JP2009287073A - 浸炭転がり軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱処理を中心としたプロセス面を殆ど変更することなく、優れた耐久性と寿命を発揮できる新規な浸炭転がり軸受の提供。
【解決手段】内輪、外輪、転動体のいずれか１つ以上の軸受部材が、C:0.10~0.30質量％、Si:0.10~0.50質量％、Mn:0.60~1.00質量％、Ni:2.00~5.00質量％、Cr:0.50~2.00質量％、Mo:0.10~0.50質量％、Cu:0.3質量％以下、O:0.01質量％以下、Al:0.010~0.050質量％、N:0.010~0.030質量％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材から構成され、かつ、当該鋼材のＤＩ値と当該鋼材からなる軸受部材の肉厚ｔが、DI/t>0.45の関係を満足する。これによって、熱処理を中心としたプロセス面を殆ど変更することなく、優れた耐久性と寿命を発揮できる新規な浸炭転がり軸受を提供するものである。
【選択図】 図１１
【解決手段】内輪、外輪、転動体のいずれか１つ以上の軸受部材が、C:0.10~0.30質量％、Si:0.10~0.50質量％、Mn:0.60~1.00質量％、Ni:2.00~5.00質量％、Cr:0.50~2.00質量％、Mo:0.10~0.50質量％、Cu:0.3質量％以下、O:0.01質量％以下、Al:0.010~0.050質量％、N:0.010~0.030質量％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材から構成され、かつ、当該鋼材のＤＩ値と当該鋼材からなる軸受部材の肉厚ｔが、DI/t>0.45の関係を満足する。これによって、熱処理を中心としたプロセス面を殆ど変更することなく、優れた耐久性と寿命を発揮できる新規な浸炭転がり軸受を提供するものである。
【選択図】 図１１
Description
本発明は、特に鉄鋼・製紙圧延機用転がり軸受や風車ギアボックス用転がり軸受などのように一般に大型で厚肉の浸炭転がり軸受に関する。
係る大型・厚肉の浸炭転がり軸受は、その肉厚や質量の大きさ故に不完全焼入組織や旧オーステナイト粒径の粗大な組織が存在し易く、それに伴う疲労強度と寿命の低下が懸念されている。すなわち、特に浸炭・浸炭窒化を施した軸受においては浸炭層の切れ目で引っ張りの残留応力が存在するが、このような浸炭層の切れ目に応力集中源となり得る不完全焼入組織が存在するとその部分を起点として破壊が生ずる。また、旧オーステナイト粒径の粗大な組織（介在物）が存在すると、その介在物周りに応力集中が起こり、これを起点として破損に至ることが知られている。
そのため、例えば以下の特許文献１では、軸受用肌焼き鋼の成分を規定し、残留オーステナイト量を規定することで寿命特性と圧壊特性を得るようにしている。
また、以下の特許文献２では、平均粒子径３μｍ以上３０μｍ以下の酸化物系介在物の数や構成比率を限定することで、これらが起点なって発生する内部起点のフレーキングを抑えて大型軸受の寿命を向上させるようにしている。
特開２００４−８４８６９号公報
特開平３−１００１４２号公報
また、以下の特許文献２では、平均粒子径３μｍ以上３０μｍ以下の酸化物系介在物の数や構成比率を限定することで、これらが起点なって発生する内部起点のフレーキングを抑えて大型軸受の寿命を向上させるようにしている。
ところで、熱処理を中心としたプロセス面から不完全焼入組織の発生を抑制するには、焼入れ時の冷却速度を速めるという方法がある。しかしながら、この方法によると軸受の変形が不均一となり、研削代の増加や焼き割れなどに繋がってしまうため、プロセス変更によらずに不完全焼入組織を抑制できる方法が求められる。
また、同じくプロセス面から旧オーステナイト粒径の粗大化を抑制するには、焼入れ前に焼鈍を行うか、あるいはその回数を増やしたり、相変態点以上の温度の焼鈍を行うなどの方法がある。しかしながら、これらはいずれも変形を大きくする方向に働くため、同じくプロセス変更によらずに旧オーステナイト粒径の粗大化を抑制する手段が望ましい。
