JP2005291343A - Rolling bearing - Google Patents
Rolling bearing Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005291343A JP2005291343A JP2004106488A JP2004106488A JP2005291343A JP 2005291343 A JP2005291343 A JP 2005291343A JP 2004106488 A JP2004106488 A JP 2004106488A JP 2004106488 A JP2004106488 A JP 2004106488A JP 2005291343 A JP2005291343 A JP 2005291343A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- austenite
- heat treatment
- cooling
- temperature
- rolling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Rolling Contact Bearings (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
【課題】 低コストで且つ生産性を低下させることなく、結晶粒の微細化を可能にし、これにより、材料を強化して転がり軸受の長寿命化を図る。
【解決手段】 内輪、外輪及び転動体の内の少なくとも一つの素材をC含有量:0.8重量%以上の高炭素軸受鋼とすると共に、熱処理完了後の最大炭化物粒子径を0.8μm以下とし、且つ旧オーステナイト粒径を6μm以下とし、前記熱処理が、素材を900°〜1000°Cに加熱してオーステナイト化した後、急冷によりマルテンサイト組織とする第1の工程と、500〜700°Cで1〜2時間保持する第2の工程と、500〜700°Cの温度に保持した状態で塑性加工した後、冷却する第3の工程と、冷却後、オーステナイト温度域に加熱した後、焼入れする第4の工程と、焼戻しする第5の工程とを具備する。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the size of crystal grains at low cost and without reducing productivity, thereby strengthening the material and extending the life of the rolling bearing.
SOLUTION: At least one material of an inner ring, an outer ring and a rolling element is made of a high carbon bearing steel having a C content of 0.8 wt% or more, and a maximum carbide particle diameter after heat treatment is 0.8 μm or less. And the first austenite grain size is 6 μm or less, and the heat treatment is performed at a temperature of 900 ° C. to 1000 ° C. to austenite, and then rapidly cooled to form a martensite structure, and 500 to 700 ° The second step of holding at C for 1-2 hours, the third step of cooling after plastic working in a state of holding at a temperature of 500-700 ° C, and after cooling to the austenite temperature range after cooling, A fourth step of quenching and a fifth step of tempering.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、例えば自動車、一般産業機械、工作機械、鉄鋼機械等に用いられる玉軸受、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受等の転がり軸受の長寿命化に関する。 The present invention relates to extending the life of rolling bearings such as ball bearings, angular ball bearings, cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, and self-aligning roller bearings used in automobiles, general industrial machines, machine tools, steel machines, and the like.
通常、転がり軸受の材料としては、高炭素クロム軸受鋼が用いられるが、近年、使用条件の過酷化傾向に対応するために転がり軸受の長寿命化の要求が高まり、クリーンな潤滑条件下では、材料の清浄度を高めることで、長寿命化が図られている。また、軸受鋼は、通常、焼き入れ、焼戻し処理が施されるが、寿命を延長させるため、浸炭窒化焼き入れ処理が施される場合もある。 Normally, high-carbon chromium bearing steel is used as the material for rolling bearings.In recent years, the demand for longer life of rolling bearings has increased in order to cope with the increasing trend of usage conditions. Longer life is achieved by increasing the cleanliness of the material. In addition, the bearing steel is usually subjected to quenching and tempering, but may be subjected to carbonitriding and quenching in order to extend the life.
上述した材料の清浄度の向上については、鋼の製造上、介在物を無くすことは不可能であり、極限まで介在物を低減させるには特殊な溶解方法が必要となるため、素材のコストアップにつながる。また、浸炭窒化処理を施す場合には、長時間の浸炭窒化処理が必要となり、やはり製品のコストアップにつながる。
そこで、このような問題点を解決するため、軸受鋼の強度を向上させて、転動疲労寿命の改善を図ることが考えられる。材料の強度を改善する手法としては、金属学的には、(1)結晶粒を細かくする、(2)炭素、窒素の固溶量を増加させ、固溶強化を図る、(3)炭化物による析出強化が主に挙げられている。
Regarding the improvement of the cleanliness of the materials mentioned above, it is impossible to eliminate inclusions in the production of steel, and a special melting method is required to reduce the inclusions to the limit. Leads to. In addition, when carbonitriding is performed, long-time carbonitriding is required, which also increases the cost of the product.
Therefore, in order to solve such problems, it is conceivable to improve the rolling fatigue life by increasing the strength of the bearing steel. As a technique for improving the strength of the material, metallographically, (1) make the crystal grains finer, (2) increase the solid solution amount of carbon and nitrogen, and strengthen the solid solution, (3) by carbide Precipitation strengthening is mainly cited.
上記(2)の手法は、上述した浸炭窒化処理に相当し、コスト上の問題があり、また、上記(3)の手法は、通常の軸受鋼ではセメンタイトが析出物に相当し、強化に必要とされる析出量が確保されているため、析出硬化で強度を向上させるには、MoやV等の特殊な元素の添加が必要となり、やはり素材のコストアップにつながる。
上記(1)の結晶粒の微細化による強化は、結晶粒径dの−1/2乗に比例して、材料強度が増すというホールペッチ則で知られており、素材を変えずに、結晶粒径を細かくするだけで強度が改善されるので、近年、注目を集めている強化方法である。
The method (2) corresponds to the carbonitriding process described above and has a cost problem. In the method (3), cementite is equivalent to a precipitate in ordinary bearing steel and is necessary for strengthening. Therefore, in order to improve the strength by precipitation hardening, it is necessary to add special elements such as Mo and V, which also increases the cost of the material.
The strengthening by the refinement of the crystal grain of the above (1) is known by the Hall Petch rule that the material strength increases in proportion to the -1/2 power of the crystal grain diameter d. Since the strength is improved simply by reducing the diameter, it has recently been attracting attention.
