JP2008025794A - Needle roller bearing rolling member and needle roller bearing - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、針状ころ軸受用転動部材および針状ころ軸受に関し、より特定的には、苛酷な環境下においても長寿命な針状ころ軸受を構成する針状ころ軸受用転動部材および針状ころ軸受に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a rolling member for a needle roller bearing and a needle roller bearing, and more specifically, a rolling member for a needle roller bearing that constitutes a long-life needle roller bearing even in a harsh environment, and The present invention relates to a needle roller bearing.
転動体としてのころの直径が5mm以下であって、当該ころの長さが当該ころの直径の3倍以上10倍以下である針状ころを備えた針状ころ軸受は、転動体の軌道面に垂直な断面における主に荷重を受ける方向の軸受の高さが小さく、寸法の割には負荷容量が大きい。また、針状ころ軸受は、高い剛性を得やすいという特徴も有している。そのため、針状ころ軸受は様々な用途への適用が期待されている。針状ころ軸受においては、その構造上、転動体である針状ころと軌道輪などの針状ころ軸受用軌道部材との間においてすべりが発生しやすい。そのため、針状ころ、針状ころ軸受用軌道部材などの針状ころ軸受用転動部材は、すべりを伴った転動疲労を受けることにより、使用環境が苛酷となる場合も多い。 A needle roller bearing provided with a needle roller having a diameter of a roller as a rolling element of 5 mm or less and a length of the roller of 3 to 10 times the diameter of the roller is a raceway surface of the rolling element. The height of the bearing mainly in the direction of receiving a load in the cross section perpendicular to is small, and the load capacity is large for the size. The needle roller bearing also has a feature that high rigidity is easily obtained. Therefore, the needle roller bearing is expected to be applied to various uses. In a needle roller bearing, due to its structure, slip is likely to occur between a needle roller that is a rolling element and a race member for a needle roller bearing such as a race ring. For this reason, rolling roller members for needle roller bearings such as needle rollers and needle roller bearing raceway members are often subjected to rolling fatigue accompanied by slipping, and the usage environment is often severe.
これに対し、針状ころ軸受の長寿命化等を目的とした多くの検討がなされ、種々の対策が提案されている(たとえば特許文献1〜5参照)。
しかしながら、近年、針状ころ軸受が使用される産業機械、輸送機械等の更なる高性能化を目的として、産業機械、輸送機械等の内部において針状ころ軸受が支持する部材の回転速度が上昇するとともに、急激な加減速が付与される場合が多くなっている。また、回転速度の上昇や加減速時の加速度の上昇を容易にするため、潤滑剤の粘度が抑制される傾向にある。そのため、針状ころ軸受を構成する軌道輪などの軌道部材や転動体である針状ころなどの針状ころ軸受用転動部材の転走面は、高温化するとともに、転走面におけるすべりが増大し、油膜切れによる転動部材同士の金属接触が発生する場合もある。その結果、転走面付近が焼戻されて硬度が低下するとともに、転走面に引張応力が作用し、これに起因したピーリング、表面亀裂、割れなどが発生するという問題が生じている。また、転動部材同士の金属接触により出現する金属新生面を触媒として、潤滑剤が分解して水素が発生し、当該水素の転動部材への侵入により、短期間で転走面に剥離が生じる現象(水素脆性剥離)も問題となっている。 However, in recent years, the rotational speed of members supported by needle roller bearings has increased in industrial machines, transport machines, etc., for the purpose of further improving the performance of industrial machines, transport machines, etc. in which needle roller bearings are used. In addition, abrupt acceleration / deceleration is often given. In addition, the viscosity of the lubricant tends to be suppressed in order to facilitate an increase in rotational speed and acceleration during acceleration / deceleration. For this reason, the rolling surfaces of raceway members such as bearing rings constituting needle roller bearings and rolling members for needle roller bearings such as needle rollers that are rolling elements are heated to high temperatures, and sliding on the rolling surfaces is caused. In some cases, the metal contact between the rolling members due to the oil film breakage may occur. As a result, the vicinity of the rolling surface is tempered to reduce the hardness, and tensile stress acts on the rolling surface, resulting in problems such as peeling, surface cracks, and cracks. In addition, the lubricant is decomposed and hydrogen is generated by using the new metal surface that appears due to the metal contact between the rolling members as a catalyst, and the rolling surface peels off in a short time due to the penetration of the hydrogen into the rolling member. The phenomenon (hydrogen embrittlement delamination) is also a problem.
そこで、本発明の目的は、上述のような苛酷な環境においても、ピーリング、表面亀裂、割れなどの発生や水素脆性剥離の発生を抑制することにより、耐久性の向上した針状ころ軸受用転動部材および針状ころ軸受を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to improve the durability of needle roller bearings by improving the occurrence of peeling, surface cracks, cracks and the like and the occurrence of hydrogen embrittlement separation even in the severe environment described above. It is to provide a moving member and a needle roller bearing.
本発明に従った針状ころ軸受用転動部材は、転動体としてのころの直径が5mm以下であって、当該ころの長さがころの直径の3倍以上10倍以下である針状ころを備えた針状ころ軸受を構成する針状ころ軸受用転動部材である。当該針状ころ軸受用転動部材は、0.3質量%以上0.4%質量%以下の炭素と、0.2質量%以上0.5質量%未満の珪素と、0.3質量%以上0.8質量%以下のマンガンと、0.5質量%以上1.2質量%以下のニッケルと、1.6質量%以上2.2質量%以下のクロムと、0.1質量%以上0.7質量%以下のモリブデンと、0.3質量%以上0.8質量%以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、バナジウムの含有量はモリブデンの含有量以上であり、モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は珪素の含有量の2倍以上であり、クロムの含有量とモリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は2.3質量%以上3.5質量%以下である鋼から構成されている。さらに、表層部には、硬化処理層が形成されている。そして、硬化処理層の硬度は、Hv700以上780以下であり、硬化処理層に分布する炭化物の最大粒径は、10μm以下であり、硬化処理層における炭化物の面積率は、7%以上25%以下である。さらに、硬化処理層より内側の領域である内部の硬度は、Hv500以上600以下である。 The rolling member for a needle roller bearing according to the present invention has a diameter of a roller as a rolling element of 5 mm or less, and the length of the roller is 3 to 10 times the diameter of the roller. It is a rolling member for needle roller bearings which constitutes a needle roller bearing provided with. The rolling member for needle roller bearings is 0.3% by mass or more and 0.4% by mass or less of carbon, 0.2% by mass or more and less than 0.5% by mass of silicon, and 0.3% by mass or more. 0.8% by mass or less of manganese, 0.5% by mass or more and 1.2% by mass or less of nickel, 1.6% by mass or more and 2.2% by mass or less of chromium, and 0.1% by mass or more and 0.0. 7% by mass or less of molybdenum and 0.3% by mass or more and 0.8% by mass or less of vanadium, the balance being iron and unavoidable impurities, the vanadium content being greater than or equal to the molybdenum content, The sum of the content of vanadium and the content of vanadium is more than twice the content of silicon, and the sum of the content of chromium, the content of molybdenum and the content of vanadium is 2.3% by mass or more and 3.5% It is comprised from the steel which is the mass% or less. Furthermore, a cured layer is formed on the surface layer portion. And the hardness of a hardening process layer is Hv700 or more and 780 or less, the maximum particle size of the carbide | carbonized_material distributed to a hardening process layer is 10 micrometers or less, and the area ratio of the carbide | carbonized_material in a hardening process layer is 7% or more and 25% or less. It is. Furthermore, the internal hardness which is an area | region inside a hardening process layer is Hv500 or more and 600 or less.
本発明の針状ころ軸受用転動部材では、針状ころ軸受用転動部材を構成する鋼において、水素脆性剥離を助長するおそれのある珪素の含有量が低減されるとともに、バナジウム、ニッケル、モリブデンの3成分がバランス良く添加されている。これにより、針状ころ軸受用転動部材の耐熱性、靱性を確保しながら、水素脆性剥離の発生を抑制することができる。 In the rolling member for a needle roller bearing of the present invention, in the steel constituting the rolling member for a needle roller bearing, the content of silicon that may promote hydrogen embrittlement separation is reduced, and vanadium, nickel, Three components of molybdenum are added in a well-balanced manner. Thereby, generation | occurrence | production of hydrogen embrittlement peeling can be suppressed, ensuring the heat resistance of the rolling member for needle roller bearings, and toughness.
また、本発明の針状ころ軸受用転動部材では、一般的な浸炭鋼に比べて炭素含有量を高めた鋼が素材として採用されて浸炭または浸炭窒化が実施されるとともに、浸炭または浸炭窒化により表層部に形成される硬化処理層における炭化物の大きさ、および面積率が適切な範囲に調整される。これにより、針状ころ軸受用転動部材の表面に圧縮応力が形成され、かつ表層部が十分に硬化されるとともに、内部硬度も十分に確保される。さらに、大型の炭化物を応力集中源とする破損が抑制される。その結果、針状ころ軸受用転動部材においてピーリング、表面亀裂、割れなどの発生が抑制されて、針状ころ軸受用転動部材の耐久性が向上する。さらに、針状ころ軸受用転動部材の静的割れ強度および疲労割れ強度の両立が図られるとともに、製造工程における加工の容易性(加工性)が向上し、かつ浸炭または浸炭窒化に要する時間が短縮されて生産性も向上する。 Further, in the rolling member for the needle roller bearing of the present invention, steel having a higher carbon content than that of general carburized steel is adopted as a material to perform carburizing or carbonitriding, and carburizing or carbonitriding. Thus, the size and area ratio of carbides in the cured layer formed in the surface layer portion are adjusted to an appropriate range. Thereby, a compressive stress is formed on the surface of the rolling member for the needle roller bearing, the surface layer portion is sufficiently cured, and the internal hardness is sufficiently ensured. Furthermore, the breakage which uses a large carbide | carbonized_material as a stress concentration source is suppressed. As a result, the occurrence of peeling, surface cracks, cracks, and the like is suppressed in the rolling member for the needle roller bearing, and the durability of the rolling member for the needle roller bearing is improved. Furthermore, the static cracking strength and fatigue cracking strength of the rolling members for needle roller bearings can be made compatible, the ease of processing (workability) in the manufacturing process is improved, and the time required for carburizing or carbonitriding is improved. It is shortened and productivity is improved.
以上のように、本発明の針状ころ軸受用転動部材によれば、苛酷な環境においても、ピーリング、表面亀裂、割れなどの発生や水素脆性剥離の発生を抑制することにより、耐久性の向上した針状ころ軸受用転動部材を提供することができる。 As described above, according to the rolling member for a needle roller bearing of the present invention, durability can be improved by suppressing the occurrence of peeling, surface cracks, cracks and the like, and the occurrence of hydrogen embrittlement separation even in harsh environments. An improved rolling member for a needle roller bearing can be provided.
ここで、針状ころ軸受用転動部材の表層部とは、針状ころ軸受用転動部材の表面から深さ0.05mm〜0.1mmまでの層、特に0.1mmまでの層をいう。表層部には、浸炭焼入または浸炭窒化焼入と焼戻処理とによって、硬化処理層が形成される。硬化処理層とは、浸炭処理や浸炭窒化処理によって形成される、鋼の炭素濃度や窒素濃度が高められた結果、鋼の硬度が向上した層をいう。焼戻後の硬化処理層の硬度をHv700以上(HRC60以上)とすることにより、針状ころ軸受用転動部材に十分な表面硬度を付与し、十分な転動疲労寿命を確保することができる。一方、炭化物の最大粒径および硬化処理層における炭化物の面積率の制限から炭素量が制限されるため、Hv780を超える硬化処理層の硬度は得られにくいことを考慮し、焼戻後の硬化処理層の硬度の上限値はHv780以下とする。
Here, the surface layer portion of the rolling member for the needle roller bearing refers to a layer having a depth of 0.05 mm to 0.1 mm, particularly a layer having a depth of 0.1 mm, from the surface of the rolling member for the needle roller bearing. . A hardened layer is formed on the surface layer portion by carburizing / quenching or carbonitriding / quenching and tempering. The hardened layer refers to a layer formed by carburizing or carbonitriding and having improved steel hardness as a result of increasing the carbon concentration or nitrogen concentration of the steel. By setting the hardness of the hardened layer after tempering to Hv 700 or higher (
なお、焼戻温度は180℃以上300℃以下、好ましくは220℃以上300℃以下、より好ましくは240℃以上300℃以下とされる。 The tempering temperature is 180 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, preferably 220 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 240 ° C. or higher and 300 ° C. or lower.
また、鋼の成分組成を考慮すると、炭化物を形成する傾向の強い元素(炭化物形成元素)が多いため、炭化物量が増加し、個々の炭化物も粗大化しやすい。これに対し、硬化処理層に分布する炭化物の最大粒径を10μm以下とすることにより、粗大な炭化物が応力集中源となることを防止することができる。厳しい使用環境を考慮すると、炭化物は細かい方が応力集中源にならないので好ましく、炭化物の最大粒径を5μm以下にすればさらに優れたものにできる。 In addition, considering the component composition of steel, since there are many elements (carbide-forming elements) that have a strong tendency to form carbides, the amount of carbides increases and individual carbides tend to be coarse. On the other hand, when the maximum particle size of the carbide distributed in the hardened layer is 10 μm or less, coarse carbide can be prevented from becoming a stress concentration source. Considering the severe use environment, finer carbide is preferable because it does not become a stress concentration source, and if the maximum particle size of carbide is 5 μm or less, it can be further improved.
また、硬化処理層における炭化物の面積率を25%以下とすることにより、過多な炭化物が加工性(研削性)や加工精度を阻害することを防止することができる。加工性の点からは、炭化物の面積率を20%以下に抑えると難加工の問題も出難いためより好ましい。一方、炭化物の面積率が7%未満では、転動疲労寿命が低下する可能性があるので、炭化物の面積率を7%以上25%以下の範囲とする。なお、炭化物とは、たとえばFe3C(セメンタイト)、またはクロムやモリブデンなどの鋼が含有する合金成分によってFeが置換された炭化物(M3Cと示される)、もしくはM23C6やM7C3などである。 Moreover, it can prevent that an excessive carbide | carbonized_material will inhibit workability (grindability) and a processing precision by making the area ratio of the carbide | carbonized_material in a hardening process layer into 25% or less. From the viewpoint of workability, it is more preferable to keep the area ratio of the carbide to 20% or less because the problem of difficult processing is less likely to occur. On the other hand, if the carbide area ratio is less than 7%, the rolling fatigue life may be reduced. Therefore, the carbide area ratio is set in the range of 7% to 25%. The carbide is, for example, Fe 3 C (cementite), carbide obtained by replacing Fe with an alloy component contained in steel such as chromium or molybdenum (shown as M3C), or M23C6 or M7C3.
