WO2023095796A1 - 転がり軸受部品用合金鋼、それを用いた転がり軸受部品,転がり軸受用軌道輪および転がり軸受 - Google Patents
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- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
- F16C33/58—Raceways; Race rings
- F16C33/64—Special methods of manufacture
Definitions
- the present invention relates to alloy steel for rolling bearing parts used in the field of automobiles such as electric vehicles and the field of industrial machinery such as speed reducers, rolling bearing parts using the same, bearing rings for rolling bearings, and rolling bearings.
- Rolling bearings used in the fields of automobiles and industrial machinery are required to have various properties such as heat resistance and wear resistance.
- Strength indentation resistance
- a high-hardness material such as high-speed tool steel is used as the bearing ring material, and a carbonitrided layer is formed after precipitating carbides of several micrometers or less in the structure at a predetermined depth on the raceway surface of the bearing ring.
- Techniques have been disclosed (see Patent Documents 1 and 2).
- the present invention provides an alloy steel for rolling bearing parts that does not require surface treatment such as carburizing or nitriding and has improved static strength (indentation resistance) due to contact between rolling elements and raceway surfaces.
- An object of the present invention is to provide a rolling bearing component, a bearing ring for a rolling bearing, and a rolling bearing.
- the invention of the alloy steel for rolling bearing parts is composed of C: 1.10 to 1.50%, Si: 0.70 to 2.50%, Mn: 0.10 to 1.00%, An alloy steel containing Cr: 1.00 to 4.00%, Mo: 0.20 to 1.50%, V: 0.05 to 0.80%, and residual Fe and unavoidable impurities.
- C 1.10 to 1.50%, Si: 0.70 to 2.50%, Mn: 0.10 to 1.00%, Cr: 1.00 to 4.00%, An alloy steel containing Mo: 0.20 to 1.50%, Nb: 0.025 to 0.20%, and residual Fe and inevitable impurities may be used.
- C 1.10 to 1.50%
- Si 0.70 to 2.50%
- Mn 0.10 to 1.00%
- Cr 0..00 to 4.00%
- W+2Mo 0.40 to 3.0%
- V 0.05 to 0.80%
- an alloy steel composed of residual Fe and unavoidable impurities can also be used.
- the alloy steel is more preferably composed of residual Fe and unavoidable impurities.
- the amount of retained austenite in the surface layer is in the range of 5 to 15% by volume,
- the hardness of the surface layer and the inside shall be 64 HRC or more on the Rockwell C scale.
- the amount of retained austenite in the surface layer is more preferably in the range of 10 to 13% by volume.
- the invention of the alloy steel for rolling bearing parts has increased the surface hardness of the rolling bearing parts by performing normal heat treatment (quenching and tempering) without special surface treatments such as carburizing and nitriding. Available as alloy steel.
- the rolling bearing parts, bearing rings for rolling bearings, and rolling bearings using the same increase the resistance to indentation (static load rating) due to contact between the rolling elements and the bearing rings, thereby improving the life of the rolling bearings. It has the effect of
- FIG. 2 is a schematic diagram of a thrust life tester used in Example 2.
- FIG. 2 is a schematic diagram of a thrust life tester used in Example 2.
- C (carbon) contained in the alloy steel constituting the rolling bearing part (bearing ring) of the present invention is 1.10 to 1.50% by weight, more preferably 1.20 to 1.50% by weight. do. Carbon ensures hardness after quenching and tempering in steel, and plays a role in ensuring a high rolling contact fatigue life when used as a material for rolling bearings. If the C content in steel is less than 1.10%, the required surface hardness cannot be obtained. On the other hand, if the content exceeds 1.50%, the amount of carbides and retained austenite in the steel increases, which reduces the rolling contact fatigue life of the bearing.
- Si is in the range of 0.70 to 2.50%, more preferably 1.50 to 2.50% as weight percent. Silicon plays a role in increasing temper softening resistance in steel. Further, if the Si content in the steel is less than 0.70%, the necessary temper softening resistance cannot be obtained, and if the Si content exceeds 2.50%, the hot forgeability is significantly deteriorated.
- Mn manganese
- Mn manganese is 0.10 to 1.00% by weight. Manganese is effective in improving the hardenability of steel and improving the rolling contact fatigue life when used as a bearing material. If the Mn content in the steel exceeds 1.00%, the hot forgeability is remarkably lowered.
