JP2005337361A - Roller bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ころ軸受に関する。 The present invention relates to a roller bearing.
ころ軸受等の転がり軸受は、高面圧下で繰り返し剪断応力を受けて使用されるため、この剪断応力に耐えて転がり疲れ寿命を確保する必要がある。このため、転がり軸受の軌道輪(内輪,外輪)および転動体としては、高炭素クロム軸受鋼二種(SUJ2)に焼入れおよび焼戻し処理を施したり、肌焼鋼(SCR420,SCM420,SAE4320H等)に浸炭または浸炭窒化処理、焼入れおよび焼戻し処理を施すことにより、表面硬さをHv650〜800としたものが用いられている。 Rolling bearings such as roller bearings are used under repeated shear stress under high surface pressure, and therefore it is necessary to withstand this shear stress and ensure a rolling fatigue life. For this reason, as the bearing rings (inner ring, outer ring) and rolling elements of the rolling bearing, the high carbon chromium bearing steel type 2 (SUJ2) is subjected to quenching and tempering treatment, or the case hardening steel (SCR420, SCM420, SAE4320H, etc.). Carburizing or carbonitriding treatment, quenching and tempering treatment are used to make the surface hardness Hv650-800.
近年、自動車,工作機械,一般産業機械,鉄鋼設備等の動力伝達機構や支持機構の高能率化および小型化を実現するために、これらの機構で使用される転がり軸受は、高速条件,高荷重条件,高温条件等の苛酷な環境下で使用されることが多くなってきている。
特に、ころ軸受は、玉軸受と比較して、高荷重条件下で使用されることが多いため、軌道面に油膜が形成され難く、ころの転がり面と軌道輪の軌道面との間に金属接触に起因する表面損傷が起こり易い。また、ころ軸受は、軌道輪ところの間のスキューによるすべりが生じ易く、軌道輪ところとの間に繰り返し剪断応力が加わるとともに、軌道面に接線力が発生するため、表面損傷が起こり易い。このため、ころ軸受は、特に表面損傷が起こり易い異物混入潤滑下で好適に用いることができない。
In recent years, rolling bearings used in these mechanisms to achieve high efficiency and miniaturization of power transmission mechanisms and support mechanisms for automobiles, machine tools, general industrial machines, steel equipment, etc. It is increasingly used in harsh environments such as conditions and high temperature conditions.
In particular, roller bearings are often used under high load conditions compared to ball bearings, so that an oil film is not easily formed on the raceway surface, and a metal is formed between the roller rolling surface and the raceway raceway surface. Surface damage due to contact is likely to occur. In addition, the roller bearing is liable to slip due to a skew between the races, repeatedly applies shear stress to the races and generates a tangential force on the raceway surface, and thus easily causes surface damage. For this reason, a roller bearing cannot be used suitably under the foreign material mixing lubrication which is easy to produce surface damage especially.
表面損傷による寿命低下は、異物の噛み込みによって軌道面に圧痕が生じ、圧痕の縁に応力集中が発生した場合や、潤滑不足やすべりによって軌道面に大きな接線力が発生した場合に起こる。
このような表面損傷による寿命低下を防止するために、特許文献1では、少なくともころについて、質量比で、C含有率が0.8%以上1.5%以下、Si含有率が0.4%以上1.2%以下、Mn含有率が0.8%以上1.5%以下、Cr含有率が0.8%以上1.8%以下の鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理、焼入れ処理および焼戻し処理を施すことにより、表層部の残留オーステナイト量を20%体積以上40体積%以下とし、表面硬さをHv750以上とすることが提案されている。この特許文献1では、少なくともころの表層部において、応力集中を緩和する効果が高い残留オーステナイト量と硬さを高くすることにより、異物混入潤滑下における表面損傷を抑制し、転がり疲れ寿命の向上を図っている。
In order to prevent such a decrease in life due to surface damage, in Patent Document 1, at least the rollers have a mass ratio of C content of 0.8% to 1.5% and Si content of 0.4%. More than 1.2%, Mn content of 0.8% to 1.5%, Cr content of 0.8% to 1.8% steel material is processed into a predetermined shape, then carburized It has been proposed that the amount of retained austenite in the surface layer portion is 20% to 40% by volume and the surface hardness is Hv 750 or more by performing nitriding treatment, quenching treatment and tempering treatment. In this patent document 1, at least in the surface layer portion of the roller, the amount of retained austenite and the hardness which are highly effective in reducing stress concentration are increased, thereby suppressing surface damage under foreign matter lubrication and improving the rolling fatigue life. I am trying.
