JP2008267402A - Roller bearing - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a long life roller bearing not easily producing indentation start point type peeling. <P>SOLUTION: An inner ring 1 and an outer ring 2 of a deep groove ball bearing are composed of high-carbon chromium bearing steel. Rolling elements 3 are composed of steel containing carbon of not less than 0.3 wt.% and not greater than 1.2 wt.%, silicon of not less than 0.3 wt.% and not greater than 2.2 wt.%, and manganese of not less than 0.2 wt.% and not greater than 2 wt.%. Heat treatment including carbonitriding treatment or nitriding treatment is applied on the rolling element and surface layer part 3a hardened by the heat treatment is formed on the rolling surface 3a. Nitrogen concentration of the surface layer part is not less than 0.2 wt.% and not greater than 2 wt.%. Nitride containing silicon and manganese deposit on the surface layer part and quantity of the Si-Mn retried is not less than 1% and not greater than 20% in area rate. Heat treatment including carbonitriding or nitriding is applied in the inner ring 1 and the outer ring 2, and surface layer parts hardened by the heat treatment are formed on raceway surfaces 1a, 2a. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は転がり軸受に関する。   The present invention relates to a rolling bearing.

軸受の潤滑油中に混入している金属の切粉,削り屑,バリ,及び摩耗粉等の異物が転がり軸受の軌道輪や転動体に損傷を与え、転がり軸受の寿命の大幅な低下をもたらすことはよく知られている。そこで、潤滑剤に異物が混入している環境下(以降は異物混入潤滑環境下と記すこともある)で転がり軸受を使用する場合でも、軸受の転がり表面層の炭素の含有量,残留オーステナイト量,及び炭窒化物の含有量を適性値にすることによって、異物により生じる圧痕のエッジ部における応力の集中を緩和し、クラックの発生を抑えて、転がり軸受の寿命を向上する技術が提案されている(特許文献1を参照)。
特開昭64−55423号公報
Foreign matter such as metal chips, shavings, burrs, and wear powder mixed in the lubricating oil of the bearing damages the bearing rings and rolling elements of the rolling bearing, resulting in a significant decrease in the life of the rolling bearing. That is well known. Therefore, even when a rolling bearing is used in an environment where foreign matter is mixed in the lubricant (hereinafter, sometimes referred to as a foreign matter-containing lubricating environment), the carbon content and residual austenite amount in the rolling surface layer of the bearing , And by making the content of carbonitride an appropriate value, a technology has been proposed to relieve stress concentration at the edge of the indentation caused by the foreign matter, suppress the generation of cracks, and improve the life of the rolling bearing. (See Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 64-55423

特許文献1にも記載されているように、異物混入潤滑環境下で転がり軸受を使用した際に生じる早期剥離は、転動体と軌道輪との間に異物が噛み込まれることによって形成された圧痕を起点として生じており、圧痕縁に生じる応力集中がその原因であると言われている。
また、上記のような圧痕起点型剥離は、圧痕縁の応力集中のみが原因ではなく、転動体と軌道輪との間に作用する接線力が影響していることも明らかになってきている。接線力に影響を及ぼす因子としては、すべり速度や面圧の他に表面粗さや表面形状があげられる。表面粗さが小さく表面形状が良好なほど、転動体と軌道輪との間に作用する接線力は小さくなり、異物混入潤滑環境下における軸受寿命は長くなる。
As described in Patent Document 1, the early separation that occurs when using a rolling bearing in a foreign matter-mixed lubrication environment is an indentation formed by foreign matter being caught between the rolling elements and the raceway. It is said that this is caused by the stress concentration occurring at the indentation edge.
In addition, it has been clarified that the above-described indentation origin type separation is not only caused by the stress concentration at the indentation edge but also by the tangential force acting between the rolling elements and the raceway. Factors affecting the tangential force include surface roughness and surface shape in addition to sliding speed and surface pressure. The smaller the surface roughness and the better the surface shape, the smaller the tangential force acting between the rolling elements and the races, and the longer the bearing life in a foreign matter-containing lubrication environment.

しかしながら、特許文献1の技術のように転動体の転動面や軌道輪の軌道面の残留オーステナイト量を多くすると、表面硬さが低下して耐摩耗性が不十分となるだけでなく、耐圧痕性が低下するという問題が生じる。つまり、転動面や軌道面の残留オーステナイト量が多い場合には、異物により圧痕が形成されやすくなる。圧痕が形成された面は形状崩れや表面粗さの悪化を起こし、圧痕の大きさが大きく数が多いほど形状崩れや表面粗さの悪化が顕著となる。すなわち、異物混入潤滑環境下においては、転動面や軌道面の残留オーステナイト量が多いほど圧痕が形成されやすいので、転動体と軌道輪との間に作用する接線力は大きくなる。   However, when the amount of retained austenite on the rolling surface of the rolling element and the raceway surface of the raceway is increased as in the technique of Patent Document 1, not only the surface hardness decreases and the wear resistance becomes insufficient, but also the pressure resistance. There arises a problem that the traceability is lowered. That is, when the amount of retained austenite on the rolling surface or the raceway surface is large, the indentation is easily formed by the foreign matter. The surface on which the indentation is formed causes shape collapse and surface roughness deterioration, and the shape indentation and surface roughness deterioration become more noticeable as the size of the indentation increases and the number increases. That is, in a foreign matter-mixed lubrication environment, an indentation is more easily formed as the amount of retained austenite on the rolling surface or raceway surface increases, so that the tangential force acting between the rolling element and the raceway increases.

ただし、特許文献1にも記載されているように、残留オーステナイトの影響による応力集中緩和効果のため、残留オーステナイト量が多い部材自身の寿命はそれほど低下せず、それに接触する相手部材の寿命が低下する。これは、接触する2つの物体には同じ大きさの接線力が作用するためである。例えば、軌道輪の軌道面の残留オーステナイト量が多い場合には、応力集中緩和効果のため軌道輪は長寿命となるが、相手部材である転動体の寿命は接線力増加のため低下してしまう。
転動体の転動面と軌道輪の軌道面とのいずれが剥離した場合でも転がり軸受の寿命となるので、転がり軸受を長寿命とするためには転動体と軌道輪の両方の寿命を延ばす必要がある。すなわち、単に転動体の転動面や軌道輪の軌道面の残留オーステナイト量を多くしただけでは、十分な寿命延長効果は得られない。
However, as described in Patent Document 1, due to the stress concentration relaxation effect due to the effect of retained austenite, the life of the member itself with a large amount of retained austenite is not significantly reduced, and the life of the counterpart member in contact with it is decreased. To do. This is because tangential forces of the same magnitude act on two objects that come into contact. For example, when the amount of retained austenite on the raceway surface of the raceway is large, the raceway has a long life due to the stress concentration relaxation effect, but the life of the rolling element that is the counterpart member decreases due to an increase in tangential force. .
The life of the rolling bearing is the same even if the rolling contact surface of the rolling element and the raceway surface of the raceway are separated. To extend the life of the rolling bearing, it is necessary to extend the life of both the rolling element and the raceway. There is. That is, a sufficient life extension effect cannot be obtained simply by increasing the amount of retained austenite on the rolling surface of the rolling element or the raceway surface of the raceway.

一方、近年においては地球温暖化などの環境問題が深刻化する中、燃費向上を目的とした機械や輸送機の小型化,軽量化が進んでいる。そのため、機械部品の一つである転がり軸受の小型化に対する要求も厳しくなっている。転がり軸受の小型化に対して障害となることとしては、前述した転がり疲労寿命(動定格荷重)の他に、静的な過大荷重に対する塑性変形抵抗性(静定格荷重)がある。したがって、転がり軸受の性能としては長寿命なだけでは十分とは言えない場合があり、塑性変形抵抗性に優れていることが好ましい。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、圧痕起点型剥離が生じにくく長寿命な転がり軸受を提供することを課題とする。
On the other hand, in recent years, as environmental problems such as global warming become more serious, machines and transport machines for improving fuel efficiency have been reduced in size and weight. Therefore, the demand for downsizing of a rolling bearing, which is one of machine parts, has become strict. In addition to the above-described rolling fatigue life (dynamic load rating), there are plastic deformation resistance (static load rating) against static overload as an obstacle to downsizing of rolling bearings. Therefore, it may not be sufficient for the performance of the rolling bearing to have a long life, and it is preferable that the rolling bearing is excellent in plastic deformation resistance.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a rolling bearing that solves the above-described problems of the prior art and that does not easily cause indentation-type peeling and has a long life.

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項1の転がり軸受は、軌道面を有する内輪と、前記内輪の軌道面に対向する軌道面を有する外輪と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転がり軸受において、下記の4つの条件を満足することを特徴とする。
条件A:前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方は、高炭素クロム軸受鋼で構成されている。
条件B:前記転動体は鋼で構成されており、その転動面には、浸炭窒化処理又は窒化処理を含む熱処理により硬化されてなる表層部が形成されている。
条件C:前記表層部の窒素濃度は0.2質量%以上2質量%以下である。
条件D:前記表層部には、ケイ素とマンガンとを含有する窒化物が析出しており、析出している前記窒化物の量は面積率で1%以上20%以下である。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the rolling bearing of claim 1 according to the present invention includes an inner ring having a raceway surface, an outer ring having a raceway surface facing the raceway surface of the inner ring, and a plurality of rolling bearings arranged between the raceway surfaces. In the rolling bearing provided with the rolling element, the following four conditions are satisfied.
Condition A: At least one of the inner ring and the outer ring is made of high carbon chrome bearing steel.
Condition B: The rolling element is made of steel, and a surface layer part formed by heat treatment including carbonitriding or nitriding is formed on the rolling surface.
Condition C: The nitrogen concentration in the surface layer portion is 0.2% by mass or more and 2% by mass or less.
Condition D: A nitride containing silicon and manganese is deposited on the surface layer portion, and the amount of the deposited nitride is 1% or more and 20% or less in terms of area ratio.

