JP2005337362A - Full type roller bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、総ころ軸受に関する。 The present invention relates to a full roller bearing.
ころ軸受等の転がり軸受は、高面圧下で繰り返し剪断応力を受けて使用されるため、この剪断応力に耐えて転がり疲れ寿命を確保する必要がある。このため、転がり軸受の軌道輪(内輪,外輪)および転動体としては、高炭素クロム軸受鋼二種(SUJ2)に焼入れおよび焼戻し処理を施したり、肌焼鋼(SCR420,SCM420,SAE4320H等)に浸炭または浸炭窒化処理、焼入れおよび焼戻し処理を施すことにより、表面硬さをHv650〜800としたものが用いられている。 Rolling bearings such as roller bearings are used under repeated shear stress under high surface pressure, and therefore it is necessary to withstand this shear stress and ensure a rolling fatigue life. For this reason, as the bearing rings (inner ring, outer ring) and rolling elements of the rolling bearing, the high carbon chromium bearing steel type 2 (SUJ2) is subjected to quenching and tempering treatment, or the case hardening steel (SCR420, SCM420, SAE4320H, etc.). Carburizing or carbonitriding treatment, quenching and tempering treatment are used to make the surface hardness Hv650-800.
近年、自動車,工作機械,一般産業機械,鉄鋼設備等の動力伝達機構や支持機構に使用される転がり軸受において、経済性および信頼性の向上が求められてきている。
ここで、軌道輪の内外周面端部に形成された鍔部でころを保持する総ころ軸受は、保持器でころを保持するころ軸受と比較して、(1) 高負荷で使用可能、(2) 製造性が良好、(3) 低コストで製造可能という長所を有するため、経済性を向上させるために有効である。
In recent years, in rolling bearings used in power transmission mechanisms and support mechanisms for automobiles, machine tools, general industrial machines, steel equipment, etc., improvement in economy and reliability has been demanded.
Here, the total roller bearing that holds the rollers with the flanges formed on the inner and outer peripheral surface ends of the bearing ring is (1) can be used with higher load than the roller bearing that holds the rollers with a cage. (2) Good manufacturability, (3) It can be manufactured at low cost, and is effective in improving economy.
しかし、総ころ軸受は、保持器を有さないことにより、軌道輪ところの間のスキューによるすべりや、金属製のころ同士の接触によるすべりが生じるため、表面損傷が起こり易いという短所を有する。このため、総ころ軸受は、信頼性の点でさらなる改善の余地があり、特に、すべり等の表面損傷が起こり易い場合に用いることは難しい。
表面損傷による寿命低下は、異物の噛み込みによって軌道面に圧痕が生じ、圧痕の縁に応力集中が発生した場合や、潤滑不足によって軌道面ところとの接触面、または金属製のころ同士の接触面に大きな接線力が発生した場合に起こる。
However, since the full roller bearing does not have a cage, slippage due to skew between the raceways and slippage due to contact between metal rollers occurs, and thus has a disadvantage that surface damage is likely to occur. For this reason, the full complement roller bearing has room for further improvement in terms of reliability, and is particularly difficult to use when surface damage such as slip is likely to occur.
Life reduction due to surface damage is caused by indentation on the raceway surface due to foreign matter biting, stress concentration occurring on the edge of the indentation, contact surface with the raceway surface due to insufficient lubrication, or contact between metal rollers Occurs when a large tangential force is generated on the surface.
このような表面損傷による寿命低下を防止するために、特許文献1では、少なくともころを、質量比で、C含有率が0.8%以上1.5%以下、Si含有率が0.4以上1.2%以下、Mn含有率が0.8%以上1.5%以下、Cr含有率が0.8%以上1.8%以下の鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理、焼入れ処理および焼戻し処理を施すことにより、表層部の残留オーステナイト量を20%体積以上50体積%以下にすることが提案されている。この特許文献1では、少なくともころの表層部において、応力集中を緩和する効果が高い残留オーステナイト量を高くすることにより、表面損傷を抑制し、転がり疲れ寿命の向上を図っている。
In order to prevent such a decrease in life due to surface damage, in
また、特許文献2では、内輪軌道面およびころの転がり面に、それらの母線の形状が王冠(クラウン)状となるように曲率またはテーパを持たせる加工(以下、「クラウニング加工」と称する。)を施して、内輪軌道面のクラウニング量ところのクラウニング量の和が所定式を満たすようにすることが提案されている。この特許文献2では、軌道輪ところの間のスキューによるすべりや、金属製のころ同士の接触によるすべりが原因となって生じる表面損傷を抑制し、転がり疲れ寿命の向上を図っている。
しかしながら、特許文献1に記載のころ軸受では、特に、表面損傷による寿命低下が問題となるころの寿命については考慮されているが、ころに接触する軌道輪の寿命については考慮されていない。このため、例えば、ころの寿命のみを高くしても、軌道輪の寿命が不足して、ころ軸受全体の寿命を長くできない場合がある。
さらに、上述した特許文献2に記載のころ軸受には、軌道輪ところの間および金属製のころ同士間のすべりによる表面損傷を抑制するという点でさらなる改善の余地がある。
そこで、本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、軌道輪ところの間および金属製のころ同士間のすべりによる表面損傷を抑制することで、転がり疲れ寿命の長い総ころ軸受を提供することを課題としている。
However, in the roller bearing described in
Furthermore, the roller bearing described in
Accordingly, the present invention has been made to solve these problems, and suppresses surface damage due to slippage between the raceway rings and between the metal rollers, thereby reducing the total rolling fatigue life. The problem is to provide a bearing.
