JP2004143536A - Method for manufacturing rolling slide member - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、軸受の軌道輪やカムフォロアローラ、一方向クラッチのカム面部材のように相手部材との間で転がり接触若しくは滑り接触または両接触が生ずる転がり摺動部材を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、転がり軸受の軌道輪等は、軸受鋼からなる素材に対し、鍛造、熱処理、旋削、焼入れ焼戻し、切削、研磨等の仕上げの各処理を施して形成している。そして、熱処理としては、▲1▼軸受鋼からなる素材の金属組織のムラをなくすためにオーステナイト化温度で加熱する焼準処理(焼きならし処理)を行った後に、素材を柔らかくして加工しやすくするために再結晶化温度で加熱する焼鈍処理(焼きなまし処理)を行ったり、▲2▼場合によっては焼準処理を行わずに焼鈍処理を行ったりしている(非特許文献1参照)。このような焼鈍処理により、軸受鋼からなる素材の金属組織は、フェライト地に硬いセメンタイト粒子が微細均一分散化されて、被削性が良好になる。
【0003】
【非特許文献1】
瀬戸浩蔵著「第9巻 軸受用鋼」(社)日本鉄鋼協会、1999年12月27日 p.59−62
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、焼鈍処理は、通常、700〜800℃で加熱保持した後炉冷するために5〜30時間という長時間を要するので、製造効率が悪いとともに、製造コストが高くつくという問題がある。
【0005】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、実用上問題がない被削性を確保しつつ、良好な製造効率を実現し、さらに製造コストを抑制することができる転がり摺動部材の製造方法の提供をその目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の転がり摺動部材の製造方法は、相手部材との間で相対的に転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触をする、熱処理硬化された高炭素鋼製の転がり摺動部材を製造する方法であって、高炭素鋼からなる素材を熱間鍛造して中間素材を作製し、この熱間鍛造済み中間素材に対し、焼準処理を施して、パーライト粒子間に存在するセメンタイトの最大厚さが1.5μm以下に設定された実質的にパーライト単相の金属組織からなる焼準処理済み中間素材を作製し、この焼準処理済み中間素材に対し、旋削処理を施すことを特徴している(請求項1)。
上記の構成によれば、旋削処理の対象の金属組織を実質的にパーライト単相となるように焼準処理を行っているので、被削性が実用上問題とならない焼準処理済み中間素材が得られる。そのため、長時間を要する焼鈍処理が不要となり、製造効率が良好になるとともに、製造コストを低く抑えることができる。また、炭素量が0.5重量%(以下「%」と略す)を超え、硬い初析セメンタイトが多い高炭素鋼を処理対象とし、焼鈍時間が特に長かったので、上記の製造方法によると、その改善効果が特に高い。
ここで、「実質的にパーライト単相」とは、パーライト粒子間に存在するセメンタイトの最大厚さが1.5μm以下に設定され、400倍の光学顕微鏡観察によればパーライト粒子のみからなるよう観察されることによる。
【0007】
上記の転がり摺動部材の製造方法において、前記焼準処理として、750〜830℃で加熱保持したのち、10℃/sec以下の速度で冷却する処理を行うことが好ましい(請求項2)。このような処理によれば、実質的にパーライト単相の金属組織に確実になる。なお、上記の加熱保持の時間は、通常の転がり軸受の軌道輪では、0.5〜2時間程度が好ましい。
【0008】
上記の転がり摺動部材の製造方法において、前記熱間鍛造済み中間素材として、パーライト粒子間に存在するセメンタイトの最大厚さが10μm以下に設定されているものを用いることが好ましい(請求項3)。上記の構成によれば、上記した焼準処理によりパーライト粒子間に存在するセメンタイトを実質上消滅させてパーライト単相とすることができる。
【0009】
上記の転がり摺動部材の製造方法において、前記熱間鍛造済み中間素材として、パーライトの粒径が50μm以下に設定されているものを用いることが好ましい(請求項4)。上記の構成によれば、上記した焼準処理によりパーライト粒子間に存在するセメンタイトを実質上消滅させてパーライト単相とすることができる。
【0010】
上記の転がり摺動部材の製造方法において、前記焼準処理済み中間素材の硬さがHRC30以下であることが好ましい(請求項5)。上記の構成によれば、より実用上問題がない被削性を確保できるので、より一層精度良く旋削処理を行うことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態にかかる転がり摺動部材の製造方法を示す工程図である。本製造方法によれば、まず、軸受鋼(SUJ2、組成:炭素1.01%、珪素0.24%、マンガン0.36%、ニッケル0.04%、1.46%、モリブデン0.01%、残部は鉄)からなる素材を準備し、この素材に対し、800〜1200℃程度の熱間鍛造を施して、表面硬さがHRC40程度の熱間鍛造済み中間素材を作製する。
図2は、得られた熱間鍛造済み中間素材の金属組織を約400倍の光学顕微鏡で観察したものを模式的に示す断面図である。この金属組織は、パーライト粒子1と、その粒子1間に存在する初析セメンタイト2とから構成されている。そして、初析セメンタイト2の最大厚さ(粒子1間の最大直線距離)は10μm以下に設定されていることが好ましく、より好ましくは8μm以下である。初析セメンタイトの最大厚さが小さいと、後述する焼準処理によって実質的にパーライト単相とすることができ、その結果として良好な被削性を実現できるからである。また、パーライト粒子1の平均粒径(最大径と最小径との和の1/2)は、被削性に悪影響を及ぼすパーライト粒子1中のセメンタイト層が薄くなるようにすべく、50μm以下に設定されていることが好ましく、より好ましくは40μm以下である。