そこで、本発明は前記のような従来技術が有する問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、熱処理を中心としたプロセス面を殆ど変更することなく、優れた耐久性と寿命を発揮できる新規な浸炭転がり軸受を提供するものである。
また、同じくプロセス面から旧オーステナイト粒径の粗大化を抑制するには、焼入れ前に焼鈍を行うか、あるいはその回数を増やしたり、相変態点以上の温度の焼鈍を行うなどの方法がある。しかしながら、これらはいずれも変形を大きくする方向に働くため、同じくプロセス変更によらずに旧オーステナイト粒径の粗大化を抑制する手段が望ましい。
そこで、本発明は前記のような従来技術が有する問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、熱処理を中心としたプロセス面を殆ど変更することなく、優れた耐久性と寿命を発揮できる新規な浸炭転がり軸受を提供するものである。
前記課題解決するために第１の発明は、
内輪と外輪との間に複数の転動体を配設してなる浸炭転がり軸受であって、前記内輪、外輪、転動体のいずれか１つ以上の軸受部材が、
Ｃ：０．１０〜０．３０質量％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０質量％、Ｍｎ：０．６０〜１．００質量％、Ｎｉ：２．００〜５．００質量％、Ｃｒ：０．５０〜２．００質量％、Ｍｏ：０．１０〜０．５０質量％、Ｃｕ：０．３質量％以下、Ｏ：０．０１質量％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０質量％、Ｎ：０．０１０〜０．０３０質量％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材から構成され、
かつ、当該鋼材のＤＩ値（（０．２×Ｃ＋０．１２８）（１＋０．７Ｓｉ）（１＋３．４５Ｍｎ）（１＋０．０７Ｎｉ＋０．２７Ｎｉ×Ｎｉ）（１＋２Ｃｒ）（１＋２．５Ｍｏ）（１＋０．３５Ｃｕ））と当該鋼材からなる軸受部材の肉厚ｔ(ｍｍ）が、ＤＩ／ｔ＞０．４５の関係を満足することを特徴とする浸炭転がり軸受である。
なお、前記ＤＩ値の各元素記号で表される変数には、それら元素記号に対応する各成分の含有量（質量％）が代入される。
内輪と外輪との間に複数の転動体を配設してなる浸炭転がり軸受であって、前記内輪、外輪、転動体のいずれか１つ以上の軸受部材が、
Ｃ：０．１０〜０．３０質量％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０質量％、Ｍｎ：０．６０〜１．００質量％、Ｎｉ：２．００〜５．００質量％、Ｃｒ：０．５０〜２．００質量％、Ｍｏ：０．１０〜０．５０質量％、Ｃｕ：０．３質量％以下、Ｏ：０．０１質量％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０質量％、Ｎ：０．０１０〜０．０３０質量％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材から構成され、
かつ、当該鋼材のＤＩ値（（０．２×Ｃ＋０．１２８）（１＋０．７Ｓｉ）（１＋３．４５Ｍｎ）（１＋０．０７Ｎｉ＋０．２７Ｎｉ×Ｎｉ）（１＋２Ｃｒ）（１＋２．５Ｍｏ）（１＋０．３５Ｃｕ））と当該鋼材からなる軸受部材の肉厚ｔ(ｍｍ）が、ＤＩ／ｔ＞０．４５の関係を満足することを特徴とする浸炭転がり軸受である。
なお、前記ＤＩ値の各元素記号で表される変数には、それら元素記号に対応する各成分の含有量（質量％）が代入される。
すなわち、本発明は、軸受部材を構成する鋼材の組成と、そのＤＩ値と、この鋼材からなる軸受部材の肉厚ｔとの関係に着目して案出されたものであり、その軸受部材の肉厚ｔが、ＤＩ／ｔ＞０．４５の条件を満足するようにすれば、熱処理を中心としたプロセス面を殆ど変更することなく、優れた耐久性と寿命を発揮することができる。
