JP2018109204A - Bearing component and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bearing component capable of suppressing occurrence of crack without tempering immediately after quenching, and method for manufacturing the same.SOLUTION: In a bearing component according to the present disclosure, the amount of diffusible hydrogen after quenching and before tempering is 0.1 mass ppm or less. A method for manufacturing the bearing component according to the present disclosure includes a step of preparing a steel workpiece, a step of heating the workpiece to a heat treatment temperature of 900°C or higher and 1000°C or lower by locally heating the workpiece, and then a heat treatment step of cooling the workpiece. Heating in the heat treatment step is carried out in air or in an inert gas.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、軸受部品及び軸受部品の製造方法に関する。   The present invention relates to a bearing component and a method for manufacturing the bearing component.

従来から、軸受部品等の鋼製の機械部品に対する熱処理として、焼入れ、焼戻しが広く行われている。焼入れは、加工対象物をA点以上の加熱温度に加熱するとともに、その後にM点以下に冷却することにより行われる。焼戻しは、焼入れが行われた後の加工対象物を、A点以下の温度に加熱することにより行われる。 Conventionally, quenching and tempering have been widely performed as heat treatment for steel machine parts such as bearing parts. Quenching is performed by heating the workpiece to a heating temperature of A 1 point or higher and then cooling it to the MS point or lower. Tempering is performed by heating the workpiece after quenching to a temperature of A 1 point or less.

従来は、焼入れを行う際の加熱は、吸熱性変性ガス中において行われていた。吸熱性変性ガスは、プロパン又はブタンを高温で触媒と反応させることにより製造されるガスである。吸熱性変性ガスは、水素を30%程度含有している。   Conventionally, heating during quenching has been performed in an endothermic modified gas. The endothermic modified gas is a gas produced by reacting propane or butane with a catalyst at a high temperature. The endothermic denatured gas contains about 30% hydrogen.

上記のとおり、従来焼入れを行う際の加熱は、水素を含有する雰囲気中において行われていたため、加熱中に水素が加工対象物中に侵入する。鋼中の水素は、置き割れの原因となることが知られている。この置き割れは、焼入れ後の加工対象物を放置することにより生じる。この置き割れは、焼戻しを行うことにより防止することができる。これは、焼戻しの際の加熱により、焼入れの際に加工対象物中に侵入した水素が表面付近まで拡散し、表面から外部に排出されるからである。   As described above, since the heating at the time of quenching has been performed in an atmosphere containing hydrogen, hydrogen penetrates into the workpiece during heating. Hydrogen in steel is known to cause cracking. This placement crack is caused by leaving the workpiece after quenching. This placement crack can be prevented by tempering. This is because, due to heating during tempering, hydrogen that has entered the workpiece during quenching diffuses to the vicinity of the surface and is discharged from the surface to the outside.

なお、以上本発明についての従来技術を、出願人の知得した一般的な技術情報に基づいて説明したが、出願人の記憶する範囲において、出願前までに先行技術文献情報として開示すべき情報を出願人は有していない。   In addition, although the prior art about this invention was demonstrated based on the general technical information which the applicant acquired, the information which should be disclosed as prior art document information before filing in the range which an applicant memorize | stores The applicant does not have

置き割れを防止する観点からは、焼入れ直後に焼戻しを行うことが好ましい。しかしながら、生産管理の観点からは、焼入れ直後に必ずしも焼戻しを行うことができるとは限らない。置き割れを防止するために簡易な焼戻しを行うことも考えられるが、このような工程を行うことは、生産効率の悪化につながる。   From the standpoint of preventing cracking, it is preferable to perform tempering immediately after quenching. However, from the viewpoint of production management, tempering is not always possible immediately after quenching. Although it is conceivable to perform simple tempering in order to prevent cracking, performing such a process leads to deterioration in production efficiency.

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、焼入れ直後に焼戻しを行わなくても置き割れの発生を抑制することができる軸受部品及びその製造方法を提供するものである。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art. More specifically, the present invention provides a bearing component and a method for manufacturing the same that can suppress the occurrence of cracks without performing tempering immediately after quenching.

本開示に係る軸受部品の製造方法は、鋼製の加工対象物を準備する工程と、加工対象物を局所的に加熱することでA点以上1000℃以下の熱処理温度に加熱し、その後冷却する熱処理工程とを備える。熱処理工程における加熱は、大気中又は不活性ガス中で行われる。 The method of manufacturing a bearing component according to the present disclosure includes a step of preparing a steel workpiece and heating the workpiece locally to a heat treatment temperature of A 1 point or more and 1000 ° C. or less, followed by cooling. Heat treatment step. Heating in the heat treatment step is performed in the air or in an inert gas.

本開示に係る軸受部品は、焼入れ後であって、焼戻し前の拡散性水素量が0.1質量ppm以下である。   In the bearing component according to the present disclosure, the amount of diffusible hydrogen after quenching and before tempering is 0.1 mass ppm or less.

本開示に係る軸受部品及びその製造方法によると、焼入れ直後に焼戻しを行わなくても置き割れの発生を抑制することができる。   According to the bearing component and the method for manufacturing the same according to the present disclosure, it is possible to suppress the occurrence of setting cracks without performing tempering immediately after quenching.

第1の実施形態に係る軸受部品の製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the bearing components which concern on 1st Embodiment. 水素放出量の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of hydrogen discharge | release amount. 第2の実施形態に係る軸受部品の製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the bearing components which concern on 2nd Embodiment. 熱処理工程後における炭化物面積率と熱処理温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the carbide area rate after a heat processing process, and the heat processing temperature. 第2の実施形態に係る軸受部品の製造方法における熱処理工程でのヒートパターンの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the heat pattern in the heat treatment process in the manufacturing method of the bearing component concerning a 2nd embodiment. 第2の実施形態に係る軸受部品の製造方法における熱処理工程でのヒートパターンの他の例を示すグラフである。It is a graph which shows the other example of the heat pattern in the heat processing process in the manufacturing method of the bearing components which concerns on 2nd Embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さないものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

(第1の実施形態)
以下に、第1の実施形態に係る軸受部品及びその製造方法について説明する。図1は、第1の実施形態に係る軸受部品の製造方法を説明するためのフローチャートである。図1に示すように、第1の実施形態に係る軸受部品の製造方法は、材料準備工程S10と、熱処理工程S20とを有している。第1の実施形態に係る軸受部品の製造方法は、後処理工程S30をさらに有していてもよい。第1の実施形態に係る軸受部品の製造方法は、組立工程S40をさらに有していてもよい。
(First embodiment)
Below, the bearing component which concerns on 1st Embodiment, and its manufacturing method are demonstrated. FIG. 1 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a bearing component according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the bearing component manufacturing method according to the first embodiment includes a material preparation step S10 and a heat treatment step S20. The manufacturing method of the bearing component according to the first embodiment may further include a post-processing step S30. The bearing component manufacturing method according to the first embodiment may further include an assembly step S40.

第1の実施形態に係る軸受部品の製造方法においては、まず材料準備工程S10が行われる。材料準備工程S10においては、鋼製の加工対象物が準備される。この加工対象物は、例えば軸受の外輪、内輪、転動体等の軸受部品となる鋼製部材である。この加工対象物に用いられる鋼は、例えば高炭素クロム軸受鋼である。高炭素クロム軸受鋼とは、JIS4805:2008に規定される鋼種である。   In the bearing component manufacturing method according to the first embodiment, a material preparation step S10 is first performed. In the material preparation step S10, a steel workpiece is prepared. The object to be processed is a steel member that serves as a bearing component such as an outer ring, an inner ring, or a rolling element of a bearing. The steel used for this workpiece is, for example, high carbon chrome bearing steel. High carbon chromium bearing steel is a steel type specified in JIS 4805: 2008.