また、本発明に係る請求項2の転がり軸受は、請求項1に記載の転がり軸受において、前記内輪及び前記外輪のうち高炭素クロム軸受鋼で構成された軌道輪の軌道面の残留オーステナイト量γR(AB) と、前記転動体の転動面の残留オーステナイト量γR(C)とが、下記の3つの式を満足することを特徴とする。
γR(AB) −15≦γR(C)≦γR(AB) +15
γR(AB) ≧0
γR(C)≦50
ただし、前記3つの式における数値の単位は体積%である。
A rolling bearing according to a second aspect of the present invention is the rolling bearing according to the first aspect, wherein the amount of retained austenite on the raceway surface of the raceway ring made of high carbon chromium bearing steel among the inner ring and the outer ring is γ. R (AB) and the amount of retained austenite γ R (C) on the rolling surface of the rolling element satisfy the following three expressions.
γ R (AB) −15 ≦ γ R (C) ≦ γ R (AB) +15
γ R (AB) ≧ 0
γ R (C) ≦ 50
However, the unit of numerical values in the above three formulas is volume%.

さらに、本発明に係る請求項3の転がり軸受は、請求項2に記載の転がり軸受において、前記内輪及び前記外輪のうち高炭素クロム軸受鋼で構成された軌道輪の軌道面には、浸炭処理又は浸炭窒化処理を含む熱処理により硬化されてなる表層部が形成されており、この表層部の硬さはHRC58以上66以下であるとともに、この表層部の内側の芯部の硬さはHRC56以上64以下であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項4の転がり軸受は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の転がり軸受において、前記転動体は、炭素の含有量が0.3質量%以上1.2質量%以下、ケイ素の含有量が0.3質量%以上2.2質量%以下、及びマンガンの含有量が0.2質量%以上2質量%以下である鋼で構成されていることを特徴とする。
Furthermore, the rolling bearing according to claim 3 according to the present invention is the rolling bearing according to claim 2, wherein the raceway surface of the bearing ring made of high carbon chromium bearing steel among the inner ring and the outer ring is carburized. Or the surface layer part hardened | cured by the heat processing including a carbonitriding process is formed, and while the hardness of this surface layer part is HRC58 or more and 66 or less, the hardness of the inner core part of this surface layer part is HRC56 or more and 64 It is characterized by the following.
Furthermore, the rolling bearing according to claim 4 according to the present invention is the rolling bearing according to any one of claims 1 to 3, wherein the rolling element has a carbon content of 0.3 mass% or more and 1.2. Characterized in that it is made of steel with a silicon content of 0.3% by mass or more and 2.2% by mass or less, and a manganese content of 0.2% by mass or more and 2% by mass or less. To do.

本発明者らは、圧痕起点型剥離による寿命を延長する方法として、前述した知見に基づく方法を検討した。すなわち、ある部材(例えば転動体)の圧痕起点型剥離による寿命を十分に確保するとともに、その部材の耐圧痕性及び耐摩耗性を向上させて表面粗さと表面形状の悪化を抑制し、それにより2つの物体間に作用する接線力を抑制して相手部材(例えば軌道輪)の寿命をも延長させるという方法である。その結果、耐圧痕性及び耐摩耗性を向上させる材料に関する因子としては、表面硬さの他に、残留オーステナイト量,表面の窒素濃度,表面に析出した窒化物の量があることが分かった。   The present inventors examined a method based on the above-described knowledge as a method of extending the life by indentation-origin type peeling. That is, while ensuring a sufficient life by indentation origin type peeling of a certain member (for example, a rolling element), the pressure resistance and wear resistance of the member are improved, thereby suppressing deterioration of surface roughness and surface shape. This is a method in which the tangential force acting between two objects is suppressed to extend the life of the mating member (eg, raceway). As a result, it was found that the factors related to the material that improves the scratch resistance and wear resistance include the amount of retained austenite, the surface nitrogen concentration, and the amount of nitride deposited on the surface in addition to the surface hardness.

また、本発明者らが、転動体の転動面及び軌道輪の軌道面の表面粗さの影響及び表面形状の悪化の影響について検討したところ、軌道輪の軌道面のみについて表面粗さを小さくしたり表面形状の悪化を抑制したりした場合と比べて、転動体の転動面のみについて表面粗さを小さくしたり表面形状の悪化を抑制したりした場合に、表面起点型剥離を効果的に抑制できることが分かった。すなわち、軌道輪の軌道面よりも転動体の転動面の表面粗さを小さくしたり表面形状の悪化を抑制したりした方が、転がり軸受の寿命を効果的に延長させることができる。   Further, the present inventors examined the influence of the surface roughness of the rolling surface of the rolling element and the raceway surface of the raceway and the effect of the deterioration of the surface shape. The surface roughness of only the raceway surface of the raceway was reduced. Compared to the case where the surface shape is deteriorated or the deterioration of the surface shape is suppressed, the surface-origin type peeling is more effective when the surface roughness is reduced or the deterioration of the surface shape is suppressed only for the rolling surface of the rolling element. It was found that it can be suppressed. That is, the life of the rolling bearing can be effectively extended if the surface roughness of the rolling surface of the rolling element is made smaller than that of the raceway surface of the bearing ring or the deterioration of the surface shape is suppressed.

一方、転がり軸受の塑性変形抵抗性を向上させるためには、転がり軸受の軸受部品を構成する材料の硬さを向上させることが最も効果的であり、しかも、軸受部品の表面のみならず芯部の硬さも高いほど効果的である。表面硬さを向上させる方法としては、浸炭処理や浸炭窒化処理がある。炭素や窒素を固溶させ硬い炭化物や窒化物を析出させることにより、硬さを向上させることが可能である。また、焼入れ後の芯部の硬さについては、素材の炭素含有量が大きく影響し、低炭素,中炭素の肌焼鋼に比べて高炭素の軸受鋼の方が芯部の硬さが高くなる。すなわち、塑性変形抵抗性を向上させるためには、高炭素鋼をズブ焼き入れし(より好ましくは、高炭素鋼に浸炭処理又は浸炭窒化処理を施し)、表面から芯部まで硬さを向上させることが重要である。   On the other hand, in order to improve the plastic deformation resistance of the rolling bearing, it is most effective to improve the hardness of the material constituting the bearing part of the rolling bearing, and not only the surface of the bearing part but also the core part. The higher the hardness, the more effective. As a method for improving the surface hardness, there are carburizing treatment and carbonitriding treatment. Hardness can be improved by solid solution of carbon and nitrogen to precipitate hard carbides and nitrides. In addition, the hardness of the core after quenching is greatly affected by the carbon content of the material, and high-carbon bearing steel has a higher core hardness than low- and medium-carbon case-hardened steel. Become. That is, in order to improve the plastic deformation resistance, high-carbon steel is quenched (more preferably, the high-carbon steel is subjected to carburizing or carbonitriding) to improve the hardness from the surface to the core. This is very important.

したがって、転動体の表層部の残留オーステナイト量,窒素濃度,ケイ素とマンガンとを含有する窒化物の量を規定することによって耐圧痕性及び耐摩耗性が向上し、転がり軸受の回転時に転動体の転動面と軌道輪の軌道面との間に生じる接線力の増大が抑制されるため、異物混入潤滑環境下で使用した場合に生じやすい圧痕起点型剥離が抑制されて転がり軸受の長寿命化が達成される。さらに、軌道輪を高炭素クロム軸受鋼で構成し、さらに軌道面に浸炭処理又は浸炭窒化処理を施して表面から芯部まで硬くすることにより、塑性変形抵抗性が向上する。   Therefore, by specifying the amount of retained austenite in the surface layer portion of the rolling element, the nitrogen concentration, and the amount of nitride containing silicon and manganese, the pressure resistance and wear resistance are improved, and the rolling element of the rolling element is rotated when the rolling bearing rotates. Increase in tangential force generated between the rolling surface and the raceway surface of the bearing ring is suppressed, so that indentation-based delamination, which tends to occur when used in a contaminated environment with foreign matter, is suppressed, extending the life of the rolling bearing. Is achieved. Furthermore, the plastic ring resistance is improved by configuring the raceway ring with high carbon chromium bearing steel and further subjecting the raceway surface to carburizing or carbonitriding to harden the surface to the core.

本発明の転がり軸受は、異物混入潤滑環境下のような厳しい条件で使用されても圧痕起点型剥離が生じにくいため長寿命である。   The rolling bearing according to the present invention has a long life because indentation-origin-type peeling hardly occurs even when used under severe conditions such as a foreign matter-mixed lubrication environment.

本発明に係る転がり軸受の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明に係る転がり軸受の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。この深溝玉軸受は、軌道面1aを外周面に有する内輪1と、内輪1の軌道面1aに対向する軌道面2aを内周面に有する外輪2と、両軌道面1a,2a間に転動自在に配された複数の転動体3と、内輪1及び外輪2の間に転動体3を保持する保持器4と、内輪1及び外輪2の間の隙間の開口を覆うシール5,5と、を備えていて、両軌道面1a,2aと転動体3の転動面3aとの間の潤滑が、グリース,潤滑油等の潤滑剤6により行われている。なお、保持器4やシール5は備えていなくてもよい。
Embodiments of a rolling bearing according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view showing a structure of a deep groove ball bearing which is an embodiment of a rolling bearing according to the present invention. This deep groove ball bearing has an inner ring 1 having a raceway surface 1a on its outer peripheral surface, an outer ring 2 having a raceway surface 2a opposite to the raceway surface 1a of the inner ring 1 on its inner peripheral surface, and rolling between both raceway surfaces 1a and 2a. A plurality of rolling elements 3 arranged freely, a retainer 4 for holding the rolling elements 3 between the inner ring 1 and the outer ring 2, seals 5 and 5 covering the openings of the gaps between the inner ring 1 and the outer ring 2, The lubrication between the raceway surfaces 1a and 2a and the rolling surface 3a of the rolling element 3 is performed by a lubricant 6 such as grease or lubricating oil. The cage 4 and the seal 5 may not be provided.