さらに、硬化処理層より内側の領域、具体的には針状ころ軸受用転動部材の表面から深さ1.0mm以上の領域である内部の硬度を、Hv600以下とすることにより、靱性を持たせるとともに残留圧縮応力を表層部に形成することができる。一方、内部の硬度をHv500以上とすることにより、大きな荷重が作用した場合にも内部割れの発生を防止することができる。 Furthermore, by setting the internal hardness of the region inside the hardened layer, specifically, the region having a depth of 1.0 mm or more from the surface of the rolling member for a needle roller bearing to Hv 600 or less, it has toughness. And a residual compressive stress can be formed in the surface layer portion. On the other hand, by setting the internal hardness to Hv 500 or more, it is possible to prevent the occurrence of internal cracks even when a large load is applied.
なお、上記硬化処理層および内部の硬度は、たとえば、針状ころ軸受用転動部材を切断し、硬化処理層および内部の硬度をビッカース硬度計により測定することにより調査することができる。また、硬化処理層における炭化物の最大粒径および面積率は、たとえば、以下のように調査することができる。すなわち、針状ころ軸受用転動部材を切断し、切断面を研磨した後、ピクラル(ピクリン酸アルコール溶液)にて腐食する。そして、硬化処理層に該当する領域をランダムに20視野(倍率400倍、視野面積0.6mm2)観察し、画像処理装置などを用いて炭化物の最大粒径および面積率を調査する。 In addition, the hardness of the said hardening process layer and an inside can be investigated, for example by cut | disconnecting the rolling member for needle roller bearings, and measuring a hardening process layer and an inside hardness with a Vickers hardness meter. Moreover, the maximum particle size and area ratio of the carbide in the cured layer can be investigated as follows, for example. That is, after the rolling member for needle roller bearings is cut and the cut surface is polished, it is corroded with picral (picric acid alcohol solution). Then, 20 visual fields (magnification 400 times, visual field area 0.6 mm 2 ) are randomly observed in the region corresponding to the cured layer, and the maximum particle size and area ratio of the carbide are investigated using an image processing device or the like.
ここで、本発明の針状ころ軸受用転動部材を構成する鋼の成分範囲を上記の範囲に限定した理由について説明する。 Here, the reason which limited the component range of steel which comprises the rolling member for needle roller bearings of this invention to said range is demonstrated.
炭素:0.3質量%以上0.4%質量%以下
針状ころ軸受用転動部材の表層部を浸炭または浸炭窒化することにより、割れ強度を確保し、かつ表層部に圧縮応力を付与することができる。しかし、従来のような低炭素鋼を針状ころ軸受用転動部材の素材として採用した場合、内部硬度が低く、大きな荷重や衝撃が作用した場合にかえって低強度になる。したがって、炭素含有量の下限は十分な内部硬度確保のため、0.3質量%とした。一方、素材の炭素量が高いと加工性が悪くなり、また浸炭後の表層圧縮応力や靱性を確保出来なくなるので、0.4質量%を上限とした。
Carbon: 0.3 mass% or more and 0.4% mass% or less Carbide or carbonitriding of the surface layer portion of the rolling member for needle roller bearings ensures cracking strength and imparts compressive stress to the surface layer portion. be able to. However, when low carbon steel like the conventional one is adopted as the material of the rolling member for the needle roller bearing, the internal hardness is low, and the strength is lowered when a large load or impact is applied. Therefore, the lower limit of the carbon content is set to 0.3% by mass in order to ensure sufficient internal hardness. On the other hand, if the carbon content of the material is high, the workability deteriorates, and the surface layer compressive stress and toughness after carburization cannot be secured, so 0.4 mass% was made the upper limit.
珪素:0.2質量%以上0.5質量%未満
従来、珪素は安価でありながら、耐熱性を与える元素であるため、積極的に活用されてきた。しかし、環境からの著しい水素侵入がおこる可能性のある針状ころ軸受用転動部材では、珪素が多いと水素脆性剥離を助長する懸念があるので、添加量を制限した。耐熱性を他の元素で補うことを考え、また、他の元素添加による加工性、旋削・研削性の低下をカバーするため、珪素の添加量は0.5質量%未満とした。一方、焼戻軟化抵抗を増大させるため、珪素量の下限値を0.2質量%とした。
Silicon: 0.2% by mass or more and less than 0.5% by mass Conventionally, silicon is an element that imparts heat resistance while being inexpensive, and thus has been actively used. However, in a rolling member for a needle roller bearing in which significant hydrogen intrusion from the environment may occur, the amount added is limited because there is a concern of promoting hydrogen embrittlement separation when there is a large amount of silicon. In consideration of supplementing the heat resistance with other elements, and to cover the deterioration of workability, turning / grindability due to addition of other elements, the amount of silicon added was set to less than 0.5 mass%. On the other hand, in order to increase the temper softening resistance, the lower limit value of the silicon amount was set to 0.2% by mass.
マンガン:0.3質量%以上0.8質量%以下
マンガンも針状ころ軸受用転動部材の焼入性の向上、転動疲労寿命の向上のためには必須の元素であるが、珪素同様、加工性を阻害するので、他の元素を増やすことによる焼入性向上、転動疲労寿命向上とのバランスから、添加量の上限を0.8質量%に制限した。しかしながら、製鋼過程での脱酸に必須の元素であることを考慮し、通常の高合金鋼に含まれるレベルである0.3質量%を下限値とした。
Manganese: 0.3% by mass or more and 0.8% by mass or less Manganese is an essential element for improving the hardenability and rolling fatigue life of rolling members for needle roller bearings. Since the workability is hindered, the upper limit of the addition amount is limited to 0.8% by mass from the balance between improving the hardenability and increasing the rolling fatigue life by increasing other elements. However, considering that it is an element essential for deoxidation in the steelmaking process, 0.3% by mass, which is a level contained in ordinary high alloy steel, was set as the lower limit.
ニッケル:0.5質量%以上1.2質量%以下
ニッケルは針状ころ軸受用転動部材の高温での転動疲労寿命確保に必須であり、高温での腐食への耐性向上などにも効果がある。このため、0.5質量%を下限とした。一方、ニッケルが多いと焼入後の残留オーステナイト量が増え所定の硬度が確保できず、また鋼材コストが上昇する。このため上限を1.2質量%とした。
Nickel: 0.5% by mass or more and 1.2% by mass or less Nickel is indispensable for ensuring the rolling fatigue life of rolling members for needle roller bearings at high temperatures, and is also effective in improving resistance to corrosion at high temperatures. There is. For this reason, 0.5 mass% was made into the minimum. On the other hand, if the amount of nickel is large, the amount of retained austenite after quenching increases and a predetermined hardness cannot be ensured, and the cost of steel materials increases. For this reason, the upper limit was made 1.2 mass%.
クロム:1.6質量%以上2.2質量%以下
クロムも針状ころ軸受用転動部材の転動疲労寿命や高温硬度の確保には必須の元素である。通常の軸受鋼でもクロムは1.5質量%程度含まれており、高温用途で十分な効果を出すには、これより多い添加が必要になるので、1.6質量%以上とした。一方、クロムの含有量の上限に関しては、モリブデンやバナジウムなど炭化物を形成する他の元素とのかねあいや、大きな炭化物を形成し転動疲労寿命や割れ強度を低下させる可能性を考慮する必要がある。特に、転動部材同士の接触楕円の面積が小さい針状ころ軸受では、大きな炭化物の転動疲労寿命への悪影響が大きいので、2.2質量%を上限とした。
Chromium: 1.6 mass% or more and 2.2 mass% or less Chromium is also an essential element for ensuring the rolling fatigue life and high temperature hardness of the rolling member for needle roller bearings. Even in ordinary bearing steel, chromium is contained in an amount of about 1.5% by mass, and in order to obtain a sufficient effect in high-temperature applications, it is necessary to add more than this amount. On the other hand, regarding the upper limit of the chromium content, it is necessary to consider the balance with other elements that form carbides such as molybdenum and vanadium, and the possibility of reducing the rolling fatigue life and crack strength by forming large carbides. . In particular, in needle roller bearings in which the area of the contact ellipse between the rolling members is small, the adverse effect on the rolling fatigue life of large carbides is large, so 2.2 mass% was made the upper limit.
モリブデン:0.1質量%以上0.7質量%以下
モリブデンも焼入性向上、炭化物形成による焼戻軟化抵抗性付与の点から、クロム同様に高温での針状ころ軸受用転動部材の転動疲労寿命確保に必須である。また、モリブデン炭化物や炭窒化物が水素をトラップするとも言われ、水素脆性剥離の抑制にも効果がある。一方、モリブデンは高価な元素であり、コスト面からできるだけ添加は少なく抑える必要があるので、クロム、バナジウムの添加量との関係から下限を0.1質量%、上限を0.7質量%とした。
Molybdenum: 0.1% to 0.7% by weight Molybdenum also improves the hardenability and imparts temper softening resistance due to carbide formation. Indispensable for ensuring dynamic fatigue life. It is also said that molybdenum carbide and carbonitride trap hydrogen, which is effective in suppressing hydrogen embrittlement delamination. On the other hand, molybdenum is an expensive element, and it is necessary to keep the addition as low as possible from the viewpoint of cost. Therefore, the lower limit is set to 0.1% by mass and the upper limit is set to 0.7% by mass in relation to the addition amount of chromium and vanadium. .
バナジウム:0.3質量%以上0.8質量%以下
バナジウムは微細な炭化物を形成して粒界に析出し、結晶粒を微細化して針状ころ軸受用転動部材の強度や靱性を向上させる。さらに、炭化物が水素のトラップサイトとして働くことから、水素感受性を抑える機能を有する。そのため、水素が侵入するおそれのある条件で使用される針状ころ軸受用転動部材の高強度化や、水素脆性剥離の発生を抑制することによる長寿命化に効果がある。高温で浸炭または浸炭窒化処理され、高温焼戻が実施される場合に、その効果が顕著になるので、特に重要な元素である。また、針状ころ軸受用転動部材の転動疲労寿命の長寿命化と安定化にも効果がある。これらの効果を出すには0.3質量%以上の添加が必要なため、最低添加量を0.3質量%に決定した。一方、バナジウムは高価な元素であり、コスト面からできるだけ添加は少なく抑える必要があるので、クロム、モリブデンの添加量との関係から上限を0.8質量%とした。
Vanadium: 0.3% by mass or more and 0.8% by mass or less Vanadium forms fine carbides and precipitates at grain boundaries, and refines the crystal grains to improve the strength and toughness of the rolling member for needle roller bearings. . Furthermore, since the carbide works as a hydrogen trap site, it has a function of suppressing hydrogen sensitivity. Therefore, there is an effect of increasing the strength of the rolling member for needle roller bearings used under conditions where hydrogen may enter, and extending the life by suppressing the occurrence of hydrogen brittle separation. When carburizing or carbonitriding at a high temperature and performing high-temperature tempering, the effect becomes remarkable, so this is an especially important element. In addition, it is effective in prolonging and stabilizing the rolling fatigue life of the rolling members for needle roller bearings. Since the addition of 0.3% by mass or more is necessary to exert these effects, the minimum addition amount was determined to be 0.3% by mass. On the other hand, vanadium is an expensive element, and it is necessary to suppress the addition as little as possible from the viewpoint of cost. Therefore, the upper limit is set to 0.8% by mass in relation to the addition amount of chromium and molybdenum.
なお、リン、硫黄、アルミニウム、チタンなどの不純物元素は、軸受用鋼では通常低いレベルに抑えられており、本発明の針状ころ軸受用転動部材を構成する鋼でも同様である。一般的な値として、以下の範囲に限定する。 In addition, impurity elements such as phosphorus, sulfur, aluminum, and titanium are usually suppressed to a low level in the bearing steel, and the same is true for the steel constituting the rolling member for the needle roller bearing of the present invention. General values are limited to the following ranges.
リン:0.03質量%以下
偏析による靱性低下、転動疲労寿命の低下を防ぐため0.03質量%以下とした。
Phosphorus: 0.03% by mass or less In order to prevent a decrease in toughness due to segregation and a decrease in rolling fatigue life, the content was made 0.03% by mass or less.
硫黄:0.03質量%以下
マンガンと結びつきマンガンの効果をなくし、また非金属介在物を形成するので、0.03質量%以下とした。
Sulfur: 0.03% by mass or less Sulfur: 0.03% by mass or less because the effect of manganese is eliminated and non-metallic inclusions are formed.
アルミニウム:0.05質量%以下
耐熱性は与えるが、非金属介在物の原因になりやすいので0.05質量%以下とした。
Aluminum: 0.05% by mass or less Although heat resistance is imparted, it tends to cause non-metallic inclusions, so 0.05% by mass or less.
チタン:0.003質量%以下
非金属介在物であるTiNを形成し、針状ころ軸受用転動部材の転動疲労寿命低下の原因となるとともに、水素脆性剥離の剥離起点になるおそれがあるので、0.003質量%以下とした。
Titanium: 0.003 mass% or less TiN that is a non-metallic inclusion is formed, which may cause a decrease in the rolling fatigue life of the rolling member for needle roller bearings, and may be a starting point for hydrogen embrittlement separation. Therefore, it was made into 0.003 mass% or less.
