JP2005076111A

JP2005076111A - 鋼製環状部材の焼入れ方法

Info

Publication number: JP2005076111A
Application number: JP2003311112A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kokubu; 秀樹國分
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-09-03
Filing date: 2003-09-03
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】鋼製環状部材の外径が４００ｍｍを超えるような場合でも熱歪抑制型の大型化や寸法精度のバラツキ等を招くことなく鋼製環状部材に焼入れを施すことのできる鋼製環状部材の焼入れ方法を提供する。
【解決手段】鉄鋼材料からなる環状部材１１に焼入れを施す際に、環状部材１１の内径より小さい外径で円筒状もしくは円柱状に形成され且つ環状部材１１の内周面を外径方向に押圧する押圧機構部１５を有する熱歪抑制型１４を用いて焼入れを行なう。また、環状部材１１の炭素含有量を０．３重量％以下に設定し、かつ環状部材１１に浸炭処理または浸炭窒化処理を施してから焼入れを行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば転がり軸受の軌道輪として用いられる鋼製環状部材の焼入れ方法に関するものである。

転がり軸受の軌道輪には、所要の硬さと靭性を得るために、通常、焼入れ焼戻しが施されるが、軌道輪の外径に対する厚み（肉厚比）が４％以下になると、焼入れ時に熱歪が生じ、軌道輪の真円度や平面度を低下させるという問題がある。そこで、かかる問題を解消するために、円筒状の熱歪抑制型を用いて軌道輪等の鋼製環状部材に焼入れを施す方法が知られている（特許文献１参照）。
特許第２８６０４８１号公報

しかしながら、上記文献１に開示された方法は、熱歪抑制型の中に環状部材を嵌め入れ、環状部材の外周面を熱歪抑制型の内周面で拘束して焼入れ時の熱歪を抑制しているため、環状部材の外径が例えば４００ｍｍを超えるような場合には熱歪抑制型が大型化するという問題があった。また、上記文献１に開示された方法は、加熱炉で加熱された環状部材を熱歪抑制型に嵌め入れて熱歪を抑制する方法であるため、環状部材の肉厚が薄く、熱容量が小さい場合には環状部材を加熱炉から熱歪抑制型に搬送する途中で環状部材が冷めてしまい、所要の硬さが得られ難いという問題もあり、さらに環状部材を加熱炉から熱歪抑制型に搬送する途中で環状部材に異常変形等が生じ易いという問題もあった。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、鋼製環状部材の外径が４００ｍｍを超えるような場合でも熱歪抑制型の大型化や寸法精度のバラツキ等を招くことなく鋼製環状部材に焼入れを施すことのできる鋼製環状部材の焼入れ方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に係る発明は、鋼製環状部材の内径より小さい外径で円筒状もしくは円柱状に形成され、かつ前記環状部材の内周面を外径方向に押圧する押圧機構部を有する熱歪抑制型を用いて前記環状部材に焼入れを施す方法であって、前記環状部材の炭素含有量を０．３重量％以下にして焼入れを施すことを特徴とするものである。
本発明のうち請求項２に係る発明は、請求項１記載の鋼製環状部材の焼入れ方法において、前記環状部材に対して浸炭処理または浸炭窒化処理を行い、前記環状部材の表面硬さをＨＲＣ５８以上にしてから焼入れを施すことを特徴とするものである。

本発明に係る鋼製環状部材の焼入れ方法では、鋼製環状部材の内径より小さい外径で円筒状もしくは円柱状に形成され、かつ環状部材の内周面を外径方向に押圧する押圧機構部を有する熱歪抑制型を用いて焼入れを行なうので、鋼製環状部材の外径が４００ｍｍを超えるような場合でも熱歪抑制型の大型化を招くことなく鋼製環状部材に焼入れを施すことができる。また、環状部材の炭素含有量を０．３重量％以下にして焼入れを施すことで、焼入れ後の寸法精度のバラツキを小さくすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る鋼製環状部材の焼入れ方法で使用される環状部材用熱処理装置の一例を示す図である。同図において、符号１１は被熱処理部材としての環状部材であり、この環状部材１１はＳＵＪ２等の鉄鋼材料から形成されている。また、符号１２は環状部材１１を支持する円板状の支持台、１３は支持台１２を鉛直な軸回りに回転駆動する駆動モータであり、支持台１２の上面には、熱歪を抑制するための熱歪抑制型１４が設置されている。

