JP2007113027A - 鋼の熱処理方法、転がり支持装置の製造方法、転がり支持装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 転がり支持装置の転がり疲れ寿命を長くするために、その構成部品をなす鋼の結晶粒径のさらなる微細化を図る。
【解決手段】 第一部品、第二部品、及び転動体のうち少なくとも一つを、表層部のC含有率が0.6質量%以上、又は、JIS G 0561で規定されたDI値が5.0以上となっている鋼材に対して、窒化処理を行う窒化工程と、A1変態点以上の温度に加熱して保持した後に急冷処理を行う第一の焼入れ工程と、再度A1変態点以上の温度に加熱して保持した後に加工熱処理を行い、その後急冷処理を行う第二の焼入れ工程と、焼戻し処理を行う焼戻し工程と、をこの順で施すことにより、転がり面をなす表層部の旧オーステナイト結晶の平均粒径を2.0μm以下とする。
【選択図】 図1
【解決手段】 第一部品、第二部品、及び転動体のうち少なくとも一つを、表層部のC含有率が0.6質量%以上、又は、JIS G 0561で規定されたDI値が5.0以上となっている鋼材に対して、窒化処理を行う窒化工程と、A1変態点以上の温度に加熱して保持した後に急冷処理を行う第一の焼入れ工程と、再度A1変態点以上の温度に加熱して保持した後に加工熱処理を行い、その後急冷処理を行う第二の焼入れ工程と、焼戻し処理を行う焼戻し工程と、をこの順で施すことにより、転がり面をなす表層部の旧オーステナイト結晶の平均粒径を2.0μm以下とする。
【選択図】 図1
Description
本発明は、鋼の熱処理方法、転がり支持装置(例えば、転がり軸受、ボールねじ、リニアガイド)の製造方法、及び転がり支持装置に関する。
転がり支持装置の構成部品の素材としては、高炭素クロム軸受鋼2種(SUJ2)等の軸受鋼が用いられている。一般に、軸受鋼の強度Hvは、下記式(1)に示すHall−Petch則に従い、結晶粒径dの−1/2乗に比例して増加することが知られている。 Hv=A+d-1/2 ・・・(1)
但し、上記式(1)中のAは結晶粒径が無限大の場合の硬度(すなわち、単結晶の硬度)を示す。すなわち、上記式(1)によれば、例えば、軸受鋼の結晶粒径を15μmから8μmに微細化すると、その強度Hvは約1.4倍になることが分かる。
但し、上記式(1)中のAは結晶粒径が無限大の場合の硬度(すなわち、単結晶の硬度)を示す。すなわち、上記式(1)によれば、例えば、軸受鋼の結晶粒径を15μmから8μmに微細化すると、その強度Hvは約1.4倍になることが分かる。
このような結晶粒径の微細化による鋼の強化方法は、鋼の組成を変えることなく、鋼の結晶粒径を微細化することで鋼の強度を高くすることができるため、近年注目を集めている。
特許文献1には、所定形状の鋼材に対して、A1変態点を超える浸炭窒化処理温度で浸炭窒化処理を施した後、A1変態点未満に冷却し、その後、A1変態点以上で且つ浸炭窒化処理温度未満で再加熱した後、焼入れを行うことにより、構成品の表層部及び芯部の旧オーステナイト結晶の平均粒径を8μm以下とすることが提案されている。
特許文献1には、所定形状の鋼材に対して、A1変態点を超える浸炭窒化処理温度で浸炭窒化処理を施した後、A1変態点未満に冷却し、その後、A1変態点以上で且つ浸炭窒化処理温度未満で再加熱した後、焼入れを行うことにより、構成品の表層部及び芯部の旧オーステナイト結晶の平均粒径を8μm以下とすることが提案されている。
特許文献2には、内輪、外輪、及び転動体のうち少なくとも一つの構成部品において、浸炭窒化処理層を有し、その表層部及び芯部の旧オーステナイト結晶の平均粒径が粒度番号10を超えるようにすることが提案されている。
特許文献3には、内輪、外輪、及び転動体のうち少なくとも一つの構成部品において、浸炭窒化処理を施すとともに、破壊応力値を2650MPa以上とすることで、その表層部及び芯部の旧オーステナイト結晶の平均粒径が粒度番号12以上となるようにすることが提案されている。
特開2003−226918号公報
特開2003−225919号公報
特開2003−227518号公報
特許文献3には、内輪、外輪、及び転動体のうち少なくとも一つの構成部品において、浸炭窒化処理を施すとともに、破壊応力値を2650MPa以上とすることで、その表層部及び芯部の旧オーステナイト結晶の平均粒径が粒度番号12以上となるようにすることが提案されている。
