JP2008266683A - 転がり軸受構成部材の製造方法および転がり軸受 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(1)式で表されるDI値と厚さt(mm)との関係が(2)式を満たす鋼を使用して、内輪1および外輪2を製造する。
DI=(0.2〔C〕+0.128)(1+0.7〔Si〕)(1+3.45〔Mn〕)(1+0.07〔Ni〕+0.27〔Ni〕〔Ni〕)(1+2〔Cr〕)(1+2.5〔Mo〕)(1+0.35〔Cu〕)‥‥(1)
DI/t≧0.45‥‥(2)
【選択図】図1
Description
下記の特許文献2には、多段圧延機のバックアップロール用転がり軸受について、内輪の酸化物系介在物の大きさと単位面積当たりの個数を特定することにより、内輪の損傷を抑え、軸受寿命を長くすることが記載されている。
また、芯部の硬度(ビッカース硬さ:Hv)の平均値Mと標準偏差σが下記の(3)式を満たすことが好ましい。
M−4σ≧400‥‥(3)
炭素含有率〔C〕が0.10質量%以上0.20質量%以下、珪素含有率〔Si〕が0.10質量%以上0.50質量%以下、マンガン含有率〔Mn〕が0.20質量%以上0.60質量%以下、ニッケル含有率〔Ni〕が3.00質量%以上5.00質量%以下、クロム含有率〔Cr〕が0.50質量%以上1.50質量%以下、モリブデン含有率〔Mo〕が0.10質量%以上0.50質量%以下、銅含有率〔Cu〕が0.30質量%以下、酸素含有率〔O〕が0.01質量%以下で、残部が鉄(Fe)および不可避不純物からなる。
下記の(1)式で表されるDI値と、前記構成部材の厚さt(mm)との関係が下記の(2)式を満たす。
DI=(0.2〔C〕+0.128)(1+0.7〔Si〕)(1+3.45〔Mn〕)(1+0.07〔Ni〕+0.27〔Ni〕〔Ni〕)(1+2〔Cr〕)(1+2.5〔Mo〕)(1+0.35〔Cu〕)‥‥(1)
DI/t≧0.45‥‥(2)
〔C〕が0.10質量%以上0.20質量%以下の限定理由は以下の通りである。
炭素は組織をマルテンサイト化することで鋼を強化する元素である。本発明の方法では表面は浸炭または浸炭窒化で硬化するが、芯部に必要な強度を付与するために炭素含有率を0.10質量%以上とする。ただし、炭素含有率が0.20質量%を超えると、靱性および被削性が不十分となる。
珪素は、焼入れ後の組織を緻密化し、靱性、耐疲労性、および焼入れ性を向上させる作用を有する元素である。珪素含有率が0.10質量%未満であると、その作用が実質的に得られない。ただし、珪素含有率が0.50質量%を超えると、加工性(鍛造性や熱間加工性等)や被削性が不十分となる。
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、マトリックスに固溶して焼入れ性を向上させる元素である。マンガン含有率が0.20質量%未満であると、これらの作用が実質的に得られない。ただし、マンガン含有率が0.60質量%を超えると、加工性や被削性が不十分となる。
ニッケルは、鋼の焼入れ性および焼戻し後の靱性を向上させる作用を有する元素である。ニッケルの含有率が3.00質量%未満であると、その作用が実質的に得られない。ただし、ニッケルの含有率が5.00質量%を超えると、加工性や被削性が不十分となる。
クロムは、マトリックスに固溶して焼入れ性、焼戻し軟化抵抗性を高める元素であり、転動疲労寿命を向上させる作用も有する。また、微細な炭化物や炭窒化物を形成して、靱性を向上させる作用も有する。クロム含有率が0.50質量%未満であると、これらの作用が実質的に得られない。ただし、クロム含有率が1.50質量%を超えると、表面に不動態膜が生じて浸炭を阻害する恐れがある。
モリブデンは、鋼の焼入れ性および焼戻し後の強度と靱性を向上させる作用を有する元素である。モリブデン含有率が0.10質量%未満であると、これらの作用が実質的に得られない。ただし、モリブデン含有率が0.50質量%を超えると、焼入れ性および被削性が不十分となる。
銅は、焼入れ性および耐候性を向上させる作用を有する元素であるが、含有率が0.30質量%を超えると、加工性および靱性が不十分となる。また、高価であるため、コストも高くなる。
〔O〕が0.01質量%以下の限定理由は以下の通りである。
酸素の含有率が0.01質量%を超えると、SiO2 、Al2 O3 等の大型介在物が増加して、転がり疲れ強さが不十分となる。
(1)式で表されるDI値と、前記構成部材の厚さt(mm)との関係が「DI/t≧0.45」を満たす鋼を用いて転がり軸受構成部材を作製することにより、硬化層と芯部との境界に、応力集中元となる不完全焼入れ組織(ベイナイト)が発生し難くなる。よって、この方法で作製された転がり軸受構成部材を用いて組み立てた転がり軸受に、前記境界を起点とした内部破壊が生じ難くなる。
本発明はまた、本発明の方法で得られ、X線回折によりHall-Williamson プロットから求められる芯部の局所歪みが0.70以上になっている転がり軸受構成部材を提供する。
また、局所歪みと「DI/t」は線形の関係にあり、「DI/t≧0.45」を満たす鋼を用いることで芯部の局所歪みを0.70以上にすることができる。転がり軸受構成部材の芯部の局所歪みが0.70以上であると、0.70未満である場合と比較して、転がり軸受の転がり疲労寿命が著しく長くなる。
βs cosθ/λ=(2εhkl )sinθ/λ+(K/Dhkl )‥‥(4)
θは回折角、λは使用したX線の波長、KはScherrerの定数、Dhkl は結晶格子サイズである。
