JPH0754853A - Roller bearing - Google Patents
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- JPH0754853A JPH0754853A JP4931694A JP4931694A JPH0754853A JP H0754853 A JPH0754853 A JP H0754853A JP 4931694 A JP4931694 A JP 4931694A JP 4931694 A JP4931694 A JP 4931694A JP H0754853 A JPH0754853 A JP H0754853A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、自動車、農業機械、建
設機械及び鉄鋼機械等に使用される転がり軸受、特にト
ランスミッションやエンジン用の転がり軸受に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to rolling bearings used in automobiles, agricultural machines, construction machines, steel machines, etc., and more particularly to rolling bearings for transmissions and engines.
【０００２】[0002]
【従来技術】一般に転がり軸受においては、その寿命の
低下をもたらす要因として、例えば軸受潤滑油中の異物
混入が挙げられる。周知の如く、潤滑油中には金属の切
粉、削り屑、バリ、摩耗粉などの異物が混入しており、
このような軸受使用条件下では、これらの異物による軸
受の転動体及び内外輪に損傷が生じることになり、軸受
の寿命が低下する。軸受の寿命は、場合によっては異物
混入の殆ど無い場合に比べて約数１０分の１までに低下
する場合がある。2. Description of the Related Art Generally, in a rolling bearing, as a factor that shortens the life of the rolling bearing, for example, foreign matter in the bearing lubricating oil is included. As is well known, foreign substances such as metal chips, shavings, burrs, and abrasion powder are mixed in lubricating oil.
Under such bearing usage conditions, the rolling elements and the inner and outer rings of the bearing are damaged by these foreign matters, and the life of the bearing is reduced. In some cases, the life of the bearing may be reduced to about several tens of times as compared with the case where almost no foreign matter is mixed.
【０００３】この問題を解決するために従来は、例えば
次のような改善を施している。 （ａ）内外輪及び転動体の硬度を増大させる。例えば、
軸受鋼のＳＵＪ２を用いて、それに塩水焼入れを施し、
ロックウェル硬さＨRＣ６４以上になるようにして軸受
の硬度を上げて、異物の混入している潤滑油下の使用に
対して軸受の寿命の低下を防止しようとしている。 （ｂ）内外輪及び転動体の浸炭硬化層を深くする。例え
ば、ＳＣＲ４２０、４３０及びＳＡＥ４３２０及び４３
４０等の炭素含有率が約０．５wt％以下の炭素鋼に長時
間の浸炭熱処理を施す。このように浸炭硬化層を深くす
ることにより、内外輪のレース面及び転動体の接触表面
に圧痕を付きにくくし、軸受全体の寿命を向上させよう
としている。 （ｃ）材料の亀裂靭性を高める。例えば、軸受鋼（ＳＵ
Ｊ３またはＳＵＪ５）を用いてマルテンパー等の恒温熱
処理を施す。これにより亀裂靭性を高め、圧痕部に亀裂
が生じた後の亀裂の進展を遅らせ、軸受の寿命を向上さ
せようとしている。In order to solve this problem, conventionally, the following improvements have been made, for example. (A) Increase the hardness of the inner and outer races and the rolling elements. For example,
Using bearing steel SUJ2, salt water quenching it,
The hardness of the bearing is increased so that the Rockwell hardness is H R C64 or more, and the life of the bearing is prevented from being shortened even when the bearing is used under lubrication oil containing foreign matter. (B) The carburized hardened layers of the inner and outer rings and the rolling elements are deepened. For example, SCR 420, 430 and SAE 4320 and 43
A carbon steel such as 40 having a carbon content of about 0.5 wt% or less is subjected to a carburizing heat treatment for a long time. By deepening the carburized hardened layer in this way, it is attempted to make the indentations less likely to occur on the race surfaces of the inner and outer races and the contact surfaces of the rolling elements and to improve the life of the entire bearing. (C) Increase the crack toughness of the material. For example, bearing steel (SU
J3 or SUJ5) is used to perform a constant temperature heat treatment such as martempering. This improves the crack toughness, delays the progress of the crack after the crack is generated in the indentation portion, and improves the life of the bearing.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする問題点】従来用いられている
上述の解決策には、次のような問題点が残されている。[Problems to be Solved by the Invention] The above-mentioned conventional solutions have the following problems.
【０００５】先ず、（ａ）については、圧痕のつき方が
少し軽くなるが、内外輪及び転動体の硬度が高すぎるた
め、レース面及び転動体の表面の靭性が乏しくなり、異
物の混入によって引き起される損傷箇所から早期にクラ
ックが生じ、このクラックの伝播によりフレーキング
（ハクリ）が生じ易く、このため軸受の寿命を向上させ
ることができなかった。First, regarding (a), the indentation is slightly lightened, but since the hardness of the inner and outer rings and the rolling elements is too high, the toughness of the race surface and the surface of the rolling elements becomes poor, and the inclusion of foreign matter A crack is generated at an early stage from a damaged portion caused by the crack, and flaking (peeling) is apt to occur due to the propagation of the crack, so that the life of the bearing cannot be improved.
【０００６】次に、（ｂ）及び（ｃ）について考察する
と、（ｂ）は、浸炭焼入れを深くすることにより浸炭焼
入れ時間が長くなり、更に（ｃ）は特殊な恒温熱処理を
する必要があるので、熱処理生産性が低下するという問
題点を有している。更に、このように熱処理したとして
も、まだ充分な寿命が得られなかったという問題点が残
されている。Next, considering (b) and (c), in (b), the carburizing and quenching time is lengthened by deepening the carburizing and quenching, and in (c), a special constant temperature heat treatment is required. Therefore, there is a problem that the heat treatment productivity decreases. Further, even if the heat treatment is performed in this way, there still remains a problem that a sufficient life cannot be obtained.