しかしながら、上述した特許文献1に記載のころ軸受では、表層部の残留オーステナイト量と硬さを高くすることで転がり疲れ寿命の向上を図っているため、製造コストの点でさらなる改善の余地がある。
また、特許文献1に記載のころ軸受では、特に、表面損傷による寿命低下が問題となるころの寿命については考慮されているが、ころに接触する軌道輪の寿命については考慮されていない。このため、例えば、ころの寿命のみを高くしても、軌道輪の寿命が不足して、ころ軸受全体の寿命を長くできない場合がある。
そこで、本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、異物混入潤滑下で使用しても寿命の長いころ軸受を、低コストで提供することを課題としている。
However, in the roller bearing described in Patent Document 1 described above, since the amount of retained austenite and the hardness of the surface layer portion are increased to improve the rolling fatigue life, there is room for further improvement in terms of manufacturing cost. .
Further, in the roller bearing described in Patent Document 1, the life of the roller, in which a decrease in the life due to surface damage is a problem, is considered, but the life of the race that contacts the roller is not considered. For this reason, for example, even if only the life of the roller is increased, the life of the bearing ring may be insufficient and the life of the entire roller bearing may not be extended.
Therefore, the present invention has been made to solve these problems, and it is an object of the present invention to provide a roller bearing having a long service life even at a low cost even when used under a foreign matter mixed lubrication.
このような課題を解決するために、本発明は、内輪と、外輪と、前記内輪および外輪の間に転動自在に配設された複数のころと、を備えたころ軸受において、前記ころは、C含有率が0.30質量%以上1.20質量%以下、Si含有率が0.50質量%以上2.00質量%以下、Mn含有率が0.20質量%以上2.00質量%以下、Cr含有率が0.50質量%以上2.00質量%以下、O含有率が12ppm以下、残部がFeおよび不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理と、焼入れ処理と、200℃以上300℃以下での焼戻し処理とがこの順に施されて得られ、その転がり面をなす表層部のN含有率が0.2質量%以上2.0質量%以下で、前記表層部のC含有率が0.6質量%以上2.5質量%以下で、前記表層部の硬さがHv650以上で、前記表層部の残留オーステナイト量が0体積%超え20体積%未満となっており、前記ころの転がり面の表面粗さは、前記内輪および外輪の軌道面の表面粗さよりも小さくなっていることを特徴とするころ軸受を提供する。
なお、本発明において、前記表層部とは、表面から所定深さ(例えば、1μm)までの範囲を指す。
In order to solve such a problem, the present invention provides a roller bearing including an inner ring, an outer ring, and a plurality of rollers that are rotatably disposed between the inner ring and the outer ring. The C content is 0.30% by mass to 1.20% by mass, the Si content is 0.50% by mass to 2.00% by mass, and the Mn content is 0.20% by mass to 2.00% by mass. Hereinafter, after processing a material made of steel having a Cr content of 0.50% by mass or more and 2.00% by mass or less, an O content of 12ppm or less, and the balance being Fe and inevitable impurities, carbonitriding The quenching treatment and the tempering treatment at 200 ° C. or more and 300 ° C. or less are performed in this order, and the N content of the surface layer portion forming the rolling surface is 0.2 mass% or more and 2.0 mass% or less. The C content of the surface layer is 0.6% by mass or more and 2.5% by mass. In the following, the hardness of the surface layer portion is Hv650 or more, the amount of retained austenite of the surface layer portion is more than 0% by volume and less than 20% by volume, and the surface roughness of the rolling surface of the roller is the inner ring and the outer ring There is provided a roller bearing characterized by being smaller than the surface roughness of the raceway surface.
In the present invention, the surface layer portion refers to a range from the surface to a predetermined depth (for example, 1 μm).
以下、本発明の数値限定の臨界的意義について詳細に説明する。
〔C含有率(質量比):0.30〜1.20%〕
C(炭素)は、基地をマルテンサイト化することにより、強度を増加させるために必要な元素である。本発明においては、鋼からなる素材を所定形状に加工した後に浸炭窒化処理が施され、ころの表層部にCおよびN(窒素)が添加される。よって、素材のC含有率は、ころの芯部に必要な強度を確保するために0.30%以上とする。なお、ころの芯部硬さはHv650以上であることが好ましく、そのためにC含有率は0.80%以上とすることが好ましい。
一方、C含有率が多過ぎると、製鋼時に粗大な炭化物が生成して、転がり疲れ寿命を低下させる場合がある。このため、C含有率は1.20%以下とする。
Hereinafter, the critical significance of the numerical limitation of the present invention will be described in detail.
