JP2019065365A - Manufacturing method of bearing part - Google Patents

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Abstract

To provide a method for manufacturing a bearing part capable of implementing characteristics equal to or more than those manufactured by using an atmospheric furnace heat treatment.SOLUTION: The method for manufacturing a bearing part includes a process for preparing a steel part to be processed for the bearing part, and a process for performing heat treatment for cooling the part to be processed after heating the part. The heat treatment process includes heating the part to a heat treatment temperature of 900°C or more and 1000°C or less by locally heating the part, and cooling the part to be processed which is heated by using an oil cooling agent. In the heat treatment process, when the carbide area ratio in the part after the heat treatment is Y (unit: %) and the heat treatment temperature is X (unit: °C), the condition of the heat treatment is determined such that 6.600×10X-1.205X+5.539×10<Y and 1.160×10X-2.094X+9.472×10<Y are satisfied.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

この発明は、軸受部品の製造方法に関し、より特定的には熱処理を含む軸受部品の製造方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a bearing component, and more particularly to a method of manufacturing a bearing component including heat treatment.

軸受部品の製造工程における熱処理には通常雰囲気炉熱処理が用いられる。しかし、熱処理炉の立ち上げや雰囲気調整に時間を要するため、熱処理炉を容易に停止できないという欠点がある。また、雰囲気炉熱処理は大量生産を前提としているため、軸受部品の小ロット生産には適さない。   Atmosphere furnace heat treatment is usually used for heat treatment in the manufacturing process of bearing components. However, since it takes time to start up the heat treatment furnace and adjust the atmosphere, there is a disadvantage that the heat treatment furnace can not be easily stopped. In addition, atmosphere furnace heat treatment is not suitable for small lot production of bearing parts because mass production is assumed.

このような欠点を解決できる熱処理方法の1つとして誘導加熱を用いた熱処理が挙げられる。誘導加熱は加熱時間が短時間であり、また軸受部品を個別に処理する(一個処理)ことを基本とするため、小ロット生産に適している。また、上述した熱処理炉に比べれば、誘導加熱装置の立ち上げ、立ち下げは瞬時にできるため、上記熱処理炉のように当該熱処理炉を常時稼働させておくために常に人員を配置する必要がない。これらの利点から、炭素濃度が0.5%程度の鋼材からなる機械部品の熱処理に対して、誘導加熱は広く用いられている。   As one of heat treatment methods capable of solving such a defect, heat treatment using induction heating can be mentioned. The induction heating is suitable for small lot production because the heating time is short and the bearing parts are treated individually (one treatment). Further, compared to the above-described heat treatment furnace, the induction heating apparatus can be activated and deactivated instantaneously, so it is not necessary to always arrange personnel in order to keep the heat treatment furnace operated as in the above heat treatment furnace. . From these advantages, induction heating is widely used for heat treatment of machine parts made of steel with a carbon concentration of about 0.5%.

また、軸受部品の材料の一例である高炭素クロム軸受鋼(たとえばJIS規格SUJ2)からなる部品の全体焼入に誘導加熱を適用する技術としては、たとえば特開2006−083412号公報に開示されたものがある。上記特開2006−083412号公報では、加熱温度と加熱時間をあらかじめ決められた範囲内に収めるように制御する技術が開示されている。しかし、上記特開2006−083412号公報では、加熱温度、加熱時間の具体的な範囲および加熱後の冷却方法ならびにその決定理由は開示されていない。   Further, as a technique of applying induction heating to the entire hardening of a part made of high carbon chromium bearing steel (for example, JIS standard SUJ2) which is an example of a material of the bearing part, it is disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-083412. There is something. JP-A-2006-083412 discloses a technique for controlling the heating temperature and the heating time so as to be within predetermined ranges. However, in the said Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-083412, the specific range of heating temperature, heating time, the cooling method after heating, and the reason for its determination are not disclosed.