軸受鋼の結晶粒の微細化を図った事例としては、軸受鋼SUJ2をオーステナイト温度域に加熱後、熱間、温間域に跨がるように、塑性加工を施した後、室温まで被加熱物を下げずに、再度、オーステナイト化温度まで加熱して焼入れすることによって、通常の焼入れ、焼戻し処理で得られる10〜15μm程度の結晶粒を、最も細かくした場合、4μm程度まで細粒化し、これにより、寿命延長を図るようにしたものが提案されている(例えば特許文献1参照)。
しなしながら、上記特許文献1においては、変態点よりも高い温度域と低い温度域の2段階で塑性加工を行うので、被加熱物の正確な温度制御が必要となるばかりか、50%以上の大きな加工率での塑性加工が必要になるため、加熱時に塑性加工を施す装置が複雑になってコスト高になり、また、塑性加工後、室温まで被加熱物を下げずに、再度、オーステナイト化温度まで加熱して焼入れするため、生産性に劣るという問題がある。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、低コストで且つ生産性を低下させることなく、結晶粒の微細化を可能にし、これにより、材料を強化して長寿命化を図ることができる転がり軸受を提供することを目的とする。
However, in the above-mentioned Patent Document 1, since plastic processing is performed in two stages of a temperature range higher and lower than the transformation point, not only accurate temperature control of the object to be heated is required, but also 50% or more. Therefore, it is necessary to perform plastic processing at a large processing rate, which increases the cost of the apparatus for performing plastic processing during heating, and increases the cost again after the plastic processing without lowering the object to be heated to room temperature. There is a problem in that the productivity is inferior because it is heated to the crystallization temperature and quenched.
The present invention has been made to eliminate such inconveniences, and enables the refinement of crystal grains at a low cost and without reducing the productivity, thereby strengthening the material and extending the life. An object of the present invention is to provide a rolling bearing capable of achieving the above.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に転動可能に配設された転がり軸受において、
前記内輪、前記外輪及び前記転動体の内の少なくとも一つの素材をC含有量:0.8重量%以上の高炭素軸受鋼とし、且つ熱処理時に塑性加工を行うことで、該熱処理完了後の最大炭化物粒子径を0.8μm以下、旧オーステナイト粒径を6μm以下としたことを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, the invention according to claim 1 is a rolling bearing in which a plurality of rolling elements are disposed between an inner ring and an outer ring so as to be able to roll in the circumferential direction.
By using at least one material of the inner ring, the outer ring and the rolling element as a high carbon bearing steel having a C content of 0.8% by weight or more, and performing plastic working at the time of heat treatment, the maximum after completion of the heat treatment The carbide particle diameter is 0.8 μm or less, and the prior austenite particle diameter is 6 μm or less.
請求項2に係る発明は、請求項1において、前記熱処理が、素材を900°〜1000°Cに加熱してオーステナイト化した後、急冷によりマルテンサイト組織とする第1の工程と、500〜700°Cで1〜2時間保持する第2の工程と、500〜700°Cの温度に保持した状態で塑性加工した後、冷却する第3の工程と、冷却後、オーステナイト温度域に加熱した後、焼入れする第4の工程と、焼戻しする第5の工程とを具備することを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the first process according to claim 1, wherein the heat treatment is performed by first heating the material to 900 ° C. to 1000 ° C. to austenite, followed by quenching to form a martensite structure, and 500 to 700 After the second step of holding at ° C. for 1-2 hours, the third step of cooling after plastic working in a state of holding at a temperature of 500-700 ° C., and after cooling to the austenite temperature range A fourth step of quenching and a fifth step of tempering.
本発明によれば、内輪、外輪及び転動体の内の少なくとも一つの素材をC含有量:0.8重量%以上の高炭素軸受鋼とし、且つ熱処理時に塑性加工を行うことで、該熱処理完了後の最大炭化物粒子径を0.8μm以下、旧オーステナイト粒径を6μm以下とすることにより、熱処理完了後の最大炭化物粒子径及び旧オーステナイト粒径を微細化して材料を強化し、これにより、転動疲労寿命の延長を可能にする。 According to the present invention, at least one of the inner ring, the outer ring, and the rolling element is made of high carbon bearing steel having a C content of 0.8% by weight or more, and the heat treatment is completed by performing plastic working during the heat treatment. By making the maximum carbide particle diameter after 0.8 μm or less and the prior austenite particle diameter 6 μm or less, the maximum carbide particle diameter and the prior austenite particle diameter after heat treatment are refined to strengthen the material. Allows extension of dynamic fatigue life.
また、前記熱処理が、素材を900°〜1000°Cに加熱してオーステナイト化した後、急冷によりマルテンサイト組織とする第1の工程と、500〜700°Cで1〜2時間保持する第2の工程と、500〜700°Cの温度に保持した状態で塑性加工した後、冷却する第3の工程と、冷却後、オーステナイト温度域に加熱した後、焼入れする第4の工程と、焼戻しする第5の工程とを具備することで、塑性加工を施す装置を簡略にして低コスト化を図ることができると共に、塑性加工後、被加熱物を室温まで下げてから、再度、オーステナイト化温度まで加熱して焼入れすることができるので、生産性の向上を図ることができる。 Moreover, after the said heat processing heats a raw material to 900 degreeC-1000 degreeC and austenitizes, the 1st process made into a martensitic structure by rapid cooling, and 2nd hold | maintained at 500-700 degreeC for 1 to 2 hours. , Tempering, and third step of cooling after plastic working in a state maintained at a temperature of 500 to 700 ° C., and fourth step of quenching after cooling and heating to the austenite temperature range. By including the fifth step, it is possible to reduce the cost by simplifying the apparatus for performing the plastic working, and after the plastic working, the object to be heated is lowered to room temperature, and again to the austenitizing temperature. Since it can be quenched by heating, productivity can be improved.
