JP2011140993A - 転がり摺動部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な鋼材を用いて製造することができ、従来の転がり摺動部材と同等以上の寿命を確保することができる転がり摺動部材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】0.1-0.5質量%の炭素と、0.1-0.4質量%ケイ素と、0質量%を超え、かつ0.9質量%以下のマンガンと、0質量%を超え、かつ0.2質量%以下のクロムとを含有し、かつ残部が鉄および不可避不純物である鋼材から得られる素形材１３に浸炭窒化処理、高周波焼入れ処理、焼もどし処理及び研磨加工を施す。炭素および窒素の含有量の合計を1.4質量%以上、軌道面11aの表面から略200μmの深さの位置に窒化物からなる粒径0.03μm以上1μm以下の粒子を存在させ、軌道面11aの表面から略200μmの深さの位置における前記粒子の面積率を5-15%とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、転がり摺動部材およびその製造方法に関する。

自動車や産業機械などに用いられている転がり軸受を長寿命化させるために、軸受の軌道輪や転動体を形成する鋼材として、焼入れ性や耐磨耗性の向上に寄与する金属を多く含む合金からなる鋼材を用いることが提案されている（特許文献１）。
前記特許文献１では、回転側軌道輪に使用する鋼材として、焼入れ性や耐磨耗性を向上させるために、合金成分としてクロム０．３〜２．０質量％、モリブデン０．１〜１．０質量％を含む軸受鋼を用いることが提案されている。
しかしながら、希少金属であるクロム、モリブデンなどが多く含まれている軸受鋼は、高価であるため、転がり軸受の製造コストが増大する。
そこで、軸受鋼よりも安価な機械構造用炭素鋼を転がり軸受の材料として用いることが検討されている。

特開２００２−１９４４３８号公報

しかしながら、機械構造用炭素鋼は、軸受鋼に比べて、焼入れ性が劣っており、十分な硬さに焼入れ、硬化することができず、前記ＳＵＪ２などの軸受鋼を用いた転がり軸受と同等の寿命を確保することができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、安価な材料を用いて、従来の軸受鋼製の転がり摺動部材と同等以上の寿命を確保することができる転がり摺動部材およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の転がり摺動部材は、０．１〜０．５質量％の炭素と、０．１質量％〜０．４質量％のケイ素と、０質量％を超え、かつ０．９質量％以下のマンガンと、０質量％を超え、かつ０．２質量％以下のクロムとを含有し、かつ残部が鉄および不可避不純物である鋼材から得られ、相手部材との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触または両接触を含む接触をする転がり摺動面を有する転がり摺動部材であって、
前記転がり摺動面の表面のビッカース硬さが８００以上であり、
前記転がり摺動面の表面から略１０μｍの深さの位置での炭素の含有量が０．６〜１．２質量％であり、
前記転がり摺動面の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量が０．４〜０．９質量％であり、
これら炭素および窒素の含有量の合計が１．４質量％以上であり、
前記転がり摺動面の表面から略２００μｍの深さの位置には、窒化物からなる粒径０．０３μｍ以上１μｍ以下の粒子を有しており、かつ表面から略２００μｍの深さの位置における前記粒子の面積率が５〜１５％であることを特徴とする。

前記構成を備えた転がり摺動部材は、前記組成を有する機械構造用炭素鋼などの安価な鋼材から得られたものであるため、安い材料コストで製造することができる。
しかも、本発明の転がり摺動部材は、転がり摺動面の表面のビッカース硬さが８００以上であり、前記転がり摺動面の表面から略２００μｍの深さの位置には、窒化物からなる粒径０．０３μｍ以上１μｍ以下の粒子を有しており、かつ表面から略２００μｍの深さの位置における前記粒子の面積率が５〜１５％であり、前記粒子が分散して析出している。
なお、表面から略１０μｍの深さの位置での炭素の含有量とは、表面から深さ方向の断面において、表面から１０μｍの深さの位置を中心とした深さ方向に±１μｍの範囲における炭素の含有量をいう。また、表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量とは、表面から深さ方向の断面において、表面から１０μｍの深さの位置を中心とした深さ方向に±１μｍの範囲における窒素の含有量をいう。また、表面から略２００μｍの深さの位置での窒化物の観察は、表面から深さ方向の断面において、表面から２００μｍの深さを中心として深さ方向に±１５μｍ、かつ深さ方向に対し垂直な方向に３０μｍの３０μｍ四方の範囲を視野として観察する。また、表面から略２００μｍの深さの位置における窒化物からなる粒径１μｍ以下の粒子の面積率とは、この３０μｍ四方の範囲の粒径０．０３μｍ〜１μｍの粒子の面積率をいう。
したがって、本発明の転がり摺動部材は、転がり摺動面の表面および当該転がり摺動部材の内部のいずれにおいても、従来の軸受鋼製の転がり摺動部材と同等以上の硬さを示し、従来の軸受鋼製の転がり摺動部材と同等以上の寿命を確保することができる。