近年、転がり支持装置の使用条件が過酷になるにつれて、その構成部品をなす鋼の結晶粒径のさらなる微細化を図ることで、転がり支持装置の寿命を長くすることが要求されている。しかしながら、上述した特許文献1〜特許文献3に記載の技術には、鋼の結晶粒径のさらなる微細化を図るという点で未だ改善の余地がある。
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、転がり支持装置の転がり疲れ寿命を長くするために、その構成部品をなす鋼の結晶粒径のさらなる微細化を図ることを課題としている。
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、転がり支持装置の転がり疲れ寿命を長くするために、その構成部品をなす鋼の結晶粒径のさらなる微細化を図ることを課題としている。
このような課題を解決するために、本発明は、所定形状の鋼材に対して、窒化処理を行う窒化工程と、A1変態点以上の温度に加熱して保持した後に急冷処理を行う第一の焼入れ工程と、再度A1変態点以上の温度に加熱して保持した後に加工熱処理を行い、その後急冷処理を行う第二の焼入れ工程と、焼戻し処理を行う焼戻し工程と、をこの順で施すことを特徴とする鋼の熱処理方法を提供する。
以下、本発明に係る鋼の熱処理方法について詳細に説明する。
<窒化工程について>
所定形状の鋼材に対して、例えばアンモニアガス雰囲気下で、所定温度(例えば、500〜600℃)に加熱して、所定時間(例えば、3〜48時間)保持することにより、窒化処理を行う。この窒化処理により、鋼材の表層部(表面から所定深さ、例えば500μmの深さまでの部分)に、高濃度(例えば、N含有率が0.1質量%以上)の窒素富化領域を形成する。ここで、熱処理後の研削加工性の低下を抑制するために、窒素富化領域のN含有率は3.0質量%以下とすることが好ましい。
なお、肌焼鋼のように、芯部のC含有率が低い鋼材を用いる場合には、上述した窒化処理を行う前に浸炭処理を行ったり、窒化処理としてCとNを同時に導入できる浸炭窒化処理を行うことで、第一の焼入れ工程前の表層部のC含有率を0.6質量%以上とすることが好ましい。
<窒化工程について>
所定形状の鋼材に対して、例えばアンモニアガス雰囲気下で、所定温度(例えば、500〜600℃)に加熱して、所定時間(例えば、3〜48時間)保持することにより、窒化処理を行う。この窒化処理により、鋼材の表層部(表面から所定深さ、例えば500μmの深さまでの部分)に、高濃度(例えば、N含有率が0.1質量%以上)の窒素富化領域を形成する。ここで、熱処理後の研削加工性の低下を抑制するために、窒素富化領域のN含有率は3.0質量%以下とすることが好ましい。
なお、肌焼鋼のように、芯部のC含有率が低い鋼材を用いる場合には、上述した窒化処理を行う前に浸炭処理を行ったり、窒化処理としてCとNを同時に導入できる浸炭窒化処理を行うことで、第一の焼入れ工程前の表層部のC含有率を0.6質量%以上とすることが好ましい。
<第一の焼入れ工程について>
窒化工程後の鋼材に対して、A1変態点以上の温度(例えば、800〜1000℃)に加熱して所定時間(例えば、10〜60分)保持した後に、急冷処理を行う。
ここで、上述した窒化工程前に浸炭処理を行ったり、上述した窒化工程として浸炭窒化処理を行った場合、第一の焼入れ工程時における炭化物の粗大化を抑制するために、第一の焼入れ工程の加熱温度を、浸炭処理又は浸炭窒化処理と同一又はより高温とすることが好ましい。
窒化工程後の鋼材に対して、A1変態点以上の温度(例えば、800〜1000℃)に加熱して所定時間(例えば、10〜60分)保持した後に、急冷処理を行う。
ここで、上述した窒化工程前に浸炭処理を行ったり、上述した窒化工程として浸炭窒化処理を行った場合、第一の焼入れ工程時における炭化物の粗大化を抑制するために、第一の焼入れ工程の加熱温度を、浸炭処理又は浸炭窒化処理と同一又はより高温とすることが好ましい。
また、下述する第二の焼入れ工程後の表層部における旧オーステナイト結晶粒径を2μm以下とするために、第一の焼入れ工程は2回以上行うことが好ましく、第一の焼入れ工程の二回目以降の加熱温度は、A1変態点に近い温度(例えば、750〜880℃、好ましくは750〜840℃)とすることが好ましい。
一方、第一の焼入れ工程前に、浸炭処理や浸炭窒化処理が行われていない場合には、第一の焼入れ工程時における炭化物の粗大化を抑制するために、第一の焼入れ工程の加熱温度を、A1変態点に近い温度(例えば、750〜880℃、好ましくは750〜840℃)とすることが好ましい。
一方、第一の焼入れ工程前に、浸炭処理や浸炭窒化処理が行われていない場合には、第一の焼入れ工程時における炭化物の粗大化を抑制するために、第一の焼入れ工程の加熱温度を、A1変態点に近い温度(例えば、750〜880℃、好ましくは750〜840℃)とすることが好ましい。