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。
図1は本発明の実施の形態の一例である転がり軸受の熱処理工程を説明するための図、図2は比較例1の熱処理工程を説明するための図、図3は比較例2の熱処理工程を説明するための図、図4は比較例4の熱処理工程を説明するための図、図5は比較例5及び比較例6の熱処理工程を説明するための図、図6は比較例7の熱処理工程を説明するための図、図7は実施例2の走査型電子顕微鏡による写真、図8は比較例7の走査型電子顕微鏡による写真、図9は温間での塑性加工率と結晶粒径との関係を示すグラフ図、図10は結晶粒径と寿命比との関係を示すグラフ図、図11は結晶粒径と最大炭化物粒径と寿命比との関係を示すグラフ図である。
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a diagram for explaining a heat treatment process of a rolling bearing as an example of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining a heat treatment process of Comparative Example 1, and FIG. 3 is a heat treatment process of Comparative Example 2. 4 is a diagram for explaining the heat treatment process of Comparative Example 4, FIG. 5 is a diagram for explaining the heat treatment process of Comparative Example 5 and Comparative Example 6, and FIG. FIG. 7 is a photograph taken by a scanning electron microscope of Example 2, FIG. 8 is a photograph taken by a scanning electron microscope of Comparative Example 7, and FIG. 9 is a warm plastic working rate and crystal grains. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the crystal grain size and the life ratio, and FIG. 11 is a graph showing the relationship between the crystal grain size, the maximum carbide particle size and the life ratio.
本発明では、一般的に転がり軸受に使用される高炭素クロム鋼SUJ2に代表される高炭素鋼の最大炭化物粒子径及び旧オーステナイト粒径を、通常の焼入れ、焼戻し処理を施した場合よりも微細にすることによって、転がり疲労特性を改善する。
本発明における結晶粒の微細化の方法は、素材を一度焼入れてマルテンサイト組織として、マルテンサイトを高温で焼戻し、微細な炭化物を多量に析出させることによって、オーステナイト化時にオーステナイト粒の核の発生箇所となる炭化物と基地(フェライト)との界面を増やし、この状態で、塑性加工を行って加工歪を与え、この加工歪によって更にオーステナイト粒の核発生の箇所を増やすことを特徴としている。
In the present invention, the maximum carbide particle size and the prior austenite particle size of the high carbon steel represented by the high carbon chromium steel SUJ2 generally used for rolling bearings are finer than when subjected to normal quenching and tempering treatment. By improving the rolling fatigue characteristics.
The method of crystal grain refinement in the present invention is to quench the material once into a martensite structure, temper the martensite at a high temperature, and precipitate a large amount of fine carbides, thereby generating austenite grain nuclei during austenite formation. The interface between the carbide and the base (ferrite) is increased, and in this state, plastic processing is performed to give processing strain, and the processing strain further increases the number of nucleation sites of austenite grains.
即ち、本発明の実施の形態の一例である転がり軸受は、内輪、外輪及び転動体の内の少なくとも一つの素材をC含有量:0.8重量%以上の高炭素軸受鋼とし、且つ熱処理時に塑性加工を行うことで、該熱処理完了後の最大炭化物粒子径を0.8μm以下、旧オーステナイト粒径を6μm以下としたもので、前記熱処理が、図1に示すように、素材を900°〜1000°Cで20〜60分加熱してオーステナイト化した後、油冷による急冷でマルテンサイト組織とする第1の工程と、500〜700°Cで1〜2時間保持する第2の工程と、500〜700°Cの温度に保持した状態でA1変態点より低い温度域で温間加工率25〜70%の塑性加工を行った後、冷却する第3の工程と、冷却後、800〜840°Cで10〜30分オーステナイト温度域に加熱した後、焼入れする第4の工程と、焼戻しする第5の工程とを具備する。 That is, in the rolling bearing as an example of the embodiment of the present invention, at least one of the inner ring, the outer ring and the rolling element is made of high carbon bearing steel having a C content of 0.8% by weight or more, and at the time of heat treatment. By performing plastic working, the maximum carbide particle diameter after completion of the heat treatment is 0.8 μm or less, and the prior austenite particle diameter is 6 μm or less. As shown in FIG. After heating at 1000 ° C for 20 to 60 minutes to austenite, a first step of martensite structure by quenching with oil cooling, a second step of holding at 500 to 700 ° C for 1 to 2 hours, A third step of cooling after performing plastic working with a warm working rate of 25 to 70% in a temperature range lower than the A1 transformation point while maintaining a temperature of 500 to 700 ° C, and after cooling, 800 to 840 10-30 minutes austena at ° C After heating to preparative temperature range, comprising a fourth step of hardening, and a fifth step of tempering.
これにより、熱処理完了後の最大炭化物粒子径及び旧オーステナイト粒径を微細化して材料を強化し、転動疲労寿命の延長を可能にすると共に、塑性加工を施す装置を簡略にして低コスト化を図り、更に、塑性加工後、被加熱物を室温まで下げてから、再度、オーステナイト化温度まで加熱して焼入れできるようにして、生産性の向上を図るようにしている。 As a result, the maximum carbide particle size and the prior austenite particle size after heat treatment are refined to strengthen the material, extending the rolling fatigue life, and simplifying the plastic processing device and reducing the cost. Further, after the plastic working, the object to be heated is lowered to room temperature and then heated again to the austenitizing temperature so as to be hardened, thereby improving the productivity.
