JP2007297676A - Method for manufacturing shaft, and shaft manufactured by the method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、転がり軸受の内輪軌道として機能する面を有し、端部を「かしめ」により固定して使用する軸の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a shaft that has a surface that functions as an inner ring raceway of a rolling bearing and that is used with its ends fixed by “caulking”.
ラジアルニードル軸受では、軸の面を内輪軌道として機能させる(すなわち、軸に転動体である針状ころを転がり接触させる)ことが多い。例えば、自動車のAT(オートマチックトランスミッション)やCVT(無段変速機)の遊星歯車機構(プラネタリギヤ装置)では、ピニオンシャフトの長さ方向中央部の外周面が内輪軌道面に、ピニオンギヤの内周面が外輪軌道面になっており、ピニオンシャフトとピニオンギヤの間に多数の針状ころが配置されている。また、自動車用エンジンのロッカーアームの軸受としても、軸の面を内輪軌道面とするラジアルニードル軸受が使用されている。 In radial needle bearings, the surface of the shaft often functions as an inner ring raceway (that is, needle rollers that are rolling elements are brought into rolling contact with the shaft). For example, in a planetary gear mechanism (planetary gear device) of an automatic transmission (AT) or a continuously variable transmission (CVT) of an automobile, the outer peripheral surface at the center in the length direction of the pinion shaft is the inner raceway surface, and the inner peripheral surface of the pinion gear is It is an outer ring raceway surface, and a large number of needle rollers are arranged between the pinion shaft and the pinion gear. As a bearing for a rocker arm of an automobile engine, a radial needle bearing having an inner ring raceway surface is used.
このようなラジアルニードル軸受の軸は、転がり疲労特性を向上することと、衝撃荷重が大きい場合であっても塑性変形を生じ難くすることが課題となっている。
この課題を解決するために、下記の特許文献1には、ラジアルニードル軸受の内輪を兼ねる軸(転動軸)を、0.5〜1.2wt%の炭素を含有する鋼で構成するとともに、芯部の残留オーステナイト量を0とし、表面層の窒素含有率を0.05〜0.4wt%とし、表面層の硬さをHv650以上とし、表面層の残留オーステナイト量を15〜40vol%とすることが開示されている。
The shafts of such radial needle bearings have the problems of improving rolling fatigue characteristics and making plastic deformation difficult to occur even when the impact load is large.
In order to solve this problem, in Patent Document 1 below, a shaft (rolling shaft) that also serves as an inner ring of a radial needle bearing is made of steel containing 0.5 to 1.2 wt% carbon, The amount of retained austenite in the core is 0, the nitrogen content of the surface layer is 0.05 to 0.4 wt%, the hardness of the surface layer is Hv650 or more, and the amount of retained austenite in the surface layer is 15 to 40 vol%. It is disclosed.
また、この文献には、前記構成の軸の製造方法として、浸炭窒化後に焼入れ・調質(高温焼戻し)を施して、軸の全体の硬さをHv300〜500(望ましくはHv400〜500)にし、次いで高周波焼入れと焼戻しを行って表層部の硬さをHv650以上にする方法が記載されている。この方法では、芯部の残留オーステナイト量が0となり、芯部の硬さがHv300〜500(望ましくはHv400〜500)となる。 In addition, in this document, as a manufacturing method of the shaft having the above-described structure, quenching / tempering (high temperature tempering) is performed after carbonitriding, and the entire hardness of the shaft is set to Hv 300 to 500 (preferably Hv 400 to 500). Subsequently, a method is described in which induction hardening and tempering are performed to make the hardness of the surface layer portion Hv650 or higher. In this method, the amount of retained austenite in the core is 0, and the hardness of the core is Hv 300 to 500 (preferably Hv 400 to 500).
また、下記の特許文献2には、炭素を0.2〜0.3質量%、クロムを2.5〜7質量%、マンガンを0.5〜2質量%、珪素を0.1〜1.5質量%、モリブデンを05〜2質量%含有する合金鋼を用い、浸炭または浸炭窒化処理、焼入れ、焼戻しからなる熱処理を行って、ピニオンシャフト(プラネタリシャフト)の表層部を、炭素と窒素の合計含有率1〜2.5質量%、硬さHRC60以上、残留オーステナイト量15〜45体積%にすするとともに、表面から芯部までの残留オーステナイト量の平均値を8体積%以下にすることが記載されている。 In Patent Document 2 below, carbon is 0.2 to 0.3 mass%, chromium is 2.5 to 7 mass%, manganese is 0.5 to 2 mass%, and silicon is 0.1 to 1. mass%. 5% by mass, alloy steel containing 05-2% by mass of molybdenum, subjected to heat treatment consisting of carburizing or carbonitriding, quenching and tempering, and the surface layer part of the pinion shaft (planetary shaft) is the sum of carbon and nitrogen It is described that the content is 1 to 2.5% by mass, the hardness is HRC60 or more, the amount of retained austenite is 15 to 45% by volume, and the average value of the amount of retained austenite from the surface to the core is 8% by volume or less. Has been.
さらに、下記の特許文献3には、ピニオンシャフトをキャリアに固定する方法として、従来のピンによる固定方法に代えて、小型軽量化の要求に応えるために「かしめ」による固定方法が採用される場合があり、この場合に対応させて、ピニオンシャフトの端部の表面硬さをHv200〜300とすることが記載されている。
近年、遊星歯車機構の使用条件は、高荷重(例えば4000N以上)、高速回転(例えば8000min-1以上)、高温(例えば120℃以上)、低潤滑油量(例えば、1ピニオン当たり供給量30ml/min以下)等のように過酷になってきており、このような過酷な条件での寿命が長いことが求められているが、特許文献1〜3に記載の技術では不十分である。
本発明の課題は、転がり軸受の内輪軌道として機能する面を有し、端部を「かしめ」により固定して使用する軸として、このような過酷な条件での寿命が長く、「かしめ」による固定が良好に行われるものを提供することにある。
In recent years, the planetary gear mechanism has been used under the following conditions: high load (for example, 4000 N or more), high speed rotation (for example, 8000 min −1 or more), high temperature (for example, 120 ° C. or more), low lubricating oil amount (for example, supply amount per pinion 30 ml / However, the techniques described in Patent Documents 1 to 3 are not sufficient, although it is demanded that the service life be long under such severe conditions.
The problem of the present invention is that it has a surface that functions as an inner ring raceway of a rolling bearing, and has a long life under such severe conditions as a shaft that is used with its end fixed by “caulking”. The object is to provide a material that can be fixed well.
上記課題を解決するために、本発明は、転がり軸受の内輪軌道として機能する面(軌道面)を有し、端部を「かしめ」により固定して使用する軸の製造方法において、「JIS G 4805」で規定されているSUJ1〜SUJ5のいずれかの鋼材を所定形状に加工した後、熱処理として、以下の4つのいずれかの組み合わせによる1)の処理と2)の処理、3)前記面(軌道面)に対する高周波焼入れ処理、4)低温焼戻し処理をこの順に行い、下記の構成(A) 〜(F) を満たすことを特徴とする方法を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method for manufacturing a shaft having a surface (track surface) that functions as an inner ring raceway of a rolling bearing and having an end portion fixed by “caulking”. After processing any of the steel materials SUJ1 to SUJ5 defined in 4805 "into a predetermined shape, as a heat treatment, the following processes (1) and (2) are performed by any one of the following four combinations. An induction hardening process for the raceway surface) and 4) a low-temperature tempering process are performed in this order to satisfy the following configurations (A) to (F).
第1の組み合わせ:1)Ac1 点(加熱時、オーステナイトが生成し始める温度)以上の温度(T1 )での浸炭窒化後に冷却する処理と、2)Ac1 点以上Acm 点(加熱時、過共析鋼中のセメンタイトが完全に溶解する温度)以下の温度(T21)に保持した後に炉冷または徐冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理。
第2の組み合わせ:1)Ac1 点以上の温度(T1 )で浸炭窒化する処理と、2)Ac1 点以上Acm 点以下の温度(T21)に保持した後に炉冷または徐冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理。
First combination: 1) Treatment after carbonitriding at a temperature (T 1 ) equal to or higher than Ac 1 point (temperature at which austenite begins to form), and 2) Ac 1 point to Ac m point (during heating) Spheroidizing annealing treatment in which the cementite in the hypereutectoid steel is maintained at a temperature (T 21 ) or lower (cooling to room temperature by furnace cooling or slow cooling).
Second combination: 1) carbonitriding at a temperature of Ac 1 point or higher (T 1 ), and 2) furnace temperature or slow cooling after holding at a temperature of Ac 1 point or higher and Ac m point or lower (T 21 ). Spheroidizing annealing treatment to cool to room temperature.