[C content (mass ratio): 0.30 to 1.20%]
C (carbon) is an element necessary for increasing the strength by converting the base into martensite. In the present invention, carbonitriding is performed after processing a steel material into a predetermined shape, and C and N (nitrogen) are added to the surface layer of the roller. Therefore, the C content of the material is set to 0.30% or more in order to secure the necessary strength for the roller core. In addition, it is preferable that the core part hardness of a roller is Hv650 or more, and it is preferable to make C content rate into 0.80% or more for that purpose.
On the other hand, if the C content is too high, coarse carbides may be generated during steel making, which may reduce the rolling fatigue life. For this reason, C content rate shall be 1.20% or less.
〔Si含有率(質量比):0.50〜2.00%〕
Si(ケイ素)は、製鋼時の脱酸剤として作用するとともに、焼戻し軟化抵抗性を向上させるために必要な元素である。また、浸炭窒化処理を施す場合に、ころの表層部のN含有率を高くする作用もある。
本発明者らが実験を行った結果、ころを構成する素材としてSi含有率が0.50%以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理、焼入れ処理、および200℃以上300℃以下の高温での焼戻し処理を施すことにより、軌道輪の表面損傷を抑制する効果が得られることを見出した。これにより、Si含有率は0.50%以上、好ましくは0.80%以上とする。
一方、Si含有率が多過ぎると、素材の被削性を低下させて、コストの上昇を招く場合があるため、Si含有率は2.00%以下、好ましくは1.50%以下とする。
[Si content (mass ratio): 0.50 to 2.00%]
Si (silicon) is an element necessary for improving the resistance to temper softening while acting as a deoxidizer during steelmaking. In addition, when carbonitriding is performed, there is also an effect of increasing the N content of the surface layer portion of the roller.
As a result of experiments conducted by the present inventors, using a steel having a Si content of 0.50% or more as a material constituting the rollers, carbonitriding, quenching, and at a high temperature of 200 ° C. to 300 ° C. It has been found that the effect of suppressing the surface damage of the bearing ring can be obtained by performing the tempering treatment. Thereby, the Si content is set to 0.50% or more, preferably 0.80% or more.
On the other hand, if the Si content is too high, the machinability of the material may be reduced, leading to an increase in cost. Therefore, the Si content is set to 2.00% or less, preferably 1.50% or less.
〔Mn含有率(質量比):0.20〜2.00%〕
Mn(マンガン)は、製鋼時の脱酸剤および脱硫剤として作用するとともに、焼入れ性の向上に必要な元素である。この効果を得るために、Mn含有率は0.20%以上、好ましくは0.25%以上とする。一方、Mnの含有率が多過ぎると、非金属介在物が多くなり過ぎて転がり疲れ寿命が低下するとともに、素材の鍛造性や被削性等の機械加工性が低下するため、Mn含有率は2.00%以下とする。
[Mn content (mass ratio): 0.20 to 2.00%]
Mn (manganese) is an element necessary for improving hardenability while acting as a deoxidizer and desulfurizer during steelmaking. In order to obtain this effect, the Mn content is 0.20% or more, preferably 0.25% or more. On the other hand, if the Mn content is too high, the amount of non-metallic inclusions increases and the rolling fatigue life decreases, and the machinability such as the forgeability and machinability of the material decreases. 2.00% or less.
〔Cr含有率(質量比):0.50〜2.00%〕
Cr(クロム)は、焼入れ性および焼戻し軟化抵抗性を向上させるとともに、基地を強化して転がり疲れ寿命を向上させるために必要な元素である。また、微細で高硬度の炭化物や炭窒化物を形成して、耐摩耗性を向上させる作用もある。さらに、浸炭窒化層のC含有率を高める作用があり、浸炭窒化特性の向上にも有効である。これらの効果を得るために、Cr含有率を0.50%以上とする。
一方、Cr含有率が多過ぎると、その効果が飽和するだけでなく、表層部に不動態膜が形成されて浸炭窒化特性を阻害する場合があるため、Cr含有率は2.00%以下とする。
[Cr content (mass ratio): 0.50 to 2.00%]
Cr (chromium) is an element necessary for improving hardenability and temper softening resistance and strengthening the base to improve rolling fatigue life. It also has the effect of improving wear resistance by forming fine and hard carbides and carbonitrides. Furthermore, it has the effect | action which raises C content rate of a carbonitriding layer, and is effective also in the improvement of a carbonitriding characteristic. In order to obtain these effects, the Cr content is set to 0.50% or more.