【０００７】従って、本発明の目的は、上述の従来の転
がり軸受の欠点を解消すると共に、クリーンな潤滑下で
軸受を使用する場合においても従来の軸受と同等以上の
寿命を有し、且つ異物混入潤滑下で軸受を使用する場合
においては従来の軸受に比べて長寿命であり、また両潤
滑下においても高信頼性を有する転がり軸受を提供する
ことである。Therefore, an object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional rolling bearing, and to have a life equal to or longer than that of the conventional bearing even when the bearing is used under clean lubrication and to prevent foreign matter. It is an object of the present invention to provide a rolling bearing that has a longer life than a conventional bearing when a bearing is used under mixed lubrication and has high reliability even under both lubrication.
【０００８】[0008]
【問題点を解決するための手段】上述の目的を達成する
ために、本発明の転がり軸受は、In order to achieve the above object, the rolling bearing of the present invention comprises:
【０００９】内輪、外輪及びその間で転動する転動体と
から成り、該内輪及び外輪のうち少なくとも一つが、浸
炭熱処理されている転がり軸受において、In a rolling bearing, which comprises an inner ring, an outer ring, and rolling elements rolling between them, at least one of the inner ring and the outer ring being carburized and heat treated,
【００１０】該内外輪のうち少なくとも１つは、０．１
から０．７wt％の炭素を含む炭素鋼からなり、軌道表面
層の残留オーステナイト量が２０〜４５vol％であり、
該転動体は、０．７から１．１wt％の炭素を含む炭素鋼
からなり、表面層に浸炭窒化熱処理が施され、該表面層
における残留オーステナイト量が２０−４５vol％かつ
該表面層の炭窒化物が３−１５vol％であることを特徴
としている。At least one of the inner and outer rings is 0.1
To a carbon steel containing 0.7 wt% of carbon, the amount of retained austenite in the raceway surface layer is 20 to 45 vol%,
The rolling element is made of carbon steel containing 0.7 to 1.1 wt% of carbon, the surface layer is subjected to carbonitriding heat treatment, the amount of retained austenite in the surface layer is 20-45 vol%, and the carbon of the surface layer is carbon. It is characterized in that the nitride content is 3 to 15 vol%.
【００１１】また、本発明の転がり軸受は、Further, the rolling bearing of the present invention is
【００１２】内輪、外輪及びその間で転動する転動体と
から成り、該内輪及び外輪のうち少なくとも一つが、浸
炭熱処理されている転がり軸受において、A rolling bearing comprising an inner ring, an outer ring, and rolling elements rolling between them, at least one of the inner ring and the outer ring being carburized and heat treated,
【００１３】該内外輪のうち少なくとも１つは、０．１
から０．７wt％の炭素を含む炭素鋼からなり、軌道表面
層の残留オーステナイト量が２０〜４５vol％であり、
該転動体は、０．１から０．７wt％の炭素を含む炭素鋼
からなり、表面層に浸炭熱処理が施され、該表面層にお
ける残留オーステナイト量が２０−４５vol％であるこ
とを特徴としている。At least one of the inner and outer rings is 0.1
To a carbon steel containing 0.7 wt% of carbon, the amount of retained austenite in the raceway surface layer is 20 to 45 vol%,
The rolling element is made of carbon steel containing 0.1 to 0.7 wt% of carbon, the surface layer is subjected to carburizing heat treatment, and the amount of retained austenite in the surface layer is 20-45 vol%. .
【００１４】[0014]
【作用】本発明の発明者らは、種々の実験及び観察によ
り、特許請求の範囲に記載の如き本願発明に特有の構成
を導いたのであり、その構成により、クリーンな潤滑下
では従来の転がり軸受と同等以上の寿命を有すると共に
異物混入潤滑下では従来に比べて長寿命の転がり軸受を
得ることができたのである。The inventors of the present invention have derived, through various experiments and observations, the constitution unique to the present invention as set forth in the appended claims, and due to the constitution, the conventional rolling under clean lubrication is achieved. It was possible to obtain a rolling bearing that has a life equal to or longer than that of the bearing and has a longer life than the conventional one under foreign matter-lubricated lubrication.
【００１５】ここで、図２から図５を参照して、本発明
で問題とする残留オーステナイト量に対して説明する。Here, the amount of retained austenite which is a problem in the present invention will be described with reference to FIGS.
【００１６】例えば、異物混入潤滑下で軸受を使用する
場合、異物との繰り返し接触により内外輪及び転動体の
各転動表面に図３に示すような圧痕が発生する。図３に
示す圧痕の断面図から分かるように、圧痕にはエッジ部
分が生じ、このエッジ部分の曲率ｒと圧痕の半径ｃとは
以下説明するように残留オーステナイトと密接な関係が
ある。通常残留オーステナイトは、軟らかく、例えばＨ
ｖ３００ぐらい（但し素材の炭素の含有率によっても異
なる）である。従って、この残留オーステナイトを所望
の割合で表面層に存在せしめておくと、圧痕のエッジ部
分における応力の集中を緩和することができ、そのため
圧痕生成後に圧痕部に発生するマイクロクラックの伝播
を遅らせることができる。表面層における残留オーステ
ナイトは、転動時に圧痕を通過する相手部材（例えば転
動体に対して軌道輪）の相対通過回数（以後「圧痕通過
回数」という）の所定数を過ぎると、表面に加わる変形
エネルギーによりマルテンサイト変態し、硬化する。こ
の時、２つのタイプで求めた図２のグラフに示すように
圧痕エッジ部分の曲率ｒは、軸受全寿命の約５％の位
置、例えば圧痕通過回数ａ（約２．２×１０5）で変曲
点をもち、その時の曲率は、それぞれｒ1及びｒ2とな
る。点Ｐ1及び点Ｐ2は、圧痕にそれぞれクラックが発生
した時点を示し、また点Ｆ1及び点Ｆ2は、それぞれフレ
ーキング発生時点（寿命）を示している。この軸受全寿
命の５％付近以上の圧痕通過回数においては曲率ｒは殆
ど飽和状態に達してしまうので、前記軸受全寿命の５％
時の圧痕エッジ部分の曲率ｒと圧痕の半径ｃを元に、本
発明では転がり疲れを以下考察することにする。従っ
て、図２において曲率ｒに対する径ｃの比ｒ／ｃも飽和
することになる。For example, when a bearing is used under lubrication containing foreign matter, repeated contact with foreign matter causes indentations as shown in FIG. 3 on the rolling surfaces of the inner and outer races and the rolling elements. As can be seen from the sectional view of the indentation shown in FIG. 3, the indentation has an edge portion, and the curvature r of this edge portion and the radius c of the indentation have a close relationship with the retained austenite as described below. Usually retained austenite is soft, for example H
It is around v300 (however, it depends on the carbon content of the material). Therefore, if this residual austenite is allowed to exist in the surface layer in a desired ratio, the concentration of stress at the edge portion of the indentation can be relaxed, and therefore the propagation of microcracks that occur in the indentation portion after the indentation is delayed can be delayed. You can The retained austenite in the surface layer is deformed on the surface after a predetermined number of relative passages (hereinafter referred to as "indentation passage count") of the mating member (for example, the race ring to the rolling element) that passes through the indentation during rolling. It transforms to martensite by energy and hardens. At this time, as shown in the graph of FIG. 2 obtained by the two types, the curvature r of the indentation edge portion is at a position of about 5% of the entire life of the bearing, for example, the number of indentations passing a (about 2.2 × 10 5 ). It has an inflection point, and the curvatures at that time are r 1 and r 2 , respectively. Points P 1 and P 2 indicate the time points at which cracks were generated in the indentation, respectively, and points F 1 and F 2 at the flaking point (life), respectively. When the number of indentations passes around 5% or more of the total life of the bearing, the curvature r almost reaches a saturated state.