<第二の焼入れ工程について>
第一の焼入れ工程後の鋼材に対して、再度A1変態点以上の温度(例えば、750〜880℃)に加熱して所定時間(例えば、5〜20分間)保持した後に、加工熱処理(オースフォーム)を行い、その後、急冷処理を行う。なお、加工熱処理としては、例えば、圧延、鍛造、ローリング加工が挙げられる。
第一の焼入れ工程後の鋼材に対して、再度A1変態点以上の温度(例えば、750〜880℃)に加熱して所定時間(例えば、5〜20分間)保持した後に、加工熱処理(オースフォーム)を行い、その後、急冷処理を行う。なお、加工熱処理としては、例えば、圧延、鍛造、ローリング加工が挙げられる。
ここで、第二の焼入れ工程後の表層部(表面から所定深さ、例えば500μmの深さまでの部分)の旧オーステナイト結晶の平均粒径を2.0μm以下とするために、加工熱処理は、Ms変態点以上の温度(例えば、200〜800℃)で、パーライト等の不完全焼入れ層が生じ難い時間(例えば、10分間)行う加工処理を2回以上、好ましくは3回以上行うことが好ましい。なお、鉄合金におけるMs変態点(℃)は、下記式(2)に示されるように、合金成分の含有率(質量%)により略決定する。
Ms変態点=550−361×(C含有率)−39×(Mn含有率)−35×(V含有率)−20×(Cr含有率)−17×(Ni含有率)−10×(Cu含有率)−5×(Mo含有率+W含有率)+15×(Co含有率)+30×(Al含有率)・・・(2)
また、加工熱処理により所定の歪みを付与した後には、出来るだけ速やかにA1変態点以上に加熱する必要がある。
また、加工熱処理により所定の歪みを付与した後には、出来るだけ速やかにA1変態点以上に加熱する必要がある。
<焼戻し工程について>
第二の焼入れ工程後の鋼材に対して、A1変態点未満の温度(例えば、150〜250℃)に加熱して所定時間(例えば、0.5〜3時間)保持した後に冷却処理を行う。
本発明に係る鋼の熱処理方法によれば、所定形状の鋼材に対して、窒化処理を行った後に、A1変態点以上の温度に加熱して、鋼材の金属組織をフェライトからオーステナイトに相変態させる処理を二回以上行い、その後、オーステナイト状態の鋼材に対して加工を施すことにより、鋼材の表層部における旧オーステナイト結晶粒径を微細化することができる。
第二の焼入れ工程後の鋼材に対して、A1変態点未満の温度(例えば、150〜250℃)に加熱して所定時間(例えば、0.5〜3時間)保持した後に冷却処理を行う。
本発明に係る鋼の熱処理方法によれば、所定形状の鋼材に対して、窒化処理を行った後に、A1変態点以上の温度に加熱して、鋼材の金属組織をフェライトからオーステナイトに相変態させる処理を二回以上行い、その後、オーステナイト状態の鋼材に対して加工を施すことにより、鋼材の表層部における旧オーステナイト結晶粒径を微細化することができる。
本発明に係る鋼の熱処理方法を用いて、必要な転がり疲れ寿命を有する転がり支持装置の構成部品を得るためには、窒化工程の条件(処理雰囲気、加熱温度、保持時間)や、第一及び第二の焼入れ工程の条件(例えば、加熱温度、保持時間、冷却速度、A1変態点以上の温度への加熱回数)や、第二の焼入れ工程における加工熱処理の条件(例えば、加工熱処理前の加熱温度・熱保持時間や、加工熱処理の処理温度・処理回数)を調節することで、熱処理後の鋼材の表層部の硬さをHv600以上とともに、表層部の旧オーステナイト結晶の平均粒径を2.0μm以下、好ましくは1.0μm以下とすることが好ましい。
また、表層部の旧オーステナイト結晶は、その平均粒径を2.0μm以下とするだけでなく、粒径が2.0μm以下の面積率を大きくし、表層部の70%以上とすることが好ましい。
このような鋼の熱処理方法において、熱処理後の鋼材の表層部の硬さをHv600以上とするとともに、表層部の旧オーステナイト結晶の平均粒径を2.0μm以下とし、且つ、表層部において粒径が2.0μm以下の旧オーステナイト結晶の面積率を70%以上とするためには、表層部のC含有率が0.6質量%以上となっている鋼材や、JIS G 0561(鋼の焼入れ性試験方法)で規定されたたDI値が5.0以上となっている鋼材を用いることが好ましい。
このような鋼の熱処理方法において、熱処理後の鋼材の表層部の硬さをHv600以上とするとともに、表層部の旧オーステナイト結晶の平均粒径を2.0μm以下とし、且つ、表層部において粒径が2.0μm以下の旧オーステナイト結晶の面積率を70%以上とするためには、表層部のC含有率が0.6質量%以上となっている鋼材や、JIS G 0561(鋼の焼入れ性試験方法)で規定されたたDI値が5.0以上となっている鋼材を用いることが好ましい。