この深溝玉軸受においては、内輪1及び外輪2は高炭素クロム軸受鋼で構成されおり、転動体3は、炭素の含有量が0.3質量%以上1.2質量%以下、ケイ素の含有量が0.3質量%以上2.2質量%以下、マンガンの含有量が0.2質量%以上2質量%以下である鋼で構成されている。
転動体3には浸炭窒化処理又は窒化処理を含む熱処理が施されていて、該熱処理により硬化されてなる表層部(図示せず)が転動面3aに形成されている。この表層部の窒素濃度は0.2質量%以上2質量%以下である。また、この表層部には、ケイ素とマンガンとを含有する窒化物(以降はSi−Mn系窒化物と記すこともある)が析出しており、析出しているSi−Mn系窒化物の量は面積率で1%以上20%以下である。
In this deep groove ball bearing, the inner ring 1 and the outer ring 2 are made of high carbon chromium bearing steel, and the rolling element 3 has a carbon content of 0.3 mass% or more and 1.2 mass% or less, and a silicon content. Is 0.3 mass% or more and 2.2 mass% or less, and the manganese content is 0.2 mass% or more and 2 mass% or less.
The rolling element 3 is subjected to a heat treatment including a carbonitriding process or a nitriding process, and a surface layer portion (not shown) cured by the heat treatment is formed on the rolling surface 3a. The nitrogen concentration in the surface layer portion is 0.2% by mass or more and 2% by mass or less. In addition, a nitride containing silicon and manganese (hereinafter sometimes referred to as Si—Mn nitride) is deposited on the surface layer portion, and the amount of the deposited Si—Mn nitride is deposited. Is an area ratio of 1% to 20%.

一方、内輪1及び外輪2には浸炭処理又は浸炭窒化処理を含む熱処理が施されていて、該熱処理により硬化されてなる表層部(図示せず)が軌道面1a,2aに形成されている。軌道面1a,2aに形成された表層部の硬さはHRC58以上66以下であるとともに、この表層部の内側の芯部の硬さはHRC56以上64以下である。
さらに、軌道面1a,2aの残留オーステナイト量γR(AB) と、転動面3aの残留オーステナイト量γR(C)とが、下記の3つの式を満足する。
γR(AB) −15≦γR(C)≦γR(AB) +15
γR(AB) ≧0
γR(C)≦50
ただし、前記3つの式における数値の単位は体積%である。
このような本実施形態の深溝玉軸受は、圧痕起点型剥離が生じにくいことに加えて塑性変形抵抗性が優れているため、異物混入潤滑環境下のような厳しい条件で使用されても長寿命である。
On the other hand, the inner ring 1 and the outer ring 2 are subjected to a heat treatment including a carburizing process or a carbonitriding process, and surface layer portions (not shown) hardened by the heat treatment are formed on the raceway surfaces 1a and 2a. The hardness of the surface layer portion formed on the raceway surfaces 1a and 2a is HRC 58 or more and 66 or less, and the hardness of the inner core portion of the surface layer portion is HRC 56 or more and 64 or less.
Further, the retained austenite amount γ R (AB) of the raceway surfaces 1a and 2a and the retained austenite amount γ R (C) of the rolling surface 3a satisfy the following three expressions.
γ R (AB) −15 ≦ γ R (C) ≦ γ R (AB) +15
γ R (AB) ≧ 0
γ R (C) ≦ 50
However, the unit of numerical values in the above three formulas is volume%.
The deep groove ball bearing of this embodiment has a long life even when used under harsh conditions such as a foreign matter-mixed lubrication environment because it has excellent resistance to plastic deformation in addition to being hard to cause indentation-type peeling. It is.

以下に、本発明の構成とその作用効果について、詳細に説明する。
〔内輪及び外輪の少なくとも一方が高炭素クロム軸受鋼で構成される点について〕
本発明においては、内輪及び外輪の少なくとも一方は、高炭素クロム軸受鋼(例えば、日本工業規格JIS G4805に規定されたSUJ2,SUJ3)で構成する必要がある。高炭素クロム軸受鋼は清浄度を含めてその品質が極めて安定しているので、高炭素クロム軸受鋼で構成された軌道輪は、介在物等を起点とした内部起点型のフレーキングが生じにくく、十分な転がり寿命を確保できる。また、高炭素鋼であるため、適切な焼入れ,焼戻しを行うことにより、表面から芯部まで高硬度とすることができる。なお、本発明においては、高炭素クロム軸受鋼の品質は、日本工業規格JIS G4805に規定された清浄度規制を満足するレベル(ベアリング クオリティー)以上のものであることが好ましい。
Below, the structure of this invention and its effect are demonstrated in detail.
[About the point that at least one of the inner ring and outer ring is made of high carbon chromium bearing steel]
In the present invention, at least one of the inner ring and the outer ring needs to be made of high carbon chrome bearing steel (for example, SUJ2 and SUJ3 defined in Japanese Industrial Standard JIS G4805). High carbon chrome bearing steel is extremely stable in quality, including cleanliness. Therefore, race rings made of high carbon chrome bearing steel are less likely to cause internal origin flaking starting from inclusions. Sufficient rolling life can be secured. Moreover, since it is high carbon steel, it can be made high hardness from the surface to a core part by performing appropriate quenching and tempering. In the present invention, the quality of the high carbon chromium bearing steel is preferably higher than the level (bearing quality) that satisfies the cleanliness regulations defined in Japanese Industrial Standard JIS G4805.

さらに、例えばSCR420,SCM420等の肌焼鋼に浸炭処理又は浸炭窒化処理を施す場合には、過大な静的荷重に耐え得る十分な硬化層を形成させるために非常に長時間の熱処理が必要となるので、熱処理コストが著しく大きくなる。これに対して高炭素クロム軸受鋼は、浸炭処理,浸炭窒化処理の有無にかかわらず、焼入れのみでも十分な硬さが確保される(例えば、焼入れ,焼戻しに必要な均熱時間相当の短時間でも可能である)。よって、熱処理を低コストで行うことができる。   Furthermore, for example, when carburizing or carbonitriding the case-hardened steel such as SCR420, SCM420, etc., a very long heat treatment is required to form a sufficient hardened layer that can withstand an excessive static load. Therefore, the heat treatment cost is remarkably increased. On the other hand, high carbon chromium bearing steel ensures sufficient hardness only by quenching regardless of the presence or absence of carburizing and carbonitriding (for example, a short time equivalent to the soaking time required for quenching and tempering). But it is possible). Therefore, the heat treatment can be performed at low cost.

なお、高炭素クロム軸受鋼としてSUJ2,SUJ3を例示したが、本発明において使用可能な高炭素クロム軸受鋼はこれらに限定されるものではない。過共析組成を有する高炭素鋼であれば、SUJ2,SUJ3と同等の強度を有することが可能であるので、清浄度等の品質がベアリング クオリティーを満足するものであれば、過共析組成を有する高炭素鋼、例えば炭素の含有量が0.8質量%以上1.2質量%以下の炭素鋼や合金鋼を使用することが可能である。ただし、SUJ2は、安価であることに加えて、素材時の加工性及び熱処理後の加工性が良好であるので、軸受の寿命,加工性,コスト等のバランスを考慮すると、SUJ2を用いることが好ましい。   In addition, although SUJ2 and SUJ3 were illustrated as high carbon chromium bearing steel, the high carbon chromium bearing steel which can be used in this invention is not limited to these. Since high carbon steel having a hypereutectoid composition can have the same strength as SUJ2 and SUJ3, if the quality such as cleanliness satisfies the bearing quality, the hypereutectoid composition It is possible to use a high carbon steel, for example, a carbon steel or alloy steel having a carbon content of 0.8% by mass or more and 1.2% by mass or less. However, in addition to being inexpensive, SUJ2 has good workability at the time of raw material and workability after heat treatment, and therefore SUJ2 is used in consideration of the balance of bearing life, workability, cost, etc. preferable.

〔軌道面に形成された表層部の硬さと芯部の硬さについて〕
前述したように、転がり軸受に要求される2大機能は、寿命(動定格荷重)と塑性変形抵抗性(静定格荷重)である。寿命と塑性変形抵抗性を向上させる材料に関する因子は硬さであり、硬さが高いほど寿命は長く、塑性変形抵抗性は向上する。特に、接線力や大きな剪断応力が作用する表層部は、寿命の延長や塑性変形抵抗性の向上のために高硬度であることが必要とされる。
さらに、表層部の硬さが高いと、異物混入潤滑環境下において転がり軸受が使用された際に圧痕が形成されにくいため、圧痕起点型剥離による寿命が長寿命であるだけでなく、転がり軸受の音響性能や振動を良好とすることに対してもにも効果的である。
[About the hardness of the surface layer and the core formed on the raceway surface]
As described above, two major functions required for a rolling bearing are life (dynamic load rating) and plastic deformation resistance (static load rating). The factor relating to the material that improves the life and plastic deformation resistance is the hardness. The higher the hardness, the longer the life and the plastic deformation resistance is improved. In particular, a surface layer portion to which a tangential force or a large shear stress acts is required to have high hardness in order to extend the life and improve the plastic deformation resistance.
Furthermore, if the surface layer has a high hardness, the indentation is difficult to form when the rolling bearing is used in a foreign matter-mixed lubrication environment. It is also effective for improving acoustic performance and vibration.

浸炭処理又は浸炭窒化処理を含む熱処理を施すことにより、硬化されてなる表層部を軌道輪の軌道面に形成することが好ましく、その軌道面に形成された表層部の硬さはHRC58以上、さらにこの表層部の内側の芯部の硬さはHRC56以上であることが好ましい。そして、これら表層部及び芯部の硬さは、ともにHRC60以上であることがより好ましい。ただし、硬さが高すぎると、靭性が低下して割れが生じるおそれがある。したがって、表層部の硬さはHRC66以下であることが好ましく、HRC64以下であることがより好ましい。また、芯部の硬さはHRC64以下であることが好ましい。なお、本発明における表層部とは、表面から深さ200μmまでの部分である。   It is preferable to form a hardened surface layer portion on the raceway surface of the race by performing a heat treatment including a carburizing treatment or a carbonitriding treatment, and the surface layer portion formed on the raceway surface has a hardness of HRC 58 or more, The hardness of the inner core portion of the surface layer portion is preferably HRC56 or higher. And it is more preferable that the hardness of these surface layer parts and core parts is HRC60 or more. However, if the hardness is too high, the toughness may decrease and cracking may occur. Therefore, the hardness of the surface layer portion is preferably HRC 66 or less, and more preferably HRC 64 or less. Moreover, it is preferable that the hardness of a core part is HRC64 or less. The surface layer portion in the present invention is a portion from the surface to a depth of 200 μm.