このような課題を解決するために、本発明は、内輪と、外輪と、前記内輪および外輪の間に転動自在に配設された複数のころと、を備え、前記内輪の外周面端部および前記外輪の内周面端部の少なくとも一つに、ころを保持する鍔部が形成されている総ころ軸受において、前記ころは、C含有率が0.30質量%以上1.20質量%以下、Si含有率が0.50質量%以上2.00質量%以下、Mn含有率が0.20質量%以上2.00質量%以下、Cr含有率が0.50質量%以上2.00質量%以下、O含有率が12ppm以下、残部がFeおよび不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理と、焼入れ処理と、200℃以上300℃以下での焼戻し処理とがこの順に施されて得られ、その転がり面をなす表層部のN含有率が0.2質量%以上2.0質量%以下で、C含有率が0.6質量%以上2.5質量%以下で、前記表層部の硬さがHv650以上で、前記表層部の残留オーステナイト量が0体積%超え20体積%未満となっていることを特徴とする総ころ軸受を提供する。
なお、本発明において、前記表層部とは、表面から所定深さ(例えば、1μm)までの範囲を指す。
In order to solve such a problem, the present invention includes an inner ring, an outer ring, and a plurality of rollers disposed so as to be able to roll between the inner ring and the outer ring, and an outer peripheral end portion of the inner ring. In addition, in the full roller bearing in which at least one end portion of the inner peripheral surface of the outer ring is provided with a flange portion that holds the roller, the roller has a C content of 0.30% by mass or more and 1.20% by mass. Hereinafter, the Si content is 0.50% by mass or more and 2.00% by mass or less, the Mn content is 0.20% by mass or more and 2.00% by mass or less, and the Cr content is 0.50% by mass or more and 2.00% by mass. %, O content is 12 ppm or less, and the material made of steel with the balance being Fe and inevitable impurities is processed into a predetermined shape, followed by carbonitriding, quenching, and tempering at 200 ° C. to 300 ° C. Are applied in this order and form the rolling surface. The N content of the layer part is 0.2% by mass or more and 2.0% by mass or less, the C content is 0.6% by mass or more and 2.5% by mass or less, and the hardness of the surface layer part is Hv650 or more, There is provided a full complement roller bearing characterized in that the amount of retained austenite in the surface layer portion is more than 0% by volume and less than 20% by volume.
In the present invention, the surface layer portion refers to a range from the surface to a predetermined depth (for example, 1 μm).
以下、本発明の数値限定の臨界的意義について詳細に説明する。
〔C含有率(質量比):0.30〜1.20%〕
C(炭素)は、基地をマルテンサイト化することにより、強度を増加させるために必要な元素である。本発明においては、鋼からなる素材を所定形状に加工した後に浸炭窒化処理が施され、ころの表層部にCおよびN(窒素)が添加される。よって、素材のC含有率は、ころの芯部に必要な強度を確保するために0.30%以上とする。なお、ころの芯部硬さはHv650以上であることが好ましく、そのためにC含有率は0.80%以上とすることが好ましい。
一方、C含有率が多過ぎると、製鋼時に粗大な炭化物が生成して、転がり疲れ寿命を低下させる場合がある。このため、C含有率は1.20%以下とする。
Hereinafter, the critical significance of the numerical limitation of the present invention will be described in detail.
[C content (mass ratio): 0.30 to 1.20%]
C (carbon) is an element necessary for increasing the strength by converting the base into martensite. In the present invention, carbonitriding is performed after processing a steel material into a predetermined shape, and C and N (nitrogen) are added to the surface layer of the roller. Therefore, the C content of the material is set to 0.30% or more in order to secure the necessary strength for the roller core. In addition, it is preferable that the core part hardness of a roller is Hv650 or more, and it is preferable to make C content rate into 0.80% or more for that purpose.