本発明はまた、互いに対向配置された転がり面を有する第一部品及び第二部品と、前記第一部品及び前記第二部品の間に転動自在に配設され、前記第一部品及び前記第二部品の転がり面に対する転がり面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより前記第一部品及び前記第二部品のうち一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置を構成する前記第一部品、前記第二部品、及び前記転動体を製造する方法において、表層部のC含有率が0.6質量%以上、又は、JIS G 0561の焼入れ性試験法で規定されたDI値が5.0以上となっている所定形状の鋼材に対して、窒化処理を行う窒化工程と、A1変態点以上に加熱して保持した後に急冷処理を行う第一の焼入れ工程と、再度A1変態点上に加熱して保持した後に加工熱処理を行い、その後急冷処理を行う第二の焼入れ工程と、焼戻し処理を行う焼戻し工程と、をこの順で施すことにより、その転がり面をなす表層部の旧オーステナイト結晶の平均粒径を2.0μm以下とすることを特徴とする転がり支持装置の構成部品の製造方法を提供する。
また、本発明に係る転がり支持装置の構成部品の製造方法においては、その転がり面をなす表層部において、粒径が2.0μm以下の旧オーステナイト結晶の面積率を70%以上とすることがい好ましい。
また、本発明に係る転がり支持装置の構成部品の製造方法においては、その転がり面をなす表層部において、粒径が2.0μm以下の旧オーステナイト結晶の面積率を70%以上とすることがい好ましい。
本発明はさらに、互いに対向配置された転がり面を有する第一部品及び第二部品と、前記第一部品及び前記第二部品の間に転動自在に配設され、前記第一部品及び前記第二部品の転がり面に対する転がり面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより前記第一部品及び前記第二部品のうち一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置において、前記第一部品、前記第二部品、及び前記転動体のうち少なくとも一つは、表層部のC含有率が0.6質量%以上、又は、JIS G 0561の焼入れ性試験法で規定されたDI値が5.0以上となっている所定形状の鋼材に対して、熱処理が施されて得られ、その転がり面をなす表層部の旧オーステナイト結晶の平均粒径が2.0μm以下となっていることを特徴とする転がり支持装置を提供する。
また、本発明に係る転がり支持装置においては、その転がり面をなす表層部において、粒径が2.0μm以下の旧オーステナイト結晶の面積率が70%以上となっていることが好ましい。
なお、本発明に係る転がり支持装置とは、転がり軸受、ボールねじ、及びリニアガイド等を指す。ここで、転がり支持装置が転がり軸受の場合には、第一部品及び第二部品は内輪及び外輪を指し、転がり支持装置がボールねじの場合には、第一部品及び第二部品はねじ軸及びナットを指し、転がり支持装置がリニアガイドの場合には、第一部品及び第二部品は案内レール及びスライダを指す。
なお、本発明に係る転がり支持装置とは、転がり軸受、ボールねじ、及びリニアガイド等を指す。ここで、転がり支持装置が転がり軸受の場合には、第一部品及び第二部品は内輪及び外輪を指し、転がり支持装置がボールねじの場合には、第一部品及び第二部品はねじ軸及びナットを指し、転がり支持装置がリニアガイドの場合には、第一部品及び第二部品は案内レール及びスライダを指す。
また、本発明における転がり面とは、他の部品と転がり接触する面を指し、第一部品及び第二部品の軌道面や、転動体の転動面を指し、転がり面をなす表層部とは、表面から所定深さ(例えば、500μm)までの部分を指す。
さらに、本発明において「表層部のC含有率が0.6質量%以上の鋼」としては、例えば、SUJ3や、浸炭したSNCM815が挙げられる。また、本発明において「JIS G 0561の焼入れ性試験法で規定されたDI値が5.0以上の鋼」としては、例えば、SNCM815や、SCM440が挙げられる。
さらに、本発明において「表層部のC含有率が0.6質量%以上の鋼」としては、例えば、SUJ3や、浸炭したSNCM815が挙げられる。また、本発明において「JIS G 0561の焼入れ性試験法で規定されたDI値が5.0以上の鋼」としては、例えば、SNCM815や、SCM440が挙げられる。