In the present invention, rolling fatigue will be considered below based on the curvature r of the indentation edge portion and the radius c of the indentation. Therefore, in FIG. 2, the ratio r / c of the diameter c to the curvature r is also saturated.
【００１７】図４は、エッジ部分にかかる最大応力Ｐ
maxに対する圧痕以外の転動表面にかかる応力Ｐの比
と、ｒ／ｃとの関係を曲率ｒを１０〜１００μｍ迄変化
させ計算し求めた関係をプロットしたものである。Ｐ
max／ＰOを小さくする、つまり応力緩和効果を高めるた
めには、ｃを一定とするとｒを大きくし、ｒ／ｃを大き
くしなければならない。従って、図４から考察すると、
ｒ／ｃを大きくすればエッジ部分での応力集中を緩和す
ることができ、軸受の寿命が向上することが分かる。FIG. 4 shows the maximum stress P applied to the edge portion.
The relationship between the ratio of the stress P applied to the rolling surface other than the indentation to max and r / c is calculated by changing the curvature r to 10 to 100 μm and plotted. P
In order to reduce max / P O , that is, to enhance the stress relaxation effect, it is necessary to increase r and increase r / c when c is constant. Therefore, considering FIG. 4,
It can be seen that if r / c is increased, stress concentration at the edge portion can be alleviated and the life of the bearing is improved.
【００１８】ここで更に、図５を参照すると、ｒ／ｃの
値に対する残留オーステナイトγRとの関係が示されて
いる。図４から明らかなように、ｒ／ｃの値は応力集中
の緩和程度を示すファクターであるので、この値が大き
くなれば寿命も延びることになる。しかしながら、図５
から分かるように、残留オーステナイトγRの割合を大
きくしても、ｒ／ｃの値は所定の水準で飽和してしま
い、一定以上大きくならない。特に残留オーステナイト
γRが４５vol％以上になると、これが顕著であり、ｒ／
ｃは殆ど飽和してしまう。従って、γRをそれ以上大き
くしてもかえって表面硬さを下げてしまうだけであり、
転がり疲れ寿命が低下する。このことから、残留オース
テナイトγRの臨界的上限値４５vol％が導かれたのであ
る。Further referring now to FIG. 5, the relationship between the value of r / c and the retained austenite γ R is shown. As is clear from FIG. 4, since the value of r / c is a factor indicating the degree of relaxation of stress concentration, the larger this value, the longer the life. However, FIG.
As can be seen from the above, even if the ratio of the retained austenite γ R is increased, the value of r / c saturates at a predetermined level and does not increase above a certain level. In particular, when the retained austenite γ R is 45 vol% or more, this is remarkable, and r /
c is almost saturated. Therefore, if γ R is made larger than that, it only lowers the surface hardness,
Rolling fatigue shortens the life. From this, a critical upper limit value of 45 vol% of retained austenite γ R was derived.
【００１９】以上述べたように、ｒ／ｃ値が飽和する前
記臨界上限値以下の残留オーステナイト領域では、ｒ／
ｃが大きいほど長寿命となり、異物混入潤滑下での長寿
命及び高信頼性が達成できる。As described above, in the retained austenite region below the critical upper limit value where the r / c value saturates, r /
The larger c is, the longer the life becomes, and the longer life and high reliability can be achieved under lubrication containing foreign matter.
【００２０】次に、本発明の特許請求の範囲に示され
た、各数値限定の臨界的意義について説明する。Next, the critical significance of each numerical limitation shown in the claims of the present invention will be described.
【００２１】先ず、内外輪及び転動体のクリーンな潤滑
下の寿命は、図１のグラフに示す転動による応力繰り返
し数（ｃｙｃｌｅ）で示される軸受寿命と残留オーステ
ナイトγR（vol％）との関係から明らかなように、転が
り疲れ寿命Ｌ10及びＬ50共に残留オーステナイトγRの
変化に応じて変化している。図１において、曲線及び
は、クリーンな潤滑下の転がり疲れ寿命Ｌ10及びＬ50
をそれぞれ示す。また、曲線及びは、異物混入潤滑
下の転がり疲れ寿命Ｌ10及びＬ50をそれぞれ示す。図１
及び図７から直ちに分かることは、クリーンな潤滑下と
異物混入潤滑下では転がり疲れ寿命が異なることであ
り、更に寿命に対するγRの適正範囲があることであ
る。従来の軸受材料鋼の熱処理品の転がり疲れ寿命Ｌ10
及びＬ50に対し、クリーンな潤滑下では同程度以上の寿
命が確保されており、異物混入潤滑下においては、従来
に比べて寿命が長くなっていることが分かっている。First, the service life of the inner and outer races and rolling elements under clean lubrication is calculated by comparing the bearing service life and the retained austenite γ R (vol%) indicated by the number of stress cycles by rolling (cycle) shown in the graph of FIG. As is clear from the relationship, both the rolling fatigue lives L 10 and L 50 change according to the change in the retained austenite γ R. In FIG. 1, curves and are rolling fatigue lives L 10 and L 50 under clean lubrication.