On the other hand, if the C content is too high, coarse carbides may be generated during steel making, which may reduce the rolling fatigue life. For this reason, C content rate shall be 1.20% or less.
〔Si含有率(質量比):0.50〜2.00%〕
Si(ケイ素)は、製鋼時の脱酸剤として作用するとともに、焼戻し軟化抵抗性を向上させるために必要な元素である。また、浸炭窒化処理を施す場合に、ころの表層部のN含有率を高くする作用もある。
本発明者らが実験を行った結果、ころを構成する素材としてSi含有率が0.50%以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理、焼入れ処理、および200℃以上300℃以下の高温での焼戻し処理を施すことにより、軌道輪の表面損傷を抑制する効果が得られることを見出した。これにより、Si含有率は0.50%以上、好ましくは0.80%以上とする。
一方、Si含有率が多過ぎると、素材の被削性を低下させて、コストの上昇を招く場合があるため、Si含有率は2.00%以下、好ましくは1.50%以下とする。
[Si content (mass ratio): 0.50 to 2.00%]
Si (silicon) is an element necessary for improving the resistance to temper softening while acting as a deoxidizer during steelmaking. In addition, when carbonitriding is performed, there is also an effect of increasing the N content of the surface layer portion of the roller.
As a result of experiments conducted by the present inventors, using a steel having a Si content of 0.50% or more as a material constituting the rollers, carbonitriding, quenching, and at a high temperature of 200 ° C. to 300 ° C. It has been found that the effect of suppressing the surface damage of the bearing ring can be obtained by performing the tempering treatment. Thereby, the Si content is set to 0.50% or more, preferably 0.80% or more.
On the other hand, if the Si content is too high, the machinability of the material may be reduced, leading to an increase in cost. Therefore, the Si content is set to 2.00% or less, preferably 1.50% or less.
〔Mn含有率(質量比):0.20〜2.00%〕
Mn(マンガン)は、製鋼時の脱酸剤および脱硫剤として作用するとともに、焼入れ性の向上に必要な元素である。この効果を得るために、Mn含有率は0.20%以上、好ましくは0.25%以上とする。一方、Mnの含有率が多過ぎると、非金属介在物が多くなり過ぎて転がり疲れ寿命が低下するとともに、素材の鍛造性や被削性等の機械加工性が低下するため、Mn含有率は2.00%以下とする。
[Mn content (mass ratio): 0.20 to 2.00%]
Mn (manganese) is an element necessary for improving hardenability while acting as a deoxidizer and desulfurizer during steelmaking. In order to obtain this effect, the Mn content is 0.20% or more, preferably 0.25% or more. On the other hand, if the Mn content is too high, the amount of non-metallic inclusions increases and the rolling fatigue life decreases, and the machinability such as the forgeability and machinability of the material decreases. 2.00% or less.
〔Cr含有率(質量比):0.50〜2.00%〕
Cr(クロム)は、焼入れ性および焼戻し軟化抵抗性を向上させるとともに、基地を強化して転がり疲れ寿命を向上させるために必要な元素である。また、微細で高硬度の炭化物や炭窒化物を形成して、耐摩耗性を向上させる作用もある。さらに、浸炭窒化層のC含有率を高める作用があり、浸炭窒化特性の向上にも有効である。これらの効果を得るために、Cr含有率を0.50%以上とする。
一方、Cr含有率が多過ぎると、その効果が飽和するだけでなく、表層部に不動態膜が形成されて浸炭窒化特性を阻害する場合があるため、Cr含有率は2.00%以下とする。
[Cr content (mass ratio): 0.50 to 2.00%]
Cr (chromium) is an element necessary for improving hardenability and temper softening resistance and strengthening the base to improve rolling fatigue life. It also has the effect of improving wear resistance by forming fine and hard carbides and carbonitrides. Furthermore, it has the effect | action which raises C content rate of a carbonitriding layer, and is effective also in the improvement of a carbonitriding characteristic. In order to obtain these effects, the Cr content is set to 0.50% or more.
On the other hand, if the Cr content is too high, not only the effect is saturated, but also a passive film is formed on the surface layer portion and may impair the carbonitriding characteristics, so the Cr content is 2.00% or less. To do.
