JP4269349B2 - Rolling bearing race - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二輪車、自動車、農業機械、建設機械等あらゆる所に使用される転がり軸受に係り、特に、冷間ローリング加工（ＣＲＦ加工）を利用して製造される深溝玉軸受などの転がり軸受の軌道輪として有効な転がり軸受の軌道輪に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱処理後に研削加工を行うことで製造される深溝玉軸受の内外輪（軌道輪）は、製造コストを考慮して、一般には、次のようにして製造される。図１を参照しつつ説明する。
【０００３】
軸受素材には、圧延したままの丸棒鋼材が使用され（Ｓ１）、まず、図２（Ａ）に示すように、その素材である丸棒鋼材２１に、多段フォーマーを使用して熱間鍛造を施し、図２（Ｂ）に示すような、内外輪となる粗形リング２２，２３を作る（Ｓ２）。次に、軟化焼鈍により、硬さを下げたり、ミクロ組織を改善する（Ｓ３）。
【０００４】
続いて、冷間ローリング加工（以下、ＣＲＦ加工と呼ぶ）を行なう（Ｓ４）。ＣＲＦ加工とは、簡略図である図３に示すように、粗形リング２２，２３を、回転する成形ロール１１とマンドレル１２とで挟圧しつつ、荷重Ｗにより圧延することで肉薄にして、リング径を拡大するものである。
【０００５】
ここで、このＣＲＦ加工を使用しない場合には、従来、図４に示すような鍛造工程が採用され、この鍛造工程で外輪・内輪となる粗形リングａ１、ｂ１を作る際に、符号ｃ１、ｃ２の部分がスクラップとして廃棄される。一方、上記ＣＲＦ加工を行う場合は、熱間鍛造で図２（Ｂ）に示す小さな粗形リング２２、２３が作られ、ＣＲＦ加工によって、図２（Ｃ）に示す、二つのリング３１、３２に拡径することができるため、図４における符号ｃ２の部分が発生せず、しかも、ｃ１も図２のｃ３に示す通り小さくすることができるので、スクラップ量が少ない。さらにＣＲＦ加工でリングを拡径する際に軌道面にみぞ３１ｂ、３２ａ等を付けるように成形して旋削取代を少しでも減らすことが可能であり、材料歩留が非常に良くなる。このため、上述にように、製造コストを考慮してＣＲＦ加工が採用される。
【０００６】
次に、サイジング（Ｓ５）を行なう。その後、鍛造や焼鈍時に発生した酸化層や脱炭層を取り除くと共に、熱処理や研削後に深溝玉軸受の軌道輪として必要な形状に成形するために、ＣＲＦ加工後の粗形リング（以下、ＣＲＦリングと呼ぶ）のリング全面について旋削加工（Ｓ６）が施される。また、場合によっては旋削加工前の熱間鍛造時にできたバリ等を研削加工で除去することもある。
【０００７】
次に、焼入焼戻を行ない軸受として必要な硬さを得る（Ｓ７）。引き続き、軌道面とはめ合い面を研削加工することにより完成品としての内外輪が製造される（Ｓ８）。
【０００８】
また、従来にあっては、特公平６−８３８７２号公報に記載のように、ＣＲＦ加工の前工程として粗形リングの全面に旋削加工を施して形状や重量を一定にした後に、精密なＣＲＦ加工により、深溝玉軸受として必要な軌道面みぞやシールみぞ等を有する形状まで完全に仕上げることで、その後の旋削加工を省略して、コスト低減を図るものが開示されている。
【０００９】
そして、いずれの製造方法が採用される場合であっても、従来にあっては、完成品としての内外輪表面全面に、脱炭層が残存しないように加工される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上述したように、ＣＲＦ加工とは粗形リングを拡径するために成形を施すものである。従って、リングの径方向の肉厚や拡径量は調整可能であるが、幅方向はフリーであるためリングの幅方向の寸法制御はできない。この結果、幅方向にはみ出しが生じる。
【００１１】
従って、精密なＣＲＦ加工を行なう，上記特公平６−８３８７２号公報に記載の製造方法で製造される軌道輪では、幅方向へのはみ出しが発生し易いし、脱炭層がない状態でＣＲＦ加工で強圧するために、複雑な形状に成形する必要のあるシール溝やレース溝の縁に、微少な割れが発生してしまうおそれがある。
【００１２】
この結果、ＣＲＦ加工前に寸法を整え、体積等を一定にするためＣＲＦ加工前の全面旋削が必要な上に、結局，ＣＲＦ加工後にも割れ等を取り除く、仕上旋削が必要となってしまう。また、複雑な形状を精密にＣＲＦ加工することは、加工時間が長く必要となり、ＣＲＦ加工のコストが上がる要因になる。すなわち、製造コスト上，不利な軌道輪となる。
【００１３】
一方、ＣＲＦ加工前に旋削加工を行なわない上記従来の方法で製造される軌道輪では、ＣＲＦ加工で拡径する時に軌道面にみぞ形状（図２の３１ｂ、３２ａ）等を成形することで、その後の旋削取代を少しでも減らすことができる。しかし、熱間鍛造や軟化焼鈍時に発生する脱炭が残ると、硬さむらや表面割れ等が生じ易くなって軸受機能上の問題が生じるおそれがあるという見地から、従来にあってはＣＲＦ加工後にＣＲＦリング３１，３２の表面について全面旋削加工を施しており、後述するように、工程省略による製造コスト低減に関してまだ追求の余地が残されている軌道輪であった。
【００１４】
本発明は、上記のような知見に従いなされたもので、熱処理後に研削加工を行う鋼製の転がり軸受の軌道輪について、完成品としての品質を損なうことなく、しかも、製造コストを抑えることができる転がり軸受の軌道輪を提供することを課題としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、熱処理後に研削加工を行うことで製造される転がり軸受の軌道輪において、完成した軌道輪における内輪内径部に、表面脱炭率（Ｄ）が１０％以上５０％以下で最大の脱炭深さが０を越え且つ０．４ｍｍ以内の脱炭層が残存し、且つ、内輪の軌道面には脱炭層が残存しないことを特徴とする転がり軸受の軌道輪を提供するものである。。
また、請求項２に記載の発明は、熱処理後に研削加工を行うことで製造される転がり軸受の軌道輪において、完成した軌道輪における外輪外径部に、表面脱炭率（Ｄ）が１０％以上７０％以下で最大の脱炭深さが０を越え且つ０．５ｍｍ以内の脱炭層が残存し、且つ、外輪の軌道面には脱炭層が残存しないことを特徴とする転がり軸受の軌道輪を提供するものである。
但し、上記表面脱炭率（Ｄ）は、軸受素材の炭素量に対する完成品表面の炭素量の変化率であって、下記式で示す値である。
軸受素材の炭素量（％）−完成品表面の表面炭素量（％）
Ｄ＝─────────────────────────────×１００（％）
素材の炭素量（％）
但し、上記表面炭素量は、円周方向全面における最大に脱炭を生じている部分での炭素量とする。
【００１７】
本発明は、従来と発想を変えて、完成品としての外輪外径部若しくは内輪内径部に積極的に脱炭層を残存させることで、軌道輪製造の際に、ＣＲＦ加工の強圧成形による溝肩部等での微細な割れが防止されると共に切削量が大幅に減少して切削加工性が向上する。ここで、後述するように、ＣＲＦ加工後の粗形リングにおいては、外径外面部に一番多く脱炭層が存在し、他の部分は少ない。
【００１８】
この結果、製造コストを従来よりも低減できる軌道輪となる。
さらに、完成品における内輪内径部若しくは外輪外径部の表面脱炭率及び脱炭深さを上述の範囲に規制することで、内輪内径部若しくは外輪外径部に脱炭層が残存していても、その内輪内径部若しくは外輪外径部の耐フレッチング特性を、脱炭層を完全に除去した従来の軌道輪と同等の性能に設定することができる。
【００１９】
また、軌道面は、軸受寿命に大きく影響するが、本発明にあっては、軌道面については従来と同様に脱炭層を残存させないので、軸受寿命への悪影響もない。
次に、本発明の根拠などについて説明する。
【００２０】
本発明者らは脱炭層がその量や深さによって軸受機能に与える影響に関して調査し、以下の結果を得た。
▲１▼軸受軌道面の脱炭量が増加すると焼入後の硬さの低下や残留オーステナイトが減少してしまい、軸受寿命が低下してしまう。特に、市場での不具合をシミュレートした表面起点の損傷による軸受寿命では、軌道面に微量な脱炭が残存していても軸受寿命が低下してしまう。
【００２１】
▲２▼軸やハウジングにはめ合う内輪内径や外輪外径も、脱炭量が増加すると焼入れ後の硬さの低下により、摩耗やフレティングが発生し易くなる場合もあるが、軸受寿命ほど顕著ではなく、しかも、上記摩耗やフレティングの影響が生じる脱炭の量や深さに、限界値があることを見出した。
【００２２】
▲３▼その他、シール溝やチャンファー部は、脱炭による大きな影響は見られなかった。
更に、脱炭層について、その量や深さによって加工特性に与える影響に関して調査し、以下の結果を得た。
【００２３】
▲４▼ＣＲＦ加工は、通常は、表面に脱炭があると、硬さが低下するため変形抵抗が下がり、良好な加工ができることを見出した。
▲５▼旋削加工においても、適量な脱炭量の存在により加工性が良好になることを見出した。
【００２４】
以上のことから、転がり寿命に直接影響する軌道面以外は脱炭層が適量に残留した方が、製造時における加工性が良好となり、製造コストが下がると共に、軸受内外輪の各位置における脱炭量をそれぞれ適当な値に調整すれば、軸受機能を損なうことがないことを発見した。即ち、軸受内外輪の各位置における最適脱炭量が存在することを発見した。
【００２５】
次に、本発明の軸受完成品の数値限定の理由を説明する。
▲１▼完成軸受の内輪内径部における表面脱炭率を１０％以上５０％以下で脱炭深さを０．４ｍｍ以内の脱炭層としたことについて
軸受内輪の内径面は、必要機能としてシャフト類とのはめ合いに対する耐フレティング特性が挙げられる。
【００２６】
表面脱炭率は高くなりすぎると、硬さが低下しすぎて、また、脱炭深さは、深くなるほど最大脱炭位置の範囲が広くなって、耐フレティング特性が劣化する。そして、脱炭量について、脱炭が残存しない軌道輪と同等の耐フレティング特性を発揮する最適範囲について調査し、本発明品の脱炭の範囲では、脱炭が残留していないものと同等の耐フレティング特性を示すことを見い出した（後述の表１参照）。また、本発明品は適量な脱炭が残留することで、表面の硬さが低下して、冷間加工性が良好になり、ＣＲＦや切削工具の寿命が伸びている。
【００２７】
