JP2017186584A - Heat treatment method, and, method for manufacturing bearing race ring - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワークの熱処理方法、及び、この熱処理方法を製造工程に組み入れた軸受軌道輪の製造方法に関する。 The present invention relates to a heat treatment method for a workpiece, and a method for manufacturing a bearing race that incorporates the heat treatment method in a manufacturing process.
自動車、産業機械等に用いられている転がり軸受を構成する軸受軌道輪は、転動体との間で相対的に転がり接触する軌道部を有している。上記軌道部は、転動体との転がり接触によって転動体からの衝撃を受けやすい。
そこで、軸受軌道輪では、表層部の硬度を高くしつつ、内層部を表層部よりも低硬度とすることにより、軸受軌道輪全体としての靱性を確保し、軸受軌道輪の耐衝撃性を向上させることが行われている。
このような硬度分布を有する軸受軌道輪としては、例えば、浸炭焼入れ処理されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
A bearing race that constitutes a rolling bearing used in automobiles, industrial machines, and the like has a raceway portion that is in rolling contact with a rolling element. The track portion is likely to receive an impact from the rolling element due to rolling contact with the rolling element.
Therefore, in bearing bearing rings, the hardness of the surface layer is increased while the inner layer is made harder than the surface layer, thereby ensuring the toughness of the entire bearing race and improving the impact resistance of the bearing race. Has been done.
As a bearing race having such a hardness distribution, for example, there is a bearing race ring that has been carburized and quenched (see, for example, Patent Document 1).
浸炭焼入れ処理は、浸炭性ガス中で低炭素鋼製のワークを所定時間加熱した後、更に、焼入れ温度で一定時間保持し、その後、加熱されたワークを冷却することにより行う。このとき、ワークの冷却は、焼入れ油の入った油槽にワークを浸漬することによって行われる。ワークを焼入れ油に浸漬して冷却する場合、冷却処理に要する時間が長くなるのが一般的であり、浸炭焼入れ処理は処理時間を短縮することが難しかった。
また、上述した冷却処理は、通常、複数個のワークを同時に油槽内に投入して行う。そのため、上記の冷却処理は、少量生産品の処理には不向きであった。
The carburizing and quenching treatment is performed by heating a workpiece made of low carbon steel in a carburizing gas for a predetermined time, holding the workpiece at a quenching temperature for a predetermined time, and then cooling the heated workpiece. At this time, the workpiece is cooled by immersing the workpiece in an oil tank containing quenching oil. When the workpiece is cooled by being immersed in quenching oil, the time required for the cooling treatment is generally increased, and it is difficult to reduce the treatment time in the carburizing quenching treatment.
In addition, the above-described cooling process is usually performed by simultaneously putting a plurality of workpieces into the oil tank. For this reason, the above cooling treatment is not suitable for the treatment of small-quantity products.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、硬度が高い表層部と上記表層部より硬度の低い内層部とを有するワークを得ることができる熱処理方法であって、浸炭焼入れの代替方法として用いることができ、かつ、浸炭焼入れに比べてはるかに短時間で行うことができる熱処理方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a heat treatment method capable of obtaining a workpiece having a surface layer portion having a high hardness and an inner layer portion having a hardness lower than that of the surface layer portion, and carburizing and quenching. An object of the present invention is to provide a heat treatment method that can be used as an alternative method and can be performed in a much shorter time than carburizing and quenching.
本発明の熱処理方法は、炭素鋼又は合金鋼からなるワークに対して行う熱処理方法であって、
（Ａ）上記ワークをオーステナイト化温度以上に加熱する加熱工程と、
（Ｂ）加熱したワークに冷却媒体を噴射して上記ワークを冷却する冷却工程と
を行う焼入れ処理を含み、
上記工程（Ｂ）において、上記冷却媒体を噴射する条件を経時的に変化させることによって、マルテンサイトからなる表層部と、上記表層部に周囲を囲まれ、少なくとも一部にパーライト及び／又はベイナイトを含む内層部とを有する熱処理されたワークを得る、
ことを特徴とする。
The heat treatment method of the present invention is a heat treatment method performed on a workpiece made of carbon steel or alloy steel,
(A) a heating step of heating the workpiece above the austenitizing temperature;
(B) including a quenching process in which a cooling medium is sprayed onto the heated workpiece to cool the workpiece.
In the step (B), by changing the conditions for injecting the cooling medium over time, the surface layer part composed of martensite and the surface layer part are surrounded by pearlite and / or bainite at least partially. Obtaining a heat-treated workpiece having an inner layer portion comprising,
It is characterized by that.
本発明の熱処理方法は、冷却媒体をワークに噴射して行う焼入れ処理の冷却工程において、上記冷却媒体を噴射する条件（以下、冷却条件ともいう）を経時的に変化させて、マルテンサイトからなる表層部と、少なくとも一部にパーライト及び／又はベイナイトを含む内層部とを有するワークを得る。上記表層部を得るには、加熱したワークを急速に冷却してオーステナイトをマルテンサイトに変態させればよく、上記内層部を得るには、加熱したワークをゆっくりと冷却してオーステナイトをパーライト及び／又はベイナイトに変態させればよい。
そのため、上記冷却工程では、冷却条件を経時的に変化させる。具体的には、冷却初期には高い冷却能を発揮する条件で冷却媒体を噴射してワークの表面付近を急速に冷却し、その後は、冷却初期に比べて相対的に低い冷却能を発揮する条件で冷却媒体を噴射してワークの内部をゆっくりと冷却する。
これにより、熱処理されたワークは、マルテンサイトからなる表層部と、少なくとも一部にパーライト及び／又はベイナイトを含む内層部とを備えるワークとなる。
そのため、本発明の熱処理方法によって処理されたワークは、表層部の硬度が高く、内層部が上記表層部よりも低硬度で、耐衝撃性に優れたワークとなる。
The heat treatment method of the present invention is composed of martensite by changing the condition for injecting the cooling medium (hereinafter also referred to as cooling condition) over time in the cooling process of the quenching process performed by injecting the cooling medium onto the workpiece. A workpiece having a surface layer portion and an inner layer portion containing pearlite and / or bainite at least partially is obtained. In order to obtain the surface layer portion, the heated workpiece may be rapidly cooled to transform austenite into martensite. To obtain the inner layer portion, the heated workpiece is slowly cooled to convert the austenite to pearlite and / or Alternatively, it may be transformed into bainite.
