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曲轴及其制造方法

专利类型	发明公开	法律事件	公开; 实质审查; 授权;
专利有效性	有效专利	当前状态	授权
申请号	CN202180016198.0	申请日	2021-02-19
公开(公告)号	CN115151737A	公开(公告)日	2022-10-04
申请人	日本制铁株式会社;	申请人类型	企业
发明人	安部达彦; 大川晓; 祐谷将人;	第一发明人	安部达彦
权利人	日本制铁株式会社	权利人类型	企业
当前权利人	日本制铁株式会社	当前权利人类型	企业
省份	当前专利权人所在省份：	城市	当前专利权人所在城市：
具体地址	当前专利权人所在详细地址：日本东京都	邮编	当前专利权人邮编：
主IPC国际分类	F16C3/06	所有IPC国际分类	F16C3/06 ; C21D9/30 ; C22C38/00 ; C22C38/60 ; C21D1/06 ; C23C8/26 ; C23C8/80
专利引用数量	12	专利被引用数量	0
专利权利要求数量	6	专利文献类型	A
专利代理机构	北京林达刘知识产权代理事务所	专利代理人	刘新宇; 张会华;
摘要	提供一种抗咬合性优异的曲轴。该曲轴具有轴颈部(11)和销部(12)，其中，该曲轴在表面具备含有铁和氮的化合物层，在轴颈部(11)和销部(12)中分别是，化合物层在自表面至深度3.0μm的区域和所述化合物层的整体厚度区域中的较薄区域的空隙面积率为10.0％以下，轴颈部(11)和销部(12)分别具有截面曲线的算术平均高度Pa为0.090μm以下的表面形状。
权利要求	1.一种曲轴，其具有轴颈部和销部，其中，所述曲轴在表面具备含有铁和氮的化合物层，在所述轴颈部和销部中分别是，所述化合物层在自表面至深度3.0μm的区域和所述化合物层的整体厚度区域中的较薄区域的空隙面积率为10.0％以下，所述轴颈部和销部分别具有截面曲线的算术平均高度Pa为0.090μm以下的表面形状。 2.根据权利要求1所述的曲轴，其中，所述化合物层的硬度为HV500～HV1000。 3.根据权利要求1或2所述的曲轴，其中，所述化合物层在所述轴颈部和销部中分别具有1.0μm～50μm的厚度。 4.根据权利要求1～3中任一项所述的曲轴，其中，所述化合物层中的ε相的比例以截面面积率计为80％以上。 5.根据权利要求1～3中任一项所述的曲轴，其中，所述化合物层中的γ’相的比例以截面面积率计为80％以上。 6.一种曲轴的制造方法，其是制造权利要求1～5中任一项所述的曲轴的方法，其中，所述曲轴的制造方法具备：中间磨削工序，在该中间磨削工序中对曲轴的中间制品的轴颈部和销部进行磨削；中间抛光工序，在所述中间磨削工序之后，在该中间抛光工序中对所述中间制品的轴颈部和销部进行抛光；氮化处理工序，在所述中间抛光工序之后，在该氮化处理工序中对所述中间制品进行氮化处理；磨削工序，在所述氮化处理工序之后，在该磨削工序中对所述中间制品的轴颈部和销部进行磨削；粗抛光工序，在所述磨削工序之后，在该粗抛光工序中，使用涂覆有氧化铝磨粒的膜对所述中间制品的轴颈部和销部进行抛光；以及精抛光工序，在所述粗抛光工序之后，在该精抛光工序中，使用涂覆有金刚石磨粒的膜对所述中间制品的轴颈部和销部进行抛光。
说明书全文	曲轴及其制造方法技术领域 [0001] 本发明涉及曲轴及其制造方法。背景技术 [0002] 在曲轴中，以疲劳强度、耐磨损性的提高为目的，有实施氮化处理来使用的曲轴。作为曲轴的氮化处理，经常使用生产率优异的气体氮化处理。 [0003] 在日本特开2018‑70928号公报、国际公开第2018/066667号和日本特开2013‑221203号公报中记载有：通过对氮化处理时的氮势进行控制，能够在钢材的表面形成由γ’相构成的致密的化合物层，由此能够兼顾高疲劳强度和弯曲矫正性。 [0004] 在日本特许第5898092号公报中记载有如下的驱动凸轮的制造方法：在通过对驱动凸轮的滑动面实施软氮化处理而形成硬化层和化合物层之后，将化合物层去除，由此使硬化层存在于滑动面的表面。 [0005] 对于曲轴而言，除了要求疲劳强度、耐磨损性以外，还要求抗咬合性。以往提出了通过控制滑动零部件的表面形状来改善抗咬合性的方案。 [0006] 在日本特开2017‑218951号公报中记载有使冷冻机械用压缩机的曲轴的表面粗糙度Ra为0.05μm以下。在国际公开第2016/072305号中记载有：在由轴承和轴构成的旋转滑动轴承中，使轴的表面粗糙度Ra为0.10μm以下。在日本特许第5199728号公报中记载有：使曲轴的马氏体层或者氮化物层的表面粗糙度比轴颈轴承的表面粗糙度小。 [0007] 现有技术文献 [0008] 专利文献 [0009] 专利文献1：日本特开2018‑70928号公报 [0010] 专利文献2：国际公开第2018/066667号 [0011] 专利文献3：日本特开2013‑221203号公报 [0012] 专利文献4：日本特许第5898092号公报 [0013] 专利文献5：日本特开2017‑218951号公报 [0014] 专利文献6：国际公开第2016/072305号 [0015] 专利文献7：日本特许第5199728号公报 [0016] 非专利文献 [0017] 非专利文献1：迪特尔·里特克(Dieter Liedtke)等著《, 铁的氮化和软氮化》,AGNE技术中心(AGNE Gijutsu Center Inc.),第23页,第72页,2011年发明内容 [0018] 发明要解决的问题 [0019] 近年来，以改善燃料消耗性能为目的，不断发展润滑油的低粘度化、曲轴的滑动部的细轴化，对曲轴要求更加优异的抗咬合性。 [0020] 本发明的目的在于提供一种抗咬合性优异的曲轴及其制造方法。 [0021] 用于解决问题的方案 [0022] 本发明的一实施方式的曲轴具有轴颈部和销部，其中，所述曲轴在表面具备含有铁和氮的化合物层，在所述轴颈部和销部中分别是，所述化合物层在自表面至深度3.0μm的区域和所述化合物层的整体厚度区域中的较薄区域的空隙面积率为10.0％以下，所述轴颈部和销部分别具有截面曲线的算术平均高度Pa为0.090μm以下的表面形状。 [0023] 本发明的一实施方式的曲轴的制造方法是上述的曲轴的制造方法，其中，所述曲轴的制造方法具备：中间磨削工序，在该中间磨削工序中对曲轴的中间制品的轴颈部和销部进行磨削；中间抛光工序，在所述中间磨削工序之后，在该中间抛光工序中对所述中间制品的轴颈部和销部进行抛光；氮化处理工序，在所述中间抛光工序之后，在该氮化处理工序中对所述中间制品进行氮化处理；磨削工序，在所述氮化处理工序之后，在该磨削工序中对所述中间制品的轴颈部和销部进行磨削；粗抛光工序，在所述磨削工序之后，在该粗抛光工序中，使用涂覆有氧化铝磨粒的膜对所述中间制品的轴颈部和销部进行抛光；以及精抛光工序，在所述粗抛光工序之后，在该精抛光工序中，使用涂覆有金刚石磨粒的膜对所述中间制品的轴颈部和销部进行抛光。 [0024] 发明的效果 [0025] 根据本发明，能够获得抗咬合性优异的曲轴。附图说明 [0026] 图1是示意性地表示实施了通常的气体氮化处理的钢材的表面附近的构造的剖视图。 [0027] 图2是截面曲线的例子。 [0028] 图3是粗糙度曲线的例子。 [0029] 图4是本发明的一实施方式的曲轴的概略图。 [0030] 图5是表示图4的曲轴的制造方法的一例的流程图。 [0031] 图6是在咬合试验中使用的评价装置的示意图。 [0032] 图7是示意性地表示图6的评价装置的轴承附近的部分的图。 [0033] 图8是施加于试验轴的表面压力的时间变化的示意图。具体实施方式 [0034] 曲轴的氮化处理是为了提高耐磨损性、疲劳强度而进行的。另一方面，关于氮化处理和抗咬合性的关系，至今尚未进行充分的研究。