以上の理由から、完成品における内輪内径部に残存させる脱炭層として、その表面脱炭率が１０％以上５０％以下で且つ最大の脱炭深さを０．４ｍｍ以内に限定した。
【００２８】
但し、表１から分かるように、表面脱炭量が増えると悪くなる傾向があるので、表面脱炭率が４０％以下で脱炭深さは０．３ｍｍ以内が望ましい。
なお、本発明の範囲よりも脱炭量が少なくても耐フレティング特性は良いが、冷間加工性が本発明より劣化して、本発明と比較して製造コストの高い軌道輪となる。
【００２９】
▲２▼外輪外径部の表面脱炭率％が１０％以上７０％以下で脱炭深さが０．５ｍｍ以内の脱炭層としたことについて
軸受外輪の外径面は、必要機能としてハウジング類とのはめ合いに対する耐フレティング特性が挙げられる。
【００３０】
上記と同様に、表面脱炭率は高くなりすぎると、硬さが低下しすぎて、また、脱炭深さは、深くなるほど最大脱炭位置の範囲が広くなって、耐フレティング特性が劣化する。
【００３１】
そして、脱炭量について、脱炭が残存しない軌道輪と同等の耐フレティング特性を発揮する最適範囲について調査し、本発明品の脱炭の範囲では、脱炭が残留していないものと同等の耐フレティング特性を示すことを見い出した（後述の表２参照）。また、本発明品は適量な脱炭が残留することで、表面の硬さが低下して、冷間加工性が良好になり、ＣＲＦや切削工具の寿命が伸びている。
【００３２】
以上のことから、外輪外径に残存させる脱炭層として、その表面脱炭率％が１０％以上７０％以下で且つ最大の脱炭深さを０．５ｍｍ以内と限定した。
但し、表２から分かるように、表面脱炭量が増えると悪くなる傾向があるので、表面脱炭率が５０％以下で脱炭深さは０．４ｍｍ以内が望ましい。
【００３３】
なお、本発明の範囲よりも脱炭量が少なくても耐フレティング特性は良いが、冷間加工性が本発明より劣化して、本発明と比較して製造コストの高い軌道輪となる。
【００３４】
ここで、上記表面脱炭率は０より大きい値であるので、上記内輪内径部及び外輪外径部の脱炭深さは、０より大きい値となる。
ここで、上記転動輪は、例えば、丸棒素材を熱間鍛造して粗形リングを作る熱間鍛造工程と、その粗形リングについて炭化物を球状化する軟化焼鈍を行なう工程と、軟化焼鈍後の粗形リングを拡径して内輪と外輪の形状にする冷間ローリング加工工程と、冷間ローリング加工工程後の粗形リングを、軌道輪として必要な形状に仕上げる仕上旋削加工工程と、焼入焼戻を行ない軸受として必要な硬さを得る焼入焼戻工程と、軌道面とはめ合い面を研削加工する研削加工工程によって製造し、
上記仕上旋削加工工程では内輪内径及び外輪外径を旋削せず、また、完成軸受の内輪内径に表面脱炭率が１０％以上５０％以下で最大の脱炭深さが０．４ｍｍ以内の脱炭層を残存させると共に、外輪外径に表面脱炭率％が１０％以上７０％以下で最大の脱炭深さが０．５ｍｍ以内の脱炭層を残存させるように、主に焼鈍工程までで調整することで製造することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
本実施形態は、深溝玉軸受の内外輪を例に説明する。
【００３６】
まず、その製造方法について説明する。製造は、図５に示すように、次の工程によって行われる。
軸受素材としては、圧延したままの丸棒鋼材を使用する（Ｓ１）。その素材は、例えば、従来から軸受に最も多く使用され、深溝玉軸受で殆ど使用されている軸受鋼（ＳＵＪ２）とする。
【００３７】
まず、図２に示すように、上記丸棒鋼材２１を、多段フォーマーを使用して熱間鍛造を行ない、内外輪になる粗形リング２２，２３を作る（Ｓ２）。
次に、その粗形リング２２，２３について炭化物を球状化する軟化焼鈍を行い、硬さを下げたり、ミクロ組織を改善する（Ｓ３）。ここまでの工程で、脱炭層が形成される。
【００３８】
続いて、ＣＲＦ加工を行なう（Ｓ４）。このＣＲＦ加工の際に溝３１ｂ，３２ａ等を成形する。これによって、軌道面における旋削取代が減る。また、脱炭層がある状態で強圧加工することで、溝等の成形を行っても溝肩部等に微細な割れが生じるおそれもない。
【００３９】
次に、サイジング（Ｓ５）、つまり外径の矯正を行う。
その後、ＣＲＦ加工後のＣＲＦリング３１，３２の少なくも軌道面において鍛造や焼鈍時に発生した酸化、脱炭層を取り除くため、旋削加工（Ｓ６）を施す。なお、場合によっては旋削加工前の熱間鍛造時にできたバリ等を研削加工で除去する。
【００４０】
このとき、内輪内径部３２ｂ及び外輪外径部３１ａについては、旋削加工を行うことなく、最適化のために脱炭層を残存させる。これによって、旋削加工性が向上する。
【００４１】
次に、焼入焼戻を行ない軸受として必要な硬さを得る（Ｓ７）。引き続き、軌道面とはめ合い面を研削加工することにより完成品としての内外輪が製造される（Ｓ８）。
【００４２】
ここで、完成品としての内輪内径部には、表面脱炭率が１０％以上５０％以下で最大の脱炭深さが０．４ｍｍ以内の脱炭層を残存し、且つ、外輪外径部には、表面脱炭率％が１０％以上７０％以下で最大の脱炭深さが０．５ｍｍ以内の脱炭層を残存させる。
【００４３】
上記脱炭層は、主に焼鈍工程まで、特に焼鈍工程で生じるので、上記範囲の脱炭量とすることは、主に、焼鈍工程の焼鈍条件を調整することで実現できる。
以上のようにして軌道輪である内外輪を製造した場合、仕上旋削加工工程で内輪内径部３２ｂ及び外輪外径部３１ａの旋削を省略することで製造コストの低減が図られる。ここで、後述するように、脱炭層が一番多いのは外輪外径部３１ａであり、その部分の旋削を省略するため、特に有効である。なお、外輪外径部３１ａの脱炭量は研削加工時にも調整できる。
【００４４】
さらに、適量に脱炭を残すことでＣＲＦ加工性や軌道面形状仕上やシール溝成形及び端面調整に対して行なう仕上旋削加工性も良好にし、さらなるコストダウンが図られる。
【００４５】
すなわち、ＣＲＦ加工後に全面旋削を行なう軌道輪に対して、転がり寿命に直接影響する軌道面以外については脱炭層を適量に残留させることで、軸受機能を損なうことなく、逆に製造の際の加工性が良好となり、製造コストが下がる転がり軸受の軌道輪を提供できる。しかも、残存させる脱炭層の最適化を図ることで、転がり軸受として要求される外輪外径部及び内輪内径部での耐フレティング特性の劣化が防止される。また、上述のように脱炭層の最適化は、上述の加工性向上と共に切削工具の寿命向上にも繋がる。
【００４６】
つまり、本実施形態の軌道輪は、軸受機能としての品質を落とすことなく、製造コストを大幅に低減可能なものとなる。
ここで、本発明者らは熱処理後に研削加工を行う鋼製の転がり軸受のうち，深溝玉軸受の内外輪を例に、その製造コストに関して、素材及び各製造工程について詳しく調査し、以下の結果を得た。
【００４７】
▲１▼深溝玉軸受は一般に並径と呼ばれるおよそ外輪外径が２０mm前後から２００mm前後までの軸受がそのほとんどであり、大量かつ低コストで生産が行われる。そのため、同時に多くの軸受が処理できる熱処理やショット等に比べて、軸受を一つ一つ処理する研削加工や、旋削加工の工数低減はコストダウン効果が大きい。
【００４８】
▲２▼大量生産を行なうためには、材料歩留によるコストダウン効果も重要であり、ＣＲＦ加工を利用して、鍛造ブランク（スクラップ）を小さくすることや、軌道面にみぞ形状等を付けて旋削取代を減らすことが有効である。
【００４９】
▲３▼軌道面みぞやシールみぞ形状を完全に仕上げる従来の精密ＣＲＦ加工ではＣＲＦ加工前の全面旋削のコストや脱炭層が無い状態での強圧による割れの問題、ＣＲＦ加工の加工時間延長によるコストアップを考慮するとＣＲＦ加工後に旋削加工を行なう方が低コストとなる。
【００５０】
以上のことから、軌道輪の製造コスト低減の見地からは、ＣＲＦ加工を採用し、しかも、ＣＲＦ加工前に旋削加工を行なうことなく、ＣＲＦ加工後の旋削工数を極力減らすことが最も有効であることを見出した。
【００５１】
次に、残存させる脱炭量の最適化についての本発明者らが得た知見を示す。
深溝玉軸受の内外輪の製造工程で、熱間鍛造を施すと、冷却速度や軸受素材の合金成分にもよるが、ほとんどの場合パーライト組織が現れ、その後の旋削等の加工工程に悪影響を与える。そのため、焼鈍により硬さを下げると共にミク口組織を改善しなければならない。従来から軸受に最も多く使用されている素材の炭素量が１％の軸受鋼（ＳＵＪ２）では、一般に球状化焼鈍が採用されている。
【００５２】
そして、ＣＲＦ加工前の熱処理工程、つまり、１１００〜１２００℃に加熱され据え込み成形される熱間鍛造、及び７５０〜８００℃程度に加熱され１０〜２０時間程度の処理を行なう焼鈍を行うことにより、粗形リングの表面には酸化層や脱炭層が発生する。そして、その後のＣＲＦ加工により拡径された旋削前のＣＲＦリング表面にも酸化層や脱炭層がほぼそのまま残留する。酸化層や脱炭層が軸受完成品表面に残ると、寿命や摩耗等、軸受としての機能が低下してしまうおそれがあるため、上述のように従来にあってはＣＲＦリングの全面を旋削し脱炭層を除去していた。
【００５３】
そこでまず、一般的な深溝玉軸受のＣＲＦ加工を行う製造法（図１で示す工程で製造する場合）で素材から各製造工程における脱炭量を詳しく調査した。
ここで、素材としては、従来から軸受に最も多く使用され、深溝玉軸受ではそのほとんどに使用されている軸受鋼（ＳＵＪ２）とした。脱炭量の調査方法は、断面をＸ線解析による炭素の特性Ｘ線を測定することで行なった。なお、測定には、島津製作所製のＸ線測定器（商品名：ＥＰＭＡ−１６００）を用いた。
【００５４】
素材は、一般に、素材コストが有利な圧延したままの丸棒鋼材を使用する。そのため、製鋼から圧延工程までで、既にある程度の脱炭が発生している。
次に、熱間鍛造後の最大脱炭量の測定結果を図６に示す。
【００５５】
図６において、横軸は表面からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は炭素濃度（重量％）を示す（後述する図７〜図８も同様）。また、熱間鍛造時に、およそ１１００〜１２００℃に加熱され据え込み成形される間に脱炭が増加している。
【００５６】