特開2006−083412号公報Japanese Patent Application Publication No. 2006-083412

ところで、鋼材からなる軸受部品に水素が侵入すると、侵入した水素が原因で遅れ破壊が生じる場合がある。そのため、軸受部品中に水素が侵入しにくいプロセスの開発が望まれる。   By the way, when hydrogen intrudes into a bearing component made of steel, delayed fracture may occur due to the intruded hydrogen. Therefore, it is desirable to develop a process that makes it difficult for hydrogen to penetrate into the bearing components.

また、軸受部品の材料としてよく用いられるJIS規格SUJ2の炭素濃度は約1.0%である。熱処理前のSUJ2からなる軸受部品では、炭素がすべて炭化物として存在している。従来の雰囲気炉熱処理では、軸受部品中の炭素の6割程度が母地に溶け込むような条件を用いている。このような条件の熱処理を行うことにより、最も軸受としての性能が高くなると言われている。   In addition, the carbon concentration of JIS standard SUJ2 often used as a material of bearing parts is about 1.0%. In the bearing component consisting of SUJ2 before heat treatment, all carbon is present as carbide. In the conventional atmosphere furnace heat treatment, conditions are used such that about 60% of carbon in the bearing components dissolves in the matrix. By performing the heat treatment under such conditions, it is said that the performance as a bearing is the highest.

JIS規格SUJ2などの高炭素クロム軸受鋼からなる軸受部品を誘導加熱によって熱処理する場合においても、上記のような条件で熱処理することが望ましいが、誘導加熱のような高温短時間加熱を局所的に行う熱処理方法によって上述した雰囲気炉熱処理を完全に模倣することは極めて困難である。しかし、軸受部品について小ロット生産の要請は近年高まっており、このような小ロット生産においても従来の雰囲気炉熱処理と同等の品質を保証できるプロセスの開発が望まれている。   Even when heat treating bearing components made of high carbon chromium bearing steel such as JIS standard SUJ2 by induction heating, it is desirable to heat treat under the conditions as described above, but high temperature short time heating such as induction heating locally It is extremely difficult to completely mimic the above-described atmosphere furnace heat treatment by the heat treatment method to be performed. However, the demand for small-lot production of bearing parts has been increasing in recent years, and development of a process that can guarantee the same quality as conventional atmosphere furnace heat treatment is also desired in such small-lot production.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、水素が軸受部品に侵入しにくく、かつ誘導加熱などの局所的な加熱を行う熱処理方法を用いた場合に、雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上の特性を実現できる軸受部品の製造方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the problems as described above, and an object of the present invention is to use a heat treatment method in which hydrogen is less likely to intrude into bearing parts and local heating such as induction heating is performed. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a bearing component capable of achieving the same or more characteristics as in the case of using the atmosphere furnace heat treatment.

本開示に係る軸受部品の製造方法は、軸受部品となるべき鋼製の加工対象部品を準備する工程と、加工対象部品を加熱した後冷却する熱処理を行う工程とを備える。熱処理を行う工程は、加工対象部品を局所的に加熱することで900℃以上1000℃以下の熱処理温度に加熱する加熱処理を行う工程と、加熱された前記加工対象部品を油性冷却剤を用いて冷却する冷却処理を行う工程とを含む。加熱処理を行う工程では、熱処理を行う工程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、
6.600×10-42−1.205X+5.539×102<Y
1.160×10-32−2.094X+9.472×102<Y
という関係を満足するように、加熱処理の条件が決定されている。
A method of manufacturing a bearing component according to the present disclosure includes the steps of preparing a steel processing target component to be a bearing component and performing a heat treatment for heating and cooling the processing target component. The step of performing the heat treatment includes a step of performing heat treatment of heating the processing target component locally to a heat treatment temperature of 900 ° C. or more and 1000 ° C. or less, and the heated processing target component using an oil coolant. And cooling. In the step of performing the heat treatment, when the carbide area ratio in the processing target part after the step of performing the heat treatment is Y (unit:%) and the heat treatment temperature is X (unit: ° C.)
6.600 × 10 −4 X 2 −1.205 X + 5.539 × 10 2 <Y
1.160 × 10 -3 X 2 -2.094X + 9.472 × 10 2 <Y
The conditions of the heat treatment are determined so as to satisfy the following relationship.