また、珪素は水素脆性剥離を助長する懸念があることから、その含有量を低減するとともに、珪素含有量の低減による耐熱性の低下をクロム、モリブデン、バナジウムの添加により補完する必要がある。また、バナジウムの炭化物を多く析出させるためには、モリブデンと結合する炭素の量を抑える必要がある。よって、クロム、バナジウム、モリブデン、珪素の含有量には、以下の関係が必要である。 Further, since silicon has a concern of promoting hydrogen brittle exfoliation, it is necessary to reduce the content thereof and to supplement the decrease in heat resistance due to the reduction of the silicon content by adding chromium, molybdenum, and vanadium. Further, in order to precipitate a large amount of vanadium carbide, it is necessary to suppress the amount of carbon bonded to molybdenum. Therefore, the following relationship is necessary for the contents of chromium, vanadium, molybdenum, and silicon.
バナジウムの含有量は、モリブデンの含有量以上とする。水素感受性抑制に効果のあるバナジウム炭化物をより多く形成させ、針状ころ軸受用転動部材の水素脆性剥離を抑制するためである。 The vanadium content is equal to or greater than the molybdenum content. This is because more vanadium carbide effective in suppressing hydrogen sensitivity is formed, and hydrogen brittle separation of the rolling members for needle roller bearings is suppressed.
モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は、珪素の含有量の2倍以上とする。針状ころ軸受用転動部材の耐熱性および水素脆性剥離の抑制のためである。 The sum of the molybdenum content and the vanadium content is at least twice the silicon content. This is for the purpose of suppressing heat resistance and hydrogen embrittlement peeling of the rolling member for the needle roller bearing.
クロムの含有量とモリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は、針状ころ軸受用転動部材の耐熱性および転動疲労寿命の向上のため、下限を2.3質量%以上とする。一方、多すぎると大きな炭化物が形成され、転動疲労寿命がかえって低下し、割れ強度も低下するため、上限を3.5質量%以下とする。 The sum of the chromium content, the molybdenum content, and the vanadium content is set to a minimum of 2.3 mass% or more in order to improve the heat resistance and rolling fatigue life of the rolling member for needle roller bearings. . On the other hand, if the amount is too large, large carbides are formed, the rolling fatigue life is decreased, and the crack strength is also decreased. Therefore, the upper limit is made 3.5% by mass or less.
上記針状ころ軸受用転動部材において好ましくは、500℃での高温焼戻後における硬化処理層の硬度は、Hv550以上650以下である。 In the rolling member for needle roller bearing, the hardness of the hardened layer after high-temperature tempering at 500 ° C. is preferably Hv550 or higher and 650 or lower.
焼戻軟化抵抗性を図る指標として500℃高温焼戻後における硬化処理層の硬度を採用し、当該硬度をHv550以上とすることによって、高温での十分な転動疲労寿命および強度を確保することができる。なお好ましくは、高温焼戻条件は500℃において1時間保持する条件である。一方、炭化物の最大粒径および硬化処理層における炭化物の面積率の制限から、素材の炭素含有量が制限されるため、Hv650を超える500℃高温焼戻後における硬化処理層の硬度は得られにくい。そして、これを達成するためには、製造コストの上昇を招来する特殊な熱処理等が必要となる。そのため、500℃高温焼戻後の硬化処理層の硬度はHv650以下とする。 Adopting the hardness of the hardened layer after tempering at 500 ° C. as an index for temper softening resistance, and ensuring the rolling fatigue life and strength at high temperature by setting the hardness to Hv550 or higher. Can do. Preferably, the high temperature tempering condition is a condition of holding at 500 ° C. for 1 hour. On the other hand, since the carbon content of the material is limited due to the limitations on the maximum particle size of the carbide and the area ratio of the carbide in the cured layer, the hardness of the cured layer after tempering at 500 ° C. exceeding Hv650 is difficult to obtain. . And in order to achieve this, the special heat processing etc. which raise the manufacturing cost are needed. Therefore, the hardness of the cured layer after tempering at 500 ° C. is set to Hv650 or less.
上記針状ころ軸受用転動部材において好ましくは、モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は0.6質量%以上1.5質量%以下である鋼から構成されている。 In the rolling member for needle roller bearing, preferably, the sum of the molybdenum content and the vanadium content is 0.6% by mass or more and 1.5% by mass or less.
モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和の下限値を上述の値に規定することにより、針状ころ軸受用転動部材の耐熱性および耐水素脆性をより向上させることができる。一方コスト面からできるだけ添加は少なく抑える必要があるので、上限値を上述の値に規定することにより、針状ころ軸受用転動部材の製造コストを抑制することができる。 By defining the lower limit of the sum of the molybdenum content and the vanadium content to the above values, the heat resistance and hydrogen embrittlement resistance of the rolling member for the needle roller bearing can be further improved. On the other hand, since it is necessary to suppress the addition as little as possible from the viewpoint of cost, the manufacturing cost of the rolling member for the needle roller bearing can be suppressed by defining the upper limit value as described above.
本発明に従った針状ころ軸受は、上述の針状ころ軸受用転動部材を備えている。本発明の針状ころ軸受によれば、苛酷な環境においても、ピーリング、表面亀裂、割れなどの発生や水素脆性剥離の発生を抑制することにより、耐久性の向上した針状ころ軸受用転動部材を備えていることにより、耐久性の向上した針状ころ軸受を提供することができる。 A needle roller bearing according to the present invention includes the above-described rolling member for a needle roller bearing. According to the needle roller bearing of the present invention, even in a harsh environment, the rolling for a needle roller bearing with improved durability is achieved by suppressing the occurrence of peeling, surface cracks, cracks, etc. and the occurrence of hydrogen brittle separation. By providing the member, a needle roller bearing with improved durability can be provided.
以上の説明から明らかなように、本発明の針状ころ軸受用転動部材および針状ころ軸受によれば、苛酷な環境においても、ピーリング、表面亀裂、割れなどの発生や水素脆性剥離の発生を抑制することにより、耐久性の向上した針状ころ軸受用転動部材および針状ころ軸受を提供することができる。 As is apparent from the above description, according to the rolling member and needle roller bearing of the present invention, peeling, surface cracks, cracks, etc., and occurrence of hydrogen embrittlement peeling, even in harsh environments By suppressing the above, it is possible to provide a rolling member for a needle roller bearing and a needle roller bearing with improved durability.
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
図1は、本発明の一実施の形態である実施の形態1における針状ころ軸受用転動部材を備えた針状ころ軸受としてのスラストニードルころ軸受の構成を示す概略断面図である。また、図2は、図1のスラストニードルころ軸受が備える針状ころ軸受用転動部材としての軌道輪の概略部分断面図である。また、図3は、図1のスラストニードルころ軸受が備える針状ころ軸受用転動部材としてのニードルころの概略断面図である。図1〜図3を参照して、本発明の実施の形態1における針状ころ軸受としてのスラストニードルころ軸受、針状ころ軸受用軌道部材としての軌道輪およびニードルころ(針状ころ)の構成について説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a thrust needle roller bearing as a needle roller bearing provided with a rolling member for needle roller bearings according to Embodiment 1 which is an embodiment of the present invention. 2 is a schematic partial cross-sectional view of a raceway ring as a rolling member for a needle roller bearing provided in the thrust needle roller bearing of FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a needle roller as a rolling member for a needle roller bearing provided in the thrust needle roller bearing of FIG. With reference to FIGS. 1-3, the structure of the thrust needle roller bearing as a needle roller bearing in Embodiment 1 of this invention, the bearing ring as a roller member for needle roller bearings, and a needle roller (needle roller) Will be described.
図1を参照して、実施の形態1のスラストニードルころ軸受1は、円盤状の形状を有し、互いに一方の主面が対向するように配置された針状ころ軸受用転動部材(軌道部材)としての一対の軌道輪11と、針状ころ軸受用転動部材(針状ころ)としての複数のニードルころ13と、円環状の保持器14とを備えている。複数のニードルころ13は、一対の軌道輪11の互いに対向する一方の主面に形成された軌道輪転走面11Aに接触し、かつ保持器14により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、スラストニードルころ軸受1の一対の軌道輪11は、互いに相対的に回転可能となっている。
Referring to FIG. 1, a thrust needle roller bearing 1 according to Embodiment 1 has a disk-like shape, and is a needle roller bearing rolling member (track) arranged so that one main surface faces each other. A pair of race rings 11 as members), a plurality of
次に、針状ころ軸受であるスラストニードルころ軸受1を構成する針状ころ軸受用転動部材としての軌道輪11および針状ころ13について説明する。図1〜図3を参照して、軌道輪11および針状ころ13は、転動体としてのころの直径が5mm以下であって、当該ころの長さがころの直径の3倍以上10倍以下である針状ころ13を備えた針状ころ軸受1を構成する針状ころ軸受用転動部材である。そして、軌道輪11および針状ころ13は、0.3質量%以上0.4%質量%以下の炭素と、0.2質量%以上0.5質量%未満の珪素と、0.3質量%以上0.8質量%以下のマンガンと、0.5質量%以上1.2質量%以下のニッケルと、1.6質量%以上2.2質量%以下のクロムと、0.1質量%以上0.7質量%以下のモリブデンと、0.3質量%以上0.8質量%以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、バナジウムの含有量はモリブデンの含有量以上であり、モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は珪素の含有量の2倍以上であり、クロムの含有量とモリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は2.3質量%以上3.5質量%以下である鋼から構成されている。
Next, the
さらに、軌道輪11および針状ころ13の表層部には、それぞれ硬化処理層11B、13Bが形成されている。そして、硬化処理層11B、13Bの硬度は、Hv700以上780以下であり、硬化処理層11B、13Bに分布する炭化物の最大粒径は、10μm以下であり、硬化処理層11B、13Bにおける炭化物の面積率は、7%以上25%以下である。さらに、硬化処理層11B、13Bより内側の領域である内部11C、13Cの硬度は、Hv500以上600以下である。
Further, the
実施の形態1の針状ころ軸受用転動部材としての軌道輪11および針状ころ13では、軌道輪11および針状ころ13を構成する鋼において、水素脆性剥離を助長するおそれのある珪素の含有量が低減されるとともに、バナジウム、ニッケル、モリブデンの3成分がバランス良く添加されている。これにより、軌道輪11および針状ころ13の耐熱性、靱性を確保しながら、水素脆性剥離の発生を抑制することが可能となっている。また、実施の形態1の軌道輪11および針状ころ13では、一般的な浸炭鋼に比べて炭素含有量を高めた鋼が素材として採用され、浸炭または浸炭窒化が実施されるとともに、浸炭または浸炭窒化により表層部に形成される硬化処理層11B、13Bにおける炭化物の大きさおよび面積率が適切な範囲に調整されている。これにより、軌道輪11および針状ころ13の表面に圧縮応力が形成され、かつ表層部が十分に硬化されるとともに、内部硬度も十分に確保されている。さらに、大型の炭化物を応力集中源とする破損が抑制されている。
In the
その結果、軌道輪11および針状ころ13においてピーリング、表面亀裂、割れなどの発生や水素脆性剥離の発生が抑制されて、軌道輪11および針状ころ13の耐久性が向上している。さらに、軌道輪11および針状ころ13の静的割れ強度および疲労割れ強度の両立が図られるとともに、製造工程における加工の容易性(加工性)が向上し、かつ浸炭または浸炭窒化に要する時間が短縮されて生産性も向上している。
As a result, the occurrence of peeling, surface cracks, cracks, and the like, and the occurrence of hydrogen embrittlement peeling are suppressed in the
以上のように、本発明の針状ころ軸受用転動部材としての軌道輪11および針状ころ13は、苛酷な環境においても、ピーリング、表面亀裂、割れなどの発生や水素脆性剥離の発生が抑制されることにより、耐久性が向上している。また、その結果、実施の形態1の針状ころ軸受としてのスラストニードルころ軸受1は、苛酷な環境においても、ピーリング、表面亀裂、割れなどの発生や水素脆性剥離の発生を抑制することにより、耐久性の向上した軌道輪11および針状ころ13を備えていることにより、耐久性が向上している。
As described above, the bearing
また、実施の形態1の軌道輪11および針状ころ13においては、500℃での高温焼戻後における硬化処理層11B、13Bの硬度は、Hv550以上650以下であることが好ましい。これにより、製造コストの上昇を招来する特殊な熱処理等を実施することなく、高温での十分な転動疲労寿命および強度を確保することができる。
In the
また、実施の形態1の軌道輪11および針状ころ13においては、モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は0.6質量%以上1.5質量%以下である鋼から構成されていることが好ましい。
Further, in
モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和の下限値を上述の値に規定することにより、軌道輪11および針状ころ13の耐熱性および耐水素脆性をより向上させることができる。一方コスト面からできるだけ添加は少なく抑える必要があるので、上限値を上述の値に規定することにより、軌道輪11および針状ころ13の製造コストを抑制することができる。
By defining the lower limit value of the sum of the molybdenum content and the vanadium content to the above values, the heat resistance and hydrogen embrittlement resistance of the
次に、実施の形態1における針状ころ軸受用転動部材および針状ころ軸受の製造方法を説明する。図4は、実施の形態1における針状ころ軸受用転動部材および針状ころ軸受の製造方法の概略を示す流れ図である。 Next, the rolling member for needle roller bearings and the method for manufacturing the needle roller bearing in the first embodiment will be described. FIG. 4 is a flowchart showing an outline of a rolling member for a needle roller bearing and a method for manufacturing the needle roller bearing in the first embodiment.
図4を参照して、まず工程(S100)において、0.3質量%以上0.4%質量%以下の炭素と、0.2質量%以上0.5質量%未満の珪素と、0.3質量%以上0.8質量%以下のマンガンと、0.5質量%以上1.2質量%以下のニッケルと、1.6質量%以上2.2質量%以下のクロムと、0.1質量%以上0.7質量%以下のモリブデンと、0.3質量%以上0.8質量%以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、バナジウムの含有量はモリブデンの含有量以上であり、モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は珪素の含有量の2倍以上であり、クロムの含有量とモリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は2.3質量%以上3.5質量%以下である鋼から構成される鋼材を準備する鋼材準備工程が実施される。具体的には、たとえば上記成分を有する棒鋼や鋼線などが準備される。 Referring to FIG. 4, first, in step (S100), 0.3% by mass or more and 0.4% by mass or less of carbon, 0.2% by mass or more and less than 0.5% by mass of silicon, 1% by mass or more and 0.8% by mass or less of manganese, 0.5% by mass or more and 1.2% by mass or less of nickel, 1.6% by mass or more and 2.2% by mass or less of chromium, and 0.1% by mass It contains not less than 0.7% by mass of molybdenum and not less than 0.3% by mass and not more than 0.8% by mass of vanadium, and consists of the balance iron and inevitable impurities. The vanadium content is not less than the molybdenum content. Yes, the sum of molybdenum content and vanadium content is more than twice the silicon content, and the sum of chromium content, molybdenum content and vanadium content is 2.3 mass% or more Steel for preparing steel material composed of steel of 3.5% by mass or less Preparation step is performed. Specifically, for example, steel bars or steel wires having the above components are prepared.
