JP2010013712A - 転がり軸受の軌道輪と転動体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内輪1を以下のように構成する。表面から10μmの深さまでの範囲で、炭素と窒素の合計含有率を0.9質量%以上1.6質量%以下とし、窒化物と炭窒化物の単位面積当りの存在率を合計で0.5面積%以上とする。表面から0.006T(Tは径方向で最も厚い部分の厚さ)の深さまでの範囲で、断面積が1μm2 以上の炭化物、窒化物、および炭窒化物の単位面積当りの合計存在率を1.0面積%以下とする。
【選択図】図1
Description
下記の特許文献1には、異物混入潤滑環境下で使用される転がり軸受の寿命を向上させるために、軸受の転がり表面層のC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で、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ることが記載されている。
本発明は、金属バリなどの異物や泥水が混入して潤滑条件が劣化しやすい環境で使用される転がり軸受に関し、軸受部品に割れが生じ難くすることを課題とする。
ここで、合金鋼からなる軸受部品(転がり軸受の軌道輪および転動体)の表面から10μmの深さまでの範囲で、炭素と窒素の合計含有率を0.9質量%以上とすることで、転がり寿命に必要な硬さや残留オーステナイト量を確保することができる。一方、合金鋼からなる軸受部品(転がり軸受の軌道輪および転動体)の表面から10μmの深さまでの範囲で、炭素と窒素の合計含有率が1.6質量%を超えると、靱性が著しく低下して割れ易くなる。
なお、前記範囲での窒化物と炭窒化物の単位面積当りの存在率の上限値は3.0面積%である。この上限値を超えると軸受部品に割れが生じ易くなる。また、前記範囲での窒化物と炭窒化物の単位面積当りの存在率を合計で0.5面積%以上とするためには、前記範囲での窒素含有率を0.3質量%以上にすることが好ましい。
転がり軸受の軌道輪が、環状体の軸方向一端面を軌道面とするものの(軌道面が板面に形成されているもの)場合は、表面から0.01T(Tは軸方向で最も厚い部分の厚さ)の深さまでの範囲で、断面積が1μm2 以上の炭化物、窒化物、および炭窒化物の単位面積当りの合計存在率を1.0面積%以下とする。
このように、前記各範囲内で、断面積が1μm2 以上の粗大な炭化物、窒化物、および炭窒化物の合計存在率を1.0面積%以下と低くすることにより、軌道輪および転動体に割れが生じ難くなる。このような存在率にするためには、前記範囲での炭素含有率を1.0質量%以下(1.1質量%未満)、窒素含有率を0.7質量%以下(0.8質量%未満)にすることが好ましい。
本発明の軸受部品の製造方法としては、炭素含有率が0.5質量%以上1.0質量%以下の合金鋼からなる素材を、内輪、外輪、または転動体の形状に加工した後、浸炭窒化を施した後、焼入れ焼戻しを行う方法が挙げられる。浸炭窒化は、Rxガス(N2 +H2 +CO)とアンモニアガス、および必要に応じてエンリッチガス(炭化水素ガス)を炉内に入れて、例えば820〜900℃に加熱して1〜5時間保持することで行われる。
なお、転がり寿命の軌道輪および転動体の表層部の硬さは700Hv以上、残留オーステナイト量は15体積%以上40体積%以下とすることが好ましい。
[第1実施形態]
図1に示す構造であって、呼び番号6206と6202の玉軸受の内輪1、外輪2、および玉(転動体)3を以下の方法で作製した。
6206の内輪1の径方向で最も厚い部分の厚さTは5.35mmであり、6202の内輪1の径方向で最も厚い部分の厚さTは3.40mmである。
先ず、各サンプルについて、表面を含む軸方向断面を鏡面に仕上げた後、電界放射型走査型電子顕微鏡(FE−SEM)を用い、倍率5000倍で、表面を含む3視野(1視野は15μm×15μm以上の範囲)以上を撮影する。1視野につき表面から深さ10μmまでの領域を2値化処理し、画像解析を用いて、各視野に占める窒化物と炭窒化物の合計面積の割合(面積率)を求め、3視野以上の平均値を測定した。
外輪2と玉3については、先ず、SUJ2からなる素材で外輪および玉を形成した。次に、温度840〜860℃、保持時間1〜5時間、Rxガス+エンリッチガス+アンモニアガス雰囲気の条件で浸炭窒化処理を行った後に油冷却する焼入れを行った後、180〜220℃に2時間保持する焼き戻しを行った。次に、外輪2には、研削加工と超仕上げ加工を行って、外輪2の軌道面の表面粗さ(Ra)を0.05μm以下にした。また、玉3には、バレル加工と超仕上げ加工を行って、表面粗さ(Ra)を0.05μm以下にした。
試験荷重:6220N
回転速度:3000min-1
潤滑油:VG68
混入異物:硬さHv870、粒径74〜147μmのFe3 C
混入量:潤滑油中に300ppm
また、各L10寿命からNo. 11のL10寿命を「1」とした相対値を算出した。その結果も下記の表2および3に示す。
また、表3の結果から、本発明の実施例に相当するNo. 18と19のサンプルは、比較例に相当するNo. 20のサンプルと比較して、内輪の最大荷重が大きいため割れにくいことが分かる。