本発明の転がり摺動部材の製造方法は、相手部材との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触または両接触を含む接触をする前記転がり摺動面を備えた転がり摺動部材の製造方法であって、
０．１〜０．５質量％の炭素と、０．１質量％〜０．４質量％ケイ素と、０質量％を超え、かつ０．９質量％以下のマンガンと、０質量％を超え、かつ０．２質量％以下のクロムとを含有し、かつ残部が鉄および不可避不純物である鋼材を、所定の形状に加工して、少なくとも前記転がり摺動面を形成する部分に研磨取代を有する素形材を得る前加工工程、
前記素形材に対して、カーボンポテンシャル０．９〜１．３で、残留アンモニア量が１〜１．４体積％の浸炭窒化雰囲気において、当該素形材を８５０〜９５０℃で加熱し、急冷する浸炭窒化処理を施し、中間素材を得る浸炭窒化工程、
前記浸炭窒化処理後の中間素材の少なくとも前記転がり摺動面を形成する部分に対して、当該中間素材を８５０〜１０００℃の温度に加熱し、急冷する高周波焼入れ処理を施す高周波焼入れ工程、
高周波焼入れ工程後の中間素材を１６０〜２００℃で焼きもどしする焼もどし工程、および
焼もどし工程後の中間素材の前記転がり摺動面を形成する部分に、研磨加工を施すことにより、前記転がり摺動面を形成し、この転がり摺動面の表面のビッカース硬さが８００以上であり、前記転がり摺動面の表面から略１０μｍの深さの位置での炭素の含有量が０．６〜１．２質量％であり、前記転がり摺動面の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量が０．４〜０．９質量％であり、これら炭素および窒素の含有量の合計が１．４質量％以上であり、前記転がり摺動面の表面から略２００μｍの深さの位置には、窒化物からなる粒径０．０３μｍ以上１μｍ以下の粒子を有しており、かつ前記転がり摺動面の表面から略２００μｍの深さの位置における前記粒子の面積率が５〜１５％である転がり摺動部材を得る研磨加工工程
を含むことを特徴とする。

本発明の転がり摺動部材の製造方法では、前記鋼材を用いており、この鋼材を加工した素形材に対して、前記浸炭窒化処理を施し、かつ少なくとも転がり摺動面を形成する部分に対して、高周波焼入れ処理および研磨加工を施しているため、得られる転がり摺動部材の転がり摺動面の表面のビッカース硬さを８００以上、表面から略１０μｍの深さの位置での炭素の含有量を０．６〜１．２質量％、転がり摺動面の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量を０．４〜０．９質量％、これら炭素および窒素の含有量の合計を１．４質量％以上とし、転がり摺動面の表面から略２００μｍの深さの位置に、窒化物からなる粒径０．０３μｍ以上１μｍ以下の粒子を存在させ、かつ転がり摺動面の表面から略２００μｍの深さの位置における前記粒子の面積率を５〜１５％とすることができる。
したがって、本発明の転がり摺動部材の製造方法によれば、前述の優れた作用効果を奏する転がり摺動部材を得ることができる。