- Cr Cr
- Cr Cr
- Cr Cr
- Cr Cr
- Cr Cr
- chromium is 1.00-4.00% by weight. Chromium enhances the hardenability of steel and thermally stabilizes cementite to prevent solid solution of cementite in the matrix at high temperatures.
- the Cr content in the alloy steel is less than 1.00%, the hardenability of the steel is deteriorated, and when the Cr content exceeds 4.00%, coarse carbides are generated in the steel and used as a bearing material. If this is the case, the rolling contact fatigue life of the rolling bearing is reduced.
- Mo molybdenum
- Mo is in the range of 0.20 to 1.50%, more preferably 0.20 to 0.70% by weight. Molybdenum forms carbides in steel and contributes to ensuring hardness. Also, when the Mo content in the steel exceeds 1.50%, coarse carbides are generated, which reduces the rolling contact fatigue life when used as a bearing material.
- V vanadium
- V is in the range of 0.05 to 0.80%, more preferably 0.05 to 0.40% as weight percent. V plays a role in increasing temper softening resistance through combined addition with silicon in steel. Also, if the content of each of these elements in the steel exceeds 0.80%, coarse carbides are generated, which reduces the rolling contact fatigue life when used as a bearing material.
- Nb niobium
- W tungsten
- tungsten forms carbides in steel and contributes to ensuring hardness. If the W equivalent in steel is less than 0.40%, the required tempering hardness and softening resistance cannot be obtained. On the other hand, when the W equivalent exceeds 3.00%, coarse carbides are generated, which reduces the rolling contact fatigue life of the rolling bearing.
- the bearing ring (inner ring and outer ring) for a rolling bearing of the present invention is obtained by subjecting the alloy steel having the chemical composition described above to quenching treatment in the range of 840 to 880°C and then tempering in the range of 150 to 180°C. It can be produced by doing.
- the amount of retained austenite in the surface layer of the rolling bearing race can be set within the range of 5 to 15% by volume.
- the hardness of the raceway surface (surface layer and inner layer) of the rolling bearing ring is set to 64 HRC or more on the Rockwell C scale.
- the “amount of retained austenite ( ⁇ amount) in the surface layer” refers to the alloy steel of the present invention or a rolling bearing component (rolling bearing ring) using the alloy steel of the present invention. It refers to the amount of retained austenite present in the range up to 200 ⁇ m deep.
- the bearing ring for rolling bearing is an inner ring.
- the surface pressure of the inner ring generally exceeds the surface pressure of the outer ring. Because the bearing ring (inner ring) is more resistant to indentation, the outer diameter and width of the outer ring of the rolling bearing can be made smaller, resulting in a smaller and lighter rolling bearing. is.
- Example 1 Using two types of alloy steels, the alloy steel for rolling bearings of the present invention (hereinafter referred to as the invention material) and the conventional bearing steel (hereinafter referred to as the comparative material), a steel ball pressing test (hereinafter referred to as the main test) was conducted. I have done so, so I will explain the test results. Table 1 lists the chemical compositions (unit: weight %) of the invention material (two levels with different chemical compositions) and the comparative material (bearing steel: SUJ2) used in this test. Table 2 shows the amount of austenite (unit: volume %).
- the amount of retained austenite (amount of retained ⁇ ) of the inventive material and the comparative material was calculated by special software from the ratio of the integrated intensity of the diffraction X-ray intensity distribution of the austenite phase and the martensite phase measured by an X-ray diffraction analyzer.
- This test objectively compares and measures the degree of dents on the surface of a material by applying a static load intensively to specific locations. can be evaluated.
- a steel ball with a diameter of 9.525 mm was pressed against the sample surface for 10 seconds at a pressure of 4500 MPa (load speed 0.1 mm/min), and then the depth of the trace of the steel ball that had penetrated the sample surface was measured with a laser microscope. .
- Inventive materials 1 and 2 used in this test were quenched at 850°C for 120 minutes and then tempered at 160°C for 120 minutes, and the comparative material was quenched at 850°C for 40 minutes. After that, heat treatment was performed in advance by tempering at 190°C for 90 minutes.
- the comparative material was 0.330 ⁇ m.
- the invention materials 1 and 2 which are alloy steels of the present invention, have a surface layer and internal hardness of 64 HRC on the Rockwell C scale, with the amount of retained austenite in the surface layer of the material being in the range of 5 to 15% by volume.
