度。由于样品A的淬火是不充分的，没有试验第二次淬火温度为780℃的样品A。
样品E和F：比较样品
这些样品是通过与本发明的样品A-D的相同步骤进行渗碳氮，然后以等于或高于渗碳氮温度850℃的850℃至870℃中的一温度进行第二次淬火。
传统的渗碳氮样品：比较例子
于850℃在RX气体和氨气的一混合物的一环境中保持150分钟进行渗碳氮。从渗碳氮温度连续进行淬火，不进行第二次淬火。
通常的淬火样品：比较例子
没有渗碳氮，通过加热至850℃进行淬火，不进行第二次淬火。
对以上样品，用以下所述方法进行了以下试验：(1)测量氢含量，(2)测量晶粒尺寸，(3)摆锤式冲击试验，(4)测量断裂应力和(5)滚动疲劳试验。
I.关于例子1的试验方法
(1)氢含量的测量
由LECO公司制造的一DH-03氢测定仪确定氢含量，用于在一钢材中不可扩散的氢含量。不测量可扩散的氢含量。LECO DH-103氢测定仪的技术规格如下：
分析范围：0.01-50.00ppm
分析精度：±百万分之0.1或±3％H(较高值)
分析灵敏度：0.01ppm
检测方法：电导率
样品重量尺寸：100毫克-35克(最大：12毫米(直径)×100毫米(长度))
炉子温度范围：50℃-1100℃
试剂：无水高氯酸镁Mg(ClO4)2，二氧化碳吸收剂和NaOH
承载气体：氮气
计量气体：氢气
(这两气体具有至少99.99％的纯度和40磅/平方英寸的压力(2.8公斤力/平方厘米2))
试验步骤大致如下所述。由一专用的取样器取得一样品，将样品和取样器一起放入氢测定仪。其中可扩散的氢被氮承载气体引导至一热电导率检测器。在这例子中不测定扩散的氢。然后，从取样器中拿出的样品在一电阻加热器中加热和由氮承载气体将不扩散的氢引导至热电导率检测仪。由热电导率检测仪测定热导电率，用于确定不扩散的氢的含量。
(2)测量晶粒尺寸
按照由JIS G 0551规定的测试一钢材中奥氏体的晶粒尺寸的方法测量晶粒尺寸。
(3)摆锤式冲击试验
按照由JIS Z 2242规定的关于一金属材料的摆锤式冲击试验方法进行一摆锤式撞击试验。其中所使用的一试件是由JIS Z 2202规定的一U槽口试件(JIS 3号试件)。
注意：如以下所述，一摆锤式冲击试验值是吸收能量E被横截面积(0.8平方厘米)除的一数值。
吸收能量E＝WgR(cosβ-cosα)
摆锤重量W＝25.438公斤
重力加速度g＝9.80665米/秒2
从摆锤的转动轴中心至重心的距离＝0.6569公尺
摆锤提升角度α＝146°
摆锤上下运动的角度β
(4)断裂应力的测量
按图7中的方向P施加一载荷，测量当试件断裂时的载荷。然后，将为一断裂载荷的测量载荷按如下关于一弯曲梁的应力计算公式转换成一应力。注意：所采用的试件不局限于图7所示的试件，可以是具有一不同形状的任何试件。
假设在如图7所示的试件的凸起表面上的一纤维应力(fiber stress)是σ1和在一凹入表面上的一纤维应力是σ2，那么由下列公式(JSME机械工程师手册，材料的A4强度，A4-40)确定σ1和σ2。式中：N表示包括环形试件的轴线的一剖面的一轴向力，A表示一截面面积，e1表示一外半径，e2表示一内半径，以及r是弯曲梁的一截面模数。
σ1＝(N/A)+{M/(Aρ0)}[1+e1/{r(ρ0+e1)}]
σ2＝(N/A)+{M/(Aρ0)}[1-e1/{r(ρ0-e1)}]
k＝-(1/A)+∫A{η/(ρ0+η)}dA
(5)滚动疲劳试验
在表2中示出了关于一滚动疲劳使用寿命试验的试验条件。
参照图8A和8B，经受滚动疲劳使用寿命试验的一试件221由一驱动辊211传动进行转动，同时与诸滚珠13接触。诸滚珠13是由一导辊12引导而滚动的3/4英寸滚珠。诸滚珠13在试件21上施加一大的表面压力，同时试件21也在诸滚珠13上施加一大的表面压力。
II.关于例子1的试验结果
(1)氢含量