〔O含有率(質量比):12ppm以下〕
O(酸素)は、転がり疲れ寿命に悪影響を与える酸化物系非金属介在物を形成するため、その含有率を出来る限り少なくする必要があるが、O含有率が12ppm以下、好ましくは9ppm以下であれば許容できる。
〔不可避不純物について〕
上記元素以外に、不可避不純物(例えば、P,S,Ni,Cu,Mo,V,Al,Ti,Nb等)が含まれてもよい。
このうち、MoやV等の炭化物形成元素は、浸炭窒化処理により微細で高硬度な炭窒化物を形成するため、耐摩耗性の向上に有効である。よって、これらの元素は、コストの許す限り添加してもよいが、その添加量は合計で2.00質量%以下とすることが好ましい。
[O content (mass ratio): 12 ppm or less]
O (oxygen) forms oxide-based non-metallic inclusions that adversely affect the rolling fatigue life, so its content must be reduced as much as possible, but the O content is 12 ppm or less, preferably 9 ppm or less. Acceptable if any.
[About inevitable impurities]
In addition to the above elements, inevitable impurities (for example, P, S, Ni, Cu, Mo, V, Al, Ti, Nb, etc.) may be included.
Of these, carbide-forming elements such as Mo and V are effective in improving wear resistance because they form fine and high-hardness carbonitrides by carbonitriding. Therefore, these elements may be added as long as the cost permits, but the total amount added is preferably 2.00% by mass or less.
〔熱処理について〕
まず、上述した鋼からなる素材を、鍛造又は切削によりころの形状に加工した後、雰囲気温度800〜860℃で、RXガス+エンリッチガス+アンモニアガスを導入した炉内で、数時間加熱保持することで浸炭窒化処理を行う。
この浸炭窒化処理は、ころの表層部のN含有率が0.2質量%以上2.0質量%以下となるような条件で行う。
[About heat treatment]
First, the above-described steel material is processed into a roller shape by forging or cutting, and then heated and held for several hours in a furnace in which RX gas + enrich gas + ammonia gas is introduced at an ambient temperature of 800 to 860 ° C. Then, carbonitriding is performed.
This carbonitriding process is performed under conditions such that the N content of the surface layer of the roller is 0.2% by mass or more and 2.0% by mass or less.
このとき、ころの表層部のN含有率が0.2質量%未満となると、ころと接触する軌道輪の表面損傷を抑制する効果が十分に得られない。一方、表層部のN含有率は高くなる程、軌道輪の表面損傷を抑制する効果が高くなるが、表層部のN含有率が2.0質量%を超えると、浸炭窒化層が脆弱となり、総ころ軸受として十分な転がり疲れ寿命が得られない。上述した観点から、ころの表層部のN含有率の好ましい範囲は、0.5質量%以上2.0質量%以下である。 At this time, if the N content of the surface layer portion of the roller is less than 0.2% by mass, the effect of suppressing the surface damage of the bearing ring in contact with the roller cannot be sufficiently obtained. On the other hand, the higher the N content of the surface layer portion, the higher the effect of suppressing the surface damage of the bearing ring, but when the N content of the surface layer portion exceeds 2.0 mass%, the carbonitrided layer becomes brittle, A rolling fatigue life sufficient as a full complement roller bearing cannot be obtained. From the viewpoint described above, a preferable range of the N content in the surface layer portion of the roller is 0.5% by mass or more and 2.0% by mass or less.
また、浸炭窒化処理により、Nと同様に添加されるC含有率は、ころの表層部に軸受部材として必要とされる表面硬さHv650が得られるように、N含有率とC含有率の合計が0.8質量%以上となるようにC含有率を調節することが好ましく、C含有率は0.6質量%以上とする。一方、ころの表層部のC含有率が多過ぎると、粗大な炭化物が析出して、ころ自体の転がり疲れ寿命が十分に得られなくなるため、C含有率を2.5質量%以下、好ましくは2.0質量%以下とする。 Further, the carbon content added in the same manner as N by carbonitriding is the sum of the N content and the C content so that the surface hardness Hv650 required as a bearing member can be obtained in the surface layer portion of the roller. It is preferable to adjust the C content so that is 0.8 mass% or more, and the C content is 0.6 mass% or more. On the other hand, if the C content of the surface layer portion of the roller is too large, coarse carbides precipitate and the rolling fatigue life of the roller itself cannot be sufficiently obtained, so the C content is 2.5% by mass or less, preferably 2.0 mass% or less.