下記の表1に示す組成の鋼からなる素材を用意し、各素材を、図1に示す、呼び番号「NU228」の円筒ころ軸受(内径:140mm、外径:250mm、幅:42mm)の内輪1、外輪2、円筒ころ(転動体)3の各形状に通常の方法で加工した。
先ず、浸炭処理として、RXガス雰囲気中に、温度850〜1050℃で10〜120時間保持した後に、5〜300℃/minの冷却速度で冷却する。この浸炭処理により、表層部の炭素含有率0.90〜1.05質量%、浸炭深さ5〜7mmとなるようにした。次に、焼鈍処理として、600〜700℃で1〜5時間保持した後に放冷する。次に、焼入れ処理として、780〜900℃で1〜3時間保持した後に油冷する。次に、焼戻し処理として、150〜240℃で2時間保持した後に放冷する。
また、これらの結果を「M−4σ」と疲労限度との関係にまとめたグラフを図2に、厚さ(t)毎に疲労限度と寿命との関係にまとめたグラフを図3〜5に、厚さ(t)毎にDI/tと寿命との関係にまとめたグラフを図6〜8にそれぞれ示す。
また、図2のグラフから、「M−4σ」が大きいほど疲労限度が高くなることが分かる。なお、靱性を確保するという観点からは、「M−4σ」を500以下にすることが好ましい。
次いで、前記と同じ方法で熱処理を行い、同じ方法で軸受寿命試験を行うとともに、同じ方法で試験片を作製して試験を行った。また、Co−Kα線を用いたX線回折法により局所歪みを測定した。その結果も下記の表2に併せて示す。なお、寿命試験結果は、厚さ(t)毎に、サンプルNo. 21〜25ではサンプルNo. 21の寿命を「1」として、No. 26〜32ではサンプルNo. 27の寿命を「1」として、No. 33〜38ではサンプルNo. 33の寿命を「1」として、それぞれ相対値を算出した。
1a 軌道面
2 外輪
2a 軌道面
3 円筒ころ(転動体)
4 保持器
Claims (5)
- 鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭または浸炭窒化処理を行い、次いで焼入れ焼戻しを行うことにより、転がり軸受の内輪、外輪、および転動体からなる構成部材を製造する方法において、
炭素含有率〔C〕が0.10質量%以上0.20質量%以下、珪素含有率〔Si〕が0.10質量%以上0.50質量%以下、マンガン含有率〔Mn〕が0.20質量%以上0.60質量%以下、ニッケル含有率〔Ni〕が3.00質量%以上5.00質量%以下、クロム含有率〔Cr〕が0.50質量%以上1.50質量%以下、モリブデン含有率〔Mo〕が0.10質量%以上0.50質量%以下、銅含有率〔Cu〕が0.30質量%以下、酸素含有率〔O〕が0.01質量%以下で、残部が鉄(Fe)および不可避不純物からなり、
下記の(1)式で表されるDI値と、前記構成部材の厚さt(mm)との関係が下記の(2)式を満たす鋼を使用することを特徴とする転がり軸受構成部材の製造方法。
DI=(0.2〔C〕+0.128)(1+0.7〔Si〕)(1+3.45〔Mn〕)(1+0.07〔Ni〕+0.27〔Ni〕〔Ni〕)(1+2〔Cr〕)(1+2.5〔Mo〕)(1+0.35〔Cu〕)‥‥(1)
DI/t≧0.45‥‥(2) - 芯部の硬度(ビッカース硬さ:Hv)の平均値Mと標準偏差σが下記の(3)式を満たす請求項1記載の転がり軸受構成部材の製造方法。
M−4σ≧400‥‥(3) - 鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭または浸炭窒化処理を行い、次いで焼入れ焼戻しを行うことにより、転がり軸受の内輪、外輪、および転動体からなる構成部材を製造する方法において、
炭素含有率〔C〕が0.10質量%以上0.20質量%以下、珪素含有率〔Si〕が0.10質量%以上0.50質量%以下、マンガン含有率〔Mn〕が0.20質量%以上0.60質量%以下、ニッケル含有率〔Ni〕が3.00質量%以上5.00質量%以下、クロム含有率〔Cr〕が0.50質量%以上1.50質量%以下、モリブデン含有率〔Mo〕が0.10質量%以上0.50質量%以下、銅含有率〔Cu〕が0.30質量%以下、酸素含有率〔O〕が0.01質量%以下で、残部が鉄(Fe)および不可避不純物からなり、
下記の(1)式で表されるDI値と、前記構成部材の厚さt(mm)との関係が下記の(2)式を満たす鋼を使用し、X線回折によりHall-Williamson プロットから求められる芯部の局所歪みを0.70以上にすることを特徴とする転がり軸受構成部材の製造方法。
DI=(0.2〔C〕+0.128)(1+0.7〔Si〕)(1+3.45〔Mn〕)(1+0.07〔Ni〕+0.27〔Ni〕〔Ni〕)(1+2〔Cr〕)(1+2.5〔Mo〕)(1+0.35〔Cu〕)‥‥(1)
DI/t≧0.45‥‥(2) - 鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭または浸炭窒化処理を行い、次いで焼入れ焼戻しを行うことにより得られる、転がり軸受の内輪、外輪、および転動体からなる構成部材であって、請求項1の方法で得られ、X線回折によりHall-Williamson プロットから求められる芯部の局所歪みが0.70以上になっている転がり軸受構成部材。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法で得られた内輪、外輪、または転動体を備えた転がり軸受。
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