また、熱間鍛造後の粗形リング（鍛造リング）の脱炭量を測定した結果、測定位置により脱炭量のバラツキがあり、外輪外径や内輪外径の端面部（図２（Ｂ）の２２ａ、２３ａ）に脱炭が多いことから、その原因の一つは、素材からの脱炭量の積み重ねと考えられる。ここで、上記図２はＣＲＦ加工を取り入れた場合の熱間鍛造工程を示すものであるが、調査したところ、図２（Ａ）に示す丸棒素材２１の外径部２１ａには脱炭があり、その素材２１を熱間鍛造すると、図２（Ｂ）の鍛造リングの外径面２２ａ、２３ａには素材からの積み重なりにより脱炭量が多くなっている。特に、外輪外径部３１ａに相当する２２ａ部分の幅方向中央に対し、脱炭量が多く残る傾向を示していることを確認した。
【００５７】
また、本発明者らは円周上での各位置における脱炭量の調査を行ない、最大脱炭部（２２ａの中央位置）の中でも、円周方向でもバラツキがあることを確認した。
【００５８】
次に、一般に並径と呼ばれる軸受で行われている、窒素雰囲気での焼鈍後の脱炭量を測定したところ、図７に示す結果を得た。
焼鈍工程は加熱温度こそ７５０〜８００℃程度と低いが、全行程ではおよそ１０〜２０時間程度の処理を行なうため窒素雰囲気であっても最大脱炭量が大幅に増加していた。つまり、脱炭の主原因は焼鈍工程にあることが明確となった。ただし、その量は、焼鈍条件、主に焼鈍雰囲気に大きく依存する。すなわち、焼鈍条件を適当に設定することで所望の脱炭量に設定できる。
【００５９】
なお、鍛造後の焼鈍を、雰囲気を使用せず大気で行なう場合もあるが、その場合には、表面は激しく酸化及び脱炭し荒れた状態となり、ショットピーニングやショツトブラストによって表面酸化層を除去してから、さらに、脱炭層を含めて大きな取代の旋削が必要となってしまう。つまり、大気焼鈍はショツトブラスト等による表面酸化層の除去工程や旋削加工の取代が増えて、結局，コスト増となる。そのため、一般に並径と呼ばれる軸受では、切削取代が少なくするため、大気焼鈍はほとんど行なわれていない。
【００６０】
また、脱炭量を極端に減らすために、真空焼鈍や浸炭雰囲気での焼鈍の採用も考えられるが、設備設定や制御技術、設備のメンテナンス等に大幅な費用がかかる。
【００６１】
従って、窒素等の不活性ガスを適量，炉内に導入して焼鈍を行なう方法が、製造コスト低減上有利である。
ここで、焼鈍後の粗形リング（鍛造リング）の脱炭量を測定した結果、鍛造後と同様に測定位置により脱炭量のバラツキがあるが、特に外輪外径部３１ａに脱炭が多く、脱炭量が素材からの積み重なり、更にバラツキが大きくなる傾向を示した。
【００６２】
次に、ＣＲＦ加工後の各位置での脱炭量を測定したところ、図８に示す結果を得た。
ここで、図８（Ａ）は外輪外径３１ａの最大値であり、図７の焼鈍後の最大脱炭量とほぼ同じであるが、ＣＲＦ加工で圧延され、若干深さが浅くなっている。一方、図８（Ｂ）は外輪溝３１ｂでの最大値であるが、当該外輪溝は脱炭量が少なめの上に、ＣＲＦの溝加工のための強加工を受けて脱炭層が浅く量も少なくなっている。図８（Ｃ）は内輪溝３２ａでの最大値であり、当該内輪溝は脱炭量が比較的多い位置であるが、強加工で脱炭層が浅く、少なくなっている。図８（Ｃ）は内輪内径３２ｂでの最大値であり、内輪内径は脱炭量の少ない位置だが加工度は低く、多少深い。
【００６３】
以上のことから、熱間鍛造により製造された鍛造リングは、焼鈍後にＣＲＦ加工されると、外輪外径部３１ａに大きな脱炭が残るが、その他の位置の脱炭は微量であった。このことは、本発明のように、外輪外径部３１ａに適量の脱炭層を積極的に残存させる軌道輪においては、切削量が、全面切削する場合に比べて大幅に減少し、もって加工手間の向上、切削工具の寿命向上に大いに貢献することを示す。但し、その他の軌道面形状仕上やシール溝成形及び端面調整に対しては必要最低限の仕上旋削加工が必要である。
【００６４】
ここで、測定の脱炭量は、その位置の円周方向での最大値であり、全周ではなく部分的に存在するものである。
一方、並径玉軸受の市場での使用状況等を調査した結果、そのほとんどが表面損傷タイプの疲労状況を示していた。
【００６５】
そこで、軌道面の表面脱炭率を変えて、表面起点で損傷を生じる、異物混入潤滑下試験を行なったところ、図９に示す結果を得た。図９の試験条件については後述する。
【００６６】
図９から分かるように、軌道面については脱炭が少しでも残留すると寿命が急激に低下してしまうので、軌道面に脱炭を残留させることはできない。ただし、本実施形態の製造法では軌道面を形状仕上するため旋削加工を行っているので、熱処理後の研削加工と合わせて、十分脱炭層を取り除くことができる。すなわち、軸受寿命は、従来品の軸受と同等となる。
【００６７】
上記説明では素材にＳＵＪ２を用いた基礎実験を行っているが、焼入、焼戻処理により軸受として必要な品質が得られれば、その限りではない。
軸受素材の成分を以下の通りにすることで、軸受として必要な品質が得られる。
【００６８】
すなわち、炭素は、軸受に必要な硬さと炭化物を得るための重要な元素であり、寿命に必要な十分な硬さと炭化物の面積率を得るためには最低でも０．８％以上は必要である。しかし、１．２％を越えると製鋼時に巨大炭化物の発生や偏析が強くなり、通常、ＳＵＪ２材で行なっている、ソーキング処理では巨大炭化物や偏析を十分に調整できなくなる場合が生じるため、その後の温間圧延での炭化物微細化が不十分になる。
【００６９】
以上の理由から、素材の炭素量は０．８％量％以上１．２重量％以下とすることが望ましい。
Ｓｉは、素材の製鋼時に脱酸剤として作用し、焼入性を向上させるとともに基地マルテンサイトを強化するので、軸受の寿命を延長するのに有効な元素であり、その効果を出すためには最低０．１重量％は必要である。しかし、Ｓｉ含有量が多すぎると、被削性や鍛造性を含めた加工性を劣化させるので上限を０．５重量％以下とするのが望ましい。
【００７０】
以上の理由から、素材のＳｉ量は０．１％重量％以上０．５重量％以下とするのが望ましい。
Ｍｎは、焼入性を向上させる元素であるが、その効果を出すためには最低０．２重量％は必要である。しかし、Ｍｎは素材のフェライトを強化する元素でもあり、特に素材の炭素量が０．８％以上の場合は、Ｍｎの含有量が１．１％を越えると冷間加工性が著しく低下するため上限を１．１％とするのが望ましい。
【００７１】
Ｃｒは、焼入性向上、焼戻軟化抵抗性向上など基地を強化する元素であり、その効果を出すためには最低０．１重量％が必要である。しかし、１．８重量％を超えると、製鋼時に巨大炭化物の発生や偏析が強くなり、通常ＳＵＪ２材で行っている、ソーキング処理では巨大炭化物や偏析を十分に調整できなくなる場合がでてくるため、その後の温間圧延での炭化物微細化が不十分になる。
【００７２】
以上の理由から、素材のＣｒ量は１．０重量％以上１．８重量％以下とするのが望ましい。
【００７３】
【実施例】
次に、本発明の妥当性を示す実施例を説明する。
▲１▼軌道面の表面脱炭率と寿命について
本発明者らは玉軸受の市場での使用状況の詳細な調査を行なった結果、一部の純粋なクリーン環境以外は、一般にクリーンな環境と考えられていたシール付のグリース封入タイプの玉軸受であっても、そのほとんどが表面損傷タイプの疲労状況を示していた。
【００７４】
従って、耐久寿命が十分な軸受であるためには、表面起点の損傷に十分な寿命でなければならない。そこで、軌道面の表面脱炭率を変えて、表面起点の損傷となる、異物混入潤滑下試験を行なってみた。
【００７５】
ここで、素材材料はＳＵＪ２で、製造し機能を評価した軸受は深溝玉軸受６３０４又はスラスト試験片であり、条件は、次の通りである。
・スラスト試験片の熱処理条件：
温度８１０℃以上〜８５０℃以下で０．５〜１時間保持した後に焼入を行い、次いで１６０〜２００℃で２時間の焼戻しを行った。
【００７６】
・異物混入潤滑下寿命試験条件：
「特殊鋼便覧」第一版（電気製鋼研究所編、理工学社、１９６９年５月２５日発行）第１０〜２１頁記載のスラスト型軸受鋼寿命試験機を使用して、転動体にはＳＵＪ２ボールを用いて、各サンプルにフレーキングが発生した時点までの累積応力繰り返し回数（寿命）を調査してワイブルプロットを作成し、各ワイブル分布の結果から各々のＬ１０寿命を求めた。
【００７７】
試験条件は、次の通りである。
試験面圧：最大４９００ ＭＰａ
回転数：３０００ Ｃ．Ｐ．Ｍ．
潤滑油：＃６８タービン油
混入異物：
組成 ：ステンレス系粉
硬さ ：ＨＲＣ５０
粒径 ：６５〜１２０μｍ
混入量：潤滑油中に３００ｐｐｍ
試験の結果は、図９の通りである。
【００７８】
図９のように、軌道面に脱炭が少しでも残留すると寿命が急激に低下してしまうので、軌道面に脱炭を残留させることはできない。ただし、上記本発明の軌道輪を製造するための実施形態に基づく製造法では、軌道面を形状仕上するため旋削加工を行っている。この結果、熱処理後の研削加工と合わせて、十分脱炭層が取り除かれる。
【００７９】
▲２▼内輪内径及び外輪外径の表面脱炭率と耐フレティング特性について
軸受内輪の内径面は必要機能としてシャフト類とのはめ合いに対する耐フレティング特性が、また、外輪外径面はハウジング類とのはめ合いに対する耐フレティング特性が挙げられる。
【００８０】
そこで、内輪内径部及び外輪外径部の表面脱炭率を変えて、耐フレティング特性を評価した。なお、軸受は、深溝玉軸受６３０４とした。
試験は、各条件の２０個の軸受を評価し、試験時間毎にフレティングの発生状況を確認し発生率を示した。各条件は、以下の通りである。
【００８１】
６３０４の熱処理条件：
温度８１０℃以上〜８５０℃以下で０．５〜１時間保持した後焼入を行い、次いで１６０〜２００℃で２時間の焼戻しを行った。
【００８２】
耐フレティング特性の評価条件：
試験機の概要及び回転数の変動パターンを図１１に示す通りとした。図１０は、試験機を示すものであって、図１０中、符号１は試験軸受であり、符号３は、内輪をはめ合わせたシャフトであり、符号２は、外輪をはめ合うハウジングである。そして、モーター７の回転を、プーリー５からベルト６、プーリー４、シャフト３に伝達して試験軸受１の内輪を回転させる。回転数は、図１１のパターンに示す通りにモーター７の回転数を変動させ繰り返し行なう。荷重は、エアシリンダー９がモーター台１０を押し下げることでモーター７からプーリー５からベルト６、プーリー４、シャフト３を介して試験軸受１に付加される構造である。
【００８３】
その試験条件は、次の通りである。
試験荷重：３２００ ＭＰａ
回転数：５０００〜８０００ｒｐｍ変動