〔転動面に形成された表層部の窒素濃度及びSi−Mn系窒化物の量について〕
本発明においては、転動体の表層部に窒素を富化させるために浸炭窒化処理又は窒化処理を施す。窒素は炭素と同様にマルテンサイトの固溶強化及び残留オーステナイトの安定化に作用するだけでなく、窒化物又は炭窒化物を形成して耐圧痕性,耐摩耗性を向上させる作用がある。
図2,3に、耐圧痕性と耐摩耗性とに及ぼす窒素の影響を示す。図2は、表層部の窒素濃度と表層部に生じた圧痕の深さとの関係を示すグラフであり、図3は、表層部の窒素濃度と摩耗量との関係を示すグラフである。
図2のグラフの圧痕の深さは、図4に示すような耐圧痕性試験により求め、図3のグラフの摩耗量は、図5に示すような二円筒摩耗試験により求めた。耐圧痕性試験は、表層部が形成された試料の上に直径2mmの鋼球を載置し、この鋼球に5GPaの荷重を上方から負荷した際に試料に生じた圧痕の深さを測定することにより行った(図4を参照)。
[Nitrogen concentration in surface layer portion formed on rolling surface and amount of Si-Mn nitride]
In the present invention, carbonitriding or nitriding is performed to enrich the surface layer of the rolling element with nitrogen. Similar to carbon, nitrogen not only acts on solid solution strengthening of martensite and stabilizes retained austenite, but also has the effect of improving the pressure resistance and wear resistance by forming nitrides or carbonitrides.
FIGS. 2 and 3 show the influence of nitrogen on the scratch resistance and wear resistance. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the nitrogen concentration in the surface layer portion and the depth of the indentation generated in the surface layer portion, and FIG. 3 is a graph showing the relationship between the nitrogen concentration in the surface layer portion and the wear amount.
The indentation depth in the graph of FIG. 2 was obtained by a pressure-resistant indentation test as shown in FIG. 4, and the wear amount in the graph of FIG. 3 was obtained by a two-cylinder abrasion test as shown in FIG. In the indentation test, a steel ball having a diameter of 2 mm is placed on the sample on which the surface layer portion is formed, and the depth of the indentation generated in the sample is measured when a 5 GPa load is applied to the steel ball from above. (See FIG. 4).

次に、二円筒摩耗試験の方法について説明する。図5に示すように、上下に並んだ2つの円筒形の軸51,51にそれぞれ円筒形の試験片50,50を装着し、上方から荷重を負荷しながら2つの試験片50,50を互いに接触状態で逆方向に低速で回転させた。そして、所定のすべり率で20時間回転させた後に、両試験片50,50の摩耗量を求め、両者の平均値を摩耗量とした。   Next, a method of a two-cylinder wear test will be described. As shown in FIG. 5, cylindrical test pieces 50 and 50 are mounted on two cylindrical shafts 51 and 51 arranged vertically, and the two test pieces 50 and 50 are attached to each other while applying a load from above. Rotated at low speed in the opposite direction in contact. And after rotating for 20 hours with a predetermined slip ratio, the amount of wear of both the test pieces 50 and 50 was calculated | required, and the average value of both was made into the amount of wear.

下側の試験片50はモーターにより回転駆動される駆動側試験片であり、回転速度10min-1で回転される。上側の試験片50はギアを介してモーターにより回転駆動される従動側試験片であり、ギアにより減速されて回転速度7min-1で回転される。2つの試験片50,50の回転速度が異なるため、強制的にすべりが生じることとなる。なお、2つの試験片50,50の間に作用する面圧は0.8GPaである。また、上側の試験片50の外周面は円筒面であるのに対し、下側の試験片50の外周面は図5のように略球面状であり、両試験片は略楕円接触している。
表層部の窒素濃度は、電子線マイクロアナライザー(EPMA)で測定した。窒素濃度の影響のみを調査するため、表層部の窒素濃度以外の要素、すなわち硬さや残留オーステナイト量については、どの試料も一定にしてある。
The lower test piece 50 is a drive-side test piece that is rotationally driven by a motor, and is rotated at a rotational speed of 10 min −1 . The upper test piece 50 is a driven side test piece that is rotationally driven by a motor via a gear, and is decelerated by the gear and rotated at a rotational speed of 7 min −1 . Since the rotational speeds of the two test pieces 50 and 50 are different, the slip is forcedly generated. In addition, the surface pressure which acts between the two test pieces 50 and 50 is 0.8 GPa. Further, the outer peripheral surface of the upper test piece 50 is a cylindrical surface, whereas the outer peripheral surface of the lower test piece 50 is substantially spherical as shown in FIG. 5, and both test pieces are in substantially elliptical contact. .
The nitrogen concentration in the surface layer was measured with an electron beam microanalyzer (EPMA). In order to investigate only the influence of the nitrogen concentration, the elements other than the nitrogen concentration in the surface layer portion, that is, the hardness and the amount of retained austenite are made constant for each sample.

図2,3のグラフから、表層部の窒素濃度が高いほど耐摩耗性,耐圧痕性が優れていることが分かる。そして、窒素濃度が0.2質量%以上であれば効果が顕著であるが、0.45質量%以上がより好ましいことが分かる。
一方、窒素濃度が高すぎると靭性や静的強度が低下してしまうおそれがある。転がり軸受の転動体にとって靭性や静的強度は必要な性能であるため、窒素濃度が高すぎることは好ましくない。図6に示すシャルピー衝撃試験の結果から分かるように、窒素濃度が2質量%を超えると急激に靱性が低下する。したがって、表層部の窒素濃度の上限値は2質量%とした。
2 and 3, it can be seen that the higher the nitrogen concentration in the surface layer portion, the better the wear resistance and pressure scar resistance. And if a nitrogen concentration is 0.2 mass% or more, an effect will be remarkable, but it turns out that 0.45 mass% or more is more preferable.
On the other hand, if the nitrogen concentration is too high, the toughness and static strength may decrease. Since the toughness and static strength are necessary performances for rolling elements of a rolling bearing, it is not preferable that the nitrogen concentration is too high. As can be seen from the result of the Charpy impact test shown in FIG. 6, when the nitrogen concentration exceeds 2% by mass, the toughness rapidly decreases. Therefore, the upper limit of the nitrogen concentration in the surface layer portion is set to 2% by mass.

前述したように、表層部の窒素濃度が高いほど、材料の耐圧痕性,耐摩耗性が向上する。しかし、本発明者らは、窒素濃度が同じ場合でも材料内部の窒素の存在状態(窒素は材料内部に固溶して存在する場合と窒化物として析出して存在する場合とがある)によって、耐圧痕性,耐摩耗性が変化するという知見を得た。詳細な数値については後述するが、ケイ素やマンガンを多く含む材料に浸炭窒化処理を施した場合には、同じ窒素濃度であっても、材料中に固溶して存在する窒素量よりも、表層部に析出したSi−Mn系窒化物として存在する窒素量の方が多くなる。   As described above, the higher the nitrogen concentration in the surface layer portion, the higher the pressure scar resistance and wear resistance of the material. However, the present inventors, even when the nitrogen concentration is the same, depending on the presence state of nitrogen inside the material (nitrogen may be present in the material as a solid solution and may be deposited as a nitride), We obtained the knowledge that scratch resistance and wear resistance change. Although detailed numerical values will be described later, when carbonitriding is performed on a material containing a large amount of silicon or manganese, even if the nitrogen concentration is the same, the surface layer is more than the amount of nitrogen present in solid solution in the material. The amount of nitrogen present as Si—Mn nitride deposited on the part increases.

図7,8に、耐圧痕性と耐摩耗性とに及ぼすSi−Mn系窒化物の量の影響を示す。図7は、表層部のSi−Mn系窒化物の量と表層部に生じた圧痕の深さとの関係を示すグラフであり、図8は、表層部のSi−Mn系窒化物の量と摩耗量との関係を示すグラフである。
図7のグラフの圧痕の深さは、図4に示すような耐圧痕性試験により前述と同様にして求め、図8のグラフの摩耗量は、図5に示すような二円筒摩耗試験により前述と同様にして求めた。Si−Mn系窒化物の量の影響のみを調査するため、表層部のSi−Mn系窒化物の量以外の要素、すなわち硬さ,残留オーステナイト量,窒素濃度については、どの試料も一定にしてある。
FIGS. 7 and 8 show the influence of the amount of Si—Mn nitride on the indentation resistance and wear resistance. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the amount of Si—Mn nitride in the surface layer portion and the depth of the indentation generated in the surface layer portion, and FIG. 8 shows the amount and wear of the Si—Mn nitride in the surface layer portion. It is a graph which shows the relationship with quantity.
The depth of the indentation in the graph of FIG. 7 is obtained in the same manner as described above by a pressure-resistant indentation test as shown in FIG. 4, and the wear amount in the graph of FIG. It was obtained in the same manner. In order to investigate only the effect of the amount of Si-Mn nitride, all samples other than the amount of Si-Mn nitride in the surface layer, i.e., the hardness, the amount of retained austenite, and the nitrogen concentration were kept constant. is there.

表層部のSi−Mn系窒化物の量は、電界放射型走査型電子顕微鏡(FE−SEM)を用いて測定した。すなわち、加圧電圧10kVで表面を観察し、5000倍に拡大した写真を少なくとも3視野撮影し、その写真を2値化してから画像解析装置にてSi−Mn系窒化物の量を面積率で算出した。
図7,8のグラフから、表層部のSi−Mn系窒化物の量が多いほど耐摩耗性,耐圧痕性が優れていることが分かる。そして、Si−Mn系窒化物の量が面積率で1%以上であれば効果が顕著であるが、2%以上がより好ましいことが分かる。
The amount of the Si—Mn nitride in the surface layer portion was measured using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM). That is, the surface was observed at a pressurization voltage of 10 kV, a photograph magnified 5000 times was taken, and at least three fields of view were photographed. Calculated.
From the graphs of FIGS. 7 and 8, it can be seen that the greater the amount of the Si—Mn nitride in the surface layer portion, the better the wear resistance and pressure scar resistance. The effect is remarkable if the amount of Si—Mn nitride is 1% or more in terms of area ratio, but 2% or more is more preferable.