本発明の転がり摺動部材およびその製造方法によれば、コストの安い材料を用いて、従来の軸受鋼製の転がり摺動部材と同等以上の寿命を確保することができる。

本発明の一実施形態にかかる転がり摺動部材を備えた玉軸受の構造を示す概略説明図である。 本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材中の組織の構造を示す概略説明図である。 本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材（外輪）の製造方法を示す工程図である。 図３に示される製造方法の高周波焼入れ工程を示す概略説明図である。 実施例１における熱処理条件を示す線図である。 実施例２における熱処理条件を示す線図である。 実施例３における熱処理条件を示す線図である。 実施例４における熱処理条件を示す線図である。 比較例１における熱処理条件を示す線図である。 比較例２における熱処理条件を示す線図である。 比較例３における熱処理条件を示す線図である。 比較例４における熱処理条件を示す線図である。 比較例５における熱処理条件を示す線図である。 比較例６における熱処理条件を示す線図である。

（転がり摺動部材）
以下、添付の図面により本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材を備えた玉軸受の構造を示す概略説明図である。

玉軸受１０は、内周面に転がり摺動面としての軌道面１ａを有する外輪１と、外周面に転がり摺動面としての軌道面２ａを有する内輪２と、外内輪１，２の両軌道面１ａ，２ａ間に配置され、表面に転がり摺動面としての転動面を有する複数個の転動体としての玉３と、複数個の玉３を周方向に所定間隔毎に保持する保持器４とを備えている。外内輪１，２および玉３は、本実施形態に係る転がり摺動部材である。

外内輪１，２および玉３は、０．１〜０．５質量％の炭素と、０．１質量％〜０．４質量％ケイ素と、０質量％を超え、かつ０．９質量％以下のマンガンと、０質量％を超え、かつ０．２質量％以下のクロムと、残部の鉄および不可避不純物とを含有する鋼材から得られたものである。かかる鋼材は、安価に入手することができるものであるため、外内輪１，２および玉３は、低コストで製造することができる。
前記鋼材としては、Ｓ２５Ｃ、Ｓ３５Ｃ、Ｓ４５Ｃなどの機械構造用炭素鋼が挙げられる。

玉軸受１０では、外内輪１，２の両軌道面１ａ，２ａおよび玉３の転動面それぞれの表面のビッカース硬さが８００以上となっており、従来の軸受鋼製の転がり摺動部材と同等以上の十分な硬さを示す。

外内輪１，２の両軌道面１ａ，２ａおよび玉３の転動面それぞれの表面から略１０μｍの深さの位置での炭素の含有量は、十分な硬さを確保する観点から、０．６質量％以上であり、十分な靱性を確保し、寿命を一層向上させる観点から、１．２質量％以下である。

外内輪１，２の両軌道面１ａ，２ａおよび玉３の転動面それぞれの表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量は、所定の硬さを得るのに十分な量の窒化物からなる粒子を析出させる観点から、０．４質量％以上であり、焼入れの効果を十分に得る観点から、０．９質量％以下である。

炭素および窒素の含有量の合計は、所定の硬さを得るのに十分な量の窒化物からなる粒子を析出させるとともに、転がり摺動部材全体にわたってかかる粒子を略均一に分散させ、十分な硬さおよび靱性を確保する観点から、１．４質量％以上である。

また、外内輪１，２の両軌道面１ａ，２ａおよび玉３の転動面それぞれの表面から略２００μｍの深さの位置には、窒化物からなる粒径１μｍ以下の粒子が存在している。これにより、外内輪１，２および玉３では、耐磨耗性とともに十分な硬さを確保している。
前記粒子は、耐磨耗性を確保する観点から、好ましくは０．０３μｍ以上の粒径のものを含み、十分な寿命を確保する観点から、好ましくは１μｍ以下の粒径のものを含む。

そして、外内輪１，２の両軌道面１ａ，２ａおよび玉３の転動面それぞれの表面から略２００μｍの深さの位置における前記粒子の面積率は、前記表面層における大きい粒径の窒化物からなる粒子の存在量を少なくして、十分な寿命を確保する観点から、５％以上であり、前記表面層における小さい粒径の窒化物からなる粒子の存在量を少なくすることにより、オーステナイト組織のマルテンサイト化をしやすくし、十分な硬さを確保する観点から、１５％以下である。
これにより、外内輪１，２および玉３では、図２に示されるように、窒化物からなる粒径０．０３μｍ以上１μｍ以下の粒子（窒化物粒子５３）が母材５０におけるオーステナイト粒界５２に略均一に分散して析出した状態となっており、それぞれの内部において、十分な硬さを確保している。したがって、外内輪１，２および玉３は、優れた耐疲労性を示し、長寿命である。