次に、各工程について詳述する。
(第1の工程)
第1の工程は、前処理としての焼入れ処理であり、マルテンサイト組織とする工程である。焼入れ温度は900〜1000°Cの範囲内で行なわれ、マルテンサイトと残留オーステナイトの二相組織とする。通常の軸受鋼の標準焼入れ温度である830〜850°Cよりも高い温度で焼入れを施すのは、900〜1000°Cで焼入れをすることによって、球状化セメンタイトを消失させ、炭素の固溶量を増やし、第2の工程における焼戻し炭化物量を増やすためである。
Next, each step will be described in detail.
(First step)
A 1st process is a hardening process as a pre-processing, and is a process made into a martensitic structure. The quenching temperature is in the range of 900 to 1000 ° C., and has a two-phase structure of martensite and retained austenite. Quenching at a temperature higher than 830 to 850 ° C, which is the standard quenching temperature of normal bearing steel, eliminates spheroidized cementite by quenching at 900 to 1000 ° C, and the amount of solid solution of carbon This is to increase the amount of tempered carbide in the second step.
(第2の工程)
第2の工程は、高温焼戻し工程であり、500〜700°Cで1〜2時間行う。このときに第1の工程で得られた基地組織であるマルテンサイトが焼戻され、セメンタイトが析出する。この焼戻しセメンタイトは、マルテンサイトの基地中に均一に微細に析出する。この焼戻しによって、セメンタイトと基地組織のフェライトとの界面が球状化焼鈍の状態よりも増加し、その後の焼入れでオーステナイト粒の核ができる箇所が増え、球状化焼鈍材をオーステナイト化して焼入れる場合よりも微細化する。
(Second step)
The second step is a high temperature tempering step and is performed at 500 to 700 ° C. for 1 to 2 hours. At this time, the martensite which is the base structure obtained in the first step is tempered, and cementite is precipitated. This tempered cementite precipitates uniformly and finely in the martensite matrix. By this tempering, the interface between cementite and the ferrite of the base structure increases more than the spheroidizing annealing state, the number of nucleation of austenite grains is increased by subsequent quenching, and the spheroidizing annealing material is austenitized and quenched. Also refines.
なお、500°C未満においても微細な焼戻し炭化物は析出するが、500°C未満で析出する炭化物は500°C以上の高温では不安定であるため、後述する第4の工程でのオーステナイト化の際の昇温過程で分解してしまい、オーステナイト粒の核発生箇所になりにくいため、微細化が進行しにくい。このため、保持温度は、オーステナイト化時に安定にかつ微細に存在できる炭化物が得られる500〜700°Cとする。 Fine tempered carbides are precipitated even at temperatures below 500 ° C, but carbides precipitated at temperatures below 500 ° C are unstable at high temperatures of 500 ° C or higher, so that austenitization in the fourth step described later is performed. Since it decomposes in the temperature rising process at that time and does not easily become a nucleation site of austenite grains, miniaturization hardly proceeds. For this reason, holding temperature shall be 500-700 degreeC from which the carbide | carbonized_material which can exist stably and finely at the time of austenitization is obtained.
(第3の工程)
第3の工程は、さらに微細化を促進するために、加工歪を導入する工程である。500〜700°Cは温間加工領域であり、塑性加工によって材料内に導入された歪は、残存したままになる。この加工による歪を蓄えた状態で、オーステナイト域に再度加熱すると、オーステナイト結晶粒の核が生成する箇所が増えて微細化が進行する。この段階での歪量が大きければ、第4の工程で焼入れを行なう際に、オーステナイト粒の核が発生する箇所が増え、更に結晶粒の微細化が進行しやすくなる。
(Third step)
The third step is a step of introducing processing strain in order to further promote miniaturization. 500 to 700 ° C. is a warm working region, and strain introduced into the material by plastic working remains. If the austenite region is heated again in a state in which the strain due to this processing is stored, the number of locations where nuclei of austenite crystal grains are generated increases, and refinement proceeds. If the amount of strain at this stage is large, the number of locations where austenite grain nuclei are generated is increased during quenching in the fourth step, and further refinement of the crystal grains is facilitated.
また、第2の工程における高温の焼戻し処理によって僅かではあるが結晶粒界に層状にセメンタイトが析出する部位があり、第3の工程における塑性加工で層状の炭化物を分断させて微細化を促進させる作用もある。塑性加工を施した後の冷却については、水冷、油冷などの急冷が望ましいが放冷でもよい。
更に、500〜700°Cでの温間加工の方法としては、ローリングミルによるローリング成形、温間鍛造が挙げられる。
In addition, there is a portion where cementite precipitates in a layered manner at the crystal grain boundary by the high-temperature tempering treatment in the second step, and the layered carbide is divided by plastic working in the third step to promote refinement. There is also an effect. The cooling after the plastic working is preferably rapid cooling such as water cooling or oil cooling but may be allowed to cool.
Furthermore, examples of the method of warm working at 500 to 700 ° C. include rolling forming by a rolling mill and warm forging.
微細化に必要な温間での塑性加工率は、肉厚比で25%以上であり、安定的に微細化を図る場合は、30%以上の加工率とする。塑性加工の加工率が大きくなると、結晶粒の微細化は比例的に進行するが、塑性加工時の温度が500〜700°Cでは材料の変形抵抗が大きくなるため、肉厚比で70%を越えるような加工率で加工歪を加えると、割れが発生する可能性がある。したがって、本発明では、温間での塑性加工の加工率を25〜70%とし、安定した製造ができる範囲としては、30〜50%とする。 The plastic working rate during warming required for miniaturization is 25% or more in terms of the thickness ratio, and in the case of stable miniaturization, the working rate is 30% or more. As the processing rate of plastic working increases, crystal grain refinement progresses proportionally. However, when the temperature during plastic processing is 500 to 700 ° C, the deformation resistance of the material increases, so the thickness ratio is 70%. If processing strain is applied at a processing rate that exceeds, cracks may occur. Accordingly, in the present invention, the processing rate of warm plastic working is 25 to 70%, and the range in which stable production is possible is 30 to 50%.