次に、熱処理工程S20が行われる。熱処理工程S20は、加熱工程S21と、冷却工程S22とを有している。熱処理工程S20においては、まず、加熱工程S21が行われる。熱処理工程S20においては、加熱工程S21が行われた後に、冷却工程S22が行われる。熱処理工程S20は、焼戻工程S23をさらに有していてもよい。焼戻工程S23は、冷却工程S22の後に行われる。   Next, a heat treatment step S20 is performed. The heat treatment step S20 includes a heating step S21 and a cooling step S22. In the heat treatment step S20, a heating step S21 is first performed. In the heat treatment step S20, the cooling step S22 is performed after the heating step S21. The heat treatment step S20 may further include a tempering step S23. The tempering step S23 is performed after the cooling step S22.

熱処理工程S20においては、加工対象物の加熱が行われる。加工対象物の加熱は、局所的に行われる。加工対象物の加熱が局所的に行われるとは、加工対象物の表面近傍のみが加熱領域となっていることをいう。局所的な加熱には、従来周知の任意の方法を用いることができる。局所的な加熱には、例えば誘導加熱、レーザ照射、通電加熱等を用いることができる。   In the heat treatment step S20, the workpiece is heated. The processing object is heated locally. The heating of the workpiece is locally performed means that only the vicinity of the surface of the workpiece is a heating region. For the local heating, any conventionally known method can be used. For the local heating, for example, induction heating, laser irradiation, energization heating, or the like can be used.

加熱領域における温度を、熱処理温度という。熱処理温度は、加工対象物において加熱されている部分の表面温度である。熱処理温度は、例えば放射温度計などを用いて測定することができる。熱処理温度は、A点以上の温度であればよい。熱処理温度は、A点以上の温度であってもよい。熱処理温度は、好ましくは、A点以上以上1000℃以下である。さらに好ましくは、熱処理温度は、900℃以上1000℃以下である。ここで、A点とは、鋼がオーステナイト化を開始する温度であり、A点とは、鋼のオーステナイト化が完全に行われる温度である。 The temperature in the heating region is called the heat treatment temperature. The heat treatment temperature is the surface temperature of the part being heated in the workpiece. The heat treatment temperature can be measured using, for example, a radiation thermometer. Heat treatment temperature may be a temperature of more than 1 point A. The heat treatment temperature may be a temperature of more than three points A. Heat treatment temperature is preferably, 1000 ° C. or less than or more 1 point A. More preferably, the heat treatment temperature is 900 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. Here, the point A, the steel is a temperature for starting the austenitizing, the three points A, is the temperature at which austenitization of the steel is completely performed.

加工対象物の加熱は、実質的に水素を含まない雰囲気下において行われる。実質的に水素を含まない雰囲気とは、加熱の際に水素が加工対象物中に侵入しない程度の水素濃度の雰囲気をいう。例えば、加工対象物の加熱は、大気中において行われてもよい。また、加工対象物の加熱は、不活性ガス中において行われてもよい。この不活性ガスは、例えばアルゴン(Ar)である。   The workpiece is heated in an atmosphere that does not substantially contain hydrogen. The atmosphere containing substantially no hydrogen refers to an atmosphere having a hydrogen concentration such that hydrogen does not enter the workpiece during heating. For example, the workpiece may be heated in the atmosphere. Moreover, the workpiece may be heated in an inert gas. This inert gas is, for example, argon (Ar).

加工対象物の加熱が不活性ガス中において行われた場合、加工対象物の表面に酸化スケールが形成されにくい。酸化スケールが加工対象物の表面に形成されると、脱炭により、焼割れ、外観の悪化、表面の軟化等が生じるおそれがある。そのため、加熱工程S21が不活性ガス中で行われる場合、このような問題の発生を抑制することができる。   When the workpiece is heated in an inert gas, it is difficult to form an oxide scale on the surface of the workpiece. If the oxide scale is formed on the surface of the workpiece, decarburization may cause burn cracking, deterioration of the appearance, softening of the surface, and the like. Therefore, when heating process S21 is performed in an inert gas, generation | occurrence | production of such a problem can be suppressed.

冷却工程S22においては、加工対象物の冷却が行われる。加工対象物の冷却には、従来周知の任意の冷媒を用いて行われる。加工対象物の冷却に用いられる冷媒は、例えば油又は水である。   In the cooling step S22, the workpiece is cooled. Cooling of the workpiece is performed using any conventionally known refrigerant. The refrigerant used for cooling the workpiece is, for example, oil or water.

冷却工程S22においては、加工対象物は、例えばM点以下の温度にまで冷却されてもよい。M点とは、オーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度である。これにより、加工対象物の加熱領域に焼入硬化層が形成される。 In the cooling step S22, the object to be processed may be cooled, for example, to a temperature equal to or lower than the MS point. The M S point, when the austenitization and steel is cooled, the temperature to start martensite. Thereby, a hardening hardening layer is formed in the heating region of the workpiece.

冷却工程S22が行われた後、焼戻工程S23が行われる前において、加工対象物中の拡散性水素量は、0.1質量ppm以下である。冷却工程S22が行われた後、焼戻工程S23が行われる前において、加工対象物中の拡散性水素量は、0.06質量ppm以下であってもよい。   After the cooling step S22 is performed and before the tempering step S23 is performed, the amount of diffusible hydrogen in the workpiece is 0.1 mass ppm or less. After the cooling step S22 is performed and before the tempering step S23 is performed, the amount of diffusible hydrogen in the workpiece may be 0.06 mass ppm or less.

拡散性水素とは、鋼の結晶格子中において、自由に拡散しうる水素をいう。加工対象物中の拡散性水素量は、昇温脱離分析器により測定される。より具体的には、加工対象物中の拡散性水素量は、昇温脱離分析器を用いて、冷却工程S22の終了後30分以内に、Ar雰囲気中において、100℃/hの昇温速度で昇温脱離分析を行い、200℃に達するまでに放出された水素量の積分値により決定される。   Diffusible hydrogen refers to hydrogen that can freely diffuse in the crystal lattice of steel. The amount of diffusible hydrogen in the workpiece is measured by a thermal desorption analyzer. More specifically, the amount of diffusible hydrogen in the object to be processed is determined by using a temperature-programmed desorption analyzer within 30 minutes after the completion of the cooling step S22 in an Ar atmosphere at a rate of 100 ° C./h. Temperature-programmed desorption analysis is performed at a speed, which is determined by the integrated value of the amount of hydrogen released up to 200 ° C.

焼戻工程S23においては、加工対象物の焼戻しが行われる。焼戻しは、従来公知の方法により行われる。すなわち、焼戻しは、加工対象物をA点以下の所定の温度(以下においては、焼戻温度という。)まで加熱するとともに、焼戻温度で一定時間(以下においては、保持時間という。)保持することにより行われる。 In the tempering step S23, the workpiece is tempered. Tempering is performed by a conventionally known method. That is, in tempering, the workpiece is heated to a predetermined temperature of A 1 point or less (hereinafter referred to as tempering temperature) and held at the tempering temperature for a certain period of time (hereinafter referred to as holding time). Is done.

焼戻工程S23は、好ましくは冷却工程S22の直後に行われる。但し、焼戻工程S23は、冷却工程S22が行われた後にしばらく時間が経過した後に行われてもよい。   The tempering step S23 is preferably performed immediately after the cooling step S22. However, the tempering step S23 may be performed after a lapse of time after the cooling step S22 is performed.

続いて、後処理工程S30が行われる。後処理工程S30においては、加工対象物に対する後処理が行われる。後処理工程S30においては、例えば加工対象物の洗浄、加工対象物に対する研削、研磨等の機械加工等が行われる。これにより、加工対象物から第1の実施形態に係る軸受部品が製造される。   Subsequently, a post-processing step S30 is performed. In post-processing process S30, the post-processing with respect to a process target object is performed. In the post-processing step S30, for example, machining such as cleaning of the workpiece, grinding or polishing of the workpiece is performed. As a result, the bearing component according to the first embodiment is manufactured from the workpiece.

さらに、組立工程S40が行われる。組立工程S40においては、第1の実施形態に係る軸受部品の組立が行われる。より具体的には、第1の実施形態に係る軸受部品が軸受部品である場合、これを組み立てることにより軸受が製造される。   Further, an assembly process S40 is performed. In the assembly step S40, the assembly of the bearing component according to the first embodiment is performed. More specifically, when the bearing component according to the first embodiment is a bearing component, the bearing is manufactured by assembling it.