このようにすれば、誘導加熱などを用いて加工対象物を局所的に加熱して熱処理を行うときに、上述した条件を満たすことによって、熱処理後の加工対象物の品質を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。さらに、加熱した加工対象物を上述した条件で冷却することで、加工対象物への水素の侵入を防止することができる。   In this way, when performing heat treatment by locally heating the object to be processed using induction heating or the like, the quality of the object to be processed after heat treatment is subjected to atmosphere furnace heat treatment by satisfying the conditions described above It can be equal to or better than it was. Furthermore, by cooling the heated processing object under the above-described conditions, it is possible to prevent the entry of hydrogen into the processing object.

上記によれば、局所的な加熱を行う熱処理方法を用いて、雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上の特性を有する軸受部品を得ることができる。   According to the above, it is possible to obtain a bearing component having the same or more characteristics as in the case of using the atmosphere furnace heat treatment by using the heat treatment method for performing the local heating.

本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 this embodiment. 本実施形態に係る軸受部品の製造方法における熱処理条件を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the heat treatment conditions in the manufacturing method of the bearing components which concern on this embodiment. 本実施形態に係る軸受部品の製造方法における熱処理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 of the heat processing in the manufacturing method of the bearing components which concern on this embodiment. 本実施形態に係る軸受部品の製造方法における熱処理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 of the heat processing in the manufacturing method of the bearing components which concern on this embodiment. 昇温脱離分析の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of a temperature rising desorption analysis.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts have the same reference characters allotted and description thereof will not be repeated.

<軸受部品の製造方法>
図1は、本実施形態に係る軸受部品の製造方法を用いた軸受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を参照して、本実施形態に係る軸受の製造方法を説明する。
<Method of manufacturing bearing parts>
FIG. 1 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a bearing using the method of manufacturing a bearing component according to the present embodiment. A method of manufacturing a bearing according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

図1に示すように、まず材料準備工程(S10)を実施する。具体的には、軸受部品となるべき鋼製の加工対象物を準備する。加工対象物としては、たとえば軸受の外輪、内輪、転動体などの軸受部品となるべき鋼製部材を準備する。また、加工対象物を構成する鋼は、たとえば高炭素クロム軸受鋼である。   As shown in FIG. 1, first, the material preparation step (S10) is performed. Specifically, a steel processing object to be a bearing component is prepared. As an object to be processed, for example, a steel member to be a bearing component such as an outer ring, an inner ring, and a rolling element of a bearing is prepared. The steel that constitutes the object to be processed is, for example, a high carbon chromium bearing steel.

次に、熱処理工程(S20)を実施する。熱処理工程(S20)は、局所的に加工対象物を加熱する加熱処理工程(S21)と加熱した加工対象物を冷却する冷却処理工程(S22)とを含む。加熱処理工程(S21)中の加工対象物における加熱領域の加熱温度(熱処理温度)はたとえば900℃以上1000℃以下とすることができる。   Next, the heat treatment step (S20) is performed. The heat treatment step (S20) includes a heat treatment step (S21) for locally heating the object to be processed and a cooling treatment step (S22) for cooling the object to be heated. The heating temperature (heat treatment temperature) of the heating area in the object to be processed in the heat treatment step (S21) can be, for example, 900 ° C. or more and 1000 ° C. or less.