ここで、鋼材（浸炭鋼）の構成をＣ：０．１０〜０．３０質量％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０質量％、Ｍｎ：０．６０〜１．００質量％、Ｎｉ：２．００〜５．００質量％、Ｃｒ：０．５０〜２．００質量％、Ｍｏ：０．１０〜０．５０質量％、Ｃｕ：０．３質量％以下、Ｏ：０．０１質量％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０質量％、Ｎ：０．０１０〜０．０３０質量％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物としたのは以下の理由による。
ここで、鋼材（浸炭鋼）の構成をＣ：０．１０〜０．３０質量％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０質量％、Ｍｎ：０．６０〜１．００質量％、Ｎｉ：２．００〜５．００質量％、Ｃｒ：０．５０〜２．００質量％、Ｍｏ：０．１０〜０．５０質量％、Ｃｕ：０．３質量％以下、Ｏ：０．０１質量％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０質量％、Ｎ：０．０１０〜０．０３０質量％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物としたのは以下の理由による。
（Ｃ：０．１０〜０．３０質量％）
Ｃ（炭素）は、焼入後の鋼に必要な芯部強度を付与すると共に、浸炭後に十分な表面硬さを確保するのに有効な元素である。そして、その添加量が０．１質量％より少ないと十分な強度および硬さを得ることができず、反対に０．３０質量％を超えると靭性ならびに被削性が低下するため、Ｃの添加量はこの範囲とする。
Ｃ（炭素）は、焼入後の鋼に必要な芯部強度を付与すると共に、浸炭後に十分な表面硬さを確保するのに有効な元素である。そして、その添加量が０．１質量％より少ないと十分な強度および硬さを得ることができず、反対に０．３０質量％を超えると靭性ならびに被削性が低下するため、Ｃの添加量はこの範囲とする。
（Ｓｉ：０．１０〜０．５０質量％）
Ｓｉ（ケイ素）は、焼入れ以後の組織の緻密化、靭性、耐疲労性および焼入れ性の向上に有効な元素である。そして、その添加量が０．１質量％より少ないとこれらの効果を得ることができず、反対に０．５０質量％を超えると靭性ならびに加工性が低下するため、Ｓｉの添加量はこの範囲とする。
Ｓｉ（ケイ素）は、焼入れ以後の組織の緻密化、靭性、耐疲労性および焼入れ性の向上に有効な元素である。そして、その添加量が０．１質量％より少ないとこれらの効果を得ることができず、反対に０．５０質量％を超えると靭性ならびに加工性が低下するため、Ｓｉの添加量はこの範囲とする。
（Ｍｎ：０．６０〜１．００質量％）
Ｍｎ（マンガン）は、溶解時における脱酸ならびに脱硫の効果があると共に、焼入れ性の向上に有効な元素である。そして、その添加量が０．６０質量％より少ないとこれらの効果を得ることができず、反対に１．００質量％を超えると加工性ならびに被削性が低下するため、Ｍｎの添加量はこの範囲とする。
Ｍｎ（マンガン）は、溶解時における脱酸ならびに脱硫の効果があると共に、焼入れ性の向上に有効な元素である。そして、その添加量が０．６０質量％より少ないとこれらの効果を得ることができず、反対に１．００質量％を超えると加工性ならびに被削性が低下するため、Ｍｎの添加量はこの範囲とする。
（Ｎｉ：２．００〜５．００質量％）
Ｎｉ（ニッケル）は、鋼の焼入れ性および焼入れ焼戻し後の靭性を向上させるのに有効な元素である。焼入れ性において、十分な効果を得るためにはその添加量は３質量％であるが、その添加量が多すぎると加工性ならびに被削性が低下するため、その上限は５．００質量％とする。
Ｎｉ（ニッケル）は、鋼の焼入れ性および焼入れ焼戻し後の靭性を向上させるのに有効な元素である。焼入れ性において、十分な効果を得るためにはその添加量は３質量％であるが、その添加量が多すぎると加工性ならびに被削性が低下するため、その上限は５．００質量％とする。
（Ｃｒ：０．５０〜２．００質量％）
