JP2009041652A

JP2009041652A - 転がり軸受およびその製造方法

Info

Publication number: JP2009041652A
Application number: JP2007206665A
Authority: JP
Inventors: Tomonobu Yoshikawa; 朋伸吉川
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2009-02-26

Abstract

【課題】高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を使用し、浸炭窒化処理などの特殊な熱処理を行うことなく、焼入れ焼戻し処理によって残留オーステナイト量を増大させる。
【解決手段】高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工し、８３０℃〜８６０℃の温度に３０分〜９０分保持後、焼入油中にて焼入れを行う。焼入れ油温度は、９０℃〜１５０℃にし、焼入油中では１０〜４０分間保持しておく。これにより、通常の焼入よりも高い残留オーステナイト量を安定化させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、転がり軸受およびその製造方法に係り、特に、自動車、農業機械、建設機械および鉄鋼機械等のトランスミッション、エンジン用等に使用する転がり軸受の寿命向上に関する。

転がり軸受は、例えば、転がり軸受内に供給された潤滑剤中に異物（金属の切粉、バリ、摩耗粉など）が混入し、転がり軸受が作動しているときに、この異物が、内輪、外輪および転動体に損傷を与えることになどにより、その剥離寿命が短くなることが知られている。このような剥離寿命を向上させるためには、軸受軌道面の残留オーステナイト量を増大させることが有効であることが広く知られている。

ここで、通常、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を、焼入れ焼戻し処理を行った場合、残留オーステナイト量は、１０体積％前後であることが知られているが（非特許文献１，２）、例えば特許文献１においては、材料を高炭素クロム軸受鋼と異なる成分元素の特殊材料とし、残留オーステナイト量を２０〜４５ｖｏｌ％として長寿命としたり、特許文献２においては、熱処理として浸炭窒化を行うなどして、残留オーステナイト量を１１〜２５％に増大させて転がり軸受の長寿命化を図っている。
特殊鋼ガイド第４編熱処理、特殊鋼倶楽部特殊鋼ガイド編集委員会編軸受用鋼日本鉄鋼協会監修・発行特開平５−２５６０９号公報特開２００５−１３３９２１号公報

しかしながら、上記特許文献１や特許文献２に記載の技術においては、材料を高炭素クロム軸受鋼と異なる成分元素の特殊材料としたり、あるいは熱処理として浸炭窒化を行うなどして残留オーステナイト量を増大させているので、材料のコストアップや、熱処理のコストアップが発生する要因となっている。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を使用し、浸炭窒化処理などの特殊な熱処理を行うことなく、焼入れ焼戻し処理によって残留オーステナイト量を増大させ得る、転がり軸受およびその製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のうち第一の発明は、転がり軸受であって、外輪、内輪、転動体のうちの少なくとも一つの部材が、ＪＩＳＧ４８０５に規定される高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工した後、焼入れ焼戻し処理が施されて得られ、その表層部の硬さがＨＲＣ６０以上ＨＲＣ６５以下であり、更に、軌道面の残留オーステナイトが１５体積％以上２４体積％以下であることを特徴としている。

また、本発明のうち第二の発明は、転がり軸受の製造方法であって、外輪、内輪、転動体のうちの少なくとも一つの部材を、ＪＩＳＧ４８０５に規定される高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工し、その後に、焼入れ焼戻し処理を施して、その表層部の硬さをＨＲＣ６０以上ＨＲＣ６５以下とし、更に、軌道面の残留オーステナイトを１５体積％以上２４体積％以下にすることを特徴としている。

ここで、上記本発明のうち第二の発明において、前記焼入れ焼戻し処理は、前記所定形状に加工した素材を、８３０℃〜８６０℃の温度に３０分〜９０分保持し、その後、焼入油中にて焼入れを行い、その焼入れ油温度が、９０℃〜１５０℃であり、焼入油中では１０〜４０分間保持する工程を含むことは好ましい。また、焼入れ油温度を、１００℃を超えて１５０℃以下にすることはより好ましい。なお、通常の焼入れでは油の温度が５０℃〜８０℃であるが（例えば非特許文献１参照）、焼入れ油温度を９０℃〜１５０℃にすることにより、通常の焼入よりも高い残留オーステナイト量を安定化させる上で好適である。