- the surface layer of the material is less likely to be dented even when a load is applied to a specific location from the outside. It is suitable for bearing parts where the load is large.
- Example 2 A test piece having a predetermined size was prepared using inventive materials 1 and 2 used in Example 1 and a comparative material, and a rolling fatigue evaluation test (thrust life test) was conducted. The test results will be described.
- Table 1 of Example 1 shows the chemical compositions (unit: % by weight) of Inventive Materials 1 and 2 and Comparative Materials used in the thrust life test.
- FIG. 1 shows a schematic diagram of the test equipment (thrust life tester) used in this example.
- lubricating oil 5 is injected into an oil bath in which a disc-shaped test piece 3 having a diameter of ⁇ D is attached, and a table 4 is pushed up. After that, the steel balls 2 supported by the retainer are received by the thrust bearing 1 so that a predetermined surface pressure P is applied.
- an evaluation test is performed by rotating the shaft 10, which transmits power from a motor (not shown), at a predetermined rotational speed. Continue the test until the test piece fails, record the number of stress cycles at the time of failure, and terminate the test.
- Example 3 Test pieces were prepared from the inventive materials 1 and 2 used in Example 1 and the comparative material, and a high-temperature hardness test was conducted. The results of the test will be described below.
- the prepared test piece (thrust plate test piece: diameter 61 mm ⁇ thickness 6 mm) was heated to 100°C, 120°C, 140°C, 160°C, 180°C, 200°C, 250°C, and 300°C for a total of 8 levels of temperature. After holding for a period of time, the surface layer and inner hardness (unit: Rockwell C scale) of the test piece at that temperature were measured. Table 3 shows the measurement results of the surface layer and inner hardness of each test piece at each temperature (8 levels).
- the comparative material decreased to 62 HRC or less when the holding temperature exceeded 180°C up to 200°C, decreased to less than 60 HRC when the temperature exceeded 200°C, and decreased to about 56 HRC at 300°C.
- both Inventive Materials 1 and 2 maintained a hardness of 62 HRC or higher even when the holding temperature exceeded 200° C., indicating that the surface layer and internal hardness at high temperatures are superior to those of the comparative material.
- Example 4 An inner ring (outer diameter: 30.3 mm, thickness: 15 mm) of a rolling bearing was produced using Inventive Materials 1 and 2 used in Example 1 and a comparative material, and the dimensional change of the inner ring in a high temperature range was measured. Test results will be explained. First, the heating furnace is heated to a target holding temperature (target temperature). After the temperature of the heating furnace reaches the target temperature, the inner ring, which is a test piece, is placed in the heating furnace and heated for a predetermined time (100 hours, 200 hours, 500 hours, 1000 hours and 2000 hours).
- target temperature target holding temperature
- the inner ring which is a test piece, was removed from the test piece and cooled to room temperature, and then the inner diameter of the inner ring was measured (measured five times in total).
- the target temperature in this test was set at two levels of 120°C and 150°C.
- the inner diameter was measured at the center position in the longitudinal direction (axial direction) of the inner ring. After a predetermined period of time from the start of the test, the inner diameter of the inner ring was measured, and the rate of change (unit: %) was calculated.
- Table 4 shows the rate of change in the inner diameter at a target temperature of 120°C
- Table 5 shows the rate of change in the inner diameter at a target temperature of 150°C.
- the dimensional change rate of invention materials 1 and 2 at a target temperature of 120°C was 0.005% after 2000 hours from the start of the test.
- the dimensional change rate of the comparative material (SUJ2) was 0.025%, which is five times the dimensional change of the invention materials 1 and 2.
- the dimensional change rates of Inventive Materials 1 and 2 at a target temperature of 150°C were 0.025% and 0.027% after 2000 hours from the start of the test, and both had a target temperature of 120°C. A large dimensional change was observed compared to the case of °C. However, the dimensional change rate of the comparative material (SUJ2) changed to 0.082%, and a dimensional change that was three times or more that of the inventive materials 1 and 2 was observed.
- the alloy steel for rolling bearing parts according to the present invention can obtain excellent surface hardness by ordinary heat treatment without performing special surface treatments such as carburizing and nitriding. As a result, it can be used for various rolling bearing parts in the fields of automobiles and industrial machinery.