【0012】
つぎに、得られた熱間鍛造済み中間素材に対し、図3に示すように、750〜830℃で0.5〜2時間加熱保持したのち、10℃/sec以下の速度で空冷する焼準処理を施して、硬さがHRC30以下、好ましくはHRC25以下の焼準処理済み中間素材を作製する。このような焼準処理により、初析セメンタイトが溶けて小さくなるとともに、再度析出するセメンタイトが大きく成長せず、さらに別の組織が出てくることもないので、実質的にパーライト単相となった金属組織を有するものとなる。なお、より好適な加熱保持温度は、より良好なパーライト単相を得るという観点から、760〜820℃である。また、通常の転がり軸受の場合の加熱保持時間は、より均質なパーライト単相を得るという観点から、0.75〜1.5時間である。また、より好適な空冷速度は、より良好なマルテンサイトを得るという観点から、7℃/sec以下である。
図4は、得られた焼準処理済み中間素材の金属組織を約400倍の光学顕微鏡で観察したものを模式的に示す断面図である。この金属組織は、実質的にパーライト粒子3からなる。このように、焼準処理済み中間素材は、熱間鍛造後には存在していた非常に硬い初析セメンタイトが実質上消滅してパーライト単相となった金属組織をしているので、従来の焼鈍処理によって得られた焼鈍処理済み中間素材に劣らない被削性を備えたものとなる。パーライト粒子3の平均粒径(最大径と最小径との和の1/2)は、60μm以下に設定されていることが好ましく、より好ましくは50μm以下である。
図5は、得られた焼準処理済み中間素材の金属組織を約1000倍の電子顕微鏡で観察したものを模式的に示す断面図である。より高倍率で観察を行うと、焼準処理済み中間素材の金属組織は、パーライト粒子3と、その粒子3間に介在する最大厚さが1.5μm以下のセメンタイト4とからなるが、非常に硬いセメンタイト4が実質的に存在しない程度といえる。
【0013】
つづいて、得られた焼準処理済み中間素材に対し、各種の旋削バイトを用いて旋削処理を施し、所定形状に加工する。ここで、上記した焼準処理済み中間素材は、上述したとおり、実用上問題がない被削性を備えているので、旋削バイトの寿命を損なうことなく、所定形状に加工することができる。
【0014】
その後、常法に従って、焼入れ焼戻しを行い、さらに切削、研磨等の仕上げ処理を行う。このようにして、目的とする転がり摺動部材を得ることができる。
【0015】
このようにして得られた転がり摺動部材は、焼鈍処理を行わず、加熱保持および冷却を特定の条件に規定した焼準処理を行ったのちに旋削処理を行っているので、製造効率が良好であるとともに、製造コストが多くかからず、安価なものとなっている。具体的には、従来熱間鍛造後の焼鈍処理に5〜30時間も要していたが、本実施形態によれば多くとも2時間程度の焼準処理で済ますことができ、その結果として40%程度コストを低減することができる。
【0016】
上記した転がり摺動部材は、転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触によって寿命に至る各種の部品、例えば、軸受の軌道輪や転動体として用いることができる。
【0017】
なお、上記ではSUJ2を用いたが、これに限定するものではなく、その他の軸受鋼(SUJ3等)や工具鋼等の高炭素鋼を用いてもよい。
【0018】
【発明の効果】
以上のように、請求項1の転がり摺動部材の製造方法によれば、長時間を要する焼鈍処理を行わず、旋削処理の対象の金属組織が実質的にパーライト単相となるように焼準処理を行っているので、実用上問題がない被削性を確保しつつ、良好な製造効率を実現し、さらに製造コストを低く抑えることができる。
【0019】
上記の製造方法において、前記焼準処理として750〜830℃で加熱保持したのち、10℃/sec以下の速度で冷却する処理を行う場合には、確実に、実質的にパーライト単相の金属組織となる。また、前記熱間鍛造済み中間素材として、パーライト粒子間に存在するセメンタイトの最大厚さが10μm以下に設定されているもの、あるいはパーライトの粒径が50μm以下に設定されているものを用いる場合には、上記した焼準処理によりパーライト粒子間に存在するセメンタイトを実質上消滅させてパーライト単相とすることができる。さらに、前記焼準処理済み中間素材として、その表面硬さがHRC30以下であるものを用いる場合には、より実用上問題がない被削性を確保できるので、より一層精度良く旋削処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる転がり摺動部材の製造方法の手順を示す工程図である。
【図2】約400倍の光学顕微鏡で観察した熱間鍛造済み中間素材の金属組織を模式的に示す断面図である。
【図3】本発明の一実施形態にかかる転がり摺動部材の製造方法における焼準処理条件を示す説明図である。
【図4】約400倍の光学顕微鏡で観察した焼準処理済み中間素材の金属組織を模式的に示す断面図である。
【図5】約1000倍の電子顕微鏡で観察した焼準処理済み中間素材の金属組織を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
3 パーライト粒子
4 セメンタイト[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a rolling sliding member in which rolling contact, sliding contact, or both contact occurs with a mating member such as a bearing ring of a bearing, a cam follower roller, and a cam surface member of a one-way clutch.