Are shown respectively. Further, the curves and indicate the rolling fatigue lives L 10 and L 50 under the foreign matter-containing lubrication, respectively. Figure 1
Also, it is immediately apparent from FIG. 7 that the rolling fatigue life differs between clean lubrication and foreign matter-lubricated lubrication, and there is an appropriate range of γ R for the life. Rolling fatigue life of conventional heat treated bearing steel L 10
It is known that, compared with L 50 and L 50 , the life is equal to or longer than that under clean lubrication, and the life is longer under the foreign matter mixed lubrication as compared with the conventional one.
【００２２】残留オーステナイトγRが２０vol％以上に
なると転がり疲れ寿命Ｌ10、Ｌ50共に向上するが、γR
が４０vol％、特に４５vol％を越えると寿命は急激に低
下する。従って、内外輪及び転動体の表面層における残
留オーステナイトは、少なくとも２０vol％から４５vol
％までの範囲になくてはならない。When the retained austenite γ R is 20 vol% or more, both rolling fatigue life L 10 and L 50 are improved, but γ R
Of more than 40 vol%, especially 45 vol%, the life shortens sharply. Therefore, the retained austenite in the surface layer of the inner and outer rings and the rolling elements should be at least 20 vol% to 45 vol.
It must be in the range up to%.
【００２３】異物混入潤滑下の寿命について更に詳細に
プロットしたグラフが図７であり、図７からはっきりと
分かるように、転がり疲れ寿命Ｌ10及びＬ50は共に、残
留オーステナイトが２０vol％と４５vol％との間の範囲
ａで良好な寿命を示し、就中２５vol％から４０vol％と
の間の範囲ｂで更に良好な寿命が得られることが分か
る。FIG. 7 is a graph plotting the life under the contamination with foreign matter in more detail. As can be clearly seen from FIG. 7, the rolling fatigue lives L 10 and L 50 are 20 vol% and 45 vol% of retained austenite. It can be seen that a good life is obtained in the range a between and, and an even better life is obtained in the range b between 25 vol% and 40 vol%.
【００２４】尚、図７の実験条件は以下の通りである。
寿命試験機は、『特殊鋼便覧』（第１版、電気製鋼研究
所編、理工学社、１９６９年５月２５日）の第１０から
２１頁記載のスラスト形軸受鋼の試験機を用いて、Ｎ＝
１０００ｒｐｍ、Ｐmax＝５００ｋｇ・ｆ／ｍｍ2、潤滑
油：＃６８タービン油、ゴミ：硬さＨｖ８７０、Ｆｅ3
Ｃ系粉：径７４〜１４７μｍ、３００ｐｐｍで行った。The experimental conditions in FIG. 7 are as follows.
For the life tester, use the thrust type bearing steel tester described on pages 10 to 21 of "Special Steel Handbook" (1st edition, edited by The Institute of Electrical Steel Manufacturing, Science and Engineering, May 25, 1969). , N =
1000 rpm, P max = 500 kg · f / mm 2 , lubricating oil: # 68 turbine oil, dust: hardness Hv870, Fe 3
C-based powder: Conducted with a diameter of 74 to 147 μm and 300 ppm.
【００２５】次に図６を参照する。図６は、ダイレクト
及びダブル焼入れの２つの焼入れ法によって熱処理した
内外輪及び転動体それぞれの表面硬さＨｖと残留オース
テナイトγRとの関係を表わすグラフである。クリーン
な潤滑下で従来の浸炭鋼軸受と同等以上の寿命を得るた
めには、転動体についてはＨRＣが６３以上有ることが
望ましく、また内外輪についてはＨRＣが５８以上必要
である。このことを図６のグラフで検証してみると、残
留オーステナイトγRは、内外輪及び転動体に関して４
５vol％以下でなければならないことが分かる。また特
に、転動体のＨRＣを６３以上に保持するためには、γR
が３０vol％付近以下が好適である。また、転動体のみ
について特に言えることは、γRが４５vol％以上となる
と、表面硬さが特に低減して、図１に見られるようにク
リーンな潤滑下での転がり疲れ寿命Ｌ10及びＬ50が共に
低下し、更に図１及び図７に見られるように異物混入潤
滑下での転がり疲れ寿命Ｌ10及びＬ50も低下するので、
γRが４０vol％以下が望ましい。Next, referring to FIG. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the surface hardness Hv and the retained austenite γ R of the inner and outer races and the rolling elements which have been heat-treated by the two quenching methods of direct and double quenching. To obtain a conventional carburized steel bearing equal or life under clean lubrication, for the rolling elements it is desirable that there H R C 63 or more, and must be a H R C 58 or more for the inner and outer rings . When this is verified by the graph of FIG. 6, the retained austenite γ R is 4 for the inner and outer rings and the rolling elements.
It turns out that it must be 5 vol% or less. Further, in particular, in order to keep the H R C of the rolling element at 63 or more, γ R
Is preferably around 30 vol% or less. What can be especially said about only the rolling elements is that when γ R is 45 vol% or more, the surface hardness is particularly reduced, and as shown in FIG. 1, rolling fatigue life L 10 and L 50 under clean lubrication. Both decrease, and as shown in FIGS. 1 and 7, the rolling fatigue life L 10 and L 50 under lubrication with foreign matter also decreases.
γ R is preferably 40 vol% or less.