Therefore, in the cooling step, the cooling conditions are changed over time. Specifically, in the initial stage of cooling, the cooling medium is sprayed under conditions that exhibit high cooling capacity to rapidly cool the vicinity of the surface of the workpiece, and thereafter, relatively low cooling capacity is exhibited compared to the initial stage of cooling. Cool the inside of the work slowly by spraying the cooling medium under the conditions.
Thereby, the heat-treated work becomes a work provided with a surface layer part made of martensite and an inner layer part containing at least a part of pearlite and / or bainite.
Therefore, the workpiece treated by the heat treatment method of the present invention has a high hardness at the surface layer portion, an inner layer portion having a lower hardness than the surface layer portion, and an excellent impact resistance.
また、上記工程（Ｂ）では、冷却媒体を噴射してワークの冷却を行うため、焼入れ油にワークを浸漬してワークを冷却する場合に比べて、短時間（例えば、２〜３分以内）で冷却工程を完了させることができる。更に、ワーク毎に冷却媒体を噴射して冷却するため、ワーク毎に冷却条件を設定することが可能であり、少量生産品の処理にも適している。 Moreover, in the said process (B), in order to cool a workpiece | work by injecting a cooling medium, compared with the case where a workpiece | work is immersed in hardening oil and cooling a workpiece | work, it is a short time (for example, within 2-3 minutes). The cooling process can be completed. Furthermore, since the cooling medium is injected and cooled for each workpiece, it is possible to set the cooling conditions for each workpiece, which is suitable for processing a small amount of product.
また、本発明の熱処理方法によれば、高硬度の表層部と上記表層部より低硬度の内層部とを有するワークを得ることができるため、浸炭焼入れの代替手法として用いることができる。また、上記熱処理方法は、浸炭焼入れにおける焼入れ処理前の浸炭工程が不要であるため、エネルギー消費量が少なく、ＣＯ２排出量を削減することが可能な環境にやさしい熱処理方法である。 Further, according to the heat treatment method of the present invention, a work having a high hardness surface layer part and an inner layer part having a hardness lower than that of the surface layer part can be obtained, so that it can be used as an alternative technique for carburizing and quenching. Further, the above heat treatment method is an environment-friendly heat treatment method that requires less carburization before the quenching treatment in carburizing and quenching, and therefore can reduce energy consumption and reduce CO 2 emission.
上記熱処理方法は、上記工程（Ｂ）において、上記冷却媒体として冷却ガスと冷却液とを含むミスト状の気液混合物を使用し、上記気液混合物における冷却ガスと冷却液との混合割合を経時的に変化させることが好ましい。 In the heat treatment method, in the step (B), a mist-like gas-liquid mixture containing a cooling gas and a cooling liquid is used as the cooling medium, and the mixing ratio of the cooling gas and the cooling liquid in the gas-liquid mixture is changed over time. It is preferable to change it.
冷却媒体としてミスト状の気液混合物を使用した場合、気液混合物における冷却ガスと冷却液との混合割合を経時的に変化させるだけで、冷却溶媒を噴射する他の条件を変更することなく、ワークに対する冷却能を容易にかつ短時間で変更することができる。そのため、冷却条件の変更に柔軟に対応することができる。
また、冷却溶媒としてミスト状の気液混合物を使用した場合、冷却ムラなく均一に、かつ、効率よくワークを冷却することができる。更には、上記ミスト状の気液混合物を使用することにより、熱処理されたワークにおける歪の発生を低減することができる。
When a mist-like gas-liquid mixture is used as the cooling medium, it is possible to change the mixing ratio of the cooling gas and the cooling liquid in the gas-liquid mixture over time without changing other conditions for injecting the cooling solvent. The cooling capacity for the workpiece can be easily changed in a short time. Therefore, it is possible to flexibly cope with changes in cooling conditions.
Further, when a mist-like gas-liquid mixture is used as the cooling solvent, the work can be cooled uniformly and efficiently without uneven cooling. Furthermore, the use of the mist-like gas-liquid mixture can reduce the occurrence of strain in the heat-treated workpiece.
上記熱処理方法は、上記焼入れ処理の後に行う焼戻し処理を含み、
上記工程（Ｂ）において、上記ワークの表面温度がマルテンサイト変態開始温度を下回った後は、上記表面温度が上記焼戻し処理における焼戻し温度以上に復温しないように上記ワークを冷却することが好ましい。
The heat treatment method includes a tempering treatment performed after the quenching treatment,
In the step (B), after the surface temperature of the workpiece falls below the martensite transformation start temperature, it is preferable to cool the workpiece so that the surface temperature does not recover above the tempering temperature in the tempering treatment.