以下に、第1の実施形態に係る軸受部品及びその製造方法の効果について、比較例と対比することにより説明する。比較例に係る軸受部品の製造方法は、実施形態に係る機械部の製造方法と同様に、材料準備工程S10と、熱処理工程S20とを有している。   The effects of the bearing component and the manufacturing method thereof according to the first embodiment will be described below by comparing with a comparative example. The bearing component manufacturing method according to the comparative example includes a material preparation step S10 and a heat treatment step S20, similarly to the method for manufacturing a mechanical part according to the embodiment.

しかしながら、比較例に係る軸受部品の製造方法においては、加熱工程S21が吸熱性変性ガス中において行われる。この点において、比較例に係る軸受部品の製造方法は、第1の実施形態に係る軸受部品の製造方法と異なっている。   However, in the method for manufacturing a bearing component according to the comparative example, the heating step S21 is performed in the endothermic modified gas. In this respect, the manufacturing method of the bearing component according to the comparative example is different from the manufacturing method of the bearing component according to the first embodiment.

上記のとおり、吸熱性ガス中には、水素が含まれている。その結果、比較例に係る軸受部品の製造方法においては、水素ガスが加工対象物中に侵入する。そのため、冷却工程S22の後であって、焼戻工程S23の前における加工対象物中の拡散性水素量は、0.1質量ppmを越えている。この点において、比較例に係る軸受部品は、第1の実施形態に係る軸受部品と異なっている。   As described above, the endothermic gas contains hydrogen. As a result, in the method for manufacturing a bearing component according to the comparative example, hydrogen gas enters the workpiece. Therefore, the amount of diffusible hydrogen in the workpiece after the cooling step S22 and before the tempering step S23 exceeds 0.1 mass ppm. In this respect, the bearing component according to the comparative example is different from the bearing component according to the first embodiment.

比較例に係る軸受部品の製造方法において、焼戻工程S23を冷却工程S22の直後に行なわず、相当の時間経過後に焼戻工程S23を行う場合、加工対象物中の拡散性水素の影響により、置き割れが生じるおそれがある。   In the method for manufacturing a bearing component according to the comparative example, when the tempering step S23 is not performed immediately after the cooling step S22 and the tempering step S23 is performed after a considerable time has elapsed, due to the influence of diffusible hydrogen in the workpiece, There is a risk of cracking.

他方、第1の実施形態に係る軸受部品の製造方法においては、加工対象物中の拡散性水素の濃度は低い。そのため、焼戻工程S23を冷却工程S22の直後に行なわず、相当の時間経過後に焼戻工程S23を行う場合であったとしても、置き割れが生じにくい。そのため、第1の実施形態に係る軸受部品及びその製造方法によると、生産効率を悪化させることなく、置き割れの発生を抑制することができる。   On the other hand, in the bearing component manufacturing method according to the first embodiment, the concentration of diffusible hydrogen in the workpiece is low. Therefore, even if the tempering step S23 is not performed immediately after the cooling step S22 and the tempering step S23 is performed after a lapse of a considerable time, it is difficult for cracks to occur. For this reason, according to the bearing component and the manufacturing method thereof according to the first embodiment, it is possible to suppress the occurrence of cracks without deteriorating the production efficiency.

<試験条件及び試験結果>
以下に、第1の実施形態に係る軸受部品及びその製造方法の効果を確認するために行った試験の結果について説明する。
<Test conditions and test results>
Below, the result of the test conducted in order to confirm the effect of the bearing component which concerns on 1st Embodiment, and its manufacturing method is demonstrated.

(1)試料
この試験に用いた試料は、JIS4805:2008に規定されるSUJ2からなる鋼リングである。この鋼リングは、外径が60mmであり、内径が54mmであり、幅が15mmである。
(1) Sample The sample used in this test is a steel ring made of SUJ2 specified in JIS 4805: 2008. This steel ring has an outer diameter of 60 mm, an inner diameter of 54 mm, and a width of 15 mm.

(2)熱処理条件
吸熱性変性ガス中で炉加熱を行う場合(以下においては、比較例という。)、850℃の熱処理温度で30分間の保持を行った。加熱を不活性ガス中において誘導加熱を用いて行う場合(以下においては、実施例という。)、約10秒間で950℃まで加熱し、その後15秒間950℃を行った。なお、加熱後の冷却は、いずれの場合も油中浸漬冷却を行った。
(2) Heat treatment conditions When furnace heating is performed in an endothermic denatured gas (hereinafter referred to as a comparative example), holding is performed at a heat treatment temperature of 850 ° C. for 30 minutes. When heating was performed using induction heating in an inert gas (hereinafter referred to as an example), heating was performed to 950 ° C. in about 10 seconds, and then 950 ° C. was performed for 15 seconds. In addition, the cooling after a heating performed immersion immersion in oil in any case.

(3)測定条件
上記の熱処理を行った後、各試料を約35g程度の大きさに切断した。この切断されたサンプルは、Ar雰囲気中において、100K/hの昇温速度の条件で昇温脱離分析を行い、200℃に達するまでの放出水素量の積分値を算出した。これにより熱処理中に鋼リングに侵入した拡散性水素の量を評価した。
(3) Measurement conditions After performing the above heat treatment, each sample was cut into a size of about 35 g. This cut sample was subjected to temperature programmed desorption analysis in an Ar atmosphere at a temperature rising rate of 100 K / h, and an integrated value of the amount of released hydrogen until reaching 200 ° C. was calculated. This evaluated the amount of diffusible hydrogen that entered the steel ring during heat treatment.

(4)試験結果
図2は、水素放出量の測定結果を示すグラフである。図2に示すように、比較例においては、200℃に達するまでの水素放出量の積分値は、0.92質量ppmであった。他方、実施例においては、200℃に達するまでの水素放出量の積分値は、0.06質量ppmであった。このように、第1の実施形態に係る軸受部品及びその製造方法によると、加熱中の拡散性水素の鋼中への混入が抑制され、ひいては置き割れを抑制することが実験的にも確認された。
(4) Test Results FIG. 2 is a graph showing the measurement results of the hydrogen release amount. As shown in FIG. 2, in the comparative example, the integrated value of the hydrogen release amount until reaching 200 ° C. was 0.92 mass ppm. On the other hand, in the examples, the integrated value of the hydrogen release amount until reaching 200 ° C. was 0.06 mass ppm. As described above, according to the bearing component and the manufacturing method thereof according to the first embodiment, it is experimentally confirmed that mixing of diffusible hydrogen during heating into the steel is suppressed, and consequently, cracking is suppressed. It was.

(第2の実施形態)
以下に、第2の実施形態に係る軸受部品及びその製造方法について説明する。なお、以下においては、第1の実施形態と異なる点について主に説明し、同様の説明は繰り返さない。
(Second Embodiment)
Below, the bearing component which concerns on 2nd Embodiment, and its manufacturing method are demonstrated. In the following, differences from the first embodiment will be mainly described, and the same description will not be repeated.

図3は、第2の実施形態に係る軸受部品の製造方法を示すフローチャートである。第2の実施形態に係る軸受部品の製造方法は、材料準備工程S10と、熱処理工程S20とを有している。第2の実施形態に係る軸受部品の製造方法は、後処理工程S30をさらに有していてもよい。第2の実施形態に係る軸受部品の製造方法は、組立工程S40をさらに有していてもよい。これらの点において、第2の実施形態に係る軸受部品の製造方法は、第1の実施形態に係る軸受部品の製造方法と同様である。   FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing a bearing component according to the second embodiment. The manufacturing method of the bearing component according to the second embodiment includes a material preparation step S10 and a heat treatment step S20. The bearing component manufacturing method according to the second embodiment may further include a post-processing step S30. The bearing component manufacturing method according to the second embodiment may further include an assembly step S40. In these respects, the bearing component manufacturing method according to the second embodiment is the same as the bearing component manufacturing method according to the first embodiment.