(第4の工程)
第4の工程は焼入れ処理であり、800〜840°Cで行われる。オーステナイト化時に第2の工程及び第3の工程で得られた微細炭化物と加工歪によって、オーステナイト核発生箇所が増え、結晶粒が微細化する。また、この高温焼戻しによる炭化物は微細であるので、焼入れ時に成長しても最大粒子径で0.8μm以下と、球状化焼鈍材の焼入れで得られる最大径数μmよりも微細化し、結晶粒成長を抑える効果が増加する。
更に、前述した第3の工程で高温で長時間保持されて硬さが低下しているので、再度焼入れて転動部材としての必要な硬さを得る工程として第4の工程は必須である。
(Fourth process)
The fourth step is a quenching process and is performed at 800 to 840 ° C. Due to the fine carbides and processing strain obtained in the second and third steps at the time of austenitization, the number of austenite nucleation sites increases and the crystal grains become finer. In addition, since the carbides produced by this high-temperature tempering are fine, even when grown during quenching, the maximum particle diameter is 0.8 μm or less, which is smaller than the maximum diameter of several μm obtained by quenching of the spheroidized annealing material, and crystal grain growth The effect of suppressing is increased.
Furthermore, since the hardness is lowered by being held at a high temperature for a long time in the third step described above, the fourth step is essential as a step for obtaining the necessary hardness as a rolling member by quenching again.
第4の工程による焼入れ後、第5の工程の焼戻し処理を行い、研磨を施して軸受として用いる。
以上の第1〜第5の工程を経ることによって、球状化焼鈍材を出発素材とした通常の焼入れ、焼戻し処理では、結晶粒径が15〜20μm程度のマルテンサイト組織であるが、本発明では、微細な焼戻し炭化物および温間加工で導入された加工歪によるオーステナイト核発生箇所の増加効果によって、通常の焼入れ、焼戻し処理の約半分以下の6μm以下の結晶粒の微細化が可能となり、この結晶粒の微細化によって、材料強度が向上し、軸受寿命が延長する。
なお、本発明は、軸受形式に限定されず、玉軸受、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受等の転がり軸受に適用でき、いずれの軸受の場合も同様の作用効果が得られる。
After quenching in the fourth step, the fifth step is tempered, polished and used as a bearing.
By passing through the first to fifth steps described above, in a normal quenching and tempering process using a spheroidized annealing material as a starting material, the crystal grain size is a martensite structure of about 15 to 20 μm. The effect of increasing the number of austenite nucleation sites due to fine tempered carbides and processing strain introduced by warm working makes it possible to refine crystal grains of 6 μm or less, which is about half or less of normal quenching and tempering treatment. Finer grains improve material strength and extend bearing life.
The present invention is not limited to the bearing type, and can be applied to rolling bearings such as ball bearings, angular contact ball bearings, cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, and self-aligning roller bearings. An effect is obtained.
本発明の効果を確認するために、以下の実験を行った。
高炭素クロム鋼SUJ2を用いて、試験片を作製した。出発素材は、球状化焼鈍材である。試験片の熱処理工程は次の通りである。
(実施例1〜8)
第1の工程:900〜1000°Cで30分加熱後、油冷
第2の工程:500〜700°Cで90分保持
第3の工程:保持後、500〜700°Cで圧下率25〜70%の圧延加工を施した後、急冷
第4の工程:800〜840°Cで20分保持後、油冷
第5の工程:160〜180°Cで2時間焼戻し
In order to confirm the effect of the present invention, the following experiment was conducted.
A test piece was prepared using high-carbon chromium steel SUJ2. The starting material is a spheroidized annealing material. The heat treatment process of the test piece is as follows.
(Examples 1-8)
First step: After heating at 900 to 1000 ° C. for 30 minutes, oil cooling Second step: Holding at 500 to 700 ° C. for 90 minutes Third step: After holding, a reduction rate of 25 to 500 to 700 ° C. After 70% rolling, rapid cooling Fourth step: hold at 800-840 ° C for 20 minutes, then oil cooling Fifth step: temper at 160-180 ° C for 2 hours
また、比較例として、次の試験片を用意した。
(比較例1(図2参照):第3の工程を省いた例)
第1の工程:950°Cで20分加熱後、油冷
第2の工程:600°Cで90分、加熱後急冷
第4の工程:800〜840°Cで20分保持後、油冷
第5の工程:160〜180°Cで2時間焼戻し
Moreover, the following test piece was prepared as a comparative example.