加熱処理工程(S21)では、熱処理工程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、
6.600×10-42−1.205X+5.539×102<Y
1.160×10-32−2.094X+9.472×102<Y
という関係を満足するように、加熱処理の条件が決定されている。上述した炭化物面積率と熱処理温度との関係を、図2に示す。図2における横軸は熱処理温度(単位:℃)を示し、縦軸は炭化物面積率(単位:%)を示す。図2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)を示す。上記関係は、図2において式1を示す実線および式2を示す点線の上側の領域を示す。
In the heat treatment step (S21), when the carbide area ratio of the processing target part after the heat treatment step is Y (unit:%) and the heat treatment temperature is X (unit: ° C.),
6.600 × 10 −4 X 2 −1.205 X + 5.539 × 10 2 <Y
1.160 × 10 -3 X 2 -2.094X + 9.472 × 10 2 <Y
The conditions of the heat treatment are determined so as to satisfy the following relationship. The relationship between the carbide area ratio and the heat treatment temperature described above is shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 2 indicates the heat treatment temperature (unit: ° C.), and the vertical axis indicates the carbide area ratio (unit:%). In the graph of FIG. 2, the solid line shows the equation 1 (6.600 × 10 −4 X 2 −1.205 × + 5.539 × 10 2 = Y), and the dotted line shows the equation 2 (1.160 × 10 3 X 2 -2.094X + 9.472 × 10 2 = Y) shows a. The above relationship indicates the area above the solid line showing Equation 1 and the dotted line showing Equation 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℃ および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2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, the dotted line graph (equation 2) is above the solid line (graph of equation 1) and in the region where the heat treatment temperature is 950 ° C. or more and 1000 ° C. or less. The upper region of the graph of (1) is a region satisfying the above relationship. Further, as the above relationship, a relationship between a carbide area ratio and a heat treatment temperature of 900 ° C. ≦ X ≦ 950 ° C. and 8% ≦ Y ≦ 12% may be adopted. This relationship is shown as shaded in FIG.

加熱処理工程(S21)において、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が、たとえば誘導加熱を用いることができる。また、加熱処理工程(S21)では、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 heat treatment step (S21), any method may be used as long as it is a means for locally heating the object to be processed, but for example, induction heating can be used. Further, in the heat treatment step (S21), the heat treatment temperature and the soaking time (time in 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.

なお、ここで熱処理温度とは、加工対象物において加熱されている部分の表面温度を意味する。また、加熱処理工程(S21)中に、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、上記熱処理温度と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(たとえば冷却開始前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としてもよい。あるいは、加熱処理工程(S21)中に、加工対象物の表面温度がある程度変化している(たとえば徐々に当該表面温度が上昇している)場合、上記熱処理温度とは、冷却開始前の一定の期間(たとえば冷却開始前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)としてもよい。当該熱処理温度は、たとえば放射温度計などを用いて測定することができる。また、均熱時間は、たと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(たとえば熱処理温度±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)を意味する。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。   In addition, the heat processing temperature means the surface temperature of the part currently heated in the workpiece. In the heat treatment step (S21), when the temperature of the object to be processed is maintained within the predetermined temperature range as described above, the heat treatment temperature is maintained within the predetermined temperature range. It may be an average value of the surface temperature of the object to be processed during the period (for example, 60 seconds before the start of cooling to the start of cooling, or 30 seconds before the start of cooling to the start of cooling). Alternatively, when the surface temperature of the object to be processed changes to some extent during the heat treatment step (S21) (for example, the surface temperature is gradually rising), the heat treatment temperature is a constant temperature before the start of cooling. It may be the highest temperature (maximum heating temperature) among surface temperatures changing in a period (for example, from 60 seconds before the start of cooling to the start of cooling, or from 30 seconds before the start of cooling to the start of cooling) . The heat treatment temperature can be measured, for example, using a radiation thermometer. In addition, the soaking time is, for example, a predetermined temperature range including the heat treatment temperature (for example, a temperature range of heat treatment temperature ± 30 ° C.) after the surface temperature of the portion heated in the workpiece becomes equal to or higher than the heat treatment temperature. It means the time maintained at (more preferably, the time maintained at a predetermined temperature range above the heat treatment temperature). In practice, the time from the surface temperature of the heated portion of the object to be processed to the heat treatment temperature or higher and the start of cooling of the object to be processed can be used as the soaking time.