本発明に係る鋼の熱処理方法によれば、所定形状の鋼材に対して、窒化処理を行う窒化工程と、A1変態点以上の温度に加熱して保持した後に急冷処理を行う第一の焼入れ工程と、再度A1変態点以上の温度に加熱して保持した後に加工熱処理を行い、その後急冷処理を行う第二の焼入れ工程と、焼戻し処理を行う焼戻し工程と、をこの順で施すことにより、鋼材の表層部における旧オーステナイト結晶粒径の微細化を図ることができる。
したがって、本発明に係る鋼の熱処理方法を用いて、転がり支持装置の構成部品を作製することにより、転がり疲れ寿命の長い転がり支持装置を提供できる。
したがって、本発明に係る鋼の熱処理方法を用いて、転がり支持装置の構成部品を作製することにより、転がり疲れ寿命の長い転がり支持装置を提供できる。
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。
<第一実施形態>
本実施形態では、所定形状に加工した肌焼鋼(SNCM815)又は高炭素クロム軸受鋼2種(SUJ2)の鋼材に対して、表1に示す各方法の熱処理を施すことにより、平板状の試験片No.1〜No.11を作製した。
<第一実施形態>
本実施形態では、所定形状に加工した肌焼鋼(SNCM815)又は高炭素クロム軸受鋼2種(SUJ2)の鋼材に対して、表1に示す各方法の熱処理を施すことにより、平板状の試験片No.1〜No.11を作製した。
なお、表1に示す熱処理方法「浸炭→窒化→焼入れA→オースフォーム→焼戻し」は、図1に示す条件で行った。また、表1に示す熱処理方法「浸炭窒化→焼入れA→オースフォーム→焼戻し」は、図2に示す条件で行った。さらに、表1に示す熱処理方法「窒化→焼入れB→オースフォーム→焼戻し」は、図3に示す条件で行った。さらに、表1に示す熱処理方法「窒化→焼入れB→焼戻し」は、図4に示す条件で行った。さらに、表1に示す熱処理方法「焼入れA→オースフォーム→焼戻し」は、図5に示す条件で行った。
なお、本実施形態では、オースフォーム(加工熱処理)時の加工処理を圧延により行い、この圧延時における試験片の断面減少率を、オースフォームの加工量として表1に併せて示した。
なお、本実施形態では、オースフォーム(加工熱処理)時の加工処理を圧延により行い、この圧延時における試験片の断面減少率を、オースフォームの加工量として表1に併せて示した。
次に、得られた試験片のうち破壊検査用のサンプルを用いて、転がり面となる試験片の表層部(表面から500μmの深さまでの部分)における旧オーステナイト(γ)結晶の平均粒径を以下に示す手順で測定した。
まず、試験片の表層部を塩化第二鉄と塩酸の混合溶液でエッチングすることにより、上面の旧オーステナイト粒界を現出させて、走査型電子顕微鏡(2000〜10000倍)で用いて撮影した。次に、得られた写真を用いて旧オーステナイト結晶粒径を測定し、一視野中において、旧オーステナイト結晶の平均粒径を算出した。この結果を、表1に併せて示した。
まず、試験片の表層部を塩化第二鉄と塩酸の混合溶液でエッチングすることにより、上面の旧オーステナイト粒界を現出させて、走査型電子顕微鏡(2000〜10000倍)で用いて撮影した。次に、得られた写真を用いて旧オーステナイト結晶粒径を測定し、一視野中において、旧オーステナイト結晶の平均粒径を算出した。この結果を、表1に併せて示した。
また、熱処理後の試験片において、転がり面をなす表層部のC含有率を、公知の電子線マイクロアナライザー(EPMA)を用いて測定した。この結果、No.1〜No.11のいずれの試験片においても、表層部のC含有率は0.6質量%以上となっていた。
次に、得られた試験片のうち非破壊検査用のサンプルを用いて、これらの試験片を転がり軸受の構成部品として使用する場合を想定した以下に示す条件で寿命試験を行った。
次に、得られた試験片のうち非破壊検査用のサンプルを用いて、これらの試験片を転がり軸受の構成部品として使用する場合を想定した以下に示す条件で寿命試験を行った。
この寿命試験は、図6に示すスラスト型寿命試験機を用いて行った。このスラスト型寿命試験機は、図6に示すように、潤滑油1が入った潤滑油槽2内に試験片である固定板7を配置し、この固定板7の上面に、保持器3で保持された複数個の鋼球4を介して、回転軸5が一体に取り付けられた回転板6を配置するように構成されている。そして、スラスト荷重を負荷しつつ回転軸5を回転させることにより、寿命試験を行うように構成されている。
この試験は、試験片の転がり面となる表層部に剥離が生じるまで行い、剥離が生じるまでの総回転数を寿命とした。そして、各試験片について、ワイブル分布関数に基づくL10寿命を算出し、試験片No.9の寿命を1とした時の比を表1に併せて示した。