上記工程（Ｂ）では、上述したように、ワークの表面付近が急速に冷却され、ワークの内部がワークの表面に比べてゆっくりと冷却されるように冷却条件を調節する。そのため、冷却工程の途中の時点では、ワーク内部の温度がワーク表面の温度に比べて高くなることがある。この場合、ワークの表面温度は、一旦低下した後、ワーク内部の熱によって再上昇してしまうことがある。このような温度の再上昇（復温）が生じると、熱処理後のワーク表面の硬度が充分に高くならないことがある。特に、上記ワークの表面温度が一旦マルテンサイト変態開始温度未満となった後、当該温度が再上昇して上記焼戻し処理における焼戻し温度以上となった場合には、上述したようにワーク表面の硬度が充分に高くならないことがある。
これに対して、上記工程（Ｂ）において、上記ワークの表面温度がマルテンサイト変態開始温度を下回った後は、上記表面温度が上記焼戻し温度以上に復温しないように上記ワークを冷却することで、上述したようなワーク表面の再昇温による不都合を回避し、確実に上記ワークの表面硬度を高めることができる。
In the step (B), as described above, the cooling conditions are adjusted so that the vicinity of the surface of the workpiece is rapidly cooled and the inside of the workpiece is cooled more slowly than the surface of the workpiece. For this reason, the temperature inside the workpiece may become higher than the temperature of the workpiece surface at a point during the cooling process. In this case, the surface temperature of the workpiece may once fall and then rise again due to the heat inside the workpiece. When such a temperature rise (recovery) occurs, the hardness of the workpiece surface after the heat treatment may not be sufficiently high. In particular, after the surface temperature of the workpiece once becomes less than the martensite transformation start temperature, when the temperature rises again and becomes equal to or higher than the tempering temperature in the tempering treatment, the hardness of the workpiece surface is as described above. May not be high enough.
On the other hand, in the step (B), after the surface temperature of the workpiece falls below the martensite transformation start temperature, the workpiece is cooled so that the surface temperature does not return to the tempering temperature or higher. Thus, it is possible to avoid the inconvenience due to re-heating of the workpiece surface as described above, and to reliably increase the surface hardness of the workpiece.
本発明の軸受軌道輪の製造方法は、
（１）炭素鋼又は合金鋼を加工して軸受軌道輪の素形材を作製する工程、
（２）上記素形材に本発明の熱処理方法によって、熱処理を施す工程、及び、
（３）上記熱処理後の中間素材に仕上げ加工を施す工程、
を含むことを特徴とする。
本発明の製造方法によれば、浸炭焼入れ処理を行うことなく、高硬度の表層部と、上記表層部よりも低硬度の内層部とを備え、耐衝撃性に優れた軸受軌道輪を製造することができる。
The method for manufacturing the bearing race of the present invention includes:
(1) A process for producing a bearing race ring shaped material by processing carbon steel or alloy steel;
(2) A step of performing heat treatment on the above-mentioned shaped material by the heat treatment method of the present invention, and
(3) A step of finishing the intermediate material after the heat treatment,
It is characterized by including.
According to the manufacturing method of the present invention, a bearing race ring having a high hardness surface layer portion and a lower hardness inner layer portion than the above surface layer portion and having excellent impact resistance is produced without performing carburizing and quenching. be able to.
本発明の熱処理方法によれば、浸炭処理を行うことなく、表層部が高硬度で、内層部が上記表層部に比べて低硬度の熱処理されたワークを短時間で得ることができる。
本発明の製造方法によれば、高硬度の表層部と、上記表層部よりも低硬度の内層部とを備え、耐衝撃性に優れた軸受軌道輪を製造することができる。
According to the heat treatment method of the present invention, a heat-treated workpiece having a high hardness in the surface layer portion and a low hardness in the inner layer portion as compared with the surface layer portion can be obtained in a short time without carburizing.
According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a bearing race having a high hardness surface layer portion and an inner layer portion having a hardness lower than that of the surface layer portion, and having excellent impact resistance.
以下、本発明の熱処理方法及びこの熱処理方法を含む本発明の軸受軌道輪の製造方法の実施形態について説明する。
本発明は、高硬度の表層部と、上記表層部に周囲を囲まれた、上記表層部よりも低硬度の内層部とを有するワークを得るための熱処理方法である。ここで、ワークの表層部とは、処理対象となるワークの肉厚をｔとし、上記表層部の深さをｄとした際に、表層部の深さｄが下記式（１）を満たす部分とする。
ｄ≦ｔ／３・・・（１）
つまり、上記熱処理されたワークが備える表層部は、その深さｄを最大で肉厚ｔの１／３とする。従って、上記表層部の深さはワークの肉厚ｔの１/４や１/５であってもよい。一方、上記熱処理されたワークにおいて、ワーク表面からの距離（深さ）が肉厚ｔの１／３を超える部分は少なくとも内層部となる。
なお、上記表層部の深さｄの最小値は、ワークの表面が表層部であればよいため、ｄ＞０であればよいが、０．０９ｍｍを上記表層部の深さの最小値とすることが好ましい。
また、ワークの肉厚とは、例えば、ワークが環状である場合にはその径方向に沿った断面の径方向寸法をいい、例えば、ワークが円柱状である場合にはその直径をいう。
Hereinafter, an embodiment of a heat treatment method of the present invention and a method of manufacturing a bearing race of the present invention including this heat treatment method will be described.
The present invention is a heat treatment method for obtaining a workpiece having a high hardness surface layer portion and an inner layer portion surrounded by the surface layer portion and having a lower hardness than the surface layer portion. Here, the surface layer portion of the workpiece is a portion where the thickness d of the surface layer portion satisfies the following formula (1) when the thickness of the workpiece to be processed is t and the depth of the surface layer portion is d. And
d ≦ t / 3 (1)
That is, the surface layer portion of the heat-treated workpiece has a depth d that is at most 1/3 of the wall thickness t. Accordingly, the depth of the surface layer portion may be 1/4 or 1/5 of the thickness t of the workpiece. On the other hand, in the heat-treated workpiece, a portion where the distance (depth) from the workpiece surface exceeds 1/3 of the wall thickness t is at least an inner layer portion.