Ｃｒ（クロム）は、鋼の焼入れ性および焼入れ焼戻し後の強度および靭性を向上させるのに有効な元素である。焼入れ性において十分な効果を得るためには、その添加量は０．５０質量％であるが、その添加量が多すぎると複炭化物が形成されて焼入れ性および被削性を害するので、その上限は２．００質量％とする。
Ｃｒ（クロム）は、鋼の焼入れ性および焼入れ焼戻し後の強度および靭性を向上させるのに有効な元素である。焼入れ性において十分な効果を得るためには、その添加量は０．５０質量％であるが、その添加量が多すぎると複炭化物が形成されて焼入れ性および被削性を害するので、その上限は２．００質量％とする。
（Ｍｏ：０．１０〜０．５０質量％）
Ｍｏ（モリブデン）もＣｒと同様に、鋼の焼入れ性および焼入れ焼戻し後の強度および靭性を向上させるのに有効な元素である。焼入れ性において十分な効果を得るためには、その添加量は０．１０質量％であるが、その添加量が多すぎると複炭化物が形成されて焼入れ性および被削性を害するので、その上限は０．５０質量％とする。
Ｍｏ（モリブデン）もＣｒと同様に、鋼の焼入れ性および焼入れ焼戻し後の強度および靭性を向上させるのに有効な元素である。焼入れ性において十分な効果を得るためには、その添加量は０．１０質量％であるが、その添加量が多すぎると複炭化物が形成されて焼入れ性および被削性を害するので、その上限は０．５０質量％とする。
（Ｃｕ：０．３質量％以下）
Ｃｕ（銅）は、焼入れ性および耐候性向上に有効な元素であるが、その添加量が多すぎると加工性、靭性を害してしまう上に、効果であるため、その添加量の上限は０．３質量％とする。
（Ｏ：０．０１質量％以下）
Ｏ（酸素）が多すぎると、鋼の清浄度が悪くなり、特にＳｉＯ２系の大型介在物が増加して疲れ強さの低下をきたすので０．０１質量％以下とする。
Ｃｕ（銅）は、焼入れ性および耐候性向上に有効な元素であるが、その添加量が多すぎると加工性、靭性を害してしまう上に、効果であるため、その添加量の上限は０．３質量％とする。
（Ｏ：０．０１質量％以下）
Ｏ（酸素）が多すぎると、鋼の清浄度が悪くなり、特にＳｉＯ２系の大型介在物が増加して疲れ強さの低下をきたすので０．０１質量％以下とする。
（Ａｌ：０．０１０〜０．０５０質量％）
Ａｌ（アルミニウム）は溶解時における脱酸の効果があると共に、ＡｌＮとして微細分散することで粒径の微細化に有効な元素である。そして、その添加量が０．０１０質量％より少ないとこれらの効果を得ることができず、反対に０．０５０質量％を超えるとＡｌＮが粗大化し、結晶粒微細化の効果が得られなくなるのでＡｌの添加量はこの範囲とする。
Ａｌ（アルミニウム）は溶解時における脱酸の効果があると共に、ＡｌＮとして微細分散することで粒径の微細化に有効な元素である。そして、その添加量が０．０１０質量％より少ないとこれらの効果を得ることができず、反対に０．０５０質量％を超えるとＡｌＮが粗大化し、結晶粒微細化の効果が得られなくなるのでＡｌの添加量はこの範囲とする。
（Ｎ：０．０１０〜０．０３０質量％）
Ｎ（窒素）は、ＡｌＮとして微細分散することで粒径の微細化に有効な元素である。そして、その添加量が０．０１０質量％より少ないとこれらの効果を得ることができず、反対に０．０３０質量％を超えると加工性ならびに被削性が劣化させるのでＮの添加量はこの範囲とする。望ましくは、Ｎの添加量は０．０１５〜０．０２０質量％である。
Ｎ（窒素）は、ＡｌＮとして微細分散することで粒径の微細化に有効な元素である。そして、その添加量が０．０１０質量％より少ないとこれらの効果を得ることができず、反対に０．０３０質量％を超えると加工性ならびに被削性が劣化させるのでＮの添加量はこの範囲とする。望ましくは、Ｎの添加量は０．０１５〜０．０２０質量％である。
また、第２の発明は、
第１の発明において、前記鋼材からなる軸受部材の芯部平均硬度Ｈｖ（ビッカース硬度）と硬度の分散σが、Ｈｖ−４σ＞４００の関係を満足することを特徴とする浸炭転がり軸受である。
このような構成によれば、さらに優れた耐久性と長寿命を発揮することができる。
第１の発明において、前記鋼材からなる軸受部材の芯部平均硬度Ｈｖ（ビッカース硬度）と硬度の分散σが、Ｈｖ−４σ＞４００の関係を満足することを特徴とする浸炭転がり軸受である。
このような構成によれば、さらに優れた耐久性と長寿命を発揮することができる。
