JP2012149304A

JP2012149304A - 軌道部材の熱処理方法

Info

Publication number: JP2012149304A
Application number: JP2011008860A
Authority: JP
Inventors: Yuji Miyamoto; 祐司宮本
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2031-01-19
Also published as: JP5779887B2

Abstract

【課題】軌道部材（転がり軸受の軌道輪等）の熱処理方法として、軌道面の残留オーステナイト量を高く保持しながら、芯部の残留オーステナイト量を低く抑えることができる方法を提供する。
【解決手段】高炭素クロム軸受鋼からなる軌道部材全体をＡ１変態点以上の温度に保持して浸炭窒化処理を行った後、Ａ１変態点未満の温度に急冷する浸炭窒化・一次焼入れ工程と、軌道面の表層部が浸炭窒化処理温度以上の温度になり、それ以外の部分（芯部全体と軌道面以外の表層部）が浸炭窒化処理温度未満の温度になるように、軌道部材を加熱する予熱工程と、軌道部材全体をＡ１変態点以上の温度に保持した後にＭＳ変態点以下の温度まで急冷する二次焼入れ工程と、焼戻し工程を、この順に行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、互いに対向配置される軌道面を備えた第１および第２の軌道部材と、両軌道部材の間に配設された転動体と、を備え、転動体が転動することにより両軌道部材の一方が他方に対して相対運動する装置の前記軌道部材（転がり軸受の軌道輪、リニアガイドの案内レールとスライダ、ボールねじのねじ軸とナットなど）に対する熱処理方法に関する。

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。
潤滑油中に異物が混入している状態（異物混入潤滑下）で転がり軸受を使用する際の寿命を長くするためには、異物の噛み込みによって軌道面に生じた圧痕（陥没部）の周縁部に応力が集中することを緩和する必要がある。そのため、従来より、軌道面の残留オーステナイト量を多くすることを目的として、浸炭処理や浸炭窒化処理が行われている。

特許文献１には、軸受部品（転がり軸受の内輪、外輪、または転動体）に対する熱処理として、Ａ１変態点を超える温度（例えば８４５℃）で浸炭窒化処理を行った後、Ａ１変態点未満の温度に急冷する浸炭窒化・一次焼入れ工程と、Ａ１変態点以上で前記浸炭窒化処理温度よりも低い温度（例えば８００℃）に保持した後にＡ１変態点未満の温度に急冷する二次焼入れ工程と、焼戻し工程をこの順に行うことにより、表層部の残留オーステナイト量を１１％以上２５％以下の範囲にすることが記載されている。

しかし、この方法では、浸炭窒化層に対して二次焼入れ工程を行うことで表層部の残留オーステナイト量が減少する。また、残留オーステナイト量を増加させるために二次焼入れ工程の保持温度を高くすると、芯部の残留オーステナイト量も増加するため寸法安定性が低下する。これに対して、軌道面の残留オーステナイト量を高く保持しながら、芯部の残留オーステナイト量を低く抑えることができれば、異物混入潤滑下での長寿命と優れた寸法安定性を両立することができる。

特開２００６−３１６８２１号公報

この発明の課題は、前記軌道部材の熱処理方法として、軌道面の残留オーステナイト量を高く保持しながら、芯部の残留オーステナイト量を低く抑えることができる方法を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明は、互いに対向配置される軌道面を備えた第１および第２の軌道部材と、両軌道部材の間に配設された転動体と、を備え、転動体が転動することにより両軌道部材の一方が他方に対して相対運動する装置の前記軌道部材に対する熱処理方法であって、前記軌道部材は高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ１〜ＳＵＪ５のいずれか）からなり、図１に示すように、前記軌道部材全体をＡ１変態点（７２３℃）以上の温度に保持して浸炭窒化処理を行った後、Ａ１変態点未満の温度に急冷する浸炭窒化・一次焼入れ工程と、前記軌道面の表層部が前記浸炭窒化処理温度以上の温度になり、それ以外の部分（芯部全体と軌道面以外の表層部）が前記浸炭窒化処理温度未満（Ａ１変態点未満）の温度になるように、前記軌道部材を加熱する予熱工程と、前記軌道部材全体をＡ１変態点以上の温度に保持した後にＭＳ変態点（例えば２００℃）以下の温度まで急冷する二次焼入れ工程と、焼戻し工程をこの順に行うことを特徴とする。