The minimum value of the depth d of the surface layer portion may be d> 0 because the surface of the workpiece is the surface layer portion, but 0.09 mm is the minimum value of the depth of the surface layer portion. It is preferable.
The thickness of the workpiece refers to, for example, the radial dimension of the cross section along the radial direction when the workpiece is annular, and refers to the diameter when the workpiece is cylindrical, for example.
（第１実施形態）
本実施形態では、軸受軌道輪（円錐ころ軸受の外輪）を製造するための環状ワーク（以下、単にワークともいう）を処理対象とする。ここでは、上記熱処理方法を経て、円錐ころ軸受の外輪を製造する方法について、工程順に説明する。
図１は、本実施形態における軸受軌道輪の製造工程を説明するための工程図である。図２は、図１におけるワークＷ２の肉厚を説明するための図である。
(First embodiment)
In the present embodiment, an annular workpiece (hereinafter also simply referred to as a workpiece) for manufacturing a bearing race (an outer ring of a tapered roller bearing) is a processing target. Here, a method of manufacturing the outer ring of the tapered roller bearing through the heat treatment method will be described in the order of steps.
FIG. 1 is a process diagram for explaining a manufacturing process of a bearing race in the present embodiment. FIG. 2 is a view for explaining the thickness of the workpiece W2 in FIG.
（１）まず、炭素鋼又は合金鋼を出発材料として環状素材Ｗ１（図１（ａ）参照）を製造し、得られた環状素材Ｗ１に、切削加工等を施して所定形状に加工して外輪の素形材（ワーク）Ｗ２を作製する（図１（ｂ）参照）。
ワークＷ２は、炭素鋼又は合金鋼で構成されている。上記炭素鋼又は合金鋼としては、炭素量が０．４〜１．１％のものが好適である。
上記炭素鋼又は合金鋼の具体例としては、例えば、ＪＩＳ ＳＵＪ２、ＪＩＳ ＳＵＪ３などの高炭素クロム軸受鋼などが挙げられる。
(1) First, an annular material W1 (see FIG. 1 (a)) is manufactured using carbon steel or alloy steel as a starting material, and the obtained annular material W1 is cut into a predetermined shape and processed into an outer ring. 1 is produced (see FIG. 1B).
The workpiece W2 is made of carbon steel or alloy steel. As said carbon steel or alloy steel, a carbon content of 0.4 to 1.1% is suitable.
Specific examples of the carbon steel or alloy steel include, for example, high carbon chromium bearing steels such as JIS SUJ2 and JIS SUJ3.
（２）次に、得られたワークＷ２に対して、焼入れ処理（図１（ｃ）参照）及び焼戻し処理（図１（ｄ））を施す。
ここで、上記焼入れ処理及び上記焼戻し処理は、本発明の実施形態に係る熱処理方法により行う。
(2) Next, quenching (see FIG. 1C) and tempering (FIG. 1D) are performed on the obtained workpiece W2.
Here, the said hardening process and the said tempering process are performed with the heat processing method which concerns on embodiment of this invention.
（２−１）焼入れ処理
上記焼入れ処理では、まず、（ａ）ワークＷ２をオーステナイト化温度以上（例えば、８００〜１０００℃）に加熱する加熱工程を行う。
このとき、ワークＷ２は、全体をオーステナイト化温度以上に加熱してもよいし、ワークＷ２の内部にオーステナイト化温度に達しない部分が存在するように加熱してもよい。
但し、本実施形態では、マルテンサイトからなる表層部と、パーライト及び／又はベイナイトを含む内層部とを有する熱処理されたワークを得るため、上記表層部となる部分及び上記内層部となる部分の少なくとも一部は、オーステナイト化温度以上に加熱する必要がある。
本加熱工程における加熱方法は特に限定されず、例えば、誘導加熱、炉加熱等の従来公知の加熱方法を採用することができる。
(2-1) Quenching treatment In the quenching treatment, first, (a) a heating step of heating the workpiece W2 to an austenitizing temperature or higher (for example, 800 to 1000 ° C.) is performed.
At this time, the entire workpiece W2 may be heated to an austenitizing temperature or higher, or may be heated so that a portion that does not reach the austenitizing temperature exists inside the workpiece W2.
However, in the present embodiment, in order to obtain a heat-treated workpiece having a surface layer portion composed of martensite and an inner layer portion containing pearlite and / or bainite, at least a portion that becomes the surface layer portion and a portion that becomes the inner layer portion Some need to be heated above the austenitizing temperature.
The heating method in this heating process is not specifically limited, For example, conventionally well-known heating methods, such as induction heating and furnace heating, are employable.
ワークＷ２の表層部及び内層部は、上述した通り、ワークＷ２の肉厚ｔ１に基づいて定められる。
本実施形態におけるワークＷ２（円錐ころ軸受の外輪を製造するためのワーク）の肉厚ｔ１は、下記式（２）により算出する（図２参照）。
ｔ１＝（外径φＤｏ−軌道部１２の最小内径φＤｉ）×０．５０・・・（２）
つまり、ワークＷ２の肉厚ｔ１は、ワークＷ２の外径φＤｏと、軌道部１２の最小内径φＤｉとに基づいて定められる。
As described above, the surface layer portion and the inner layer portion of the workpiece W2 are determined based on the thickness t1 of the workpiece W2.