没有另外被处理的传统的渗碳氮试样具有0.72ppm的一相当大的氢含量。认为一个原因是在渗碳氮处理的大气中所含有氨(NH3)分解，然后氢进入钢内。另一方面，试样B-D的氢含量降低到0.37ppm-0.40ppm，这几乎是传统试样的氢含量的一半。这氢含量大致等于通常淬火试样的氢含量。
上述氢含量的下降能够减轻由于在固态溶体中的氢所产生的钢的脆性程度。换句话说，由于氢含量的下降显著地改进了本发明的试样B-D的摆锤式冲击试验值。
(2)晶粒尺寸
关于晶粒尺寸，以低于渗碳氮处理中的淬火温度(主淬火)的一温度进行第二次淬火的试样、即试样B-D具有显著变细的奥氏体晶粒，即晶粒尺寸号是11-12。试样E和F以及传统的渗碳氮的样品和通常淬火的样品具有晶粒尺寸号为10的奥氏体晶粒，这意味着试样E和F的晶粒尺寸大于本发明的试样B-D的晶粒尺寸。
(3)摆锤式冲击试验值
表9示出了传统的渗碳氮试样的摆锤式冲击试验值是5.33焦耳/平方厘米，而本发明的试样B-D的该值较高在6.30到6.65焦耳/平方厘米的范围。从这可知一较低的第二次淬火温度造成一较高的摆锤式冲击试验值。通常淬火的试样具有6.70焦耳/平方厘米的一较高的摆锤式冲击试验值。
(4)断裂应力值的测量
断裂应力对应于防裂强度。从表9可知传统的渗碳氮试样的断裂应力是2330兆帕。另一方面，试样B-D的断袭应力被改进至2650至2840兆帕。通常的淬火试样具有2770兆帕的断裂应力，这在试样B-F的断裂应力的范围内。并认为氢含量的下降非常有利于改进试样B-D的抗裂强度以及奥氏体晶粒尺寸的缩小。
(5)滚动疲劳试验
按照表9，通常淬火的试样由于在表层不存在渗碳氮层，所以具有最短的滚动疲劳使用寿命(L10)。可是，传统的渗碳氮试样的滚动疲劳使用寿命是通常淬火试样的3.1倍长。试样B-D的滚动疲劳使用寿命与传统的渗碳氮试样比较有了显著的改进。本发明的试样E和F具有几乎与传统的渗碳氮试样相同的滚动疲劳使用寿命。
总之，本发明的试样B-D具有较低的氢含量、晶粒尺寸号至少为11的较细的晶粒、改进的摆锤式冲击试验值、抗裂强度和滚动疲劳使用寿命。
例子2
现在叙述本发明的例子2。在下列试样X、Y和Z上进行了一系列试验。对于试样X-Z的通常采用的一经过热处理的材料是JIS-SUJ2(1％重量的碳、0.25％重量的硅、0.4％重量的锰-1.5％重量的铬)。
通过以下步骤处理各试样X-Z。
试样X-比较例子：仅通常的淬火(没有渗碳氮)
试样Y-比较例子：在渗碳氮后直接淬火(传统的渗碳氮和淬火)。其渗碳氮是在845℃下保持150分钟。渗碳氮处理的大气是RX气体和氨一混合物。
试样Z-本发明的例子：按照图3的热处理图形处理一轴承材料。渗碳氮是在845℃下保持150分钟。在渗碳处理中的大气是RX气体和氨气的一混合物。最后淬火温度是800℃。
(1)滚动疲劳使用寿命
表2和图8A和8B示出了用于滚动疲劳使用寿命的试验条件和试验装置。表3示出了滚动疲劳使用寿命试验的结果。
表2试件φ12×L22圆柱试件试件数量10对应的钢滚珠3/4英寸(19.05毫米)接触表面压力5.88千兆帕载荷速度46240循环次数/分钟润滑油涡轮VG68-强制循环润滑
表3样品使用寿命(载荷计数)相对使用寿命L10 L10(×104次)L10(×104次) X 8017 18648 1.0 Y 24656 33974 3.1 Z 43244 69031 5.4
按照表3，为一比较例子的样品Y具有的一滚动疲劳使用寿命(L10使用寿命：10个试件中有一个损坏)，是也为一比较例子的和仅进行了通常的淬火的试样X的3.1倍长，可知通过渗碳氮处理得到延长使用寿命的效果。相比较，本发明的试样Z具有较长的使用寿命，为试样Y的1.74倍长的和为试样X的5.4倍长。认为这改进主要来自于更细的微观结果。
(2)摆锤式冲击试验
通过使用由以上提到的JIS Z 2242规定的一U槽口试件进行一摆锤式冲击试验。表4示出了这试验结果。
表4试样摆锤式冲击试验值(焦耳/平方厘米)相对冲击试验值 X 6.7 1.0 Y 5.3 0.8 Z 6.7 1.0