次に、表層部のSi−Mn系窒化物の量が圧痕起点型剥離による寿命に及ぼす影響を調査するため、異物混入潤滑環境下におけるスラスト型寿命試験を行った。表1に示すような組成の鋼材(鋼種1がSUJ3に相当し、鋼種2がSUJ2に相当する)を、直径65mm,厚さ6mmの円板に旋削加工し、下記のような熱処理を施した。すなわち、RXガス,プロパンガス,及びアンモニアガスの混合ガス中で820〜900℃で2〜10時間浸炭窒化処理を施した後に油焼入れし、さらに160〜270℃で2時間の焼戻しを行った。浸炭窒化処理の処理温度,処理時間,及びアンモニアガスの流量を変化させて、種々の窒素濃度の表層部を有する試験片を作製した。このような熱処理後、表層部を削り取らない程度に試験片の表面に研摩及びラッピングを施して、鏡面仕上げした。   Next, in order to investigate the influence of the amount of the Si—Mn nitride on the surface layer on the lifetime due to the indentation-origin type peeling, a thrust-type lifetime test was performed in a lubricating environment containing foreign matter. A steel material having a composition as shown in Table 1 (steel type 1 corresponds to SUJ3 and steel type 2 corresponds to SUJ2) was turned into a disk having a diameter of 65 mm and a thickness of 6 mm, and the following heat treatment was performed. . That is, carbonitriding was performed at 820 to 900 ° C. for 2 to 10 hours in a mixed gas of RX gas, propane gas, and ammonia gas, followed by oil quenching and further tempering at 160 to 270 ° C. for 2 hours. Test pieces having surface layer portions with various nitrogen concentrations were produced by changing the carbonitriding treatment temperature, treatment time, and the flow rate of ammonia gas. After such heat treatment, the surface of the test piece was polished and lapped to a mirror finish so that the surface layer portion was not scraped off.

Figure 2008267402
Figure 2008267402

上記のようにして得られた円板を用いて、スラスト型寿命試験を行った。すなわち、呼び番号51305のスラスト玉軸受の軌道輪を回転輪、前記円板を固定輪とし、これら両輪の間に6個の転動体(直径3/8インチの鋼球)と鋼製の保持器とを配してスラスト玉軸受を得て、このスラスト玉軸受を異物混入潤滑環境下で回転させた。そして、円板に圧痕起点型剥離が生じたら寿命とした。試験条件は下記の通りである。
荷重 :5880N
回転速度:1000min-1
潤滑剤 :ISO粘度グレードがISO VG68である潤滑油
なお、潤滑剤中には、硬さHv870、粒径74〜147μmの微粉を異物として200ppm混入してある。
A thrust type life test was performed using the disk obtained as described above. That is, the bearing ring of the thrust ball bearing of the reference number 51305 is a rotating ring, the disk is a fixed ring, and there are six rolling elements (steel balls having a diameter of 3/8 inch) and a steel cage between these rings. To obtain a thrust ball bearing, and the thrust ball bearing was rotated in a lubricating environment containing foreign matter. And when the indentation origin type peeling occurred in the disk, it was considered as the life. The test conditions are as follows.
Load: 5880N
Rotational speed: 1000min -1
Lubricant: Lubricating oil whose ISO viscosity grade is ISO VG68 In the lubricant, 200 ppm of fine powder having a hardness of Hv870 and a particle size of 74 to 147 μm is mixed.

試験片の表層部の窒素濃度,Si−Mn系窒化物の量,及び寿命を表2に示す。また、表層部の窒素濃度とSi−Mn系窒化物の量との関係を図9のグラフに示し、Si−Mn系窒化物の量と寿命との関係を図10のグラフに示す。なお、表2及び図10のグラフの寿命の数値は、比較例1のL10寿命を1とした場合の相対値で示してある。 Table 2 shows the nitrogen concentration in the surface layer portion of the test piece, the amount of Si—Mn nitride, and the lifetime. Further, the relationship between the nitrogen concentration in the surface layer portion and the amount of Si-Mn nitride is shown in the graph of FIG. 9, and the relationship between the amount of Si-Mn nitride and the lifetime is shown in the graph of FIG. The values of the lifetime of the graph of Table 2 and FIG. 10 shows a relative value when the 1 L 10 life of Comparative Example 1.

Figure 2008267402
Figure 2008267402

図9のグラフから、析出するSi−Mn系窒化物の量は、窒素濃度に比例して増大することが分かる。詳細は後述するが、同一窒素量で比較した場合には、Si,Mnの含有量が多い鋼の方が、Si−Mn系窒化物の量が多く、寿命が長いことが分かる。耐圧痕性及び耐摩耗性と同様に、Si−Mn系窒化物の量が面積率で1%以上、窒素濃度が0.2質量%であると、寿命が著しく向上する。   From the graph of FIG. 9, it can be seen that the amount of Si—Mn nitride deposited increases in proportion to the nitrogen concentration. Although details will be described later, it can be seen that, when compared with the same amount of nitrogen, steel having a higher Si and Mn content has a larger amount of Si-Mn nitride and a longer life. Similarly to the scratch resistance and wear resistance, when the amount of the Si—Mn nitride is 1% or more in terms of area ratio and the nitrogen concentration is 0.2% by mass, the life is remarkably improved.

一方で、窒素濃度と同様にSi−Mn系窒化物の量が多すぎると、靭性や静的強度が低下してしまうという問題がある。転がり軸受の転動体にとって靭性や静的強度は必要な性能であるため、Si−Mn系窒化物の量が多すぎることは好ましくない。図11に示すシャルピー衝撃試験の結果から分かるように、Si−Mn系窒化物の量が20%を超えると靭性が急激に低下する。したがって、Si−Mn系窒化物の量の上限値は20%とし、より好ましくは10%である。   On the other hand, if the amount of Si—Mn nitride is too large as in the case of the nitrogen concentration, there is a problem that toughness and static strength are lowered. Since toughness and static strength are necessary performances for rolling elements of a rolling bearing, it is not preferable that the amount of Si-Mn nitride is too large. As can be seen from the result of the Charpy impact test shown in FIG. 11, when the amount of Si-Mn nitride exceeds 20%, the toughness rapidly decreases. Therefore, the upper limit of the amount of Si—Mn nitride is 20%, more preferably 10%.

なお、Si−Mn系窒化物の最大径は1μm以下であることが好ましい。最大径が1μmを超える窒化物は鋼の強化にあまり寄与せず、微細な窒化物が鋼中に分散していることが強化に対して有効である。この理由としては、析出強化の理論において析出粒子間の距離が小さい方が強化性能に優れることが考えられる。窒化物の量(面積率)が同じであっても、析出粒子の数が多い方が析出粒子間の距離が小さくなるため、強化の度合いが大きい。   Note that the maximum diameter of the Si—Mn nitride is preferably 1 μm or less. Nitride having a maximum diameter exceeding 1 μm does not contribute much to the strengthening of steel, and it is effective for strengthening that fine nitrides are dispersed in the steel. The reason for this is that in the precipitation strengthening theory, the smaller the distance between the precipitated particles, the better the strengthening performance. Even if the amount of nitride (area ratio) is the same, the greater the number of precipitated particles, the smaller the distance between the precipitated particles, and the greater the degree of strengthening.

すなわち、鋼中のSi−Mn系窒化物の量を多く(面積率で2%以上10%以下)するとともに、平均粒径が0.05μm以上1μm以下の微細なSi−Mn系窒化物の個数を増やす(面積375μm2 中に100個以上)ことが好ましい。特に、平均粒径が0.05μm以上0.5μm以下のSi−Mn系窒化物の個数を、Si−Mn系窒化物全体の20%以上とすると、強化の度合いをさらに大きくすることができる。図15に、平均粒径が0.05μm以上1μm以下のSi−Mn系窒化物の個数(面積375μm2 中の個数)と寿命との関係を示す。このグラフから、面積375μm2 の範囲内に100個以上のSi−Mn系窒化物を分散させることにより、基地組織が強化されて、異物混入潤滑環境下での寿命が向上することが分かる。 That is, the amount of Si—Mn nitride in the steel is increased (2% to 10% by area ratio) and the number of fine Si—Mn nitride having an average particle size of 0.05 μm to 1 μm. (100 or more in an area of 375 μm 2 ) is preferable. In particular, when the number of Si—Mn nitrides having an average particle size of 0.05 μm or more and 0.5 μm or less is 20% or more of the entire Si—Mn nitride, the degree of strengthening can be further increased. FIG. 15 shows the relationship between the number of Si—Mn nitrides having an average particle size of 0.05 μm or more and 1 μm or less (the number in an area of 375 μm 2 ) and the lifetime. From this graph, it can be seen that by dispersing 100 or more Si—Mn nitrides in an area of 375 μm 2 , the base structure is strengthened and the life in a lubricating environment containing foreign matters is improved.

このような窒化物を得るためには、熱処理における浸炭窒化処理温度を800℃以上880℃以下とすることが好ましい。浸炭窒化処理温度が880℃超過であると、窒化物が粗大化して微細なSi−Mn系窒化物の個数が少なくなる場合がある。また、窒素の固溶源が大きくなるため窒化物の量が少なくなり、所望の量が得られなくなるおそれがある。浸炭窒化処理の初期からRXガスとエンリッチガスとの混合ガスを雰囲気とし、カーボンポテンシャル値は1.2以上とすることが好ましい。   In order to obtain such a nitride, the carbonitriding temperature in the heat treatment is preferably set to 800 ° C. or higher and 880 ° C. or lower. If the carbonitriding temperature exceeds 880 ° C., the nitride may become coarse and the number of fine Si—Mn nitrides may decrease. Further, since the solid solution source of nitrogen is increased, the amount of nitride is decreased, and a desired amount may not be obtained. It is preferable that a mixed gas of RX gas and enriched gas is used as an atmosphere from the initial stage of the carbonitriding process, and the carbon potential value is 1.2 or more.