しかしながら、以下に説明するとおり、第2の実施形態に係る軸受部品の製造方法は、熱処理工程S20の熱処理条件の詳細が、第1の実施形態に係る軸受部品の製造方法と異なっている。   However, as described below, the bearing component manufacturing method according to the second embodiment differs from the bearing component manufacturing method according to the first embodiment in the details of the heat treatment conditions of the heat treatment step S20.

熱処理工程S20においては、熱処理工程S20後の加工対象部品における炭化物面積率をY(単位:%)とし、熱処理温度をX(単位:℃)としたときに、以下の式1及び式2を満足するように、熱処理の条件が決定されている。   In the heat treatment step S20, the following formulas 1 and 2 are satisfied when the carbide area ratio in the workpiece to be processed after the heat treatment step S20 is Y (unit:%) and the heat treatment temperature is X (unit: ° C.). As such, the conditions for the heat treatment are determined.

式1:6.600×10-42−1.205X+5.539×102<Y
式2:1.160×10-32−2.094X+9.472×102<Y
炭化物面積率は、加工対象物を鏡面研磨し、研磨面を腐食した後に走査型電子顕微鏡で研磨面を撮影し、撮影された画像を画像解析することによって測定される。
Formula 1: 6.600 × 10 −4 X 2 −1.205X + 5.539 × 10 2 <Y
Formula 2: 1.160 × 10 −3 X 2 −2.094X + 9.472 × 10 2 <Y
The carbide area ratio is measured by mirror-polishing a workpiece, corroding the polished surface, photographing the polished surface with a scanning electron microscope, and analyzing the photographed image.

図4は、熱処理工程S20後における炭化物面積率と熱処理温度との関係を示すグラフである。図4において、横軸は熱処理温度(単位:℃)を示している。図4において、縦軸は炭化物面積率(単位:%)を示している。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the carbide area ratio and the heat treatment temperature after the heat treatment step S20. In FIG. 4, the horizontal axis represents the heat treatment temperature (unit: ° C.). In FIG. 4, the vertical axis represents the carbide area ratio (unit:%).

図4のグラフ中、実線のグラフが式1(6.600×10-42−1.205X+5.539×102=Y)を示し、点線のグラフが式2(1.160×10-32−2.094X+9.472×102=Y)を示している。上記関係は、図4において式1を示す実線及び式2を示す点線の上側の領域を示している。 In the graph of FIG. 4, the solid line graph represents Formula 1 (6.600 × 10 −4 X 2 −1.205X + 5.539 × 10 2 = Y), and the dotted line graph represents Formula 2 (1.160 × 10 − 3 X 2 -2.094X + 9.472 × 10 2 = Y). The above relationship shows a region above the solid line indicating Expression 1 and the dotted line indicating Expression 2 in FIG.

具体的には、熱処理温度が900℃以上950℃以下の領域では、実線のグラフ(式1のグラフ)より上側、また熱処理温度が950℃以上1000℃以下の領域では、点線のグラフ(式2のグラフ)より上側の領域が、上記関係を満たす領域である。また、上記関係として、900℃≦X≦950℃及び8%≦Y≦12%という炭化物面積率と熱処理温度との関係を採用してもよい。この関係は、図4において、網掛け部分として示されている。   Specifically, in the region where the heat treatment temperature is 900 ° C. or more and 950 ° C. or less, it is above the solid line graph (formula 1), and in the region where the heat treatment temperature is 950 ° C. or more and 1000 ° C. or less, the dotted line graph (formula 2 The region above the graph) is a region that satisfies the above relationship. Further, as the above relationship, a relationship between the carbide area ratio and the heat treatment temperature of 900 ° C. ≦ X ≦ 950 ° C. and 8% ≦ Y ≦ 12% may be adopted. This relationship is shown as a shaded portion in FIG.

加熱工程S21においては、第1の実施形態に係る軸受部品の製造方法と同様に、加工対象物を局所的に加熱する手段であれば任意の方法を用いることができる。例えば、加工対象物を局所的に加熱する手段として、誘導加熱を用いることができる。   In the heating step S <b> 21, any method can be used as long as it is a means for locally heating the workpiece, as in the method for manufacturing the bearing component according to the first embodiment. For example, induction heating can be used as means for locally heating the workpiece.

加熱工程S21においては、上記の関係を満足するように、熱処理温度、均熱時間(加工対象物の温度が熱処理温度を含む一定の温度範囲に維持される時間)を決定する。   In the heating step S21, the heat treatment temperature and the soaking time (the time during which the temperature of the object to be processed is maintained in a certain temperature range including the heat treatment temperature) are determined so as to satisfy the above relationship.

加工対象物を冷却する前に、上述のように加工対象物の温度を一定の温度範囲内に入るように維持する場合、熱処理温度は、当該一定の温度範囲内に入るように維持されている期間(例えば冷却開始前60秒から冷却開始までの期間、または冷却開始前30秒から冷却開始までの期間)における加工対象物の上記表面温度の平均値であってもよい。熱処理温度は加工対象物を冷却する前において、加工対象物の表面温度がある程度変化している(例えば徐々に当該表面温度が上昇している)場合、熱処理温度は、冷却開始前の一定の期間(例えば冷却開始前60秒から冷却開始までの期間、または冷却開始前30秒から冷却開始までの期間)において変化している表面温度のうち最も高くなった温度(最高加熱温度)であってもよい。   When the temperature of the workpiece is maintained within a certain temperature range as described above before the workpiece is cooled, the heat treatment temperature is maintained within the certain temperature range. The average value of the surface temperature of the workpiece in a period (for example, a period from 60 seconds before the start of cooling to the start of cooling, or a period from 30 seconds before the start of cooling to the start of cooling) may be used. When the surface temperature of the object to be processed has changed to some extent before the object to be processed is cooled (for example, the surface temperature gradually increases), the heat treatment temperature is maintained for a certain period before the start of cooling. Even if it is the highest temperature (maximum heating temperature) among the surface temperatures that are changing (for example, the period from 60 seconds before the start of cooling to the start of cooling, or the period from 30 seconds before the start of cooling to the start of cooling). Good.

均熱時間は、例えば加工対象物において加熱されている部分の表面温度が上記熱処理温度以上になった後、当該熱処理温度を含む所定の温度範囲(例えば熱処理温度±30℃の温度範囲)に維持されている時間(より好ましくは熱処理温度以上の所定の温度範囲に維持されている時間)である。実用的には、均熱時間として、加工対象物の加熱されている部分の表面温度が上記熱処理温度以上になってから加工対象物の冷却が開始されるまでの時間を用いることができる。   The soaking time is maintained within a predetermined temperature range including the heat treatment temperature (for example, a heat treatment temperature ± 30 ° C. temperature range) after the surface temperature of the heated part of the workpiece becomes equal to or higher than the heat treatment temperature, for example. It is the time (more preferably the time during which the temperature is maintained within a predetermined temperature range equal to or higher than the heat treatment temperature). Practically, as the soaking time, the time from when the surface temperature of the heated part of the workpiece is equal to or higher than the heat treatment temperature until the cooling of the workpiece is started can be used.

図5は、第2の実施形態に係る軸受部品の製造方法における加熱工程S21でのヒートパターンの一例を示すグラフである。図6は、第2の実施形態に係る軸受部品の製造方法における加熱工程S21でのヒートパターンの別の例を示すグラフである。図5及び図6においては、横軸が時間(単位:秒)を示しており、縦軸が熱処理温度(単位:℃)を示している。図5には、熱処理温度を900℃として、均熱時間を約60秒とした場合が示されている。図5には、均熱時間中の熱処理温度がほぼ設定値通りになっている場合が示されている。図6には、均熱時間を約30秒とし、均熱時間中の熱処理温度がある程度変動した場合が示されている。   FIG. 5 is a graph showing an example of a heat pattern in the heating step S21 in the method for manufacturing a bearing component according to the second embodiment. FIG. 6 is a graph showing another example of a heat pattern in the heating step S21 in the method for manufacturing a bearing component according to the second embodiment. 5 and 6, the horizontal axis indicates time (unit: second), and the vertical axis indicates the heat treatment temperature (unit: ° C.). FIG. 5 shows a case where the heat treatment temperature is 900 ° C. and the soaking time is about 60 seconds. FIG. 5 shows a case where the heat treatment temperature during the soaking time is substantially as set. FIG. 6 shows a case where the soaking time is about 30 seconds and the heat treatment temperature during the soaking time varies to some extent.