次に、800〜860℃で焼入れ処理を行った後、200℃以上300℃以下で焼戻し処理を行う。このとき、焼戻し温度が200℃未満であると、ころの表層部の残留オーステナイト量を20体積%未満に出来ないため、ころと接触する軌道輪の表面損傷を抑制する効果が十分に得られない。一方、焼戻し温度が300℃を超えると、ころの表層部の硬さおよび残留オーステナイト量を本発明の範囲内に出来なくなるため、ころ自体の転がり疲れ寿命が十分に得られない。ここで、ころの表層部の残留オーステナイト量が7体積%以上18体積%未満となるように焼戻し温度を選定すると、軌道輪の表面損傷と、ころ自体の寿命低下を効果的に抑制できるため、ころ軸受としての転がり疲れ寿命を効果的に向上できる。 Next, after performing a quenching process at 800-860 degreeC, a tempering process is performed at 200 degreeC or more and 300 degrees C or less. At this time, if the tempering temperature is less than 200 ° C., the amount of retained austenite in the surface layer portion of the roller cannot be made less than 20% by volume, so that the effect of suppressing the surface damage of the bearing ring in contact with the roller cannot be sufficiently obtained. . On the other hand, when the tempering temperature exceeds 300 ° C., the hardness of the surface layer portion of the roller and the amount of retained austenite cannot be within the range of the present invention, so that the rolling fatigue life of the roller itself cannot be sufficiently obtained. Here, if the tempering temperature is selected so that the amount of retained austenite in the surface layer portion of the roller is 7% by volume or more and less than 18% by volume, the surface damage of the bearing ring and the life reduction of the roller itself can be effectively suppressed. Rolling fatigue life as a roller bearing can be effectively improved.
本発明の総ころ軸受においては、前記ころの転がり面に、クラウニング加工が施されていることが好ましい。
また、本発明の総ころ軸受において、前記ころの転がり面の表面粗さは、前記内輪および外輪の軌道面の表面粗さよりも小さくなっていることが好ましい。
さらに、本発明の総ころ軸受においては、前記内輪および外輪の軌道面をなす表層部の硬さがHv650以上で、前記表層部の残留オーステナイト量が0体積%超え45体積%以下となっていることが好ましい。
In the full complement roller bearing of the present invention, it is preferable that a crowning process is applied to the rolling surface of the roller.
In the full complement roller bearing of the present invention, it is preferable that the surface roughness of the rolling surface of the roller is smaller than the surface roughness of the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring.
Further, in the full complement roller bearing of the present invention, the hardness of the surface layer portion forming the raceway surface of the inner ring and the outer ring is Hv650 or more, and the amount of retained austenite of the surface layer portion is greater than 0% by volume and less than 45% by volume. It is preferable.
ここで、内輪および外輪の軌道面をなす表層部の硬さがHv650未満であると、内輪および外輪として十分な転がり疲れ寿命が得られなくなる。
また、内輪および外輪の軌道面をなす表層部の残留オーステナイト量が45体積%を超えると、鋼からなる素材が塑性変形を起こして寿命を低下させる場合がある。なお、内輪および外輪の軌道面をなす表層部の残留オーステナイト量は、内輪および外輪の軌道面における表面損傷を効果的に抑制するために、5体積%以上とすることが好ましい。
Here, when the hardness of the surface layer portion forming the raceway surface of the inner ring and the outer ring is less than Hv650, a rolling fatigue life sufficient for the inner ring and the outer ring cannot be obtained.
Further, if the amount of retained austenite in the surface layer portion forming the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring exceeds 45% by volume, the material made of steel may cause plastic deformation and reduce the life. The amount of retained austenite in the surface layer portion that forms the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring is preferably 5% by volume or more in order to effectively suppress surface damage on the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring.
本発明の総ころ軸受によれば、ころの転がり面をなす表層部のN含有率、C含有率、硬さ、および残留オーステナイト量を特定することにより、ころ自体の表面損傷を抑制できるとともに、ころと接触する軌道輪の表面損傷も抑制できるため、転がり疲れ寿命を長くできる。
また、本発明のころ軸受によれば、ころと組み合わせる内輪および外輪の構成も特定することにより、転がり疲れ寿命をさらに長くできる。
According to the full roller bearing of the present invention, by specifying the N content, C content, hardness, and amount of retained austenite of the surface layer portion that forms the rolling surface of the roller, surface damage of the roller itself can be suppressed, Since the surface damage of the bearing ring in contact with the rollers can be suppressed, the rolling fatigue life can be extended.