第3の組み合わせ:1)Ac1 点以上の温度(T1 )での浸炭窒化後に冷却する処理と、2)Ac1 点以上Acm 点以下の温度(T21)に保持した後に、Ac1 点未満「Ac1 点温度−200℃」以上の温度(T22)に保持した後、空冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理。 第4の組み合わせ:1)Ac1 点以上の温度(T1 )での浸炭窒化後に冷却する処理と、2)Ac1 点以上Ac1 点以下の温度(T21)に保持した後にAc1 点未満「Ac1 点温度−200℃」以上の温度(T22)に保持することを複数回繰り返した後、空冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理。 Third combination: 1) a process of cooling after carbonitriding at Ac 1 point or more temperature (T 1), after holding the 2) Ac 1 point or more Ac m point below the temperature (T 21), Ac 1 A spheroidizing annealing treatment in which the temperature is kept at a temperature (T 22 ) of “Ac 1 point temperature−200 ° C.” or higher after cooling to room temperature by air cooling. Fourth combination: 1) a process of cooling after carbonitriding at Ac 1 point or more temperature (T 1), 2) Ac 1 point after holding the Ac 1 point or more Ac 1 point below the temperature (T 21) Less than “Ac 1 point temperature−200 ° C.” or higher (T 22 ) is repeated a plurality of times and then cooled to room temperature by air cooling.
(A) 1)の処理後の表層部の炭素含有率と窒素含有率の合計を、1.0質量%以上2.0質量%以下とする。
(B) 2)の処理後の表層部のマトリックスに固溶している炭素含有率と窒素含有率の合計を0.6質量%以上1.2質量%以下とする。
(C) 3)の処理後の、軌道面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率を15面積%以上40面積%以下とし、この炭化物および炭窒化物の円相当最大粒径を3μm以下とする。
(D) 3)の処理により、軌道面の硬化層を深さ(d)が軸の直径(D)の3.0%以上15%以下となる(0.030≦d/D≦0.015を満たす)ように形成する。
(E) 軌道面の表層部の硬さをビッカース硬さ(Hv)で650以上900以下とし、前記面の表層部の残留オーステナイト量を5体積%以上20体積%以下とする。
(F) 軌道面の芯部および前記端部の硬さをビッカース硬さ(Hv)で150以上250以下とし、軌道面の芯部および前記端部の残留オーステナイトを0とする。
(A) The sum of the carbon content and the nitrogen content of the surface layer after the treatment in 1) is 1.0% by mass or more and 2.0% by mass or less.
(B) The total of the carbon content and the nitrogen content dissolved in the matrix of the surface layer part after the treatment in 2) is 0.6% by mass or more and 1.2% by mass or less.
(C) The total content of carbides and carbonitrides deposited on the surface layer of the raceway surface after the treatment of 3) is set to 15 area% or more and 40 area% or less, and the maximum equivalent to the circle of the carbides and carbonitrides The particle size is 3 μm or less.
(D) By the treatment of 3), the depth (d) of the hardened layer on the raceway surface becomes 3.0% to 15% of the shaft diameter (D) (0.030 ≦ d / D ≦ 0.015). To meet).
(E) The hardness of the surface layer portion of the raceway surface is 650 to 900 in terms of Vickers hardness (Hv), and the amount of retained austenite of the surface layer portion of the surface is 5 volume% to 20 volume%.
(F) The hardness of the core portion and the end portion of the raceway surface is set to 150 to 250 in terms of Vickers hardness (Hv), and the retained austenite of the core portion and the end portion of the raceway surface is set to zero.
本発明の軸の製造方法によれば、浸炭窒化処理後に、Ac1 点以上Acm 点以下の温度に保持する球状化焼鈍を行うことで、マトリックスの炭素と窒素合計含有率が高くなり、このマトリックス中に炭化物および炭窒化物を析出することで、軸の耐摩耗性が高くなる。球状化焼鈍の保持温度がAc1 点未満であると処理時間が長くなり、析出する炭化物および炭窒化物の粒径が粗大になり易い。球状化焼鈍の保持温度がAcm 点を超えると、析出した炭化物および炭窒化物がマトリックス中に溶け込んでしまうため、マトリックス中に炭化物および炭窒化物の析出物が存在しにくくなる。 According to the shaft manufacturing method of the present invention, after carbonitriding, the total carbon and nitrogen content of the matrix is increased by performing spheroidizing annealing at a temperature not lower than Ac 1 point and not higher than Ac m point. Precipitation of carbides and carbonitrides in the matrix increases the wear resistance of the shaft. Holding temperature of spheroidizing annealing is longer processing time to be Ac less than 1 point, the particle size of the precipitated carbides and carbonitrides become coarse easily. When the holding temperature for spheroidizing annealing exceeds the Ac m point, the precipitated carbide and carbonitride are dissolved in the matrix, and therefore the carbide and carbonitride precipitates are less likely to be present in the matrix.
本発明の方法において、第1および第2の組み合わせの球状化焼鈍処理では、温度T21に保持することで、オーステナイト相に過飽和状態で固溶した炭素や窒素が粒界上にFe3 CやFe3 (C,N)として析出し、これらが球状炭化物や球状炭窒化物の核となる。そして、これらの核を炉冷または徐冷により室温まで冷却することで、互いに付着させて成長させる。 In the spheroidizing annealing treatment of the first and second combinations in the method of the present invention, by maintaining the temperature at T 21 , carbon and nitrogen dissolved in a supersaturated state in the austenite phase are formed on the grain boundary with Fe 3 C or It precipitates as Fe 3 (C, N), and these become the cores of spherical carbide and spherical carbonitride. And these nuclei are made to adhere to each other and grow by being cooled to room temperature by furnace cooling or slow cooling.
第1の組み合わせと第2の組み合わせを比較すると、第2の組み合わせでは、浸炭窒化後の冷却(マルテンサイト変態点より低い温度への徐冷等)を行わないで球状化焼鈍を行うことにより、第1の組み合わせを採用した場合よりも、処理時間を短縮することができる。
第3の組み合わせの球状化焼鈍処理では、温度T21に保持することで、オーステナイト相に過飽和状態で固溶した炭素や窒素が粒界上にFe3 CやFe3 (C,N)として析出し、これらが球状炭化物や球状炭窒化物の核となる。次に、温度T22に保持することで、これらの核を互いに付着させて成長させる。そのため、第3の組み合わせを採用すると、第1及び第2の組み合わせを採用した場合よりも、析出する炭化物や炭窒化物の直径は大きくなるが、これらの析出物の含有率は高くなる。
Comparing the first combination and the second combination, in the second combination, by performing spheroidizing annealing without performing cooling after carbonitriding (such as slow cooling to a temperature lower than the martensite transformation point), The processing time can be shortened compared with the case where the first combination is employed.
In the third combination spheroidizing annealing treatment, carbon and nitrogen dissolved in a supersaturated state in the austenite phase as Fe 3 C and Fe 3 (C, N) precipitate on the grain boundary by maintaining the temperature at T 21. These serve as nuclei for spherical carbides and spherical carbonitrides. Next, by maintaining the temperature at T 22 , these nuclei are attached to each other and grown. Therefore, when the third combination is employed, the diameters of the precipitated carbides and carbonitrides are larger than when the first and second combinations are employed, but the content of these precipitates is increased.
第4の組み合わせを採用すると、第3の組み合わせを採用した場合よりも、析出する炭化物や炭窒化物の直径が小さくなる。
また、各組み合わせで、浸炭窒化後に室温までの冷却を行う場合は、浸炭窒化と球状化焼鈍を別の炉で処理できるので、生産の自由度を高めることができる。また、浸炭窒化後の冷却としては徐冷と焼入れが挙げられるが、徐冷を行う場合には、焼入れを行う場合と比較して割れが発生し難くなり、洗浄を省略することもできる。焼入れを行う場合には、徐冷を行う場合よりも処理時間を短縮できる。
When the fourth combination is employed, the diameter of the precipitated carbide or carbonitride is reduced as compared with the case where the third combination is employed.
Moreover, when cooling to room temperature after carbonitriding with each combination, carbonitriding and spheroidizing annealing can be processed in separate furnaces, so the degree of freedom in production can be increased. In addition, as cooling after carbonitriding, slow cooling and quenching can be mentioned, but when slow cooling is performed, cracks are less likely to occur compared to quenching, and cleaning can be omitted. In the case of quenching, the processing time can be shortened compared to the case of performing slow cooling.
図1は、本発明の方法により、SUJ2を用い第1の組み合わせで熱処理を行い、2)の処理(球状化焼鈍)温度(T21)を780℃とした場合の、表層部の炭化物および炭窒化物の分布状態を示す顕微鏡写真である。図2は、SUJ2を用い、球状化焼鈍に代えて700℃(Ac1 点より低い温度)での高温焼戻しを行った以外は同じ熱処理を行った場合の、表層部の炭化物および炭窒化物の分布状態を示す顕微鏡写真である。 FIG. 1 shows the surface layer of carbide and charcoal when heat treatment is performed in the first combination using SUJ2 by the method of the present invention, and the treatment (spheroidizing annealing) temperature (T 21 ) of 2) is 780 ° C. It is a microscope picture which shows the distribution state of nitride. 2, using the SUJ2, when other than performing the high-temperature tempering at instead of spheroidizing annealing 700 ° C. (temperature lower than the Ac 1 point) is subjected to the same heat treatment, the surface layer of the carbide and carbonitride It is a microscope picture which shows a distribution state.