On the other hand, if the Cr content is too high, not only the effect is saturated, but also a passive film is formed on the surface layer portion and may impair the carbonitriding characteristics, so the Cr content is 2.00% or less. To do.
〔O含有率(質量比):12ppm以下〕
O(酸素)は、転がり疲れ寿命に悪影響を与える酸化物系非金属介在物を形成するため、その含有率を出来る限り少なくする必要があるが、O含有率が12ppm以下、好ましくは9ppm以下であれば許容できる。
〔不可避不純物について〕
上記元素以外に、不可避不純物(例えば、P,S,Ni,Cu,Mo,V,Al,Ti,Nb等)が含まれてもよい。
このうち、MoやV等の炭化物形成元素は、浸炭窒化処理により微細で高硬度な炭窒化物を形成するため、耐摩耗性の向上に有効である。よって、これらの元素は、コストの許す限り添加してもよいが、その添加量は合計で2.00質量%以下とすることが好ましい。
[O content (mass ratio): 12 ppm or less]
O (oxygen) forms oxide-based non-metallic inclusions that adversely affect the rolling fatigue life, so its content must be reduced as much as possible, but the O content is 12 ppm or less, preferably 9 ppm or less. Acceptable if any.
[About inevitable impurities]
In addition to the above elements, inevitable impurities (for example, P, S, Ni, Cu, Mo, V, Al, Ti, Nb, etc.) may be included.
Of these, carbide-forming elements such as Mo and V are effective in improving wear resistance because they form fine and high-hardness carbonitrides by carbonitriding. Therefore, these elements may be added as long as the cost permits, but the total amount added is preferably 2.00% by mass or less.
〔熱処理について〕
まず、上述した鋼からなる素材を、鍛造又は切削によりころの形状に加工した後、雰囲気温度800〜860℃で、RXガス+エンリッチガス+アンモニアガスを導入した炉内で、数時間加熱保持することで浸炭窒化処理を行う。
この浸炭窒化処理は、ころの表層部のN含有率が0.2質量%以上2.0質量%以下となるような条件で行う。
このとき、ころの表層部のN含有率が0.2質量%未満となると、ころと接触する軌道輪の表面損傷を抑制する効果が十分に得られない。一方、表層部のN含有率は高くなる程、軌道輪の表面損傷を抑制する効果が高くなるが、表層部のN含有率が2.0質量%を超えると、浸炭窒化層が脆弱となり、ころ軸受として十分な転がり疲れ寿命が得られない。上述した観点から、ころの表層部のN含有率の好ましい範囲は、0.5質量%以上2.0質量%以下である。
[About heat treatment]
First, the above-described steel material is processed into a roller shape by forging or cutting, and then heated and held for several hours in a furnace in which RX gas + enrich gas + ammonia gas is introduced at an ambient temperature of 800 to 860 ° C. Then, carbonitriding is performed.
This carbonitriding process is performed under conditions such that the N content of the surface layer of the roller is 0.2% by mass or more and 2.0% by mass or less.
At this time, if the N content of the surface layer portion of the roller is less than 0.2% by mass, the effect of suppressing the surface damage of the bearing ring in contact with the roller cannot be sufficiently obtained. On the other hand, the higher the N content of the surface layer portion, the higher the effect of suppressing the surface damage of the bearing ring, but when the N content of the surface layer portion exceeds 2.0 mass%, the carbonitrided layer becomes brittle, A rolling fatigue life sufficient as a roller bearing cannot be obtained. From the viewpoint described above, a preferable range of the N content in the surface layer portion of the roller is 0.5% by mass or more and 2.0% by mass or less.
また、浸炭窒化処理により、Nと同様に添加されるC含有率は、ころの表層部に軸受部材として必要とされる表面硬さHv650が得られるように、N含有率とC含有率の合計が0.8質量%以上となるようにC含有率を調節することが好ましく、C含有率は0.6質量%以上とする。一方、ころの表層部のC含有率が多過ぎると、粗大な炭化物が析出して、ころ自体の転がり疲れ寿命が十分に得られなくなるため、C含有率を2.5質量%以下、好ましくは2.0質量%以下とする。 Further, the carbon content added in the same manner as N by carbonitriding is the sum of the N content and the C content so that the surface hardness Hv650 required as a bearing member can be obtained in the surface layer portion of the roller. It is preferable to adjust the C content so that is 0.8 mass% or more, and the C content is 0.6 mass% or more. On the other hand, if the C content of the surface layer portion of the roller is too large, coarse carbides precipitate and the rolling fatigue life of the roller itself cannot be sufficiently obtained, so the C content is 2.5% by mass or less, preferably 2.0 mass% or less.