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Abstract
浸炭や窒化などの表面処理を行う必要がなく、転動体と軌道面の接触による耐圧痕性を向上させた転がり軸受部品用合金鋼、それを用いた転がり軸受部品,転がり軸受用軌道輪および転がり軸受を提供する。 転がり軸受部品用合金鋼の発明については、重量%で、C:1.10~1.50%、Si:0.70~2.50%、Mn:0.10~1.00%、Cr:1.00~4.00%、Mo:0.20~1.50%、V:0.05~0.80%であり、残余Feおよび不可避不純物からなる合金鋼とする。また、当該合金鋼を用いた転がり軸受部品の発明については、表層の残留オーステナイト量が5~15体積%として、かつ表層および内部の硬さをロックウェルCスケールで64HRC以上とする。
Description
本発明は、電気自動車等の自動車分野や減速機等の産業機械分野などに使用される転がり軸受部品用合金鋼、それを用いた転がり軸受部品,転がり軸受用軌道輪および転がり軸受に関する。
自動車分野や産業機械分野などに使用される転がり軸受には、耐熱性,耐摩耗性をはじめとする諸特性が要求されており、とりわけ内外輪と転動体における動的強度に加えて、静的強度(耐圧痕性)も必要とされる。
例えば、軌道輪の材料に高速度工具鋼などの高硬度材を使用し、軌道輪の軌道面に所定深さの組織中に数μm以下の炭化物を析出させた上で浸炭窒化層を形成する技術が開示されている(特許文献1および2参照)。
しかし、高速度工具鋼などの高硬度材は、比較的に材料コストが上昇する要因になり、製造原価が軸受鋼に比べて上がるという問題があった。また、組織中に大型の炭化物が析出しやすくなり、軸受の長寿命化に寄与し難いという問題もあった。さらに、軌道輪表面に浸炭窒化層を設けるために、特殊な装置を使用して、浸炭や窒化などの特殊処理を行うので、やはり製造原価が上昇する要因になっていた。
そこで、本発明は浸炭や窒化などの表面処理を行う必要がなく、転動体と軌道面との接触による静的強度(耐圧痕性)を向上させた転がり軸受部品用合金鋼、それを用いた転がり軸受部品,転がり軸受用軌道輪および転がり軸受を提供することを課題とする。
本発明において、転がり軸受部品用合金鋼の発明は重量%で、C:1.10~1.50%、Si:0.70~2.50%、Mn:0.10~1.00%、Cr:1.00~4.00%、Mo:0.20~1.50%、V:0.05~0.80%であり、残余Feおよび不可避不純物からなる合金鋼とする。なお、重量%で、C:1.20~1.50%、Si:1.50~2.50%、Mn:0.10~1.00%、Cr:1.00~4.00%、Mo:0.20~0.70%、V:0.05~0.40%であり、残余Feおよび不可避不純物からなる合金鋼とすることがより好ましい。
また、重量%で、C:1.10~1.50%、Si:0.70~2.50%、Mn:0.10~1.00%、Cr:1.00~4.00%、Mo:0.20~1.50%、Nb:0.025~0.20%であり、残余Feおよび不可避不純物からなる合金鋼としても構わない。なお、この場合には、重量%で、C:1.20~1.50%、Si:1.50~2.50%、Mn:0.10~1.00%、Cr:1.00~4.00%、Mo:0.20~0.70%、Nb:0.025~0.20%であり、残余Feおよび不可避不純物からなる合金鋼とすることがより好ましい。
さらに、重量%で、C:1.10~1.50%、Si:0.70~2.50%、Mn:0.10~1.00%、Cr:1.00~4.00%、W+2Mo:0.40~3.0%、V:0.05~0.80%であり、残余Feおよび不可避不純物からなる合金鋼にすることもできる。なお、この場合には、重量%で、C:1.20~1.50%、Si:1.50~2.50%、Mn:0.10~1.00%、Cr:1.00~4.00%、W+2Mo:0.40~3.0%、V:0.05~0.40%であり、残余Feおよび不可避不純物からなる合金鋼とすることがより好ましい。
次に、前述の転がり軸受部品用合金鋼を用いた転がり軸受部品(転がり軸受用軌道輪:内輪および外輪)または転がり軸受の発明は、表層の残留オーステナイト量を5~15体積%の範囲として、かつ表層および内部の硬さをロックウェルCスケールで64HRC以上とする。なお、当該表層の残留オーステナイト量は10~13体積%の範囲とすることがより好ましい。
