JP5260032B2 - 冷間加工性に優れた高周波焼入用鋼、該鋼からなる転動部材および転動部材を用いた直線運動装置 - Google Patents
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Description
Cは、高周波焼入によって炭化物を形成し、高周波焼入層の焼戻し後の硬さを61HRC以上にするために必要な元素であるとともに、高周波焼入層に20〜40%の残留オーステナイトを生成するために特に有効な元素である。しかし、Cが0.6%未満では、高周波焼入層において所望の硬さが得られない。さらにCが0.7%未満では金属すべりが生じる環境下におけるこの鋼からなる直線運動装置の寿命が短くなる。一方、Cが0.9%を超えると被削性や冷間加工性が劣り、さらに高周波焼入れ時に焼き割れが生じやすくなる。そこで、Cは0.7〜0.9%とする。
Siは、脱酸剤として添加される元素である。しかし、Siが0.4%未満であれば、金属すべりが生じる環境下におけるこの鋼からなる直線運動装置の寿命が短くなる。一方、1.0%を超えると被削性と冷間加工性が悪くなり、また金属すべりが生じる環境下における寿命が短くなる。そこで、Siは0.4〜1.0%とする。
Mnは、高周波焼入性を向上させる効果の大きい元素であり、高周波焼入層に残留オーステナイトを多く生成させるために有効な元素である。Mnが0.5%未満では高周波焼入れした後に十分な焼入性を確保することができない。一方、1.25%を超えると被削性や冷間加工性が劣ることとなる。そこで、Mnは0.5〜1.25%、望ましくは0.75〜1.25%とする。
上記のMn量の規定に加えて[Mn]≦0.5+0.35/[Si]に規定したのは、転動疲労寿命を得るために必要なSi量を確保すると加工性が劣化する。従って、Mn量をSi量との関係で制限することで、良好な加工性を得るものとする。そこで、[Mn]≦0.5+0.35/[Si]を満足するものとする。
Crは、鋼の高周波焼入性および靱性を向上させる効果を有する元素であるが、一方で、炭化物形成元素で、炭化物を安定化させるために、軟化焼鈍後の硬さが低下しない。そこで、Crは0.4%以下、望ましくは0.35%以下とする。
Alは脱酸剤として炭化される元素であるが、Alが0.05%より多いとAl酸化物が増加し、鋼の疲労強度を低下し、加工性を低下する。そこで、Alは0.05%以下とする。
Tiは、結晶粒の粗大化を防止するのに有効な元素であるが、Tiが多いと加工性が低下する。そこで、Tiは0.003%以下とする。
Pは、耐食性を向上させる効果を有する元素である。しかし、Pが0.030%を超えて添加されると、粒界に偏析して粒界脆化を促進しやすくなり、衝撃強度や曲げ強度が低下する。そこで、Pは0.030%以下とする。
Sは、Mnと結合してMnSとなり赤熱脆性を防止する。しかし、MnSは非金属介在物を形成して疲労寿命を低下させる原因でもる。Sが0.03%を超えると、疲労寿命の低下が起こりやすくなるため、Sは0.03%以下とする。なお、MnSは被削性を改善する効果を有するので0.010%以上とするのが望ましい。
Oは、他の金属元素と酸化物を形成して粒界に偏析して赤熱脆性の要因となる。Oが0.0020%を超えると疲労寿命を低下する場合がある.そこで、Oは0.0020%以下とし、望ましくは0.0015%以下とする。
高周波焼入層の残留オーステナイトが20%未満では、本発明の鋼からなる部品に異物環境下で異物の食い込みが生じた際に、疲労寿命が低下する場合があり、寿命改善効果が十分でなかった。残留オーステナイトは既に知られているように、靱性を向上させる効果を有するので、塵、埃、切り粉などの異物が存在する環境下において、例えば、直線案内装置の軌道レールに異物の食い込みが生じても、金属すべりが生じ難く、また、疲労寿命の低下を起き難くする効果を有する。このためには高周波焼入層における残留オーステナイト層における残留オーステナイト量の下限は20%以上、特に25%以上とすることが望ましい。一方、残留オーステナイトは軟らかいので、高周波焼入層の残留オーステナイトが40%を超えると、異物環境での疲労寿命の低下は起こらないが、高周波焼入鋼の表面硬さが61HRCを確保し難いので、金属すべりによる疲労寿命の低下を招く。従って、高周波焼入層における残留オーステナイトの上限を40%以下、特に35%以下とすることが望ましい。