[0002]
[Prior art]
In general, a bearing ring or the like of a rolling bearing is formed by subjecting a material made of bearing steel to finishing such as forging, heat treatment, turning, quenching and tempering, cutting, and polishing. The heat treatment is as follows: (1) In order to eliminate unevenness in the metal structure of the material made of bearing steel, a normalizing process (heating process) of heating at an austenitizing temperature is performed, and then the material is softened and processed. In order to facilitate this, an annealing treatment (annealing treatment) in which heating is performed at a recrystallization temperature is performed, or in some cases, an annealing treatment is performed without performing a normalizing treatment (see Non-Patent Document 1). By such an annealing treatment, in the metal structure of the material made of the bearing steel, hard cementite particles are finely and uniformly dispersed in the ferrite ground, and the machinability is improved.
[0003]
[Non-patent document 1]
Kozo Seto, Vol. 9, Steel for Bearings, Japan Iron and Steel Association, December 27, 1999, p. 59-62
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the annealing treatment usually requires a long time of 5 to 30 hours to cool the furnace after heating and holding at 700 to 800 ° C., so that there is a problem that the production efficiency is low and the production cost is high.
[0005]
The present invention has been made in view of such circumstances, and while ensuring machinability without practical problems, realizing good manufacturing efficiency and further reducing the manufacturing cost of a rolling sliding member. Its purpose is to provide a manufacturing method.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The method for manufacturing a rolling sliding member according to the present invention is a method for manufacturing a rolling sliding member made of a heat-hardened high-carbon steel, which makes a rolling contact or a sliding contact or a contact including both contacts relatively with a mating member. In this method, a high carbon steel material is hot forged to produce an intermediate material, and this hot forged intermediate material is subjected to normalizing treatment to maximize the cementite existing between the pearlite particles. Producing a normalized intermediate material having a metal structure of a substantially pearlite single phase having a thickness set to 1.5 μm or less, and performing a turning process on the intermediate material after the normalization process; (Claim 1).