転がり軸受部品用合金鋼の発明は、通常の熱処理(焼入れれおよび焼戻し)を行うことで、浸炭や窒化など特殊な表面処理を行うことなく、表面硬さを高めた転がり軸受部品用途に最適な合金鋼として提供できる。
また、転がり軸受部品,転がり軸受用軌道輪およびそれを用いた転がり軸受の発明は、転動体と軌道輪との接触による耐圧痕性(静定格荷重)を高めて、転がり軸受の寿命を向上させるという効果を奏する。
本発明の一実施形態である転がり軸受部品用合金鋼の主な化学成分について説明する。本発明の転がり軸受部品(軌道輪)を構成する合金鋼に含有するC(炭素)は、重量%として1.10~1.50%、より好ましくは1.20~1.50%の範囲とする。炭素は鋼中の焼入れ焼戻し後の硬さを確保し、転がり軸受の材料として使用した場合に転動疲労寿命を高位に確保する役割を果たす。鋼中のC含有量が1.10%を下回ると、必要な表面硬さが得られない。また、含有量が1.50%を上回ると鋼中の炭化物や残留オーステナイトが多くなり、軸受の転動疲労寿命を低下させる。
Si(シリコン)は、重量%として0.70~2.50%、より好ましくは1.50~2.50%の範囲とする。シリコンは鋼中の焼戻し軟化抵抗を増大する役割がある。また、鋼中のSi含有量が0.70%を下回ると必要な焼戻し軟化抵抗が得られず、Si含有量が2.50%を超えると熱間鍛造性が著しく低下する。
Mn(マンガン)は、重量%として0.10~1.00%とする。マンガンは鋼中の焼入れ性を高めて、軸受材料として使用した場合に、転動疲労寿命を向上させるのに有効である。鋼中のMn含有量が1.00%を超えると、熱間鍛造性が著しく低下する。
Cr(クロム)は、重量%として1.00~4.00%とする。クロムは鋼中の焼入れ性を高めるとともに、セメンタイトを熱的に安定化させて、高温域におけるセメンタイトのマトリックス中への固溶を抑止する役割がある。合金鋼中のCr含有量が1.00%を下回ると鋼の焼入れ性を悪化させて、Cr含有量が4.00%を超えると、鋼中に粗大炭化物が発生して、軸受材料として使用した場合に転がり軸受の転動疲労寿命を低下させる。
Mo(モリブデン)は、重量%として0.20~1.50%、より好ましくは0.20~0.70%の範囲とする。モリブデンは鋼中の炭化物を形成して、硬さの確保に寄与する。また、鋼中のMo含有量が1.50%を上回ると、粗大炭化物が発生して、軸受材料として使用した場合に転動疲労寿命を低下させる。
V(バナジウム)は、重量%として0.05~0.80%、より好ましくは0.05~0.40%の範囲とする。Vは、鋼中のシリコンとの複合添加により焼戻し軟化抵抗を増大させる役割がある。また、鋼中の各含有量が0.80%を上回ると、粗大炭化物が発生して、軸受材料として使用した場合に転動疲労寿命を低下させる。
なお、Vの代替元素としてNb(ニオブ)を含有することでも同様の効果を得ることもできる。この場合、Nbの含有量は重量%として、0.025~0.20%の範囲であることが好ましい。また、W(タングステン)もW当量(W+2Mo)として、重量%で0.40~3.00%の範囲で含有することもできる。
この場合、タングステンはモリブデンと同様に鋼中の炭化物を形成して、硬さの確保に寄与する。鋼中のW当量が0.40%を下回ると必要な焼戻し硬さおよび軟化抵抗が得られない。一方、W当量が3.00%を上回ると粗大炭化物が発生して、転がり軸受の転動疲労寿命を低下させる。
次に、本発明の一実施形態である当該合金鋼製の転がり軸受用軌道輪について説明する。本発明の転がり軸受用軌道輪(内輪や外輪)は、前述した化学成分の合金鋼に対して、840~880℃の範囲で焼入れ処理を行った後、150~180℃の範囲で焼戻し処理を行うことで製作できる。所定の熱処理を行うことで、当該転がり軸受用軌道輪の表層の残留オーステナイト量を5~15体積%の範囲とすることができる。この場合、転がり軸受用軌道輪の軌道面(表層および内部)の硬さをロックウェルCスケールで64HRC以上とする。なお、ここで「表層の残留オーステナイト量(γ量)」とは、本発明の合金鋼もしくは当該合金鋼を用いた転がり軸受部品(転がり軸受用軌道輪)の最表面から厚さ方向に向かって200μm深さまでの範囲に存在する残留オーステナイト量を言う。