进行了渗碳氮的试样Y(比较例子)具有比进行了通常淬火的试样X(比较例子)的摆锤冲击试验值小的一摆锤式冲击试验值，而试样Z具有与试样X相等的一摆锤式冲击试验值。
(3)静态断裂韧性试验
在图9所示的试件的槽口，做出了约1毫米的一预裂开，然后加工发生三点式弯曲的一静载荷，此后确定一断裂载荷P。利用下列公式(I)计算一断裂韧性值(KIC值)。表5中示出了该试验结果。
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} ……(I)
表5试样试验次数KIC(MPam)相对的KIC A 3 16.3 1.0 B 3 16.1 1.0 C 3 18.9 1.2
在预先产生的开裂深度大于渗碳氮层深度的情况下，对于试样X和Y(比较例子)得到了相同的结果，而试样Z(本发明的例子)的结果是约为诸比较例子的该值的1.2倍大。
(4)静压力断裂强度试验(断裂应力的测定)
使用以上所述的、如图7中所示的一静压力断裂强度试件。沿该图的方向P施加一载荷，进行一静压力断裂强度试验。表6示出了试验结果。
表6试验结果试样试验次数静态断裂强度(公斤力)相对静态断裂强度 A 3 4200 1.00 B 3 3500 0.84 C 3 4300 1.03
进行了渗碳氮试样Y的强度略小于进行了通常淬火的试样X的强度，而本发明的试样Z与试样Y比较具有一改进的静压断裂强度以及与试样X具有相同的该强度。
(5)长期尺寸变化速率(rate of secular dimensional variation)
表7示出了在130℃(保持温度)和500小时(保持时间)的条件下测量的长期尺寸变化速率，还示出了表面硬度和所含的奥氏体量(0.1毫米深处)。
表7试样试验次数表面硬度 (HRC)所含的γ(％)尺寸变化速度 (×10-5)相对的尺寸变化速度*) A B C 3 3 3 62.5 63.6 60.0 9.0 28.0 11.3 18 35 22 1.0 1.9 1.2
*：较小是优越的
与具有大量所含的奥氏体的样品Y的尺寸变化速率相比较，本发明的试样Z由于所含奥氏体量较少，是其一半或更少，所以具有较小的尺寸变化速率。
(6)在污染的润滑条件下的使用寿命试验
在具有预定数量的、通常混和在其中的污染物的一污染润滑条件下，使用滚珠轴承6206评价滚动疲劳使用寿命。表8示出了试验条件，表9示出了试验结果。
表8载荷Fr＝6.86千牛顿接触表面压力Pmax＝3.2千兆帕转速2000转/分钟润滑剂涡轮56-油浴润滑污染物量0.4克/1000毫升污染物颗粒尺寸：100-180微米，硬度：Hv800
表9试样L10使用寿命(小时)相对使用寿命L10 X 20.0 1.0 Y 50.2 2.5 Z 74.0 3.7
进行了传统的渗碳氮的试样Y的使用寿命是试样X的2.5倍长，本发明的试样Z的使用寿命是试样A的3.7倍长。虽然本发明的试样Z的所含奥氏体量较比例例子的试样Y的少，但是因为渗入氮和较细的微观结构的影响，所以试样Z具有较长的使用寿命。
因此，从以上所讨论的结果可以看出，本发明的试样Z，即用本发明的热处理方法所产生的一轴承零件能够同时获得三个目标：延长了滚动疲劳使用寿命，这是通过传统的渗碳氮难以实现的；提高了断裂强度；以及，降低了长期尺寸变化速率。
注意：虽然在第一和第二实施例中使用圆锥滚子轴承1a-1d或深沟滚珠轴承7a-7d提供了差动装置支承结构，但本发明不局限于此，例如可以使用一倾斜接触滚珠轴承、一圆柱滚子轴承等。
虽然在第一实施例中外环2a(2b)与外周边部分19a(19b)不是一个零件，但本发明不局限于此，外环2a(2b)可以并入外周边部分19a(19b)之中。并且，虽然在第一实施例中内环3a(3b)与外周边部分19a(19b)不是一个零件，但本发明不局限于此，外环3a(3b)可以并入外周边部分19a(19b)之中。
虽然已详细地叙述和示出了本发明，应清楚地理解是用示例的方法而不是限制性的方法叙述本发明，本发明的原理和范围仅由所附权利要求书的条款限定。