また、浸炭窒化処理後の焼入れは、油温を60℃以上120℃以下とする油焼入れが好ましい。油温が120℃超過であると、十分な硬さが得られないおそれがある。また、この焼入れ後の焼戻しの際の加熱温度は、160℃以上270℃以下が好ましい。なお、所望により、浸炭窒化処理後の焼入れと焼戻しとの間にサブゼロ処理を行ってもよい。   Moreover, the quenching after carbonitriding is preferably an oil quenching in which the oil temperature is 60 ° C. or higher and 120 ° C. or lower. If the oil temperature exceeds 120 ° C., sufficient hardness may not be obtained. The heating temperature during tempering after quenching is preferably 160 ° C. or higher and 270 ° C. or lower. If desired, subzero treatment may be performed between quenching and tempering after carbonitriding.

〔残留オーステナイト量について〕
前述したように、残留オーステナイト量が少ないと耐圧痕性及び耐摩耗性が向上する一方で、表面の残留オーステナイト量が多いほど剥離寿命が延長することが明らかになっている。すなわち、転動体を中心に考えると、転動体の転動面の残留オーステナイト量が少ないほど転動体の耐圧痕性及び耐摩耗性が向上し、軌道輪の寿命は延長するが、転動体自身の寿命は低下する。したがって、軸受寿命を最長とするために最適な転動体の残留オーステナイト量が存在するが、その最適な範囲は軌道輪の残留オーステナイト量によって異なる。
[Residual austenite content]
As described above, it has been clarified that when the amount of retained austenite is small, the indentation resistance and the wear resistance are improved, but as the amount of retained austenite on the surface is large, the peeling life is extended. That is, when considering the rolling element as a center, the smaller the amount of retained austenite on the rolling surface of the rolling element, the better the pressure resistance and wear resistance of the rolling element, and the life of the raceway is extended. Lifespan is reduced. Therefore, there is an optimum amount of retained austenite of the rolling elements in order to maximize the bearing life, but the optimum range varies depending on the amount of retained austenite of the race.

軌道輪の転動面の残留オーステナイト量が多い場合には、軌道輪の寿命が長くなり、軌道輪の耐圧痕性が低下して軌道輪と転動体との間に作用する接線力も大きくなるため、転動体の耐圧痕性及び耐摩耗性を向上させるよりも、転動体の寿命を延ばす必要がある。そのため、軌道輪の軌道面の残留オーステナイト量が多い場合には、転動体の転動面の残留オーステナイト量も多くしなければならない。すなわち、軸受寿命を最長とする転動体の転動面の残留オーステナイト量(γR(C))の範囲は、軌道輪の軌道面の残留オーステナイト量(γR(AB) )によって変化するため、下記の3つの式を満足することが好ましい。ただし、この3つの式における数値の単位は体積%である。
γR(AB) −15≦γR(C)≦γR(AB) +15
γR(AB) ≧0
γR(C)≦50
また、残留オーステナイト量が多すぎると硬さが低下し、耐圧痕性及び耐摩耗性が低下するだけでなく、高温で使用される場合の寸法安定性も悪化するため、転動体の転動面の残留オーステナイト量は50体積%以下であることが好ましい。
If the amount of retained austenite on the rolling surface of the raceway is large, the life of the raceway will be longer, the pressure resistance of the raceway will be reduced, and the tangential force acting between the raceway and the rolling element will also increase. It is necessary to extend the life of the rolling element rather than to improve the pressure resistance and wear resistance of the rolling element. For this reason, when the amount of retained austenite on the raceway surface of the raceway is large, the amount of retained austenite on the rolling surface of the rolling element must also be increased. That is, the range of the retained austenite amount (γ R (C) ) on the rolling contact surface of the rolling element with the longest bearing life varies depending on the retained austenite amount (γ R (AB) ) on the raceway surface. It is preferable to satisfy the following three expressions. However, the unit of numerical values in these three formulas is volume%.
γ R (AB) −15 ≦ γ R (C) ≦ γ R (AB) +15
γ R (AB) ≧ 0
γ R (C) ≦ 50
In addition, if the amount of retained austenite is too large, not only the hardness decreases, but the pressure resistance and wear resistance decrease, and the dimensional stability when used at high temperatures also deteriorates. The amount of retained austenite is preferably 50% by volume or less.

〔転動体の転動面の表面硬さについて〕
転動体の転動面の表面硬さHvは、750以上であることが好ましく、800以上であることがより好ましく、820以上であることがさらに好ましい。耐圧痕性及び耐摩耗性を向上させる材料に関する因子として最も重要なものが表面硬さである。耐圧痕性,耐摩耗性に及ぼす表面硬さの影響を調査するため、前述した耐圧痕性試験と二円筒摩耗試験を行った。その結果を図12,13に示す。
[Surface hardness of the rolling surface of the rolling element]
The surface hardness Hv of the rolling surface of the rolling element is preferably 750 or more, more preferably 800 or more, and further preferably 820 or more. Surface hardness is the most important factor related to a material that improves the scratch resistance and wear resistance. In order to investigate the influence of surface hardness on the pressure scar resistance and wear resistance, the pressure scar resistance test and the two-cylinder wear test described above were performed. The results are shown in FIGS.

図12は、表面硬さと耐圧痕性との関係を示すグラフであり、図13は、表面硬さと耐摩耗性との関係を示すグラフである。これらのグラフから、表面硬さが高いほど耐圧痕性及び耐摩耗性が優れていることが分かる。特に、表面硬さがHv750以上であると、耐圧痕性,耐摩耗性ともに極めて優れていることが分かる。また、表面硬さが高いほど疲労強度が高いことが知られており、転動体の転動面の表面硬さを高くすることによって、耐圧痕性,耐摩耗性だけでなく圧痕起点型剥離強度も向上させることが可能である。   FIG. 12 is a graph showing the relationship between surface hardness and pressure dent resistance, and FIG. 13 is a graph showing the relationship between surface hardness and wear resistance. From these graphs, it can be seen that the higher the surface hardness is, the better the pressure dent and wear resistance is. In particular, it can be seen that when the surface hardness is Hv 750 or higher, both the scratch resistance and the wear resistance are extremely excellent. Also, it is known that the higher the surface hardness, the higher the fatigue strength. By increasing the surface hardness of the rolling surface of the rolling element, not only the indentation resistance and wear resistance but also the indentation origin peel strength Can also be improved.

次に、転動体を構成する鋼に含まれる合金元素(炭素,ケイ素,マンガン等)について説明する。
〔炭素の含有量について〕
炭素は、鋼に必要な強度と寿命を得るために重要な元素である。炭素の含有量が少なすぎると十分な強度が得られないだけでなく、後述する浸炭処理又は浸炭窒化処理の際に、必要な硬化層深さを得るための熱処理時間が長くなり、熱処理コストの増大につながる。そのため、炭素の含有量は0.3質量%以上とすることが好ましく、0.5質量%以上とすることがより好ましく、0.95質量%以上とすることがさらに好ましい。一方、炭素の含有量が多すぎると製鋼時に巨大な炭化物が生成され、その後の焼入れ性や転動疲労寿命に悪影響を与えるほか、へッダー性が低下してコストの上昇を招くおそれがある。そのため、炭素の含有量は1.2質量%以下とすることが好ましく、1.1質量%以下とすることがより好ましい。
Next, alloy elements (carbon, silicon, manganese, etc.) contained in the steel constituting the rolling elements will be described.
[Carbon content]
Carbon is an important element for obtaining the strength and life required for steel. When the carbon content is too small, not only the sufficient strength cannot be obtained, but also the heat treatment time for obtaining the required hardened layer depth becomes longer during the carburizing treatment or carbonitriding treatment described later, and the heat treatment cost is reduced. It leads to increase. Therefore, the carbon content is preferably 0.3% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, and further preferably 0.95% by mass or more. On the other hand, if the carbon content is too large, huge carbides are produced during steelmaking, which adversely affects the subsequent hardenability and rolling fatigue life, and the heading property is lowered, leading to an increase in cost. Therefore, the carbon content is preferably 1.2% by mass or less, and more preferably 1.1% by mass or less.

〔ケイ素及びマンガンの含有量について〕
ケイ素及びマンガンはSi−Mn系窒化物の析出に必要な元素であり、十分な量のSi−Mn系窒化物を析出させるためには、ケイ素及びマンガンが鋼中に多く含まれている必要がある。一般的な軸受材料であるSUJ2(Siの含有量0.25質量%、Mnの含有量0.4質量%)では、浸炭窒化処理等で窒素を過剰に付加しても、Si−Mn系窒化物の量が不十分である。このため、ケイ素及びマンガンの含有量は、以下のような値であることが好ましい。
[Contents of silicon and manganese]
Silicon and manganese are elements necessary for precipitation of Si—Mn nitride, and in order to deposit a sufficient amount of Si—Mn nitride, it is necessary that a large amount of silicon and manganese be contained in the steel. is there. In the case of SUJ2 (Si content: 0.25 mass%, Mn content: 0.4 mass%), which is a general bearing material, Si-Mn-based nitridation is possible even when nitrogen is excessively added by carbonitriding or the like. The amount of things is insufficient. For this reason, it is preferable that content of silicon and manganese is the following values.

十分な量のSi−Mn系窒化物を析出させるためには、ケイ素の含有量は0.3質量%以上とすることが好ましく、0.4質量%以上とすることがより好ましい。ただし、ケイ素の含有量が多すぎると、鋼の靱性が低下したり芯部への窒素の拡散が阻害されたりするので、2.2質量%以下とすることが好ましく、0.7質量%以下とすることがより好ましい。また、マンガンの含有量が0.2質量%以上(好ましくは0.9質量%以上)であると、Si−Mn系窒化物の析出が促進される。ただし、マンガンは残留オーステナイトを安定化する働きがあるので、マンガンの含有量がが多すぎると熱処理後の残留オーステナイト量が必要以上の量となってしまうおそれがある。よって、マンガンの含有量は、2%質量以下とすることが好ましく、1.15質量%以下とすることがより好ましい。   In order to precipitate a sufficient amount of Si—Mn nitride, the silicon content is preferably 0.3% by mass or more, and more preferably 0.4% by mass or more. However, if the silicon content is too large, the toughness of the steel is reduced or the diffusion of nitrogen into the core is hindered. Therefore, the content is preferably 2.2% by mass or less, and 0.7% by mass or less. More preferably. Moreover, precipitation of Si-Mn type nitride is accelerated | stimulated as content of manganese is 0.2 mass% or more (preferably 0.9 mass% or more). However, since manganese has a function of stabilizing the retained austenite, if the manganese content is too large, the amount of retained austenite after the heat treatment may be more than necessary. Therefore, the manganese content is preferably 2% by mass or less, and more preferably 1.15% by mass or less.