特别是关于通过氮化处理而形成的化合物层和抗咬合性的关系，虽然可以说空隙面积率较高的化合物层成为油积存部而有助于抗咬合性的提高(迪特尔·里特克等著《, 铁的氮化和软氮化》,AGNE技术中心,第27页,2011年)，但是并未进行系统的调查。 [0035] 图1是示意性地表示实施了通常的气体氮化处理的钢材的表面附近的构造的剖视图。在钢材的表面形成有厚度数十μm左右的化合物层50。在化合物层50的下侧形成有氮在钢材表面扩散而形成的氮扩散层60。另外，在化合物层50中包括：在表面附近形成的空隙面积率较高的多孔层51、以及在多孔层51与氮扩散层60之间形成的空隙面积率较低的致密层52。 [0036] 已知化合物层50包含ε相(Fe2‑3N)、γ’相(Fe4N)和α相(αFe)。其中，已知包括上述那样的多孔层51的化合物层50是以ε相为主体的化合物层。还已知有如前述的日本特开2018‑70928号公报和国际公开第2018/066667号中记载的那样，通过对氮化处理时的氮势进行控制，能够形成以γ’相为主体的空隙较少的化合物层。 [0037] 本发明人对化合物层和抗咬合性的关系进行了详细的研究。具体而言，分别对(1)具备以ε相为主体且包括多孔层和致密层的化合物层的钢材、(2)具备以ε相为主体且将多孔层去除而仅形成致密层的化合物层的钢材、(3)将化合物层去除而使氮扩散层暴露的钢材、以及(4)具备以γ’相为主体的化合物层的钢材进行了抗咬合性的评价。 [0038] 其结果得知，与(1)和(3)的钢材相比，(2)和(4)的钢材显示出优异的抗咬合性。由此得知：具有化合物层有利于抗咬合性的提高、以及化合物层的空隙面积率较低有利于抗咬合性的提高。 [0039] 为了提高抗咬合性，形成有化合物层的滑动部的表面形状也是重要的。本发明人明确了：通过使化合物层的表面附近的空隙面积率为10.0％以下，进而使截面曲线的算术平均高度Pa为0.090μm以下，从而与以往相比能够显著地提高氮化曲轴的抗咬合性。 [0040] 在上述的日本特开2017‑218951号公报、国际公开第2016/072305号中，使用粗糙度曲线的算术平均高度Ra(以下称为“平均粗糙度Ra”。)来限定表面形状。但是，基于平均粗糙度Ra的限定存在以下所述的问题。 [0041] 图2和图3分别是截面曲线的例子和粗糙度曲线的例子。在曲轴等工业产品的表面形状中，除了含有短周期成分(粗糙度)以外，还含有不少来源于磨削机的振动等的长周期成分(波纹度)。平均粗糙度Ra基于利用高通滤波器将波纹度成分除去后的粗糙度曲线(图3)，因此很难说准确地评价了实际的表面形状。另外，平均粗糙度Ra的值根据在获得粗糙度曲线时使用的高通滤波器的截止值λc而大幅变动。实际上，即使平均粗糙度Ra为相同程度，抗咬合性也会根据波纹度的大小而大幅变动。因此，作为控制抗咬合性的指标，使用将截面曲线(图2)作为轮廓曲线的评价参数是适当的。 [0042] 通常，通过进行氮化处理，表面粗糙度会变差1.5倍～2倍左右(迪特尔·里特克等著《, 铁的氮化和软氮化》，AGNE技术中心，第72页，2011年。)。因此，为了使氮化处理后的钢材的截面曲线的算术平均高度Pa变小，需要在氮化处理后也进行研磨，修整表面形状。另一方面，在工业上现实的时间内所能形成的化合物层的厚度为数十μm左右。由于研磨量较小，因此为了在保留化合物层的同时使截面曲线的算术平均高度Pa为0.090μm以下，需要预先在研磨前的阶段形成足够光滑的表面形状。为此，不但在氮化处理后需要进行充分的研磨，而且在氮化处理前也需要进行充分的研磨。 [0043] 本发明是基于以上的发现而完成的。以下参照附图详细地说明本发明的实施方式。对图中相同或相当的部分标注相同的附图标记并且不重复其说明。各图所示的构成构件间的尺寸比未必表示实际的尺寸比。 [0044] [曲轴] [0045] 图4是本发明的一实施方式的曲轴10的概略图。曲轴10具备轴颈部11、销部12和臂部13。 [0046] 轴颈部11与缸体(未图示)连结。销部12与连杆(未图示)连结。