高周波焼入鋼の表面硬さを61HRC以上とすることで、高い靱性を有しながら高い硬度を有し、この鋼材からなる部品は異物環境下および金属すべりが起こっても長寿命で使用することができる。
表1に示す実施例および比較例の各鋼材からφ65mmに鍛伸して得られた各丸棒について、870℃で焼きならしを行い、740℃で球状化焼きなましを行なった後、これらから厚さ10mmの円盤状の平板を切り出した。この厚さ10mmの円盤状の平板を高周波加熱して表面温度を1000℃に7秒間保持した後、ポリマー焼入れし、さらに150℃に80分間の焼戻しを行った。さらに、この焼入・焼戻し材を、研削および研磨加工により表面を鏡面状態として各試験片に作成した。また、これらの試験片の試験面の表面硬度をロックウェル硬度計で測定した。
上記の異物環境スラスト型転動疲労試験の条件
試験温度 :常温
最大ヘルツ圧縮応力(Pmax):540kgf/mm2
最大繰返し速度 :1800cpm
潤滑油 :スピンドル油(♯60)
異物 :粒度105〜150μmで硬さ760〜800HVの高速度工具鋼(SKH51)の粉粒を1g/リットルの割合で潤滑油に投入
φ32mmに鍛伸された各丸棒について、870℃で焼きならしを行い、740℃で球状化焼きなましを行なった後、これから転動部がφ26mmである円筒を切り出し、該円筒を高周波焼入れ時の表面加熱温度1000℃、7秒間で処理した後、ポリマー焼入れし、さらに150℃、90分間の焼戻しを行い、研削および研磨加工により表面を鏡面状態として試験片に作製した。
試験温度 :80℃
面圧 :3320MPa
回転数 :2000rpm
すべり率 :−40%
大ローラー:SCM420H鋼製ローラーの浸炭後研磨仕上げ品
異物環境スラスト型転動疲労試験に用いた試験片と同様に作製された試験片にたいし、高周波焼入面の残留オーステナイト量を測定した。測定方法はX線回折法であり、体積比(%)で試験結果を表し、表2に示した。
焼きなまし硬さは、異物環境スラスト型転動疲労試験片を作製する時に、740℃で球状化焼きなましを行なった後に、この試験片の試験面の硬度をロックウェル硬度計で測定し、その測定結果を表2に示した。
1a ボール転送面
2 ボール
3 摺動台
5 ブロック
5a 取付面
5b 負荷ボール転送面
5c ボール戻し孔
6 エンドプレート
Claims (3)
- 質量%で、C:0.7〜0.9%、Si:0.4〜1.0%、Mn:0.5〜1.25%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:0.4%以下、Al:0.05%以下、Ti:0.003%以下、O:0.0020%以下を含有し、かつ[Mn]≦0.5+0.35/[Si]を満足し、残部がFeおよび不可避不純物からなる焼なまし硬さ93HRB以下である鋼からなり、かつ高周波焼入れ後の高周波焼入層が残留オーステナイト20〜40%を有して硬さ61HRC以上であることを特徴とする高周波焼入用鋼。
- 請求項1記載の高周波焼入用鋼を冷間加工して形成の転動部材を高周波焼入れおよび焼戻しして残留オーステナイト20〜40%を有し、かつ、硬さ61HRC以上である高周波焼入層を形成したことを特徴とする転動部材。
- 請求項2に記載の転動部材を直線案内装置の部材の一部に使用して形成したことを特徴とする直線運動装置。
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