第2の実施形態に係る軸受部品の製造方法における冷却工程S22は、第1の実施形態に係る軸受部品の製造方法と同様である。すなわち、第2の実施形態に係る軸受部品の製造方法においては、冷却工程S22は、加工対象物の冷却が行われる。加工対象物の冷却には、従来周知の任意の冷媒を用いて行われる。加工対象物は、例えばM点以下の温度にまで冷却されてもよい。 The cooling step S22 in the bearing component manufacturing method according to the second embodiment is the same as the bearing component manufacturing method according to the first embodiment. That is, in the method for manufacturing a bearing component according to the second embodiment, in the cooling step S22, the workpiece is cooled. Cooling of the workpiece is performed using any conventionally known refrigerant. For example, the workpiece may be cooled to a temperature equal to or lower than the MS point.

誘導加熱は、加熱装置の立ち上げ、立ち下げを容易に行うことができる。そのため、誘導加熱は、小ロットでの軸受部品の製造に適している。したがって、第2の実施形態に係る軸受部品の製造方法において、加工対象物を局所的に加熱する手段として誘導加熱を用いた場合、雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上の品質の軸受部品を小ロットで容易に製造することができる。   In the induction heating, the heating device can be easily started up and down. Therefore, induction heating is suitable for manufacturing bearing parts in a small lot. Therefore, in the method for manufacturing a bearing component according to the second embodiment, when induction heating is used as a means for locally heating a workpiece, a bearing component having a quality equal to or higher than that when using atmospheric furnace heat treatment is used. It can be easily manufactured in small lots.

第2の実施形態に係る軸受部品の製造方法において、加工対象部品を構成する鋼は高炭素クロム軸受鋼であってもよい。この場合、高炭素クロム軸受鋼からなる軸受部品について、雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上の熱処理後の品質を確保することができる。   In the method for manufacturing a bearing part according to the second embodiment, the steel constituting the part to be processed may be a high carbon chromium bearing steel. In this case, the quality after the heat treatment equivalent to or higher than that in the case of using the atmospheric furnace heat treatment can be ensured for the bearing component made of the high carbon chromium bearing steel.

第2の実施形態に係る軸受部品の製造方法において、熱処理工程S20では、
900℃≦X≦950℃
8%≦Y≦12%
という関係を満足するように、熱処理の条件が決定されていてもよい。この場合、熱処理後の加工対象物の品質を、確実に雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上にすることができる。
In the bearing component manufacturing method according to the second embodiment, in the heat treatment step S20,
900 ℃ ≦ X ≦ 950 ℃
8% ≦ Y ≦ 12%
The conditions for the heat treatment may be determined so as to satisfy the relationship. In this case, the quality of the workpiece after the heat treatment can be reliably made equal to or higher than that when the atmosphere furnace heat treatment is used.

<熱処理条件の導出の基本的な考え方>
本発明者の検討によれば、雰囲気炉熱処理に対する誘導加熱等の局所的な加熱を行う熱処理方法の相違点のうち、軸受特性に影響を及ぼすと考えられる相違点が2点存在する。1つ目の相違点は、誘導加熱が高温短時間加熱であるという点である。また、2つ目の相違点は、誘導加熱では炭素の溶け込み量を部品内で一定にすることが原理的に難しく、炭素の溶け込み量(炭素固溶量)が部品内でばらつきをもつ点である。
<Basic concept for derivation of heat treatment conditions>
According to the study of the present inventor, there are two differences that are considered to affect the bearing characteristics among the differences in the heat treatment method that performs local heating such as induction heating with respect to the atmospheric furnace heat treatment. The first difference is that induction heating is high-temperature and short-time heating. The second difference is that, in principle, it is difficult for induction heating to make the carbon penetration constant within the part, and the carbon penetration (carbon solid dissolution) varies within the part. is there.

軸受部品中の炭素固溶量のばらつきは、軸受部品の経年寸法安定性、静的負荷容量、圧壊値に影響を及ぼすと予想される。そこで、これらの特性の値が雰囲気炉熱処理品と同等以上となる炭素固溶量の上下限を調査すれば、軸受部品内部での許容炭素固溶濃度範囲とみなすことができる。   Variations in the amount of carbon dissolved in bearing parts are expected to affect the aging stability, static load capacity, and crushing value of bearing parts. Therefore, if the upper and lower limits of the carbon solid solution amount in which the values of these characteristics are equal to or higher than those of the atmosphere furnace heat treated product are investigated, it can be regarded as the allowable carbon solid solution concentration range inside the bearing part.

熱処理温度も、上記特性に影響を及ぼすと予想される。そのため、これらの特性の値が雰囲気炉熱処理品と同等以上となる熱処理温度の範囲を調査することで、熱処理温度の許容範囲を決定する。   Heat treatment temperature is also expected to affect the above properties. Therefore, the allowable range of the heat treatment temperature is determined by investigating the range of the heat treatment temperature at which these characteristic values are equal to or higher than those of the atmosphere furnace heat treatment product.

そして、上述した炭素固溶量の範囲と加熱温度の範囲を用いることで、その範囲に軸受部品全体が含まれている場合、雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質があると判断することができる。そこで、炭素固溶量と熱処理温度の軸受特性に与える影響を調査し、雰囲気炉熱処理品と同等の品質を得られる条件を以下のような試験により求めた。   Then, by using the above-described range of the carbon solid solution amount and the range of the heating temperature, when the entire bearing component is included in the range, it can be determined that the quality is equal to or higher than that of the atmosphere furnace heat treatment product. . Therefore, the effects of the carbon solid solution amount and the heat treatment temperature on the bearing characteristics were investigated, and the conditions for obtaining the same quality as the atmosphere furnace heat treatment product were obtained by the following tests.

なお、炭素固溶量を直接測定することは困難である。そのため、代替指標として熱処理後の加工対象物(軸受部品)における炭化物面積率を用いた。炭化物面積率からおおよその炭素固溶量を算出することが可能である。   It is difficult to directly measure the amount of carbon solid solution. Therefore, the carbide area ratio in the workpiece (bearing part) after heat treatment was used as an alternative index. It is possible to calculate an approximate amount of carbon solid solution from the carbide area ratio.

<熱処理条件の導出に用いた試料について>
(1)試料
試験に用いた試料の材料の化学成分を表に示す。
<Samples used to derive heat treatment conditions>
(1) Sample The chemical composition of the sample material used in the test is shown in the table.

Figure 2018109204
Figure 2018109204

上述した化学成分の材料において、炭化物がすべてFeCからなると仮定して、上記の炭素濃度から熱処理前の炭化物面積率を計算すると、15.1%となる。 Assuming that all the carbides are composed of Fe 3 C in the material of the chemical component described above, the carbide area ratio before the heat treatment is calculated from the above-described carbon concentration to be 15.1%.

(2)熱処理方法
以下の試験に用いる試料においては、炭化物面積率の試験水準を4%、8%、12%とした。また、加熱温度の試験水準を900℃、950℃、1000℃とした。なお、上記材料において炭化物面積率を4%、8%、12%にするための各加熱温度における熱処理時間(均熱時間)は、以下の表2に示す通りである。
(2) Heat treatment method In the samples used in the following tests, the carbide area ratio test levels were 4%, 8%, and 12%. Moreover, the test level of heating temperature was 900 degreeC, 950 degreeC, and 1000 degreeC. In addition, the heat treatment time (soaking time) at each heating temperature for setting the carbide area ratio to 4%, 8%, and 12% in the above materials is as shown in Table 2 below.

Figure 2018109204
Figure 2018109204

表2は、各加熱温度を採用した場合の、所定の炭化物面積率を得るために必要な熱処理時間(単位:秒)を示している。例えば、表2に示されるように、加熱温度が900℃の場合に、炭化物面積率を4%とするために必要な熱処理時間は316秒である。   Table 2 shows the heat treatment time (unit: seconds) required to obtain a predetermined carbide area ratio when each heating temperature is employed. For example, as shown in Table 2, when the heating temperature is 900 ° C., the heat treatment time necessary for setting the carbide area ratio to 4% is 316 seconds.

