JP2017088958A - 転がり摺動部材及びその製造方法並びに転がり軸受 - Google Patents
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Landscapes
- Rolling Contact Bearings (AREA)
Abstract
Description
炭素0.15〜0.45質量%と、マンガン0.4〜1.5質量%と、ケイ素0.5質量%以下と、クロム0.3〜2.0質量%と、モリブデン0.1〜0.35質量%と、バナジウム0.2〜0.4質量%と、アルミニウム0.005〜0.1質量%とを含有する鋼材から形成された素形材に対し、カーボンポテンシャル1.1〜1.25及びアンモニア濃度1〜5体積%の浸炭窒化雰囲気下で860〜900℃に加熱保持した後、焼入れを行なう浸炭窒化焼入れ工程、及び、
前記浸炭窒化焼入れ工程後の素形材を200〜300℃での焼戻しを行なう焼戻し工程
を含むことを特徴としている。
以下、添付の図面により本発明の一実施形態に係る転がり軸受及び転がり摺動部材を説明する。以下においては、転がり軸受の一例として玉軸受を挙げて説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る転がり軸受の一例である玉軸受を示す要部断面図である。
本実施形態に係る転がり摺動部材としての外輪10の内周面には、複数の玉30が転動する外輪軌道部11aが形成されている。外輪軌道部11aは、相手部材である玉30との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触又は両接触を含む接触をする転がり摺動面である。なお、外輪10の外輪軌道部11a、端面11b、肩面11c及び外周面11dは、研磨仕上げが施された研磨部である。
また、本実施形態に係る転がり摺動部材としての内輪20の外周面には、外輪軌道部11aに対向するとともに、複数の玉30が転動する内輪軌道部21aが形成されている。内輪軌道部21aは、相手部材である玉30との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触又は両接触を含む接触をする転がり摺動面である。内輪20の軌道部21a、端面21b、肩面21c及び内周面21dは、研磨仕上げが施された研磨部である。
本実施形態に係る転がり摺動部材としての玉30の表面は、相手部材である外内輪10,20それぞれとの間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触又は両接触を含む接触をする転がり摺動面である。
本実施形態に係る転がり摺動部材は、前記組成を有する鋼材から形成された素形材に対し、浸炭窒化処理を施す浸炭窒化工程と、前記浸炭窒化工程後の素形材を200〜300℃での焼戻しを行なう焼戻し工程とを含む方法によって得られる。
以下、前記転がり摺動部材の製造方法の例として、外輪の製造方法を説明する。図2は、本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材である外輪の製造方法の各工程を示す工程図である。
浸炭窒化焼入れ処理は、素形材14を、カーボンポテンシャル1.1〜1.25及びアンモニア濃度1〜5体積%の雰囲気(浸炭窒化雰囲気)中において、浸炭窒化温度860〜900℃で4時間以上加熱し、急冷すること等によって行なうことができる。
浸炭窒化雰囲気のカーボンポテンシャルは、十分な表面硬さを確保する観点から、1.1以上であり、粗大炭化物の生成を抑制する観点から、1.25以下である。
浸炭窒化雰囲気のアンモニア濃度は、十分な表面硬さを確保するとともに、鋼材の焼戻し軟化抵抗を向上させる観点から、1体積%以上であり、鋼材中への過剰な窒素の侵入を抑制して所定の炭素量を確保する観点から、5体積%以下である。
浸炭窒化温度は、炭素及び窒素の十分な拡散速度を得る観点から、860℃以上であり、浸炭窒化雰囲気に用いられる浸炭窒化ガスの使用量を低減するとともに浸炭窒化炉の寿命を長くする観点から、900℃以下である。
また、浸炭窒化時間は、表面層の強化に十分な浸炭深さを得る観点から、通常、4時間以上である。
急冷は、例えば、冷却油の油浴中における油冷等により行われる。
焼戻しの際の温度は、200〜300℃の使用環境下での寸法安定性を十分に確保する観点から、200℃以上、好ましくは250℃以上であり、十分な硬さを確保して長い転動疲労寿命を確保する観点から、300℃以下である。
焼戻し時間は、温度ムラの発生を抑制して転がり摺動部材の品質を安定化させる観点から、0.5時間以上、好ましくは、1時間以上である。なお、本明細書において、「焼戻し時間」とは、加熱開始からワークが所定の温度に達してから空冷を開始するまでの時間をいう。