(Comparative Example 1 (see FIG. 2): Example in which the third step is omitted)
First step: Heated at 950 ° C. for 20 minutes, then oil cooled Second step: 600 ° C. for 90 minutes, rapid cooling after heating Fourth step: held at 800-840 ° C. for 20 minutes, then oil cooled Process 5: Tempering at 160 to 180 ° C. for 2 hours
(比較例2(図3参照):第2の工程を省いた例)
第1の工程:950°Cで20分加熱後、油冷
第3の工程:600°Cで3分保持後、圧下率で25〜70%の圧延加工を施した後、急冷
第4の工程:800〜840°Cで20分保持後、油冷
第5の工程:160〜180°Cで2時間焼戻し
(Comparative Example 2 (see FIG. 3): Example in which the second step is omitted)
First step: After heating at 950 ° C. for 20 minutes, oil cooling Third step: After holding at 600 ° C. for 3 minutes, after rolling at a rolling reduction of 25 to 70%, rapid cooling Fourth step : After holding at 800-840 ° C for 20 minutes, oil cooling Fifth step: Tempering at 160-180 ° C for 2 hours
(比較例3:第3の工程で圧下率を25%未満とした例)
第1の工程:950°Cで20分加熱後、油冷
第2の工程:600°Cで90分保持
第3の工程:保持後、600°Cで圧下率20%の圧延加工を施した後、急冷
第4の工程:800〜840°Cで20分保持後、油冷
第5の工程:160〜180°Cで2時間焼戻し
(Comparative example 3: Example in which the rolling reduction was less than 25% in the third step)
1st step: After heating at 950 ° C. for 20 minutes and then oil cooling Second step: holding at 600 ° C. for 90 minutes Third step: after holding, rolling was performed at 600 ° C. with a reduction rate of 20% After, rapid cooling 4th process: Hold | maintained at 800-840 degreeC for 20 minutes, then oil cooling 5th process: Tempering at 160-180 degreeC for 2 hours
(比較例4(図4参照):第1の工程を省いた例)
第2の工程:600°Cで90分保持
第3の工程:保持後、600°Cで圧下率25〜70%の圧延加工を施した後、急冷
第4の工程:800〜840°Cで20分保持後、油冷
第5の工程:160〜180°Cで2時間焼戻し
(Comparative Example 4 (see FIG. 4): Example in which the first step is omitted)
Second step: held at 600 ° C. for 90 minutes Third step: After holding, after rolling at a reduction rate of 25 to 70% at 600 ° C., rapid cooling Fourth step: at 800 to 840 ° C. After holding for 20 minutes, oil cooling 5th step: tempering at 160-180 ° C for 2 hours
(比較例5(図5参照):第1の工程の焼入れ温度が低い例)
第1の工程:890°Cで20分保持後、油冷
第2の工程:600°Cで90分保持
第3の工程:保持後、600°Cで圧下率25〜70%の圧延加工を施した後、急冷
第4の工程:800〜840°Cで20分保持後、油冷
第5の工程:160〜180°Cで2時間焼戻し
(Comparative Example 5 (see FIG. 5): Example where the quenching temperature in the first step is low)
1st step: After holding at 890 ° C. for 20 minutes, oil cooling Second step: holding at 600 ° C. for 90 minutes Third step: after holding, rolling at a reduction rate of 25 to 70% at 600 ° C. After application, rapid cooling Fourth step: held at 800-840 ° C for 20 minutes, then oil cooling Fifth step: tempering at 160-180 ° C for 2 hours
(比較例6(図5参照):第1の工程の焼入れ温度が低い例)
第1の工程:840°Cで20分保持後、油冷
第2の工程:600°Cで90分保持
第3の工程:保持後、600°Cで圧下率25〜70%の圧延加工を施した後、急冷
第4の工程:800〜840°Cで20分保持後、油冷
第5の工程:160〜180°Cで2時間焼戻し
(Comparative Example 6 (see FIG. 5): Example where the quenching temperature in the first step is low)
1st step: After holding at 840 ° C for 20 minutes, oil cooling Second step: holding at 600 ° C for 90 minutes Third step: After holding, rolling at a reduction rate of 25 to 70% at 600 ° C After application, rapid cooling Fourth step: held at 800-840 ° C for 20 minutes, then oil cooling Fifth step: tempering at 160-180 ° C for 2 hours
(比較例7(図6参照):通常の焼入れ・焼戻し処理)
第4の工程:800〜840°Cで20分保持後油冷
第5の工程:160〜180°Cで2時間焼戻し
各実施例及び比較例共に、第5の工程での焼戻し処理後に研磨を行い、試験片を作製した。また、圧延完了温度は、加熱保持温度の20°C未満にならないようにしている。各試験片の処理工程を整理したものを表1に示す。
(Comparative Example 7 (see FIG. 6): Normal quenching / tempering treatment)
Fourth step: oil cooling after holding at 800 to 840 ° C for 20 minutes Fifth step: tempering at 160 to 180 ° C for 2 hours Polishing after tempering treatment in the fifth step in each Example and Comparative Example A test piece was prepared. In addition, the rolling completion temperature is set so as not to be lower than the heat holding temperature of 20 ° C. Table 1 summarizes the processing steps for each test piece.
これらの試験片について、スラスト寿命試験を行った。寿命試験には森式スラスト転がり寿命試験機を用いた。試験条件は次の通りである。
面圧:4900MPa
回転数:1000min-1
潤滑油:68番タービン油(油浴)
各試験片の平均結晶粒径および最大炭化物粒子径を測定した。平均結晶粒径は各試験片を塩化第二鉄と塩酸の混合溶液でエッチングして旧オーステナイト粒界のみを現出させ、走査型電子顕微鏡を用い、2000〜3000倍で撮影した写真から切片法で測定し、平均化した。最大炭化物粒子径は、走査型電子顕微鏡を用いて、5000〜10000倍で撮影した写真から視野中で大きい物を5個選定し、平均化した。
These test pieces were subjected to a thrust life test. A forest thrust rolling life tester was used for the life test. The test conditions are as follows.
Surface pressure: 4900 MPa
Rotational speed: 1000min -1
Lubricating oil: No. 68 turbine oil (oil bath)
The average crystal grain size and the maximum carbide particle size of each test piece were measured. The average crystal grain size was determined by etching each test piece with a mixed solution of ferric chloride and hydrochloric acid to reveal only the prior austenite grain boundaries, and using a scanning electron microscope, the section method was obtained from a photograph taken at a magnification of 2000 to 3000 times. Measured and averaged. The maximum carbide particle diameter was averaged by selecting five large objects in the field of view from a photograph taken at 5000 to 10,000 times using a scanning electron microscope.