これらの図の比較から、浸炭窒化処理後の加熱処理をAc1 点以上Acm 点以下の温度で行う(図1)ことにより、Ac1 点より低い温度で行った場合(図2)よりも、析出する炭化物および炭窒化物が微細になり、析出密度が高くなることが分かる。
本発明の方法において、浸炭窒化処理の温度(T1 )は830〜860℃とし、保持時間は2〜4時間とすることが好ましい。2)の処理の温度T21は750〜790℃とし、温度T22は650〜710℃とすることが好ましい。また、第1および第2の組み合わせの場合、2)の処理の温度T21での保持時間は1〜3時間とすることが好ましく、より好ましくは2〜3時間とする。
From comparison of these figures, the heat treatment after the carbonitriding process is performed at a temperature not lower than Ac 1 point and not higher than Ac m point (FIG. 1), so that it is performed at a temperature lower than Ac 1 point (FIG. 2). It can be seen that the precipitated carbides and carbonitrides become finer and the precipitation density increases.
In the method of the present invention, the carbonitriding temperature (T 1 ) is preferably 830 to 860 ° C., and the holding time is preferably 2 to 4 hours. Temperature T 21 in the process of 2) is set to from 750 to 790 ° C., the temperature T 22 is preferably set to six hundred and fifty to seven hundred and ten ° C.. Also, when the first and second combination, it is preferable that the holding time at a temperature T 21 in the process of 2) is to be 1 to 3 hours, more preferably 2 to 3 hours.
第3の組み合わせの場合、2)の処理の温度T21での保持時間を1〜3時間とし、温度T22での保持時間を1〜4時間とすることが好ましい。より好ましくは、温度T21での保持時間を2〜3時間とし、温度T22での保持時間を3〜4時間とする。第4の組み合わせの場合、2)の処理の温度T21での保持時間は1〜2時間とし、温度T22での保持時間は1〜2時間とすることが好ましい。 In the third combination, the retention time at the temperature T 21 in the process of 2) and 1 to 3 hours, it is preferable that the 1-4 hours retention time at the temperature T 22. More preferably, the holding time at the temperature T 21 and 2-3 hours, and 3-4 hours retention time at the temperature T 22. For the fourth combination, the retention time at the temperature T 21 in the process of 2) is set to 1 to 2 hours, the retention time at the temperature T 22 is preferably set to 1 to 2 hours.
また、高周波焼入れは850〜900℃で行い、低温焼戻しは150〜170℃で1.5〜2時間保持することで行うことが好ましい。
本発明の方法では、「JIS G 4805」で規定されているSUJ1〜SUJ5のいずれかの鋼材を使用することで、炭化物および炭窒化物が球状化析出され易い。
また、前記構成(A) および(B) を満たすことにより、前記構成(C) 〜(F) を達成することができる。
Moreover, it is preferable to perform induction hardening at 850-900 degreeC, and to perform low temperature tempering by hold | maintaining at 150-170 degreeC for 1.5 to 2 hours.
In the method of the present invention, carbides and carbonitrides are likely to be spheroidized and precipitated by using any of the steel materials SUJ1 to SUJ5 defined in “JIS G 4805”.
Further, by satisfying the configurations (A) and (B), the configurations (C) to (F) can be achieved.
前記構成(A) を満たさない場合、すなわち、1)の処理後の表層部の〔C+N〕(炭素含有率と窒素含有率の合計)が1.0質量%未満であると、3)の処理後の軌道面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率を15面積%以上にすることができないか、前記表層部の硬さをHv650以上にすることができない場合がある。1)の処理後の表層部の〔C+N〕が2.0質量%を超えると、2)の処理後の球状炭化物および炭窒化物が粗大化され易い。 When the composition (A) is not satisfied, that is, when [C + N] (total of carbon content and nitrogen content) of the surface layer after the treatment of 1) is less than 1.0% by mass, the treatment of 3) In some cases, the total content of carbides and carbonitrides deposited on the surface layer portion of the later raceway surface cannot be made 15 area% or more, or the hardness of the surface layer portion cannot be made Hv 650 or more. . When [C + N] of the surface layer portion after the treatment of 1) exceeds 2.0% by mass, the spherical carbide and carbonitride after the treatment of 2) are easily coarsened.
前記構成(B) を満たさない場合、すなわち、2)の処理後の表層部のマトリックスに固溶している〔C+N〕が0.6質量%未満であると、3)の処理後の軌道面の表層部の残留オーステナイト量を5質量%以上にすることができない場合がある。2)の処理後の表層部のマトリックスに固溶している〔C+N〕が1.2質量%を超えると、3)の処理後の軌道面の表層部の残留オーステナイト量が20質量%を超える場合がある。 When the composition (B) is not satisfied, that is, when [C + N] dissolved in the matrix of the surface layer portion after the treatment of 2) is less than 0.6 mass%, the raceway surface after the treatment of 3) In some cases, the amount of retained austenite in the surface layer cannot be 5% by mass or more. When [C + N] dissolved in the matrix of the surface layer after the treatment of 2) exceeds 1.2% by mass, the amount of retained austenite in the surface layer of the raceway surface after the treatment of 3) exceeds 20% by mass There is a case.
また、前記構成(C) を満たすことにより、すなわち、軌道面の表層部に微細な炭化物および炭窒化物が存在していることにより、得られる軸の耐焼き付き性、耐摩耗性、耐かじり性、耐圧痕性、および耐白色剥離性が、著しく高くなる。
なお、白色剥離は、軸の軌道面と転動体が金属接触する状況になった場合に、摺動部に活性面が形成されることで潤滑剤が分解して水素が生じ、この水素が活性面から内部に拡散して、最大剪断応力位置や非金属介在物の周囲に濃化することで生じると考えられている。よって、白色剥離を防止するためには、軸の軌道面の耐摩耗性を向上させて、前記活性面の生成を抑制することが有効である。
Further, by satisfying the above-mentioned configuration (C), that is, by the presence of fine carbides and carbonitrides on the surface layer portion of the raceway surface, the shaft seizure resistance, abrasion resistance, and galling resistance are obtained. In addition, pressure scar resistance and white peel resistance are remarkably increased.
In the case of white peeling, when the raceway surface of the shaft and the rolling element come into metal contact, the active surface is formed in the sliding part, so that the lubricant is decomposed to generate hydrogen, and this hydrogen is activated. It is thought that it occurs by diffusing from the surface to the inside and concentrating around the maximum shear stress position and non-metallic inclusions. Therefore, in order to prevent white peeling, it is effective to improve the wear resistance of the raceway surface of the shaft and suppress the generation of the active surface.
前記構成(C) を満たさない場合、すなわち、3)の処理後の、軌道面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率が15面積%未満であると、これらの析出物による前述の作用が実質的に得られない。これらの析出物の合計含有率が40面積%を超えると、粗大化されたものの存在率が高くなったり、残留オーステナイト量を5質量%以上にすることができない場合がある。これらの析出物の円相当最大粒径が3μmより大きいと、白色剥離等の内部起点型剥離を生じる確率が高くなる。 When the composition (C) is not satisfied, that is, when the total content of carbides and carbonitrides precipitated in the surface layer portion of the raceway surface after the treatment of 3) is less than 15% by area, these precipitations The above-mentioned action by the object is not substantially obtained. If the total content of these precipitates exceeds 40% by area, the abundance of the coarsened material may increase, or the amount of retained austenite may not be 5% by mass or more. When the maximum equivalent-circle particle size of these precipitates is larger than 3 μm, the probability of causing internal origin type peeling such as white peeling increases.
また、前記構成(E) を備えているため、得られる軸の転がり寿命が高くなる。
前記構成(E) を満たさない場合、すなわち、軌道面の表層部の残留オーステナイト量が5体積%未満であると、残留オーステナイトによる転がり寿命を高くする作用が実質的に得られない。また、軌道面の表層部の残留オーステナイト量が20体積%を超えると、塑性変形曲がりや径の膨張が大きくなってエッジロードによる転がり寿命の低下が生じる場合がある。また、耐圧痕性も著しく低下する。特に、高温で使用される場合には、これらの欠点が顕著となるため、軌道面の表層部の残留オーステナイト量を体積%以下にすることが好ましい。
軌道面の表層部の硬さが、ビッカース硬さ(Hv)で900を超えると、残留オーステナイト量を体積%以上にすることができない場合がある。また、Hv900を超える硬さするためには、高周波焼入れ時の温度を高くする必要が有り、その結果、結晶粒が粗大化して靱性が低下する。
Further, since the configuration (E) is provided, the rolling life of the obtained shaft is increased.
When the configuration (E) is not satisfied, that is, when the amount of retained austenite in the surface layer portion of the raceway surface is less than 5% by volume, the effect of increasing the rolling life due to retained austenite cannot be substantially obtained. Further, if the amount of retained austenite in the surface layer portion of the raceway surface exceeds 20% by volume, the bending deformation and the expansion of the diameter may increase, and the rolling life may be reduced due to edge loading. In addition, the pressure scar resistance is significantly reduced. In particular, when these are used at high temperatures, these drawbacks become prominent. Therefore, it is preferable that the amount of retained austenite in the surface layer portion of the raceway surface is set to not more than volume%.
If the hardness of the surface layer portion of the raceway surface exceeds 900 in terms of Vickers hardness (Hv), the amount of retained austenite may not be able to be increased to volume% or more. In addition, in order to achieve hardness exceeding Hv900, it is necessary to increase the temperature during induction hardening, and as a result, crystal grains become coarse and toughness decreases.