更に、上記本発明のうち第二の発明において、前記焼入れ後に、洗浄装置、好ましくは真空洗浄装置で軸受けの洗浄を行うことは好ましい。洗浄温度は１１０℃〜１５０℃とし、また、洗浄時間は１０分〜６０分とすることが好ましい。
洗浄温度を１１０℃〜１５０℃によって真空洗浄することによって、通常の焼入れよりも高い残留オーステナイト量を一層安定化させることができる。また、焼入れ油から出し、洗浄装置に入れる前は、室温まで下げず、好ましくは６０℃以上に保持しておくことにより、残留オーステナイトをより安定化させることができる。その後、焼戻しを１６０℃〜１８０℃、９０分〜１５０分行うことによって熱処理が終了する。なお、このような工程を経て熱処理された高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２は、その硬さがＨＲＣ６０〜ＨＲＣ６５であり、残留オーステナイトが１５体積％以上２４体積％以下とすることができるが、残留オーステナイトは、１８体積％〜２４体積％とすることがより好ましい。

上述のように、本発明によれば、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を使用し、浸炭窒化処理などの特殊な熱処理を行うことなく、焼入れ焼戻し処理によって残留オーステナイト量を増大させることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、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を示す断面図である。
同図に示すように、この転がり軸受は、内輪１、外輪２、玉（転動体）３および保持器４を備えて構成されている。ここで、本実施形態の例では、同図に示す深溝玉軸受として、呼び番号６２０６に相当するものを以下のようにして作製した。
上記内輪１、外輪２および玉（転動体）３を、ＪＩＳＧ４８０５に規定される高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工した。その後、下記に詳述する本発明に係る熱処理条件で熱処理し、次いで必要な研削加工をすることで外輪２、内輪１、転動体３の各部材を得た。

上記表１に示す本発明に係る実施例１〜３については、図２に示すように、熱処理は、８３０℃〜８６０℃の温度に３０分〜９０分保持し、その後、焼入油中にて焼入れを行った。焼入れ油温度は、９０℃〜１５０℃とし、焼入油中で１０〜４０分間保持した。焼入れ後、真空洗浄装置で軸受の洗浄を行った。洗浄温度は１１０℃〜１５０℃とし、洗浄時間は１０分〜６０分とした。その後、焼戻しを１６０℃〜１８０℃、９０分〜１５０分行い熱処理を終えた。このような工程を経て熱処理された高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２は、その硬さがＨＲＣ６０〜６５であり、残留オーステナイトが１５体積％以上２４体積％以下であった。

これに対し、表１に示す比較例１（従来品）については、図３に示すように、熱処理は、８３０℃〜８５０℃の温度に３０分〜６０分保持し、その後、焼入油中にて焼入れを行った。焼入れ油温度は、５０℃〜８０℃とし、焼入油中で１０〜３０分間保持した。焼入れ後、洗浄装置で軸受の洗浄を行った。洗浄温度は６０℃とし、洗浄時間は１０分とした。その後、焼戻しを１６０℃〜１８０℃、９０分〜１５０分行い熱処理を終えた。このような工程を経て熱処理された高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２は、その硬さがＨＲＣ６３であり、残留オーステナイトが１０体積％であった。

〔耐久試験〕
上述のようにして得られた実施例１〜３および比較例１について、各玉３と、内輪１、外輪２、および保持器４を用いて、図１の深溝玉軸受をそれぞれ組み立てて、回転試験機にかけた。試験条件は、潤滑油としてＶＧ６８のタービン油を用い、異物混入（ＨＶ５００で、粒径が５０〜１５０μｍである鉄粉）潤滑下で、アキシャル荷重：３９００Ｎ、回転速度：４０００ｍｉｎ^−１の条件で内輪１を回転させた。