〔寿命試験条件〕
荷重:4900MPa
回転速度:1000min-1
潤滑油:♯68タービン油(油浴)
〔寿命試験条件〕
荷重:4900MPa
回転速度:1000min-1
潤滑油:♯68タービン油(油浴)
表1に示すように、試験片の表層部における旧オーステナイト結晶の平均粒径が2μm以下であるNo.1〜No.5の試験片では、No.6〜No.11と比較して、長寿命が得られた。
また、表1に示す結果に基づいて、試験片の表層部における旧オーステナイト結晶の平均粒径と、寿命との関係を示す図7のグラフを作成した。
図7に示すように、試験片の表層部における旧オーステナイト結晶の平均粒径を2μm以下とすると、No.9の2.0倍以上の寿命が得られていることが分かる。
さらに、表1に示す結果に基づいて、試験片に対するオースフォームの加工量と、試験片の表層部における旧オーステナイト結晶の平均粒径との関係を示す図8のグラフを作成した。
また、表1に示す結果に基づいて、試験片の表層部における旧オーステナイト結晶の平均粒径と、寿命との関係を示す図7のグラフを作成した。
図7に示すように、試験片の表層部における旧オーステナイト結晶の平均粒径を2μm以下とすると、No.9の2.0倍以上の寿命が得られていることが分かる。
さらに、表1に示す結果に基づいて、試験片に対するオースフォームの加工量と、試験片の表層部における旧オーステナイト結晶の平均粒径との関係を示す図8のグラフを作成した。
図8に示すように、試験片の表層部における旧オーステナイト結晶の平均粒径を2μm以下にするためには、試験片に対するオースフォームの加工量を40%以上とすればよいことが分かる。
以上の結果より、転がり支持装置の転動部品を上述したNo.1〜No.5に示す試験片と同様の条件(鋼の組成、熱処理方法、転がり面となる表層部の旧オーステナイト結晶の平均粒径)とすることにより、転がり支持装置の寿命を長くできることが分かった。
以上の結果より、転がり支持装置の転動部品を上述したNo.1〜No.5に示す試験片と同様の条件(鋼の組成、熱処理方法、転がり面となる表層部の旧オーステナイト結晶の平均粒径)とすることにより、転がり支持装置の寿命を長くできることが分かった。
<第二実施形態>
本実施形態では、表2に示す各組成で、鋼の焼入れ性試験方法を示すJIS G 0561で規定されたDI値が表2に示す値である鋼材を用意した。
なお、DI値は、以下に示す手順で決定する。まず、JIS G 0561で規定された試験片に対して硬度プロファイルを取り、焼入れ端から、50%の金属組織がマルテンサイト組織となっている位置までの距離をDo値として測定する。このDo距離は、冷却溶媒の種類によって変化する値であるため、Do値が無限大の冷却速度となる理想的な状態を仮定することで、鋼の焼入れ性を示す理想臨界直径DI値を決定する。
本実施形態では、表2に示す各組成で、鋼の焼入れ性試験方法を示すJIS G 0561で規定されたDI値が表2に示す値である鋼材を用意した。
なお、DI値は、以下に示す手順で決定する。まず、JIS G 0561で規定された試験片に対して硬度プロファイルを取り、焼入れ端から、50%の金属組織がマルテンサイト組織となっている位置までの距離をDo値として測定する。このDo距離は、冷却溶媒の種類によって変化する値であるため、Do値が無限大の冷却速度となる理想的な状態を仮定することで、鋼の焼入れ性を示す理想臨界直径DI値を決定する。
次に、これらの鋼材に対して、図9に示す熱処理を施すことにより、平板状の試験片No.21〜No.35を作製した。なお、図9に示す浸炭処理は、表層部のC含有率が0.8〜1.0質量%となるような条件で行った。また、図9において、オースフォームは以下に示す加工条件で行った。
<オースフォーミング加工条件>
加工処理数:3回
一処理の加工量:20〜30%
一処理の加工時間:1分以内
総加工量:70%
加工温度:770℃
加工方法:(非破壊試験用のサンプル)圧延
(破壊試験用のサンプル)鍛造
加工速度:(非破壊試験用のサンプル)4m/min
(破壊試験用のサンプル)2m/min
<オースフォーミング加工条件>
加工処理数:3回
一処理の加工量:20〜30%
一処理の加工時間:1分以内
総加工量:70%
加工温度:770℃
加工方法:(非破壊試験用のサンプル)圧延
(破壊試験用のサンプル)鍛造
加工速度:(非破壊試験用のサンプル)4m/min
(破壊試験用のサンプル)2m/min