なお、転がり軸受用軌道輪については内輪であることがより好ましい。例えば、深溝玉軸受等の玉軸受用途の軌道輪の場合には、玉軸受の外部から軌道輪に対して一定の荷重が与えられたときに一般的には内輪の面圧が外輪の面圧よりも高いので、軌道輪(内輪)の耐圧痕性が向上することにより、転がり軸受の外輪の外径や幅をより小さくして、結果として転がり軸受としての小型化および軽量化が実現できるためである。
(実施例1)
本発明の転がり軸受用合金鋼(以下、発明材という)および従来の軸受鋼(以下、比較材という)の2種類の合金鋼を使用して、鋼球押し付け試験(以下、本試験という)を行ったので、その試験結果について説明する。本試験で使用した発明材(化学成分の異なる2水準)および比較材(軸受鋼:SUJ2)の化学成分(単位:重量%)を表1、表層および内部の硬さ(単位:HRC)および残留オーステナイト量(単位:体積%)を表2にそれぞれ示す。発明材および比較材の残留オーステナイト量(残留γ量)は、X線回折分析装置にて計測したオーステナイト相とマルテンサイト相の回折X線強度分布の積分強度の比率から専用ソフトにより算出した。
本発明の転がり軸受用合金鋼(以下、発明材という)および従来の軸受鋼(以下、比較材という)の2種類の合金鋼を使用して、鋼球押し付け試験(以下、本試験という)を行ったので、その試験結果について説明する。本試験で使用した発明材(化学成分の異なる2水準)および比較材(軸受鋼:SUJ2)の化学成分(単位:重量%)を表1、表層および内部の硬さ(単位:HRC)および残留オーステナイト量(単位:体積%)を表2にそれぞれ示す。発明材および比較材の残留オーステナイト量(残留γ量)は、X線回折分析装置にて計測したオーステナイト相とマルテンサイト相の回折X線強度分布の積分強度の比率から専用ソフトにより算出した。
本試験は、特定箇所に静的荷重を集中的に加圧することで材料表面の凹み具合を客観的に比較測定する試験であり、加圧後に測定する凹み量(深さ)により耐圧痕性を評価することができる。本試験では試料表面に直径9.525mmの鋼球を4500MPaの圧力で10秒間押し付けた(負荷速度0.1mm/min)後、試料表面に入り込んだ鋼球跡の深さをレーザー顕微鏡により測定した。
本試験で使用した発明材1および2は850℃×120分間で焼入れ処理を行った後、160℃×120分間の焼戻し処理を事前に行い、比較材は850℃×40分間で焼入れ処理を行った後、190℃×90分間の焼戻し処理を事前に熱処理を行った。
試料の表面に形成された凹部の深さを測定した結果、発明材1は0.220μm、発明材2は0.210μmであった。これに対して、比較材は0.330μmであった。以上の試験結果より、本発明の合金鋼である発明材1および2は、材料の表層における残留オーステナイト量が5~15体積%の範囲として、表層および内部の硬さをロックウェルCスケールで64HRC以上とすることで、比較材(軸受鋼SUJ2)に比べて外部から特定箇所に荷重が負荷された場合でも材料の表層が凹み難いので、耐圧痕性に優れており、動的な荷重または静的な荷重が大きい箇所の軸受部品に適している。
(実施例2)
実施例1で使用した発明材1,2と比較材を用いて所定の寸法の試験片を作製し、転がり疲れ特性の評価試験(スラスト寿命試験)を行なったので、その試験結果について説明する。スラスト寿命試験に使用した発明材1,2および比較材の化学成分(単位:重量%)は実施例1の表1に示すとおりである。本実施例で使用した試験機器(スラスト寿命試験機)の模式図を図1に示す。
実施例1で使用した発明材1,2と比較材を用いて所定の寸法の試験片を作製し、転がり疲れ特性の評価試験(スラスト寿命試験)を行なったので、その試験結果について説明する。スラスト寿命試験に使用した発明材1,2および比較材の化学成分(単位:重量%)は実施例1の表1に示すとおりである。本実施例で使用した試験機器(スラスト寿命試験機)の模式図を図1に示す。
本試験は、図1に示す様に直径φDの円盤状の試験片3を取り付けた油槽に潤滑油5を注入し、テーブル4を押し上げる。その後、保持器に支持された鋼球2をスラスト軸受1で受けることで所定の面圧Pを負荷する。その状態でモータ(図示なし)からの動力を伝達する軸10を所定の回転速度で回転させることで評価試験を行なう。試験片が破損するまで試験を継続して、破損時点の応力繰返し数を記録すると共に試験終了とする。