（転がり摺動部材の製造方法）
つぎに、転がり摺動部材の製造方法の例として、前記外輪１の製造方法を説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る外輪の製造方法の工程図である。

まず、０．１〜０．５質量％の炭素と、０．１質量％〜０．４質量％ケイ素と、０質量％を超え、かつ０．９質量％以下のマンガンと、０質量％を超え、かつ０．２質量％以下のクロムと、残部の鉄および不可避不純物とを含有する鋼材（炭素鋼）からなる外輪１の環状素材１３〔図３（ａ）参照〕を製造し、得られた環状素材１３に切削加工などを施し、所定形状に加工して、軌道面１１ａ、端面１１ｂ、内周面１１ｃおよび外周面１１ｄそれぞれを形成する部分に研磨取代を有する外輪の素形材１４を得る〔「前加工工程」、図３（ｂ）参照〕。
かかる前加工工程では、安価に入手することができる前記機械構造用炭素鋼などの鋼材が用いられているため、安価なコストで外輪１を製造することができる。

つぎに、得られた外輪の素形材１４（中間素材）を、カーボンポテンシャル０．９〜１．３で、残留アンモニア量が１〜１．４体積％の浸炭窒化雰囲気において、８５０〜９５０℃で所定時間加熱保持し、その後、所定温度に急冷する〔「浸炭窒化処理工程」、図３（ｃ）参照〕。

浸炭窒化雰囲気におけるカーボンポテンシャルは、外輪１の表面における硬さを十分な硬さとする観点から、０．９以上であり、外輪１における靱性を確保する観点から、１．３以下である。

また、浸炭窒化雰囲気における残留アンモニア量は、前記窒化物からなる粒子の面積率を確保し、十分な硬さを確保する観点から、１体積％以上であり、粒径の大きい窒化物の偏在を防止し、十分な靱性を確保する観点から、１．４体積％以下である。

浸炭窒化雰囲気における加熱保持温度は、十分な硬化層を形成させる観点から、８５０℃以上であり、転がり摺動部材中への過剰な炭素の侵入を抑制して、過剰浸炭組織の発生を抑制するとともに、浸炭窒化雰囲気中のアンモニアが分解されて転がり摺動部材中へ窒素が侵入しなくなることを抑制する観点から、９５０℃以下である。
また、加熱保持時間は、表面層の強化に十分な浸炭深さを得る観点から、５〜１０時間である。表面から少なくとも５００μｍの深さまでの範囲は、浸炭窒化層となっている。通常、かかる浸炭窒化層は、表面から８００μｍ程度の深さまで形成されている。浸炭窒化層より深い位置は、浸炭窒化されていない。

急冷は、冷却油の油浴中における油冷により行われる。冷却油の油浴温度は、通常、６０〜１８０℃であればよい。

つぎに、得られた外輪の中間素材１５の軌道面１１ａ、端面１１ｂ、内周面１１ｃおよび外周面１１ｄそれぞれを形成する部分に対して、当該中間素材を８５０〜１０００℃で加熱し、急冷する高周波焼入れ処理を施す〔「高周波焼入れ工程」、図３（ｄ）参照〕。

外輪の中間素材１５に対する高周波焼入れ処理は、例えば、中間素材１５の内径よりも小さい誘導加熱コイル１０１（図４（ａ）参照）、中間素材１５の外径よりも大きい誘導加熱コイル１０２（図４（ｂ）参照）および中間素材１５の端面１１ｂを取り囲む誘導加熱コイル１０３（図４（ｃ）参照）を用いて行なうことができる。これにより、外輪の中間素材１５の軌道面１１ａ、外周面１１ｄ、端面１１ｂそれぞれを形成する部分に対して高周波焼入れ処理を施すことができる。