〔ケイ素とマンガンの比率について〕
本発明におけるSi−Mn系窒化物は、焼戻しによる窒化物とは異なり、マンガンを取り込みながら窒素がケイ素と反応して形成される。よって、鋼中のケイ素の含有量に対してマンガンの含有量が少ないと、窒素を十分に拡散させてもSi−Mn系窒化物の析出が促進されない。ケイ素の含有量が0.3質量%以上2.2質量%以下で且つマンガンの含有量が0.2質量%以上2質量%以下である鋼に、窒素を侵入させる場合に、Si−Mn系窒化物の析出を促進するためには、ケイ素の含有量とマンガンの含有量の比率Si/Mnを5以下とすることが好ましい。
[Ratio of silicon and manganese]
Unlike the nitride by tempering, the Si—Mn nitride in the present invention is formed by reacting nitrogen with silicon while incorporating manganese. Therefore, if the content of manganese is less than the content of silicon in the steel, precipitation of Si—Mn nitride is not promoted even if nitrogen is sufficiently diffused. In the case where nitrogen is intruded into a steel having a silicon content of 0.3% by mass to 2.2% by mass and a manganese content of 0.2% by mass to 2% by mass, the Si—Mn system In order to promote the precipitation of nitride, the ratio Si / Mn between the silicon content and the manganese content is preferably 5 or less.

〔クロムの含有量について〕
鋼には、合金成分としてクロムも添加されることが多い。クロムは、焼入れ性を向上させるとともに炭化物形成元素であり、鋼を強化する炭化物の析出を促進し、さらに微細化させる作用を有している。このような作用を十分に得るためには、クロムの含有量は0.5質量%以上とすることが好ましく、0.9質量%以上とすることがより好ましい。0.5質量%未満であると、焼入れ性が低下して十分な硬さが得られなかったり、浸炭窒化処理時に炭化物が粗大化するおそれがある。
[Chromium content]
Steel is often also added with chromium as an alloy component. Chromium improves the hardenability and is a carbide forming element, and has an effect of promoting precipitation and further refinement of carbides strengthening the steel. In order to sufficiently obtain such an action, the chromium content is preferably 0.5% by mass or more, and more preferably 0.9% by mass or more. If it is less than 0.5% by mass, the hardenability may be lowered and sufficient hardness may not be obtained, or the carbide may be coarsened during carbonitriding.

ただし、クロムの含有量が多すぎると、浸炭窒化処理の際に表面にクロム酸化膜が形成されて、炭素や窒素の拡散が阻害されるおそれがあるので、2質量%以下とすることが好ましく、1.2質量%以下とすることがより好ましい。
本発明においては、必要に応じて、転動体を構成する鋼にモリブデン(Mo),ニッケル(Ni),バナジウム(V)等の他の合金成分をさらに添加してもよい。
However, if the chromium content is too large, a chromium oxide film is formed on the surface during the carbonitriding process, and the diffusion of carbon and nitrogen may be inhibited. 1.2% by mass or less is more preferable.
In this invention, you may further add other alloy components, such as molybdenum (Mo), nickel (Ni), vanadium (V), to the steel which comprises a rolling element as needed.

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては転がり軸受の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、本発明は、他の種類の様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受,自動調心玉軸受,円筒ころ軸受,円すいころ軸受,針状ころ軸受,自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受,スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。   In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment. For example, in the present embodiment, a deep groove ball bearing has been described as an example of a rolling bearing, but the present invention can be applied to various types of rolling bearings. For example, radial rolling bearings such as angular contact ball bearings, self-aligning ball bearings, cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, needle roller bearings, and self-aligning roller bearings, and thrust types such as thrust ball bearings and thrust roller bearings This is a rolling bearing.

以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。種々の構成の円すいころ軸受(呼び番号L44649/610)を用意して、寿命試験及び過大静的荷重負荷試験を行った。
まず、試験に用いた円すいころ軸受について説明する(表3〜6を参照)。実施例1〜46及び比較例2,3の円すいころ軸受の内外輪は、高炭素クロム軸受鋼(SUJ2)で構成されている。そして、浸炭窒化処理,浸炭処理,又はズブ焼入れと焼戻しとからなる熱処理が施されている。浸炭窒化処理の条件は、RXガス,エンリッチガス,アンモニアガスからなる雰囲気中において830〜850℃で1〜3時間保持するというものである。浸炭処理の条件は、RXガスとエンリッチガスからなる雰囲気中において830〜850℃で1〜3時間保持するというものである。ズブ焼入れは、RXガス雰囲気中において830〜850℃で1時間保持した後に油冷するというものである。また、焼戻しの条件は、180〜240℃に保持した後に放冷するというものである。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. Tapered roller bearings with various configurations (nominal number L44649 / 610) were prepared, and a life test and an excessive static load test were performed.
First, the tapered roller bearing used for the test will be described (see Tables 3 to 6). The inner and outer rings of the tapered roller bearings of Examples 1 to 46 and Comparative Examples 2 and 3 are made of high carbon chromium bearing steel (SUJ2). And the heat processing which consists of a carbonitriding process, a carburizing process, or submerged quenching and tempering is performed. The condition of the carbonitriding process is to hold at 830 to 850 ° C. for 1 to 3 hours in an atmosphere composed of RX gas, enriched gas, and ammonia gas. The carburizing condition is to hold at 830 to 850 ° C. for 1 to 3 hours in an atmosphere composed of RX gas and enriched gas. The sub-quenching is an oil cooling after holding at 830 to 850 ° C. for 1 hour in an RX gas atmosphere. Moreover, the conditions of tempering are that it cools, after hold | maintaining at 180-240 degreeC.

このような熱処理により、内外輪の軌道面の残留オーステナイト量は、10体積%,20体積%,又は30体積%とされている。
一方、比較例1の円すいころ軸受の内外輪は、肌焼鋼SCr420で構成されている。そして、浸炭焼入れ処理と焼戻しとからなる熱処理が施されている。浸炭焼入れ処理の条件は、RXガスとエンリッチガスからなる雰囲気中において920〜950℃で3〜8時間保持した後に油冷するというものである。また、焼戻しの条件は、180〜240℃に保持した後に放冷するというものである。
By such heat treatment, the amount of retained austenite on the raceway surfaces of the inner and outer rings is set to 10% by volume, 20% by volume, or 30% by volume.
On the other hand, the inner and outer rings of the tapered roller bearing of Comparative Example 1 are made of case-hardened steel SCr420. And the heat processing which consists of a carburizing quenching process and tempering is given. The conditions for the carburizing and quenching treatment are oil cooling after holding at 920 to 950 ° C. for 3 to 8 hours in an atmosphere composed of RX gas and enriched gas. Moreover, the conditions of tempering are that it cools, after hold | maintaining at 180-240 degreeC.

Figure 2008267402
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次に、実施例1〜46及び比較例1〜3の円すいころ軸受の転動体は、表3〜6に示す組成の鋼で構成されている。これらの転動体の製造方法について説明すると、まず、ヘッダー加工,粗研削加工により鋼製の線材から円すいころ形状の部材を製造し、この部材にRXガス,エンリッチガス,及びアンモニアガスの混合ガス雰囲気下で830℃で5〜20時間浸炭窒化焼入れを施した後、180〜270℃で焼戻しを施した。そして、仕上げ加工等の後工程を行って、転動体を得た。   Next, the rolling elements of the tapered roller bearings of Examples 1 to 46 and Comparative Examples 1 to 3 are made of steel having compositions shown in Tables 3 to 6. A method for manufacturing these rolling elements will be described. First, a tapered roller-shaped member is manufactured from a steel wire by header processing and rough grinding, and a mixed gas atmosphere of RX gas, enriched gas, and ammonia gas is formed in this member. After carbonitriding and quenching at 830 ° C. for 5 to 20 hours, tempering was performed at 180 to 270 ° C. And post-processes, such as finishing, were performed and the rolling element was obtained.

このようにして得られた軌道輪及び転動体について、軌道輪の軌道面の表面硬さHRC(表層部の硬さ),軌道輪の芯部の硬さHRC,軌道輪の軌道面の残留オーステナイト量,転動体の転動面の表面硬さHv(表層部の硬さ),転動体の転動面の残留オーステナイト量,転動体の表層部の窒素濃度,及び転動体の表層部に析出しているSi−Mn系窒化物の量(面積率)をそれぞれ測定した。   For the raceway and rolling element thus obtained, the surface hardness HRC (surface layer hardness) of the raceway surface, the hardness HRC of the raceway core, and the residual austenite of the raceway raceway surface Amount, surface hardness Hv (roller surface hardness) of rolling element, amount of retained austenite on rolling element surface, nitrogen concentration in rolling element surface layer, and precipitation on rolling element surface layer part The amount (area ratio) of the Si—Mn-based nitride being measured was measured.

窒素濃度は、電子線マイクロアナライザー(EPMA)を用いた定量分析により測定した。また、残留オーステナイト量はX線回折法により測定した。いずれも、転動体の表面を直接分析して測定した。さらに、Si−Mn系窒化物の量は、電界放射型走査型電子顕微鏡(FE−SEM)を用いて測定した。すなわち、加圧電圧10kVで表面を観察し、5000倍に拡大した写真を少なくとも3視野撮影し、その写真を2値化してから画像解析装置にてSi−Mn系窒化物の量を面積率で算出した。さらに、硬さは、硬度計で測定した。測定結果を、表3〜6にまとめて示す。   The nitrogen concentration was measured by quantitative analysis using an electron beam microanalyzer (EPMA). The amount of retained austenite was measured by the X-ray diffraction method. In both cases, the surface of the rolling element was directly analyzed and measured. Furthermore, the amount of Si-Mn nitride was measured using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM). That is, the surface was observed with a pressurization voltage of 10 kV, a photograph magnified 5000 times was taken, and at least three fields of view were photographed. After binarizing the photograph, the amount of Si-Mn nitride was measured by area ratio using an image analyzer. Calculated. Furthermore, the hardness was measured with a hardness meter. The measurement results are summarized in Tables 3-6.