試験結果を表1に併せて示す。表1中の寿命比は、比較例7の通常焼入れ、焼戻しのL10寿命を1とし、その比率で示してある。
表1から判るように、本発明の実施例1〜8は、本発明の熱処理工程を施すことによって、いずれも最大炭化物粒径は0.8μm以下であり、かつ結晶粒径(旧オーステナイト粒径)が6μm以下に微細化されており、寿命延長効果は明らかである。例として図7に本発明の実施例2の走査型電子顕微鏡による写真を示し、図8に比較例7の走査型電子顕微鏡による写真を示す。各図共に、(a)は2000〜3000倍で撮影した写真、(b)は5000〜10000倍で撮影した写真である。
The test results are also shown in Table 1. The life ratio in Table 1 is indicated by the ratio of L 10 life of normal quenching and tempering of Comparative Example 7 as 1.
As can be seen from Table 1, in Examples 1 to 8 of the present invention, the maximum carbide particle size is 0.8 μm or less and the crystal particle size (former austenite particle size) is obtained by performing the heat treatment step of the present invention. ) Is refined to 6 μm or less, and the life extension effect is clear. As an example, FIG. 7 shows a photograph taken by a scanning electron microscope of Example 2 of the present invention, and FIG. 8 shows a photograph taken by a scanning electron microscope of Comparative Example 7. In each figure, (a) is a photograph taken at 2000 to 3000 times, and (b) is a photograph taken at 5000 to 10,000 times.
図10に結晶粒径(旧オーステナイト粒径)と寿命比との関係を示す。本発明では、結晶粒径を6μm以下にすることによって、従来の焼入れ、焼戻し品(結晶粒径が15〜20μm)に比べて寿命が延長することが判る。
比較例1(図2参照)は、第3の工程の温間での塑性加工を施さなかった場合、比較例2(図3参照)は、第2の工程の高温焼戻しを施さないで、第3の工程で温間加工のみを施した場合である。いずれも、比較例7の焼入れ、焼戻しのみを施した場合よりは、結晶粒が微細化されているが、本発明の実施例よりは粒径が大きく、6μmを超え、寿命の延長効果は小さい。結晶粒径を6μm以下にするためには、第2の工程の高温焼戻しによって、微細な炭化物を析出させるのと、第3の工程の温間での塑性加工の両方の作用が必要であることが判る。
FIG. 10 shows the relationship between the crystal grain size (old austenite grain size) and the life ratio. In the present invention, it can be seen that when the crystal grain size is 6 μm or less, the life is extended as compared with conventional quenching and tempering products (crystal grain size is 15 to 20 μm).
When Comparative Example 1 (see FIG. 2) was not subjected to the warm plastic working of the third step, Comparative Example 2 (see FIG. 3) was not subjected to the high-temperature tempering of the second step. This is a case where only warm working is performed in the third step. In either case, the crystal grains are finer than in the case of only quenching and tempering in Comparative Example 7, but the grain size is larger than the example of the present invention, exceeds 6 μm, and the effect of extending the life is small. . In order to reduce the crystal grain size to 6 μm or less, it is necessary to perform both actions of precipitating fine carbides by high-temperature tempering in the second step and plastic working in the third step. I understand.
比較例3は、第3の工程における温間での塑性加工率を25%未満の20%で行なった場合であり、微細化に必要な加工歪が得られないので、結晶粒径が6μm超えとなっている。
図9に温間での塑性加工率と結晶粒径の関係を示すが、寿命延長効果のある6μm以下にするには、加工率が25%以上の塑性加工を加える必要があることが判る。
Comparative Example 3 is a case where the warm plastic working rate in the third step is 20%, which is less than 25%, and the processing strain necessary for miniaturization cannot be obtained, so the crystal grain size exceeds 6 μm. It has become.
FIG. 9 shows the relationship between the warm plastic working rate and the crystal grain size, and it can be seen that it is necessary to add a plastic working with a working rate of 25% or more in order to make it 6 μm or less which has the effect of extending the life.
比較例4(図4参照)は、第1の工程を省いた場合であるが、球状化焼鈍材を500〜700°Cで保持して、温間での塑性加工を施しても、球状化炭化物が粗大化してしまい、オーステナイトの核となる微細炭化物が得られない。したがって、微細化は進まず、寿命延長効果は小さい。
比較例5および比較例6(図5参照)は、第1の工程の焼入れ温度が900°Cよりも低い場合である。この場合は、素材時に存在する球状化炭化物の基地組織への溶け込みが不十分であり、2〜3μmの粗大な炭化物が残存する。溶け込みが不十分であるために、第2の工程において、微細化に必要とされる炭化物の析出量が少なくなり、結晶粒径6μm以下の微細化は達成できない。
Comparative Example 4 (see FIG. 4) is a case where the first step is omitted, but the spheroidizing annealed material is held at 500 to 700 ° C. and is subjected to warm plastic working to be spheroidized. The carbides are coarsened, and fine carbides serving as austenite nuclei cannot be obtained. Accordingly, miniaturization does not progress and the life extension effect is small.
Comparative Example 5 and Comparative Example 6 (see FIG. 5) are cases where the quenching temperature in the first step is lower than 900 ° C. In this case, the spheroidized carbides present in the raw material are not sufficiently dissolved in the base structure, and coarse carbides of 2 to 3 μm remain. Since the penetration is insufficient, in the second step, the amount of carbide precipitation required for the refinement is reduced, and refinement with a crystal grain size of 6 μm or less cannot be achieved.