According to the above configuration, since the normalizing process is performed so that the metal structure to be subjected to the turning process becomes substantially a pearlite single phase, a normalized intermediate material whose machinability does not pose a practical problem is obtained. can get. This eliminates the need for a long-time annealing treatment, thereby improving the production efficiency and reducing the production cost. Further, high carbon steel having a carbon content exceeding 0.5% by weight (hereinafter abbreviated as “%”) and containing a large amount of hard proeutectoid cementite was treated, and the annealing time was particularly long. The improvement effect is particularly high.
Here, “substantially pearlite single phase” means that the maximum thickness of cementite existing between pearlite particles is set to 1.5 μm or less, and that the pearlite particles consist of only pearlite particles according to a 400 × optical microscope observation. It depends.
[0007]
In the above method for manufacturing a rolling sliding member, it is preferable that, as the normalizing process, a process of heating and holding at 750 to 830 ° C. and then cooling at a rate of 10 ° C./sec or less (claim 2). According to such a treatment, a metal structure of substantially pearlite single phase is ensured. The heating and holding time is preferably about 0.5 to 2 hours for a race of a normal rolling bearing.
[0008]
In the above method of manufacturing a rolling sliding member, it is preferable to use, as the hot forged intermediate material, a material in which a maximum thickness of cementite existing between pearlite particles is set to 10 μm or less (Claim 3). . According to the above configuration, the cementite existing between the pearlite particles can be substantially eliminated by the above normalizing treatment to form a pearlite single phase.
[0009]
In the above method for manufacturing a rolling sliding member, it is preferable to use, as the hot forged intermediate material, a material in which the particle size of pearlite is set to 50 μm or less (Claim 4). According to the above configuration, the cementite existing between the pearlite particles can be substantially eliminated by the above normalizing treatment to form a pearlite single phase.
[0010]
In the above method for manufacturing a rolling sliding member, it is preferable that the hardness of the intermediate material after the normalizing treatment is 30 or less HRC (claim 5). According to the above configuration, it is possible to ensure machinability with no practical problem, and therefore, it is possible to perform the turning process with higher accuracy.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a process chart showing a method for manufacturing a rolling sliding member according to an embodiment of the present invention. According to this manufacturing method, first, bearing steel (SUJ2, composition: carbon 1.01%, silicon 0.24%, manganese 0.36%, nickel 0.04%, 1.46%, molybdenum 0.01% The remainder is made of iron), and hot forging is performed on this material at about 800 to 1200 ° C. to produce a hot forged intermediate material having a surface hardness of about HRC40.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a metal structure of the obtained hot-forged intermediate material observed with an optical microscope of about 400 times. This metal structure is composed of
[0012]
Next, as shown in FIG. 3, the obtained hot forged intermediate material is heated and held at 750 to 830 ° C. for 0.5 to 2 hours, and then air cooled at a rate of 10 ° C./sec or less. The intermediate material having a hardness of HRC 30 or less, preferably HRC 25 or less is prepared by performing the treatment. By such normalizing treatment, the proeutectoid cementite melts and becomes small, and the re-precipitated cementite does not grow large, and further another structure does not come out, so that the pearlite substantially becomes a single phase. It has a metal structure. The more preferable heating and holding temperature is 760 to 820 ° C. from the viewpoint of obtaining a better pearlite single phase. In addition, the heating holding time in the case of a normal rolling bearing is 0.75 to 1.5 hours from the viewpoint of obtaining a more homogeneous pearlite single phase. Further, a more preferable air cooling rate is 7 ° C./sec or less from the viewpoint of obtaining better martensite.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a metallographic structure of the obtained intermediate material after the normalization treatment, which is observed with an optical microscope of about 400 times. This metal structure substantially consists of the
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a metallographic structure of the obtained intermediate material after the normalization treatment, which is observed with an electron microscope of about 1000 times. When observed at a higher magnification, the metallographic structure of the intermediate material after normalization treatment is composed of
[0013]
Subsequently, the obtained intermediate material having been subjected to the normalizing process is subjected to a turning process using various turning tools, and processed into a predetermined shape. Here, as described above, the above-mentioned intermediate material having been subjected to the normalizing treatment has machinability having no practical problem, so that the intermediate material can be processed into a predetermined shape without impairing the life of the turning tool.