次に工程(S200)において、上記鋼材を成形することにより、針状ころ軸受用転動部材の概略形状に成形された成形部品を作製する成形工程が実施される。具体的には、たとえば上記棒鋼や鋼線などに対して鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、図1〜図3に示される軌道輪11および針状ころ13などの概略形状に成形された成形部品が作製される。
Next, in a process (S200), the shaping | molding process which produces the molded component shape | molded by the schematic shape of the rolling member for needle roller bearings is implemented by shape | molding the said steel material. Specifically, for example, forging, turning, and the like are performed on the above steel bars, steel wires, and the like, so that they are formed into schematic shapes such as the
次に工程(S300)において、成形部品を熱処理する熱処理工程が実施される。具体的には、成形工程(S200)において作製された成形部品に、浸炭または浸炭窒化処理後に焼入処理が施され、焼入処理後にさらに、焼戻温度180℃以上300℃以下、好ましくは220℃以上300℃以下、より好ましくは240℃以上300℃以下の温度で焼戻処理される。この熱処理工程の詳細については後述する。 Next, in the step (S300), a heat treatment step for heat-treating the molded part is performed. Specifically, the molded part produced in the molding step (S200) is subjected to a quenching process after carburizing or carbonitriding, and further after the quenching process, a tempering temperature of 180 ° C to 300 ° C, preferably 220 ° C. A tempering treatment is performed at a temperature of not less than 300 ° C and not more than 300 ° C, more preferably not less than 240 ° C and not more than 300 ° C. Details of this heat treatment step will be described later.
次に工程(S400)において、仕上げ工程が実施される。具体的には、熱処理工程が実施された成形部品に対して研削加工などの仕上げ加工が実施されることにより、軌道輪11および針状ころ13などが仕上げられる。これにより、実施の形態1における針状ころ軸受用転動部材としての軌道輪11および針状ころ13などが完成する。
Next, in step (S400), a finishing step is performed. Specifically, the bearing
さらに、工程(S500)において、組立て工程が実施される。具体的には、工程(S100)〜(S400)において作製された軌道輪11および針状ころ13と、別途準備された保持器14などとが組合わされて、実施の形態1における針状ころ軸受としてのスラストニードルころ軸受1が組立てられる。これにより、スラストニードルころ軸受1が完成する。
Further, in the process (S500), an assembly process is performed. Specifically, the bearing
次に、熱処理工程(S300)の詳細について説明する。図5は、実施の形態1における針状ころ軸受用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程における熱処理方法を説明する図である。図5において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図5において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。 Next, the details of the heat treatment step (S300) will be described. FIG. 5 is a diagram for explaining a heat treatment method in a heat treatment step included in the method of manufacturing the rolling member for a needle roller bearing in the first embodiment. In FIG. 5, the horizontal direction indicates time, and the time elapses toward the right. In FIG. 5, the vertical direction indicates the temperature, and the higher the temperature, the higher the temperature.
図5を参照して、成形工程(S200)において作製された成形部品は、A1点以上の温度である800℃以上1000℃以下の温度、たとえば950℃に加熱され、360分間以上600分間以下の時間、たとえば480分間保持される。このとき、成形部品は、雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを成形部品の表層部が含有する炭素量以上に調整した雰囲気において加熱される。これにより、成形部品の表層部の炭素濃度が所望の濃度に調整される浸炭処理が実施される。その後、残留させる炭化物量や残留オーステナイト量を制御するために、一旦たとえば950℃から850℃程度まで温度を下げ、この温度でしばらく(たとえば30分間以上60分間以下の時間)保持して、組織を制御する。その後、成形部品が、たとえば油中に浸漬されることにより(油冷)、A1点以上の温度からMS点以下の温度に冷却される。これにより、浸炭焼入が完了し、成形部品は焼入硬化される。 Referring to FIG. 5, the molded part produced in the molding step (S200) is heated to a temperature of 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, which is a temperature of one point or higher, for example, 950 ° C., and is 360 minutes or longer and 600 minutes or shorter. For example, 480 minutes. At this time, the molded part is heated in an atmosphere in which the carbon potential of the atmospheric gas is adjusted to be greater than or equal to the amount of carbon contained in the surface part of the molded part. Thereby, the carburizing process in which the carbon concentration of the surface layer portion of the molded part is adjusted to a desired concentration is performed. Thereafter, in order to control the amount of remaining carbide and retained austenite, the temperature is once lowered from, for example, about 950 ° C. to about 850 ° C., and kept at this temperature for a while (for example, for 30 minutes or more and 60 minutes or less). Control. Thereafter, the molded part is cooled, for example, by being immersed in oil (oil cooling), from a temperature of A 1 point or higher to a temperature of M S point or lower. Thereby, carburizing and quenching is completed, and the molded part is hardened by hardening.
ここで、A1点とは、鋼を加熱するときに、鋼の組織がフェライトからオーステナイトへ変態を開始する温度に相当する点を示す。また、MS点とは、オーステナイト化した鋼を冷却するときに、鋼の組織がマルテンサイト化を開始する温度に相当する点を示す。また、カーボンポテンシャルとは、浸炭脱炭反応が平衡に達し鋼が含有する炭素濃度が一定の値となったときの、鋼の表層部が含有する炭素濃度を示し、鋼を加熱する雰囲気における浸炭能力を示す値である。すなわち、カーボンポテンシャルが高いほど浸炭能力が高い。雰囲気ガスのカーボンポテンシャルは、雰囲気ガスの温度と、雰囲気ガスの組成、すなわち一酸化炭素と酸素との濃度、あるいは一酸化炭素と二酸化炭素との濃度とを計測することにより、計算することができる。 Here, the point A, when heating the steel shows a point corresponding to a temperature at which steel structure starts transformation from ferrite to austenite. Further, the M S point, when cooling the austenitized and steel shows that the steel structure is equivalent to a temperature to initiate the martensite. Carbon potential is the carbon concentration contained in the surface layer of steel when the carburization and decarburization reaction reaches equilibrium and the concentration of carbon contained in the steel becomes a constant value. It is a value indicating the ability. That is, the higher the carbon potential, the higher the carburizing ability. The carbon potential of the atmosphere gas can be calculated by measuring the temperature of the atmosphere gas and the composition of the atmosphere gas, that is, the concentration of carbon monoxide and oxygen, or the concentration of carbon monoxide and carbon dioxide. .
さらに、焼入硬化された成形部品はA1点以下の温度である180℃以上300℃以下の温度、たとえば280℃に加熱され、30分間以上240分間以下の時間、たとえば120分間保持されて、その後室温の空気中で冷却される(空冷)。これにより、焼戻工程が完了する。以上の手順により、針状ころ軸受用転動部材としての軌道輪11および針状ころ13の製造方法における熱処理工程(S300)が完了する。
Further, the hardened and molded part is heated to a temperature of 180 ° C. or more and 300 ° C. or less, for example, 280 ° C., which is a temperature of 1 point or less, and held for 30 minutes or more and 240 minutes or less, for example, 120 minutes, Thereafter, it is cooled in air at room temperature (air cooling). Thereby, the tempering process is completed. The heat treatment process (S300) in the manufacturing method of the
図6は、実施の形態1における針状ころ軸受用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程における熱処理方法の変形例を説明する図である。図6において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図6において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図6を参照して、熱処理方法の変形例の詳細を説明する。 FIG. 6 is a diagram for explaining a modification of the heat treatment method in the heat treatment step included in the method of manufacturing the rolling member for needle roller bearing in the first embodiment. In FIG. 6, the horizontal direction indicates time, and the time elapses toward the right. In FIG. 6, the vertical direction indicates the temperature, and the higher the temperature, the higher the temperature. With reference to FIG. 6, the detail of the modification of the heat processing method is demonstrated.
図6を参照して、成形工程(S200)において作製された成形部品は、A1点以上の温度である800℃以上1000℃以下の温度、たとえば950℃に加熱され、360分間以上600分間以下の時間、たとえば480分間保持される。このとき、成形部品は、雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを成形部品の表層部が含有する炭素量以上に調整した雰囲気において加熱される。これにより、成形部品の表層部の炭素濃度が所望の濃度に調整される浸炭処理が実施される。その後、成形部品が、たとえば油中に浸漬されることにより(油冷)、A1点以上の温度からMS点以下の温度に冷却される。これにより、1次焼入が完了する。 Referring to FIG. 6, the molded part produced in the molding step (S200) is heated to a temperature of 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, which is a temperature of one point or higher, for example, 950 ° C., and is 360 minutes or longer and 600 minutes or shorter. For example, 480 minutes. At this time, the molded part is heated in an atmosphere in which the carbon potential of the atmospheric gas is adjusted to be greater than or equal to the amount of carbon contained in the surface part of the molded part. Thereby, the carburizing process in which the carbon concentration of the surface layer portion of the molded part is adjusted to a desired concentration is performed. Thereafter, the molded part is cooled, for example, by being immersed in oil (oil cooling), from a temperature of A 1 point or higher to a temperature of M S point or lower. Thereby, primary hardening is completed.
さらに、1次焼入が実施された成形部品がA1点以上の温度である730℃以上900℃以下の温度、たとえば850℃に再び加熱される再加熱が実施され、その後30分間以上120分間以下の時間、たとえば50分間保持される。このとき、浸炭処理において調整された炭素濃度が所望の濃度となるように、たとえばRXガスを含む雰囲気において加熱される。さらに、成形部品が、たとえば油冷されることにより、A1点以上の温度からMS点以下の温度に急冷されて焼入硬化される。これにより、2次焼入が完了する。 Further, re-heating is performed in which the molded part subjected to the primary quenching is reheated to a temperature of 730 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, which is a temperature of one point or higher, for example, 850 ° C., and thereafter 30 minutes to 120 minutes. Hold for the following time, for example 50 minutes. At this time, for example, heating is performed in an atmosphere containing RX gas so that the carbon concentration adjusted in the carburizing process becomes a desired concentration. Furthermore, when the molded part is cooled with oil, for example, it is rapidly cooled from a temperature of A 1 point or more to a temperature of M S point or less and is hardened by hardening. Thereby, the secondary quenching is completed.
さらに、2次焼入が完了した成形部品は、A1点以下の温度である180℃以上300℃以下の温度、たとえば280℃に加熱され、30分間以上240分間以下の時間、たとえば120分間保持されて、その後室温の空気中で冷却される(空冷)。これにより、焼戻工程が完了する。以上の手順により、針状ころ軸受用転動部材としての軌道輪11および針状ころ13の製造方法における熱処理工程(S300)が完了する。
Further, the molded part for which the second quenching has been completed is heated to a temperature of 180 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, which is a temperature of 1 point or lower, for example, 280 ° C., and held for 30 minutes or longer and 240 minutes or shorter, for example 120 minutes And then cooled in air at room temperature (air cooling). Thereby, the tempering process is completed. The heat treatment process (S300) in the manufacturing method of the
上記の熱処理は、図5において説明した熱処理方法、すなわち浸炭処理に引き続いてそのまま1回焼入する熱処理方法(普通焼入)よりも、表層部を浸炭しつつ、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率を減少させることができる。また、オーステナイト結晶粒の粒径を普通焼入を行なう場合の2分の1以下としたミクロ組織を得ることができる。したがって、上記の熱処理により製造される針状ころ軸受用転動部材は、転動疲労特性がより長寿命であり、割れ強度がより向上し、経年寸法変化率がより減少している。なお、オーステナイト結晶粒とは、焼入加熱中に相変態したオーステナイトの結晶粒のことであり、冷却によりマルテンサイトに変態した後も常温において残存しているもの(旧オーステナイト結晶粒)をいう。 The above heat treatment improves the cracking strength while carburizing the surface layer portion as compared with the heat treatment method described in FIG. 5, that is, the heat treatment method (normal quenching), which is followed by carburizing treatment once as it is. The rate of change can be reduced. Further, it is possible to obtain a microstructure in which the grain size of the austenite crystal grains is less than or equal to half that in the case of performing normal quenching. Therefore, the rolling members for needle roller bearings manufactured by the heat treatment described above have a longer rolling fatigue characteristic, improved crack strength, and reduced aging dimensional change rate. The austenite crystal grains are austenite crystal grains that have undergone phase transformation during quenching heating, and are those that remain at room temperature after being transformed into martensite by cooling (former austenite crystal grains).
図7は、実施の形態1における針状ころ軸受用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程における、熱処理方法の他の変形例を説明する図である。図7において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図7において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図7を参照して、熱処理方法の他の変形例の詳細を説明する。 FIG. 7 is a diagram for explaining another modification of the heat treatment method in the heat treatment step included in the method for manufacturing the rolling member for a needle roller bearing in the first embodiment. In FIG. 7, the horizontal direction indicates time, and the time elapses toward the right. In FIG. 7, the vertical direction indicates the temperature, and the higher the temperature, the higher the temperature. With reference to FIG. 7, the detail of the other modification of the heat processing method is demonstrated.