潤滑油：アルバニア グリース２（昭和シェル石油製）
はめ合い：
１）内輪内径評価試験の場合は＋１０〜２０μｍすきまでシャフト３に軽圧入した状態で行なう。
【００８４】
２）外輪外径評価試験の場合は±０でアルミ製ハウジング２に軽圧入した状態で行なう。
表１に、完成品の内輪内径における、その表面脱炭率や脱炭深さに対する耐フレティング特性についての評価結果を示す。
【００８５】
【表１】

【００８６】
この表１においては、本発明品は、脱炭が残留していないものと同等の耐フレティング特性を示した。
すなわち、この表１から分かるように、本発明の範囲に脱炭量を設定することで、脱炭が残留していないものと同等の耐フレティング特性を示した。
【００８７】
一方、本発明範囲より脱炭率が高いものは硬さが低下しすぎて、また、脱炭深さの深いものは最大脱炭位置の範囲が広くなり、耐フレティング特性が劣化してしまう。
【００８８】
すなわち、表面脱炭率が本発明の範囲であっても、NO. ６のように脱炭深さが本発明を越えていると、耐フレティング特性が劣化してしまうことが分かる。また、脱炭層が本発明の範囲であっても、NO. ５のように表面脱炭率が本発明の範囲よりも多くなると、耐フレティング特性が劣化してしまうことが分かる。
【００８９】
また、完成品表面に脱炭が残留させないために従来どうり旋削する場合には、コストが高くなる。
また、旋削せずに脱炭層を減らすため、焼鈍工程で浸炭処理等を行なうと、表１に示すNO. ７及びNO. ８のように、冷間加工性が劣化してしまう。すなわち、NO. ７及びNO. ８は、本発明の範囲外であるが、脱炭量が少ないために耐フレティング特性は良好であるものの、後述のように冷間加工性が劣化して、本発明の軌道輪と比較してコスト高となる。
【００９０】
以上のことから、製造コストを一番低減できる完成品での内輪内径は、その表面脱炭率が１０％以上５０％以下で脱炭深さが０．４ｍｍ以内の脱炭層が必要となることが分かる。
【００９１】
但し、上記表１から、表面脱炭量が増えると悪くなる傾向があるので、表面脱炭率が４０％以下で脱炭深さは０．３ｍｍ以内とすることが望ましい。
次に、表２に、完成品の外輪外径における、その表面脱炭率や脱炭深さに対する耐フレティング特性についての評価結果を示す。
【００９２】
【表２】

【００９３】
この表２から分かるように、本発明の範囲に脱炭量を設定することで、脱炭が残留していないものと同等の耐フレティング特性を示した。。
一方、本発明範囲内を越えた脱炭率や脱炭深さのものは耐フレティング特性が劣化し、また、完成品表面に脱炭が残留していないものは冷間加工性が劣化してしまう。
【００９４】
すなわち、表面脱炭率が本発明の範囲であっても、NO. ６のように脱炭深さが本発明を越えていると、耐フレティング特性が劣化してしまうことが分かる。また、脱炭層が本発明の範囲であっても、NO. ５のように表面脱炭率が本発明の範囲よりも多くなると、耐フレティング特性が劣化してしまうことが分かる。
【００９５】
また、完成品表面に脱炭が残留させないために従来どうり旋削する場合には、コストが高くなる。
また、旋削せずに脱炭層を減らすため、焼鈍工程で浸炭処理等を行なうと、表２に示すNO. ７及びNO. ８のように、冷間加工性が劣化してしまう。すなわち、NO. ７及びNO. ８は、本発明の範囲外であるが、脱炭量が少ないために耐フレティング特性は良好であるものの、後述のように冷間加工性が劣化して、本発明の軌道輪と比較してコスト高となる。
【００９６】
以上のことから、外輪外径は、その表面脱炭率％が１０％以上７０％以下で脱炭深さが０．５ｍｍ以内の脱炭層が必要となる。
但し、表２に示されるように、表面脱炭量が増えると悪くなる傾向があるので、表面脱炭率が５０％以下で脱炭深さは０．４ｍｍ以内が望ましい。
【００９７】
▲３▼ＣＲＦ工具寿命評価について
ここで、ＣＲＦ加工では、図５の１２に示すマンドレルが摩耗損傷し易く、消耗部品として加工コストに大きく反映する。
【００９８】
この見地から、評価は、マンドレルの摩耗が０．２ｍｍ以上となり、内輪の場合はマンドレルに段差が付き、図４（Ｃ）の３２ｂの形状が波打つ場合を、また、外輪の場合は図４の（Ｃ）の３１ｂに示す溝形状が摩耗で崩れてしまう場合を寿命とした。
【００９９】
次に、試験の条件を示す。
ＣＲＦ工具寿命評価条件：
加工機：共栄精工製ＣＲＦ７０
加工荷重：５〜７ｔｏｎ
潤滑剤：（三工化学製）プレスホーマーＰＺ１３
拡径率：外輪＝１．４〜２．０倍、
内輪＝１．１〜１．４倍
加工速度：６００〜８００個／時間
試験の結果は、上記表１及び表２に示す通りである。
【０１００】
脱炭が多く硬さが低下したものが長寿命を示した。ただし、表１及び表２のNO. ５及び６は長寿命を示しているが、耐フレティング特性は低い。本発明範囲より脱炭率が低い、表１及び表２に示すNO. ７及び８は、硬さが高すぎて冷間加工性が劣化してしまう。
【０１０１】
▲４▼旋削工具寿命評価について
ここで、高速旋削加工では工具の摩耗が激しく、消耗部品として加工コストに大きく反映する。
【０１０２】
この見地から、評価は、工具摩耗が０．２ｍｍ以上となり、旋削面の粗さが劣化し、工具がびびり、切削抵抗が上がる場合寿命とした。
試験条件は次の通りである。
【０１０３】
旋削工具寿命評価条件：
加工機：高速旋盤
工 具：Ｐ１０（ＪＩＳ Ｂ４０５３）
切り込み速度：２００〜２５０ｍ／分
送り量：０．２〜０．３ｍｍ／回転
切り込み深さ：０．６〜１．０ｍｍ
潤滑：コシロオイルＮＯ．３（コシロ化学製）
試験結果は、上記表１及び表２に示される通りである。
【０１０４】
この表から分かるように、脱炭が多く硬さが低下したものは、長寿命を示したが、表１及び表２のNO. ５は硬さが低下しすぎて、粘りが出て硬さの割には長寿命ではなかった。ただし、表１及び表２のNO. ６は長寿命を示しているが、耐フレティング特性は低い。
【０１０５】
また、本発明範囲より脱炭率が低い表１及び表２に示すNO. ７及び８は、硬さが高すぎて冷間加工性が劣化してしまう。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明では、熱処理後に研削加工を行って製造される転がり軸受の軌道輪に、内輪内径や外輪外径に適量の脱炭層を残存させることで、ＣＲＦ加工性や軌道面形状仕上やシール溝成形及び端面調整に対して行なう仕上旋削加工性などが良好になり、従来よりも製造コストが低減できる軌道輪を提供できるという効果がある。
【０１０７】
しかも、その脱炭層を最適化することで、従来と異なり脱炭層を残存させても、外輪外径部や内輪内径部の耐フレッチングの劣化が抑えられ、また、軌道面には、脱炭を残存させないので従来と同等の軸受寿命を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来における製造工程を示す図である。
【図２】ＣＲＦ加工を採用した製造を説明する図である。
【図３】ＣＲＦ加工を説明するための図である。
【図４】ＣＲＦ加工を採用しない場合の鍛造の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る製造工程を示す図である。
【図６】従来の熱間鍛造後の脱炭量を示す図である。
【図７】従来の軟化焼鈍後の脱炭量を示す図である。
【図８】従来のＣＲＦ加工の脱炭量を示す図であって、（Ａ）は外輪外径部での、（Ｂ）は外輪溝での、（Ｃ）は内輪溝での、（Ｄ）は内輪内径部でのものをそれぞれ示す。
【図９】軌道面での脱炭と寿命との関係を示す図である。
【図１０】試験機を示す図である。
【図１１】試験パターンを示す図である。
【符号の説明】
２１ 素材
２２，２３ 粗形リング
３１，３２ ＣＲＦリング（粗形リング）
３１ａ 外輪外径部
３１ｂ 外輪溝
３２ａ 内輪溝
３２ｂ 内輪内径部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rolling bearing used in various places such as a motorcycle, an automobile, an agricultural machine, and a construction machine, and in particular, a rolling bearing such as a deep groove ball bearing manufactured by using cold rolling (CRF machining). The present invention relates to a bearing ring of a rolling bearing effective as a bearing ring.
[0002]
[Prior art]
The inner and outer rings (orbital rings) of a deep groove ball bearing manufactured by grinding after heat treatment are generally manufactured as follows in consideration of manufacturing costs. This will be described with reference to FIG.
[0003]
As the bearing material, a rolled round bar steel material is used (S1). First, as shown in FIG. 2A, hot round forging is performed on the round bar steel material 21 which is the material using a multistage former. As shown in FIG. 2 (B), rough rings 22 and 23 to be inner and outer rings are formed (S2). Next, the hardness is lowered or the microstructure is improved by softening annealing (S3).