上述した加熱処理におけるヒートパターンは、たとえば図3および図4に示すようなヒートパターンを用いることができる。図3および図4は、横軸が時間(単位:秒)であり、縦軸が熱処理温度(単位:℃)である。図3では、熱処理温度を900℃として、均熱時間を約60秒とした場合を示している。図3で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を示している。図4では、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を示している。   As the heat pattern in the heat treatment described above, for example, a heat pattern as shown in FIGS. 3 and 4 can be used. In FIG. 3 and FIG. 4, the horizontal axis is time (unit: second), and the vertical axis is heat treatment temperature (unit: ° C.). FIG. 3 shows the case where the heat treatment temperature is 900 ° C. and the soaking time is about 60 seconds. FIG. 3 shows the case where the heat treatment temperature during the soaking time is almost as set. FIG. 4 shows the case where the soaking time is about 30 seconds, and the heat treatment temperature during the soaking time fluctuates to some extent.

冷却処理工程(S22)において加工対象物を冷却する場合、加工対象物(たとえば加熱されていた領域)を、油性冷却剤を用いてMs点以下の温度に冷却する。たとえば加工対象物を上述した熱処理温度から500℃以下の温度にまで冷却してもよい。なお、ここでMs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に相当する点をいう。このようにすれば、加工対象物において上記加熱されていた領域に焼入硬化層を形成することができる。   When the object to be processed is cooled in the cooling treatment step (S22), the object to be processed (for example, a heated region) is cooled to a temperature equal to or lower than the Ms point using an oil-based coolant. For example, the object to be processed may be cooled from the heat treatment temperature described above to a temperature of 500 ° C. or less. In addition, when austenitized steel is cooled, Ms point means the point corresponded to the temperature which starts martensite formation here. In this way, a quench-hardened layer can be formed in the area that has been heated in the object to be processed.

冷却処理工程(S22)において、加工対象物の全体を冷却してもよく、加熱されていた領域だけを冷却してもよい。また、冷却処理工程(S22)において、加工対象物を冷却する方法としては、任意の方法を用いることができる。たとえば、加工対象物を冷却する方法としては、油性冷却剤を入れた浴槽に加工対象物を浸漬する方法や、加工対象物に油性冷却材を噴射する方法を用いてもよい。   In the cooling process step (S22), the entire object to be processed may be cooled, or only the heated region may be cooled. In addition, in the cooling process step (S22), any method can be used as a method of cooling the processing object. For example, as a method of cooling the processing object, a method of immersing the processing object in a bath containing an oil-based coolant, or a method of spraying an oil-based coolant on the processing object may be used.

前記油性冷却材は、油を主原料とした冷却材である。油としては、鉱物油を用いることができる。また、油に添加剤を加えてもよい。   The oil-based coolant is a coolant mainly composed of oil. As oil, mineral oil can be used. Also, additives may be added to the oil.

次に、後処理工程(S30)を実施する。具体的には、加工対象物の洗浄工程、研削工程や研磨工程などの機械加工工程などを実施してもよい。この後処理工程(S30)により、加工対象物から内輪、外輪、転動体などの軸受部品を製造する。上記工程(S10)〜工程(S30)は、本実施形態の軸受部品の製造方法に相当する。   Next, the post-processing step (S30) is performed. Specifically, a cleaning process of the object to be processed, and a machining process such as a grinding process and a polishing process may be performed. In the post-processing step (S30), bearing components such as an inner ring, an outer ring, and rolling elements are manufactured from the object to be processed. The above steps (S10) to (S30) correspond to the method of manufacturing the bearing component of the present embodiment.