臂部13将轴颈部11和销部12连接。 [0047] 曲轴10例如由机械构造用钢材制成。曲轴10不限于此，能够使用由JIS G4051:2009的机械构造用碳钢钢材、JIS G 4053:2008的机械构造用合金钢钢材等制成的曲轴。在这些钢材中，优选的是JIS G 4051:2009的S45C、S50C和S53C以及JIS G 4053:2008的SMn438，另外特别优选的是，为了提高切削性而在这些钢材中添加了硫的钢材。 [0048] 曲轴10的化学组成(除化合物层和氮扩散层以外的母材部分的化学组成)例如除了包含Fe和杂质以外，还包含以质量％计的C：0.30％～0.60％、Si：0.01％～2.0％、Mn：0.1％～2.0％、Cr：0.01％～0.50％、Al：0.001％～0.06％、N：0.001％～0.02％、P：0.03％以下、S：0.20％以下。曲轴10的化学组成也可以含有上述以外的元素。曲轴10的化学组成也可以例如含有以质量％计的Mo：0％～0.50％、Cu：0％～0.50％、Ni：0％～0.50％、Ti：0％～ 0.050％、Nb：0％～0.050％、Ca：0％～0.005％、Bi：0％～0.30％以及V：0％～0.20％。 [0049] 在曲轴10的表面形成有含有铁和氮的化合物层。化合物层主要由铁‑氮化合物构成，但也可以含有少量铁和氮以外的元素。在化合物层中优选的是，铁和氮以外的元素的含量为10质量％以下。 [0050] 化合物层通常形成于整个曲轴10的表面。但是，化合物层只要形成于作为滑动部的轴颈部11和销部12的表面即可，也可以未必形成于整个曲轴10的表面。 [0051] 化合物层既可以是以ε相(Fe2‑3N)为主体的化合物层，也可以是以γ’相(Fe4N)为主体的化合物层。化合物层还可以是ε相和γ’相混合而成的化合物层。 [0052] 作为一个方案，曲轴10也可以具备使ε相的比例以截面面积率计为80％以上的化合物层。ε相具有由密排六方晶格构成的晶体结构，且与γ’相相比疲劳强度、耐磨损性优异，因此在重视机械的强度性能的用途时是合适的。另外，ε相的自扩散系数与γ’相中的自扩散系数相比，在同一温度条件下高出10倍以上，ε相更容易生成。因此，具备ε相的比例较高的化合物层的曲轴在制造上比具备γ’相的比例较高的化合物层的曲轴有利。ε相的截面面积率更优选为90％以上。 [0053] 作为其他方案，曲轴10也可以具备使γ’相的比例以截面面积率计为80％以上的化合物层。γ’相具有由面心立方晶格构成的晶体结构，且体积膨胀率比ε相低三成左右，因此在重视耐热冲击性等热稳定性的用途时是合适的。γ’相的截面面积率更优选为90％以上。 [0054] 化合物层中的ε相、γ’相和α相的比例由电子背散射衍射法(Electron Backscatter Diffraction:EBSD)求出。具体而言，进行化合物层的截面的EBSD测量，映射ε相、γ’相和α相而求出该ε相、γ’相和α相的面积比。在EBSD测量中，以4000倍左右的倍率测量十个视野左右是适当的。 [0055] 在轴颈部11和销部12中分别是，化合物层在自表面至深度3.0μm的区域的空隙面积率为10.0％以下。不过，在化合物层的厚度比3.0μm薄的情况下，以整体厚度测量的空隙面积率为10.0％以下即可。以下将自表面至深度3.0μm的区域和化合物层的整体厚度区域中的较薄区域的空隙面积率称为化合物层的“表层空隙面积率”。 [0056] 虽然机制尚不明确，但化合物层的表层空隙面积率越低，则抗咬合性越高。轴颈部11和销部12中的化合物层的表层空隙面积率优选为5.0％以下，进一步优选为3.0％以下。 [0057] 表层空隙面积率如下所述地测量。利用扫描型电子显微镜(Scanning Electron Microscope：SEM)以5000倍左右的倍率对化合物层的截面进行拍摄。与化合物层的表面平行地以0.25μm间隔引出12根线，在与化合物层的表面垂直的方向上以0.25μm间隔引出92根线，将这些线的交点为空隙的比例设为表层空隙面积率。 [0058] 轴颈部11和销部12以外的部分中的化合物层的表层空隙面积率是任意的。化合物层既可以整体表层空隙面积率较低，也可以仅在轴颈部11和销部12中表层空隙面积率较低。 [0059] 轴颈部11和销部12中的化合物层的厚度优选为1.0μm～50μm。轴颈部11和销部12中的化合物层的厚度的下限更优选为2.0μm，进一步优选为3.0μm。轴颈部11和销部12中的化合物层的厚度的上限更优选为30μm，进一步优选为20μm，更进一步优选为8μm。此外，轴颈部11和销部12以外的部分中的化合物层的厚度是任意的。 [0060] 化合物层的厚度如下所述地测量。对化合物层的截面进行研磨，利用硝酸乙醇溶液进行蚀刻并利用光学显微镜进行观察。化合物层被观察为白色的未腐蚀层。利用光学显微镜对以500倍的倍率拍摄而得到的组织照片的五个视野进行观察。在各视野中，沿水平方向每隔30μm在四个点测量化合物层的厚度。将测量得到的二十个点的平均值设为化合物层的厚度。 [0061] 轴颈部11和销部12中的化合物层的硬度优选为HV500～HV1000。轴颈部11和销部12中的化合物层的硬度的下限更优选为HV700，进一步优选为HV800。此外，轴颈部11和销部 12以外的部分中的化合物层的硬度是任意的。 [0062] 轴颈部11和销部12分别具有截面曲线的算术平均高度Pa为0.090μm以下的表面形状。在此，截面曲线的算术平均高度Pa是在JIS B 0601:2001中定义的算术平均高度。 [0063] 更具体而言，截面曲线的算术平均高度Pa如下所述地测量。自曲轴10的测量对象部位(轴颈部11和销部12)采集试片，使用接触式粗糙度试验机获取测量截面曲线。接触式粗糙度试验机的触针的顶端半径设为2μm，圆锥的锥角设为60°。扫描速度设为0.5mm/s以下，测量长度设为5mm以上。 [0064] 对测量截面曲线应用截止值λs的低通滤波器，获得截面曲线。如图2所示，将截面曲线作为轮廓曲线，求出评价长度l处的Z(x)的绝对值的平均值，并作为截面曲线的算术平均高度Pa。在此，Z(x)是位置x处的纵坐标。截止值λs设为2.5μm，评价长度l设为5mm。 [0065] 通过使化合物层的表层空隙面积率为10.0％以下，进而使截面曲线的算术平均高度Pa为0.090μm以下，能够使抗咬合性比以往显著地提高。截面曲线的算术平均高度Pa优选为0.080μm以下。 [0066] [曲轴的制造方法] [0067] 接下来对曲轴10的制造方法的一例进行说明。以下说明的制造方法只不过是例示，并不限定曲轴10的制造方法。 [0068] 图5是表示曲轴10的制造方法的一例的流程图。该制造方法具备：原材料准备工序(步骤S1)、热锻工序(步骤S2)、热处理工序(步骤S3)、机械加工工序(步骤S4)、中间磨削工序(步骤S5)、中间抛光工序(步骤S6)、氮化处理工序(步骤S7)、磨削工序(步骤S8)、粗抛光工序(步骤S9)和精抛光工序(步骤S10)。以下对各工序进行详细说明。 [0069] 准备曲轴的原材料(步骤S1)。曲轴的原材料的化学组成没有特别限定，例如能够使用上述的机械构造用钢材。原材料例如能够通过对具有上述的化学组成的钢水进行连续铸造或初轧来制造。 [0070] 对原材料进行热锻而形成曲轴的粗糙的形状(步骤S2)。热锻也可以分为粗锻和精锻来实施。 [0071] 根据需要对通过热锻制造而成的曲轴的粗制品实施淬火、回火、正火等热处理(步骤S3)。热处理工序(步骤S3)是任意的工序，根据曲轴的要求特性等，也可以省略该工序。 [0072] 对曲轴的粗制品进行机械加工(步骤S4)。机械加工是切削加工、磨削加工、开孔加工等。通过该工序来制造具有接近最终产品的形状的曲轴的中间制品。 [0073] 对曲轴的中间制品的轴颈部和销部进行中间磨削和中间抛光(步骤S5和步骤S6)。如上所述，在本实施方式的曲轴中，在保留化合物层的同时使截面曲线的算术平均高度Pa为0.090μm以下。