次に、800〜860℃で焼入れ処理を行った後、200℃以上300℃以下で焼戻し処理を行う。このとき、焼戻し温度が200℃未満であると、ころの表層部の残留オーステナイト量が20体積%を超えてしまうため、ころと接触する軌道輪の表面損傷を抑制する効果が十分に得られない。一方、焼戻し温度が300℃を超えると、ころの表層部の残留オーステナイト量が0体積%となってしまうため、ころ自体の転がり疲れ寿命が十分に得られない。 Next, after performing a quenching process at 800-860 degreeC, a tempering process is performed at 200 degreeC or more and 300 degrees C or less. At this time, if the tempering temperature is less than 200 ° C., the amount of retained austenite in the surface layer portion of the roller exceeds 20% by volume, so that the effect of suppressing the surface damage of the bearing ring in contact with the roller cannot be sufficiently obtained. . On the other hand, when the tempering temperature exceeds 300 ° C., the amount of retained austenite in the surface layer portion of the roller becomes 0% by volume, so that the rolling fatigue life of the roller itself cannot be sufficiently obtained.
ここで、ころの転がり面をなす表層部の残留オーステナイト量は、ころ自体の転がり疲れ寿命を向上させて、且つ、ころと接触する軌道輪の表面損傷を抑制するために、0体積%超えとする。一方、ころの転がり面をなす表層部の残留オーステナイト量が多過ぎると、ころおよび軌道輪の寿命延長効果が飽和するとともに、製造コストが上昇するため、20体積%未満とする。ころの転がり面をなす表層部の残留オーステナイト量の好ましい範囲は、7体積%以上17体積%以下である。
本発明のころ軸受において、前記ころの転がり面の表面粗さは、算術平均粗さ(Ra)で0.08μm以下となっていることが好ましい。
Here, the amount of retained austenite in the surface layer portion forming the rolling surface of the roller exceeds 0% by volume in order to improve the rolling fatigue life of the roller itself and to suppress the surface damage of the bearing ring in contact with the roller. To do. On the other hand, if the amount of retained austenite in the surface layer portion that forms the rolling surface of the roller is too large, the effect of extending the life of the roller and the bearing ring is saturated and the manufacturing cost is increased. A preferred range for the amount of retained austenite in the surface layer portion forming the rolling surface of the roller is 7% by volume or more and 17% by volume or less.
In the roller bearing of the present invention, the surface roughness of the rolling surface of the roller is preferably 0.08 μm or less in terms of arithmetic average roughness (Ra).
本発明のころ軸受によれば、ころの転がり面をなす表層部のN含有率,C含有率,硬さ,残留オーステナイト量を特定するとともに、ころの転がり面の表面粗さを内輪および外輪の軌道面の表面粗さよりも小さくすることにより、ころ自体の表面損傷を抑制できるとともに、ころと接触する軌道輪の表面損傷も抑制できる。よって、ころ軸受の転がり疲れ寿命を長くできるため、異物混入潤滑下でも好適に用いることができる。
また、本発明のころ軸受によれば、ころの転がり面をなす表層部の残留オーステナイト量および硬さを必要最小限に抑えているため、転がり疲れ寿命の長いころ軸受を低コストで提供できる。
According to the roller bearing of the present invention, the N content, C content, hardness, and retained austenite amount of the surface layer portion that forms the rolling surface of the roller are specified, and the surface roughness of the rolling surface of the roller is determined between the inner ring and the outer ring. By making it smaller than the surface roughness of the raceway surface, the surface damage of the roller itself can be suppressed, and the surface damage of the raceway ring in contact with the roller can also be suppressed. Therefore, since the rolling fatigue life of the roller bearing can be extended, the roller bearing can be suitably used even under foreign matter mixed lubrication.