また、第３の発明は、
第１の発明において、１観察範囲６．２５ｍｍ２、全被検面積２００ｍｍ２を観察し、各視野における旧オーステナイト結晶粒の最大面積の平方根より極値統計を行い、１３０００００ｍｍ２に換算して求める最大粒径ｄが、１４０μｍ未満であることを特徴とする浸炭転がり軸受である。
このような構成によれば、さらに優れた耐久性と長寿命を発揮することができる。
第１の発明において、１観察範囲６．２５ｍｍ２、全被検面積２００ｍｍ２を観察し、各視野における旧オーステナイト結晶粒の最大面積の平方根より極値統計を行い、１３０００００ｍｍ２に換算して求める最大粒径ｄが、１４０μｍ未満であることを特徴とする浸炭転がり軸受である。
このような構成によれば、さらに優れた耐久性と長寿命を発揮することができる。
また、第４の発明は、
第１の発明において、前記鋼材からなる軸受部材の芯部平均硬度Ｈｖ（ビッカース硬度）と硬度の分散σと最大粒径ｄが、Ｈｖ−４σ＋２５００／（粒径ｄの平方根）＞６５０の関係を満足することを特徴とする浸炭転がり軸受である。
このような構成によれば、さらに優れた耐久性と長寿命を発揮することができる。
第１の発明において、前記鋼材からなる軸受部材の芯部平均硬度Ｈｖ（ビッカース硬度）と硬度の分散σと最大粒径ｄが、Ｈｖ−４σ＋２５００／（粒径ｄの平方根）＞６５０の関係を満足することを特徴とする浸炭転がり軸受である。
このような構成によれば、さらに優れた耐久性と長寿命を発揮することができる。
本発明によれば、肉厚や質量の大きさ故に不完全焼入組織や旧オーステナイト粒径の粗大な組織が存在し易い大型の軸受であっても、鋼材の合金組成を最適にすることで熱処理を中心としたプロセス面を殆ど変更することなく、優れた耐久性と寿命を発揮することができる。
次に、本発明に係る大型の浸炭転がり軸受の実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る大型の浸炭転がり軸受１００のうち、鉄鋼設備用圧延機のバックアップロールなどに適用される４列円錐ころ軸受の構成を示した部分断面図である。
図示するように、この４列円錐ころ軸受１００は、内輪１０と外輪２０との間に、円錐台形状のころ３０をその周方向に沿って複数、保持器４０によって等間隔かつ回転自在に配設すると共に、さらに、このころ列５０をその幅方向に沿って４つ配列した構造となっている。
図１は、本発明に係る大型の浸炭転がり軸受１００のうち、鉄鋼設備用圧延機のバックアップロールなどに適用される４列円錐ころ軸受の構成を示した部分断面図である。
図示するように、この４列円錐ころ軸受１００は、内輪１０と外輪２０との間に、円錐台形状のころ３０をその周方向に沿って複数、保持器４０によって等間隔かつ回転自在に配設すると共に、さらに、このころ列５０をその幅方向に沿って４つ配列した構造となっている。
そして、例えばこの内輪１０に図示しない軸を取り付けるとともに、外輪２０を図示しないハウジングなどに取り付けた状態で各円錐ころ３０を内輪１０および外輪２０の各軌道面に沿って転動させることで前記軸のラジアル荷重とアキシアル荷重とを同時に負担できるようになっている。
そして、この４列円錐ころ軸受１００を構成する軸受部材、すなわち内輪１０、外輪２０、円錐ころ３０、保持器４０のうち少なくとも１つは、以下の４つの条件を全て満たすようになっている。
そして、この４列円錐ころ軸受１００を構成する軸受部材、すなわち内輪１０、外輪２０、円錐ころ３０、保持器４０のうち少なくとも１つは、以下の４つの条件を全て満たすようになっている。
（１）内輪１０、外輪２０、円錐ころ３０、保持器４０のうち少なくとも１つは、Ｃ：０．１０〜０．３０質量％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０質量％、Ｍｎ：０．６０〜１．００質量％、Ｎｉ：２．００〜５．００質量％、Ｃｒ：０．５０〜２．００質量％、Ｍｏ：０．１０〜０．５０質量％、Ｃｕ：０．３質量％以下、Ｏ：０．０１質量％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０質量％、Ｎ：０．０１０〜０．０３０質量％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材から構成され、かつ、この鋼材のＤＩ値（（０．２×Ｃ＋０．１２８）（１＋０．７Ｓｉ）（１＋３．４５Ｍｎ）（１＋０．０７Ｎｉ＋０．２７Ｎｉ×Ｎｉ）（１＋２Ｃｒ）（１＋２．５Ｍｏ）（１＋０．３５Ｃｕ））とこの鋼材からなる軸受部材の肉厚ｔが、ＤＩ／ｔ＞０．４５の関係を満足する。