図11に本発明範囲の結晶粒径(旧オーステナイト粒径)と最大炭化物粒子径と寿命比との関係を示す。図から明らかなように、寿命延長に必要な結晶粒径と最大炭化物粒子径について、結晶粒径6μm以下で、且つ最大炭化物粒子径0.8μm以下とする必要があることが判る。。
なお、本発明の実施例では、高炭素クロム軸受鋼SUJ2の事例のみを示したが、鋼種はこれに限定されず、SUJ3のほか、炭素量で0.8重量%以上の鋼で、構成組織が、マルテンサイト、セメンタイト、残留オーステナイトからなる鋼種であれば、同様の効果が得られる。
FIG. 11 shows the relationship between the crystal grain size (old austenite grain size), the maximum carbide particle size, and the life ratio within the range of the present invention. As is apparent from the figure, the crystal grain size and the maximum carbide particle size necessary for extending the life need to be 6 μm or less and the maximum carbide particle size is 0.8 μm or less. .
In the examples of the present invention, only the example of the high carbon chromium bearing steel SUJ2 was shown, but the steel type is not limited to this, and in addition to SUJ3, a steel having a carbon content of 0.8% by weight or more and having a structure However, the same effect can be obtained if the steel type is composed of martensite, cementite, and retained austenite.
Claims (2)
前記内輪、前記外輪及び前記転動体の内の少なくとも一つの素材をC含有量:0.8重量%以上の高炭素軸受鋼とし、且つ熱処理時に塑性加工を行うことで、該熱処理完了後の最大炭化物粒子径を0.8μm以下、旧オーステナイト粒径を6μm以下としたことを特徴とする転がり軸受。 In a rolling bearing in which a plurality of rolling elements are arranged to be able to roll in the circumferential direction between an inner ring and an outer ring,
By using at least one material of the inner ring, the outer ring and the rolling element as a high carbon bearing steel having a C content of 0.8% by weight or more, and performing plastic working at the time of heat treatment, the maximum after completion of the heat treatment A rolling bearing having a carbide particle size of 0.8 μm or less and a prior austenite particle size of 6 μm or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004106488A JP2005291343A (en) | 2004-03-31 | 2004-03-31 | Rolling bearing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004106488A JP2005291343A (en) | 2004-03-31 | 2004-03-31 | Rolling bearing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005291343A true JP2005291343A (en) | 2005-10-20 |
Family
ID=35324505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004106488A Pending JP2005291343A (en) | 2004-03-31 | 2004-03-31 | Rolling bearing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005291343A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010255095A (en) * | 2009-03-31 | 2010-11-11 | Jfe Steel Corp | Manufacturing method of bearing parts with excellent rolling fatigue characteristics under foreign environment |
| CN116926290A (en) * | 2023-07-13 | 2023-10-24 | 河北大河材料科技有限公司 | Heat treatment method for improving rotational bending fatigue strength of bearing steel |
-
2004
- 2004-03-31 JP JP2004106488A patent/JP2005291343A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010255095A (en) * | 2009-03-31 | 2010-11-11 | Jfe Steel Corp | Manufacturing method of bearing parts with excellent rolling fatigue characteristics under foreign environment |
| CN116926290A (en) * | 2023-07-13 | 2023-10-24 | 河北大河材料科技有限公司 | Heat treatment method for improving rotational bending fatigue strength of bearing steel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102131945B (en) | Case hardening steel, carburized component, and method for producing case hardening steel | |
| US20100296764A1 (en) | Rolling Element or Ring Formed From a Bearing Steel | |
| JP5895493B2 (en) | Rolling bearing manufacturing method, induction heat treatment apparatus | |
| JP5824063B2 (en) | Manufacturing method of steel parts | |
| US10577672B2 (en) | Case hardening method for high performance long life martensitic stainless steel bearings | |
| CN101903539A (en) | Steel wire rod for bearing steel, manufacturing method of steel wire rod for bearing steel, heat treatment method of steel bearing, steel bearing and soaking method of bearing steel | |
| TWI545205B (en) | Peel strength and low cycle fatigue strength of high-temperature carburizing steel parts | |
| US20170335440A1 (en) | Fatigue-resistant bearing steel | |
| JP5292897B2 (en) | Bearing parts with excellent fatigue characteristics in a foreign environment and manufacturing method thereof | |
| JP5990428B2 (en) | Steel for bearings with excellent rolling fatigue characteristics and method for producing the same | |
| JP2007131907A (en) | Induction hardening steel excellent in cold workability and its manufacturing method | |
| JP5292896B2 (en) | Machine structural parts having excellent rolling fatigue characteristics and manufacturing method thereof | |
| CN101563470A (en) | Method for manufacturing tool steel | |
| JP2008174810A (en) | Bearing inner and outer rings and bearings with excellent rolling fatigue characteristics | |
| JP2005291343A (en) | Rolling bearing | |
| CN103228809B (en) | Warm and hot forging non-hardened and tempered steel and warm and hot forging Micro Alloying product and manufacture method thereof | |
| JP2009270172A (en) | Method for manufacturing bearing ring for rolling bearing | |
| JP6665737B2 (en) | Method for preparing raceway surface of thrust type ball bearing | |
| JP2005314789A (en) | Rolling device | |
| JP2009209429A (en) | Steel for bearing having excellent wear resistance | |
| JP4712603B2 (en) | Rolling part manufacturing method, race ring and bearing | |
| JP4411096B2 (en) | Steel wire rod and steel bar for case hardening with excellent cold forgeability after spheronization | |
| JP4066780B2 (en) | Rolling and sliding contact parts and manufacturing method thereof | |
| GB2513881A (en) | Steel Alloy | |
| CN105683400B (en) | Method for producing rough profiles for rolling bearings |