図7を参照して、成形工程における冷間加工等により所定の寸法に仕上げられた成形部品は、A1点以上の温度である800℃以上1000℃以下の温度、たとえば920℃に加熱され、360分間以上600分間以下の時間、たとえば480分間保持される。このとき、成形部品は、雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを、成形部品の表層部が含有する炭素量以上に保ち、さらに雰囲気ガスであるRXガスにアンモニアガスを添加した雰囲気において加熱される。これにより、成形部品の表層部の炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度に調整される浸炭窒化処理が実施される。その後、成形部品をまずA1点以下の温度に冷却した後、室温(常温)まで冷却することなく再びA1点以上の温度である730℃以上860℃以下の温度、たとえば850℃に再び加熱する再加熱が実施され、その後30分間以上120分間以下の時間、たとえば50分間保持される。このとき、浸炭窒化処理において調整された炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度となるように、たとえばRXガスを含む雰囲気において加熱される。さらに、成形部品が、たとえば油冷されることにより、A1点以上の温度からMS点以下の温度に急冷されて焼入硬化される。これにより、浸炭窒化焼入が完了する。 Referring to FIG. 7, a molded part finished to a predetermined size by cold working or the like in the molding process is heated to a temperature of 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, which is a temperature of one point or higher, for example, 920 ° C. It is held for 360 minutes or more and 600 minutes or less, for example, 480 minutes. At this time, the molded part is heated in an atmosphere in which the carbon potential of the atmosphere gas is maintained at or above the amount of carbon contained in the surface layer portion of the molded part and ammonia gas is added to the RX gas that is the atmosphere gas. Thereby, the carbonitriding process in which the carbon concentration and the nitrogen concentration in the surface layer portion of the molded part are adjusted to desired concentrations is performed. Thereafter, the molded part is first cooled to a temperature of A 1 point or lower, and then heated again to a temperature of 730 ° C. or higher and 860 ° C. or lower, which is a temperature of A 1 point or higher, without cooling to room temperature (room temperature). The reheating is performed, and thereafter, the time is maintained for 30 minutes to 120 minutes, for example, 50 minutes. At this time, for example, heating is performed in an atmosphere containing RX gas so that the carbon concentration and the nitrogen concentration adjusted in the carbonitriding process become desired concentrations. Furthermore, when the molded part is cooled with oil, for example, it is rapidly cooled from a temperature of A 1 point or more to a temperature of M S point or less and is hardened by hardening. Thereby, carbonitriding and quenching is completed.
さらに、浸炭窒化焼入が完了した成形部品はA1点以下の温度である180℃以上300℃以下の温度、たとえば280℃に加熱され、30分間以上240分間以下の時間、たとえば120分間保持されて、その後室温の空気中で冷却される(空冷)。これにより、焼戻工程が完了する。以上の手順により、針状ころ軸受用転動部材としての軌道輪11および針状ころ13の製造方法におけるの熱処理工程(S300)が完了する。
Further, the molded part that has been subjected to carbonitriding and quenching is heated to a temperature of 180 ° C. or more and 300 ° C. or less, for example 280 ° C., which is a temperature of 1 point or less, and is held for 30 minutes or more and 240 minutes or less, for example 120 minutes. Then, it is cooled in air at room temperature (air cooling). Thereby, the tempering process is completed. By the above procedure, the heat treatment step (S300) in the manufacturing method of the
これにより、一度焼入を実施し、室温まで冷却した後に再加熱する場合に比べて、再加熱に要する時間およびエネルギーを小さくすることが可能となるため、製造コストを低減し得る点において有利である。なお、浸炭窒化後に引き続く冷却温度はA1点よりも低い温度、すなわち鉄のオーステナイトからフェライトへの変態点以下の温度であればよく、たとえば650℃以上700℃以下とすることができる。 This makes it possible to reduce the time and energy required for reheating as compared with the case where re-heating is performed after quenching and cooling to room temperature, which is advantageous in that the manufacturing cost can be reduced. is there. The cooling temperature followed after carbonitriding temperature lower than the point A, that may be a temperature below the transformation point from austenite iron to ferrite may be, for example, 650 ° C. or higher 700 ° C. or less.
上記熱処理工程(S300)により、針状ころ軸受用転動部材としての軌道輪11および針状ころ13の表層部には、硬化処理層11B、13Bが形成される。そして、硬化処理層11B、13Bの硬度はHv700以上780以下、硬化処理層11B、13Bに分布する炭化物の最大粒径は10μm以下、硬化処理層11B、13Bにおける炭化物の面積率は7%以上25%以下とし、また硬化処理層11B、13Bより内側の領域である内部11C、13Cの硬度は、Hv500以上600以下とすることができる。
By the heat treatment step (S300), the cured
以上説明した実施の形態1の針状ころ軸受用転動部材の製造方法によれば、針状ころ軸受用転動部材としての軌道輪11および針状ころ13を構成する鋼において、水素脆性剥離を助長するおそれのある珪素の含有量が低減されるとともに、バナジウム、ニッケル、モリブデンの3成分がバランス良く添加され、かつ一般的な浸炭鋼に比べて炭素含有量を高めた鋼が素材として採用されている。また、浸炭または浸炭窒化が実施されるとともに、浸炭または浸炭窒化により表層部に形成される硬化処理層11B、13Bにおける炭化物の大きさおよび面積率を適切な範囲に調整することができ、かつ硬化処理層11B、13Bおよび内部11C、13Cにおける硬度を適切な範囲に調整することができる。
According to the manufacturing method of the rolling member for the needle roller bearing of the first embodiment described above, the hydrogen brittle separation in the steel constituting the bearing
その結果、苛酷な環境においても、ピーリング、表面亀裂、割れなどの発生や水素脆性剥離の発生が抑制されることにより、耐久性の向上した針状ころ軸受用転動部材および針状ころ軸受を製造することができる。 As a result, rolling bearings and needle roller bearings with improved durability can be obtained by suppressing the occurrence of peeling, surface cracks, cracks, etc. and the occurrence of hydrogen brittle peeling even in harsh environments. Can be manufactured.
(実施の形態2)
図8は、本発明の一実施の形態である実施の形態2の針状ころ軸受用転動部材を備えた針状ころ軸受としてのラジアルニードルころ軸受の構成を示す概略図である。また、図9は、図8のラジアルニードルころ軸受が備える針状ころ軸受用転動部材としてのとしての軌道輪(外輪)の概略部分断面図である。また、図10は、図8のラジアルニードルころ軸受が備える針状ころ軸受用転動部材としての軌道輪(内輪)の概略部分断面図である。図8〜図10を参照して、本発明の実施の形態2における針状ころ軸受としてのラジアルニードルころ軸受、針状ころ軸受用転動部材としての軌道輪および針状ころの構成について説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of a radial needle roller bearing as a needle roller bearing provided with the rolling member for a needle roller bearing according to the second embodiment which is an embodiment of the present invention. FIG. 9 is a schematic partial cross-sectional view of a bearing ring (outer ring) as a rolling member for a needle roller bearing provided in the radial needle roller bearing of FIG. FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a race (inner ring) as a rolling member for a needle roller bearing provided in the radial needle roller bearing of FIG. With reference to FIGS. 8-10, the structure of the radial needle roller bearing as a needle roller bearing in
図8を参照して、実施の形態2のラジアルニードルころ軸受2と、実施の形態1のスラストニードルころ軸受1とは、基本的に同様の構成を有しており、同様の効果を有しているが、軌道輪の構成において異なっている。すなわち、ラジアルニードルころ軸受2は、針状ころ軸受用転動部材(軌道輪)としての環状の外輪21と、外輪21の内側に配置された針状ころ軸受用転動部材(軌道輪)としての環状の内輪22と、外輪21と内輪22との間に配置され、円環状の保持器24に保持された針状ころ軸受用転動部材(転動体)としての複数のニードルころ23とを備えている。外輪21の内周面には外輪転走面21Aが形成されており、内輪22の外周面には内輪転走面22Aが形成されている。そして、内輪転走面22Aと外輪転走面21Aとが互いに対向するように、外輪21と内輪22とは配置されている。さらに、複数のニードルころ23は、内輪転走面22Aおよび外輪転走面21Aにその外周面が接触し、かつ保持器24により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、ラジアルニードルころ軸受2の外輪21および内輪22は、互いに相対的に回転可能となっている。
Referring to FIG. 8, radial
図2、図3および図9、図10を参照して、実施の形態2の外輪21および内輪22は実施の形態1の軌道輪11に相当し、基本的には同様の構成および効果を有している。より詳細に説明すると、実施の形態2の外輪21および内輪22は、実施の形態1の軌道輪11における軌道輪転走面11Aに該当する外輪転走面21Aおよび内輪転走面22A、硬化処理層11Bに該当する硬化処理層21Bおよび硬化処理層22B、内部11Cに該当する内部21Cおよび内部22Cを有している。なお、実施の形態2のニードルころ23は、実施の形態1のニードルころ13と同様の構成および効果を有している。
Referring to FIGS. 2, 3, 9, and 10,
したがって、本発明の針状ころ軸受用転動部材としての外輪21、内輪22およびニードルころ23は、苛酷な環境においても、ピーリング、表面亀裂、割れなどの発生や水素脆性剥離の発生が抑制されることにより、耐久性が向上している。また、その結果、実施の形態2の針状ころ軸受としてのラジアルニードルころ軸受2は、苛酷な環境においても、ピーリング、表面亀裂、割れなどの発生や水素脆性剥離の発生を抑制することにより、耐久性の向上した外輪21、内輪22およびニードルころ23を備えていることにより、耐久性が向上している。
Therefore, the
なお、本実施の形態のラジアルニードルころ軸受2は、実施の形態1において説明したスラストニードルころ軸受1と同様の製造方法により製造することができる。
The radial
また、上記実施の形態1および2においては、本発明の針状ころ軸受および針状ころ軸受用転動部材の一例としてスラストニードルころ軸受、ラジアルニードルころ軸受およびこれらが備える軌道輪およびニードルころについて説明したが、本発明の針状ころ軸受および針状ころ軸受用軌道部材はこれらに限られない。たとえば、針状ころ軸受用転動部材である軌道部材は、針状ころが表面を転走するように使用される軸や板などであってもよい。すなわち、本発明の針状ころ軸受用転動部材としての軌道部材は、針状ころが転走するための転走面が形成された部材であればよい。 In the first and second embodiments, as an example of the needle roller bearing and the needle roller bearing rolling member according to the present invention, a thrust needle roller bearing, a radial needle roller bearing, and a bearing ring and a needle roller provided therein are provided. Although explained, the needle roller bearing and the needle roller bearing race member of the present invention are not limited to these. For example, the raceway member, which is a rolling member for needle roller bearings, may be a shaft or plate used so that the needle rollers roll on the surface. That is, the raceway member as the rolling member for the needle roller bearing of the present invention may be a member on which a rolling surface for rolling the needle roller is formed.
以下、この発明の実施例1について説明する。まず、試験の対象となる試験片の作製方法について説明する。はじめに、表1に示す化学成分を有する鋼材を準備した。表1において、主要化学成分については、炭素(C)、珪素(Si)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)およびバナジウム(V)の各含有量が質量%で示されており、記載された成分の残部は鉄および不可避的不純物である。そして、上記鋼材を試験片の概略形状に成形し、成形部品とした。 Embodiment 1 of the present invention will be described below. First, a method for producing a test piece to be tested will be described. First, steel materials having chemical components shown in Table 1 were prepared. In Table 1, for the main chemical components, the contents of carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), nickel (Ni), chromium (Cr), molybdenum (Mo) and vanadium (V) are in mass. The balance of the components listed is% iron and inevitable impurities. And the said steel material was shape | molded in the approximate shape of the test piece, and it was set as the molded component.
次に、図6に示す熱処理方法と同様の熱処理方法に基づき、熱処理を行なった。具体的には、成形部品を950℃に加熱し、このとき雰囲気ガスのカーボンポテンシャル=1.0となるよう調整して、浸炭処理を実施した。この温度で480分間保持し、浸炭処理および拡散処理を行なった。その後、温度を850℃に下げてから、成形部品を油中に浸漬して急冷し1次焼入を行なった。さらに成形部品を850℃に再加熱して50分間保持し、再度油中に浸漬して850℃から急冷し2次焼入を行なった。さらに、成形部品を280℃に加熱して120分間保持し、その後室温の空気中で冷却し、焼戻処理を行なった。 Next, heat treatment was performed based on a heat treatment method similar to that shown in FIG. Specifically, the molded part was heated to 950 ° C., and at this time, the carbon potential of the atmospheric gas was adjusted to be 1.0, and carburization was performed. Holding at this temperature for 480 minutes, carburization treatment and diffusion treatment were performed. Thereafter, the temperature was lowered to 850 ° C., and the molded part was immersed in oil and rapidly cooled to perform primary quenching. Further, the molded part was reheated to 850 ° C. and held for 50 minutes, immersed again in oil, rapidly cooled from 850 ° C., and subjected to secondary quenching. Further, the molded part was heated to 280 ° C. and held for 120 minutes, then cooled in air at room temperature, and tempered.
そして、熱処理後の成形部品に仕上げ加工を実施することにより、試験片を完成させた。なお、表1、表2および表3に示す通り、この発明に係る開発鋼に該当する鋼(No.1〜6)のほか、化学成分や材質が開発鋼と異なる鋼(No.7〜30)を比較鋼として評価した。それぞれの比較鋼が化学成分、材質において開発鋼と異なる点を、表1および表2の備考欄、表3の特徴欄に示した。また、一般的な軸受用鋼として、現用の軸受鋼JIS SUJ2(No.31)と、現用の浸炭鋼JIS SCM420(No.32)も併せて評価した。ただし、No.31とNo.32については、焼戻温度は180℃として試験片を作製した。 And the test piece was completed by implementing finish processing to the molded part after heat processing. In addition, as shown in Table 1, Table 2 and Table 3, in addition to steel corresponding to the developed steel according to the present invention (No. 1-6), steel having different chemical composition and material from the developed steel (No. 7-30) ) Was evaluated as a comparative steel. The differences between each comparative steel and the developed steel in chemical composition and material are shown in the remarks column of Tables 1 and 2 and the feature column of Table 3. Further, as general bearing steels, the current bearing steel JIS SUJ2 (No. 31) and the current carburized steel JIS SCM420 (No. 32) were also evaluated. However, no. 31 and no. For No. 32, the tempering temperature was 180 ° C., and test specimens were prepared.