（２）また、さらに、前記鋼材からなる軸受部材は、その芯部平均硬度Ｈｖ（ビッカース硬度）と硬度の分散σが、Ｈｖ−４σ＞４００の関係を満足する。
（３）また、前記鋼材からなる軸受部材は、１観察範囲６．２５ｍｍ２、全被検面積２００ｍｍ２を観察し、各視野における旧オーステナイト結晶粒の最大面積の平方根より極値統計を行い、１３０００００ｍｍ２に換算して求める最大粒径ｄが、１４０μｍ未満である。
（４）また、前記鋼材からなる軸受部材の芯部平均硬度Ｈｖ（ビッカース硬度）と硬度の分散σと最大粒径ｄが、Ｈｖ−４σ＋２５００／（粒径ｄの平方根）＞６５０の関係を満足する。
（３）また、前記鋼材からなる軸受部材は、１観察範囲６．２５ｍｍ２、全被検面積２００ｍｍ２を観察し、各視野における旧オーステナイト結晶粒の最大面積の平方根より極値統計を行い、１３０００００ｍｍ２に換算して求める最大粒径ｄが、１４０μｍ未満である。
（４）また、前記鋼材からなる軸受部材の芯部平均硬度Ｈｖ（ビッカース硬度）と硬度の分散σと最大粒径ｄが、Ｈｖ−４σ＋２５００／（粒径ｄの平方根）＞６５０の関係を満足する。
そして、このような条件を全て満足した本発明の４列円錐ころ軸受（浸炭転がり軸受）１００にあっては、以下の実施例からもわかるように、熱処理を中心としたプロセス面を変えなくとも優れた耐久性と長寿命を発揮することができる。このため、本発明の４列円錐ころ軸受１００のような肉厚や質量の大きな大型の軸受であっても、その機能を長期に亘って維持することができる。
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
先ず以下の表１に示すような組成（Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎ＋残部Ｆｅ＋不可避的不純物）をした鋼材からなる３種類の肉厚（１４．５ｍｍ、２９ｍｍ、４５ｍｍ）の試験片（比較例１，２、７，８、１３，１４，１９，２３および実施例３〜６、９〜１２、１５〜１８、２１〜２２）を作成し、これら各試験片を用いて疲労試験、硬さ測定、粒径の極値統計と強度、軸受寿命試験を行い、その結果を以下の表２に示した。
先ず以下の表１に示すような組成（Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎ＋残部Ｆｅ＋不可避的不純物）をした鋼材からなる３種類の肉厚（１４．５ｍｍ、２９ｍｍ、４５ｍｍ）の試験片（比較例１，２、７，８、１３，１４，１９，２３および実施例３〜６、９〜１２、１５〜１８、２１〜２２）を作成し、これら各試験片を用いて疲労試験、硬さ測定、粒径の極値統計と強度、軸受寿命試験を行い、その結果を以下の表２に示した。
表２には、これら各試験片のＤＩ値（（０．２×Ｃ＋０．１２８）（１＋０．７Ｓｉ）（１＋３．４５Ｍｎ）（１＋０．０７Ｎｉ＋０．２７Ｎｉ×Ｎｉ）（１＋２Ｃｒ）（１＋２．５Ｍｏ）（１＋０．３５Ｃｕ））と、ＤＩ値／肉厚、平均硬度、平均硬度の標準偏差、これらより求めたＨｖ−４σ（組織の硬度）の値、疲労限度、最大粒径、パラメータＸ（Ｘ＝Ｈｖ−４σ＋２５００／（粒径ｄの平方根））、さらに軸受寿命試験における寿命比（比較例１を１とした）を示した。
なお、これら各試験片には、図２に示すように、所定形状に鍛造した後、浸炭（８５０〜１０５０℃）→焼鈍（６００〜７００℃）→焼入れ（７８０〜９００℃）→焼戻し（１５０〜２４０℃）といった従来から行われている一連の熱処理を施した。
また、本実施例で用いた疲労試験方法としては、これら各試験片の試験部直径８ｍｍの回転曲げを行った。
また、本実施例で用いた疲労試験方法としては、これら各試験片の試験部直径８ｍｍの回転曲げを行った。