なお、本明細書において、高周波焼入れ処理を行なう際の加熱温度は、中間素材１５の軌道面１１ａ、外周面１１ｄ、端面１１ｂそれぞれを形成する部分の表面から２ｍｍまでの範囲の表面層の温度を意味する。前記加熱温度は、中間素材１５への窒化物の侵入および分散を十分に行なう観点から、８５０℃以上であり、中間素材１５の窒化物の消失を抑制する観点から、１０００℃以下である。このように、中間素材１５の軌道面１１ａ、外周面１１ｄ、端面１１ｂそれぞれを形成する部分の表面から２ｍｍまでの範囲の表面層を蒸気温度に加熱することにより、有効硬化層深さを確保することができる。
高周波焼入れ処理を行なう際の加熱保持時間は、表面を所定温度にすることができる程度であればよく、中間素材１５の大きさに応じて異なる。かかる加熱保持時間は、通常、１〜１０秒間である。

つぎに、前記浸炭窒化処理後の中間素材１５を、１６０〜２００℃の温度で加熱保持する焼もどし処理を行う〔「焼もどし処理工程」、図３（ｅ）参照〕。
焼もどし処理における加熱保持温度は、十分な硬さを確保する観点から、１６０℃以上であり、焼入れ後の靱性を回復させる観点から、２００℃以下である。
また、焼もどし処理における加熱保持時間は、特に限定されないが、通常３０分間以上とすることができる。

その後、焼もどし処理工程後の外輪の中間素材１５の軌道面１１ａ、端面１１ｂ、外周面１１ｄそれぞれを形成する部分に対して、研磨加工を施して、所定精度に仕上げる〔図３（ｆ）参照、「研磨加工工程」〕。このようにして、目的の外輪１１を得ることができる。

なお、本発明の転がり摺動部材の製造方法は、内輪および転動体の製造にも採用することができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。

〔実施例１〜４および比較例１〜５〕
機械構造用炭素鋼であるＳ２５Ｃを、所定形状に加工して、転がり摺動面としての軌道面を形成する部分に研磨取代を有する玉軸受（型番６２０６）用内外輪それぞれの素形材を製造した。つぎに、得られた素形材に、図５〜図１３に示す熱処理条件で熱処理を施し、得られた熱処理後の中間素材の前記軌道面を形成する部分に研磨加工を施して、実施例１〜４および比較例１〜５の内外輪を製造した。なお、Ｓ２５Ｃの元素組成は、炭素０．２０〜０．３０質量％と、ケイ素０．１５〜０．４０質量％、マンガン０．３０〜０．６０質量％、クロム０．０５〜０．１５質量％、残部鉄および不可避不純物である。