また、前記構成(D) を備えているため、得られる軸の機械的強度が高く、軌道面の塑性変形曲がりや径の膨張が抑制される。
前記構成(D) を満たさない場合、すなわち、硬化層の深さ(d)が軸の直径(D)の3.0%未満であると、十分な深さの硬化層が得られず、軌道面の強度が不足する。また、硬化層の深さ(d)が軸の直径(D)の15%を超えると、軸の直径方向における残留オーステナイトの存在率が高くなるため、残留オーステナイトの分解による塑性変形が大きくなる。なお、硬化層の深さ(d)は、軸の表面から残留オーステナイト量が0より大きくなっている位置までの深さとする。
In addition, since the configuration (D) is provided, the mechanical strength of the obtained shaft is high, and the plastic deformation bending of the raceway surface and the expansion of the diameter are suppressed.
When the configuration (D) is not satisfied, that is, when the depth (d) of the hardened layer is less than 3.0% of the diameter (D) of the shaft, a hardened layer with a sufficient depth cannot be obtained, and the track Insufficient surface strength. If the depth (d) of the hardened layer exceeds 15% of the shaft diameter (D), the abundance of retained austenite in the shaft diameter direction increases, and therefore plastic deformation due to decomposition of the retained austenite increases. The depth (d) of the hardened layer is the depth from the shaft surface to the position where the amount of retained austenite is greater than zero.
また、前記構成(F) を備えているため、得られる軸の端部を「かしめ」により容易に固定することができるとともに、使用時の残留オーステナイトの分解に伴う塑性変形を防止できる。
前記構成(F) を満たさない場合、すなわち、軸の端部の硬さがビッカース硬さ(Hv)で150未満であると、「かしめ」による軸の固定強度が不十分となる。Hv250を超えると、靱性が不足して「かしめ」による固定時に割れやクラックが生じ易くなる。また、軌道面の芯部および前記端部の残留オーステナイトが0でないと、使用時に残留オーステナイトの分解に伴う塑性変形が生じる。
Further, since the structure (F) is provided, the end portion of the obtained shaft can be easily fixed by “caulking”, and plastic deformation accompanying decomposition of retained austenite during use can be prevented.
When the configuration (F) is not satisfied, that is, when the hardness of the end portion of the shaft is less than 150 in terms of Vickers hardness (Hv), the fixing strength of the shaft due to “caulking” becomes insufficient. If it exceeds Hv250, the toughness is insufficient and cracks and cracks are likely to occur during fixing by “caulking”. Further, if the retained austenite at the core portion and the end portion of the raceway surface is not 0, plastic deformation accompanying decomposition of the retained austenite occurs during use.
本発明は、また、転がり軸受の内輪軌道として機能する面(軌道面)を有し、端部を「かしめ」により固定して使用する軸であって、本発明の方法で製造され、下記の構成(1) 〜(4) を備えたことを特徴とする軸を提供する。
(1) 軌道面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率が15面積%以上40面積%以下で、その円相当最大粒径が3μm以下である。
(2) 高周波焼入れにより形成された硬化層の深さ(d)が軸の直径(D)の3.0%以上15%以下である(0.030≦d/D≦0.015を満たす)。
(3) 軌道面の表層部の硬さが、ビッカース硬さ(Hv)で650以上900以下であり、軌道面面の表層部の残留オーステナイト量が5体積%以上20体積%以下である。
(4) 軌道面の芯部および前記端部の硬さが、ビッカース硬さ(Hv)で150以上250以下であり、軌道面の芯部および前記端部の残留オーステナイトが0である。
The present invention is also a shaft that has a surface (track surface) that functions as an inner ring raceway of a rolling bearing and is used by fixing an end portion thereof by “caulking”, and is manufactured by the method of the present invention. Provided is a shaft characterized by comprising configurations (1) to (4).
(1) The total content of carbides and carbonitrides deposited on the surface layer of the raceway surface is 15 area% or more and 40 area% or less, and the maximum equivalent circle diameter is 3 μm or less.
(2) The depth (d) of the hardened layer formed by induction hardening is 3.0% to 15% of the shaft diameter (D) (0.030 ≦ d / D ≦ 0.015 is satisfied). .
(3) The hardness of the surface layer portion of the raceway surface is 650 or more and 900 or less in terms of Vickers hardness (Hv), and the amount of retained austenite of the surface layer portion of the raceway surface is 5% by volume or more and 20% by volume or less.
(4) The hardness of the core portion of the raceway surface and the end portion is 150 to 250 in terms of Vickers hardness (Hv), and the retained austenite of the core portion of the raceway surface and the end portion is zero.
本発明の軸によれば、前記構成(3) を備えているため転がり寿命が高くなる。この構成(3) の限定理由は、前述の本発明の方法における構成(E) の限定理由と同じである。また、前記構成(2) を備えているため、軸の機械的強度が高く、軌道面の塑性変形曲がりや径の膨張が抑制される。この構成(2) の限定理由は、前述の本発明の方法における構成(D) の限定理由と同じである。 According to the shaft of the present invention, the rolling life is increased because of the configuration (3). The reason for limitation of the configuration (3) is the same as the reason for limitation of the configuration (E) in the above-described method of the present invention. Further, since the configuration (2) is provided, the mechanical strength of the shaft is high, and the plastic deformation bending and the diameter expansion of the raceway surface are suppressed. The reason for limitation of the configuration (2) is the same as the reason for limitation of the configuration (D) in the above-described method of the present invention.
また、前記構成(1) を備えているため、耐焼き付き性、耐摩耗性、耐かじり性、耐圧痕性、耐白色剥離性が、著しく高くなる。この構成(1) の限定理由は、前述の本発明の方法における構成(C) の限定理由と同じである。また、前記構成(4) を備えているため、軸の端部を「かしめ」により容易に固定することができるとともに、使用時の残留オーステナイトの分解に伴う塑性変形を防止できる。この構成(4) の限定理由は、前述の本発明の方法における構成(F) の限定理由と同じである。 In addition, since the configuration (1) is provided, the seizure resistance, the wear resistance, the galling resistance, the pressure scar resistance, and the white peel resistance are remarkably increased. The reason for limitation of the configuration (1) is the same as the reason for limitation of the configuration (C) in the above-described method of the present invention. In addition, since the configuration (4) is provided, the end portion of the shaft can be easily fixed by “caulking”, and plastic deformation accompanying decomposition of retained austenite during use can be prevented. The reason for limitation of the configuration (4) is the same as the reason for limitation of the configuration (F) in the above-described method of the present invention.
本発明によれば、転がり軸受の内輪軌道として機能する面を有し、端部を「かしめ」により固定して使用する軸として、特許文献1〜3に記載の転動軸と比較して、過酷な条件での寿命が長く、「かしめ」による固定が良好に行われようになる。 According to the present invention, as a shaft that has a surface that functions as an inner ring raceway of a rolling bearing and is used by fixing an end portion thereof by “caulking”, compared to the rolling shafts described in Patent Documents 1 to 3, The service life is long under harsh conditions, and fixing by “caulking” is performed well.
以下、本発明の実施形態について説明する。
ピニオンシャフト用の素材として、SUJ2とSUJ3からなる棒状素材を用意し,これらを加工して、直径15.61mm、長さ65mmの軸を得た。この軸(ピニオンシャフト)1は、図3に示すように、軸線に沿って延びる平行路21と、軸の長さ方向中心位置で、軸の径方向に沿って延びる垂直路22とからなる油穴2を有する。また、軸1の両端面に凹部31,32が形成され、油穴2の平行路21につながる凹部31は潤滑油の供給口となっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
As a material for the pinion shaft, a rod-shaped material composed of SUJ2 and SUJ3 was prepared, and these were processed to obtain a shaft having a diameter of 15.61 mm and a length of 65 mm. As shown in FIG. 3, the shaft (pinion shaft) 1 is an oil composed of a parallel path 21 extending along the axis, and a vertical path 22 extending along the radial direction of the shaft at the center position in the longitudinal direction of the shaft. It has a hole 2. Moreover, the recessed parts 31 and 32 are formed in the both end surfaces of the axis | shaft 1, and the recessed part 31 connected to the parallel path 21 of the oil hole 2 is a supply port of lubricating oil.
次に、各軸に対して、下記の表1に示すように、サンプルNo. 1〜16とNo. 18〜29では、下記のa〜eのいずれかの熱処理を行った。また、サンプルNo. 17では、820℃で「ずぶ焼き」を行った後に、160℃で焼戻しを行った。図4(a)〜(e)は、a〜eの各熱処理の温度(T)と時刻(t)との関係を示すグラフである。
SUJ2のAc1 点は760℃付近であり、Acm 点は850℃付近である。SUJ3のAc1 点は750℃付近であり、Acm 点は840℃付近である。
Next, as shown in Table 1 below, each of the axes was subjected to any one of the following heat treatments in samples No. 1 to 16 and Nos. 18 to 29. Sample No. 17 was “baked” at 820 ° C. and then tempered at 160 ° C. 4A to 4E are graphs showing the relationship between the temperature (T) and time (t) of each heat treatment of a to e.
The Ac 1 point of SUJ2 is around 760 ° C., and the Ac m point is around 850 ° C. Ac 1 point of SUJ3 is around 750 ° C., Ac m point is around 840 ° C..