为此，在氮化处理(步骤S7)之前的阶段，需要预先使轴颈部和销部的截面曲线的算术平均高度Pa变小。优选的是，在中间磨削和中间抛光中，使轴颈部和销部的截面曲线各自的算术平均高度Pa为0.15μm以下。 [0074] 对中间磨削和中间抛光后的曲轴的中间制品实施氮化处理(步骤S7)。氮化处理例如在含有NH3、H2、N2的气氛中实施。氮化处理也可以在除了含有NH3、H2、N2以外还含有CO2的气氛中实施。处理温度例如为550℃～620℃。处理时间例如为1.5小时～10小时。 [0075] 此时，通过控制氮势Kn＝PNH3/(PH2)3/2，能够控制化合物层中的ε相和γ’相的比例。PNH3和PH2分别为NH3的分压和H2的分压。具体而言，若使氮势Kn变大，则ε相的比例升高，若使氮势Kn变小，则γ’相的比例升高。 [0076] 进行了氮化处理之后，再次对轴颈部和销部进行磨削，修整表面形状(步骤S8)。在通过氮化处理形成的化合物层中包括多孔层(图1的附图标记51)的情况下，通过该磨削将多孔层去除。 [0077] 接下来，对轴颈部和销部进行抛光(步骤S9和步骤S10)。该抛光工序分为粗抛光工序和精抛光工序来实施，在粗抛光工序中使用涂覆有氧化铝磨粒的膜，在精抛光工序中使用涂覆有金刚石磨粒的膜。由此，在保留化合物层的同时使截面曲线的算术平均高度Pa为0.090μm以下。此时，若前述的中间磨削和中间抛光不充分，则难以在保留化合物层的同时使截面曲线的算术平均高度Pa为0.090μm以下。 [0078] 为了使截面曲线的算术平均高度Pa为0.090μm以下，在中间磨削工序(步骤S5)和磨削工序(步骤S8)中，需要使粗糙度和波纹度这两者变小。其中，粗糙度依赖于磨削所使用的磨粒的大小。因此优选使用尽可能较细的磨粒进行磨削。 [0079] 在轴颈部和销部，由于机械加工工序(步骤S4)时的工具的进给、振动，而存在数百μm～数mm周期的波纹度。即使充分减小粗糙度(即使充分减小粗糙度曲线的算术平均高度Ra)，若残留有波纹，则截面曲线的算术平均高度Pa也不会变小。因此，在中间磨削工序(步骤S5)和磨削工序(步骤S8)中，需要在Ra变小之后也继续进行磨削来充分地去除波纹。 [0080] 另外，在抛光工序(步骤S6、步骤S9和步骤S10)时，为了防止变成中心部凹陷的中凹状的形状，优选实施以下的(1)～(4)。(1)使用宽度较窄的膜，在沿轴向进给的同时进行研磨。由此使润滑油容易到达膜中央部。(2)使磨粒尽可能为小径。由此，切入深度变浅，因此能缓和过度的磨削。(3)提高工件的旋转速度，且使按压力变小。由此能够使膜与工件之间的油(水)膜的厚度增加。(4)使润滑油(水)的量增多。由此能够使膜与工件之间的油(水)膜的厚度增加。 [0081] 另外，在中间抛光工序(步骤S6)、粗抛光工序(步骤S9)和精抛光工序(步骤S10)的任一工序中，均使曲轴的轴向上的膜的进给速度尽可能小。由此能够去除微细的波纹，使截面曲线的算术平均高度Pa更小。 [0082] 以上对本发明的一实施方式的曲轴10的结构及其制造方法的一例进行了说明。根据本实施方式，能够获得抗咬合性优异的曲轴。 [0083] 实施例 [0084] 以下通过实施例来更具体地说明本发明。本发明不限于这些实施例。 [0085] 以具有表1所示的化学组成的钢为原材料，制作出多个咬合试验用的试验轴。 [0086] [表1] [0087] 表格1 [0088] [0089] 具体而言，将原材料在1250℃下加热了一个小时之后，在1150℃附近实施热锻，锻造结束后空气冷却至室温。然后，通过机械加工(切削加工)使外径为约53mm。 [0090] 机械加工后进行中间磨削和中间抛光，将截面曲线的算术平均高度Pa调整为0.15μm以下。中间抛光使用涂覆有粒径9μm‑15μm的氧化铝磨粒的膜。作为比较用，对一部分试验轴省略中间磨削和中间抛光而进行了以下的氮化处理。 [0091] 作为氮化处理，进行了(A)形成以ε相为主体的化合物层的氮化处理以及(B)形成以γ’相为主体的化合物层的氮化处理。氮化处理均在含有氨、氢和CO2的气氛中进行。在(A)中，将氮势Kn调整为1～10并在570℃下保持了三个小时，然后进行了油冷的处理。在(B)中，将氮势Kn调整为0.3～0.5并在570℃下保持了八个小时，然后进行了油冷的处理。 [0092] 通过EBSD测量确认了以下情况：在进行了(A)的处理的试验轴形成有ε相的比例以截面面积率计为90％以上的化合物层，在进行了(B)的处理的试验轴形成有γ’相的比例以截面面积率计为90％以上的化合物层。 [0093] 对氮化处理后的试验轴实施了磨削、粗抛光和精抛光。磨削工序以保留化合物层的方式进行。对形成有以ε相为主体的化合物层的试验轴进行了磨削，以将多孔层去除且保留致密层。粗抛光使用涂覆有粒径9μm‑15μm的氧化铝磨粒的膜来进行，精抛光使用涂覆有粒径1μm‑3μm(#8000‑#4000)的金刚石磨粒的膜来进行。将试验轴的外径调整为与后述的咬合试验中使用的轴承的间隙为约0.080mm。作为比较用，还制作出保留有多孔层的试验轴、将化合物层全部去除的试验轴、简化了磨削工序而仅进行了外径的调整的试验轴。 [0094] 对制作出的试验轴的表面形状、表层空隙面积率和硬度进行了测量。表面形状通过使用接触式粗糙度试验机(株式会社三丰制SJ‑412)进行了测量。硬度通过使用纳米压痕仪进行了测量。 [0095] 使用制作出的试验轴实施了咬合试验。图6表示咬合试验所使用的评价装置20的示意图。将试验轴TP插入到试验轴承21和保持轴承22中，向试验轴承21供油，同时通过电动机(未图示)使试验轴TP以圆周速度20m/秒进行旋转。如图7所示，使厚度30μm的垫片25啮合于试验轴承21的壳体与试验机之间，强制性地产生较强的单侧接触。轴承的金属使用了Bi/Cu合金。润滑油设为VG22，供油温度设为100℃，供油量设为150ml/分钟。 [0096] 在进行了50分钟磨合运转之后，对试验轴承21施加载荷，使施加于试验轴TP的表面压力阶段性地增加，同时运转至发生咬合。图8示意性地表示施加于试验轴TP的表面压力的时间变化。同一表面压力下的保持时间设为10分钟，每一个步骤的表面压力增加幅度设为5MPa。当轴承背面温度成为230℃以上，或由于转矩变动而导致带打滑时，判定为发生了咬合。 [0097] 各试验轴的制造条件和试验结果示于表2。此外，在试验轴记号K1、K2和K3的“表层空隙面积率”一栏中记载了自氮扩散层的表面至深度3.0μm的区域的空隙面积率。 [0098] [表2] [0099] [0100] 试验轴记号C1Z、C1A、G1A、C1B、C1C、C1D和G1B的试验轴具有如下的表面形状：化合物层的表层空隙面积率为10.0％以下，截面曲线的算术平均高度Pa为0.090μm以下。在这些试验轴中，咬合表面压力为100MPa以上，显示出优异的抗咬合性。 [0101] 在试验轴记号C2和G2的试验轴中，咬合表面压力小于100MPa。认为这是因为这些试验轴的截面曲线的算术平均高度Pa较大。这些试验轴在氮化处理后进行了磨削、粗抛光和精抛光，但未进行中间磨削和中间抛光，因此无法充分地降低截面曲线的算术平均高度Pa。 [0102] 试验轴记号P1、P2和P3的试验轴是在化合物层的最外层表面保留有多孔层的试验轴。在这些试验轴中，咬合表面压力小于100MPa。 [0103] 试验轴记号K1、K2和K3的试验轴是将化合物层完全去除而使氮扩散层暴露的试验轴。在这些试验轴中，咬合表面压力小于100MPa。 [0104] 以上对本发明的一实施方式进行了说明，但上述的实施方式只不过是用于实施本发明的例示。因此，本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内对上述的实施方式进行适当变形来实施。

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