サブゼロ処理工程では、浸炭窒化焼入れ処理後の外輪の素形材14を0℃未満の所定温度に冷却するサブゼロ処理を行なう。
サブゼロ処理における冷却温度は、コストを低減する観点から、好ましくは−100℃以上であり、残留オーステナイトを所定のマルテンサイトに変化させる観点から、好ましくは−50℃以下である。
また、サブゼロ処理における冷却時間は、温度ムラの発生を抑制して転がり摺動部材の品質を安定化させる観点から、好ましくは0.5時間以上である。
鋼材として、炭素0.15〜0.45質量%と、マンガン0.4〜1.5質量%と、ケイ素0.5質量%以下と、クロム0.3〜2.0質量%と、モリブデン0.1〜0.35質量%と、バナジウム0.2〜0.4質量%と、アルミニウム0.005〜0.1質量%とを含有し、残部が鉄及び不可避不純物である表1に示される鋼材を用いた。
図5に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル1.2及びアンモニア濃度1体積%の浸炭窒化雰囲気中において、860℃で6時間の加熱及び80℃までの油冷を行ない(浸炭窒化焼入れ)、得られた素形材を300℃で2時間加熱後、空冷(焼戻し)する条件である(実施例2)。
図6に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル1.1及びアンモニア濃度4体積%の浸炭窒化雰囲気中において、860℃で6時間の加熱及び80℃までの油冷を行ない(浸炭窒化焼入れ)、得られた素形材を300℃で2時間加熱後、空冷(焼戻し)する条件である(実施例3)。
図7に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル1.1及びアンモニア濃度5体積%の浸炭窒化雰囲気中において、860℃で6時間の加熱及び80℃までの油冷を行ない(浸炭窒化焼入れ)、得られた素形材を300℃で2時間加熱後、空冷(焼戻し)する条件である(実施例4)。
図8に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル1.2及びアンモニア濃度1体積%の浸炭窒化雰囲気中において、860℃で6時間の加熱及び80℃までの油冷を行ない(浸炭窒化焼入れ)、得られた素形材を300℃で2時間加熱後、空冷(焼戻し)する条件である(実施例5)。
図9に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル1.2及びアンモニア濃度1体積%の浸炭窒化雰囲気中において、860℃で6時間の加熱及び80℃までの油冷を行ない(浸炭窒化焼入れ)、得られた素形材を250℃で2時間加熱後、空冷(焼戻し)する条件である(実施例6)。
図10に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル1.1及びアンモニア濃度4体積%の浸炭窒化雰囲気中において、860℃で6時間の加熱及び80℃までの油冷を行ない(浸炭窒化焼入れ)、得られた素形材を−55℃で1時間維持し(サブゼロ処理)、その後、300℃で2時間加熱後、空冷(焼戻し)する条件である(実施例7)。
図11に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭炉内で、カーボンポテンシャル1.25の浸炭雰囲気中において、860℃で6時間の加熱及び80℃までの油冷を行ない(浸炭焼入れ)、得られた素形材を300℃で2時間加熱後、空冷(焼戻し)する条件である(比較例1)。
図12に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル1.3及びアンモニア濃度1体積%の浸炭窒化雰囲気中において、860℃で6時間の加熱及び80℃までの油冷を行ない(浸炭窒化焼入れ)、得られた素形材を300℃で2時間加熱後、空冷(焼戻し)する条件である(比較例2)。
図13に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル1.0及びアンモニア濃度10体積%の浸炭窒化雰囲気中において、860℃で6時間の加熱及び80℃までの油冷を行ない(浸炭窒化焼入れ)、得られた素形材を300℃で2時間加熱後、空冷(焼戻し)する条件である(比較例3)。
図14に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル1.2及びアンモニア濃度1体積%の浸炭窒化雰囲気中において、860℃で6時間の加熱及び80℃までの油冷を行ない(浸炭窒化焼入れ)、得られた素形材を350℃で2時間加熱後、空冷(焼戻し)する条件である(比較例4)。