ここで、図５に示される熱処理条件は、素形材を、カーボンポテンシャルが１．２、残留アンモニア量が１．２体積％の浸炭窒化雰囲気中において８７０℃で７時間加熱した後、８０℃に油冷し（浸炭窒化）、得られた中間素材に対して高周波焼入れにより９００℃で１０秒間加熱した後、水冷し（高周波焼入れ処理）、１７０℃で２時間加熱（焼もどし処理）するものである（実施例１の内外輪）。
図６に示される熱処理条件は、素形材を、カーボンポテンシャルが１．２、残留アンモニア量が１．２体積％の浸炭窒化雰囲気中において９２０℃で５時間加熱した後、８０℃に油冷し（浸炭窒化）、得られた中間素材に対して高周波焼入れにより９００℃で１０秒間加熱した後、水冷し（高周波焼入れ処理）、１７０℃で２時間加熱（焼もどし処理）するものである（実施例２の内外輪）。
図７に示される熱処理条件は、素形材を、カーボンポテンシャルが１．２、残留アンモニア量が１．１体積％の浸炭窒化雰囲気中において９３０℃で７時間加熱した後、８０℃に油冷し（浸炭窒化）、得られた中間素材に対して高周波焼入れにより９００℃で１０秒間加熱した後、水冷し（高周波焼入れ処理）、１７０℃で２時間加熱（焼もどし処理）するものである（実施例３の内外輪）。
図８に示される熱処理条件は、素形材を、カーボンポテンシャルが１．２、残留アンモニア量が１．４体積％の浸炭窒化雰囲気中において８６０℃で７時間加熱した後、８０℃に油冷し（浸炭窒化）、得られた中間素材に対して高周波焼入れにより９００℃で１０秒間加熱した後、水冷し（高周波焼入れ処理）、１７０℃で２時間加熱（焼もどし処理）するものである（実施例４の内外輪）。
図９に示される熱処理条件は、素形材を、カーボンポテンシャルが１．２、残留アンモニア量が０．８体積％の浸炭窒化雰囲気中において９５０℃で５時間加熱した後、８０℃に油冷し（浸炭窒化）、得られた中間素材に対して高周波焼入れにより９００℃で１０秒間加熱した後、水冷し（高周波焼入れ処理）、１７０℃で２時間加熱（焼もどし処理）するものである（比較例１の内外輪）。
図１０に示される熱処理条件は、素形材を、カーボンポテンシャルが１．２、残留アンモニア量が１．８体積％の浸炭窒化雰囲気中において９００℃で７時間加熱した後、８０℃に油冷し（浸炭窒化）、得られた中間素材に対して高周波焼入れにより９００℃で１０秒間加熱した後、水冷し（高周波焼入れ処理）、１７０℃で２時間加熱（焼もどし処理）するものである（比較例２の内外輪）。
図１１に示される熱処理条件は、素形材を、カーボンポテンシャルが１．２、残留アンモニア量が１．６体積％の浸炭窒化雰囲気中において９００℃で５時間加熱した後、８０℃に油冷し（浸炭窒化）、得られた中間素材に対して高周波焼入れにより９００℃で１０秒間加熱した後、水冷し（高周波焼入れ処理）、１７０℃で２時間加熱（焼もどし処理）するものである（比較例３の内外輪）。
図１２に示される熱処理条件は、素形材を、カーボンポテンシャルが１．２、残留アンモニア量が１．７体積％の浸炭窒化雰囲気中において８４０℃で７時間加熱した後、８０℃に油冷し（浸炭窒化）、得られた中間素材に対して高周波焼入れにより９００℃で１０秒間加熱した後、水冷し（高周波焼入れ処理）、１７０℃で２時間加熱（焼もどし処理）するものである（比較例４の内外輪）。
図１３に示される熱処理条件は、素形材を、カーボンポテンシャルが１．２、残留アンモニア量が０．９体積％の浸炭窒化雰囲気中において９２０℃で７時間加熱した後、８０℃に油冷し（浸炭窒化）、得られた中間素材に対して高周波焼入れにより９００℃で１０秒間加熱した後、水冷し（高周波焼入れ処理）、１７０℃で２時間加熱（焼もどし処理）するものである（比較例５の内外輪）。

〔比較例６〕
軸受鋼であるＳＵＪ２を用いて、型番６２０６の玉軸受の内外輪を製造するための素形材それぞれを製造した。つぎに、得られた素形材に、図１４に示す熱処理条件で熱処理を施して、比較例６の内外輪を製造した。
なお、図１４に示される熱処理条件は、素形材を、８４０℃で０．５時間加熱した後、８０℃に油冷し（焼入れ）、１８０℃で２時間加熱（焼もどし処理）するものである。

〔試験例１〕
実施例１〜４、比較例１〜６の内輪について、軌道面の表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さ、軌道面の表面から略１０μｍの深さの位置での炭素含有量、軌道面の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素含有量、軌道面の表面から略２００μｍの深さの位置における窒化物からなる粒径０．０３μｍ以上１μｍ以下の粒子の面積率を調べた。また、実施例１〜４、比較例１〜６の各内外輪を有する玉軸受について、寿命試験を行なった。

表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さは、前記内輪を表面から深さ方向に切断した後、前記表面から５０μｍの深さの位置にビッカース圧子をあてて測定した。

表面から略１０μｍの深さの位置での炭素含有量および表面から略１０μｍの深さの位置での窒素含有量は、それぞれ、前記内輪を表面から深さ方向に切断した後、前記表面から１０μｍの深さの位置を中心とし深さ方向に±１μｍの範囲における各含有量を測定することにより求めた。

表面から略２００μｍの深さの位置での窒化物の観察は、表面から深さ方向の断面において、表面から２００μｍの深さを中心として深さ方向に±１５μｍ、かつ深さ方向に対し垂直な方向に３０μｍの３０μｍ四方の範囲を視野として行なった。表面から略２００μｍの深さの位置における窒化物からなる粒径０．０３μｍ以上１μｍ以下の粒子の面積率は、８００μｍ²の測定視野において、加速電圧：１５．０ｋＶ、照射電流：２．０１６×１０^-7Ａおよびスキャン倍率：３０００倍の条件で、電解放出型電子プローブマイクロアナライザを用いて、窒素をマッピングし、画像処理装置で面積率を算出した。