試験に用いる試料において、上述した炭化物面積率を実現するため、以下のような熱処理を行った。試験に用いる試料には、JIS4805:2008に規定されるSUJ2からなる鋼リングを用いた。鋼リングの外径は、60.3mmであり、内径は53.7mmであり、軸方向での幅は15.3mmである。   In the sample used for the test, the following heat treatment was performed in order to realize the above-described carbide area ratio. As a sample used for the test, a steel ring made of SUJ2 defined in JIS 4805: 2008 was used. The outer diameter of the steel ring is 60.3 mm, the inner diameter is 53.7 mm, and the width in the axial direction is 15.3 mm.

加熱工程S21は、不活性ガス中において、シングルターンコイルを用いた誘導加熱により行った。シングルターンコイルに接続された(シングルターンコイルへ電力を供給するための)電源の出力は、鋼リング表面(シングルターンコイルにより誘導加熱されている部分の表面)の実測温度をフィードバックして制御された。鋼リングの表面の温度は、所定の温度(具体的には900℃、950℃または1000℃)まで昇温された。なお、熱処理開始時点から鋼リング表面の温度が上述した所定の温度まで上昇するまでに、約5秒を要した。   The heating step S21 was performed by induction heating using a single turn coil in an inert gas. The output of the power supply (to supply power to the single turn coil) connected to the single turn coil is controlled by feeding back the measured temperature of the steel ring surface (the surface of the part that is inductively heated by the single turn coil). It was. The surface temperature of the steel ring was raised to a predetermined temperature (specifically, 900 ° C., 950 ° C. or 1000 ° C.). In addition, it took about 5 seconds until the temperature of the steel ring surface rose to the predetermined temperature described above from the start of the heat treatment.

所定の温度まで鋼リング表面が昇温された後、当該所定の温度でリングを特定時間(熱処理時間)保持する(均熱処理する)ように、シングルターンコイルへの供給電力が制御された。   After the surface of the steel ring was heated to a predetermined temperature, the power supplied to the single turn coil was controlled so that the ring was held at the predetermined temperature for a specific time (heat treatment time) (soaking).

その後、冷却工程S22を行い、鋼リングを冷却した。冷却方法としては、温度70℃の油中に鋼リングを浸漬することで鋼リングを冷却した(焼入処理)。このような熱処理のヒートパターンは、例えば図5に示したヒートパターンを採用することができる。   Then, cooling process S22 was performed and the steel ring was cooled. As a cooling method, the steel ring was cooled by immersing the steel ring in oil at a temperature of 70 ° C. (quenching treatment). As the heat pattern for such heat treatment, for example, the heat pattern shown in FIG. 5 can be adopted.

冷却工程S22の後、焼戻工程S23を行った。焼戻の条件は、標準的な条件である焼戻温度180℃、保持時間2時間とした。   A tempering step S23 was performed after the cooling step S22. The tempering conditions were a standard tempering temperature of 180 ° C. and a holding time of 2 hours.

<経年寸法安定性試験>
軸受は使用中に残留オーステナイトの分解にともない寸法が変化する。寸法変化は軸受の精度を低下させるため、一定基準以下であることが求められる。
<Aged dimensional stability test>
The bearings change in size as the retained austenite decomposes during use. Since the dimensional change reduces the accuracy of the bearing, it is required to be below a certain standard.

(1)試料
上述した熱処理工程S20の後、試料を研磨することにより、外径60mm、内径54mm、軸方向の幅15mmであるリング状の試料を準備した。試料としては、表2に示したように上述した熱処理における加熱温度(900℃、950℃、1000℃)と炭化物面積率との組合せにより、9種類準備した。
(1) Sample After the heat treatment step S20 described above, the sample was polished to prepare a ring-shaped sample having an outer diameter of 60 mm, an inner diameter of 54 mm, and an axial width of 15 mm. As shown in Table 2, nine types of samples were prepared by combining the heating temperature (900 ° C., 950 ° C., 1000 ° C.) and the carbide area ratio in the heat treatment described above.

(2)試験及び結果
上述した9種類の試料について、加熱温度230℃、保持時間2時間という条件での処理の前後での外形寸法の変化を測定した。その結果を表3に示す。
(2) Test and Results For the nine types of samples described above, changes in the external dimensions before and after treatment under the conditions of a heating temperature of 230 ° C. and a holding time of 2 hours were measured. The results are shown in Table 3.

Figure 2018109204
Figure 2018109204

なお、ここで寸法変化率とは、上記処理前の試料の外径をD、処理後の試料の外径をDとした場合に、(D−Dの絶対値)/Dと定義される。試料での外径の測定位置は高温保持前後で同一箇所とした。外径の測定は、リング状の試料の中心から見て90°交差する2方向において評価した。また、各水準についてn=3とした。 Here, the dimensional change rate is (the absolute value of D 1 −D 0 ) / D 0 when the outer diameter of the sample before the treatment is D 0 and the outer diameter of the sample after the treatment is D 1. Is defined. The measurement position of the outer diameter of the sample was the same before and after holding at high temperature. The measurement of the outer diameter was evaluated in two directions intersecting 90 ° when viewed from the center of the ring-shaped sample. In addition, n = 3 for each level.

表3では、寸法変化率が70×10-5未満を雰囲気炉熱処理品と同等以上であると見做して合格(OKの判定)とした。表3では、寸法変化率が70×10-5以上を不合格(NGの判定)とした。表3からわかるように、本結果より雰囲気炉熱処理品と同等以上の経年寸法安定性を確保可能な試料は、熱処理温度が900℃及び950℃の場合に炭化物面積率が8%、12%となる試料であり、熱処理温度が1000℃の場合に炭化物面積率が12%となる試料である。 In Table 3, a dimensional change rate of less than 70 × 10 −5 was regarded as being equivalent to or higher than that of the atmosphere furnace heat treated product, and was determined to be acceptable (OK determination). In Table 3, a dimensional change rate of 70 × 10 −5 or more was regarded as unacceptable (NG judgment). As can be seen from Table 3, from this result, the samples capable of securing aged dimensional stability equal to or higher than that of the atmosphere furnace heat treated product have a carbide area ratio of 8% and 12% when the heat treatment temperatures are 900 ° C. and 950 ° C. This is a sample whose carbide area ratio is 12% when the heat treatment temperature is 1000 ° C.

また、上述した試験データより近似関数を求め、寸法変化率が70×10-5未満となる条件を求めると、熱処理温度が900℃の場合、炭化物面積率は4.0%以上、熱処理温度が950℃の場合、炭化物面積率は4.8%以上、熱処理温度が1000℃の場合、炭化物面積率は8.9%以上となる。 Further, when an approximate function is obtained from the test data described above and the condition that the dimensional change rate is less than 70 × 10 −5 is obtained, when the heat treatment temperature is 900 ° C., the carbide area ratio is 4.0% or more and the heat treatment temperature is In the case of 950 ° C., the carbide area ratio is 4.8% or more, and in the case where the heat treatment temperature is 1000 ° C., the carbide area ratio is 8.9% or more.

<静的負荷容量試験>
軸受に大荷重が作用すると塑性変形が生じる。しかしながら、軸受の転動体がスムーズに転がるためには、当該転動体の塑性変形量が転動体直径の1/10000以下であることが求められる。
<Static load capacity test>
When a large load is applied to the bearing, plastic deformation occurs. However, in order for the rolling element of the bearing to roll smoothly, the amount of plastic deformation of the rolling element is required to be 1 / 10,000 or less of the diameter of the rolling element.