〔熱処理a〕
1)の処理:温度T1 (Ac1 点以上の温度)での浸炭窒化後に焼入れする処理、2)の処理:温度T21(Ac1 点以上Acm 点以下の温度)に保持した後に、炉冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理、3)の処理:温度T3 で中央部11の表面(軌道面)に対する高周波焼入れ処理、4)の処理:温度T4 での低温焼戻し処理をこの順に行う。
[Heat treatment a]
1) treatment: quenching after carbonitriding at temperature T 1 (temperature of Ac 1 point or higher), 2) treatment: after holding at temperature T 21 (temperature of Ac 1 point or higher and Ac m point or lower) spheroidizing annealing to cool to room temperature by furnace cooling, 3) of the process: the high-frequency quenching treatment to the surface (raceway surface) of the central portion 11 at a temperature T 3, 4) of the process: the low temperature tempering treatment at a temperature T 4 this Do in order.
〔熱処理b〕
1)の処理:温度T1 (Ac1 点以上の温度)での浸炭窒化、2)の処理:温度T21(Ac1 点以上Acm 点以下の温度)に保持した後に、炉冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理、3)の処理:温度T3 で中央部11の表面(軌道面)に対する高周波焼入れ処理、4)の処理:温度T4 での低温焼戻し処理をこの順に行う。
[Heat treatment b]
1) treatment: carbonitriding at temperature T 1 (ac 1 point or more), 2) treatment: temperature T 21 (ac 1 to ac m point), and then kept at room temperature by furnace cooling spheroidizing annealing cooling to 3 process): induction hardening process on the surface (raceway surface) of the central portion 11 at a temperature T 3, 4 treatment): performing low temperature tempering treatment at a temperature T 4 in this order.
〔熱処理c〕
1)の処理:温度T1 (Ac1 点以上の温度)での浸炭窒化後に焼入れ、2)の処理:温度T21(Ac1 点以上Acm 点以下の温度)に保持し、次いで温度T22(Ac1 点未満650℃以上の温度、「650℃以上」は「『Ac1 点温度−200℃』以上」に相当)に保持し、次いで、空冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理、3)の処理:温度T3 で中央部11の表面(軌道面)に対する高周波焼入れ処理、4)の処理:温度T4 での低温焼戻し処理をこの順に行う。
[Heat treatment c]
Treatment 1): quenching after carbonitriding at temperature T 1 (temperature of Ac 1 point or higher), treatment of 2): holding at temperature T 21 (temperature of Ac 1 point or higher and Ac m point or lower), then temperature T 22 (A temperature of less than Ac 1 point 650 ° C. or more, “650 ° C. or more” corresponds to “Ac 1 point temperature −200 ° C. or more”), and then cooled to room temperature by air cooling, 3) Treatment: induction hardening treatment for the surface (orbital surface) of the central portion 11 at the temperature T 3 , 4) treatment: low temperature tempering treatment at the temperature T 4 is performed in this order.
〔熱処理d〕
1)の処理:温度T1 (Ac1 点以上の温度)での浸炭窒化後に焼入れ、2)の処理:温度T21(Ac1 点以上Acm 点以下の温度)に保持した後に温度T22(Ac1 点未満650℃以上の温度、「650℃以上」は「『Ac1 点温度−200℃』以上」に相当)に保持することを3回繰り返し、次いで、空冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理、3)の処理:温度T3 で中央部11の表面(軌道面)に対する高周波焼入れ処理、4)の処理:温度T4 での低温焼戻し処理をこの順に行う。
[Heat treatment d]
Treatment of 1): quenching after carbonitriding at temperature T 1 (temperature of Ac 1 point or higher), treatment of 2): temperature T 22 after holding at temperature T 21 (temperature of Ac 1 point or higher and Ac m point or lower) (A temperature of less than Ac 1 point 650 ° C. or higher, “650 ° C. or higher” is equivalent to “Ac 1 point temperature −200 ° C. or higher”) 3 times, and then cooled to room temperature by air cooling annealing treatment, 3 process): induction hardening process on the surface (raceway surface) of the central portion 11 at a temperature T 3, 4 treatment): performing low temperature tempering treatment at a temperature T 4 in this order.
〔熱処理e〕
1)の処理:温度T1 (Ac1 点以上の温度)での浸炭窒化後に焼入れする処理、2)の処理:温度T22(Ac1 点未満650℃以上の温度)に保持した後に、空冷する高温焼戻し処理、3)の処理:温度T3 で中央部11の表面(軌道面)に対する高周波焼入れ処理、4)の処理:温度T4 での低温焼戻し処理をこの順に行う。
[Heat treatment e]
1) treatment: quenching after carbonitriding at temperature T 1 (temperature of Ac 1 point or higher), 2) treatment: air cooling after holding at temperature T 22 (temperature less than Ac 1 point 650 ° C. or higher) tempered at high temperatures to 3 process): induction hardening process on the surface (raceway surface) of the central portion 11 at a temperature T 3, 4 treatment): performing low temperature tempering treatment at a temperature T 4 in this order.
また、各サンプルについて、2)の処理の温度T21,T22と保持時間を、下記の表1および2に示す。なお、保持時間は、2)の処理全体での保持時間であり、温度T21に保持した後に温度T22に保持する場合はその合計時間である。
全サンプル(浸炭窒化処理を行わないNo. 17以外)について、浸炭窒化の雰囲気は、Rxガス+エンリッチガス+アンモニアガス(アンモニアガス濃度1〜7vol %)雰囲気とし、浸炭窒化の保持温度T1 は840℃とし、保持時間は3時間とした。
In addition, Tables 1 and 2 below show the temperatures T 21 and T 22 and the holding time of the treatment of 2) for each sample. The holding time is the holding time for the entire processing of 2), and is the total time when holding at the temperature T 22 after holding at the temperature T 21 .
For all samples (other than No. 17 not subjected to carbonitriding), the carbonitriding atmosphere is Rx gas + enrich gas + ammonia gas (ammonia gas concentration 1-7 vol%), and the carbonitriding holding temperature T 1 is The temperature was 840 ° C. and the holding time was 3 hours.
また、熱処理bでは、浸炭窒化処理後に冷却しないで球状化焼鈍処理を行うため、両方の処理を同じ炉内で行った。すなわち、浸炭窒化を行った後に炉内のアンモニアガスを排出し、脱炭しない程度にカーボンポテンシャルを下げて球状化焼鈍処理を行った。
高周波焼入れは、温度(T3 )850℃、周波数100〜400kHz、電圧12kV、電流5A、送り速度8〜15mm/秒、冷却水量35リットル/分の条件で行った。また、各サンプルで高周波焼入れ深さ(d)を変えることで、軸の直径(D)に対する比(d/D)を変えた。高周波焼入れ深さ(d)は、周波数を変えることにより変えた。
Further, in the heat treatment b, since the spheroidizing annealing process is performed without cooling after the carbonitriding process, both processes are performed in the same furnace. That is, after carbonitriding, ammonia gas in the furnace was discharged, and the spheroidizing annealing treatment was performed by lowering the carbon potential to the extent that decarburization was not performed.
Induction hardening was performed under conditions of a temperature (T 3 ) 850 ° C., a frequency of 100 to 400 kHz, a voltage of 12 kV, a current of 5 A, a feed rate of 8 to 15 mm / second, and a cooling water amount of 35 liters / minute. Further, the ratio (d / D) to the shaft diameter (D) was changed by changing the induction hardening depth (d) in each sample. The induction hardening depth (d) was changed by changing the frequency.
低温焼戻しは、温度(T4 )160℃で、1.5時間保持した後に、そのまま炉内で冷却(炉冷)することで行った。
サンプルNo. 1〜29のピニオンシャフトについて、1)の処理後に、中央部11の表層部(表面から深さ100μmまでの部分)11aの炭素含有率と窒素含有率の合計値〔C+N〕を測定した。また、2)の処理後に、中央部11の表層部11aのマトリックスに固溶している炭素含有率と窒素含有率の合計値〔C+N〕を測定した。
また、全ての熱処理が終了した後に、中央部11の表層部11aの硬さ(Hv)および残留オーステナイト量(γR )と、端部12の硬さ(Hv)と、中央部11の芯部11bの残留オーステナイト量(γR )を測定した。また、硬化層の深さ(d)を測定し、その軸の直径(D)に対する比(d/D)を算出した。
Low temperature tempering was performed by holding at a temperature (T 4 ) of 160 ° C. for 1.5 hours and then cooling (furnace cooling) in the furnace.
For the pinion shaft of sample Nos. 1 to 29, after the processing of 1), the total value [C + N] of the carbon content and nitrogen content of the surface layer part (part from the surface to a depth of 100 μm) 11a of the central part 11 is measured. did. Further, after the treatment of 2), the total value [C + N] of the carbon content and the nitrogen content dissolved in the matrix of the surface layer portion 11a of the central portion 11 was measured.
Further, after all the heat treatments are finished, the hardness (Hv) and the retained austenite amount (γ R ) of the surface layer portion 11a of the central portion 11, the hardness (Hv) of the end portion 12, and the core portion of the central portion 11 The amount of retained austenite (γ R ) of 11b was measured. Moreover, the depth (d) of the hardened layer was measured, and the ratio (d / D) to the diameter (D) of the shaft was calculated.