次に、組立工程(S40)を実施する。この工程(S40)では、上述した軸受部品の製造方法により得られた軸受部品を組立てることにより、軸受を製造する。このようにして、本実施形態による軸受の製造方法が実施される。   Next, an assembly process (S40) is performed. In this step (S40), the bearing is manufactured by assembling the bearing component obtained by the above-described method of manufacturing the bearing component. Thus, the method of manufacturing the bearing according to the present embodiment is implemented.

このようにすれば、熱処理後の加工対象物の品質を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ため、雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上の特性の軸受部品および軸受を製造できる。   In this way, the quality of the object to be processed after heat treatment can be made equal to or higher than in the case of using the atmosphere furnace heat treatment, so bearing components and bearings having characteristics equal to or more than the case of using the atmosphere furnace heat treatment It can be manufactured.

上述した軸受部品の製造方法(工程(S10)〜(S30))において、加熱処理を行う工程(加熱処理工程(S21))では、上述のように加工対象部品を誘導加熱により加熱してもよい。この場合、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、小ロットでの軸受部品の製造に適しているため、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 above-described bearing component manufacturing method (steps (S10) to (S30)), in the step of performing heat treatment (heat treatment step (S21)), as described above, the workpiece may be heated by induction heating . In this case, since induction heating can easily perform startup and shutdown of the heating apparatus and is suitable for manufacturing bearing components in small lots, bearings of the same or higher quality as those using atmosphere furnace heat treatment Parts can be easily manufactured in small lots.

また、上記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。   Further, in the method of manufacturing the bearing component, the steel constituting the component to be processed may be high carbon chromium bearing steel. In this case, it is possible to secure the quality after heat treatment equal to or higher than that in the case of using the atmosphere furnace heat treatment for the bearing component made of high carbon chromium bearing steel.

上記軸受部品の製造方法において、加熱処理を行う工程(S21)では、
900℃≦X≦950℃
8%≦Y≦12%
という関係を満足するように、加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 method of manufacturing the bearing component, in the step (S21) of performing the heat treatment,
900 ° C. ≦ X ≦ 950 ° C.
8% ≦ Y ≦ 12%
The conditions of the heat treatment may be determined so as to satisfy the following relationship. In this case, the quality of the object to be processed after the heat treatment can be reliably made equal to or higher than the case of using the atmosphere furnace heat treatment.

<加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などの局所的な加熱を行う加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 of derivation of heat treatment conditions>
According to the study of the inventor of the present invention, there are two differences among the differences in the heat treatment method of performing local heating such as induction heating to the atmosphere furnace heat treatment, which are considered to affect the bearing characteristics. The first difference is that induction heating is high-temperature short-time heating. The second difference is that, in induction heating, it is basically difficult to make the amount of carbon dissolved constant within the part, and the amount of carbon dissolved (solid solution amount of carbon) varies within the part. is there.

このような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。また、熱処理温度も上記特性に影響をおよぼすため、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。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。   Such variations in the amount of dissolved carbon in the bearing component are expected to affect the dimensional stability, static load capacity, and crushing value of the bearing component. Therefore, if the upper and lower limits of the amount of solid solution of carbon at which the values of these characteristics are equal to or higher than the atmosphere furnace heat-treated product are investigated, it can be regarded as the allowable solid solution concentration range of carbon inside the bearing component. Further, since the heat treatment temperature also affects the above-mentioned characteristics, the allowable range of the heat treatment temperature is determined by investigating the range of the heat treatment temperature at which the value of these characteristics is equal to or higher than the atmosphere furnace heat treated product. Then, by using the range of the solid solution amount of carbon and the range of the heating temperature described above, when the entire bearing component is included in the range, it can be determined that the quality is equal to or higher than the atmosphere furnace heat-treated product. .

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加熱処理条件を以下のような試験により求めた。   Therefore, the influence of the solid solution amount of carbon and the heat treatment temperature on the bearing characteristics was investigated, and the heat treatment conditions capable of obtaining the same quality as the atmosphere furnace heat treated product were determined by the following test.