【００２６】次に、内外輪及び転動体を形成する炭素鋼
のベースカーボン量と、浸炭法について簡単に触れてお
く。浸炭法では、マトリックスへのカーボンの固溶はマ
トリックスに最初から存在するベースカーボンと浸炭に
よりマトリックスへ浸入拡散するカーボンの両者により
行なわれるので均一固溶が可能である。軸受鋼の焼入れ
では、ベースカーボンがマトリックスに固溶するカーボ
ン量は０．５％前後が限度であるが、浸炭法では、固溶
限度が１％を越える範囲まで可能である。それによっ
て、転がり疲労による転位の移動をカーボン原子が阻止
し、転位の集積による塑性変形を防ぎ、従ってマイクロ
クラックの発生を遅延させ、転がり軸受の長寿命及び高
信頼性が達成できる。Next, the amount of base carbon of the carbon steel forming the inner and outer rings and the rolling elements and the carburizing method will be briefly described. In the carburization method, the solid solution of carbon in the matrix is performed by both the base carbon existing in the matrix from the beginning and the carbon invading and diffusing into the matrix by carburization, so that a uniform solid solution is possible. In the quenching of bearing steel, the amount of carbon in which the base carbon is solid-dissolved in the matrix is about 0.5%, but in the carburizing method, the solid solution limit can be up to more than 1%. As a result, the carbon atoms prevent the movement of dislocations due to rolling fatigue, prevent plastic deformation due to the accumulation of dislocations, and thus delay the generation of microcracks, thereby achieving a long life and high reliability of the rolling bearing.
【００２７】本発明で用いる炭素鋼のベースカーボンの
数値の臨界的意義は、以下のとおりである。The critical significance of the numerical value of the base carbon of the carbon steel used in the present invention is as follows.
【００２８】先ず、内外輪について考察する。ベースカ
ーボンの割合が０．１wt％より低くなると浸炭時間が長
くなってしまう。また、コア（芯部）の硬さが不足し、
芯部が塑性変形して転がり疲れ寿命Ｌ10及びＬ50が短く
なる。逆に０．７％より大きくなると、浸炭により浸入
するカーボン量が少なくなりマトリックスに浸入固溶す
る炭素の割合が低下し、不均一固溶状態となり、結果と
してその部分が応力集中源となってしまう。従って、寿
命Ｌ10及びＬ50が低下してしまう。以上のことから、内
外輪のベースカーボンは０．１〜０．７wt％が適正な範
囲となり、就中、０．２〜０．７wt％がより好適であ
る。First, the inner and outer rings will be considered. If the ratio of the base carbon is lower than 0.1 wt%, the carburizing time becomes long. In addition, the hardness of the core (core) is insufficient,
The core part is plastically deformed and rolling fatigue life L 10 and L 50 are shortened. On the other hand, if it exceeds 0.7%, the amount of carbon that infiltrates due to carburization decreases and the proportion of carbon that enters the matrix into solid solution decreases, resulting in a non-uniform solid solution state, and as a result, that portion becomes a stress concentration source. I will end up. Therefore, the lives L 10 and L 50 are reduced. From the above, 0.1 to 0.7 wt% of the base carbon for the inner and outer races is in a proper range, and 0.2 to 0.7 wt% is more preferable.
【００２９】次に転動体のベースカーボン量について浸
炭窒化する場合について考察する。０．７wt％以下の炭
素鋼を浸炭窒化すると、浸炭窒化時炭窒化物が少なくな
るので所望の転がり疲れ寿命が得られない。また逆に、
１．１wt％を越えてしまうと、炭窒化物が過剰になり、
これが応力集中源となりクリーンな潤滑下及び異物混入
潤滑下で軸受を使用する場合の転がり疲れ寿命が低下し
てしまう。従って、以上のことから転動体のベースカー
ボン量は、０．７〜１．１wt％の範囲が適当である。こ
のような範囲にある炭素鋼に浸炭窒化を行なえば、Ｆｅ
原子中にカーボン及び窒素原子が均一に拡散し、固溶強
化するのでマイクロクラックの発生を遅延できる効果を
奏すると共に、応力集中を緩和する効果も奏する。特に
重要なことは、上述の範囲のベースカーボン量は、後述
の炭窒化物を３〜１５vol％析出するための条件ともな
っているのである。Next, the case of carbonitriding the amount of base carbon of the rolling element will be considered. Carbonitriding carbon steel of 0.7 wt% or less reduces the amount of carbonitride during carbonitriding, so that the desired rolling fatigue life cannot be obtained. On the contrary,
When it exceeds 1.1 wt%, carbonitride becomes excessive,
This serves as a stress concentration source and reduces the rolling fatigue life when the bearing is used under clean lubrication and foreign matter-containing lubrication. Therefore, from the above, the base carbon amount of the rolling element is appropriately in the range of 0.7 to 1.1 wt%. If carbon steel in such a range is carbonitrided, Fe
Since carbon and nitrogen atoms are uniformly diffused in the atoms to strengthen the solid solution, the effect of delaying the generation of microcracks is exerted, and the effect of stress concentration relaxation is exerted. What is particularly important is that the amount of base carbon in the above range is also a condition for precipitating carbonitride, which will be described later, in an amount of 3 to 15 vol%.
【００３０】転動体を浸炭する場合のベースカーボン量
は、前記内外輪のベースカーボンの適正量について述べ
たと同様の臨界的意義を有するものである。The amount of base carbon in the case of carburizing the rolling elements has the same critical significance as described above regarding the appropriate amount of base carbon for the inner and outer races.