次に、試験条件について説明する。実施例1では上記試験片の硬度や炭化物の析出状態を調査する試験を行なった。後述する実施例2の転動疲労寿命試験用の試験片を用い、JIS Z2244に示される試験方法に基づいて、試験片の外周面のビッカース硬さ試験を行ない、試験片の表層部の硬さ(表層硬度)を調査した。また、試験片を切り出した断面についてビッカース硬さ試験を行ない、試験片の内部の硬さ(内部硬度)を調査した。さらに、試験片を500℃に加熱し1時間保持した後、試験片の外周面のビッカース硬さ(500℃焼戻硬度)を調査し、高温環境下で使用される場合を模擬した試験とした。 Next, test conditions will be described. In Example 1, a test for investigating the hardness of the test piece and the precipitation state of carbide was performed. Using the test piece for rolling fatigue life test of Example 2 described later, based on the test method shown in JIS Z2244, the Vickers hardness test of the outer peripheral surface of the test piece is performed, and the hardness of the surface layer portion of the test piece (Surface hardness) was investigated. Moreover, the Vickers hardness test was done about the cross section which cut out the test piece, and the internal hardness (internal hardness) of the test piece was investigated. Furthermore, after heating the test piece to 500 ° C. and holding it for 1 hour, the Vickers hardness (500 ° C. tempering hardness) of the outer peripheral surface of the test piece was investigated, and the test was simulated to be used in a high temperature environment. .
試験結果を表2に示す。表2において、表層硬度(単位:Hv)、内部硬度(単位:Hv)、500℃焼戻硬度(単位:Hv)が示されている。また、表層部に分布する炭化物の最大粒径(最大炭化物径、単位:μm)、表層部における炭化物の面積率(炭化物量、単位:%)が、併せて示されている。 The test results are shown in Table 2. In Table 2, surface layer hardness (unit: Hv), internal hardness (unit: Hv), and 500 ° C. tempering hardness (unit: Hv) are shown. In addition, the maximum particle size of carbide distributed in the surface layer portion (maximum carbide diameter, unit: μm) and the area ratio of carbide in the surface layer portion (carbide amount, unit:%) are also shown.
表2を参照して、開発鋼(No.1〜6)は、いずれもHv700以上の表層硬度と、Hv500以上Hv600以下の内部硬度とを有している。また、500℃焼戻硬度についても、開発鋼(No.1〜6)はいずれもHv570以上であり、高温焼戻後も硬度低下しにくいことを示している。一方、比較鋼の中には、表層硬度がHv700を満足できないものもある(No.29)。したがって、この発明に係る開発鋼が、針状ころ軸受用転動部材として十分な表層硬度を確保することができ、靭性を持たせるとともに内部割れを防止できる内部硬さを有し、かつ高温での強度を維持することができることがわかる。 Referring to Table 2, all of the developed steels (Nos. 1 to 6) have a surface hardness of Hv 700 or higher and an internal hardness of Hv 500 or higher and Hv 600 or lower. Moreover, also about 500 degreeC tempering hardness, all developed steel (No. 1-6) is Hv570 or more, and has shown that hardness does not fall easily after high temperature tempering. On the other hand, there are some comparative steels whose surface hardness cannot satisfy Hv700 (No. 29). Therefore, the developed steel according to the present invention can ensure sufficient surface hardness as a rolling member for needle roller bearings, has internal hardness that can provide toughness and prevent internal cracks, and at high temperatures. It can be seen that the strength of can be maintained.
なお、硬化処理層における炭化物の粒径は、試験片を切り出した断面をピクリン酸アルコール溶液(ピクラル)を用いてエッチングした後に、光学顕微鏡により400倍に拡大して撮影した写真を用いて観察した。そして、任意の40視野分の写真において、写真中最大の炭化物の粒径を計測することにより、炭化物の最大粒径を求めた。また、硬化処理層における炭化物の面積率は、試験片を切り出した断面を、ピクリン酸アルコール溶液(ピクラル)を用い腐食した後に、光学顕微鏡(400倍)で観察し、20視野分を画像解析し、0.5μm以上の粒径を有する炭化物を抽出することにより、炭化物の面積率を求めた。炭化物に関しては、一部の比較鋼で最大炭化物が粒径10μmより大きく(No.8、22、25)、炭化物量も25%を超えていた(No.7,8、25)。 In addition, the particle size of the carbide in the cured layer was observed using a photograph taken by magnifying 400 times with an optical microscope after etching a cross-section of the test piece using a picric acid alcohol solution (picral). . And in the photograph for arbitrary 40 visual fields, the largest particle size of the carbide | carbonized_material was calculated | required by measuring the particle size of the largest carbide | carbonized_material in a photograph. The area ratio of carbides in the hardened layer was determined by observing the section of the specimen cut out with a picric alcohol solution (picral) with an optical microscope (400 times) and analyzing the image of 20 fields of view. By extracting a carbide having a particle size of 0.5 μm or more, the area ratio of the carbide was obtained. Regarding carbides, the maximum carbides in some comparative steels were larger than 10 μm in particle size (Nos. 8, 22, 25), and the amount of carbides exceeded 25% (Nos. 7, 8, 25).
以下、この発明の実施例2について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、転動疲労寿命試験を行なった。転動疲労寿命試験の試験条件を表4に示す。
転動疲労寿命試験は、φ12点接触試験試験機を用いて行なわれた。図11は、φ12点接触試験機の主要部の構成を示す概略正面図である。また、図12は、φ12点接触試験機の主要部の構成を示す概略側面図である。図11および図12を参照して、転動疲労寿命試験の試験機について説明する。 The rolling fatigue life test was conducted using a φ12 point contact tester. FIG. 11 is a schematic front view showing the configuration of the main part of the φ12 point contact tester. FIG. 12 is a schematic side view showing the configuration of the main part of the φ12 point contact tester. A rolling fatigue life tester will be described with reference to FIGS. 11 and 12.
図11および図12を参照して、φ12点接触試験機30は、駆動ローラ32と、案内ローラ33と、鋼球34とを備えている。そして、転動疲労寿命試験片31は、駆動ローラ32によって駆動され、鋼球34と接触して回転する。鋼球34は、案内ローラ33にガイドされて、転動疲労寿命試験片31との間で高い面圧を及ぼし合いながら転動する。潤滑油は強制循環により給油される。以上のようにφ12点接触試験機30を運転し、5個の試験片を用いて、1個の試験片で場所を変えて2回の試験ができるので試験数は10回とし、試験片に剥離が発生するまでの荷重の負荷回数(寿命)を調査した。得られた寿命を統計的に解析し、累積破損確率が10%となる転動疲労寿命を算出した。
With reference to FIG. 11 and FIG. 12, the φ12 point
次に試験結果について説明する。試験結果を表3に示す。表3には、各試験片の転動疲労寿命の、現用の軸受鋼(No.31)を1としたときの比を表している。また表3の備考欄に記載の通り、比較鋼および現用の軸受鋼・現用の浸炭鋼について、開発鋼より大きく劣る結果を下線により示す。開発鋼(No.1〜6)、比較鋼(No.7〜30)は全て、現用の軸受鋼(No.31)および現用の浸炭鋼(No.32)より長寿命であるが、比較鋼の中には現用の軸受鋼(No.31)の転動疲労寿命の2倍以下と比較的短寿命のものもある(No.7、8、10、24、28、30)。一方、開発鋼はいずれも現用の軸受鋼(No.31)の2.5倍以上の転動疲労寿命を有している。したがって、この発明に係る開発鋼の転動疲労寿命が、現用鋼から大きく改善されていることがわかる。 Next, test results will be described. The test results are shown in Table 3. Table 3 shows the ratio of the rolling fatigue life of each test piece when the current bearing steel (No. 31) is 1. Moreover, as described in the remarks column of Table 3, the results of the comparative steel, the current bearing steel, and the current carburized steel that are significantly inferior to the developed steel are underlined. The developed steel (No. 1 to 6) and the comparative steel (No. 7 to 30) all have a longer life than the current bearing steel (No. 31) and the current carburized steel (No. 32). Some of them have a relatively short life (No. 7, 8, 10, 24, 28, 30) which is not more than twice the rolling fatigue life of current bearing steel (No. 31). On the other hand, all the developed steels have a rolling fatigue life of 2.5 times or more that of the current bearing steel (No. 31). Therefore, it can be seen that the rolling fatigue life of the developed steel according to the present invention is greatly improved from the current steel.
以下、この発明の実施例3について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、スミアリング試験を行なった。スミアリング試験の試験条件を表5に示す。 Embodiment 3 of the present invention will be described below. The smearing test was performed using the test piece produced by the production method described above. Table 5 shows the test conditions of the smearing test.
スミアリング試験は、2円筒型試験機を用いて行なわれた。図13は、2円筒型試験機の主要部の構成を示す模式図である。図13を参照して、2円筒型試験機について説明する。 The smearing test was performed using a two-cylinder tester. FIG. 13 is a schematic diagram showing the configuration of the main part of the two-cylinder testing machine. A two-cylinder testing machine will be described with reference to FIG.
図13を参照して、2円筒型試験機60には、第1軸63まわりに回転可能なように円盤状の第1試験片61がセットされるとともに、第2軸64まわりに回転可能なように円盤状の第2試験片62がセットされる。第1軸63と第2軸64とは平行に配置されており、第1試験片61と第2試験片62とは互いに外周面が接触するように、第1軸63および第2軸64のそれぞれの一方の端部にセットされる。また、第1軸63および第2軸64の他方の端部には、いずれも回転速度計65とスリップリング66とが配置されている。
Referring to FIG. 13, a disk-shaped
そして、第1試験片61に潤滑油が滴下されつつ、第1試験片61が200rpmの回転速度で回転するとともに、第2試験片62の回転速度を200rpmから徐々に増加させ、試験片の表面にスミアリングが生じた時点で試験を中止し、そのときの相対回転速度を記録した。スミアリングの生じる相対回転速度が大きいほど、スミアリングの発生に対する抵抗性が大きいことを示している。
And while lubricating oil is dripped at the
次に試験結果について説明する。試験結果を表3に示す。表3には、各試験片のスミアリング発生時の相対回転速度が、現用の軸受鋼(No.31)を1とした比で示されている。開発鋼(No.1〜6)は、現用の軸受鋼(No.31)および現用の浸炭鋼(No.32)に比べて、スミアリングの発生に対する抵抗性が大きいことが分かる。これは、開発鋼(No.1〜6)の耐熱性が、現用の軸受鋼(No.31)および現用の浸炭鋼(No.32)の耐熱性に比べて高いことに起因していると考えられる。 Next, test results will be described. The test results are shown in Table 3. Table 3 shows the relative rotational speed at the time of occurrence of smearing of each test piece as a ratio with the current bearing steel (No. 31) as 1. It can be seen that the developed steel (Nos. 1 to 6) has higher resistance to smearing than the current bearing steel (No. 31) and the current carburized steel (No. 32). This is because the heat resistance of the developed steel (No. 1 to 6) is higher than the heat resistance of the current bearing steel (No. 31) and the current carburized steel (No. 32). Conceivable.
以下、この発明の実施例4について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、摩耗試験を行なった。高温のために潤滑条件が悪い場合の摩耗現象を推定できる試験である。摩耗試験の試験条件を表6に示す。 Embodiment 4 of the present invention will be described below. A wear test was conducted using the test piece produced by the production method described above. This test can estimate the wear phenomenon when the lubrication condition is poor due to high temperature. Table 6 shows the test conditions for the wear test.
摩耗試験は、サバン型摩耗試験機を用いて行なわれた。図14は、サバン型摩耗試験機の主要部の構成を示す概略正面図である。また、図15は、サバン型摩耗試験機の主要部の構成を示す概略側面図である。図14および図15を参照して、サバン型摩耗試験機について説明する。 The abrasion test was performed using a Sabang type abrasion tester. FIG. 14 is a schematic front view showing the configuration of the main part of the Sabang type wear tester. FIG. 15 is a schematic side view showing the configuration of the main part of the Sabang type wear tester. With reference to FIG. 14 and FIG. 15, a Sabang type wear tester will be described.
図14および図15を参照して、サバン型摩耗試験機40は、ロードセル43とエアスライダ44とを備える。平板形状の摩耗試験片41はエアスライダ44に保持され、摩耗試験時に負荷される重錘42による荷重はロードセル43により検出される。そして、摩耗試験片41の鏡面研磨された表面と、相手材45の外周面とを接触させ、相手材45を回転させる。摩耗試験片41と相手材45との接触面には直接潤滑油が供給されず、相手材45の一部が潤滑油46に浸漬される。以上のようにサバン型摩耗試験機40を運転し、相手材を60分間回転させた後の試験片の摩耗体積を計測することにより、摩耗強度を調査した。
Referring to FIGS. 14 and 15, the Saban-
次に試験結果について説明する。試験結果を表3に示す。表3には、各試験片の摩耗体積の、現用の軸受鋼(No.31)を1としたときの比の逆数を表している。開発鋼(No.1〜6)、比較鋼(No.7〜30)ともに、現用の軸受鋼(No.31)および現用の浸炭鋼(No.32)より耐摩耗性が優れる傾向を示す。しかし一部の比較鋼では、表層部の炭化物の最大粒径が大きく、また炭化物量も多いため、高硬度にもかかわらず現用鋼と同等もしくは現用鋼を下回る耐摩耗性となっている(No.8、22、25)。一方、開発鋼はいずれも現用の軸受鋼(No.31)の1.8倍以上の耐摩耗性を有している。したがって、この発明に係る開発鋼の耐摩耗性が現用鋼から大きく改善され、潤滑条件が悪い場合でも適用可能であることがわかる。 Next, test results will be described. The test results are shown in Table 3. Table 3 shows the reciprocal of the ratio of the wear volume of each test piece when the current bearing steel (No. 31) is 1. Both the developed steel (No. 1-6) and the comparative steel (No. 7-30) tend to have better wear resistance than the current bearing steel (No. 31) and the current carburized steel (No. 32). However, in some comparative steels, the maximum grain size of the carbide in the surface layer is large and the amount of carbide is large, so that it has the same wear resistance as the current steel or less than the current steel despite its high hardness (No .8, 22, 25). On the other hand, all the developed steels have a wear resistance of 1.8 times or more that of the current bearing steel (No. 31). Therefore, it can be seen that the wear resistance of the developed steel according to the present invention is greatly improved from the current steel and is applicable even when the lubrication conditions are poor.