Further, according to the roller bearing of the present invention, the amount of retained austenite and the hardness of the surface layer portion forming the rolling surface of the roller are minimized, so that a roller bearing having a long rolling fatigue life can be provided at a low cost.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
本実施形態では、図1に示す構成のころ軸受(内径55mm,外径100mm,幅25mm)を、以下に示す方法で作製した。このころ軸受は、図1に示すように、内輪1と、外輪2と、複数個の円筒ころ3と、保持器4と、からなる。
円筒ころ3は、以下の手順で作製した。まず、表1に示す各組成の鋼からなる素材を鍛造して所定形状に加工した後、表1に示す各方法の熱処理を施した。次に、研削等の仕上げ加工を施して、転がり面(周面)の表面粗さ(Ra)が0.04〜0.06μmとなるように調整した。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In this embodiment, a roller bearing (with an inner diameter of 55 mm, an outer diameter of 100 mm, and a width of 25 mm) having the configuration shown in FIG. 1 was produced by the following method. As shown in FIG. 1, the roller bearing includes an inner ring 1, an
The
ここで、表1に「浸炭窒化→焼入れ→焼戻し」で示す熱処理は、以下に示す条件で行った。まず、Rxガス+プロパンガス+アンモニアガスの雰囲気中において、800〜860℃で2〜6時間保持することにより浸炭窒化を行った後、油焼入れを行った。次に、180〜350℃の範囲の所定温度で2時間保持することにより焼戻しを行った。
また、表1に「焼入れ→焼戻し」で示す熱処理は、以下に示す条件で行った。まず、Rxガス雰囲気中において、800〜860℃で0.5〜1時間保持した後、油焼入れを行った。次に、180℃で2時間保持することにより焼戻しを行った。
Here, the heat treatment shown in Table 1 as “carbonitriding → quenching → tempering” was performed under the following conditions. First, carbonitriding was performed by holding at 800 to 860 ° C. for 2 to 6 hours in an atmosphere of Rx gas + propane gas + ammonia gas, and then oil quenching was performed. Next, tempering was performed by holding at a predetermined temperature in the range of 180 to 350 ° C. for 2 hours.
Further, the heat treatment shown in Table 1 as “quenching → tempering” was performed under the following conditions. First, in an Rx gas atmosphere, after holding at 800 to 860 ° C. for 0.5 to 1 hour, oil quenching was performed. Next, tempering was performed by holding at 180 ° C. for 2 hours.
このようにして得られた円筒ころ3において、転がり面をなす表層部(表面から1μmの深さまでの部分)のN含有率およびC含有率 (質量比)を、電子線マイクロアナライザ (EPMA)により測定した。この結果を、表1に併せて示す。
また、前記表層部の残留オーステナイト量γR ( 体積比)を、X線回折装置により測定した。この結果を、表1に併せて示す。
さらに、前記表層部の硬さ(ビッカース硬さ)を、JIS Z 2244に規定されたビッカース硬さ試験法により測定した。この結果を、表1に併せて示す。
In the
Further, the amount of retained austenite γ R (volume ratio) of the surface layer portion was measured with an X-ray diffractometer. The results are also shown in Table 1.
Furthermore, the hardness (Vickers hardness) of the surface layer portion was measured by the Vickers hardness test method defined in JIS Z 2244. The results are also shown in Table 1.
また、内輪1および外輪2は、以下に示す手順で作製した。まず、高炭素クロム軸受鋼二種(SUJ2)からなる素材を所定形状に加工した後、焼入れおよび焼戻し処理を行うことにより、内輪1および外輪2の軌道面をなす表層部(表面から1μmの深さまでの部分)の硬さをHv680以上とし、前記表層部の残留オーステナイト量を7体積%以下とした。次に、これらに研削等の仕上げ加工を施して、内輪軌道面1Aおよび外輪軌道面2Aの表面粗さ(Ra)を、円筒ころ3の転がり面の表面粗さ(Ra)よりも大きな0.1〜0.3μmとなるように調整した。
Moreover, the inner ring | wheel 1 and the outer ring |
このようにして得られた内輪1、外輪2、複数個の円筒ころ3、およびナイロン製保持器4を用いて、ころ軸受を組み立てた。そして、ころ軸受を異物混入潤滑下で使用することを想定して、以下の条件で寿命試験を行った。この寿命試験は、円筒ころ3の転がり面に剥離が生じるまで内輪1を回転させることで行い、寿命試験開始から剥離が生じるまでの回転時間を寿命とした。この結果を、No.16のL10寿命を1とした時の比として、表1に併せて示す。
〔寿命試験条件〕
荷重比(P/Cr):0.45(Fr:Fa=4:1)
回転速度:2500min-1
潤滑油:♯68タービン油
異物:(組成)Fe3 C
(硬さ)HRC52
(粒径)74〜147μm
(混入量)潤滑油中に300ppmとなるように混入
A roller bearing was assembled using the inner ring 1, the
[Life test conditions]
Load ratio (P / Cr): 0.45 (Fr: Fa = 4: 1)
Rotational speed: 2500min -1
Lubricating oil: # 68 Turbine oil Foreign matter: (Composition) Fe 3 C
(Hardness) HRC52
(Particle size) 74-147 μm
(Mixed amount) Mixed in the lubricating oil to 300ppm
次いで、以下のようにして摩擦係数測定試験を行った。
まず、上述した内輪1および外輪2と同様の構成(素材,熱処理方法,表層部)となるように、円筒状の試験体(内径30mm,外径45mm,軸方向の長さ6mm)Sを作製した。
具体的には、まず、SUJ2からなる素材を円筒状に加工した後、焼入れおよび焼戻し処理を行うことにより、円筒状の試験体Sの外周面をなす表層部(表面から1μmの深さまでの部分)の硬さをHv680以上とし、前記表層部の残留オーステナイト量を7体積%以下とした。次に、これらに研削等の仕上げ加工を施して、外周面の表面粗さ(Ra)を、0.1〜0.3μmとなるように調整した。
Next, a friction coefficient measurement test was performed as follows.