また、寿命試験は、実施例１〜４および比較例１〜６の内外輪と、ＪＩＳ ＳＵＪ２からなり、比較例６と同じ熱処理を施した転動体との組み合わせを用いて、それぞれ、実施例１〜４および比較例１〜６の各玉軸受を組み立て、得られた各玉軸受について、表１に示す条件で試験した。そして、玉軸受の内輪が破損するまでの時間を測定するという試験を５回繰り返し、ワイブル分布により１０％の損傷確率があると推定されるＬ₁₀寿命を求めた。

これらの結果を表２に示す。表２中、「炭素含有量」は、軌道面の表面から略１０μｍの深さの位置での炭素含有量、「窒素含有量」は、軌道面の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素含有量、「窒化物からなる粒子の面積率」は、軌道面の表面から略２００μｍの深さの位置での窒化物からなる粒径０．０３μｍ以上１μｍ以下の粒子の面積率、「ビッカース硬さ」は、軌道面の表面のビッカース硬さ、「寿命」は、Ｌ₁₀寿命をそれぞれ示す。なお、寿命は、比較例６の玉軸受の寿命を１として、相対値として算出した。

表２に示された結果から、実施例１〜４の内輪では、軌道面の表面から略１０μｍの深さの位置での炭素含有量が０．６〜１．２質量％の範囲であること、軌道面の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素含有量が０．４〜０．９質量％の範囲であること、炭素および窒素の含有量の合計が１．４質量％以上であること、および軌道面の表面から略２００μｍの深さの位置における窒化物からなる粒径０．０３μｍ以上１μｍ以下の粒子の面積率が５〜１５％の範囲であることのいずれをも満たしていることがわかる。一方、比較例１〜５の内輪では、前記炭素含有量の範囲、窒素含有量の範囲、炭素および窒素の含有量の合計の範囲、面積率の範囲のいずれかを満たしていないことがわかる。

また、表２に示された結果から、実施例１〜４の内輪では、表面のビッカース硬さが８００以上となっていることがわかる。これに対して、比較例１〜５の内輪では、表面から５０μｍ深さの位置でのビッカース硬さが８００未満であることがわかる。

さらに、表２に示された結果から、実施例１〜４の玉軸受では、比較例６の玉軸受の３倍以上の寿命を示すことがわかる。これに対して、比較例１〜５の玉軸受では、比較例６の玉軸受の１．５倍以下の寿命を示すにとどまっていることがわかる。

一般的に、転がり摺動部材を製造するための鋼材として、前記Ｓ２５Ｃなどのように、０．１〜０．５質量％の炭素と、０．１質量％〜０．４質量％ケイ素と、０質量％を超え、かつ０．９質量％以下のマンガンと、０質量％を超え、かつ０．２質量％以下のクロムとを含有し、かつ残部が鉄および不可避不純物である安価な鋼材を用いた場合、浸炭窒化処理を行なっただけでは、残留オーステナイト量が多く、かつ焼入れ性が不足し、表面の硬さが不十分となると考えられる。
しかしながら、表２に示された結果からわかるように、鋼材として、０．１〜０．５質量％の炭素と、０．１質量％〜０．４質量％ケイ素と、０質量％を超え、かつ０．９質量％以下のマンガンと、０質量％を超え、かつ０．２質量％以下のクロムとを含有し、かつ残部が鉄および不可避不純物である安価な鋼材（Ｓ２５Ｃ）を用いた場合であっても、かかる鋼材からなる素形材に対して、カーボンポテンシャル０．９〜１．３で、残留アンモニア量が１〜１．４体積％の浸炭窒化雰囲気において、８５０〜９５０℃で加熱し、急冷し（浸炭窒化処理）、浸炭処理後の中間素材に対して、高周波焼入れにより８５０〜１０００℃の温度に当該中間素材を加熱し、急冷し（高周波焼入れ処理）、高周波焼入れ処理後の中間素材を１６０〜２００℃で加熱し（焼きもどし処理）、焼もどし処理後の中間素材に、研磨加工を施すことにより、十分な硬さおよび寿命を示す転がり摺動部材を低コストで得ることができることがわかる。