【００３１】最後に、転動体における炭窒化物の割合に
ついて図８に基づいて説明する。ここで言う炭窒化物
は、例えばＦｅ3Ｃ やＦｅ4 Ｎなどである。図８の実験
条件は以下のとおりである。円錐ころＬ４４６００Ｒを
軸受Ｌ４４６４９／Ｌ４４６１０に組み込んでころの寿
命にのみ注目して試験した。その他の諸元はｃ／ｐ＝
２．１３、Ｎ＝４０００ｒｐｍ、ゴミ：Ｈｖ８７０、７
４〜１４７μｍ、１５０ｐｐｍである。図８のグラフに
示す実線は、残留オーステナイトのみによる寿命であ
り、破線は残留オーステナイトの含有率に加えて炭窒化
物を含ませた場合の炭窒化物の含有率による寿命を示す
グラフである。このグラフから分かるように、残留オー
ステナイトのみではなく、炭窒化物との共存により更に
長寿命となっていることが分かる。Finally, the proportion of carbonitrides in the rolling elements will be described with reference to FIG. The carbonitride referred to here is, for example, Fe 3 C or Fe 4 N. The experimental conditions in FIG. 8 are as follows. The tapered roller L44600R was incorporated in the bearing L44649 / L44610, and only the life of the roller was noted and tested. Other specifications are c / p =
2.13, N = 4000 rpm, dust: Hv870, 7
It is 4-147 micrometers and 150 ppm. The solid line shown in the graph of FIG. 8 is the life due to the retained austenite alone, and the broken line is the graph showing the life due to the carbonitride content when carbonitride is included in addition to the content of the retained austenite. As can be seen from this graph, not only the retained austenite but also the coexistence with the carbonitride further extends the life.
【００３２】炭窒化物の含有率が３vol％より低いと、
炭窒化物が少なすぎて炭窒化物の転がり疲れ寿命効果が
少なくなる。また逆に、１５vol％より大きくなると炭
窒化物が成長して粗流化して応力集中源となって転がり
疲れ寿命Ｌ10及びＬ50が低減する。マトリックスに固溶
するＣ原子が少なくなり残留オーステナイトが少なくな
る。その結果異物混入潤滑下で所望の転がり疲れ寿命Ｌ
10及びＬ50が得られない。以上のことから、転動体の表
面層に含まれる炭窒化物は、３vol％〜１５vol％、就中
５vol％〜１５vol％が好ましいことが分かった。When the content of carbonitride is lower than 3 vol%,
Too little carbonitride reduces the rolling fatigue life effect of carbonitride. On the other hand, when it is more than 15 vol%, carbonitrides grow and coarsely flow to serve as a stress concentration source, which reduces rolling fatigue life L 10 and L 50 . The amount of C atoms that form a solid solution in the matrix decreases, and the amount of retained austenite decreases. As a result, the desired rolling fatigue life L under foreign matter contamination lubrication
10 and L 50 cannot be obtained. From the above, it was found that the carbonitride contained in the surface layer of the rolling element is preferably 3 vol% to 15 vol%, and more preferably 5 vol% to 15 vol%.
【００３３】[0033]
【実施例】本発明の各実施例及び比較例の試験条件を表
１に示した。実施例においては、日本精工製のボックス
型試験機を用いて、円錐ころ軸受Ｌ４４６４９／１０を
ゴミ入り試験した。尚、諸元は次の通りである。ｃ／ｐ
＝２．１３、Ｎ＝４０００ｒｐｍ、異物としてのゴミ：
Ｈｖ５５０、７４〜１４７μｍ、３０ｐｐｍである。そ
の結果は表２に示し、そのときの転がり疲れ寿命及び音
圧をグラフにしたのが図９である。残留オーステナイト
は、低炭素マルテンサイトのように単に硬さが低いのと
異なり、圧痕形成時の塑性変形により、加工誘起変態し
ながらマルテンサイト化、すなわち硬化するので、応力
集中を伴いながら表面硬さが高くなるという効果により
異物混入潤滑下での転がり疲れ寿命を長くすることがで
きる。EXAMPLES Table 1 shows the test conditions of each example and comparative example of the present invention. In the examples, a box-type tester manufactured by NSK Ltd. was used to test the tapered roller bearing L44649 / 10 with dust. The specifications are as follows. c / p
= 2.13, N = 4000 rpm, dust as foreign matter:
Hv550, 74-147 μm, 30 ppm. The results are shown in Table 2, and FIG. 9 is a graph showing rolling fatigue life and sound pressure at that time. Unlike low-carbon martensite, which has a low hardness, retained austenite is transformed into martensite during work-induced transformation, i.e., hardened, due to plastic deformation during indentation formation. As a result, the rolling fatigue life can be extended under the contamination with foreign matter.
【００３４】実施例のうち特に実施例３、４及び５にお
いては、炭窒化物の割合がそれぞれ６vol％、１１vol％
及び１５vol％と、上述の最適範囲に設定されているの
で、表２及び図９のＤ、Ｅ及びＦに示すように、比較例
１〜６及び他の実施例１〜２に比べ音圧レベルは低下し
（つまり低騒音）、寿命も長くなっている。Particularly in Examples 3, 4 and 5, the carbonitride contents were 6 vol% and 11 vol%, respectively.
And 15 vol%, which are set in the above-mentioned optimum range, as shown in Table 2, D, E and F of FIG. 9, the sound pressure level is higher than that of Comparative Examples 1 to 6 and other Examples 1 and 2. Is low (ie low noise) and has a long life.
【００３５】表１の試験条件に基づく各実施例及び各比
較例の転がり疲れ寿命及び音圧の関係を表２及び図９に
示す。以下これについて説明する。比較例１は、内外
輪、転動体共従来の焼入れ鋼である軸受（ＳＵＪ−２）
を使用して焼入れ熱処理をしており、比較例２は、内外
輪のみ本発明組成の浸炭鋼を用い浸炭熱処理をし、転動
体については従来の軸受鋼を使用し熱処理している。比
較例３では、内外輪、転動体共に本発明組成の浸炭鋼を
用いているが、従来の浸炭熱処理を施し、比較例４で
は、内外輪は従来の軸受鋼を使用し焼入れ熱処理し、転
動体にのみ本発明の浸炭窒化熱処理を施した。比較例５
は、内外輪は本発明の浸炭鋼を用いたが従来の浸炭熱処
理をし、転動体のみに本発明の浸炭窒化熱処理を施し
た。比較例６は、内外輪は本発明の浸炭熱処理をして、
転動体は本発明の浸炭鋼を用いているが従来の浸炭熱処
理を施した。Table 2 and FIG. 9 show the relationship between rolling fatigue life and sound pressure of each example and each comparative example based on the test conditions of Table 1. This will be described below. Comparative Example 1 is a bearing (SUJ-2) which is a conventional hardened steel for both the inner and outer rings and the rolling elements.