The wall thickness t1 of the work W2 (work for manufacturing the outer ring of the tapered roller bearing) in the present embodiment is calculated by the following formula (2) (see FIG. 2).
t1 = (outer diameter φDo−minimum inner diameter φDi of the track portion 12) × 0.50 (2)
That is, the thickness t1 of the workpiece W2 is determined based on the outer diameter φDo of the workpiece W2 and the minimum inner diameter φDi of the
上記焼入れ処理では、次に、（ｂ）加熱したワークＷ２に冷却媒体を噴射してワークＷ２を冷却する冷却工程を行う。
本冷却工程（ｂ）では、オーステナイトがマルテンサイトに変態した表層部と、オーステナイトがパーライト及び／又はベイナイトに変態した部分を含む内層部とが得られるように冷却条件を経時的に変化させながらワークＷ２を冷却する。
In the quenching process, next, (b) a cooling process is performed in which a cooling medium is sprayed onto the heated workpiece W2 to cool the workpiece W2.
In this cooling step (b), while changing the cooling conditions with time so that a surface layer part in which austenite is transformed into martensite and an inner layer part including a part in which austenite is transformed into pearlite and / or bainite are obtained, Cool W2.
図３は、本実施形態の冷却工程（ｂ）で、ワークに冷却媒体を噴射する方法を説明するための図である。
図４は、本実施形態の冷却工程（ｂ）における、ワークの温度履歴（冷却時間に対する温度変化）とワークに生じる組織との関係を説明するための図である。図４において、Ｍｓはマルテンサイト変態開始線、Ｂｓはベイナイト変態開始線、Ｐｓはパーライト変態開始線、ｐはパーライトノーズを示す。
FIG. 3 is a view for explaining a method of injecting a cooling medium onto the workpiece in the cooling step (b) of the present embodiment.
FIG. 4 is a view for explaining the relationship between the temperature history of the workpiece (temperature change with respect to the cooling time) and the structure generated in the workpiece in the cooling step (b) of the present embodiment. In FIG. 4, Ms represents a martensite transformation start line, Bs represents a bainite transformation start line, Ps represents a pearlite transformation start line, and p represents a pearlite nose.
本冷却工程（ｂ）では、図３に示すように、ワークＷ２の外周面１１、内周面（軌道部）１２、及び、一方の側面（厚肉側の側面）１３のそれぞれに、噴射ノズルＮ１〜Ｎ３を用いて冷却媒体Ｃを噴射する。
上記噴射ノズルは、環状のワークＷ２の各面（外周面１１、内周面１２及び側面１５）ごとに周方向に沿って複数個（例えば、等間隔に８個や１６個等）配置されている。
本冷却工程（ｂ）では、噴射ノズルＮ１〜Ｎ３を用いて冷却媒体Ｃを噴射する際の条件を時間経過ともに変化させて、表層部１４と内層部１５とを有する熱処理されたワークを得る。
In the main cooling step (b), as shown in FIG. 3, an injection nozzle is provided on each of the outer peripheral surface 11, the inner peripheral surface (track portion) 12, and one side surface (thick side surface) 13 of the
A plurality of (for example, eight, sixteen, etc.) are arranged along the circumferential direction for each surface (outer peripheral surface 11, inner
In the main cooling step (b), the condition at the time of injecting the cooling medium C using the injection nozzles N1 to N3 is changed over time to obtain a heat-treated work having the
表層部１４はマルテンサイトからなり、高硬度を有する領域である。このような表層部１４は、オーステナイトをマルテンサイトに変態させることで得ることができる。従って、上記冷却工程（ｂ）では、ワークＷ２の表面側を、図４に線（１）で示すようなパーライトノーズｐの左側を通り、マルテンサイト変態開始線（Ｍｓ）と交差する温度履歴を経るように冷却する。
The
内層部１５は少なくとも一部にパーライト及び／又はベイナイトを含み、上記表層部に比べて低硬度の領域である。内層部１５がベイナイトを含む場合、内層部１５に含まれるベイナイトは、オーステナイトをベイナイトに変態させることで得ることができる。従って、ベイナイトを含む内層部１５を得るには、ワークＷ２の内部を、図４に線（２）で示すようなパーライトノーズｐの下側でベイナイト変態開始線（Ｂｓ）と交差する温度履歴を経るように冷却すればよい。このとき、線（２）とベイナイト変態開始線（Ｂｓ）との交差する位置は、パーライトノーズｐに近いことが好ましい。
The
また、内層部１５がパーライトを含む場合、内層部１５に含まれるパーライトは、オーステナイトをパーライトに変態させることで得ることができる。従って、パーラライトを含む内層部１５を得るには、ワークＷ２の内部を図４に線（３）で示すようなパーライト変態開始線（Ｐｓ）と交差する温度履歴を経るように冷却すればよい。
このとき、線（３）は、パーライトノーズｐの先端でパーライト変態開始線（Ｐｓ）と交差してもよい。
Moreover, when the
At this time, the line (3) may intersect the pearlite transformation start line (Ps) at the tip of the pearlite nose p.
更に、上記冷却工程（ｂ）では、パーライト変態開始線（Ｐｓ）及びベイナイト変態開始線（Ｂｓ）の両方を通過する温度履歴（図示せず）を経るように、ワークＷ２の内部を冷却してもよい。この場合、パーライト及びベイナイトを含む内層部１５を得ることができる。
また、上記冷却工程（ｂ）では、冷却されるワークの内部に、ベイナイト変態開始線（Ｂｓ）と交差する温度履歴を示す部分、パーライト変態開始線（Ｐｓ）と交差する温度履歴を示す部分、並びに、パーライト変態開始線（Ｐｓ）及びベイナイト変態開始線（Ｂｓ）の両方を通過する温度履歴を示す部分が混在していてもよい。
また、本実施形態で得られる内層部１５は、その硬さを従来の浸炭焼入れ処理が行われたワーク内部の低炭素マルテンサイトの硬さに近づけるために、パーライトよりもベイナイトを含むことが好ましい。
Further, in the cooling step (b), the inside of the workpiece W2 is cooled so as to pass through a temperature history (not shown) passing through both the pearlite transformation start line (Ps) and the bainite transformation start line (Bs). Also good. In this case, the
Further, in the cooling step (b), inside the workpiece to be cooled, a portion showing a temperature history intersecting with the bainite transformation start line (Bs), a portion showing a temperature history intersecting with the pearlite transformation start line (Ps), And the part which shows the temperature history which passes both the pearlite transformation start line (Ps) and the bainite transformation start line (Bs) may be mixed.