熱歪抑制型１４は環状部材１１の内径より小さい外径で円筒状に形成されており、この熱歪抑制型１４には、環状部材１１の内周面を外径方向に押圧する押圧機構部１５が付設されている。また、熱歪抑制型１４は例えばオーステナイト系ステンレス鋼あるいはセラミックス等で形成されており、この熱歪抑制型１４の外周には、高周波誘導加熱コイル１６およびリング状の冷却ジャケット１７が配設されている。

押圧機構部１５は多数本の押圧棒１５１を有しており、これらの押圧棒１５１は熱歪抑制型１４の内部に放射状に且つ熱歪抑制型１４の半径方向に進退自在に配設されている。また、押圧機構部１５は多数のコイルばね１５２を有しており、押圧棒１５１はコイルばね１５２のばね力により熱歪抑制型１４の外径方向に付勢されている。
高周波誘導加熱コイル１６は冷却ジャケット１７の上方に位置しており、冷却ジャケット１７の内周面には、複数個の冷却液噴出ノズル１８が冷却ジャケット１７の周方向に等間隔で配設されている。なお、支持台１２の上面中央部には、図示しないナットと協働して押え蓋１９を熱歪抑制型１４の上端に固定するための押え蓋固定軸２０が立設されている。

このような熱処理装置を用いて環状部材１１に焼入れを施す場合は、先ず、支持台１２の上面周縁部に設けられた直線転がり軸受２１の上に環状部材１１を載置する。次に、熱歪抑制型１４に設けられた押圧機構部１５で環状部材１１の内周面を外径方向に押圧し、この状態で環状部材１１を高周波誘導加熱コイル１６で誘導加熱する
環状部材１１に焼戻しを施す場合は、先ず、支持台１２を下方に移動させ、環状部材１１の外周面を冷却ジャケット１７の内周面に対向させる。次に、支持台１２の下方への移動を停止させた後、冷却ジャケット１７の冷却液噴出ノズル１８から噴出する冷却液で環状部材１１を冷却する。

上述のように、熱歪抑制型１４が環状部材１１の内径より小さい外径で円筒状に形成され且つ環状部材１１の内周面を外径方向に押圧する押圧機構部１５を有することで、前述した従来技術のように、環状部材を熱歪抑制型の中に嵌め入れなくても熱歪を抑制できるので、環状部材の外径が４００ｍｍを超えるような場合でも熱歪抑制型の大型化を招くことなく環状部材に対して焼入れを実施することができる。また、加熱炉を使用せずに一つのステージで加熱と冷却を行うことができ、前述した従来技術のように、環状部材を加熱炉から熱歪抑制型へ搬送しなくてよいので、搬送時における環状部材の異常変形等を防止することができる。

ところで、図１に示す熱処理装置により熱処理される環状部材１１の素材として軸受鋼（炭素含有量：０．９〜１．１重量％）を選定すると、焼入れ及び焼戻し時における環状部材１１の寸法が図３に示す曲線のように変化する。そして、最下点であるマルテンサイト変態点Ｍｓを通り過ぎると、焼戻し時に収縮から膨張に転じ、元の寸法よりも大きくなって寸法精度のバラツキを生じさせる要因となる。
これに対して、環状部材１１の素材として浸炭鋼（炭素含有量：０．１５〜０．３重量％）を選定した場合は、焼入れ及び焼戻し時における環状部材１１の寸法が図２に示す曲線のように変化し、冷却時に収縮から膨張に転じることがないので、寸法精度のバラツキを小さくすることができる。