これらの結果も下記の表1および2に示す。
また、得られた各サンプルのピニオンシャフトを用いて下記の試験を行った。
〔高速低荷重条件で計算寿命となるまで回転させた時の表面状態を調べる試験〕
各サンプルのピニオンシャフトを組み込んだプラネタリギヤ装置を、NSK製の試験機にかけて、下記の条件で回転させた後に、ピニオンシャフトの表面状態を調べた。その結果を、下記の表1および2に併せて示す。表1および2において、「○」は表面に損傷がないことを示し、「△」は表面にスミアリングが生じていたことを示し、「×」は表面に剥離または焼き付きが生じていたことを示す。
These results are also shown in Tables 1 and 2 below.
Moreover, the following test was done using the pinion shaft of each obtained sample.
[Test to examine the surface condition when rotating to the calculated life under high speed and low load conditions]
The planetary gear device incorporating the pinion shaft of each sample was rotated on an NSK testing machine under the following conditions, and then the surface state of the pinion shaft was examined. The results are shown in Tables 1 and 2 below. In Tables 1 and 2, “◯” indicates that the surface is not damaged, “Δ” indicates that smearing has occurred on the surface, and “×” indicates that peeling or seizing has occurred on the surface. Show.
なお、ピニオンギヤと針状ころはSUJ2製で、ずぶ焼き後に焼戻し処理がなされた通常品を使用した。針状ころの直径は3.5mmとした。また、潤滑油は、ピニオンシャフト1の油路2を介してピニオンシャフトとピニオンギヤの間に供給した。
<回転試験条件>
ピニオンシャフトの自転速度:13000min-1
基本動定格荷重(C):17500N
基本静定格荷重(C0):16500N
ラジアル荷重:3000N
回転時間:計算寿命(L10)である460時間
Dm・n値=248000
潤滑油:ATF
油温度:100℃
潤滑油供給量:30ml/min
The pinion gears and needle rollers were made of SUJ2 and used normal products that had been tempered after soaking. The diameter of the needle roller was 3.5 mm. The lubricating oil was supplied between the pinion shaft and the pinion gear via the oil passage 2 of the pinion shaft 1.
<Rotational test conditions>
Spinning speed of pinion shaft: 13000 min -1
Basic dynamic load rating (C): 17500N
Basic static load rating (C0): 16500N
Radial load: 3000N
Rotation time: 460 hours which is the calculated life (L 10 ) Dm · n value = 248000
Lubricating oil: ATF
Oil temperature: 100 ° C
Lubricating oil supply amount: 30 ml / min
〔高速、高荷重、低潤滑条件で回転させた時の転がり疲れ寿命を調べる試験〕
各サンプルのピニオンシャフトを組み込んだプラネタリギヤ装置を、NSK製の試験機にかけて、下記の条件で回転させ、ピニオンシャフト、ピニオンギヤ、針状ころのいずれかに破損が生じた時点までの回転時間を「転がり疲れ寿命」とした。そして、No. 17のピニオンシャフトを用いた場合の「転がり疲れ寿命」を「1」とした時の寿命比を算出した。また、試験後のピニオンシャフト表面状態を観察し、白色剥離の有無を調べた。これらの結果も下記の表1および2に併せて示す。
<回転試験条件>
ピニオンシャフトの自転速度:10000min-1
基本動定格荷重(C):17500N
基本静定格荷重(C0):16500N
ラジアル荷重:7000N
計算寿命:L10=36時間
P/C=0.4
潤滑油:ATF
油温度:100℃
潤滑油供給量:10ml/min
[Test to investigate rolling fatigue life when rotating under high speed, high load and low lubrication conditions]
The planetary gear device incorporating the pinion shaft of each sample is run on an NSK testing machine under the following conditions, and the rotation time until the point when any of the pinion shaft, pinion gear, or needle roller is damaged "Fatigue life". The life ratio was calculated when the “rolling fatigue life” was “1” when the No. 17 pinion shaft was used. Further, the surface state of the pinion shaft after the test was observed to examine the presence or absence of white peeling. These results are also shown in Tables 1 and 2 below.
<Rotational test conditions>
Spinning speed of pinion shaft: 10000 min -1
Basic dynamic load rating (C): 17500N
Basic static load rating (C0): 16500N
Radial load: 7000N
Calculated life: L 10 = 36 hours P / C = 0.4
Lubricating oil: ATF
Oil temperature: 100 ° C
Lubricating oil supply amount: 10 ml / min
〔曲げクリープ試験〕
各サンプルのピニオンシャフトについて、温度160℃、荷重3000N、保持時間20時間の条件で、3点曲げクリープ試験を行い、軸に垂直な方向での最大曲がり量を測定した。
これらの結果も下記の表1および2に併せて示す。
〔端部の耐かしめ強度試験〕
各サンプルのピニオンシャフトの端部をプレス機に掛け、荷重2.0トンで、40mm/秒の速度でプレスした後、端部に破損や亀裂が生じているかどうかを調べた。
これらの結果も下記の表1および2に併せて示す。
(Bending creep test)
The pinion shaft of each sample was subjected to a three-point bending creep test under the conditions of a temperature of 160 ° C., a load of 3000 N, and a holding time of 20 hours, and the maximum bending amount in the direction perpendicular to the axis was measured.
These results are also shown in Tables 1 and 2 below.
[End part caulking resistance test]
The end of the pinion shaft of each sample was put on a press machine and pressed at a load of 2.0 tons and at a speed of 40 mm / second, and then it was examined whether the end was damaged or cracked.
These results are also shown in Tables 1 and 2 below.
これらの表の結果から、本発明の実施例に相当するサンプルNo. 1〜16のピニオンシャフトは、高速低荷重条件での表面状態が良好で、転がり疲れ寿命比が5.1〜9.2と良好で、高速、高荷重、低潤滑条件であっても白色剥離が発生せず、曲げクリープ試験による曲がり量が1〜5μmと少なく、端部の耐かしめ強度が高いことが分かる。 From the results of these tables, the pinion shafts of Sample Nos. 1 to 16 corresponding to the examples of the present invention have a good surface condition under high speed and low load conditions, and a rolling fatigue life ratio of 5.1 to 9.2. It can be seen that white peeling does not occur even under high speed, high load, and low lubrication conditions, the bending amount by the bending creep test is as small as 1 to 5 μm, and the end portion has high caulking resistance.
これに対して、本発明の比較例に相当するNo. 17〜29のピニオンシャフトは、転がり疲れ寿命比が1〜4.6であり、高速低荷重条件での表面状態、高速、高荷重、低潤滑条件での白色剥離の発生、曲げクリープ試験による曲がり量10μm以上、端部の耐かしめ強度不足のいずれかの点で不良となった。
具体的に、No. 17のピニオンシャフトは、熱処理が「ずぶ焼き」であるため、いずれの試験結果も良好ではなかった。
On the other hand, the pinion shafts of Nos. 17 to 29 corresponding to the comparative examples of the present invention have a rolling fatigue life ratio of 1 to 4.6, the surface condition under high speed and low load conditions, high speed, high load, A defect occurred in any of the following points: white peeling under low lubrication conditions, bending amount of 10 μm or more by bending creep test, and insufficient caulking resistance at the end.
Specifically, the pinion shaft of No. 17 was not so good in any of the test results because the heat treatment was “sukiyaki”.
No. 18のピニオンシャフトは、熱処理aを行ったが、「(d/D)≦15%」と「軌道面の表層部の残留オーステナイト量20体積%以下」を満たさないため、曲がり量が10μmと大きく、転がり疲れ寿命比も2.9とサンプルNo. 1〜16よりも低かった。
No. 19のピニオンシャフトは、熱処理bを行ったが、「1)の処理後の〔C+N〕≦2.0質量%」と、「3)の処理後の、表層部の炭化物および炭窒化物の存在率が40面積%以下、最大粒径3μm以下」と、「軌道面の表層部の残留オーステナイト量5体積%以上」と、「芯部および端部の硬さHv150以上」を満たさないため、端部に破損が生じ、転がり疲れ寿命比も1.1と低かった。
The pinion shaft of No. 18 was subjected to heat treatment a, but did not satisfy “(d / D) ≦ 15%” and “residual austenite amount of the surface layer portion of the raceway surface of 20 volume% or less”, so the bending amount was 10 μm. The rolling fatigue life ratio was 2.9, which was lower than Sample Nos. 1-16.
The pinion shaft of No. 19 was subjected to heat treatment b, but [C + N] ≦ 2.0 mass% after the treatment of “1” and carbide and carbonitride of the surface layer portion after the treatment of “3) Is not more than 40 area%, the maximum particle size is 3 μm or less, “the amount of retained austenite of the surface layer portion of the raceway surface is 5 vol% or more”, and “the hardness of the core and end portions is Hv 150 or more”. The end portion was damaged, and the rolling fatigue life ratio was as low as 1.1.
No. 20のピニオンシャフトは、熱処理cを行ったが、「1)の処理後の〔C+N〕≦2.0質量%」と「軌道面の表層部の残留オーステナイト量5体積%以上」を満たさないため、転がり疲れ寿命比が1.3と低かった。
No. 21のピニオンシャフトは、熱処理dを行ったが、「軌道面の表層部の残留オーステナイト量20体積%以下」を満たさないため、曲がり量が12μmと大きく、転がり疲れ寿命比も3.1とサンプルNo. 1〜16よりも低かった。
The pinion shaft of No. 20 was subjected to the heat treatment c, but satisfyed “[C + N] ≦ 2.0 mass%” after the process of “1” and “the amount of retained austenite of the surface layer portion of the raceway surface is 5 volume% or more”. Therefore, the rolling fatigue life ratio was as low as 1.3.