In addition, the
上記冷却工程（ｂ）では、ワークＷ２の表面側及び内部のそれぞれが上述した温度履歴を経るように、ワークＷ２の表面側は短時間で冷却し、ワークＷ２の内部は時間をかけて冷却する。このような温度履歴は、上述したように冷却媒体を噴射する条件を時間経過とともに変化させて達成する。 In the cooling step (b), the surface side of the workpiece W2 is cooled in a short time and the inside of the workpiece W2 is cooled over time so that each of the surface side and the inside of the workpiece W2 passes the above-described temperature history. . Such a temperature history is achieved by changing the condition for injecting the cooling medium over time as described above.
本実施形態では、上記冷却媒体として気体の冷却媒体（冷却ガス）と、液体の冷却媒体（冷却液）とを含むミスト状の気液混合物を使用し、時間経過とともに冷却ガスと冷却液との混合割合（以下、気水比ともいう）を変化させる。
上記気水比は、冷却液の体積に対する冷却ガスの体積の比（冷却ガスの体積／冷却液の体積）であり、気水比が小さいと上記気液混合物中の冷却液の占める割合が高く、気水比が大きいと上記気液混合物中の冷却液の占める割合が低くなる。そのため、気水比以外の条件が同一の冷却媒体をワーク噴射した場合、気水比の小さい冷却媒体は冷却能が高く、気水比の大きい冷却媒体は冷却能が低くなる。
In the present embodiment, a mist-like gas-liquid mixture including a gaseous cooling medium (cooling gas) and a liquid cooling medium (cooling liquid) is used as the cooling medium, and the cooling gas and the cooling liquid are mixed with time. The mixing ratio (hereinafter also referred to as air / water ratio) is changed.
The air / water ratio is the ratio of the volume of the cooling gas to the volume of the cooling liquid (volume of the cooling gas / volume of the cooling liquid). If the air / water ratio is small, the ratio of the cooling liquid in the gas / liquid mixture is high. If the air / water ratio is large, the proportion of the cooling liquid in the gas / liquid mixture decreases. Therefore, when workpieces are injected with the same cooling medium under conditions other than the air / water ratio, a cooling medium with a low air / water ratio has a high cooling capacity, and a cooling medium with a large air / water ratio has a low cooling capacity.
上記冷却ガスとしては、例えば、空気、窒素等が挙げられる。
上記冷却液としては、水、焼入油などの油、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）などの水溶性ポリマー等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。上記水溶性ポリマーは、水に溶解させた水溶液として用いることができる。このとき、水溶性ポリマーの濃度は、水溶性ポリマーの種類等に応じて適宜設定すればよい。
Examples of the cooling gas include air and nitrogen.
Examples of the cooling liquid include water, oils such as quenching oil, water-soluble polymers such as PAG (polyalkylene glycol), and the like. These may be used alone or in combination of two or more. The water-soluble polymer can be used as an aqueous solution dissolved in water. At this time, the concentration of the water-soluble polymer may be appropriately set according to the type of the water-soluble polymer.
図５は、本実施形態の冷却工程（ｂ）において、冷却媒体として用いるミスト状の気液混合物の気水比の経時変化を模式的に示す図である。
上記冷却工程（ｂ）では、例えば、図５に示すように、上記気液混合物の総量（総体積）を保ったまま、気水比を段階的に大きくしていく。このように上記気水比を段階的に大きくすると、冷却初期にはワークに噴射される冷却液の量が多く（冷却ガスの量が少なく）、時間の経過とともにワークに噴射される冷却液の量が少なく（冷却ガスの量が多く）なっていく。
このように、ワークに噴射する冷却媒体中の冷却液の量を段階的に減らしていく（気水比を大きくしていく）と、上記冷却媒体による冷却能は時間の経過とともに低くなる。そのため、上述したようなワークＷ２の表面側は短時間で冷却し、ワークＷ２の内部はワークの表面に比べてゆっくりと冷却する冷却条件を達成することができる。つまり、上記気液混合物の気水比を段階的に大きくすることにより、ワークＷ２が上述した温度履歴を経ることとなる。
そのため、得られたワークは、高硬度の表層部１４と、表層部１４に周囲を囲まれ、表層部１４に比べて低硬度で靱性の高い内層部１５とを有するものとなる。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a change with time of the air-water ratio of a mist-like gas-liquid mixture used as a cooling medium in the cooling step (b) of the present embodiment.
In the cooling step (b), for example, as shown in FIG. 5, the air-water ratio is increased stepwise while maintaining the total amount (total volume) of the gas-liquid mixture. When the air-water ratio is increased stepwise in this way, the amount of coolant injected onto the workpiece is large at the initial stage of cooling (the amount of cooling gas is small), and the amount of coolant injected onto the workpiece over time is reduced. The amount decreases (the amount of cooling gas increases).
As described above, when the amount of the cooling liquid in the cooling medium sprayed onto the workpiece is gradually reduced (the air / water ratio is increased), the cooling capacity of the cooling medium decreases with time. Therefore, it is possible to achieve a cooling condition in which the surface side of the workpiece W2 as described above is cooled in a short time and the inside of the workpiece W2 is cooled more slowly than the surface of the workpiece. That is, by increasing the air-water ratio of the gas-liquid mixture in a stepwise manner, the workpiece W2 goes through the temperature history described above.