Further, according to the roller bearing of the present invention, it is possible to further increase the rolling fatigue life by specifying the configuration of the inner ring and the outer ring combined with the roller.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
本実施形態では、図1に示す構成の総ころ軸受(内径160mm,外径220mm,幅36mm)を、以下に示す方法で作製した。この総ころ軸受は、図1に示すように、内輪1と、外輪2と、複数の円筒ころ3と、からなる。円筒ころ3は、内輪1の外周面端部と外輪2の内周面端部に形成された鍔部10,20で保持されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In this embodiment, a full roller bearing (inner diameter 160 mm, outer diameter 220 mm, width 36 mm) having the configuration shown in FIG. 1 was produced by the following method. As shown in FIG. 1, the full roller bearing includes an
円筒ころ3は、以下の手順で作製した。まず、表1に示す各構成の鋼からなる素材を鍛造して所定形状に加工した後、表1に示す各方法の熱処理を施した。次に、研削等の仕上げ加工を施して、転がり面3Aの表面粗さ(Ra)が0.04〜0.06μmとなるように調整した。また、円筒ころ3には、その転がり面3Aに、複数の円弧の組み合わせからなるクラウニング加工を施した。
The
ここで、表1に「浸炭窒化→焼入れ→焼戻し」で示す熱処理は、以下に示す条件で行った。まず、Rxガス+プロパンガス+アンモニアガスの雰囲気中において、800〜860℃で2〜6時間保持することにより浸炭窒化を行った後、油焼入れを行った。次に、180〜350℃の範囲の所定温度で2時間保持することにより焼戻しを行った。
また、表1に「焼入れ→焼戻し」で示す熱処理は、以下に示す条件で行った。まず、Rxガス雰囲気中において、800〜860℃で0.5〜1時間保持した後、油焼入れを行った。次に、180℃で2時間保持することにより焼戻しを行った。
Here, the heat treatment shown in Table 1 as “carbonitriding → quenching → tempering” was performed under the following conditions. First, carbonitriding was performed by holding at 800 to 860 ° C. for 2 to 6 hours in an atmosphere of Rx gas + propane gas + ammonia gas, and then oil quenching was performed. Next, tempering was performed by holding at a predetermined temperature in the range of 180 to 350 ° C. for 2 hours.
Further, the heat treatment shown in Table 1 as “quenching → tempering” was performed under the following conditions. First, in an Rx gas atmosphere, after holding at 800 to 860 ° C. for 0.5 to 1 hour, oil quenching was performed. Next, tempering was performed by holding at 180 ° C. for 2 hours.
このようにして得られた円筒ころ3において、転がり面をなす表層部(表面から1μmの深さまでの部分)のN含有率およびC含有率 (質量比)を、電子線マイクロアナライザ (EPMA)により測定した。その結果を、表1に併せて示す。
また、前記表層部の残留オーステナイト量γR ( 体積比)を、X線回折装置により測定した。その結果を、表1に併せて示す。
さらに、前記表層部の硬さ(ビッカース硬さ)を、JIS Z 2244に規定されたビッカース硬さ試験法により測定した。その結果を、表1に併せて示す。
In the
Further, the amount of retained austenite γ R (volume ratio) of the surface layer portion was measured with an X-ray diffractometer. The results are also shown in Table 1.
Furthermore, the hardness (Vickers hardness) of the surface layer portion was measured by the Vickers hardness test method defined in JIS Z 2244. The results are also shown in Table 1.
また、内輪1および外輪2は、以下に示す手順で作製した。まず、高炭素クロム軸受鋼二種(SUJ2)からなる素材を所定形状に加工した後、焼入れおよび焼戻しを施すことにより、軌道面をなす表層部(表面から1μmの深さまでの部分)の硬さをHv680以上で、前記表層部の残留オーステナイト量を7体積%以下にした。次に、これらに研削等の仕上げ加工を施して、外輪軌道面2Aおよび内輪軌道面1Aの表面粗さ(Ra)を、円筒ころ3の転がり面3Aの表面粗さ(Ra)よりも大きくなるように調整した。具体的には、内輪軌道面1Aと外輪軌道面2Aの表面粗さ(Ra)を0.1〜0.5μmとした。
Moreover, the inner ring |
このようにして得られた内輪1、外輪2、および円筒ころ3を用いて、総ころ軸受を組み立てた。そして、この総ころ軸受を、表面損傷が生じ易い環境下で使用することを想定して、以下の条件で寿命試験を行った。この寿命試験は、円筒ころ3の転がり面3Aに剥離が生じるまで内輪1を回転させることで行い、寿命試験開始から剥離が生じるまでの回転時間を寿命とした。この結果を、No.16のL10寿命を1とした時の比として、表1に併せて示す。
〔寿命試験条件〕
荷重比(P/Cr):0.45
回転速度:1000min-1
潤滑油:♯68タービン油
異物:(組成)Fe3 C
(硬さ)HRC52
(粒径)74〜147μm
(混入量)潤滑油中に300ppmとなるように混入
Using the