以下、この発明の実施例5について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、超音波疲労試験を行なった。引張−圧縮モードでの高速疲労試験で、表面滑りなどによる表面引張応力に対する疲労強度がわかる。また、短時間で評価できるので、電解チャージなどにより水素を鋼中に侵入させた状態で試験できる。これにより、水素脆性に対する抵抗性を推定できる試験である。大気中における超音波疲労試験の試験条件を表7に、水素侵入後を模擬した水素チャージ条件下における超音波疲労試験の試験条件を表8に、水素チャージ条件を表9に示す。 Embodiment 5 of the present invention will be described below. An ultrasonic fatigue test was performed using the test piece produced by the production method described above. In the high-speed fatigue test in the tension-compression mode, the fatigue strength with respect to the surface tensile stress due to surface slip and the like can be seen. Moreover, since it can evaluate in a short time, it can test in the state which made hydrogen penetrate | penetrate in steel by electrolytic charge etc. This is a test that can estimate resistance to hydrogen embrittlement. Table 7 shows the test conditions of the ultrasonic fatigue test in the atmosphere, Table 8 shows the test conditions of the ultrasonic fatigue test under the hydrogen charge conditions simulating after hydrogen intrusion, and Table 9 shows the hydrogen charge conditions.
図16は、超音波疲労試験機の主要部の構成を示す模式図である。図16を参照して、超音波疲労試験機について説明する。 FIG. 16 is a schematic diagram showing the configuration of the main part of the ultrasonic fatigue testing machine. The ultrasonic fatigue tester will be described with reference to FIG.
図16を参照して、超音波疲労試験機50は、超音波疲労試験片51が固定される部位に連結されるホーン部52と、ホーン部52に接続されるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)振動子53と、PZT振動子53に接続される増幅器54と、増幅器54に接続されたパーソナルコンピュータなどの制御装置55とを備える。さらに、超音波疲労試験機50は、超音波疲労試験片51がセットされた状態において、超音波疲労試験片51のホーン部52に連結される側とは反対側の端部に対向するようにすき間ゲージ56が配置され、すき間ゲージ56はオシロスコープ57に接続される。
Referring to FIG. 16, an ultrasonic
そして、超音波疲労試験片51を超音波疲労試験機50にセットし、制御装置55により出力を制御しつつ、増幅器54を介してPZT振動子53に電力を入力することにより、超音波振動を発生させる。この超音波振動をホーン部52を介して超音波疲労試験片51に伝達することにより超音波疲労試験片51を共振させる。このとき、超音波疲労試験片51の直径が最も細い部分において、軸方向の引張圧縮の応力振幅が最大となる。一方、オシロスコープ57に接続されたすき間ゲージ56により、超音波疲労試験片51の振動の状態を管理する。
Then, the ultrasonic
以上のように超音波疲労試験機50を運転し、超音波疲労試験片51が剥離または破断するまでの応力の繰り返し数を調査した。さらに、当該調査を種々の応力について実施し、その結果が正規分布に従うとの仮定の下、当該結果を統計的に解析して10%の試験片が応力の繰り返し数107回で破断すると予測される応力(107回疲労強度)を算出した。超音波疲労試験片51として、上述した作製方法により作製したものと、さらに表9に示す条件により水素チャージを行ない、水素を鋼中に侵入させたものとを用いた。
As described above, the ultrasonic
次に試験結果について説明する。試験結果を表3に示す。表3には、各試験片の107回疲労強度の、現用の浸炭鋼(No.32)を1としたときの比を表している。水素チャージがない条件では、開発鋼(No.1〜6)、比較鋼(No.7〜30)ともに、現用の浸炭鋼(No.32)と同等以上の疲労強度(107回強さ)を示す。 Next, test results will be described. The test results are shown in Table 3. Table 3 shows the ratio of 10 7 times fatigue strength of each test piece when the current carburized steel (No. 32) is 1. Under conditions where there is no hydrogen charge, both developed steel (No. 1-6) and comparative steel (No. 7-30) have fatigue strength (10 7 times strength) equal to or higher than that of the current carburized steel (No. 32). Indicates.
水素チャージがある条件では、比較鋼の中には疲労強度が低下し、現用鋼を下回るものが多い(No.21、26、27、29)。一方、開発鋼はいずれも現用の浸炭鋼(No.32)の1.6倍以上の疲労強度を有している。したがって、この発明に係る開発鋼は、現用鋼から大きく改善された疲労強度を有し、特に水素を鋼中に侵入させた条件において優れている。このことから、この発明に係る開発鋼は、潤滑剤から水素が発生するような環境で用いられる針状ころ軸受用転動部材を構成する鋼として特に好適であることがわかる。 Under conditions where there is hydrogen charge, some of the comparative steels have lower fatigue strength and are less than the current steel (No. 21, 26, 27, 29). On the other hand, all the developed steels have 1.6 times or more fatigue strength than the current carburized steel (No. 32). Therefore, the developed steel according to the present invention has significantly improved fatigue strength from that of the current steel, and is particularly excellent in conditions where hydrogen has penetrated into the steel. From this, it can be seen that the developed steel according to the present invention is particularly suitable as a steel constituting a rolling member for a needle roller bearing used in an environment where hydrogen is generated from the lubricant.
以下、この発明の実施例6について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、ピーリング試験を行なった。粗面相手の転動試験で潤滑油膜が切れる条件で転動し、表面に金属接触による疲れ損傷(ピーリング)を起こさせるもので、潤滑条件が悪いときの対表面損傷特性がわかる。ピーリング試験の試験条件を表10に示す。 Embodiment 6 of the present invention will be described below. A peeling test was performed using the test piece produced by the production method described above. Rolling under conditions where the lubricating oil film can be cut in a rolling test on a rough surface, causing fatigue damage (peeling) due to metal contact on the surface. Table 10 shows the test conditions of the peeling test.
ピーリング試験は、図13に基づいて説明した上述の2円筒型試験機を用いて実施された。 The peeling test was performed using the above-described two-cylinder tester described with reference to FIG.
すなわち、図13を参照して、駆動側試験片としての第1試験片61に潤滑油が滴下されつつ、駆動軸としての第1軸63が回転する。これにより、第1試験片61が回転するとともに、従動側試験片としての第2試験片62が第1試験片61と接触しつつ、第1試験片61に従動して回転する。以上のように2円筒型試験機60を運転し、所定の回転数である4.8×105回の回転が終了したところで第1軸63の回転を停止した。そして、第2試験片62が2円筒型試験機60から取り外され、第2試験片62の外周面に発生したピーリングの面積が調査され、第2試験片62の外周面の面積に対するピーリングの面積の割合(ピーリング面積率)が算出された。
That is, referring to FIG. 13, the
次に試験結果について説明する。試験結果を表3に示す。表3には、各試験片のピーリング面積率の、現用の軸受鋼(No.31)を1としたときの比の逆数を表している。比較鋼の中には、現用鋼と同等もしくは下回る耐ピーリング性を示すものがある(No.7、8、22、23、25)。一方、開発鋼はいずれも現用鋼や比較鋼に比べ、優れた耐ピーリング性を示す。したがって、この発明に係る開発鋼は、潤滑油膜が切れ潤滑が適切に行なわれない条件においても、高い耐ピーリング性を有することがわかる。 Next, test results will be described. The test results are shown in Table 3. Table 3 shows the reciprocal of the ratio of the peeling area ratio of each test piece when the current bearing steel (No. 31) is 1. Some comparative steels exhibit peeling resistance equal to or less than that of current steel (Nos. 7, 8, 22, 23, 25). On the other hand, all the developed steels show superior peeling resistance compared to the current steel and comparative steel. Therefore, it can be seen that the developed steel according to the present invention has high peeling resistance even under conditions where the lubricating oil film is cut and lubrication is not properly performed.
以下、この発明の実施例7について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、静圧壊強度試験を行なった。図17は、静圧壊強度試験の試験片を示す模式図である。図17を参照して、静圧壊強度試験について説明する。 Embodiment 7 of the present invention will be described below. A static crushing strength test was performed using the test piece produced by the production method described above. FIG. 17 is a schematic diagram showing a test piece for a static crushing strength test. The static crushing strength test will be described with reference to FIG.
図17を参照して、静圧壊強度試験片71は外径60mm、内径45mm、幅15mmの円環状の形状を有している。そして、荷重方向72の向きに荷重が徐々に負荷されて、静圧壊強度試験片71が破壊された時点における荷重が測定される。その後、得られた破壊荷重が、下記に示す曲がり梁の応力計算式(A)〜(C)により応力値に換算される。
Referring to FIG. 17, static crushing
すなわち、図17の静圧壊強度試験片71の凸表面(静圧壊強度試験片71の中心線から+e1なる距離にある面)における繊維応力をσ1、凹表面(静圧壊強度試験片71の中心線から−e2なる距離にある面)における繊維応力をσ2とすると、σ1およびσ2は下記の式によって求められる(機械工学便覧A4編材料力学A4−40参照)。ここで、Nは静圧壊強度試験片71の軸を含む断面の軸力、Aは横断面積、e1は外半径、e2は内半径(図17参照)を表わす。また、κは曲がり梁の断面係数である。
σ1=(N/A)+{M/(Aρ0)}[1+e1/{κ(ρ0+e1)}]・・・(A)
σ2=(N/A)+{M/(Aρ0)}[1−e2/{κ(ρ0−e2)}]・・・(B)
κ=−(1/A)∫A{η/(ρ0+η)}dA・・・(C)
次に試験結果について説明する。試験結果を表3に示す。表3には、各試験片の静圧壊強度(破壊時の応力値;圧壊値)の、現用の軸受鋼(No.31)を1としたときの比を表している。開発鋼は、現用の軸受鋼(No.31)に近い静圧壊強度を示し、現用の浸炭鋼(No.32)よりも高強度である。現用の浸炭鋼(No.32)は、表2に示されるように内部硬度が低いため、大きな荷重条件では内部が塑性変形するので、低強度である。
That is, the fiber stress on the convex surface of the static crushing
σ 1 = (N / A) + {M / (Aρ 0 )} [1 + e 1 / {κ (ρ 0 + e 1 )}] (A)
σ 2 = (N / A) + {M / (Aρ 0 )} [1-e 2 / {κ (ρ 0 −e 2 )}] (B)
κ = − (1 / A) ∫ A {η / (ρ 0 + η)} dA (C)
Next, test results will be described. The test results are shown in Table 3. Table 3 shows the ratio of the static crushing strength (stress value at break; crush value) of each test piece when the current bearing steel (No. 31) is 1. The developed steel exhibits a static crushing strength close to that of the current bearing steel (No. 31) and is higher than the current carburized steel (No. 32). As shown in Table 2, the current carburized steel (No. 32) has a low internal hardness, and therefore, the inner part is plastically deformed under a large load condition.
以下、この発明の実施例8について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、リング回転割れ疲労試験を行なった。上述した静圧壊強度試験の試験片と同一寸法、同一形状の試験片を用いた。リング回転割れ疲労試験の試験条件を表11に示す。 The eighth embodiment of the present invention will be described below. A ring rotation crack fatigue test was performed using the test piece prepared by the above-described production method. A test piece having the same dimensions and shape as the test piece of the static crushing strength test described above was used. Table 11 shows the test conditions of the ring rotation crack fatigue test.
図18は、リング回転割れ疲労試験機の主要部の構成を示す模式図である。図18を参照して、リング回転割れ疲労試験機について説明する。 FIG. 18 is a schematic diagram showing a configuration of a main part of a ring rotation crack fatigue tester. With reference to FIG. 18, a ring rotation crack fatigue tester will be described.
図18を参照して、リング回転割れ疲労試験機80は、円筒状の形状を有する駆動ローラ82と、負荷ローラ83と、案内ローラ84とを備える。駆動ローラ82、負荷ローラ83および案内ローラ84は、回転軸が平行になるとともに、外周面がリング回転割れ疲労試験片81に接触可能なように配置される。そして、リング回転割れ疲労試験機80は、給油ノズル86をさらに備え、当該給油ノズル86によりパッド85に給油され、リング回転割れ疲労試験片81に対して潤滑油を給油可能な構成となっている。
Referring to FIG. 18, the ring rotation crack
次に、試験の手順を説明する。まず、リング回転割れ疲労試験片81は、駆動ローラ82、負荷ローラ83および案内ローラ84に外周面において接触するように配置される。そして、リング回転割れ疲労試験片81は、駆動ローラ82および負荷ローラ83により径方向に圧縮される応力を負荷されつつ、駆動ローラ82が回転することにより駆動され、案内ローラ84に案内されて回転する。以上のようにリング回転割れ疲労試験機80を運転し、10個の試験片を用いて試験数は10回とし、リング回転割れ疲労試験片81の外周面に割れが発生するまでの時間を調査し、当該時間を割れ寿命とした。得られた寿命を統計的に解析し、累積破損確率が10%となる寿命を算出した。
Next, the test procedure will be described. First, the ring rotation crack
次に試験結果について説明する。試験結果を表3に示す。表3には、各試験片の割れ寿命の、現用の軸受鋼(No.31)を1としたときの比を表している。開発鋼(No.1〜6)、比較鋼(No.7〜30)ともに、現用の軸受鋼(No.31)より長寿命の傾向を示す。しかし一部の比較鋼では、比較的短寿命となっている(No.9、25)。これは、表層部の残留応力と内部硬度との影響と考えられる。一方、開発鋼はいずれも現用の軸受鋼(No.31)の2.5倍以上の割れ寿命を有し、内部硬度が高いにもかかわらず現用の浸炭鋼(No.32)と同等以上の割れ寿命を示している。したがって、この発明に係る開発鋼の割れ寿命が現用の軸受鋼から大きく改善していることがわかる。 Next, test results will be described. The test results are shown in Table 3. Table 3 shows the ratio of the crack life of each test piece when the current bearing steel (No. 31) is 1. Both the developed steel (No. 1 to 6) and the comparative steel (No. 7 to 30) show a longer life trend than the current bearing steel (No. 31). However, some comparative steels have a relatively short life (No. 9, 25). This is considered to be the influence of the residual stress and internal hardness of the surface layer portion. On the other hand, all the developed steels have a crack life of 2.5 times or more that of the current bearing steel (No. 31), which is equal to or higher than that of the current carburized steel (No. 32) despite the high internal hardness. It shows the crack life. Therefore, it can be seen that the crack life of the developed steel according to the present invention is greatly improved from the current bearing steel.