表1の鋼種Cからなり、直径10mmで長さが15mmの円柱に対して、第1実施形態の内輪に対して施した熱処理と同じ熱処理と仕上げ加工を行って、円筒ころのサンプルNo. 21〜23を得た。また、表1の鋼種Cからなり、直径15mmで長さが20mmの円柱に対して、第1実施形態の内輪に対して施した熱処理と同じ熱処理と仕上げ加工を行って、円筒ころのサンプルNo. 24、25を得た。
また、表面から深さ10μmまでの範囲(a) と、表面からの深さが10μmより深く30μmまでの範囲(b) と、表面からの深さが30μmより深く50μm以下範囲(c) での、1μm2 以上の炭化物、窒化物、および炭窒化物の合計存在率を、第1実施形態の範囲(1) 〜(3) についての方法と同様の方法で測定した。
また、これらのサンプルについて静的割れ試験を行った。この試験は、図3に示すように、水平な台の上に、円筒ころ4の同じサンプルを3つ重ねて置き、鉛直方向から荷重を加えて何れかの円筒ころ4に割れが生じる最大荷重を測定した。そして、各サンプルの最大荷重についてNo. 21と22はNo. 23の最大荷重を「1」とした相対値を、No. 24はNo. 25の最大荷重を「1」とした相対値を算出した。その結果も下記の表4に示す。
[第3実施形態]
環状体の軸方向一端面を軌道面とする転がり軸受としては、図4に示すスラストころ軸受が挙げられる。この軸受は、軸を挿入する筒状部11aを備えた内輪11と、この筒状部11aが遊嵌される円穴12aを有する円板状の外輪12と、円筒状のころ13と、保持器14とで構成されている。内輪11の円板部の内面(環状体の軸方向一端面)11bが内輪軌道面に相当し、円板状の外輪12の内面(環状体の軸方向一端面)12bが外輪軌道面に相当する。
得られた各サンプルについて、表面から深さ10μmの範囲の炭素含有率〔C〕と窒素含有率〔N〕をEPMAを用いた定量分析で測定した。また、表面から深さ10μmの範囲の窒化物と炭窒化物の合計存在率を第1実施形態と同じ方法で測定した。
また、これらの円環体について、図5に示す方法で静的割れ試験を行った。図5(a)はこの試験を説明する正面図であり、図5(b)は平面図である。
この試験は、図5に示すように、水平な台の上に、所定の間隔を開けて二本の丸棒材6を平行に配置し、その上に円環体5を載せて、この環状体5の上に、下の二本の丸棒材6と同じものを、これらと平行で円環体5の直径に沿うように載せ、上側の丸棒材6に鉛直方向から荷重を加え、円環体5に割れが生じる最大荷重を測定した。そして、各サンプルの最大荷重についてNo. 26〜30はNo. 31の最大荷重を「1」とした相対値を、No. 32はNo. 33の最大荷重を「1」とした相対値を算出した。その結果も下記の表5に示す。
[浸炭窒化時の炉内アンモニア濃度について]
第1〜第3実施形態の各サンプルの結果を、浸炭窒化時の炉内アンモニア濃度を横軸、表面から10μmまでの深さの窒化物および炭窒化物の合計存在率を縦軸としたグラフにまとめた。このグラフを図6に示す。
また、炉内アンモニア(NH3 )濃度が1.00体積%を超えると、表面から10μmまでの深さの窒化物および炭窒化物の合計存在率の上昇度合いが飽和しているため、コストの観点から炉内アンモニア(NH3 )濃度を1.50体積%以下にすることが好ましく、より好ましくは1.00体積%以下にする。
2 外輪
3 玉(転動体)
11 内輪
11a 筒状部
11b 内輪軌道面
12 外輪
12a 円穴
12b 外輪軌道面
13 円筒ころ(転動体)
14 保持器
5 円環体
6 丸棒材
Claims (3)
- 環状体の内周面または外周面を軌道面とする転がり軸受の軌道輪であって、
合金鋼からなり、
表面から10μmの深さまでの範囲で、炭素と窒素の合計含有率が0.9質量%以上1.6質量%以下であり、窒化物と炭窒化物の単位面積当りの存在率が合計で0.5面積%以上であり、
表面から0.006T(Tは径方向で最も厚い部分の厚さ)の深さまでの範囲で、断面積が1μm2 以上の炭化物、窒化物、および炭窒化物の単位面積当りの合計存在率が1.0面積%以下である転がり軸受の軌道輪。 - 環状体の軸方向一端面を軌道面とする転がり軸受の軌道輪であって、
合金鋼からなり、
表面から10μmの深さまでの範囲で、炭素と窒素の合計含有率が0.9質量%以上1.6質量%以下であり、窒化物と炭窒化物の単位面積当りの存在率が合計で0.5面積%以上であり、
表面から0.01T(Tは軸方向で最も厚い部分の厚さ)の深さまでの範囲で、断面積が1μm2 以上の炭化物、窒化物、および炭窒化物の単位面積当りの合計存在率が1.0面積%以下である転がり軸受の軌道輪。 - 合金鋼からなり、
表面から10μmの深さまでの範囲で、炭素と窒素の合計含有率が0.9質量%以上1.6質量%以下であり、窒化物と炭窒化物の単位面積当りの存在率が合計で0.5面積%以上であり、
表面から10μmの深さまでの範囲で、断面積が1μm2 以上の炭化物、窒化物、および炭窒化物の単位面積当りの合計存在率が1.0面積%以下である転がり軸受の転動体。
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