In Comparative Example 2, only the inner and outer races are carburized using the carburized steel of the present invention, and the rolling elements are heat treated using conventional bearing steel. In Comparative Example 3, the carburized steel of the composition of the present invention was used for both the inner and outer races and the rolling elements, but the conventional carburizing heat treatment was performed, and in Comparative Example 4, the inner and outer races were hardened and heat treated using the conventional bearing steel. Only the moving body was subjected to the carbonitriding heat treatment of the present invention. Comparative Example 5
For the inner and outer rings, the carburized steel of the present invention was used, but the conventional carburizing heat treatment was performed, and only the rolling elements were subjected to the carbonitriding heat treatment of the present invention. In Comparative Example 6, the inner and outer rings were subjected to the carburizing heat treatment of the present invention,
The carburized steel of the present invention was used as the rolling elements, but the conventional carburizing heat treatment was performed.
【００３６】[0036]
【表１】 [Table 1]
【００３７】[0037]
【表２】 [Table 2]
【００３８】本発明の各実施例における熱処理条件を次
に説明する。浸炭熱処理のうちダイレクト焼入れは、図
１０に示すグラフのように、Ｒｘガス＋エンリッチガス
の雰囲気で約８時間、９３０±５℃で熱処理を行い、そ
の後油焼入れした。また、ダブル焼入れは、図１１のグ
ラフに示すようにＲｘガス＋エンリッチガスの雰囲気
で、先ず、熱処理温度９３０±５℃で浸炭熱処理を行
い、続いて８３０〜８７０℃で加熱処理を行い、その後
油焼入れした。更に、浸炭窒化熱処理については、図１
２のグラフに示すように、Ｒｘガス＋エンリッチガス＋
アンモニアガス５％の雰囲気で、約３〜４時間、８３０
〜８７０℃で浸炭窒化熱処理を行い、その後油焼入れし
た。The heat treatment conditions in each example of the present invention will be described below. As for the direct quenching of the carburizing heat treatment, as shown in the graph of FIG. 10, the heat treatment was performed at 930 ± 5 ° C. for about 8 hours in an atmosphere of Rx gas + enrich gas, and then oil quenching was performed. Further, in the double quenching, as shown in the graph of FIG. 11, in the atmosphere of Rx gas + enriched gas, first, carburizing heat treatment is performed at a heat treatment temperature of 930 ± 5 ° C., followed by heat treatment at 830 to 870 ° C., and thereafter. It was oil-quenched. Further, regarding the carbonitriding heat treatment, FIG.
As shown in the graph of Rx gas + enriched gas +
830 in an atmosphere of 5% ammonia gas for about 3 to 4 hours
Carbonitriding heat treatment was performed at ˜870 ° C., followed by oil quenching.
【００３９】以上詳細に説明したように、実施例１から
５においては内外輪共に、０．２wt％のＣを含む炭素鋼
の表面層に浸炭熱処理を施して、表面層の残留オーステ
ナイトγRを３１vol％にしており、これは最適な態様を
示しているが、次のような軸受使用条件下では内輪及び
外輪のうちいずれか一方を上述のように設定することも
できる。As described above in detail, in Examples 1 to 5, the surface layer of the carbon steel containing 0.2 wt% of C was carburized and heat treated in both the inner and outer rings to obtain the residual austenite γ R of the surface layer. Although it is set to 31 vol%, which is the optimum mode, either one of the inner ring and the outer ring can be set as described above under the following bearing usage conditions.
【００４０】ａ）内輪のみ上記設定条件にして、外輪は
従来のものを使用する場合。A) When only the inner ring has the above-mentioned set conditions and the outer ring is a conventional one.
【００４１】外輪回転又は内輪回転いずれの場合におい
ても、負荷圏における内輪転動面の接触圧力が高く、内
輪が外輪に比べ早期にハクリする。In either case of the outer ring rotation or the inner ring rotation, the contact pressure of the inner ring rolling surface in the load zone is high, and the inner ring is disengaged earlier than the outer ring.
【００４２】ｂ）外輪のみ上記設定条件にして、内輪は
従来のものを使用する場合。B) When only the outer ring has the above-mentioned set conditions and the inner ring is a conventional one.
【００４３】ハウジング剛性が低く、外輪の転動軌道が
負荷荷重により変形させられた状態で、負荷圏において
局部的な大きな接触圧力がかかり、外輪が内輪に比べ早
期にハクリする。In the state where the housing rigidity is low and the rolling raceway of the outer ring is deformed by the load load, a large local contact pressure is applied in the load zone, and the outer ring is separated earlier than the inner ring.
【００４４】また、比較例４及び５に対応する図９のＩ
及びＪは、音圧のみに着目すれば従来技術を用いた比較
例２のＡに比べて音圧レベルが低下している。従って、
このことと上述のこととを考慮すれば、浸炭窒化して表
面層における炭窒化物を５〜１５vol％、γRを２０〜４
５vol％に熱処理した転動体と共に用いる場合には、表
１に示す要件を備えたＩ及びＪに記載の内外輪も使用で
きる。Further, I in FIG. 9 corresponding to Comparative Examples 4 and 5
With respect to J and J, if attention is paid only to the sound pressure, the sound pressure level is lower than that of A of Comparative Example 2 using the conventional technique. Therefore,
Taking this fact and the above into consideration, carbonitriding is performed to make carbonitride in the surface layer 5 to 15 vol% and γ R to be 20 to 4%.
When used with rolling elements heat-treated to 5 vol%, the inner and outer rings described in I and J having the requirements shown in Table 1 can also be used.
【００４５】[0045]
【発明の効果】以上詳細に説明した本発明の転がり軸受
によれば、次のような効果が得られる。According to the rolling bearing of the present invention described in detail above, the following effects can be obtained.