First, a cylindrical test body (inner diameter 30 mm, outer diameter 45 mm, axial length 6 mm) S is prepared so as to have the same configuration (material, heat treatment method, surface layer portion) as the inner ring 1 and
Specifically, first, a material made of SUJ2 is processed into a cylindrical shape, and then subjected to quenching and tempering, thereby forming a surface layer portion (a portion from the surface to a depth of 1 μm) that forms the outer peripheral surface of the cylindrical test body S. ) Was set to Hv 680 or more, and the amount of retained austenite in the surface layer portion was set to 7% by volume or less. Next, these were subjected to finishing such as grinding, and the surface roughness (Ra) of the outer peripheral surface was adjusted to be 0.1 to 0.3 μm.
そして、図2に示すように、試験体Sの上に、表1に示すNo.1〜17の各構成の円筒ころ3を両者の軸を合わせて固定し、円筒ころ3の上からラジアル荷重(Fr)を負荷した状態で、以下の条件で試験体Sを回転させた。そして、この時の試験体Sのトルクを測定し、測定したトルクから摩擦係数を算出した。この結果を、No.16の摩擦係数を1とした時の比として、表1に併せて示す。
〔摩擦係数測定試験条件〕
試験体の回転速度:200min-1
面圧:1764N/mm2
潤滑油:♯68タービン油
And as shown in FIG. The
[Friction coefficient measurement test conditions]
Rotation speed of test specimen: 200 min -1
Surface pressure: 1764 N / mm 2
Lubricating oil: # 68 turbine oil
表1に示すように、円筒ころ3の構成を、本発明の構成(鋼の組成、熱処理方法、焼戻し温度、転がり面をなす表層部)としたNo.1〜13は、本発明の構成外としたNo.14,15と比較して長寿命であり、No.16の2.0〜3.6倍の寿命が得られた。 このうち、「鋼を構成するSi含有率:0.95質量%以上2.00質量%以下」と、「表層部のN含有率:0.6質量%以上0.8質量%以下」を満たすNo.1,5,6,8,9,11,13は、特に長寿命であり、No.16の3.1倍以上の寿命が得られた。また、鋼を構成するSi含有率および表層部のN含有率の合計量が増えると、円筒ころ3と内輪1および外輪2との間の摩擦係数比が低減する傾向が見られた。これらの結果より、鋼を構成するSi含有率および表層部のN含有率の合計量が、転がり疲れ寿命に影響を与えていることが分かる。
As shown in Table 1, the configuration of the
一方、No.14では、焼戻し温度が高過ぎたため、円筒ころ3の転がり面をなす表層部の残留オーステナイト量が0体積%であった。よって、円筒ころ3に形成される圧痕縁での応力集中軽減効果が十分に得られず、円筒ころ3にフレーキングが多発したため、短寿命であった。
また、No.15では、焼戻し温度が低過ぎたため、円筒ころ3の転がり面をなす表層部の残留オーステナイト量を本発明の範囲内(0体積%超え20体積%未満)に出来なかった。よって、円筒ころ3と内輪1および外輪2との摩擦係数の低減による寿命延長効果が十分に得られなかったため、短寿命であった。
以上の結果から、円筒ころ3を構成する鋼の組成と、円筒ころ3の転がり面をなす表層部のN含有率,C含有率,残留オーステナイト量,硬さと、転がり面の表面粗さを本発明の構成とすることにより、異物混入潤滑下で使用しても、ころ軸受の寿命を長くできることが分かった。
On the other hand, no. In No. 14, since the tempering temperature was too high, the amount of retained austenite in the surface layer portion forming the rolling surface of the
No. In No. 15, since the tempering temperature was too low, the amount of retained austenite in the surface layer portion forming the rolling surface of the
From the above results, the composition of the steel constituting the
続いて、円筒ころ3の転がり面の表面粗さと転がり疲れ寿命との関係を検証した。
まず、上述した表1に示すNo.1の構成(鋼の組成、熱処理方法、焼戻し温度、転がり面をなす表層部)で、転がり面の表面粗さ(Ra)が、0.03〜0.20μmの範囲内でそれぞれ異なる円筒ころ3を複数個づつ用意した。
Subsequently, the relationship between the surface roughness of the rolling surface of the