Therefore, the obtained workpiece has a high-hardness
上記冷却工程（ｂ）において、冷却媒体として用いた気水混合物の気水比を時間経過とともに変化させる場合、必ずしも図５に示したように段階的に変化させる必要はなく、連続的に上記気水比を大きくしてもよい。
また、上記気水比を時間の経過とともに変化させる場合、必ずしも気液混合物の総量を維持したまま気水比を変化させる必要はなく、冷却ガス及び冷却液のいずれか一方の量のみを変化させて上記気水比を変化させてもよいし、上記気液混合物の総量を変化させつつ、冷却ガス及び冷却液の両方の量を変化させてもよい。
また、上記気水比を経時的に大きくしながら冷却媒体をワークに噴射する場合、冷却の開始時には冷却液のみを噴射してもよく、また、冷却の最終段階では冷却ガスのみを噴射してもよい。
In the cooling step (b), when the air / water ratio of the air / water mixture used as the cooling medium is changed over time, it is not always necessary to change the air / water ratio step by step as shown in FIG. The water ratio may be increased.
In addition, when the air / water ratio is changed over time, it is not always necessary to change the air / water ratio while maintaining the total amount of the gas / liquid mixture, and only one of the cooling gas and the cooling liquid is changed. The air / water ratio may be changed, or the amount of both the cooling gas and the cooling liquid may be changed while changing the total amount of the gas / liquid mixture.
In addition, when the cooling medium is injected onto the workpiece while increasing the air-water ratio over time, only the cooling liquid may be injected at the start of cooling, or only the cooling gas may be injected at the final stage of cooling. Also good.
上記冷却工程（ｂ）において、上記噴射ノズルとしては、１流体ノズルや２流体ノズルを使用すればよい。上記噴射ノズルとしては２流体ノズルが好ましい。上記気水比の調整（変更）が可能だからである。
また、上記冷却工程（ｂ）において、冷却媒体をワークＷ２に噴射する際の冷却媒体の流量や圧力、温度等は何ら限定されず、ワークＷ２が所望の温度履歴を経て冷却されるように適宜選択すればよい。
また、上記冷却工程（ｂ）では複数の噴射ノズルを用いて冷却媒体を噴射するが、このとき、同一時間経過時における各噴射ノズルの冷却媒体を噴射する条件は全て同一であってもよいし、噴射ノズルごとに異なっていてもよい。
In the cooling step (b), a one-fluid nozzle or a two-fluid nozzle may be used as the spray nozzle. As the injection nozzle, a two-fluid nozzle is preferable. This is because the air / water ratio can be adjusted (changed).
Further, in the cooling step (b), the flow rate, pressure, temperature, etc. of the cooling medium when the cooling medium is injected onto the workpiece W2 are not limited at all, and the workpiece W2 is appropriately cooled so as to be cooled through a desired temperature history. Just choose.
In the cooling step (b), the cooling medium is injected using a plurality of injection nozzles. At this time, the conditions for injecting the cooling medium of each injection nozzle when the same time elapses may be the same. It may be different for each injection nozzle.
上記冷却工程（ｂ）では、ワークＷ２の表面温度がマルテンサイト変態開始温度（図４中、Ｍｓ）を下回った後は、上記表面温度が後述する焼戻し処理における焼戻し温度以上に復温（再上昇）しないようにワークＷ２を冷却することが好ましい。
熱処理されたワーク表面の高硬度化を確実に達成するためである。
In the cooling step (b), after the surface temperature of the workpiece W2 is lower than the martensite transformation start temperature (Ms in FIG. 4), the surface temperature is recovered (re-increased) above the tempering temperature in the tempering process described later. It is preferable to cool the workpiece W2 so that the
This is in order to reliably achieve a high hardness of the heat-treated workpiece surface.
（２−２）焼戻し処理
ここでは、焼入れ処理が施されたワークに焼戻し処理を行う。
上記焼戻し処理における処理条件（加熱条件及び冷却条件）は特に限定されず、例えば従来、高炭素クロム軸受鋼に採用されている処理条件等を採用することができる。
上記焼戻し温度は、例えば、１５０〜３００℃とすればよい。
(2-2) Tempering process Here, a tempering process is performed on the work subjected to the quenching process.
The treatment conditions (heating conditions and cooling conditions) in the tempering treatment are not particularly limited, and for example, treatment conditions conventionally used for high carbon chromium bearing steel can be adopted.
The said tempering temperature should just be 150-300 degreeC, for example.
このような熱処理工程を経ることにより、マルテンサイトからなる表層部１４と、少なくとも一部にパーライト及び／又はベイナイトを含む内層部１５を有するワークＷ３を得ることができる。
By passing through such a heat treatment step, it is possible to obtain a workpiece W3 having a
（３）研磨仕上げ
次に、ワーク（中間素材）Ｗ３に対して、研磨仕上げ加工を施す（図１（ｅ）参照）。
このような工程を経ることにより、外輪（軸受軌道輪）１０を作製することができる。
(3) Polishing Finish Next, polishing finishing is performed on the workpiece (intermediate material) W3 (see FIG. 1 (e)).
The outer ring (bearing raceway ring) 10 can be manufactured through these steps.