[0004]
Subsequently, cold rolling processing (hereinafter referred to as CRF processing) is performed (S4). As shown in FIG. 3, which is a simplified diagram, the CRF processing is performed by reducing the thickness of the rings 22 and 23 by rolling with a load W while sandwiching the rough rings 22 and 23 between the rotating forming roll 11 and the mandrel 12. The diameter is enlarged.
[0005]
Here, when this CRF processing is not used, conventionally, a forging process as shown in FIG. 4 is adopted, and when making the rough rings a1 and b1 which become the outer ring and the inner ring in this forging process, reference numerals c1, The part c2 is discarded as scrap. On the other hand, when the CRF processing is performed, the small rough rings 22 and 23 shown in FIG. 2B are made by hot forging, and the two rings 31 and 32 shown in FIG. Since the diameter c2 in FIG. 4 does not occur and c1 can be reduced as shown by c3 in FIG. 2, the amount of scrap is small. Furthermore, when expanding the ring diameter by CRF processing, it is possible to reduce the lathe turning allowance by forming the groove 31b, 32a, etc. on the raceway surface, and the material yield is greatly improved. For this reason, as described above, CRF processing is adopted in consideration of manufacturing costs.
[0006]
Next, sizing (S5) is performed. After that, in order to remove the oxidized layer and decarburized layer generated during forging and annealing, and to form the shape necessary for the raceway of the deep groove ball bearing after heat treatment and grinding, a rough ring after CRF processing (hereinafter referred to as CRF ring) A turning process (S6) is performed on the entire ring surface. In some cases, burrs and the like formed during hot forging before turning may be removed by grinding.
[0007]
Next, quenching and tempering are performed to obtain the hardness necessary for the bearing (S7). Subsequently, the inner and outer rings as finished products are manufactured by grinding the mating surfaces with the raceway surfaces (S8).
[0008]
Further, in the prior art, as described in Japanese Patent Publication No. 6-83872, a precise CRF is obtained after turning the entire surface of the rough ring to make the shape and weight constant as a pre-process of CRF processing. It has been disclosed that the processing is completed to a shape having a raceway groove, a seal groove, and the like necessary as a deep groove ball bearing, thereby omitting the subsequent turning process and reducing the cost.
[0009]
And even if it is a case where any manufacturing method is employ | adopted, conventionally, it processes so that a decarburized layer may not remain on the whole inner and outer ring surface as a finished product.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Here, as described above, the CRF processing is a process for expanding the diameter of the rough ring. Therefore, the thickness and the amount of diameter expansion in the radial direction of the ring can be adjusted, but since the width direction is free, dimension control in the width direction of the ring cannot be performed. As a result, the protrusion occurs in the width direction.
[0011]
Therefore, in the raceway ring manufactured by the manufacturing method described in the above Japanese Patent Publication No. 6-83872, which performs precise CRF processing, protrusion in the width direction is likely to occur, and CRF processing is performed without a decarburized layer. There is a possibility that minute cracks may occur at the edge of the seal groove or the race groove that needs to be formed into a complicated shape in order to exert a strong pressure.
[0012]
As a result, in order to adjust the dimensions before CRF processing and make the volume constant, etc., it is necessary to turn the entire surface before CRF processing, and finally, finish turning is necessary to remove cracks and the like after CRF processing. In addition, precise CRF processing of complex shapes requires a long processing time, which increases the cost of CRF processing. That is, the raceway is disadvantageous in terms of manufacturing cost.
[0013]
On the other hand, in the raceway manufactured by the above-described conventional method that does not perform turning before CRF machining, by forming a groove shape (31b, 32a in FIG. 2) or the like on the raceway surface when the diameter is expanded by CRF machining, Subsequent turning allowance can be reduced as much as possible. However, if decarburization that occurs during hot forging or soft annealing remains, uneven hardness or surface cracks are likely to occur, and there is a risk that problems in bearing functions may occur. Later, the entire surfaces of the CRF rings 31 and 32 were turned, and as described later, there was still a room for pursuing reduction in manufacturing cost by omitting the process.
[0014]
The present invention has been made in accordance with the above knowledge, and can reduce the manufacturing cost without impairing the quality of the finished product of the rolling ring of a steel rolling bearing that is ground after heat treatment. It is an object to provide a bearing ring for a rolling bearing.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the present inventionThe invention according to claim 1Is the surface decarburization rate at the inner ring inner diameter of the finished bearing ring in the rolling bearing raceway manufactured by grinding after heat treatment.(D)The maximum decarburization depth is 10% or more and 50% or less.Over zero andA decarburized layer within 0.4mm remains.And the inner ringThe present invention provides a bearing ring for a rolling bearing characterized in that no decarburized layer remains on the raceway surface. .
  Further, in the invention according to claim 2, the surface decarburization rate (D) is 10% at the outer diameter portion of the outer ring of the completed bearing ring in the bearing ring of the rolling bearing manufactured by grinding after the heat treatment. More than 70% and the maximum decarburization depth exceeds 0 and within 0.5 mm, a decarburized layer remains, and no decarburized layer remains on the raceway surface of the outer ring. Is to provide.
  However, the surface decarburization rate (D) is the rate of change of the carbon content of the finished product surface relative to the carbon content of the bearing material.NotationThis is the value indicated by.
      Carbon content of bearing material (%)-Surface carbon content of finished product surface (%)
D = ───────────────────────────── × 100 (%)
                      Carbon content of material (%)
  However, the surface carbon amount is the carbon amount in the portion where the decarburization occurs at the maximum in the entire surface in the circumferential direction.
[0017]
  The present invention changes the idea from the conventional one, and the outer ring outer diameter portion as a finished productOrBy positively leaving the decarburized layer on the inner ring inner diameter part, the fine cracking at the groove shoulder and the like by the high pressure forming of CRF processing is prevented and the cutting amount is greatly reduced during the production of the bearing ring. Cutting workability is improved. Here, as will be described later, in the rough ring after the CRF processing, the decarburized layer is present most frequently on the outer surface portion of the outer diameter, and there are few other portions.
[0018]
  As a result, the bearing ring can be manufactured at a lower manufacturing cost than before.
  Furthermore, the inner ring inner diameter part in the finished productOrBy regulating the surface decarburization rate and decarburization depth of the outer ring outer diameter part within the above-mentioned range, the inner ring inner diameter partOrEven if a decarburized layer remains on the outer ring outer diameter part, the inner ring inner diameter partOrThe anti-fretting property of the outer diameter portion of the outer ring can be set to the same performance as that of a conventional bearing ring in which the decarburized layer is completely removed.
[0019]
Further, the raceway surface greatly affects the bearing life. However, in the present invention, since the decarburized layer does not remain on the raceway surface as in the prior art, there is no adverse effect on the bearing life.
Next, the basis of the present invention will be described.
[0020]
The present inventors investigated the influence of the decarburized layer on the bearing function depending on the amount and depth thereof, and obtained the following results.
(1) When the amount of decarburization of the bearing raceway increases, the hardness decreases after quenching and the retained austenite decreases, resulting in a decrease in bearing life. In particular, in the bearing life due to the damage of the surface starting point that simulates a problem in the market, the bearing life is reduced even if a small amount of decarburization remains on the raceway surface.
[0021]
(2) Inner ring inner diameter and outer ring outer diameter that fit into the shaft and housing may become more prone to wear and fretting due to a decrease in hardness after quenching when the amount of decarburization increases. In addition, the present inventors have found that there is a limit to the amount and depth of decarburization that causes the above-described wear and fretting effects.
[0022]
(3) In addition, the seal groove and chamfer were not significantly affected by decarburization.
Furthermore, the decarburized layer was investigated with respect to the effect on processing characteristics by the amount and depth, and the following results were obtained.
[0023]
{Circle around (4)} It has been found that the CRF processing usually has good hardness when the surface is decarburized, because the hardness decreases and the deformation resistance decreases.
(5) It has been found that in turning, workability is improved by the presence of an appropriate amount of decarburization.
[0024]
  From the above, when the decarburized layer remains in an appropriate amount except for the raceway surface that directly affects the rolling life, the workability at the time of manufacturing becomes better, the manufacturing cost decreases, and the amount of decarburized at each position of the bearing inner and outer rings If each is adjusted to an appropriate value, the bearing function may be impaired.WhenFound that there is no. That is, it has been found that there is an optimum amount of decarburization at each position of the bearing inner and outer rings.
[0025]
Next, the reason for the numerical limitation of the finished bearing product of the present invention will be described.
(1) About the surface decarburization rate in the inner ring inner diameter part of the finished bearing is 10% to 50% and the decarburization depth is 0.4mm or less.
A necessary function of the inner diameter surface of the inner ring of the bearing is anti-fretting characteristics against fitting with shafts.
[0026]
If the surface decarburization rate is too high, the hardness will be too low. Also, as the decarburization depth becomes deeper, the range of the maximum decarburization position becomes wider and the fretting resistance characteristics deteriorate. The amount of decarburization is investigated for the optimum range that exhibits fretting resistance equivalent to that of a bearing ring in which decarburization does not remain, and the decarburization range of the present invention is equivalent to that in which no decarburization remains. The anti-fretting property was found (see Table 1 below). In addition, the product of the present invention retains an appropriate amount of decarburization, thereby reducing the hardness of the surface, improving the cold workability, and extending the life of the CRF and the cutting tool.
[0027]
For the above reasons, the surface decarburization rate is 10% or more and 50% or less and the maximum decarburization depth is limited to 0.4 mm or less as the decarburization layer remaining in the inner ring inner diameter part in the finished product.
[0028]
However, as can be seen from Table 1, the surface decarburization rate tends to worsen as the amount of surface decarburization increases. Therefore, it is desirable that the surface decarburization rate is 40% or less and the decarburization depth is within 0.3 mm.
Although the fretting resistance is good even if the amount of decarburization is less than the range of the present invention, the cold workability is deteriorated compared to the present invention, resulting in a bearing ring having a higher production cost than the present invention.
[0029]
(2) About the decarburization layer where the surface decarburization rate% of the outer diameter part of the outer ring is 10% or more and 70% or less and the decarburization depth is 0.5mm or less.
A necessary function of the outer diameter surface of the bearing outer ring is antifretting characteristics against fitting with housings.
[0030]
Similarly to the above, if the surface decarburization rate becomes too high, the hardness will decrease too much, and as the decarburization depth becomes deeper, the range of the maximum decarburization position becomes wider and the anti-fretting property deteriorates. To do.