また、前記鋼材に対して、浸炭窒化処理を行なうことにより、得られる中間素材の表面には、窒化物が析出する。ところが、この窒化物は、前記中間素材中において、偏在する傾向にあり、転がり疲労に対して弱くなっている。また、前記窒化物は、前記中間素材を高温で長時間加熱することにより、中間素材を構成する母材中に固溶化したり、中間素材の表面より放出されたりするので、窒化物の析出による効果を十分に得ることができないことがある。
しかしながら、実施例１〜４の内外輪では、製造に際して、浸炭窒化処理後の中間素材に対して、前記高周波焼入れ処理を施しているため、窒化物からなる粒子を十分に分散させることができ、転がり疲労に対して強くなっており、かつ当該中間素材の内部においても十分な硬さを確保することができる。

１ 外輪、１ａ 軌道面、２ 内輪、２ａ 軌道面、４ 保持器、１０ 玉軸受、
１１ 外輪

Claims (3)

1. ０．１〜０．５質量％の炭素と、０．１質量％〜０．４質量％のケイ素と、０質量％を超え、かつ０．９質量％以下のマンガンと、０質量％を超え、かつ０．２質量％以下のクロムとを含有し、かつ残部が鉄および不可避不純物である鋼材から得られ、相手部材との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触または両接触を含む接触をする転がり摺動面を有する転がり摺動部材であって、
   前記転がり摺動面の表面のビッカース硬さが８００以上であり、
   前記転がり摺動面の表面から略１０μｍの深さの位置での炭素の含有量が０．６〜１．２質量％であり、
   前記転がり摺動面の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量が０．４〜０．９質量％であり、
   これら炭素および窒素の含有量の合計が１．４質量％以上であり、
   前記転がり摺動面の表面から略２００μｍの深さの位置には、窒化物からなる粒径０．０３μｍ以上１μｍ以下の粒子を有しており、かつ表面から略２００μｍの深さの位置における前記粒子の面積率が５〜１５％であることを特徴とする転がり摺動部材。
2. 相手部材との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触または両接触を含む接触をする前記転がり摺動面を備えた転がり摺動部材の製造方法であって、
   ０．１〜０．５質量％の炭素と、０．１質量％〜０．４質量％ケイ素と、０質量％を超え、かつ０．９質量％以下のマンガンと、０質量％を超え、かつ０．２質量％以下のクロムとを含有し、かつ残部が鉄および不可避不純物である鋼材を、所定の形状に加工して、少なくとも前記転がり摺動面を形成する部分に研磨取代を有する素形材を得る前加工工程、
   前記素形材に対して、カーボンポテンシャル０．９〜１．３で、残留アンモニア量が１〜１．４体積％の浸炭窒化雰囲気において、当該素形材を８５０〜９５０℃で加熱し、急冷する浸炭窒化処理を施し、中間素材を得る浸炭窒化工程、
   前記浸炭窒化処理後の中間素材の少なくとも前記転がり摺動面を形成する部分に対して、当該中間素材を８５０〜１０００℃の温度に加熱し、急冷する高周波焼入れ処理を施す高周波焼入れ工程、
   高周波焼入れ工程後の中間素材を１６０〜２００℃で焼きもどしする焼もどし工程、および
   焼もどし工程後の中間素材の前記転がり摺動面を形成する部分に、研磨加工を施すことにより、前記転がり摺動面を形成し、この転がり摺動面の表面のビッカース硬さが８００以上であり、前記転がり摺動面の表面から略１０μｍの深さの位置での炭素の含有量が０．６〜１．２質量％であり、前記転がり摺動面の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量が０．４〜０．９質量％であり、これら炭素および窒素の含有量の合計が１．４質量％以上であり、前記転がり摺動面の表面から略２００μｍの深さの位置には、窒化物からなる粒径０．０３μｍ以上１μｍ以下の粒子を有しており、かつ前記転がり摺動面の表面から略２００μｍの深さの位置における前記粒子の面積率が５〜１５％である転がり摺動部材を得る研磨加工工程
   を含むことを特徴とする転がり摺動部材の製造方法。
3. 前記転がり摺動部材が、転がり軸受の内輪、外輪または転動体である請求項２に記載の転がり摺動部材の製造方法。

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