前記予熱工程は、誘導加熱（高周波加熱）、火炎による加熱、赤外線による加熱、レーザーによる加熱、電子ビームによる加熱などの表面加熱手段により軌道面を加熱することで行うことができる。表面加熱手段で軌道面を前記浸炭窒化処理温度以上の温度に加熱することで、軌道面からの熱が、軌道面の芯部と軌道面以外の表層部および芯部とに伝達されて、軌道面表層部以外の部分（芯部全体と軌道面以外の表層部）を前記浸炭窒化処理温度未満の温度とすることができる。これにより、軌道面の深さ方向に温度勾配が形成される。

前記二次焼入れ工程の温度保持は、雰囲気加熱（炉加熱）や、前述の表面加熱手段により表面だけでなく中心まで加熱する方法で行うことができる。
この発明の方法によれば、浸炭窒化・一次焼入れ工程と二次焼入れ工程との間に前記予熱工程を行うことで、軌道面の残留オーステナイト量を高く保持しながら、芯部の残留オーステナイト量を低く抑えることができる。
前記浸炭窒化処理温度をＡ１変態点以上８５０℃以下の温度で行い、前記予熱工程で前記軌道面の最高加熱温度を８５０℃以上とすることが好ましい。

この発明の方法によれば、前記軌道部材の軌道面の残留オーステナイト量を高く保持しながら、芯部の残留オーステナイト量を低く抑えることができる。

この発明の熱処理方法を説明する図である。

以下、この発明の実施形態について説明する。
先ず、ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼第２種）からなる素材を、旋削加工で、玉軸受の外輪（外径１２０ｍｍ、溝底肉厚２．５ｍｍ、幅１７ｍｍ）の形状にした。次に、この外輪を熱処理炉内に入れて、浸炭窒化ガス雰囲気中８５０℃（Ａ１変態点以上の温度）で３時間保持して浸炭窒化処理を行った後、油冷（No.2のみ空冷）することで、浸炭窒化・一次焼入れ工程を行った。
次に、No.1〜8 では下記の方法で予熱工程を行った後に、No.9〜11では予熱工程を行
わないで、下記の方法で二次焼入れ工程を行った。次に、１６０〜１８０℃に２時間保持する焼戻し工程を行った。

＜予熱工程＞
No.1〜6 では、誘導加熱を高周波（周波数３０ｋＨｚ）で５秒間行うことにより、軌道面（軌道溝）の表面温度が、溝底位置の放射温度計による測定で最高値が９００℃となり、外周面の表面温度が放射温度計による測定で最高値が４００℃となるようにした。軌道面以外の部分は、軌道面からの熱伝導により加熱されている。

No.7では、誘導加熱を高周波（周波数３０ｋＨｚ）で４秒間行うことにより、軌道面（軌道溝）の表面温度が、溝底位置の放射温度計による測定で最高値が８５０℃となり、外周面の表面温度が放射温度計による測定で最高値が２５０℃となるようにした。軌道面以外の部分は、軌道面からの熱伝導により加熱されている。
No.8では、誘導加熱を高周波（周波数１０ｋＨｚ）で４秒間行うことにより、軌道面（軌道溝）の表面温度が、溝底位置の放射温度計による測定で最高値が８５０℃となり、外周面の表面温度が放射温度計による測定で最高値が４００℃となるようにした。軌道面以外の部分は、軌道面からの熱伝導により加熱されている。