[0031]
The amount of decarburization is investigated for the optimum range that exhibits fretting resistance equivalent to that of a bearing ring in which decarburization does not remain, and the decarburization range of the present invention is equivalent to that in which no decarburization remains. The anti-fretting property was found (see Table 2 below). In addition, the product of the present invention retains an appropriate amount of decarburization, thereby reducing the hardness of the surface, improving the cold workability, and extending the life of the CRF and the cutting tool.
[0032]
From the above, as the decarburized layer remaining on the outer diameter of the outer ring, the surface decarburization rate% is limited to 10% to 70% and the maximum decarburization depth is limited to within 0.5 mm.
However, as can be seen from Table 2, since the surface decarburization amount tends to become worse, it is desirable that the surface decarburization rate is 50% or less and the decarburization depth is within 0.4 mm.
[0033]
Although the fretting resistance is good even if the amount of decarburization is less than the range of the present invention, the cold workability is deteriorated compared to the present invention, resulting in a bearing ring having a higher production cost than the present invention.
[0034]
  Here, since the surface decarburization rate is a value larger than 0, the decarburization depths of the inner ring inner diameter part and the outer ring outer diameter part are larger than zero.
  Here, the rolling wheels include, for example, a hot forging process in which a round bar material is hot forged to form a rough ring, a soft annealing process to spheroidize carbides on the rough ring, and after the soft annealing process. Coarse shaped ringThePerforms cold rolling process that expands the diameter to form inner and outer rings, finish turning process that finishes the rough ring after cold rolling process into the required shape as a race, and quenching and tempering. Produced by a quenching and tempering process to obtain the necessary hardness as a bearing and a grinding process to grind the mating surface with the raceway surface,
  In the above finishing turning process, the inner ring inner diameter and outer ring outer diameter are not turned, and the inner diameter of the finished bearing is 10% to 50% and the maximum decarburization depth is within 0.4 mm. Adjustments are mainly made up to the annealing step so that the decarburized layer with a maximum decarburization depth of 0.5 mm or less with a surface decarburization rate of 10% to 70% on the outer diameter of the outer ring remains. Can be manufactured.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, an inner and outer ring of a deep groove ball bearing will be described as an example.
[0036]
First, the manufacturing method will be described. Manufacture is performed by the following steps as shown in FIG.
As the bearing material, a rolled round steel bar is used (S1). The material is, for example, a bearing steel (SUJ2) that has been most commonly used in bearings and that is mostly used in deep groove ball bearings.
[0037]
First, as shown in FIG. 2, the round steel bar 21 is hot-forged using a multi-stage former to form rough rings 22 and 23 that become inner and outer rings (S2).
Next, the rough rings 22 and 23 are softened and annealed to spheroidize the carbide, thereby reducing the hardness and improving the microstructure (S3). A decarburized layer is formed by the steps so far.
[0038]
Subsequently, CRF processing is performed (S4). During the CRF processing, the grooves 31b and 32a are formed. This reduces the turning allowance on the raceway surface. Moreover, by carrying out the high pressure processing in a state where there is a decarburized layer, there is no possibility that a fine crack is generated in the groove shoulder portion or the like even if the groove or the like is formed.
[0039]
Next, sizing (S5), that is, correction of the outer diameter is performed.
Then, in order to remove the oxidation and decarburization layers generated at the time of forging and annealing on at least the raceway surfaces of the CRF rings 31 and 32 after the CRF processing, a turning process (S6) is performed. In some cases, burrs and the like formed during hot forging before turning are removed by grinding.
[0040]
At this time, the decarburized layer is left for optimization without performing the turning process on the inner ring inner diameter portion 32b and the outer ring outer diameter portion 31a. Thereby, turning workability is improved.
[0041]
Next, quenching and tempering are performed to obtain the hardness necessary for the bearing (S7). Subsequently, the inner and outer rings as finished products are manufactured by grinding the mating surfaces with the raceway surfaces (S8).
[0042]
Here, a decarburized layer having a surface decarburization rate of 10% or more and 50% or less and a maximum decarburization depth of 0.4 mm or less remains in the inner ring inner diameter portion as a finished product, and the outer ring outer diameter portion is formed. Leaves a decarburized layer having a surface decarburization rate of 10% to 70% and a maximum decarburization depth of 0.5 mm or less.
[0043]
Since the decarburized layer mainly occurs in the annealing process, particularly in the annealing process, the decarburization amount in the above range can be realized mainly by adjusting the annealing conditions in the annealing process.
When the inner and outer rings, which are track rings, are manufactured as described above, the manufacturing cost can be reduced by omitting the turning of the inner ring inner diameter portion 32b and the outer ring outer diameter portion 31a in the finishing turning process. Here, as will be described later, it is the outer ring outer diameter portion 31a that has the largest number of decarburized layers, and is particularly effective because it omits the turning of that portion. Note that the amount of decarburization of the outer ring outer diameter portion 31a can be adjusted also during grinding.
[0044]
Furthermore, by leaving the decarburization in an appropriate amount, the CRF workability, the raceway surface shape finishing, the finish turning workability for the seal groove forming and the end face adjustment can be improved, and the cost can be further reduced.
[0045]
That is, for bearing rings that perform full face turning after CRF processing, a decarburized layer is left in an appropriate amount except for the raceway surface that directly affects the rolling life. It is possible to provide a bearing ring for a rolling bearing that improves the performance and reduces the manufacturing cost. In addition, by optimizing the remaining decarburized layer, deterioration of the fretting resistance at the outer ring outer diameter part and the inner ring inner diameter part required as a rolling bearing can be prevented. Further, as described above, the optimization of the decarburized layer leads to the improvement of the workability as well as the life of the cutting tool.
[0046]
  That is, the bearing ring of this embodiment can greatly reduce the manufacturing cost without deteriorating the quality as a bearing function.
  Here, the inventors of the present invention are examples of inner and outer rings of deep groove ball bearings among steel rolling bearings that are ground after heat treatment.ThatRegarding manufacturing costs, the materials and each manufacturing process were investigated in detail, and the following results were obtained.
[0047]
{Circle around (1)} Deep groove ball bearings are generally bearings having an outer ring outer diameter of about 20 mm to about 200 mm, which is generally called a parallel diameter, and are produced in large quantities and at low cost. Therefore, compared to heat treatment and shots that can process many bearings at the same time, the reduction of man-hours for grinding processing and turning processing for bearings one by one has a large cost reduction effect.
[0048]
(2) Cost reduction effect due to material yield is also important for mass production. CRF processing is used to reduce forged blanks (scraps) and to add groove shapes to the raceway surface. It is effective to reduce the turning allowance.
[0049]
(3) In the conventional precision CRF processing that completely finishes the raceway groove and seal groove shape, the cost of full surface turning before CRF processing, the problem of cracking due to strong pressure without decarburized layer, the cost due to extension of processing time of CRF processing In consideration of improvement, it is cheaper to perform turning after CRF processing.
[0050]
From the above, from the viewpoint of reducing the manufacturing cost of the bearing ring, it is most effective to adopt CRF processing and reduce the number of turning steps after CRF processing as much as possible without performing turning before CRF processing. I found out.
[0051]
  Next, the knowledge obtained by the present inventors about the optimization of the amount of decarburization that remains is shown.
  In the manufacturing process of inner and outer rings of deep groove ball bearings, when hot forging is applied, pearlite structure appears in most cases depending on the cooling rate and the alloy composition of the bearing material, and adversely affects subsequent machining processes such as turning. . Therefore, the hardness is increased by annealing.LowerAt the same time, the Mikuguchi organization must be improved. Conventionally, spheroidizing annealing is adopted in bearing steel (SUJ2) having a carbon content of 1%, which is the most commonly used material for bearings.
[0052]
Then, by performing a heat treatment step before CRF processing, that is, hot forging that is heated to 1100 to 1200 ° C. and upsetting, and annealing that is heated to about 750 to 800 ° C. and performed for about 10 to 20 hours. An oxidized layer and a decarburized layer are generated on the surface of the coarse ring. Then, the oxidized layer and the decarburized layer remain almost as they are on the surface of the CRF ring before turning, which has been expanded by the subsequent CRF processing. If the oxidized layer or decarburized layer remains on the surface of the finished bearing product, the bearing function may be deteriorated, such as the life or wear, and as described above, the entire surface of the CRF ring is conventionally turned and removed. The coal bed was removed.
[0053]
Therefore, first, the decarburization amount in each manufacturing process was examined in detail from the raw material by a manufacturing method (in the case of manufacturing in the process shown in FIG. 1) in which CRF processing is performed on a general deep groove ball bearing.
Here, as a material, a bearing steel (SUJ2) that has been used most frequently for bearings in the past and is used for most of deep groove ball bearings. The decarburization amount was investigated by measuring the characteristic X-rays of carbon by X-ray analysis of the cross section. For the measurement, an X-ray measuring instrument (trade name: EPMA-1600) manufactured by Shimadzu Corporation was used.
[0054]
As a raw material, generally, a rolled round steel bar material having an advantageous raw material cost is used. Therefore, a certain amount of decarburization has already occurred from steelmaking to the rolling process.
Next, the measurement result of the maximum decarburization amount after hot forging is shown in FIG.
[0055]
In FIG. 6, the horizontal axis indicates the distance (mm) from the surface, and the vertical axis indicates the carbon concentration (% by weight) (the same applies to FIGS. 7 to 8 described later). Further, during hot forging, decarburization increases while being heated to about 1100 to 1200 ° C. and being upset.
[0056]
Moreover, as a result of measuring the decarburization amount of the rough ring (forging ring) after hot forging, there is a variation in the decarburization amount depending on the measurement position, and the end face portion of the outer ring outer diameter and inner ring outer diameter (FIG. 2B) 22a and 23a) are often decarburized, and one of the causes is thought to be the accumulation of the amount of decarburization from the raw material. Here, FIG. 2 shows a hot forging process in the case of incorporating CRF processing, but when investigated, the outer diameter portion 21a of the round bar material 21 shown in FIG. Yes, when the material 21 is hot forged, the amount of decarburization is increased on the outer diameter surfaces 22a and 23a of the forged ring of FIG. In particular, it was confirmed that a large amount of decarburization remained in the center in the width direction of the 22a portion corresponding to the outer ring outer diameter portion 31a.
[0057]
In addition, the present inventors have investigated the amount of decarburization at each position on the circumference, and confirmed that there is variation in the circumferential direction even in the maximum decarburization portion (center position of 22a).
[0058]
Next, when the amount of decarburization after annealing in a nitrogen atmosphere, which is generally performed in a bearing called a normal diameter, was measured, the result shown in FIG. 7 was obtained.
In the annealing process, the heating temperature is as low as about 750 to 800 ° C., but the maximum decarburization amount is greatly increased even in a nitrogen atmosphere because the entire process is performed for about 10 to 20 hours. That is, it became clear that the main cause of decarburization is in the annealing process. However, the amount greatly depends on the annealing conditions, mainly the annealing atmosphere. That is, the desired decarburization amount can be set by appropriately setting the annealing conditions.