(1)試料
上述した熱処理工程S20の後のリングに対して研磨及びワイヤーカットを行うことにより、サイズが縦6mm×横15mm×厚み3mmの試料とした。試料における6mm×15mmの面を鏡面研磨した。上述した経年寸法安定性試験と同様に、加熱温度と炭化物面積率との組合せにより試料を9種類準備した。
(1) Sample A sample having a size of 6 mm long × 15 mm wide × 3 mm thick was obtained by polishing and wire cutting the ring after the heat treatment step S20 described above. A 6 mm × 15 mm surface of the sample was mirror-polished. Nine types of samples were prepared by combining the heating temperature and the carbide area ratio in the same manner as in the aged dimensional stability test described above.

また、比較のため、同じ組成の試料に対して熱処理として雰囲気炉熱処理を行った後、機械加工を行って同様のサイズとした試料(比較例の試料)も準備した。   For comparison, a sample (comparative example sample) having the same size was prepared by performing an atmosphere furnace heat treatment as a heat treatment on a sample having the same composition and then performing machining.

(2)試験及び結果
試料において上述した鏡面研磨した表面に、3/8インチのセラミックス製ボールを一定の試験荷重で押し付けた。そして、当該表面において塑性変形により生じた圧痕の深さを評価した。試験荷重は、ヘルツ接触のPmax 4GPaに相当する471Nとした。また、各水準についてn=3とした。その結果を表4に示す。
(2) Test and Results A 3/8 inch ceramic ball was pressed against the mirror-polished surface of the sample with a constant test load. And the depth of the indentation produced by the plastic deformation in the said surface was evaluated. The test load was 471 N corresponding to Pmax 4 GPa in Hertz contact. In addition, n = 3 for each level. The results are shown in Table 4.

Figure 2018109204
Figure 2018109204

表4の圧痕深さの欄は、各試料について複数測定した圧痕深さの平均値を示している。表4の標準偏差の欄は、当該圧痕深さのデータの標準偏差を示している。そして、表4の判定の欄では、有意水準95%で雰囲気炉熱処理の試料より圧痕がつきにくいものを合格(OK)と表示し、圧痕がつきやすいものを不合格(NG)と表示した。また、上記基準に当てはまらないものについては判定の欄に”−”と表示した。   The column of indentation depth in Table 4 shows an average value of indentation depths measured for each sample. The column of standard deviation in Table 4 shows the standard deviation of the indentation depth data. And in the column of judgment of Table 4, the thing which is hard to make an indentation from the sample of atmosphere furnace heat treatment with a significance level of 95% is displayed as pass (OK), and the thing which is easy to make an indentation is displayed as failure (NG). In addition, "-" is displayed in the judgment column for items that do not meet the above criteria.

この結果より、判定の欄の表示がOK及び”−”となっている試料が、雰囲気炉熱処理品と同等以上の静的負荷容量を示すことがわかる。なお、具体的には熱処理温度が900℃及び950℃の場合に炭化物面積率が8%、12%となる試料が、雰囲気炉熱処理品と同等以上の静的負荷容量を示している。   From this result, it can be seen that the sample in which the display in the judgment column is OK and “−” shows a static load capacity equal to or higher than that of the atmosphere furnace heat treatment product. Specifically, when the heat treatment temperatures are 900 ° C. and 950 ° C., the samples having a carbide area ratio of 8% and 12% show a static load capacity equal to or higher than that of the atmospheric furnace heat treatment product.

また、上述した試験データから近似関数を求め、標準偏差を0.015μmとした場合に雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質を確保できる範囲を計算すると、熱処理温度が900℃の場合、炭化物面積率は2.2%以上、熱処理温度が950℃の場合、炭化物面積率は4.8%以上、熱処理温度が1000℃の場合、炭化物面積率は13.2%以上、となる。   In addition, when an approximate function is obtained from the test data described above and a standard deviation is set to 0.015 μm and a range that can ensure a quality equivalent to or better than that of an atmosphere furnace heat treatment product is calculated, when the heat treatment temperature is 900 ° C., the carbide area ratio When the heat treatment temperature is 950 ° C., the carbide area ratio is 4.8% or more, and when the heat treatment temperature is 1000 ° C., the carbide area ratio is 13.2% or more.

<圧壊強度試験>
軸受に圧壊強さが求められる場合があり、以下のような試験を行った。
<Crush strength test>
The crushing strength may be required for the bearing, and the following tests were conducted.

(1)試料
上述した熱処理工程S20の後に試料を研磨することで、サイズが外径60mm、内径54mm、軸方向の幅15mmであるリング状の試料を準備した。試料としては、表2に示したように上述した熱処理における加熱温度(900℃、950℃、1000℃)と炭化物面積率との組合せにより、9種類準備した。また、各水準についてn=3とした。
(1) Sample A ring-shaped sample having an outer diameter of 60 mm, an inner diameter of 54 mm, and an axial width of 15 mm was prepared by polishing the sample after the heat treatment step S20 described above. As shown in Table 2, nine types of samples were prepared by combining the heating temperature (900 ° C., 950 ° C., 1000 ° C.) and the carbide area ratio in the heat treatment described above. In addition, n = 3 for each level.

また、比較のため、同じ組成の試料に対して熱処理として雰囲気炉熱処理を行った後に、機械加工を行って同様のサイズとした試料(比較例の試料)も準備した。   For comparison, a sample (comparative example sample) having the same size was prepared by performing an atmosphere furnace heat treatment as a heat treatment on a sample having the same composition and then performing machining.

(2)試験及び結果
各試料について、径方向から資料を挟んで一定速度で荷重を負荷し、圧壊に至る荷重を測定した。また、その荷重から破壊応力を計算した。その結果を表5に示す。
(2) Test and Results For each sample, a load was applied at a constant speed with a material sandwiched from the radial direction, and the load that resulted in crushing was measured. Moreover, the fracture stress was calculated from the load. The results are shown in Table 5.

Figure 2018109204
Figure 2018109204

表5の判定の欄には、標準偏差を考慮しても雰囲気炉熱処理品より圧壊強度が低いものを不合格(NG)と表示し、標準偏差を考慮すれば雰囲気炉熱処理品と同等以上の圧壊強度を確保可能なものについて”−”と表示した。   In the judgment column of Table 5, those having a crushing strength lower than that of the atmosphere furnace heat treated product even if the standard deviation is taken into consideration are displayed as “NG” (NG). “−” Is indicated for the material that can secure the crushing strength.

この結果より、判定の欄の表示が”−”となっている試料が、雰囲気炉熱処理品と同等以上の圧壊強度を示し得ることがわかる。なお、具体的には熱処理温度が900℃及び950℃の場合に炭化物面積率が8%、12%となる試料が、雰囲気炉熱処理品と同等以上の圧壊強度を示し得る。   From this result, it can be seen that the sample in which the display in the judgment column is “−” can show a crushing strength equivalent to or higher than that of the atmosphere furnace heat treatment product. Specifically, when the heat treatment temperatures are 900 ° C. and 950 ° C., a sample with a carbide area ratio of 8% or 12% can exhibit a crushing strength equal to or higher than that of the atmosphere furnace heat treatment product.

また、上述した試験データから近似関数を求め、標準偏差を150MPaとした場合に雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質を確保できる範囲を計算すると、熱処理温度が900℃の場合、炭化物面積率は4.0%以上、熱処理温度が950℃の場合、炭化物面積率は5.4%以上、熱処理温度が1000℃の場合、炭化物面積率は9.3%以上、となる。   Further, when an approximate function is obtained from the test data described above and a range in which a quality equivalent to or better than that of the atmospheric furnace heat treatment product can be secured when the standard deviation is 150 MPa, the carbide area ratio is 4 when the heat treatment temperature is 900 ° C. When the heat treatment temperature is 950 ° C., the carbide area ratio is 5.4% or more, and when the heat treatment temperature is 1000 ° C., the carbide area ratio is 9.3% or more.

<熱処理条件の検討>
以上の結果より、JIS4805:2008に規定されるSUJ2などの高炭素クロム軸受鋼の焼入に誘導加熱のような高温短時間加熱の手段を用いた場合、雰囲気炉熱処理品と同等以上の性能を確実に実現できるのは、熱処理温度が900℃及び950℃で炭化物面積率が8%、12%の場合である。
<Examination of heat treatment conditions>
From the above results, when high temperature short time heating means such as induction heating is used for quenching of high carbon chrome bearing steel such as SUJ2 as defined in JIS 4805: 2008, performance equal to or better than that of atmosphere furnace heat treated products is obtained. This can be reliably realized when the heat treatment temperatures are 900 ° C. and 950 ° C. and the carbide area ratio is 8% and 12%.