The pinion shaft of No. 21 was heat-treated d, but did not satisfy the “remaining austenite amount of the surface layer portion of the raceway surface of 20 volume% or less”, so the bending amount was as large as 12 μm and the rolling fatigue life ratio was 3.1. And lower than Sample Nos. 1-16.
No. 22〜24,27〜29のピニオンシャフトは、2)の処理として高温焼戻し処理を行ったサンプルであり、「軌道面の表層部の残留オーステナイト量20体積%以下」と「端部の硬さHv250以下」を満たさないため、曲がり量が12〜16μmと大きく、転がり疲れ寿命比も1.2〜4.6とサンプルNo. 1〜16よりも低かった。
特に、No. 24,29のピニオンシャフトは、「3)の処理後の、表層部の炭化物および炭窒化物の存在率が15面積%以上」を満たさないため、高速低荷重条件での表面状態が不良で、高速、高荷重、低潤滑条件で白色剥離が発生した。また、端部の硬さがHv312,328と極端に硬いため、耐かしめ試験で亀裂が発生した。
The pinion shafts of No. 22 to 24 and 27 to 29 are samples that have been subjected to high temperature tempering as the treatment of 2), and “the amount of retained austenite in the surface layer portion of the raceway surface is 20% by volume or less” and “ Since it does not satisfy "Hv 250 or less", the bending amount was as large as 12 to 16 µm, and the rolling fatigue life ratio was 1.2 to 4.6, which was lower than those of Sample Nos. 1 to 16.
In particular, since the pinion shafts of No. 24 and 29 do not satisfy the abundance ratio of carbide and carbonitride in the surface layer after the treatment of “3” is 15 area% or more ”, the surface condition under high speed and low load conditions And white peeling occurred under high speed, high load and low lubrication conditions. Moreover, since the hardness of the end portion was extremely hard as Hv312,328, a crack occurred in the caulking resistance test.
No. 25,26のピニオンシャフトは、「軌道面の表層部の残留オーステナイト量20体積%以下」と「3)の処理後の、表層部の炭化物および炭窒化物の存在率が15面積%以上」を満たさないため、曲がり量が12〜15μmと大きく、転がり疲れ寿命比も1.2〜1.4と低く、高速低荷重条件での表面状態が不良で、高速、高荷重、低潤滑条件で白色剥離が発生した。 The pinion shafts of No. 25 and No. 26 have a surface layer portion carbide and carbonitride content of 15 area% or more after the treatment of “the amount of retained austenite of the surface layer portion of the raceway surface is 20 volume% or less” and “3). ”, The bending amount is as large as 12 to 15 μm, the rolling fatigue life ratio is as low as 1.2 to 1.4, the surface condition is poor under high speed and low load conditions, and the high speed, high load and low lubrication conditions are And white peeling occurred.
1 ピニオンシャフト
11 ピニオンシャフトの中央部
11a 軌道面の表層部
11b 軌道面の芯部
12 ピニオンシャフトの端部
2 油穴
21 平行路
22 垂直路
31 凹部
32 凹部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pinion shaft 11 Center part of pinion shaft 11a Surface layer part of raceway surface 11b Core part of raceway surface 12 End part of pinion shaft 2 Oil hole 21 Parallel path 22 Vertical path 31 Recess 32 Recess
Claims (5)
「JIS G 4805」で規定されているSUJ1〜SUJ5のいずれかの鋼材を所定形状に加工した後、
熱処理として、1)Ac1 点(加熱時、オーステナイトが生成し始める温度)以上の温度での浸炭窒化後に冷却する処理、2)Ac1 点以上Acm 点(加熱時、過共析鋼中のセメンタイトが完全に溶解する温度)以下の温度に保持した後に炉冷または徐冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理、3)前記面に対する高周波焼入れ処理、4)低温焼戻し処理をこの順に行い、
1)の処理後の表層部の炭素含有率と窒素含有率の合計を1.0質量%以上2.0質量%以下とし、
2)の処理後の表層部のマトリックスに固溶している炭素含有率と窒素含有率の合計を0.6質量%以上1.2質量%以下とし、
3)の処理後の、前記面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率を15面積%以上40面積%以下とし、この炭化物および炭窒化物の円相当最大粒径を3μm以下とし、
3)の処理により、硬化層を深さ(d)が軸の直径(D)の3.0%以上15%以下となる(0.030≦d/D≦0.015を満たす)ように形成し、
前記面の表層部の硬さをビッカース硬さ(Hv)で650以上900以下とし、前記面の表層部の残留オーステナイト量を5体積%以上20体積%以下とし、
前記面の芯部および前記端部の硬さをビッカース硬さ(Hv)で150以上250以下とし、前記面の芯部および前記端部の残留オーステナイトを0とすることを特徴とする軸の製造方法。 In a method of manufacturing a shaft that has a surface that functions as an inner ring raceway of a rolling bearing and that is used with its end fixed by `` caulking ''
After processing any of the steel materials SUJ1 to SUJ5 defined in “JIS G 4805” into a predetermined shape,
As the heat treatment, 1) Ac 1 point (during heating, the process of cooling after carbonitriding at austenite begins to generate temperature) or higher temperatures, 2) Ac 1 point or more Ac m points (when heated in the over-eutectoid steel The temperature at which the cementite is completely dissolved) is maintained at a temperature equal to or lower than the temperature, and then spheroidizing annealing is performed to cool to room temperature by furnace cooling or slow cooling.
The total of the carbon content and nitrogen content of the surface layer part after the treatment of 1) is 1.0% by mass or more and 2.0% by mass or less,
The total of the carbon content and nitrogen content dissolved in the matrix of the surface layer after the treatment of 2) is 0.6 mass% or more and 1.2 mass% or less,
The total content of carbides and carbonitrides precipitated on the surface layer portion of the surface after the treatment of 3) is set to 15 area% or more and 40 area% or less, and the maximum equivalent circle diameter of the carbides and carbonitrides is set to 3 μm or less,
By the treatment of 3), the hardened layer is formed so that the depth (d) is not less than 3.0% and not more than 15% of the shaft diameter (D) (0.030 ≦ d / D ≦ 0.015 is satisfied). And
The surface layer portion of the surface has a Vickers hardness (Hv) of 650 or more and 900 or less, and the amount of retained austenite of the surface layer portion of the surface is 5 volume% or more and 20 volume% or less,
The shaft is characterized in that the core of the surface and the end have a Vickers hardness (Hv) of 150 to 250, and the retained austenite of the core and the end of the surface is 0. Method.
「JIS G 4805」で規定されているSUJ1〜SUJ5のいずれかの鋼材を所定形状に加工した後、
熱処理として、1)Ac1 点(加熱時、オーステナイトが生成し始める温度)以上の温度で浸炭窒化する処理、2)Ac1 点以上Acm 点(加熱時、過共析鋼中のセメンタイトが完全に溶解する温度)以下の温度に保持した後に炉冷または徐冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理、3)前記面に対する高周波焼入れ処理、4)低温焼戻し処理をこの順に行い、
1)の処理後の表層部の炭素含有率と窒素含有率の合計を1.0質量%以上2.0質量%以下とし、
2)の処理後の表層部のマトリックスに固溶している炭素含有率と窒素含有率の合計を0.6質量%以上1.2質量%以下とし、
3)の処理後の、前記面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率を15面積%以上40面積%以下とし、この炭化物および炭窒化物の円相当最大粒径を3μm以下とし、
3)の処理により、硬化層を深さ(d)が軸の直径(D)の3.0%以上15%以下となる(0.030≦d/D≦0.015を満たす)ように形成し、
前記面の表層部の硬さをビッカース硬さ(Hv)で650以上900以下とし、前記面の表層部の残留オーステナイト量を5体積%以上20体積%以下とし、
前記面の芯部および前記端部の硬さをビッカース硬さ(Hv)で150以上250以下とし、前記面の芯部および前記端部の残留オーステナイトを0とすることを特徴とする軸の製造方法。 In a method of manufacturing a shaft that has a surface that functions as an inner ring raceway of a rolling bearing and that is used with its end fixed by `` caulking ''
After processing any of the steel materials SUJ1 to SUJ5 defined in “JIS G 4805” into a predetermined shape,
As heat treatment, 1) carbonitriding at a temperature equal to or higher than Ac 1 point (temperature at which austenite begins to form), 2) Ac 1 point to Ac m point (when heated, cementite in the hypereutectoid steel is completely 3) Spheroidizing annealing treatment which is cooled to room temperature by furnace cooling or slow cooling after being held at the following temperature, 3) Induction hardening treatment for the surface, 4) Low temperature tempering treatment in this order,
The total of the carbon content and nitrogen content of the surface layer part after the treatment of 1) is 1.0% by mass or more and 2.0% by mass or less,
The total of the carbon content and nitrogen content dissolved in the matrix of the surface layer after the treatment of 2) is 0.6 mass% or more and 1.2 mass% or less,
The total content of carbides and carbonitrides precipitated on the surface layer portion of the surface after the treatment of 3) is set to 15 area% or more and 40 area% or less, and the maximum equivalent circle diameter of the carbides and carbonitrides is set to 3 μm or less,
By the treatment of 3), the hardened layer is formed so that the depth (d) is not less than 3.0% and not more than 15% of the shaft diameter (D) (0.030 ≦ d / D ≦ 0.015 is satisfied). And
The surface layer portion of the surface has a Vickers hardness (Hv) of 650 or more and 900 or less, and the amount of retained austenite of the surface layer portion of the surface is 5 volume% or more and 20 volume% or less,
The shaft is characterized in that the core of the surface and the end have a Vickers hardness (Hv) of 150 to 250, and the retained austenite of the core and the end of the surface is 0. Method.