First, No. 1 shown in Table 1 above. The
次に、同じ表面粗さ(Ra)の複数個の円筒ころ3と、上述した内輪1、外輪2、および保持器4とを用いてころ軸受を組み立てて、上述と同様の条件で寿命試験を行った。
そして、この寿命試験の結果を用いて、円筒ころ3の転がり面の表面粗さ(Ra)と、ころ軸受の転がり疲れ寿命との関係を示す図3のグラフを作成した。なお、図3において、ころ軸受の転がり疲れ寿命は、上述した表1に示すNo.16のL10寿命を1とした時の比で示した。
図3に示すように、円筒ころ3の転がり面の表面粗さ(Ra)が0.08μm以下のころ軸受は、前記表面粗さ(Ra)が0.08μmを超えるころ軸受と比べて長寿命であり、前記表面粗さ(Ra)が0.20μmのころ軸受の約1.7倍以上の寿命が得られた。
Next, a roller bearing is assembled using a plurality of
And the graph of FIG. 3 which shows the relationship between the surface roughness (Ra) of the rolling surface of the
As shown in FIG. 3, a roller bearing having a rolling roller surface roughness (Ra) of 0.08 μm or less is longer in life than a roller bearing having a surface roughness (Ra) exceeding 0.08 μm. Thus, a life of about 1.7 times or more that of a roller bearing having a surface roughness (Ra) of 0.20 μm was obtained.
1 内輪
1A 内輪軌道面
2 外輪
2A 外輪軌道面
3 円筒ころ(ころ)
4 保持器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
4 Cage
Claims (1)
前記ころは、C含有率が0.30質量%以上1.20質量%以下、Si含有率が0.50質量%以上2.00質量%以下、Mn含有率が0.20質量%以上2.00質量%以下、Cr含有率が0.50質量%以上2.00質量%以下、O含有率が12ppm以下、残部がFeおよび不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理と、焼入れ処理と、200℃以上300℃以下での焼戻し処理とがこの順に施されて得られ、
その転がり面をなす表層部のN含有率が0.2質量%以上2.0質量%以下で、前記表層部のC含有率が0.6質量%以上2.5質量%以下で、前記表層部の硬さがHv650以上で、前記表層部の残留オーステナイト量が0体積%超え20体積%未満となっており、 前記ころの転がり面の表面粗さは、前記内輪および外輪の軌道面の表面粗さよりも小さくなっていることを特徴とするころ軸受。 In a roller bearing comprising an inner ring, an outer ring, and a plurality of rollers arranged to roll between the inner ring and the outer ring,
The roller has a C content of 0.30% by mass or more and 1.20% by mass or less, an Si content of 0.50% by mass or more and 2.00% by mass or less, and a Mn content of 0.20% by mass or more. 00% by mass or less, Cr content of 0.50% by mass or more and 2.00% by mass or less, O content of 12ppm or less, and a material made of steel with the balance being Fe and inevitable impurities, and then carburizing A nitriding treatment, a quenching treatment, and a tempering treatment at 200 ° C. or more and 300 ° C. or less are performed in this order.
The N content of the surface layer part forming the rolling surface is 0.2% by mass or more and 2.0% by mass or less, and the C content of the surface layer part is 0.6% by mass or more and 2.5% by mass or less. The hardness of the part is Hv 650 or more, the amount of retained austenite of the surface layer part is more than 0% by volume and less than 20% by volume, and the surface roughness of the rolling surface of the roller is the surface of the raceway surface of the inner ring and the outer ring A roller bearing characterized by being smaller than roughness.
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