次に、得られた試験片のうち破壊検査用のサンプルを用いて、上述した第1実施形態と同様の手順で、転がり面となる表層部における旧オーステナイトの結晶粒径を測定した。そして、試験片の表層部において、粒径が2.0μm以下の旧オーステナイト結晶の面積率を算出し、得られた面積率を表2に併せて示した。
次に、得られた試験片のうち非破壊検査用のサンプルを用いて、上述した第1実施形態と同様の条件で寿命試験を行った。この結果は、上述した第1実施形態と同様に、各試験片についてワイブル分布関数に基づくL10寿命を算出し、試験片No.33の寿命を1とした時の比を表2に併せて示した。
次に、得られた試験片のうち非破壊検査用のサンプルを用いて、上述した第1実施形態と同様の条件で寿命試験を行った。この結果は、上述した第1実施形態と同様に、各試験片についてワイブル分布関数に基づくL10寿命を算出し、試験片No.33の寿命を1とした時の比を表2に併せて示した。
表2に示すように、試験片の表層部における旧オーステナイト結晶粒径が2.0μm以下の面積率が70%以上であるNo.21〜No.32の試験片では、No.33〜No.35の試験片と比較して、長寿命であり、No.33の2.1倍以上の寿命が得られていることが分かる。
また、表2に示す結果に基づいて、試験片をなす鋼のDI値と、寿命との関係を示す図10のグラフを作成した。
図10に示すように、試験片をなす鋼のDI値を5以上とすると、No.33の1.25倍以上の寿命が得られていることが分かる。
さらに、表2に示す結果に基づいて、試験片をなす鋼のDI値と、試験片の表層部において旧オーステナイト結晶粒径が2μm以下の面積率との関係を示す図11のグラフを作成した。
また、表2に示す結果に基づいて、試験片をなす鋼のDI値と、寿命との関係を示す図10のグラフを作成した。
図10に示すように、試験片をなす鋼のDI値を5以上とすると、No.33の1.25倍以上の寿命が得られていることが分かる。
さらに、表2に示す結果に基づいて、試験片をなす鋼のDI値と、試験片の表層部において旧オーステナイト結晶粒径が2μm以下の面積率との関係を示す図11のグラフを作成した。
図11に示すように、試験片の表層部において旧オーステナイト結晶粒径が2μm以下の面積率を70%以上とするためには、試験片をなす鋼のDI値を5以上とすればよいことが分かる。また、試験片の表層部において旧オーステナイト結晶粒径が2μm以下の面積率を略100%とするためには、試験片をなす鋼のDI値を10以上とすればよいことが分かる。
以上の結果より、転がり支持装置の転動部品を上述したNo.21〜No.33に示す試験片と同様の条件(鋼のDI値、熱処理方法、転がり面をなす表層部において粒径が2.0μm以下の旧オーステナイト結晶の面積率)とすることにより、転がり支持装置の寿命を長くできることが分かった。
以上の結果より、転がり支持装置の転動部品を上述したNo.21〜No.33に示す試験片と同様の条件(鋼のDI値、熱処理方法、転がり面をなす表層部において粒径が2.0μm以下の旧オーステナイト結晶の面積率)とすることにより、転がり支持装置の寿命を長くできることが分かった。
1 潤滑油
2 潤滑油槽
3 保持器
4 鋼球
5 回転軸
6 回転板
7 固定板(試験片)
2 潤滑油槽
3 保持器
4 鋼球
5 回転軸
6 回転板
7 固定板(試験片)
Claims (7)
- 所定形状の鋼材に対して、窒化処理を行う窒化工程と、A1変態点以上の温度に加熱して保持した後に急冷処理を行う第一の焼入れ工程と、再度A1変態点以上の温度に加熱して保持した後に加工熱処理を行い、その後急冷処理を行う第二の焼入れ工程と、焼戻し処理を行う焼戻し工程と、をこの順で施すことを特徴とする鋼の熱処理方法。
- 前記鋼材は、表層部のC含有率が0.6質量%以上となっていることを特徴とする請求項1に記載の鋼の熱処理方法。
- 前記鋼材は、JIS G 0561の焼入れ性試験方法で規定されたDI値が5.0以上となっていることを特徴とする請求項1に記載の鋼の熱処理方法。
- 互いに対向配置された転がり面を有する第一部品及び第二部品と、前記第一部品及び前記第二部品の間に転動自在に配設され、前記第一部品及び前記第二部品の転がり面に対する転がり面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより前記第一部品及び前記第二部品のうち一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置を構成する前記第一部品、前記第二部品、及び前記転動体を製造する方法において、