（第２実施形態）
第１実施形態では、円錐ころ軸受の外輪を製造するための環状ワークを処理対象としたが、本実施形態では、円錐ころ軸受の内輪を製造するための環状ワークを処理対象とする。この場合、第１実施形態と同様にして各工程を行えばよい。
なお、円錐ころ軸受の内輪を製造するための環状ワークの肉厚ｔ２については、下記のように定めればよい。
図６は、本実施形態で処理対象となる環状ワークの肉厚を説明するための図である。
環状のワークＷ１２（円錐ころ軸受の内輪を製造するためのワーク）の肉厚ｔ２は、下記式（３）により算出する（図６参照）。
ｔ２＝（軌道部２２の最大外径φＤｏ−内径φＤｉ）×０．５・・・（３）
つまり、ワークＷ１２の肉厚ｔ２は、ワークＷ１２の軌道部２２の最大外径φＤｏと、内径φＤｉとに基づいて定めればよい。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the annular workpiece for manufacturing the outer ring of the tapered roller bearing is a processing target. However, in this embodiment, the annular workpiece for manufacturing the inner ring of the tapered roller bearing is a processing target. In this case, each step may be performed as in the first embodiment.
In addition, what is necessary is just to determine as follows about the thickness t2 of the cyclic | annular workpiece | work for manufacturing the inner ring | wheel of a tapered roller bearing.
FIG. 6 is a diagram for explaining the thickness of the annular workpiece to be processed in the present embodiment.
The wall thickness t2 of the annular work W12 (work for manufacturing the inner ring of the tapered roller bearing) is calculated by the following equation (3) (see FIG. 6).
t2 = (maximum outer diameter φDo−inner diameter φDi of the track portion 22) × 0.5 (3)
That is, the thickness t2 of the workpiece W12 may be determined based on the maximum outer diameter φDo and the inner diameter φDi of the
（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、適宜変更することができる。
本発明の実施形態において、冷却媒体を噴射する噴射ノズルの位置は、図３に示した位置に限定されるわけではなく、処理対象のワークの形状に応じて適宜設定すればよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.
In the embodiment of the present invention, the position of the injection nozzle for injecting the cooling medium is not limited to the position shown in FIG. 3 and may be set as appropriate according to the shape of the workpiece to be processed.
上述した実施形態では、円錐ころ軸受の軸受軌道輪を熱処理の対象としていたが、本発明の実施形態に係る熱処理方法は、他の転がり軸受の軸受軌道輪を処理対象とすることができる。
その他、ハブユニットの内軸や外輪、ステアリング装置のラックバーやピニオンシャフト、ＣＶＪ（等速ジョイント）の中間シャフトやアウターなどの種々の部材を処理対象とすることができる。
In the embodiment described above, the bearing race of the tapered roller bearing is the subject of heat treatment, but the heat treatment method according to the embodiment of the present invention can treat the bearing race of another rolling bearing as the subject of treatment.
In addition, various members such as the inner shaft and outer wheel of the hub unit, the rack bar and pinion shaft of the steering device, the intermediate shaft of the CVJ (constant velocity joint) and the outer can be processed.
Ｗ１：環状素材、Ｗ２，Ｗ１２: 素形材（ワーク）、Ｗ３: 中間素材（ワーク）、１０:外輪、１１：外周面、１２：内周面（軌道部）、１３：側面、１４：表層部、１５：内層部、２２：軌道部、Ｎ１〜Ｎ３：噴射ノズル、Ｃ：冷却媒体 W1: annular material, W2, W12: raw material (work), W3: intermediate material (work), 10: outer ring, 11: outer peripheral surface, 12: inner peripheral surface (track portion), 13: side surface, 14: surface layer Part, 15: inner layer part, 22: track part, N1 to N3: injection nozzle, C: cooling medium
Claims (4)
（Ａ）ワークをオーステナイト化温度以上に加熱する加熱工程と、
（Ｂ）加熱したワークに冷却媒体を噴射して前記ワークを冷却する冷却工程と
を行う焼入れ処理を含み、
前記工程（Ｂ）において、前記冷却媒体を噴射する条件を経時的に変化させることによって、マルテンサイトからなる表層部と、前記表層部に周囲を囲まれ、少なくとも一部にパーライト及び／又はベイナイトを含む内層部とを有する熱処理されたワークを得る、ことを特徴とする熱処理方法。 A heat treatment method for a workpiece made of carbon steel or alloy steel,
(A) a heating step of heating the workpiece to a temperature above the austenitizing temperature;
(B) including a quenching process for performing a cooling step of cooling the workpiece by injecting a cooling medium onto the heated workpiece,
In the step (B), by changing the conditions for injecting the cooling medium over time, the surface layer part composed of martensite is surrounded by the surface layer part, and at least a portion of pearlite and / or bainite is contained. A heat-treating method comprising obtaining a heat-treated work having an inner layer portion.
前記気液混合物における冷却ガスと冷却液との混合割合を経時的に変化させる、請求項１に記載の熱処理方法。 In the step (B), a mist-like gas-liquid mixture containing a cooling gas and a cooling liquid is used as the cooling medium,
The heat treatment method according to claim 1, wherein a mixing ratio of the cooling gas and the cooling liquid in the gas-liquid mixture is changed over time.
前記工程（Ｂ）において、前記ワークの表面温度がマルテンサイト変態開始温度を下回った後は、前記表面温度が前記焼戻し処理における焼戻し温度以上に復温しないように前記ワークを冷却する、請求項１又は２に記載の熱処理方法。 Including a tempering treatment performed after the quenching treatment,
In the step (B), after the surface temperature of the workpiece is lower than a martensite transformation start temperature, the workpiece is cooled so that the surface temperature does not return to a temperature higher than a tempering temperature in the tempering treatment. Or the heat processing method of 2.
（２）前記素形材に請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理方法によって、熱処理を施す工程、及び、
（３）前記熱処理後の中間素材に仕上げ加工を施す工程、
を含むことを特徴とする軸受軌道輪の製造方法。
(1) A process for producing a bearing race ring shaped material by processing carbon steel or alloy steel;
(2) A step of applying heat treatment to the raw material by the heat treatment method according to any one of claims 1 to 3, and
(3) A step of finishing the intermediate material after the heat treatment,
A method for manufacturing a bearing ring, comprising:
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