[Life test conditions]
Load ratio (P / Cr): 0.45
Rotational speed: 1000min -1
Lubricating oil: # 68 Turbine oil Foreign matter: (Composition) Fe 3 C
(Hardness) HRC52
(Particle size) 74-147 μm
(Mixed amount) Mixed in the lubricating oil to 300ppm
表1に示すように、円筒ころ3の構成を、本発明の構成(鋼の組成と、熱処理方法と、焼戻し温度と、転がり面3Aをなす表層部のN含有率,C含有率,残留オーステナイト量,硬さ)としたNo.1〜13は、本発明の構成外としたNo.14,15と比べて長寿命であり、No.16の2.2〜3.7倍の寿命が得られた。
As shown in Table 1, the configuration of the
このうち、「鋼を構成するSi含有率が0.75%以上2.00質量%以下」と、「表層部のN含有率が0.5質量%以上0.8質量%以下」を満たすものは、特に長寿命であり、No.16の3.0倍以上の寿命が得られた。これは、鋼を構成するSi含有率および表層部のN含有率の合計量が増加すると、円筒ころ3と内輪1および外輪2との間の摩擦抵抗が低減して、転がり疲れ寿命が向上したためであると考えられる。
一方、No.14では、焼戻し温度が高過ぎたため、円筒ころ3の転がり面3Aをなす表層部に残留オーステナイト量を存在させることが出来なかった。よって、円筒ころ3に形成される圧痕縁での応力集中軽減効果が十分に得られず、円筒ころ3にフレーキングが多発したため、短寿命であった。
Among these, “the Si content constituting the steel is 0.75% or more and 2.00% by mass or less” and “the N content of the surface layer portion is 0.5% by mass or more and 0.8% by mass or less” Has a particularly long life. A life of 3.0 or more times 16 was obtained. This is because the frictional resistance between the
On the other hand, no. In No. 14, since the tempering temperature was too high, the amount of retained austenite could not be present in the surface layer portion forming the rolling
また、No.15では、焼戻し温度が低過ぎたため、円筒ころ3の転がり面3Aをなす表層部の残留オーステナイト量を本発明の範囲内(0体積%超え20体積%未満)に出来なかった。よって、円筒ころ3と内輪1および外輪2との摩擦低減による寿命延長効果が十分に得られなかったため、短寿命であった。
以上の結果から、円筒ころ3を構成する鋼の組成と、円筒ころ3の転がり面3Aをなす表層部のN含有率,C含有率,残留オーステナイト量,硬さとを本発明の構成とすることにより、表面損傷の生じ易い環境下で使用しても、総ころ軸受の寿命を長くできることが分かった。
No. In No. 15, since the tempering temperature was too low, the amount of retained austenite in the surface layer portion forming the rolling
From the above results, the composition of the steel constituting the
次に、表2に示す各構成の鋼からなる素材を所定形状に加工した後、表2に示す各方法で熱処理を施すことにより、内輪1および外輪2を作製した。そして、これらに研削等の仕上げ加工を施して、内輪軌道面1Aおよび外輪軌道面2Aの表面粗さ(Ra)を、0.1〜0.5μmに調整した。なお、表2には、上述と同様の方法で測定した軌道面1A,2Aをなす表層部のN含有率およびC含有率と、前記表層部の残留オーステナイト量(γR )と、前記表層部の硬さと、を併せて示した。
Next, after processing the raw material which consists of steel of each structure shown in Table 2 into a predetermined shape, the inner ring |
このようにして得られた表2に示す各構成の内輪1および外輪2と、上述した表1に示すNo.1の構成(N含有率:0.6質量%,残留オーステナイト量:10体積%,硬さ:Hv802,表面粗さ(Ra):0.05μm)の円筒ころ3を用いて、総ころ軸受を組み立てた。そして、この総ころ軸受において、上述と同様の条件で寿命試験を行った。この結果を、表1に示すNo.16のL10寿命を1とした時の比として、表2に併せて示す。
The
表2に示すように、内輪1および外輪2を、本発明の構成(軌道面1A,2Aをなす表層部の残留オーステナイト量,前記表層部の硬さ)としたNo.21〜30では、本発明の構成外としたNo.31,32と比べて長寿命であり、表1に示すNo.16の3.4〜7.2倍の寿命が得られた。
このうち、同じ組成の鋼を用いて異なる熱処理を行ったNo.21とNo.22の結果から、浸炭窒化を含む熱処理を施したNo.22のほうが、浸炭を含む熱処理を施したNo.21よりも長寿命となっていることが分かる。これは、浸炭処理では、軌道面をなす表層部に窒化物が形成されず、摩擦係数の軽減を図ることが出来なかったためである。
As shown in Table 2, the
Among these, No. 1 which performed different heat processing using the steel of the same composition. 21 and no. From the results of No. 22, No. 22 subjected to heat treatment including carbonitriding. No. 22 was subjected to heat treatment including carburizing No. 22 It can be seen that the lifetime is longer than 21. This is because in the carburizing process, nitrides are not formed in the surface layer portion forming the raceway surface, and the friction coefficient cannot be reduced.