各データをみると、いずれの試験結果も熱処理温度、炭化物面積率に対して単調増加もしくは単調減少となっている。そのため、今回得られた4点に囲まれる領域(図4の斜線で示された領域)に対応する熱処理条件によっても雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質を実現できると考えられる。   Looking at each data, all the test results are monotonously increasing or monotonically decreasing with respect to the heat treatment temperature and carbide area ratio. Therefore, it is considered that the quality equivalent to or higher than that of the atmosphere furnace heat-treated product can be realized even by the heat treatment condition corresponding to the region surrounded by the four points obtained this time (the region indicated by the oblique lines in FIG. 4).

したがって、雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質を確実に確保できるのは、熱処理温度900℃以上950℃以下、かつ炭化物面積率が8%以上12%以下の間の領域である。   Therefore, it is in the region where the heat treatment temperature is 900 ° C. or more and 950 ° C. or less and the carbide area ratio is 8% or more and 12% or less that can ensure the same or better quality as the atmosphere furnace heat treatment product.

また、各試験結果の近似関数から求めた、雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質となる炭化物面積率の範囲を表6に示す。   Table 6 shows the range of the carbide area ratio obtained from the approximate function of each test result and having a quality equivalent to or better than that of the atmosphere furnace heat-treated product.

Figure 2018109204
Figure 2018109204

表6に示される炭化物面積率の範囲と熱処理温度との関係について、近似関数を求めると(なお、以下の条件式中において、Yは炭化物面積率(%)、Xは熱処理温度(℃)である)、
経年寸法 :
6.600×10-42−1.205X+5.539×102<Y (条件式1)
静的負荷容量 :
1.160×10-32−2.094X+9.472×102<Y (条件式2)
圧壊試験 :
5.000×10-42−8.970×10-1X+4.063×102<Y (条件式3)
となる。
When an approximate function is obtained for the relationship between the carbide area ratio range and the heat treatment temperature shown in Table 6 (in the following conditional expressions, Y is the carbide area ratio (%), and X is the heat treatment temperature (° C.)). is there),
Aged dimensions:
6.600 × 10 −4 X 2 −1.205X + 5.539 × 10 2 <Y (conditional expression 1)
Static load capacity:
1.160 × 10 −3 X 2 −2.094X + 9.472 × 10 2 <Y (Condition 2)
Crush test:
5.000 × 10 −4 X 2 −8.970 × 10 −1 X + 4.063 × 10 2 <Y (conditional expression 3)
It becomes.

そして、雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質が確保できる範囲は、熱処理温度Xが900℃以上1000℃以下の範囲において炭化物面積率Yが上記条件式1〜3を満たす場合である。   And the range which can ensure the quality equivalent to or better than the atmosphere furnace heat treated product is the case where the carbide area ratio Y satisfies the above conditional expressions 1 to 3 in the heat treatment temperature X range of 900 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

ここで、熱処理温度900℃以上1000℃以下の範囲では、条件式1を満たすXは常に条件式3も満足する。したがって、条件式3は考慮しなくてもよい。このため、雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質が確保できる範囲は、熱処理温度900℃以上1000℃以下の範囲において、炭化物面積率Yが条件式1及び条件式2を満たす場合である。   Here, in the range of the heat treatment temperature of 900 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, X satisfying conditional expression 1 always satisfies conditional expression 3. Therefore, conditional expression 3 need not be considered. For this reason, the range which can ensure the quality equivalent to or better than the atmosphere furnace heat treated product is a case where the carbide area ratio Y satisfies the conditional expression 1 and the conditional expression 2 in the heat treatment temperature range of 900 ° C. to 1000 ° C.

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。   Although the embodiment of the present invention has been described above, the above-described embodiment can be variously modified. Further, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

上記の実施形態は、誘導加熱を用いた軸受部品及びその製造に特に有利に適用される。   The above embodiments are particularly advantageously applied to bearing parts using induction heating and their manufacture.

S10 材料準備工程、S20 熱処理工程、S21 加熱工程、S22 冷却工程、S23 焼戻工程、S30 後処理工程、S40 組立工程、X 熱処理温度、Y 炭化物面積率。   S10 Material preparation step, S20 heat treatment step, S21 heating step, S22 cooling step, S23 tempering step, S30 post-treatment step, S40 assembly step, X heat treatment temperature, Y carbide area ratio.

Claims (8)

鋼製の加工対象物を準備する工程と、
前記加工対象物をA以上1000℃以下の熱処理温度に局所的に加熱し、その後に冷却する熱処理を行う熱処理工程とを備え、
前記熱処理工程における前記加熱は、実質的に水素を含まない雰囲気中で行われる、軸受部品の製造方法。
Preparing a steel workpiece,
A heat treatment step of locally heating the workpiece to a heat treatment temperature of A 1 or more and 1000 ° C. or less and then performing a heat treatment for cooling,
The method for manufacturing a bearing component, wherein the heating in the heat treatment step is performed in an atmosphere substantially free of hydrogen.
前記熱処理工程における前記加熱は、不活性ガス中で行われる、請求項1に記載の軸受部品の製造方法。   The method for manufacturing a bearing component according to claim 1, wherein the heating in the heat treatment step is performed in an inert gas. 前記熱処理工程は、前記加工対象物の焼戻しを行う工程を有し、
前記冷却が行われた後であって、前記焼戻しが行われる前における前記加工対象物中の拡散性水素量は、0.1質量ppm以下である、請求項1に記載の軸受部品の製造方法。
The heat treatment step includes a step of tempering the workpiece.
The method for manufacturing a bearing part according to claim 1, wherein the amount of diffusible hydrogen in the workpiece after the cooling is performed and before the tempering is 0.1 mass ppm or less. .
前記熱処理温度は、900℃以上1000℃以下であり、
前記熱処理工程では、前記熱処理工程後の前記加工対象物の炭化物面積率をY(単位:%)とし、前記熱処理温度をX(単位:℃)としたときに、
6.600×10−4−1.205X+5.539×10<Y
1.160×10−3−2.094X+9.472×10<Y
という関係を満足するように、前記熱処理の条件が決定されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の軸受部品の製造方法。
The heat treatment temperature is 900 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower,
In the heat treatment step, when the carbide area ratio of the workpiece after the heat treatment step is Y (unit:%) and the heat treatment temperature is X (unit: ° C.),
6.600 × 10 −4 X 2 −1.205X + 5.539 × 10 2 <Y
1.160 × 10 −3 X 2 −2.094X + 9.472 × 10 2 <Y
The method for manufacturing a bearing part according to any one of claims 1 to 3, wherein the conditions for the heat treatment are determined so as to satisfy the relationship.
前記熱処理工程では、
900℃≦X≦950℃
8%≦Y≦12%
という関係を満足するように、前記熱処理の条件が決定されている、請求項4に記載の軸受部品の製造方法。
In the heat treatment step,
900 ℃ ≦ X ≦ 950 ℃
8% ≦ Y ≦ 12%
The manufacturing method of the bearing component according to claim 4, wherein the conditions for the heat treatment are determined so as to satisfy the relationship.
前記熱処理工程では、前記加工対象物を誘導加熱により加熱する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の軸受部品の製造方法。   The method for manufacturing a bearing part according to claim 1, wherein in the heat treatment step, the workpiece is heated by induction heating. 前記加工対象物を構成する前記鋼は、高炭素クロム軸受鋼である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の軸受部品の製造方法。   The said steel which comprises the said workpiece is a manufacturing method of the bearing components of any one of Claims 1-6 which are high carbon chromium bearing steel. 焼入れ後であって、焼き戻し前の拡散性水素量が0.1質量ppm以下である、軸受部品。   A bearing component that is after quenching and has an amount of diffusible hydrogen before tempering of 0.1 mass ppm or less.
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