[0014]
Thereafter, quenching and tempering are performed according to a conventional method, and further, finishing treatment such as cutting and polishing is performed. Thus, a desired rolling sliding member can be obtained.
[0015]
The rolling sliding member obtained in this manner is not subjected to annealing treatment, and is subjected to turning treatment after performing normalization treatment in which heating, holding and cooling are specified under specific conditions, so that production efficiency is good. In addition, the manufacturing cost is low and the cost is low. Specifically, the annealing process after hot forging conventionally required 5 to 30 hours, but according to the present embodiment, the normalizing process can be completed at most about 2 hours, and as a result, 40 hours is required. The cost can be reduced by about%.
[0016]
The above-mentioned rolling sliding member can be used as various parts whose life is extended by contact including rolling contact, sliding contact, or both contact, for example, a bearing ring or a rolling element of a bearing.
[0017]
Although SUJ2 is used in the above description, the invention is not limited to this, and other bearing steel (such as SUJ3) or high carbon steel such as tool steel may be used.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for manufacturing a rolling sliding member of the first aspect, normalizing is performed so that the metal structure to be turned is substantially a pearlite single phase without performing a long-time annealing process. Since the treatment is performed, good production efficiency can be achieved while maintaining machinability with no practical problem, and the production cost can be kept low.
[0019]
In the above-mentioned manufacturing method, when performing the cooling process at a rate of 10 ° C./sec or less after heating and holding at 750 to 830 ° C. as the normalizing process, the metal structure of substantially pearlite single phase is surely obtained. It becomes. In addition, when the hot forged intermediate material has a maximum thickness of cementite existing between pearlite particles set to 10 μm or less, or a material in which the particle size of pearlite is set to 50 μm or less, The cementite which is present between the pearlite particles can be substantially eliminated by the above normalizing treatment to form a pearlite single phase. Further, when the intermediate material having been subjected to the normalizing treatment, the one having a surface hardness of HRC30 or less is used, it is possible to secure the machinability without any practical problem, and therefore, it is necessary to perform the turning treatment with higher accuracy. Can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process chart showing a procedure of a method for manufacturing a rolling sliding member according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a metal structure of a hot-forged intermediate material observed with an optical microscope of about 400 times.
FIG. 3 is an explanatory view showing normalizing processing conditions in the method for manufacturing a rolling sliding member according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a metal structure of an intermediate material after normalization observed by an optical microscope of about 400 times.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the metal structure of the intermediate material after normalization observed with an electron microscope of about 1000 times.
[Explanation of symbols]
3 perlite particles 4 cementite
Claims (5)
高炭素鋼からなる素材を熱間鍛造して中間素材を作製し、
この熱間鍛造済み中間素材に対し、焼準処理を施して、パーライト粒子間に存在するセメンタイトの最大厚さが1.5μm以下に設定された実質的にパーライト単相の金属組織からなる焼準処理済み中間素材を作製し、
この焼準処理済み中間素材に対し、旋削処理を施すことを特徴とする転がり摺動部材の製造方法。A method for manufacturing a rolling sliding member made of heat-treated and hardened high carbon steel, which has a relative rolling contact or a sliding contact or a contact including both contacts with a mating member,
Hot forging a material made of high carbon steel to produce an intermediate material,
This hot-forged intermediate material is subjected to normalizing treatment to form a normal pearlite single-phase metal structure in which the maximum thickness of cementite existing between pearlite particles is set to 1.5 μm or less. Produce processed intermediate material,
A method of manufacturing a rolling sliding member, wherein a turning process is performed on the intermediate material after the normalizing process.
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