一方、No.31では、各軌道面1A,2Aの表層部の残留オーステナイト量が本発明の範囲(45体積%以下)よりも多いため、材料に塑性変形が起こり、短寿命であった。
また、No.32では、各軌道面1A,2Aの表層部に残留オーステナイト量を存在させることが出来ず、且つ、硬さが本発明の範囲(Hv650以上)よりも小さかったため、耐久性が得られず、短寿命であった。
On the other hand, no. In No. 31, since the amount of retained austenite in the surface layer portion of each of the raceway surfaces 1A and 2A was larger than the range of the present invention (45% by volume or less), the material was plastically deformed and had a short life.
No. In No. 32, the amount of retained austenite cannot be present in the surface layer portions of the raceway surfaces 1A and 2A, and the hardness is smaller than the range of the present invention (Hv650 or more). It was a lifetime.
以上の結果から、本発明の構成(鋼の組成と、転がり面3Aをなす表層部のN含有率,C含有率,残留オーステナイト量,硬さ)とした円筒ころ3と、本発明の構成(軌道面1A,2Aをなす表層部の残留オーステナイト量,硬さ)とした内輪1および外輪2を組み合わせることによって、表面損傷が生じ易い環境下で使用しても、総ころ軸受の寿命をさらに長くできることが分かった。
また、円筒ころ3の転がり面3Aの表面粗さを、内輪1および外輪2の各軌道面1A,2Aの表面粗さよりも小さくすることで、総ころ軸受の寿命をさらに長くできることが分かった。
From the above results, the
Further, it was found that the life of the full roller bearing can be further increased by making the surface roughness of the rolling
次いで、上述した表1に示すNo.1の構成で作製し、その転がり面3Aの表面粗さ(Ra)を0.02μmに調整した円筒ころ3と、上述した表2に示すNo.30の内輪1および外輪2とを用いて、総ころ軸受を組み立てた。そして、この総ころ軸受において、上述と同様の条件で寿命試験を行った。
この総ころ軸受は、表2に示すNo.30(円筒ころ2の転がり面3Aの表面粗さ(Ra)が0.05μm)よりも長寿命であり、表1に示すNo.16の8.3倍の寿命が得られた。これにより、円筒ころ3の転がり面3Aの表面粗さをより小さくすることで、総ころ軸受の寿命をさらに長くできることが分かった。
Then, No. shown in Table 1 mentioned above. No. 1 shown in Table 2 described above and the
This full complement roller bearing is the No. shown in Table 2. No. 30 (the surface roughness (Ra) of the rolling
1 内輪
1A 内輪軌道面
2 外輪
2A 外輪軌道面
3 円筒ころ(ころ)
3A 転がり面
10,20 鍔部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ころは、C含有率が0.30質量%以上1.20質量%以下、Si含有率が0.50質量%以上2.00質量%以下、Mn含有率が0.20質量%以上2.00質量%以下、Cr含有率が0.50質量%以上2.00質量%以下、O含有率が12ppm以下、残部がFeおよび不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理と、焼入れ処理と、200℃以上300℃以下での焼戻し処理とがこの順に施されて得られ、
その転がり面をなす表層部のN含有率が0.2質量%以上2.0質量%以下で、前記表層部のC含有率が0.6質量%以上2.5質量%以下で、前記表層部の硬さがHv650以上で、前記表層部の残留オーステナイト量が0体積%超え20体積%未満となっていることを特徴とする総ころ軸受。 An inner ring, an outer ring, and a plurality of rollers rotatably disposed between the inner ring and the outer ring, and at least one of an outer peripheral surface end of the inner ring and an inner peripheral surface end of the outer ring In the full roller bearing in which the collar portion that holds the roller is formed,
The roller has a C content of 0.30% by mass or more and 1.20% by mass or less, an Si content of 0.50% by mass or more and 2.00% by mass or less, and a Mn content of 0.20% by mass or more. 00% by mass or less, Cr content of 0.50% by mass or more and 2.00% by mass or less, O content of 12ppm or less, and a material made of steel with the balance being Fe and inevitable impurities, and then carburizing A nitriding treatment, a quenching treatment, and a tempering treatment at 200 ° C. or more and 300 ° C. or less are performed in this order.
The N content of the surface layer part forming the rolling surface is 0.2% by mass or more and 2.0% by mass or less, and the C content of the surface layer part is 0.6% by mass or more and 2.5% by mass or less. A full roller bearing, wherein the hardness of the part is Hv650 or more, and the amount of retained austenite in the surface layer part is more than 0% by volume and less than 20% by volume.
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