また、硬さ測定方法としては、疲労試験の試験部に相当する部分の硬さ測定を行った。試験荷重は４９００Ｎで少なくとも３０点以上の測定を行い、平均と標準偏差を求めた。
また、最大粒径は極値統計により算出したが、１観察範囲６．２５ｍｍ２、全被検面積２００ｍｍ２を観察し、各視野における粒子の最大面積の平方根より極値統計を行い、１３０００００ｍｍ２に換算したときに予想される最大粒径を計算した。
また、最大粒径は極値統計により算出したが、１観察範囲６．２５ｍｍ２、全被検面積２００ｍｍ２を観察し、各視野における粒子の最大面積の平方根より極値統計を行い、１３０００００ｍｍ２に換算したときに予想される最大粒径を計算した。
また、寿命試験方法としては、表１に示す鋼材から試験用の軸受（ＮＵ２２８）を形成し、この軸受（ＮＵ２２８）を用いて以下の条件で軸受寿命試験を行った。なお、焼入れを行うときには、予め大型軸受の焼入れ時の芯部冷却速度を測定しておき、その冷却速度と同じになるように、冷媒の温度・攪拌条件などを変え、大型軸受の芯部組織を再現した。
・軸受：ＮＵ２２８
・ラジアル荷重：Ｐ／Ｃ＝０．６
・回転数：１０００ｍｉｎ−１
・潤滑：Ｒｏ５８
・軸受：ＮＵ２２８
・ラジアル荷重：Ｐ／Ｃ＝０．６
・回転数：１０００ｍｉｎ−１
・潤滑：Ｒｏ５８
図３〜図５は、表２に示した結果のうち、各試験片の肉厚１４．５ｍｍ、２９ｍｍ、４５ｍｍの各場合について疲労強さ（疲労限度／ＭＰ）と寿命比（Ｌ１０寿命比）との関係をプロットしたものである。
図示するようにいずれの肉厚の場合でも、約６００ＭＰａ以上で寿命比が大きくなることがわかる。
また、図６〜図８は、各試験片の肉厚１４．５ｍｍ、２９ｍｍ、４５ｍｍの各場合についてＤＩ値／肉厚ｔと寿命比（Ｌ１０寿命比）との関係をプロットしたものである。
図示するようにいずれの肉厚の場合でも、ＤＩ値／肉厚が、０．４５以上であれば、比較例１に比べて２倍以上の寿命比を発揮できることがわかる。
図示するようにいずれの肉厚の場合でも、約６００ＭＰａ以上で寿命比が大きくなることがわかる。
また、図６〜図８は、各試験片の肉厚１４．５ｍｍ、２９ｍｍ、４５ｍｍの各場合についてＤＩ値／肉厚ｔと寿命比（Ｌ１０寿命比）との関係をプロットしたものである。
図示するようにいずれの肉厚の場合でも、ＤＩ値／肉厚が、０．４５以上であれば、比較例１に比べて２倍以上の寿命比を発揮できることがわかる。
次に、図９は、比較例１〜実施例１８までの１８個の試験片の疲労強度（疲労限度）をＨｖ−４σ（組織の硬度）に対して表したものである。
この図からもわかるように、Ｈｖ−４σが大きくなるにしたがって疲労強度も大きくなり、両者は比例関係になっている。そして、Ｈｖ−４σが約４００以上で十分な疲労強度が得られることがわかる。
この図からもわかるように、Ｈｖ−４σが大きくなるにしたがって疲労強度も大きくなり、両者は比例関係になっている。そして、Ｈｖ−４σが約４００以上で十分な疲労強度が得られることがわかる。
また、図１０は、比較例１９〜実施例２２までの４個の試験片の、極値統計に由来する最大粒径（μｍ）と寿命比との関係を示したものである。
この図からもわかるように最大粒径（μｍ）が小さくなるに従って寿命比が大きくなり、両者は反比例関係になっている。そして、最大粒径（μｍ）が約１４０μｍ以下で優れた寿命比が得られることがわかる。
この図からもわかるように最大粒径（μｍ）が小さくなるに従って寿命比が大きくなり、両者は反比例関係になっている。そして、最大粒径（μｍ）が約１４０μｍ以下で優れた寿命比が得られることがわかる。
また、図１１は、パラメータＸと寿命比との関係を示したものである。
図からもわかるようにパラメータＸが、約６５０以上で顕著な寿命比を発揮できることがわかる。
すなわち、表２に示すように比較例１，２、７，８、１３，１４は、いずれもＤＩ値／肉厚ｔが本発明で規定する値（０．４５以上）より低く、また、芯部平均硬度Ｈｖ（ビッカース硬度）と硬度の分散σの関係を示すＨｖ−４σが本発明で規定する値（４００以上）より低く、さらにパラメータＸ（Ｈｖ−４σ＋２５００／（粒径ｄの平方根））が本発明で規定する値（６５０以上）より低いため、いずれも十分な寿命を発揮することができなかった。