[0059]
In some cases, annealing after forging is performed in the air without using an atmosphere. In that case, the surface is vigorously oxidized and decarburized to become rough, and the surface oxide layer is removed by shot peening or shot blasting. After that, turning of a large machining allowance including a decarburized layer is required. In other words, atmospheric annealing increases the cost of the surface oxide layer removal process and turning process by shot blasting and the like. For this reason, in a bearing generally called a normal diameter, atmospheric annealing is hardly performed in order to reduce a cutting allowance.
[0060]
Moreover, in order to extremely reduce the amount of decarburization, it may be possible to adopt vacuum annealing or annealing in a carburizing atmosphere. However, it costs a lot of money for equipment setting, control technology, equipment maintenance, etc.
[0061]
Accordingly, a method of annealing by introducing an appropriate amount of an inert gas such as nitrogen into the furnace is advantageous in terms of reducing the manufacturing cost.
Here, as a result of measuring the decarburization amount of the rough ring (forged ring) after annealing, there is a variation in the decarburization amount depending on the measurement position as after forging, but there is much decarburization especially in the outer ring outer diameter portion 31a. The amount of decarburization accumulated from the material, and the variation showed a tendency to increase.
[0062]
Next, when the amount of decarburization at each position after CRF processing was measured, the result shown in FIG. 8 was obtained.
Here, FIG. 8 (A) shows the maximum value of the outer diameter 31a of the outer ring, which is almost the same as the maximum decarburization amount after annealing in FIG. 7, but is rolled by CRF processing and slightly shallower. . On the other hand, FIG. 8 (B) shows the maximum value in the outer ring groove 31b. The outer ring groove has a small amount of decarburization, and the amount of decarburization layer is shallow due to strong processing for CRF groove processing. It is running low. FIG. 8C shows the maximum value in the inner ring groove 32a. The inner ring groove is a position where the decarburization amount is relatively large, but is strong and has a shallow decarburization layer and is reduced. FIG. 8C shows the maximum value at the inner ring inner diameter 32b. The inner ring inner diameter is a position where the amount of decarburization is small, but the degree of processing is low and somewhat deep.
[0063]
From the above, when the forged ring manufactured by hot forging is subjected to CRF processing after annealing, large decarburization remains in the outer ring outer diameter portion 31a, but the decarburization at other positions is very small. This is because, as in the present invention, in the race ring in which an appropriate amount of decarburized layer is actively left in the outer ring outer diameter portion 31a, the cutting amount is greatly reduced compared with the case of cutting the entire surface, and therefore, the processing time is reduced. This will greatly contribute to the improvement of tool life and the life of cutting tools. However, the minimum necessary finishing turning is required for other raceway surface shape finishing, seal groove forming and end face adjustment.
[0064]
Here, the measured decarburization amount is the maximum value in the circumferential direction of the position, and is present not in the entire circumference but in a part.
On the other hand, as a result of investigating the use situation etc. of the ball diameter ball bearing in the market, most of them showed the surface damage type fatigue situation.
[0065]
Then, the surface decarburization rate of the raceway surface was changed, and a foreign matter-mixed lubrication test was performed in which damage occurred at the surface starting point. The result shown in FIG. 9 was obtained. The test conditions in FIG. 9 will be described later.
[0066]
As can be seen from FIG. 9, if even a small amount of decarburization remains on the raceway surface, the service life is drastically reduced, so decarburization cannot remain on the raceway surface. However, in the manufacturing method of this embodiment, since the turning process is performed to finish the raceway surface, the decarburized layer can be sufficiently removed together with the grinding process after the heat treatment. That is, the bearing life is equivalent to that of a conventional bearing.
[0067]
In the above description, a basic experiment using SUJ2 as a material is performed. However, this is not limited as long as the quality required for the bearing can be obtained by quenching and tempering.
By making the components of the bearing material as follows, the quality required for the bearing can be obtained.
[0068]
That is, carbon is an important element for obtaining the hardness and carbide necessary for the bearing, and at least 0.8% or more is necessary to obtain sufficient hardness and the area ratio of the carbide necessary for the life. . However, if it exceeds 1.2%, the generation and segregation of giant carbides during steelmaking become stronger, and the soaking process usually performed with SUJ2 material may not be able to sufficiently adjust the giant carbides and segregation. Carbide refinement in warm rolling becomes insufficient.
[0069]
For the above reasons, the carbon content of the raw material is desirably 0.8% by weight or more and 1.2% by weight or less.
Si acts as a deoxidizer during steelmaking, improves hardenability and strengthens base martensite, and is an effective element for extending the life of bearings. A minimum of 0.1% by weight is necessary. However, if the Si content is too high, workability including machinability and forgeability is deteriorated, so the upper limit is desirably 0.5% by weight or less.
[0070]
  For the above reasons, it is desirable that the amount of Si in the material is 0.1% by weight or more and 0.5% by weight or less.
  Mn is an element that improves the hardenability, but at least 0.2% by weight is necessary to obtain the effect. However, Mn is also an element that strengthens the ferrite of the material, especially when the carbon content of the material is 0.8% or more, the content of MnButIf it exceeds 1.1%, the cold workability is remarkably reduced, so the upper limit is preferably made 1.1%.
[0071]
  Cr is an element that strengthens the base, such as improving hardenability and resistance to temper softening, and at least 0.1% by weight is necessary to achieve its effect. However, if it exceeds 1.8% by weight, the generation and segregation of giant carbides during steelmaking become stronger, and the soaking process that is usually performed with SUJ2 material may not be able to sufficiently adjust the giant carbides and segregation.TheTherefore, carbide refinement in subsequent warm rolling becomes insufficient.
[0072]
For the above reasons, it is desirable that the Cr content of the material is 1.0 wt% or more and 1.8 wt% or less.
[0073]
【Example】
Next, an example showing the validity of the present invention will be described.
(1) Surface decarburization rate and life of raceway surface
As a result of detailed investigations of the use situation of ball bearings in the market, the present inventors have found that a grease-filled ball bearing with a seal, which is generally considered to be a clean environment except for some pure clean environments. Even so, most of them showed a surface damage type fatigue situation.
[0074]
Therefore, in order for the bearing to have a sufficient durability life, the life must be sufficient to damage the surface starting point. Therefore, the surface decarburization rate of the raceway surface was changed, and a foreign matter mixed lubrication test that caused damage to the surface starting point was performed.
[0075]
Here, the material is SUJ2, and the manufactured and evaluated bearing is a deep groove ball bearing 6304 or a thrust test piece, and the conditions are as follows.
・ Heat treatment conditions for thrust specimens:
Quenching was performed after holding at a temperature of 810 ° C. to 850 ° C. for 0.5 to 1 hour, followed by tempering at 160 to 200 ° C. for 2 hours.
[0076]
-Life test conditions under the presence of foreign matter lubrication:
Using the thrust type bearing steel life tester described on pages 10 to 21 of the “Special Steel Handbook” 1st edition (Electrical Steel Research Institute, Science and Engineering, published on May 25, 1969) Using the SUJ2 ball, the cumulative number of repeated stresses (lifetime) until flaking occurred in each sample was investigated, a Weibull plot was created, and each L10 life was obtained from the results of each Weibull distribution.
[0077]
The test conditions are as follows.
Test surface pressure: Max. 4900 MPa
Rotational speed: 3000 C.I. P. M.M.
Lubricating oil: # 68 turbine oil
Contaminated foreign matter:
Composition: Stainless steel powder
Hardness: HRC50
Particle size: 65-120 μm
Inclusion amount: 300ppm in lubricating oil
The result of the test is as shown in FIG.
[0078]
As shown in FIG. 9, if even a small amount of decarburization remains on the raceway surface, the service life is drastically reduced, and therefore decarburization cannot remain on the raceway surface. However, in the manufacturing method based on the embodiment for manufacturing the raceway of the present invention, turning is performed to finish the raceway shape. As a result, the decarburized layer is sufficiently removed together with the grinding process after the heat treatment.
[0079]
(2) Surface decarburization rate and fretting resistance of inner ring inner diameter and outer ring outer diameter
The inner diameter surface of the inner ring of the bearing has a necessary function of anti-fretting characteristics against fitting with shafts, and the outer diameter surface of the outer ring has anti-fretting characteristics against fitting with housings.
[0080]
Therefore, the fretting resistance was evaluated by changing the surface decarburization rate of the inner ring inner diameter part and the outer ring outer diameter part. The bearing was a deep groove ball bearing 6304.
In the test, 20 bearings under each condition were evaluated, and the occurrence rate of fretting was confirmed at each test time to indicate the occurrence rate. Each condition is as follows.
[0081]
6304 heat treatment conditions:
After holding at a temperature of 810 ° C. to 850 ° C. for 0.5 to 1 hour, quenching was performed, followed by tempering at 160 to 200 ° C. for 2 hours.
[0082]
Evaluation conditions for anti-fretting properties:
The outline of the test machine and the fluctuation pattern of the rotation speed are as shown in FIG. FIG. 10 shows a testing machine. In FIG. 10, reference numeral 1 is a test bearing, reference numeral 3 is a shaft fitted with an inner ring, and reference numeral 2 is a housing fitted with an outer ring. Then, the rotation of the motor 7 is transmitted from the pulley 5 to the belt 6, the pulley 4, and the shaft 3 to rotate the inner ring of the test bearing 1. The number of revolutions is repeated by varying the number of revolutions of the motor 7 as shown in the pattern of FIG. The load is a structure that is applied to the test bearing 1 from the motor 7 via the belt 5, the pulley 4, and the shaft 3 by the air cylinder 9 pushing down the motor base 10.
[0083]
The test conditions are as follows.
Test load: 3200 MPa
Rotational speed: 5000-8000rpm fluctuation
Lubricant: Albania Grease 2 (Showa Shell Sekiyu)
Fit:
1) In the case of the inner ring inner diameter evaluation test, it is carried out with light press-fitting into the shaft 3 up to +10 to 20 μm.
[0084]
2) In the case of the outer ring outer diameter evaluation test, it is carried out in a state of lightly press-fitting into the aluminum housing 2 at ± 0.
Table 1 shows the evaluation results of the fretting resistance characteristics with respect to the surface decarburization rate and decarburization depth in the inner ring inner diameter of the finished product.
[0085]
[Table 1]

[0086]
In this Table 1, the product of the present invention showed the fretting resistance equivalent to that in which no decarburization remained.
That is, as can be seen from Table 1, by setting the decarburization amount within the range of the present invention, the anti-fretting characteristics equivalent to those having no decarburization remained were shown.