＜二次焼入れ工程＞
No.1〜４，７，８では、外輪を加熱炉内に入れて８５０℃、８２０℃、８８０℃のいずれかの温度に０．５時間保持した後、油冷却し、冷却途中（５秒後）で、外周面を拘束する矯正型（分割体からなるものでなく、一体形のもの）に外輪を圧入して、さらに冷却した。
No.5と６と９では、外輪を誘導加熱により８５０℃または８８０℃に２秒間保持した後、水冷し、冷却途中（３秒後）で、外周面を拘束する矯正型（分割体からなるものでなく、一体形のもの）に外輪を圧入して、さらに冷却した。

熱処理後の外輪について、軌道面と芯部の残留オーステナイト量（γ_R）をＸ線回折により測定した。軌道面の残留オーステナイト量は軌道面から深さ０．２ｍｍの位置で測定し、芯部の残留オーステナイト量は溝底から径方向に深さ１．５ｍｍの位置で測定した。これらの結果を熱処理条件とともに下記の表１に示す。

軌道面の残留オーステナイト量が１９体積％以上で、芯部の残留オーステナイト量が１２体積％以下であることが、異物混入潤滑下での長寿命と優れた寸法安定性を両立できる転がり軸受の外輪として好ましい。また、軌道面の残留オーステナイト量は２５体積％以上４５体積％以下であることがより好ましい。
この発明の実施例に相当するNo.1〜８の外輪は、軌道面の残留オーステナイト量が１９〜３２体積％で、芯部の残留オーステナイト量が６〜１１体積％となっており、良好な結果が得られた。特に、予熱工程で軌道面の最高温度が９００℃となっているNo.1〜６は、軌道面の表層部の残留オーステナイト量が３０体積％または３２体積％であり、前記温度が８５０℃であるNo.7と８の１９体積％と比較して特に高い値となっている。

これに対して、No.9〜11の外輪は、「軌道面の残留オーステナイト量が１９体積％以上」と「芯部の残留オーステナイト量が１２体積％以下」のいずれかを満たしていない。
以上のことから、浸炭窒化・一次焼入れ工程と二次焼入れ工程との間に、軌道面の表層部が浸炭窒化処理温度以上の温度になり、それ以外の部分（芯部全体と軌道面以外の表層部）が浸炭窒化処理温度未満の温度になるように、外輪（軌道部材）を加熱する予熱工程を行うことで、軌道面の残留オーステナイト量を高く保持しながら、芯部の残留オーステナイト量を低く抑えることができることが分かる。
また、浸炭窒化処理温度を８５０℃とした場合、予熱工程での軌道面の最高加熱温度を９００℃とすることで、８５０℃とした場合よりも軌道面の残留オーステナイト量が高く、良好な結果が得られることが分かる。

Claims

互いに対向配置される軌道面を備えた第１および第２の軌道部材と、両軌道部材の間に配設された転動体と、を備え、転動体が転動することにより両軌道部材の一方が他方に対して相対運動する装置の前記軌道部材に対する熱処理方法であって、
前記軌道部材は高炭素クロム軸受鋼からなり、
前記軌道部材全体をＡ１変態点以上の温度に保持して浸炭窒化処理を行った後、Ａ１変態点未満の温度に急冷する浸炭窒化・一次焼入れ工程と、
記軌道面の表層部が前記浸炭窒化処理温度以上の温度になり、それ以外の部分が前記浸炭窒化処理温度未満の温度になるように、前記軌道部材を加熱する予熱工程と、
前記軌道部材全体をＡ１変態点以上の温度に保持した後にＭＳ変態点以下の温度まで急冷する二次焼入れ工程と、
焼戻し工程をこの順に行うことを特徴とする軌道部材の熱処理方法。
前記浸炭窒化処理温度をＡ１変態点以上８５０℃以下の温度で行い、前記予熱工程で前記軌道面の最高加熱温度を８５０℃以上とする請求項１記載の軌道部材の熱処理方法。