図からもわかるようにパラメータＸが、約６５０以上で顕著な寿命比を発揮できることがわかる。
すなわち、表２に示すように比較例１，２、７，８、１３，１４は、いずれもＤＩ値／肉厚ｔが本発明で規定する値（０．４５以上）より低く、また、芯部平均硬度Ｈｖ（ビッカース硬度）と硬度の分散σの関係を示すＨｖ−４σが本発明で規定する値（４００以上）より低く、さらにパラメータＸ（Ｈｖ−４σ＋２５００／（粒径ｄの平方根））が本発明で規定する値（６５０以上）より低いため、いずれも十分な寿命を発揮することができなかった。
また、比較例１９は、極値統計に由来する測定方法で測定した最大粒径が１８０μｍであり、本発明で規定する値（１４０μｍ未満）より低いため、同じく十分な寿命を発揮することができなかった。
また、比較例２３は、ＤＩ値／肉厚ｔ、Ｈｖ−４σ、最大粒径、パラメータＸのいずれも本発明の既定値を満足していないため、寿命比が各例のなかで最も低かった（０．６）。
これに対し、本発明の条件を全て満足した実施例３〜６、９〜１２、１５〜１８、２１〜２２の寿命比は、いずれも比較例１の２倍以上と優れた寿命を発揮した。特に、パラメータＸが最も高い実施例６は、比較例１の３倍近い寿命比（２．７）を発揮した。
また、比較例２３は、ＤＩ値／肉厚ｔ、Ｈｖ−４σ、最大粒径、パラメータＸのいずれも本発明の既定値を満足していないため、寿命比が各例のなかで最も低かった（０．６）。
これに対し、本発明の条件を全て満足した実施例３〜６、９〜１２、１５〜１８、２１〜２２の寿命比は、いずれも比較例１の２倍以上と優れた寿命を発揮した。特に、パラメータＸが最も高い実施例６は、比較例１の３倍近い寿命比（２．７）を発揮した。
１００…浸炭転がり軸受（４列円錐ころ軸受）
１０…内輪
２０…外輪
３０…円錐ころ
４０…保持器
１０…内輪
２０…外輪
３０…円錐ころ
４０…保持器
Claims (4)
- 内輪と外輪との間に複数の転動体を配設してなる浸炭転がり軸受であって、
前記内輪、外輪、転動体のいずれか１つ以上の軸受部材が、
Ｃ：０．１０〜０．３０質量％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０質量％、Ｍｎ：０．６０〜１．００質量％、Ｎｉ：２．００〜５．００質量％、Ｃｒ：０．５０〜２．００質量％、Ｍｏ：０．１０〜０．５０質量％、Ｃｕ：０．３質量％以下、Ｏ：０．０１質量％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０質量％、Ｎ：０．０１０〜０．０３０質量％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材から構成され、
かつ、当該鋼材のＤＩ値と当該鋼材からなる軸受部材の肉厚ｔ(ｍｍ）が、ＤＩ／ｔ＞０．４５の関係を満足することを特徴とする浸炭転がり軸受。
但し、ＤＩ値＝（０．２×Ｃ＋０．１２８）（１＋０．７Ｓｉ）（１＋３．４５Ｍｎ）（１＋０．０７Ｎｉ＋０．２７Ｎｉ×Ｎｉ）（１＋２Ｃｒ）（１＋２．５Ｍｏ）（１＋０．３５Ｃｕ）とする。 - 請求項１に記載の浸炭転がり軸受において、
前記鋼材からなる軸受部材の芯部平均硬度Ｈｖ（ビッカース硬度）と硬度の分散σが、Ｈｖ−４σ＞４００の関係を満足することを特徴とする浸炭転がり軸受。 - 請求項１に記載の浸炭転がり軸受において、
１観察範囲６．２５ｍｍ２、全被検面積２００ｍｍ２を観察し、各視野における旧オーステナイト結晶粒の最大面積の平方根より極値統計を行い、１３０００００ｍｍ２に換算して求める最大粒径ｄが、１４０μｍ未満であることを特徴とする浸炭転がり軸受。 - 請求項１に記載の浸炭転がり軸受において、
前記鋼材からなる軸受部材の芯部平均硬度Ｈｖ（ビッカース硬度）と硬度の分散σと最大粒径ｄが、Ｈｖ−４σ＋２５００／（粒径ｄの平方根）＞６５０の関係を満足することを特徴とする浸炭転がり軸受。
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-
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