次に、寿命試験及び過大静的荷重負荷試験の方法について説明する。寿命試験は、異物混入潤滑環境下で円すいころ軸受を下記のような条件で回転させることにより行った。そして、軌道輪の軌道面又は転動体の転動面に剥離が発生したら、それまでの回転時間を寿命とした。
寿命試験は、1種の軸受につき12個試験を行った。そして、ワイブルプロットを作成し、ワイブル分布の結果からL10寿命を求め、これを寿命とした。結果を表3〜6及び図14のグラフに示す。なお、表3〜6及び図14の寿命は、最も短寿命であった比較例2の寿命を1とした場合の相対値で示してある。
ラジアル荷重 :12kN
アキシアル荷重:3.5kN
回転速度:3000min-1
潤滑剤 :ISO粘度グレードがISO VG68である潤滑油
なお、潤滑剤中には、硬さHv870、粒径74〜134μmの微粉を異物として200ppm混入してある。
Next, the method of a life test and an excessive static load test will be described. The life test was performed by rotating the tapered roller bearing under the following conditions in a foreign matter-mixed lubricating environment. And when peeling generate | occur | produced on the raceway surface of a bearing ring or the rolling surface of a rolling element, the rotation time until then was made into the lifetime.
In the life test, 12 tests were performed for one type of bearing. Then, a Weibull plot was created, the L 10 life was obtained from the result of the Weibull distribution, and this was taken as the life. The results are shown in Tables 3 to 6 and the graph of FIG. In addition, the lifetime of Tables 3-6 and FIG. 14 is shown by the relative value when the lifetime of the comparative example 2 which was the shortest lifetime is set to 1.
Radial load: 12kN
Axial load: 3.5kN
Rotational speed: 3000min -1
Lubricant: Lubricating oil whose ISO viscosity grade is ISO VG68 200 ppm of fine powder having a hardness of Hv 870 and a particle size of 74 to 134 μm is mixed in the lubricant as foreign matter.

一方、過大静的荷重負荷試験は、寿命試験に用いたものと同様の円すいころ軸受に、ラジアル荷重32kNを30秒間負荷し、軌道輪と円すいころとに永久変形を生じさせることにより行った。そして、除荷後に内輪に生じた永久変形と円すいころの中央部に生じた永久変形とを測定し、両者の永久変形量の和を算出して、これを円すいころ軸受の永久変形量とした。永久変形量の測定はTaylor Hobson社製のフォームタリサーフを用いて行った。結果を表3〜6に示す。なお、表3〜6の永久変形量の値は、最も永久変形量が大きかった比較例1の値を1とした場合の相対値で示してある。   On the other hand, the excessive static load test was performed by applying a radial load of 32 kN to a tapered roller bearing similar to that used in the life test for 30 seconds to cause permanent deformation of the race and the tapered roller. Then, the permanent deformation that occurred in the inner ring after unloading and the permanent deformation that occurred in the center of the tapered roller were measured, the sum of the permanent deformation amount of both was calculated, and this was used as the permanent deformation amount of the tapered roller bearing. . The amount of permanent deformation was measured using Foam Talysurf manufactured by Taylor Hobson. The results are shown in Tables 3-6. The values of the amount of permanent deformation in Tables 3 to 6 are shown as relative values when the value of Comparative Example 1 having the largest amount of permanent deformation is 1.

本発明の転がり軸受は、自動車,農業機械,建設機械,及び鉄鋼機械等のトランスミッション,エンジン等に好適に使用可能である。   The rolling bearing of the present invention can be suitably used for transmissions, engines, and the like of automobiles, agricultural machines, construction machines, and steel machines.

本発明に係る転がり軸受の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。It is a fragmentary longitudinal cross-section which shows the structure of the deep groove ball bearing which is one Embodiment of the rolling bearing which concerns on this invention. 表層部の窒素濃度と圧痕の深さとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the nitrogen concentration of a surface layer part, and the depth of an indentation. 表層部の窒素濃度と摩耗量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the nitrogen concentration of a surface layer part, and the amount of wear. 耐圧痕性試験の試験方法を説明する概略図である。It is the schematic explaining the test method of a pressure | voltage resistant test. 二円筒摩耗試験の試験方法を説明する概略図である。It is the schematic explaining the test method of a two-cylinder abrasion test. 表層部の窒素濃度とシャルピー衝撃試験による衝撃吸収エネルギーとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the nitrogen concentration of a surface layer part, and the impact absorption energy by a Charpy impact test. 表層部のSi−Mn系窒化物の量と圧痕の深さとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the quantity of the Si-Mn type nitride of a surface layer part, and the depth of an indentation. 表層部のSi−Mn系窒化物の量と摩耗量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the quantity of the Si-Mn type nitride of a surface layer part, and the amount of wear. 表層部の窒素濃度とSi−Mn系窒化物の量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the nitrogen concentration of a surface layer part, and the quantity of Si-Mn type nitride. Si−Mn系窒化物の量と寿命との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the quantity of Si-Mn type nitride, and lifetime. Si−Mn系窒化物の量とシャルピー衝撃試験による衝撃吸収エネルギーとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the quantity of Si-Mn type nitride, and the impact absorption energy by a Charpy impact test. 転動体の転動面の表面硬さと圧痕の深さとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the surface hardness of the rolling surface of a rolling element, and the depth of an indentation. 転動体の転動面の表面硬さと摩耗量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the surface hardness of the rolling surface of a rolling element, and wear amount. 転動体の転動面の残留オーステナイト量と軸受の寿命との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the amount of retained austenite of the rolling surface of a rolling element, and the lifetime of a bearing. 平均粒径が0.05μm以上1μm以下のSi−Mn系窒化物の個数(面積375μm2 中の個数)と寿命との関係を示すグラフである。3 is a graph showing the relationship between the number of Si—Mn nitrides (average number in an area of 375 μm 2) having an average particle diameter of 0.05 μm or more and 1 μm or less and the lifetime.

符号の説明Explanation of symbols

1 内輪
1a 軌道面
2 外輪
2a 軌道面
3 転動体
3a 転動面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inner ring 1a Raceway surface 2 Outer ring 2a Raceway surface 3 Rolling element 3a Rolling surface

Claims (4)

軌道面を有する内輪と、前記内輪の軌道面に対向する軌道面を有する外輪と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転がり軸受において、下記の4つの条件を満足することを特徴とする転がり軸受。
条件A:前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方は、高炭素クロム軸受鋼で構成されている。
条件B:前記転動体は鋼で構成されており、その転動面には、浸炭窒化処理又は窒化処理を含む熱処理により硬化されてなる表層部が形成されている。
条件C:前記表層部の窒素濃度は0.2質量%以上2質量%以下である。
条件D:前記表層部には、ケイ素とマンガンとを含有する窒化物が析出しており、析出している前記窒化物の量は面積率で1%以上20%以下である。
In a rolling bearing comprising: an inner ring having a raceway surface; an outer ring having a raceway surface facing the raceway surface of the inner ring; and a plurality of rolling elements arranged to be freely rollable between the both raceway surfaces. A rolling bearing characterized by satisfying two conditions.
Condition A: At least one of the inner ring and the outer ring is made of high carbon chrome bearing steel.
Condition B: The rolling element is made of steel, and a surface layer part formed by heat treatment including carbonitriding or nitriding is formed on the rolling surface.
Condition C: The nitrogen concentration in the surface layer portion is 0.2% by mass or more and 2% by mass or less.
Condition D: A nitride containing silicon and manganese is deposited on the surface layer portion, and the amount of the deposited nitride is 1% or more and 20% or less in terms of area ratio.
前記内輪及び前記外輪のうち高炭素クロム軸受鋼で構成された軌道輪の軌道面の残留オーステナイト量γR(AB) と、前記転動体の転動面の残留オーステナイト量γR(C)とが、下記の3つの式を満足することを特徴とする請求項1に記載の転がり軸受。
γR(AB) −15≦γR(C)≦γR(AB) +15
γR(AB) ≧0
γR(C)≦50
ただし、前記3つの式における数値の単位は体積%である。
Of the inner ring and the outer ring, the retained austenite amount γ R (AB) of the raceway surface of the bearing ring made of high carbon chrome bearing steel and the retained austenite amount γ R (C) of the rolling surface of the rolling element The rolling bearing according to claim 1, wherein the following three expressions are satisfied.
γ R (AB) −15 ≦ γ R (C) ≦ γ R (AB) +15
γ R (AB) ≧ 0
γ R (C) ≦ 50
However, the unit of numerical values in the above three formulas is volume%.
前記内輪及び前記外輪のうち高炭素クロム軸受鋼で構成された軌道輪の軌道面には、浸炭処理又は浸炭窒化処理を含む熱処理により硬化されてなる表層部が形成されており、この表層部の硬さはHRC58以上66以下であるとともに、この表層部の内側の芯部の硬さはHRC56以上64以下であることを特徴とする請求項2に記載の転がり軸受。   Of the inner ring and the outer ring, the raceway surface of the raceway ring made of high carbon chromium bearing steel is formed with a surface layer portion that is hardened by heat treatment including carburizing treatment or carbonitriding treatment. The rolling bearing according to claim 2, wherein the hardness is HRC58 or more and 66 or less, and the hardness of the inner core portion of the surface layer portion is HRC56 or more and 64 or less. 前記転動体は、炭素の含有量が0.3質量%以上1.2質量%以下、ケイ素の含有量が0.3質量%以上2.2質量%以下、及びマンガンの含有量が0.2質量%以上2質量%以下である鋼で構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の転がり軸受。   The rolling element has a carbon content of 0.3% by mass to 1.2% by mass, a silicon content of 0.3% by mass to 2.2% by mass, and a manganese content of 0.2% by mass. The rolling bearing according to any one of claims 1 to 3, wherein the rolling bearing is made of steel having a mass% of 2% by mass or less.
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