また、試験片が破損しなくても総回転数が1×108回に達した時点で試験終了とする。試験条件は以下の条件で5回繰り返して実施し、図示しないワイブル分布のグラフを作成した上で累積破損率が10%となるL10寿命をグラフ上から読み取り各試験片の評価寿命を比較評価した。
・試験片寸法:直径(φD)61mm×厚さ6mm
・試験面圧(P):4900MPa
・回転速度:1000rpm
・試験温度:室温(約23℃)
・潤滑油剤:ENEOS社製タービンオイル68
・試験片寸法:直径(φD)61mm×厚さ6mm
・試験面圧(P):4900MPa
・回転速度:1000rpm
・試験温度:室温(約23℃)
・潤滑油剤:ENEOS社製タービンオイル68
本試験の結果より、スラスト寿命試験における繰り返し数は、発明材1および2ともに1×108回以上であったが、比較材の累積破損率が10%における繰返し数は4.11~5.17×107回であり、発明材1よび2の結果に比較して短寿命であった。以上の試験結果より、発明材1および2の化学成分は比較材1および2の化学成分に対して転がり疲れ特性が優れていることがわかった。
(実施例3)
実施例1で使用した発明材1,2と比較材による試験片を作製し、高温硬さ試験を行なったので、その試験結果について説明する。準備した試験片(スラストプレート試験片:直径61mm×厚さ6mm)を100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、250℃、300℃の計8水準の各温度に1時間保持した後、その温度における試験片の表層および内部の硬さ(単位:ロックウェルCスケール)を測定した。各試験片の各温度(8水準)における表層および内部の硬さの測定結果を表3に示す。
実施例1で使用した発明材1,2と比較材による試験片を作製し、高温硬さ試験を行なったので、その試験結果について説明する。準備した試験片(スラストプレート試験片:直径61mm×厚さ6mm)を100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、250℃、300℃の計8水準の各温度に1時間保持した後、その温度における試験片の表層および内部の硬さ(単位:ロックウェルCスケール)を測定した。各試験片の各温度(8水準)における表層および内部の硬さの測定結果を表3に示す。
表3に示す様に比較材は保持温度が200℃までの間は180℃を超えると62HRC以下になり、200℃を超えると60HRC未満、300℃では約56HRCにまで低下した。一方、発明材1、2共に保持温度が200℃を超えても硬さは62HRC以上を保持しており、比較材よりも高温時における表層および内部の硬さが優位であることがわかった。
(実施例4)
実施例1で使用した発明材1,2と比較材を用いて転がり軸受の内輪(外径30.3mm、厚さ15mm)を作製し、当該内輪の高温域における寸法変化を測定したので、その試験結果について説明する。まず、加熱炉を目標の保持温度(目標温度)まで昇温する。加熱炉の温度が目標温度に到達してから試験片である内輪を加熱炉内に設置し、所定の時間(100時間、200時間、500時間、1000時間および2000時間)加熱後、加熱炉内から試験片である内輪を取り出し、常温に冷ましたあと、内輪の内径寸法を測定した(計5回計測)。なお、本試験における目標温度は、120℃および150℃の2水準で行った。
実施例1で使用した発明材1,2と比較材を用いて転がり軸受の内輪(外径30.3mm、厚さ15mm)を作製し、当該内輪の高温域における寸法変化を測定したので、その試験結果について説明する。まず、加熱炉を目標の保持温度(目標温度)まで昇温する。加熱炉の温度が目標温度に到達してから試験片である内輪を加熱炉内に設置し、所定の時間(100時間、200時間、500時間、1000時間および2000時間)加熱後、加熱炉内から試験片である内輪を取り出し、常温に冷ましたあと、内輪の内径寸法を測定した(計5回計測)。なお、本試験における目標温度は、120℃および150℃の2水準で行った。
本試験の寸法測定は、内輪の長手方向(軸方向)の中心位置における内径を測定した。試験開始してから所定時間経過後に内輪の内径寸法を測定し、その変化率(単位:%)を算出した。目標温度が120℃における内径寸法の変化率を表4、目標温度が150℃における内径寸法の変化率を表5にそれぞれ示す。