以下、この発明の実施例9について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、経年寸法変化率の測定を行なった。上述した静圧壊強度試験の試験片と同一寸法、同一形状の試験片を用いた。そして、当該試験片を150℃に昇温し、当該温度で1000時間保持する処理を行なった。そして、当該処理前後における試験片の外径の寸法変化率(経年寸法変化率)を測定した。なお、本試験は、針状ころ軸受の実際の使用環境において、針状ころ軸受用転動部材が長期間使用された場合の、経時的な寸法変化を調査する目的で実施された。 Embodiment 9 of the present invention will be described below. Using the test piece produced by the production method described above, the aging change rate was measured. A test piece having the same dimensions and shape as the test piece of the static crushing strength test described above was used. And the process which heated the said test piece to 150 degreeC and hold | maintained at the said temperature for 1000 hours was performed. And the dimensional change rate (aging dimensional change rate) of the outer diameter of the test piece before and after the treatment was measured. In addition, this test was implemented in order to investigate the dimensional change over time when the rolling member for needle roller bearings was used for a long period of time in the actual usage environment of needle roller bearings.
次に試験結果について説明する。試験結果を表3に示す。表3を参照して、開発鋼(No.3〜4)および比較鋼(No.28〜30)ともに、現用の軸受鋼(No.31)および現用の浸炭鋼(No.32)に比べて、経年寸法変化率が著しく小さくなっており、寸法安定性が大幅に改善していることが分かる。これは、開発鋼および比較鋼は、280℃で焼戻を実施しても十分な硬度を有するため、当該温度で焼戻が実施されているのに対し、現用の軸受鋼および現用の浸炭鋼は、280℃で焼戻を実施すると針状ころ軸受用転動部材として十分な硬度が確保できないため、180℃で焼戻が実施されていることに起因すると考えられる。すなわち、本発明に係る開発鋼は、経時的な寸法安定性において、現用鋼を大幅に上回っていることが確認された。 Next, test results will be described. The test results are shown in Table 3. Referring to Table 3, both the developed steel (No. 3-4) and the comparative steel (No. 28-30) are compared with the current bearing steel (No. 31) and the current carburized steel (No. 32). It can be seen that the aging dimensional change rate is remarkably reduced, and the dimensional stability is greatly improved. This is because the developed steel and the comparative steel have sufficient hardness even if tempering is performed at 280 ° C., so that the current bearing steel and the current carburized steel are used. Is considered to be caused by tempering at 180 ° C. because sufficient hardness cannot be secured as a rolling member for needle roller bearings when tempering is performed at 280 ° C. That is, it was confirmed that the developed steel according to the present invention significantly exceeds the current steel in dimensional stability over time.
以下、この発明の実施例10について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用いて針状ころ軸受を作製し、転動疲労寿命試験を行なった。転動疲労寿命試験の条件を表12に示す。 The tenth embodiment of the present invention will be described below. A needle roller bearing was manufactured using the test piece manufactured by the above-described manufacturing method, and a rolling fatigue life test was performed. Table 12 shows the conditions of the rolling fatigue life test.
まず、内径φ60mm、外径φ85mm、厚さt2mmのスラストニードルころ軸受用軌道輪を上記実施例1と同様の方法により作製した。そして、当該軌道輪と、別途準備した浸炭窒化したSUJ2製のニードルころとを用いてスラストニードルころ軸受を作製し、転動疲労試験に供した。試験個数は各2個とした。 First, a thrust needle roller bearing raceway having an inner diameter of φ60 mm, an outer diameter of φ85 mm, and a thickness of t2 mm was produced by the same method as in Example 1 above. Then, a thrust needle roller bearing was prepared using the raceway ring and a carbonitrided SUJ2 needle roller separately prepared, and subjected to a rolling fatigue test. The number of tests was two each.
次に試験結果について説明する。試験結果を表3に示す。表3には、各試験片において、軌道輪に剥離が発生するまでの時間の平均値が「針状ころ軸受での寿命」として示されている。なお、転動体に損傷が発生し、焼付が生じた場合の試験結果は、除外されている。 Next, test results will be described. The test results are shown in Table 3. In Table 3, the average value of the time until the occurrence of separation on the raceway in each test piece is shown as “life in needle roller bearing”. In addition, the test result when the rolling element is damaged and seizure occurs is excluded.
表3を参照して、本発明に係る開発鋼から構成された本発明の針状ころ軸受用転動部材である軌道輪を備えた軸受(本発明の針状ころ軸受;No.3〜4)は、試験開始から100時間経過時点においても軌道輪に剥離が発生しなかった。そして、そのまま試験を継続すると、軌道輪よりも先に転動体において剥離が発生した。すなわち、本発明の針状ころ軸受用転動部材である軌道輪(No.3〜4)は、従来の針状ころ軸受用転動部材である軌道輪(No.31〜32)に対して、少なくとも4倍以上の転動疲労寿命を有していることが確認された。 With reference to Table 3, the bearing (the needle roller bearing of this invention; No. 3-4) provided with the bearing ring which is a rolling member for needle roller bearings of this invention comprised from the developed steel which concerns on this invention ), No separation occurred on the raceway even after 100 hours had elapsed from the start of the test. When the test was continued as it was, peeling occurred in the rolling elements before the race. That is, the bearing rings (Nos. 3 to 4) which are rolling members for needle roller bearings of the present invention are compared to the bearing rings (Nos. 31 to 32) which are conventional rolling members for needle roller bearings. It was confirmed that it had a rolling fatigue life of at least 4 times.
一方、比較例の鋼から構成された軌道輪(No.28〜30)も、従来の針状ころ軸受用転動部材である軌道輪(No.31〜32)に対して、2倍以上の転動疲労寿命を有しているが、本発明の針状ころ軸受用転動部材である軌道輪(No.3〜4)と比較すると寿命が短くなっている。 On the other hand, the bearing rings (Nos. 28 to 30) made of the steel of the comparative example are also more than twice as large as the bearing rings (Nos. 31 to 32), which are conventional rolling members for needle roller bearings. Although it has a rolling fatigue life, the life is shortened compared with the bearing ring (No. 3-4) which is a rolling member for needle roller bearings of the present invention.
以上より、本発明の針状ころ軸受用転動部材および針状ころ軸受は、従来の針状ころ軸受用転動部材および針状ころ軸受に比べて、耐久性に優れていることが確認された。 From the above, it was confirmed that the rolling members and needle roller bearings of the present invention have superior durability compared to conventional rolling members and needle roller bearings for needle roller bearings. It was.
なお、これまでの説明においては、浸炭焼入を実施した試験片を用いて実施した試験結果について実施例として説明したが、浸炭窒化焼入を実施した他の試験片を用いて同様に試験を実施した。その結果、浸炭焼入を実施した試験片以上の焼戻軟化抵抗性を示すとともに、材質および機械的特性において遜色ない結果を示すことを確認している。 In the description so far, the test results carried out using the test pieces subjected to carburizing and quenching were explained as examples, but the test was similarly conducted using other test pieces subjected to carbonitriding and quenching. Carried out. As a result, it has been confirmed that the temper softening resistance is higher than that of the test piece subjected to carburizing and quenching, and the result is inferior in material and mechanical characteristics.
浸炭窒化焼入の具体的な熱処理方法は以下の通りである。まず、成形部品を920℃に加熱し、このとき雰囲気ガスのカーボンポテンシャル=1.0となるよう調整して、この温度で480分間保持した。その内300分間は、雰囲気ガスであるRXガスにアンモニアガスを、RXガス比5体積%の量を添加した。これにより、浸炭窒化処理および拡散処理を行なった。その後、温度を850℃に下げてから、成形部品を油中に浸漬して急冷し1次焼入を行なった。さらに成形部品を850℃に再加熱して50分間保持し、再度油中に浸漬して850℃から急冷し2次焼入を行なった。さらに、成形部品を280℃に加熱して120分間保持し、その後室温の空気中で冷却し、焼戻処理を行なった。 A specific heat treatment method for carbonitriding and quenching is as follows. First, the molded part was heated to 920 ° C., and at this time, the carbon potential of the atmospheric gas was adjusted to be 1.0, and kept at this temperature for 480 minutes. Among them, for 300 minutes, ammonia gas was added to RX gas, which is an atmospheric gas, and an amount of 5% by volume of RX gas was added. Thereby, carbonitriding and diffusion treatment were performed. Thereafter, the temperature was lowered to 850 ° C., and the molded part was immersed in oil and rapidly cooled to perform primary quenching. Further, the molded part was reheated to 850 ° C. and held for 50 minutes, immersed again in oil, rapidly cooled from 850 ° C., and subjected to secondary quenching. Further, the molded part was heated to 280 ° C. and held for 120 minutes, then cooled in air at room temperature, and tempered.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明の針状ころ軸受用転動部材および針状ころ軸受は、苛酷な環境下において使用される針状ころ軸受用転動部材および針状ころ軸受に、特に有利に適用され得る。 The rolling member and needle roller bearing of the present invention can be particularly advantageously applied to the rolling member and needle roller bearing for use in severe environments.
1 スラストニードルころ軸受、2 ラジアルニードルころ軸受、11 軌道輪、11A 軌道輪転走面、11B,12B,13B,21B,22B,23B 硬化処理層、11C,12C,13C,21C,22C,23C 内部、14,24 保持器、21 外輪、21A 外輪転走面、22 内輪、22A 内輪転走面、30 点接触試験機、31 転動疲労寿命試験片、32 駆動ローラ、33 案内ローラ、34 鋼球、40 サバン型摩耗試験機、41 摩耗試験片、42 重錘、43 ロードセル、44 エアスライダ、45 相手材、46 潤滑油、50 超音波疲労試験機、51 超音波疲労試験片、52 ホーン部、53 振動子、54 増幅器、55 制御装置、56 すき間ゲージ、57 オシロスコープ、60 2円筒型試験機、61 第1試験片、62 第2試験片、63 第1軸、64 第2軸、65 回転速度計、66 スリップリング、71 静圧壊強度試験片、72 荷重方向、80 リング回転割れ疲労試験機、81 リング回転割れ疲労試験片、82 駆動ローラ、83 負荷ローラ、84 案内ローラ、85 パッド、86 給油ノズル。 1 Thrust needle roller bearing, 2 radial needle roller bearing, 11 bearing ring, 11A raceway rolling surface, 11B, 12B, 13B, 21B, 22B, 23B hardened layer, 11C, 12C, 13C, 21C, 22C, 23C inside, 14, 24 Cage, 21 Outer ring, 21A Outer ring rolling surface, 22 Inner ring, 22A Inner ring rolling surface, 30-point contact test machine, 31 Rolling fatigue life test piece, 32 Drive roller, 33 Guide roller, 34 Steel ball, 40 Sabang type wear tester, 41 Wear test piece, 42 Weight, 43 Load cell, 44 Air slider, 45 Opposite material, 46 Lubricating oil, 50 Ultrasonic fatigue tester, 51 Ultrasonic fatigue test piece, 52 Horn part, 53 Vibrator, 54 amplifier, 55 control device, 56 gap gauge, 57 oscilloscope, 60 2-cylinder testing machine, 61 1 test piece, 62 2nd test piece, 63 1st axis, 64 2nd axis, 65 tachometer, 66 slip ring, 71 static crush strength test piece, 72 load direction, 80 ring rotary crack fatigue tester, 81 ring Rotating crack fatigue test piece, 82 drive roller, 83 load roller, 84 guide roller, 85 pad, 86 oiling nozzle.
Claims (4)
0.3質量%以上0.4%質量%以下の炭素と、0.2質量%以上0.5質量%未満の珪素と、0.3質量%以上0.8質量%以下のマンガンと、0.5質量%以上1.2質量%以下のニッケルと、1.6質量%以上2.2質量%以下のクロムと、0.1質量%以上0.7質量%以下のモリブデンと、0.3質量%以上0.8質量%以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、バナジウムの含有量はモリブデンの含有量以上であり、モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は珪素の含有量の2倍以上であり、クロムの含有量とモリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は2.3質量%以上3.5質量%以下である鋼から構成され、
表層部には、硬化処理層が形成され、
前記硬化処理層の硬度は、Hv700以上780以下であり、
前記硬化処理層に分布する炭化物の最大粒径は、10μm以下であり、
前記硬化処理層における前記炭化物の面積率は、7%以上25%以下であり、
前記硬化処理層より内側の領域である内部の硬度は、Hv500以上600以下であることを特徴とする、針状ころ軸受用転動部材。 A needle roller bearing constituting a needle roller bearing having a needle roller having a diameter of 5 mm or less as a rolling element and a length of the roller being 3 to 10 times the diameter of the roller Rolling member for
0.3% by mass or more and 0.4% by mass or less of carbon, 0.2% by mass or more and less than 0.5% by mass of silicon, 0.3% by mass or more and 0.8% by mass or less of manganese, 0.5 mass% or more and 1.2 mass% or less nickel, 1.6 mass% or more and 2.2 mass% or less chromium, 0.1 mass% or more and 0.7 mass% or less molybdenum, 0.3 The vanadium is contained in the balance iron and inevitable impurities, the vanadium content is equal to or greater than the molybdenum content, and the sum of the molybdenum content and the vanadium content. Is more than twice the silicon content, and the sum of the chromium content, the molybdenum content, and the vanadium content is composed of a steel that is 2.3 mass% or more and 3.5 mass% or less,
In the surface layer part, a cured layer is formed,
The hardness of the cured layer is Hv 700 or more and 780 or less,
The maximum particle size of the carbide distributed in the cured layer is 10 μm or less,
The area ratio of the carbide in the cured layer is 7% or more and 25% or less,
A rolling member for a needle roller bearing, wherein the internal hardness which is an area inside the hardened layer is Hv500 or more and 600 or less.
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JP2017106074A (en) * | 2015-12-09 | 2017-06-15 | 株式会社ジェイテクト | Bearing constitutional member and manufacturing method therefor, and rolling bearing |
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- 2006-07-25 JP JP2006202015A patent/JP2008025794A/en not_active Withdrawn
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