上述した効果を確認するために、本発明者は、表１に示す番号１〜１４のテストピースを使用し、図１の熱処理装置で高周波焼入れ（高周波焼入れ条件：１０ｋＨＺ、２００ｋＷ）を行った。そして、焼入れ後における各テストピースの寸法を測定し、そのバラツキを求めた。その結果を表１に併記する。なお、テストピースの炭素含有量が０．５重量％未満のものは、ＨＲＣ５８以上の表面硬さを得るために、下記の条件で浸炭処理または浸炭窒化処理を施した後、高周波焼入れを行った。
浸炭条件：ＲＸガス＋エンリッチガス雰囲気、９３０℃〜９６０℃、２〜５時間、放冷
浸炭窒化条件：ＲＸガス＋エンリッチガス＋ＮＨ₃雰囲気、９３０℃〜９６０℃、２〜５時間、放冷

表１において、番号１〜６のテストピースは図４（ａ）に示す熱処理条件で高周波焼入れと焼戻しを行ったもので、番号７，９，１１，１３のテストピースは図４（ｂ）に示す熱処理条件で高周波焼入れと焼戻しを行ったものである。また、番号８，１０，１２，１４のテストピースは図４（ｃ）に示す熱処理条件で高周波焼入れと焼戻しを行ったものである。
表１から明らかなように、番号１〜４及び７，８のテストピースは炭素含有量が０．３重量％を超えているため、寸法精度のバツラキが大きいことがわかる。また、番号５，６のテストピースは炭素含有量が０．３重量％以下であるが、表面硬さがＨＲＣ５８未満のため、転がり軸受の軌道輪として不適であることがわかる。

これに対し、番号９〜１４のテストピースは炭素含有量が０．３重量％以下であるため、寸法精度のバツラキが小さいことがわかる。また、番号９〜１４のテストピースは焼入れの前に浸炭処理または浸炭窒化処理が施されているので、表面硬さもＨＲＣ５８以上であることがわかる。
したがって、環状部材の炭素含有量を０．３重量％以下にして焼入れを施すことで、焼入れ後における寸法精度のバツラキを小さくすることができる。また、焼入れの前に浸炭処理または浸炭窒化処理を施すことで、転がり軸受の軌道輪として好適な鋼製環状部材を得ることができる。
なお、上述した実施の形態では熱歪抑制型１４を環状部材１１の内径より小さい外径で円筒状に形成したが、熱歪抑制型１４を環状部材１１の内径より小さい外径で円柱状に形成してもよい。

本発明に係る鋼製環状部材の焼入れ方法で使用される環状部材用熱処理装置の一例を示す図である。軸受鋼からなる環状部材の焼入れ及び焼戻し時における寸法変化を示す図である。浸炭鋼からなる環状部材の焼入れ及び焼戻し時における寸法変化を示す図である。表１の熱処理Ａ〜Ｃを説明するための図である。

符号の説明

１１環状部材
１２支持台
１３駆動モータ
１４熱歪抑制型
１５押圧機構部
１６高周波誘導加熱コイル
１７冷却ジャケット
１８冷却液噴出ノズル
１９押え蓋
２０押え固定軸
２１直線転がり軸受

Claims

鋼製環状部材の内径より小さい外径で円筒状もしくは円柱状に形成され、かつ前記環状部材の内周面を外径方向に押圧する押圧機構部を有する熱歪抑制型を用いて前記環状部材に焼入れを施す方法であって、前記環状部材の炭素含有量を０．３重量％以下にして焼入れを施すことを特徴とする鋼製環状部材の焼入れ方法。
請求項１記載の鋼製環状部材の焼入れ方法において、前記環状部材に対して浸炭処理または浸炭窒化処理を行い、前記環状部材の表面硬さをＨＲＣ５８以上にしてから焼入れを施すことを特徴とする鋼製環状部材の焼入れ方法。