サンプル毎に１０個の転がり軸受を組み立てて耐久試験を行い、得られた結果はワイブル分布によって整理を行い、９０％残存寿命（Ｌ_１０）を算出し、各実施例ないし比較例の９０％残存寿命（Ｌ_１０）を計算寿命（Ｌ_ｃａｌ）で除算することにより「耐久寿命比」を得た。この結果も上記表１に併せて示す。ここで、比較例１の寿命試験結果（Ｌ_１０／Ｌ_ｃａｌ）が０．５となっているが、計算寿命（Ｌ_ｃａｌ）が異物混入潤滑下ではなく、クリーン潤滑下を前提としているためである。

表１に示すように、実施例１〜３の転がり軸受は、比較例１（従来品）の転がり軸受に比べて２〜２．５倍の寿命結果が得られた。すなわち、図１に示す転がり軸受の各玉３と、内輪１および外輪２を、図２に示す本発明に係る転がり軸受の製造方法によって製造して本発明の転がり軸受に係る実施例１〜３の構成とすることにより、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を使用し、浸炭窒化処理などの特殊な熱処理を行うことなく、焼入れ焼戻し処理によって残留オーステナイト量を増大させることができ、これにより、転がり軸受を長寿命化できることが確認された。

なお、本発明に係る転がり軸受およびその製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、転がり軸受の各玉３と、内輪１および外輪２について、本発明に係る熱処理条件で熱処理し、その表層部の硬さがＨＲＣ６０以上ＨＲＣ６５以下であり、更に、軌道面の残留オーステナイトが１５体積％以上２４体積％以下とした例で説明したが、これに限定されず、本発明に係る転がり軸受およびその製造方法の適用対象は、外輪、内輪、転動体のうちの少なくとも一つの部材を適用対象とすることができる。

また、本発明に係る転がり軸受は、ＪＩＳＧ４８０５に規定される高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工した後、焼入れ焼戻し処理が施されて得られ、その表層部の硬さがＨＲＣ６０以上ＨＲＣ６５以下であり、更に、軌道面の残留オーステナイトが１５体積％以上２４体積％以下であれば、上記実施形態に例示した、図２に示す本発明に係る転がり軸受の製造方法によって製造することに限定されないが、焼入れ焼戻し処理を施して、その表層部の硬さがＨＲＣ６０以上ＨＲＣ６５以下であり、更に、軌道面の残留オーステナイトが１８体積％以上２４体積％以下とする上では、図２に示す本発明に係る転がり軸受の製造方法によって製造することは好ましい。

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を示す断面図である。本発明に係る転がり軸受の製造方法での熱処理の一例を示す図である。従来の転がり軸受の製造方法での熱処理の一例を示す図である。

符号の説明

１内輪
２外輪
３玉（転動体）
４保持器

Claims

外輪、内輪、転動体のうちの少なくとも一つの部材が、ＪＩＳＧ４８０５に規定される高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工した後、焼入れ焼戻し処理が施されて得られ、その表層部の硬さがＨＲＣ６０以上ＨＲＣ６５以下であり、更に、軌道面の残留オーステナイトが１５体積％以上２４体積％以下であることを特徴とする転がり軸受。
外輪、内輪、転動体のうちの少なくとも一つの部材を、ＪＩＳＧ４８０５に規定される高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工し、その後に、焼入れ焼戻し処理を施して、その表層部の硬さをＨＲＣ６０以上ＨＲＣ６５以下とし、更に、軌道面の残留オーステナイトを１５体積％以上２４体積％以下にすることを特徴とする転がり軸受の製造方法。
請求項２において、
前記焼入れ焼戻し処理は、前記所定形状に加工した素材を、８３０℃〜８６０℃の温度に３０分〜９０分保持後に、焼入油中にて焼入れを行い、その焼入れ油温度が、９０℃〜１５０℃であり、焼入油中では１０〜４０分間保持する工程を含むことを特徴とする転がり軸受の製造方法。