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。   In addition, it is difficult to directly measure the solid solution amount of carbon. Therefore, the carbide area ratio in the processing object (bearing part) after heat treatment was used as a substitute index. It is possible to calculate an approximate amount of solid solution of carbon from the carbide area ratio.

<加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。
<On the sample used to derive the heat treatment conditions>
(1) Sample The chemical composition of the sample material used in the test is shown in the table.

Figure 2019065365
Figure 2019065365

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 materials of the chemical components described above, the carbide area ratio before heat treatment is calculated to be 15.1% from the above carbon concentration.

(2) 熱処理方法
以下の試験に用いる試料において、炭化物面積率の試験水準を4%、8%、12%とし、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 test levels of the area fraction of carbide were 4%, 8% and 12%, and the test levels of the heating temperature were 900 ° C, 950 ° C and 1000 ° C. In addition, the heat processing time (soaking time) in each heating temperature for making a carbide area ratio into 4%, 8%, and 12% in the said material is as showing in the following Table 2.

Figure 2019065365
Figure 2019065365

表2において、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)が示されている。たとえば、表2において加熱温度が900℃の場合に、炭化物面積率を4%とするためには熱処理時間が316秒必要であることが示されている。   Table 2 shows the heat treatment time (unit: second) necessary to obtain a predetermined carbide area ratio when each heating temperature is employed. For example, it is shown in Table 2 that when the heating temperature is 900 ° C., the heat treatment time is required to be 316 seconds to make the carbide area ratio 4%.

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。具体的には、試料としてサイズが外径60.3mm、内径53.7mm、軸方向での幅15.3mmであるJIS規格SUJ2からなる鋼製のリングをシングルターンコイルで誘導加熱する。そして、当該コイルに接続された(コイルへ電力を供給するための)電源の出力は、リング表面(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、当該リング表面の温度が所定の温度(具体的には900℃、950℃または1000℃)まで昇温される。なお、熱処理開始時点から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の時間はたとえば約5秒である。   In the sample used for the test, the following heat treatment was performed to realize the above-described carbide area ratio. Specifically, as a sample, a steel ring made of JIS standard SUJ2 having a size of 60.3 mm in outer diameter, 53.7 mm in inner diameter, and 15.3 mm in axial direction is induction heated by a single turn coil. The output of the power supply (for supplying power to the coil) connected to the coil is controlled by feeding back the measured temperature of the ring surface (the surface of the portion being inductively heated by the coil), and the ring surface Temperature is raised to a predetermined temperature (specifically, 900.degree. C., 950.degree. C. or 1000.degree. C.). The time for the temperature of the ring surface to rise to the above-described predetermined temperature from the start of the heat treatment is, for example, about 5 seconds.

所定の温度まで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、コイルへの供給電力を制御する。その後、リングを冷却する。冷却方法としては、温度70℃の油中にリングを浸漬することで当該リングを冷却した(焼入れ処理)。このような熱処理のヒートパターンは、たとえば図3に示したヒートパターンを採用することができる。   After the ring surface is heated to a predetermined temperature, the power supplied to the coil is controlled so as to hold the ring for a specific time (heat treatment time) at the predetermined temperature (soaking). Then cool the ring. As a cooling method, the ring was cooled by immersing the ring in oil having a temperature of 70 ° C. (quenching treatment). For example, the heat pattern shown in FIG. 3 can be adopted as the heat pattern of such heat treatment.

また、上述した熱処理の後、リングに対して焼戻を行った。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。   Further, after the above-described heat treatment, tempering was performed on the ring. The tempering conditions were a tempering temperature of 180 ° C. and a holding time of 2 hours, which are standard conditions.

<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。
Aging dimensional stability test
The bearings change in size as the residual austenite decomposes during use. In order to reduce the accuracy of the bearing, the dimensional change is required to be less than a certain standard.

(1) 試料
上述した熱処理後、試料を研磨することによりサイズが外径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。
(1) Sample After the above-described heat treatment, 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 a sample, nine types were prepared by the combination of the heating temperature (900 ° C., 950 ° C., 1000 ° C.) and the carbide area ratio in the above-described heat treatment as shown in Table 2.