【００４６】クリーンな潤滑下で軸受を使用する場合に
おいては従来の軸受と比べ同等以上の寿命を有し、且つ
異物混入潤滑下で軸受を使用する場合においては従来の
軸受に比べて長寿命であり、また前記両潤滑下で軸受を
使用する場合のいずれにおいても高信頼性を有する転が
り軸受を提供することができる。When a bearing is used under clean lubrication, it has a life equal to or longer than that of a conventional bearing, and when a bearing is used under lubrication containing foreign matter, it has a longer life than a conventional bearing. In addition, it is possible to provide a highly reliable rolling bearing in any of the cases where the bearing is used under both of the above lubrication conditions.
【００４７】また、従来の転がり軸受に比べて音圧も低
減できるという効果を奏する。Further, the sound pressure can be reduced as compared with the conventional rolling bearing.
【図１】クリーンな潤滑下及び異物混入潤滑下における
軸受の転がり疲れ寿命と残留オーステナイト量との関係
を表わすグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the rolling fatigue life of a bearing and the amount of retained austenite under clean lubrication and lubrication with inclusion of foreign matter.
【図２】圧痕のエッジ部分の曲率ｒと圧痕通過回数との
関係を表わすグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the curvature r of the edge portion of the indentation and the number of times the indentation has passed.
【図３】応力と共に示す圧痕の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of an indentation shown together with stress.
【図４】圧痕の半径ｃに対する圧痕のエッジ部分の曲率
ｒの比と、圧痕以外の転動表面にかかる応力Ｐに対する
エッジ部分にかかる最大応力Ｐmaxの比との関係を示す
グラフであり、ｒ／ｃが飽和することを示す図である。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the ratio of the curvature r of the edge portion of the indentation to the radius c of the indentation and the ratio of the maximum stress P max applied to the edge portion to the stress P applied to the rolling surface other than the indentation; It is a figure which shows that r / c is saturated.
【図５】ｒ／ｃの値とγR量との関係を示すグラフであ
る。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the r / c value and the γ R amount.
【図６】浸炭熱処理した炭素鋼の表面硬さＨｖとγR量
との関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the surface hardness Hv and the γ R amount of carburized carbon steel.
【図７】異物混入潤滑下の軸受の転がり疲れ寿命と残留
オーステナイト量との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between rolling fatigue life and the amount of retained austenite of a bearing under lubrication containing foreign matter.
【図８】転動体の異物混入潤滑下のころのみに注目した
転がり疲れ寿命を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing rolling fatigue life focusing only on the rollers under the foreign matter-containing lubrication of the rolling elements.
【図９】表１及び表２に示す本発明の各実施例及び各比
較例の寿命及び音圧を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing life and sound pressure of each example and each comparative example of the present invention shown in Tables 1 and 2.
【図１０】ダイレクト浸炭熱処理の温度と時間との関係
を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the relationship between temperature and time of direct carburizing heat treatment.
【図１１】ダブル浸炭熱処理の温度と時間との関係を示
すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the relationship between temperature and time of double carburizing heat treatment.
【図１２】浸炭窒化熱処理の温度と時間との関係を示す
グラフである。FIG. 12 is a graph showing a relationship between temperature and time of carbonitriding heat treatment.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白谷 隆明 神奈川県平塚市代官町35−13−306 (72)発明者 西田 宗次 神奈川県藤沢市鵠沼桜が丘３丁目１番地１ 号棟407号室 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takaaki Shiratani 35-13-306 Daikanmachi, Hiratsuka City, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Souji Nishida, Kugenuma Sakuragaoka 3-1, 1-1 Kugenumaoka, Fujisawa City, Kanagawa Prefecture Room 407
Claims (2)
とから成り、前記内輪及び外輪のうち少なくとも一つ
が、浸炭熱処理されている転がり軸受において、 前記内外輪のうち少なくとも１つは、０．１から０．７
wt％の炭素を含む炭素鋼からなり、軌道表面層の残留オ
ーステナイト量が２０〜４５vol％であり、前記転動体
は、０．７から１．１wt％の炭素を含む炭素鋼からな
り、表面層に浸炭窒化熱処理が施され、該表面層におけ
る残留オーステナイト量が２０−４５vol％かつ該表面
層の炭窒化物が５−１５vol％であることを特徴とする
転がり軸受。1. A rolling bearing comprising an inner ring, an outer ring and rolling elements rolling between the inner ring and the outer ring, wherein at least one of the inner ring and the outer ring is carburized and heat treated, and at least one of the inner and outer rings is 0. 1 to 0.7
The raceway surface layer has a retained austenite amount of 20 to 45 vol% and the rolling element is made of carbon steel containing 0.7 to 1.1 wt% of carbon. Is subjected to carbonitriding heat treatment, and the amount of retained austenite in the surface layer is 20-45 vol% and the carbonitride in the surface layer is 5-15 vol%.
とから成り、前記内輪及び外輪のうち少なくとも一つ
が、浸炭熱処理されている転がり軸受において、 前記内外輪のうち少なくとも１つは、０．１から０．７
wt％の炭素を含む炭素鋼からなり、軌道表面層の残留オ
ーステナイト量が２０〜４５vol％であり、前記転動体
は、０．１から０．７wt％の炭素を含む炭素鋼からな
り、表面層に浸炭熱処理が施され、該表面層における残
留オーステナイト量が２０−４５vol％であることを特
徴とする転がり軸受。2. A rolling bearing comprising an inner ring, an outer ring and rolling elements rolling between the inner ring and the outer ring, wherein at least one of the inner ring and the outer ring is carburized and heat treated, and at least one of the inner and outer rings is 0. 1 to 0.7
The raceway surface layer has a residual austenite amount of 20 to 45 vol%, and the rolling element is made of carbon steel containing 0.1 to 0.7 wt% of carbon. A carburizing heat treatment is applied to the rolling bearing, and the amount of retained austenite in the surface layer is 20-45 vol%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4931694A JPH0754853A (en) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | Roller bearing |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0754853A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1994-03-18 JP JP4931694A patent/JPH0754853A/en active Pending
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