[0087]
On the other hand, when the decarburization rate is higher than the range of the present invention, the hardness is too low, and when the decarburization depth is deep, the range of the maximum decarburization position is widened and the fretting resistance is deteriorated. .
[0088]
That is, even if the surface decarburization rate is within the range of the present invention, it can be seen that if the decarburization depth exceeds the present invention as in NO. Moreover, even if a decarburized layer is the range of this invention, when surface decarburization rate becomes larger than the range of this invention like NO. 5, it turns out that a fretting-proof characteristic will deteriorate.
[0089]
Further, in order to prevent decarburization from remaining on the surface of the finished product, the cost increases in the case of conventional turning.
Further, when carburizing treatment or the like is performed in the annealing process in order to reduce the decarburized layer without turning, cold workability is deteriorated as in No. 7 and No. 8 shown in Table 1. That is, NO. 7 and NO. 8 are out of the scope of the present invention, but since the decarburization amount is small, the fretting resistance is good, but the cold workability deteriorates as described later, The cost is higher than the raceway ring of the present invention.
[0090]
From the above, the inner ring inner diameter of the finished product that can reduce the manufacturing cost most requires a decarburized layer with a surface decarburization rate of 10% to 50% and a decarburization depth of 0.4 mm or less. I understand.
[0091]
However, from Table 1 above, since the surface decarburization amount tends to become worse, it is desirable that the surface decarburization rate is 40% or less and the decarburization depth is within 0.3 mm.
Next, in Table 2, the evaluation result about the fretting-proof characteristic with respect to the surface decarburization rate and the decarburization depth in the outer ring outer diameter of a finished product is shown.
[0092]
[Table 2]

[0093]
As can be seen from Table 2, by setting the decarburization amount within the range of the present invention, the fretting resistance characteristics equivalent to those in which no decarburization remained were shown. .
On the other hand, those with decarburization rate and decarburization depth exceeding the scope of the present invention have deteriorated fretting resistance, and those with no decarburization remaining on the finished product surface have deteriorated cold workability. End up.
[0094]
That is, even if the surface decarburization rate is within the range of the present invention, it can be seen that if the decarburization depth exceeds the present invention as in NO. Moreover, even if a decarburized layer is the range of this invention, when surface decarburization rate becomes larger than the range of this invention like NO. 5, it turns out that a fretting-proof characteristic will deteriorate.
[0095]
Further, in order to prevent decarburization from remaining on the surface of the finished product, the cost increases in the case of conventional turning.
Further, when carburizing treatment or the like is performed in the annealing process in order to reduce the decarburized layer without turning, the cold workability deteriorates as in No. 7 and No. 8 shown in Table 2. That is, NO. 7 and NO. 8 are out of the scope of the present invention, but since the decarburization amount is small, the fretting resistance is good, but the cold workability deteriorates as described later, The cost is higher than the raceway ring of the present invention.
[0096]
From the above, the outer ring outer diameter requires a decarburized layer having a surface decarburization rate% of 10% to 70% and a decarburization depth of 0.5 mm or less.
However, as shown in Table 2, since the surface decarburization amount tends to become worse, the surface decarburization rate is preferably 50% or less and the decarburization depth is preferably within 0.4 mm.
[0097]
(3) CRF tool life evaluation
Here, in the CRF processing, the mandrel shown at 12 in FIG. 5 is easily damaged by wear, and greatly reflects the processing cost as a consumable part.
[0098]
From this point of view, the evaluation is that the mandrel wear is 0.2 mm or more, the mandrel has a step in the case of the inner ring, the shape of 32b in FIG. 4C is undulated, and the case of the outer ring in FIG. The case where the groove shape shown in 31b of (C) collapses due to wear was defined as the life.
[0099]
Next, test conditions are shown.
CRF tool life evaluation conditions:
Processing machine: CRF70 made by Kyoei Seiko
Processing load: 5-7ton
Lubricant: (Sanko Chemical) Press Homer PZ13
Diameter expansion rate: Outer ring = 1.4 to 2.0 times
Inner ring = 1.1 to 1.4 times
Processing speed: 600-800 pieces / hour
The test results are as shown in Tables 1 and 2 above.
[0100]
The one with much decarburization and reduced hardness showed a long life. However, Nos. 5 and 6 in Tables 1 and 2 show long life, but their fretting resistance is low. NO. 7 and 8 shown in Table 1 and Table 2, which have a lower decarburization rate than the scope of the present invention, are too hard and cold workability deteriorates.
[0101]
(4) About turning tool life evaluation
Here, in high-speed turning, tool wear is severe, and it is greatly reflected in the machining cost as a consumable part.
[0102]
From this viewpoint, the evaluation was defined as the life when the tool wear was 0.2 mm or more, the roughness of the turning surface was deteriorated, the tool was chattered, and the cutting resistance was increased.
The test conditions are as follows.
[0103]
Turning tool life evaluation conditions:
Processing machine: High-speed lathe
Tool: P10 (JIS B4053)
Cutting speed: 200-250 m / min
Feed amount: 0.2-0.3mm / rotation
Cutting depth: 0.6 to 1.0 mm
Lubrication: Koshiro Oil NO. 3 (manufactured by Koshiro Chemical)
The test results are as shown in Tables 1 and 2 above.
[0104]
As can be seen from this table, decarburization and reduced hardness showed a long life, but NO. 5 in Table 1 and Table 2 was too low in hardness and became sticky and hard. However, it was not a long life. However, NO. 6 in Tables 1 and 2 shows a long life, but the fretting resistance is low.
[0105]
Further, NO. 7 and 8 shown in Tables 1 and 2 having a decarburization rate lower than the scope of the present invention are too hard and cold workability deteriorates.
[0106]
【The invention's effect】
  As described above, in the present invention, the inner ring inner diameter is added to the bearing ring of a rolling bearing manufactured by grinding after heat treatment.AndBy leaving an appropriate amount of decarburized layer on the outer diameter of the outer ring, CRF workability, raceway surface finishing, seal turning and end face adjustment, etc. are improved, and manufacturing costs are reduced compared to conventional methods. There is an effect that it is possible to provide a raceway that can.
[0107]
  Moreover, by optimizing the decarburized layer, even if the decarburized layer remains, unlike the conventional case, the outer ring outer diameter portionAndDeterioration of fretting resistance of the inner ring inner diameter portion is suppressed, and since the decarburization does not remain on the raceway surface, it has a bearing life equivalent to the conventional one.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a conventional manufacturing process.
FIG. 2 is a diagram for explaining a manufacturing process employing CRF processing.
FIG. 3 is a diagram for explaining CRF processing;
FIG. 4 is an explanatory diagram of forging when CRF processing is not employed.
FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing the amount of decarburization after conventional hot forging.
FIG. 7 is a diagram showing the amount of decarburization after conventional soft annealing.
FIGS. 8A and 8B are diagrams showing the amount of decarburization in the conventional CRF processing, in which FIG. 8A is an outer ring outer diameter portion, FIG. 8B is an outer ring groove, and FIG. 8C is an inner ring groove; ) Shows the inner ring inner diameter part.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between decarburization on the raceway surface and life.
FIG. 10 is a diagram showing a testing machine.
FIG. 11 is a diagram showing a test pattern.
[Explanation of symbols]
21 material
22, 23 Coarse ring
31, 32 CRF ring (coarse ring)
31a Outer ring outer diameter part
31b Outer ring groove
32a Inner ring groove
32b Inner ring inner diameter part

Claims (2)

熱処理後に研削加工を行うことで製造される転がり軸受の軌道輪において、完成した軌道輪における内輪内径部に、表面脱炭率（Ｄ）が１０％以上５０％以下で最大の脱炭深さが０を越え且つ０．４ｍｍ以内の脱炭層が残存し、且つ、内輪の軌道面には脱炭層が残存しないことを特徴とする転がり軸受の軌道輪。
但し、上記表面脱炭率（Ｄ）は、軸受素材の炭素量に対する完成品表面の炭素量の変化率であって、下記式で示す値である。
軸受素材の炭素量（％）−完成品表面の表面炭素量（％）
Ｄ＝────────────────────────────×１００（％）
軸受素材の炭素量（％）
但し、上記表面炭素量は、円周方向全面における最大に脱炭を生じている部分での炭素量とする。In the bearing ring of a rolling bearing manufactured by grinding after the heat treatment, the maximum decarburization depth is 10% to 50% at the surface decarburization ratio (D) at the inner ring inner diameter portion of the completed bearing ring. A bearing ring for a rolling bearing, wherein a decarburized layer exceeding 0 and within 0.4 mm remains, and a decarburized layer does not remain on a raceway surface of the inner ring.
However, the surface decarburization rate (D) is a change rate of the carbon amount on the surface of the finished product with respect to the carbon amount of the bearing material, and is a value represented by the following formula.
Carbon content of bearing material (%)-Surface carbon content of finished product surface (%)
D = ──────────────────────────── × 100 (%)
Carbon content of bearing material (%)
However, the surface carbon amount is the carbon amount in the portion where the decarburization occurs at the maximum in the entire surface in the circumferential direction. 熱処理後に研削加工を行うことで製造される転がり軸受の軌道輪において、完成した軌道輪における外輪外径部に、表面脱炭率（Ｄ）が１０％以上７０％以下で最大の脱炭深さが０を越え且つ０．５ｍｍ以内の脱炭層が残存し、且つ、外輪の軌道面には脱炭層が残存しないことを特徴とする転がり軸受の軌道輪。
但し、上記表面脱炭率（Ｄ）は、軸受素材の炭素量に対する完成品表面の炭素量の変化率であって、下記式で示す値である。
軸受素材の炭素量（％）−完成品表面の表面炭素量（％）
Ｄ＝────────────────────────────×１００（％）
軸受素材の炭素量（％）
但し、上記表面炭素量は、円周方向全面における最大に脱炭を生じている部分での炭素量とする。In the bearing ring of a rolling bearing manufactured by grinding after heat treatment, the maximum decarburization depth when the surface decarburization rate (D) is 10% or more and 70% or less in the outer ring outer diameter portion of the completed bearing ring. A rolling bearing raceway ring characterized in that a decarburization layer of less than 0 and within 0.5 mm remains and no decarburization layer remains on the raceway surface of the outer ring.
However, the surface decarburization rate (D) is a change rate of the carbon amount on the surface of the finished product with respect to the carbon amount of the bearing material, and is a value represented by the following formula.
Carbon content of bearing material (%)-Surface carbon content of finished product surface (%)
D = ──────────────────────────── × 100 (%)
Carbon content of bearing material (%)
However, the surface carbon amount is the carbon amount in the portion where the decarburization occurs at the maximum in the entire surface in the circumferential direction.

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