表層部のC含有率が0.6質量%以上、又は、JIS G 0561の焼入れ性試験法で規定されたDI値が5.0以上である所定形状の鋼材に対して、窒化処理を行う窒化工程と、A1変態点以上に加熱して保持した後に急冷処理を行う第一の焼入れ工程と、再度A1変態点上に加熱して保持した後に加工熱処理を行い、その後急冷処理を行う第二の焼入れ工程と、焼戻し処理を行う焼戻し工程と、をこの順で施すことにより、その転がり面をなす表層部の旧オーステナイト結晶の平均粒径を2.0μm以下とすることを特徴とする転がり支持装置の構成部品の製造方法。 - 前記転がり面をなす表層部において、粒径2.0μm以下の旧オーステナイト結晶の面積率を70%以上とすることを特徴とする請求項4に記載の転がり支持装置の構成部品の製造方法。
- 互いに対向配置された転がり面を有する第一部品及び第二部品と、前記第一部品及び前記第二部品の間に転動自在に配設され、前記第一部品及び前記第二部品の転がり面に対する転がり面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより前記第一部品及び前記第二部品のうち一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置において、
前記第一部品、前記第二部品、及び前記転動体のうち少なくとも一つは、
表層部のC含有率が0.6質量%以上、又は、JIS G 0561の焼入れ性試験法で規定されたDI値が5.0以上となっている所定形状の鋼材に対して、熱処理が施されて得られ、
その転がり面をなす表層部の旧オーステナイト結晶粒径が2.0μm以下となっていることを特徴とする転がり支持装置。 - 前記転がり面をなす表層部において、粒径が2.0μm以下の旧オーステナイト結晶の面積率が70%以上となっていることを特徴とする請求項6に記載の転がり支持装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005302864A JP2007113027A (ja) | 2005-10-18 | 2005-10-18 | 鋼の熱処理方法、転がり支持装置の製造方法、転がり支持装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2005302864A Pending JP2007113027A (ja) | 2005-10-18 | 2005-10-18 | 鋼の熱処理方法、転がり支持装置の製造方法、転がり支持装置 |
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---|---|
JP (1) | JP2007113027A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101906526A (zh) * | 2009-06-04 | 2010-12-08 | 攀钢集团成都钢铁有限责任公司 | 连轧管机芯棒热处理工艺 |
CN111893261A (zh) * | 2020-08-17 | 2020-11-06 | 德清县伟盛铸造有限公司 | 一种角件热处理工艺 |
KR102177936B1 (ko) | 2019-05-09 | 2020-11-13 | (재)대구기계부품연구원 | 질화 후 고온침탄 열처리방법 |
WO2021059975A1 (ja) * | 2019-09-26 | 2021-04-01 | Ntn株式会社 | 転がり軸受 |
JP2021055167A (ja) * | 2019-10-01 | 2021-04-08 | Ntn株式会社 | 軸受部品 |
CN112760594A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-05-07 | 西南交通大学 | 一种金属材料表面晶粒超细化的方法 |
CN114746564B (zh) * | 2019-10-01 | 2024-07-05 | Ntn株式会社 | 轴承部件 |
-
2005
- 2005-10-18 JP JP2005302864A patent/JP2007113027A/ja active Pending
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JP2021050405A (ja) * | 2019-09-26 | 2021-04-01 | Ntn株式会社 | 転がり軸受 |
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