「JIS G 4805」で規定されているSUJ1〜SUJ5のいずれかの鋼材を所定形状に加工した後、
熱処理として、1)Ac1 点(加熱時、オーステナイトが生成し始める温度)以上の温度での浸炭窒化後に冷却する処理、2)Ac1 点以上Acm 点(加熱時、過共析鋼中のセメンタイトが完全に溶解する温度)以下の温度に保持した後に、Ac1 点未満「Ac1 点温度−200℃」以上の温度に保持した後、空冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理、3)前記面に対する高周波焼入れ処理、4)低温焼戻し処理をこの順に行い、
1)の処理後の表層部の炭素含有率と窒素含有率の合計を1.0質量%以上2.0質量%以下とし、
2)の処理後の表層部のマトリックスに固溶している炭素含有率と窒素含有率の合計を0.6質量%以上1.2質量%以下とし、
3)の処理後の、前記面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率を15面積%以上40面積%以下とし、この炭化物および炭窒化物の円相当最大粒径を3μm以下とし、
3)の処理により、硬化層を深さ(d)が軸の直径(D)の3.0%以上15%以下となる(0.030≦d/D≦0.015を満たす)ように形成し、
前記面の表層部の硬さをビッカース硬さ(Hv)で650以上900以下とし、前記面の表層部の残留オーステナイト量を5体積%以上20体積%以下とし、
前記面の芯部および前記端部の硬さをビッカース硬さ(Hv)で150以上250以下とし、前記面の芯部および前記端部の残留オーステナイトを0とすることを特徴とする軸の製造方法。 In a method of manufacturing a shaft that has a surface that functions as an inner ring raceway of a rolling bearing and that is used with its end fixed by `` caulking ''
After processing any of the steel materials SUJ1 to SUJ5 defined in “JIS G 4805” into a predetermined shape,
As the heat treatment, 1) Ac 1 point (during heating, the process of cooling after carbonitriding at austenite begins to generate temperature) or higher temperatures, 2) Ac 1 point or more Ac m points (when heated in the over-eutectoid steel after the cementite is held in complete dissolution temperature) below the temperature, after holding the Ac less than 1 point "Ac 1 point temperature -200 ° C." or higher temperatures, spheroidizing annealing to cool to room temperature by air cooling, 3) Induction hardening treatment for the surface, 4) low temperature tempering treatment in this order,
The total of the carbon content and nitrogen content of the surface layer part after the treatment of 1) is 1.0% by mass or more and 2.0% by mass or less,
The total of the carbon content and nitrogen content dissolved in the matrix of the surface layer after the treatment of 2) is 0.6 mass% or more and 1.2 mass% or less,
The total content of carbides and carbonitrides precipitated on the surface layer portion of the surface after the treatment of 3) is set to 15 area% or more and 40 area% or less, and the maximum equivalent circle diameter of the carbides and carbonitrides is set to 3 μm or less,
By the treatment of 3), the hardened layer is formed so that the depth (d) is not less than 3.0% and not more than 15% of the shaft diameter (D) (0.030 ≦ d / D ≦ 0.015 is satisfied). And
The surface layer portion of the surface has a Vickers hardness (Hv) of 650 or more and 900 or less, and the amount of retained austenite of the surface layer portion of the surface is 5 volume% or more and 20 volume% or less,
The shaft is characterized in that the core of the surface and the end have a Vickers hardness (Hv) of 150 to 250, and the retained austenite of the core and the end of the surface is 0. Method.
「JIS G 4805」で規定されているSUJ1〜SUJ5のいずれかの鋼材を所定形状に加工した後、
熱処理として、1)Ac1 点(加熱時、オーステナイトが生成し始める温度)以上の温度での浸炭窒化後に冷却する処理、2)Ac1 点以上Acm 点(加熱時、過共析鋼中のセメンタイトが完全に溶解する温度)以下の温度に保持した後にAc1 点未満「Ac1 点温度−200℃」以上の温度に保持することを複数回繰り返した後、空冷により室温まで冷却する球状化焼鈍処理、3)前記面に対する高周波焼入れ処理、4)低温焼戻し処理をこの順に行い、
1)の処理後の表層部の炭素含有率と窒素含有率の合計を1.0質量%以上2.0質量%以下とし、
2)の処理後の表層部のマトリックスに固溶している炭素含有率と窒素含有率の合計を0.6質量%以上1.2質量%以下とし、
3)の処理後の、前記面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率を15面積%以上40面積%以下とし、この炭化物および炭窒化物の円相当最大粒径を3μm以下とし、
3)の処理により、硬化層を深さ(d)が軸の直径(D)の3.0%以上15%以下となる(0.030≦d/D≦0.015を満たす)ように形成し、
前記面の表層部の硬さをビッカース硬さ(Hv)で650以上900以下とし、前記面の表層部の残留オーステナイト量を5体積%以上20体積%以下とし、
前記面の芯部および前記端部の硬さをビッカース硬さ(Hv)で150以上250以下とし、前記面の芯部および前記端部の残留オーステナイトを0とすることを特徴とする軸の製造方法。 In a method of manufacturing a shaft that has a surface that functions as an inner ring raceway of a rolling bearing and that is used with its end fixed by `` caulking ''
After processing any of the steel materials SUJ1 to SUJ5 defined in “JIS G 4805” into a predetermined shape,
As the heat treatment, 1) Ac 1 point (during heating, the process of cooling after carbonitriding at austenite begins to generate temperature) or higher temperatures, 2) Ac 1 point or more Ac m points (when heated in the over-eutectoid steel after repeating several times that cementite holds the complete dissolution temperature) below Ac less than 1 point after holding at a temperature of "Ac 1 point temperature -200 ° C." or higher temperatures, spheronization cooling to room temperature by air cooling An annealing treatment, 3) induction hardening treatment for the surface, 4) low temperature tempering treatment in this order,
The total of the carbon content and nitrogen content of the surface layer part after the treatment of 1) is 1.0% by mass or more and 2.0% by mass or less,
The total of the carbon content and nitrogen content dissolved in the matrix of the surface layer after the treatment of 2) is 0.6 mass% or more and 1.2 mass% or less,
The total content of carbides and carbonitrides precipitated on the surface layer portion of the surface after the treatment of 3) is set to 15 area% or more and 40 area% or less, and the maximum equivalent circle diameter of the carbides and carbonitrides is set to 3 μm or less,
By the treatment of 3), the hardened layer is formed so that the depth (d) is not less than 3.0% and not more than 15% of the shaft diameter (D) (0.030 ≦ d / D ≦ 0.015 is satisfied). And
The surface layer portion of the surface has a Vickers hardness (Hv) of 650 or more and 900 or less, and the amount of retained austenite of the surface layer portion of the surface is 5 volume% or more and 20 volume% or less,
The shaft is characterized in that the core of the surface and the end have a Vickers hardness (Hv) of 150 to 250, and the retained austenite of the core and the end of the surface is 0. Method.
請求項1〜4のいずれかの方法で製造され、
前記面の表層部に析出している炭化物および炭窒化物の合計含有率が15面積%以上40面積%以下で、その円相当最大粒径が3μm以下であり、
高周波焼入れにより形成された硬化層の深さ(d)が軸の直径(D)の3.0%以上15%以下であり(0.030≦d/D≦0.015を満たし)、
前記面の表層部の硬さが、ビッカース硬さ(Hv)で650以上900以下であり、前記面の表層部の残留オーステナイト量が5体積%以上20体積%以下であり、
前記面の芯部および前記端部の硬さが、ビッカース硬さ(Hv)で150以上250以下であり、前記面の芯部および前記端部の残留オーステナイトが0であることを特徴とする軸。 A shaft that has a surface that functions as an inner ring raceway of a rolling bearing, and that is used with its end fixed by “caulking”,
Manufactured by any one of claims 1 to 4,
The total content of carbides and carbonitrides precipitated on the surface portion of the surface is 15 area% or more and 40 area% or less, and the maximum equivalent circle particle diameter is 3 μm or less,
The depth (d) of the hardened layer formed by induction hardening is 3.0% or more and 15% or less of the shaft diameter (D) (0.030 ≦ d / D ≦ 0.015 is satisfied),
The hardness of the surface layer portion of the surface is 650 or more and 900 or less in terms of Vickers hardness (Hv), and the amount of retained austenite of the surface layer portion of the surface is 5 volume% or more and 20 volume% or less,
The core of the surface and the hardness of the end are 150 to 250 in terms of Vickers hardness (Hv), and the retained austenite of the core and the end of the surface is 0 .
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