図15に示される熱処理条件は、素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル1.0及びアンモニア濃度10体積%の浸炭窒化雰囲気中において、860℃で6時間の加熱及び80℃までの油冷を行ない(浸炭窒化焼入れ)、得られた素形材を−55℃で1時間維持し(サブゼロ処理)、その後、300℃で2時間加熱後、空冷(焼戻し)する条件である(比較例5)。
実施例1〜7及び比較例1〜5の方法で得られた試験片の表面層のビッカース硬さ、表面炭素含有量、表面窒素含有量、析出物粒子の種類及び形態並びに析出物粒子の面積率を調べた。
(判断基準)
良好:200〜300℃での焼戻しを行なった後のビッカース硬さが680以上である。
不可:200〜300℃での焼戻しを行なった後のビッカース硬さが680未満である。
表1に示される鋼材から所定形状に加工して、外径40mm及び厚さ16.3mmを有する素形材を得た。つぎに、得られた素形材を、浸炭窒化炉内で、カーボンポテンシャル1.25及びアンモニア濃度2体積%の浸炭窒化雰囲気中において、860℃で6時間の加熱及び80℃までの油冷を行ない(浸炭窒化焼入れ)、得られた素形材を160℃、180℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃又は300℃の焼戻し温度で2時間加熱後、空冷した(焼戻し)。得られた中間素材に研磨仕上げを施し、試験片を得た。得られた各試験片の表面層の200〜300℃での焼戻しを行なった後のビッカース硬さを調べた。表面層の200〜300℃での焼戻しを行なった後のビッカース硬さは、試験片の表面から深さ方向に切断した後、試験片の表面から50μmの深さの位置にビッカース圧子をあて、ビッカース硬さ試験機を用いて測定した。試験例2において、焼戻し温度と200〜300℃での焼戻しを行なった後のビッカース硬さとの関係を調べた結果を図16に示す。
Claims (5)
- 相手部材との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触又は両接触を含む接触をする研磨仕上げされた転がり摺動面を有する転がり摺動部材であって、
炭素0.15〜0.45質量%と、マンガン0.4〜1.5質量%と、ケイ素0.5質量%以下と、クロム0.3〜2.0質量%と、モリブデン0.1〜0.35質量%と、バナジウム0.2〜0.4質量%と、アルミニウム0.005〜0.1質量%とを含有する鋼材の表面層が浸炭窒化層である母材からなり、
前記転がり摺動面の表面から50μmまでの範囲の表面層は、クロム化合物からなる粒径0.01〜0.1μmの析出物粒子、モリブデン化合物からなる粒径0.01〜0.1μmの析出物粒子、バナジウム化合物からなる粒径0.01〜0.1μmの析出物粒子、クロム−モリブデン−バナジウム複合化合物からなる粒径0.01〜0.1μmの析出物粒子及び窒化鉄からなる粒径0.01〜0.1μmの析出物粒子を含み、
前記表面から50μmの深さの位置における前記析出物粒子の面積率が5〜15%であり、
前記表面から50μmの深さの位置におけるビッカース硬さが少なくとも680であることを特徴とする転がり摺動部材。 - 前記表面層における炭素含有量が0.7〜1.2質量%である請求項1に記載の転がり摺動部材。
- 前記表面層における窒素含有量が0.15〜0.6質量%である請求項1又は2に記載の転がり摺動部材。
- 相手部材との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触又は両接触を含む接触をする研磨仕上げされた転がり摺動面を有する転がり摺動部材の製造方法であって、
炭素0.15〜0.45質量%と、マンガン0.4〜1.5質量%と、ケイ素0.5質量%以下と、クロム0.3〜2.0質量%と、モリブデン0.1〜0.35質量%と、バナジウム0.2〜0.4質量%と、アルミニウム0.005〜0.1質量%とを含有する鋼材から形成された素形材に対し、カーボンポテンシャル1.1〜1.25及びアンモニア濃度1〜5体積%の浸炭窒化雰囲気下で860〜900℃に加熱保持した後、焼入れを行なう浸炭窒化焼入れ処理を施す浸炭窒化工程、及び、
前記浸炭窒化焼入れ工程後の素形材を200〜300℃での焼戻しを行なう焼戻し工程
を含む転がり摺動部材の製造方法。 - 外周面に軌道部を有する内輪と、内周面に軌道部を有する外輪と、前記内外輪の両軌道部の間に配置された複数個の転動体とを備えた転がり軸受であって、
前記内輪、外輪及び転動体のうちの少なくとも1つが請求項1〜3のいずれかに記載の転がり摺動部材であることを特徴とする転がり軸受。
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