本試験の結果、目標温度が120℃における発明材1および2の寸法変化率は試験を開始してから2000時間経過後においていずれも0.005%であった。これに対して、比較材(SUJ2)の寸法変化率は0.025%となり、発明材1および2に比べて5倍の寸法変化が認められた。
同様に、目標温度が150℃における発明材1および2の寸法変化率は試験を開始してから2000時間経過後においていずれも0.025%および0.027%であり、いずれも目標温度が120℃の場合に比べて大きな寸法変化が認められた。しかし、比較材(SUJ2)の寸法変化率は0.082%まで変化し、発明材1および2の寸法変化率に対して3倍以上の寸法変化が認められた。
本発明に係る転がり軸受部品用合金鋼は、浸炭、窒化処理等の特殊な表面処理を行うことなく、通常の熱処理にて優れた表面硬さが得られる。これにより、自動車分野や産業機械分野等における各種転がり軸受部品等に利用できる。
Claims (10)
- 重量%で、C:1.10~1.50%、Si:0.70~2.50%、Mn:0.10~1.00%、Cr:1.00~4.00%、Mo:0.20~1.50%、V:0.05~0.80%であり、残余Feおよび不可避不純物からなることを特徴とする転がり軸受部品用合金鋼。
- 重量%で、C:1.10~1.50%、Si:0.70~2.50%、Mn:0.10~1.00%、Cr:1.00~4.00%、Mo:0.20~1.50%、Nb:0.025~0.20%であり、残余Feおよび不可避不純物からなることを特徴とする転がり軸受部品用合金鋼。
- 重量%で、C:1.10~1.50%、Si:0.70~2.50%、Mn:0.10~1.00%、Cr:1.00~4.00%、W+2Mo:0.40~3.0%、V:0.05~0.80%であり、残余Feおよび不可避不純物からなることを特徴とする転がり軸受部品用合金鋼。
- 重量%で、C:1.20~1.50%、Si:1.50~2.50%、Mn:0.10~1.00%、Cr:1.00~4.00%、Mo:0.20~0.70%、V:0.05~0.40%であり、残余Feおよび不可避不純物からなることを特徴とする請求項1に記載の転がり軸受部品用合金鋼。
- 重量%で、C:1.20~1.50%、Si:1.50~2.50%、Mn:0.10~1.00%、Cr:1.00~4.00%、Mo:0.20~0.70%、Nb:0.025~0.20%であり、残余Feおよび不可避不純物からなることを特徴とする請求項2に記載の転がり軸受部品用合金鋼。
- 重量%で、C:1.20~1.50%、Si:1.50~2.50%、Mn:0.10~1.00%、Cr:1.00~4.00%、W+2Mo:0.40~3.0%、V:0.05~0.40%であり、残余Feおよび不可避不純物からなることを特徴とする請求項3に記載の転がり軸受部品用合金鋼。
- 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の転がり軸受部品用合金鋼を用いたことを特徴とする転がり軸受部品。
- 前記転がり軸受部品は、転がり軸受用軌道輪であることを特徴とする請求項7に記載の転がり軸受部品。
- 表層の残留オーステナイト量が5~15体積%の範囲であって、かつ前記表層および内部の硬さがロックウェルCスケールで64HRC以上であることを特徴とする請求項7または8に記載の転がり軸受部品。
- 請求項7ないし請求項9のいずれか1項に記載の転がり軸受部品を用いたことを特徴とする転がり軸受。
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JPH03253542A (ja) * | 1990-03-01 | 1991-11-12 | Kawasaki Steel Corp | 耐熱軸受用鋼 |
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JP2005187888A (ja) * | 2003-12-25 | 2005-07-14 | Sanyo Special Steel Co Ltd | 転がり軸受に使用される静的強度に優れた過共析鋼の焼入れ方法 |
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