(2) 試験および結果
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 result About the nine types of samples mentioned above, the change of the outside dimension before and behind the process on the conditions of heating temperature 230 degreeC and holding time 2 hours was measured. The results are shown in Table 3.

Figure 2019065365
Figure 2019065365

なお、ここで寸法変化率とは、上記処理前の試料の外径をD0、処理後の試料の外径をD1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 defined as (absolute value of D 1 −D 0 ) / D 0 where D0 is the outer diameter of the sample before the treatment and D1 is the outer diameter of the sample after the treatment. Be done. The measurement position of the outer diameter of the sample was the same position before and after the high temperature holding. The measurement of the outer diameter was evaluated in two directions crossing 90 ° as viewed from the center of the ring-shaped sample. Also, 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、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℃および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, assuming that the dimensional change rate is less than 70 × 10 -5 is regarded as equal to or higher than the atmosphere furnace heat-treated product, it is accepted (OK judgment), and the dimensional change rate rejects 70 × 10 -5 or more (Judgement of NG). As can be seen from Table 3, the samples which can ensure the aged dimensional stability equal to or higher than the atmosphere furnace heat-treated product from this result have a carbide area ratio of 8% and 12% when the heat treatment temperature is 900 ° C and 950 ° C. The sample has a carbide area ratio of 12% when the heat treatment temperature is 1000.degree.

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。 In addition, when the approximation function is obtained from the test data described above and the condition that the dimensional change is less than 70 × 10 −5 is obtained, 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が、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 acts on the bearing, plastic deformation occurs, but in order for the rolling element of the bearing to roll smoothly, it is required that the amount of plastic deformation of the rolling element is 1/10000 or less of the diameter of the rolling element.

(1) 試料
上述した熱処理後のリングに対して研磨およびワイヤーカットを行って、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 The ring after heat treatment described above was polished and wire-cut to obtain a sample of 6 mm long × 15 mm wide × 3 mm thick. The 6 mm × 15 mm surface of the sample was mirror polished. Similar to the aged dimensional stability test described above, nine types of samples were prepared by the combination of the heating temperature and the carbide area ratio.

また、比較のため、同じ組成およびサイズの鋼製のリングである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。   In addition, for comparison, after performing atmosphere furnace heat treatment as a heat treatment to a sample made of steel rings of the same composition and size as the heat treatment, a sample (sample of a comparative example) which is machined to have the same size is also prepared. did.

(2) 試験および結果
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 described above in the sample with a constant test load. And the depth of the indentation which arose on the said surface by plastic deformation was evaluated. The test load was 471 N corresponding to Pmax 4 GPa in Hertz contact. Also, n = 3 for each level. The results are shown in Table 4.

Figure 2019065365
Figure 2019065365

表4においては、圧痕深さの欄に、各試料について複数測定した圧痕深さの平均値を示し、標準偏差の欄に当該圧痕深さのデータの標準偏差を示している。そして、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。   In Table 4, the column of indentation depth shows the average value of the indentation depths measured for a plurality of samples for each sample, and the column of standard deviation shows the standard deviation of the data of the indentation depth. Then, in the column of judgment, those which are less likely to have an indentation than the samples of the atmosphere furnace heat treatment at a significance level of 95% are indicated as pass (OK), and those which are likely to have an indentation are indicated as failure (NG). Moreover, "-" was displayed on the column of determination about what is not applicable to the said reference | standard.

この結果より、判定の欄の表示がOKおよび”−”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℃および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 samples for which the indication in the judgment column is OK and "-" exhibit a static load capacity equal to or higher than the atmosphere furnace heat-treated product. Specifically, when the heat treatment temperature is 900 ° C. and 950 ° C., the samples having a carbide area ratio of 8% and 12% show static load capacity equal to or higher than the atmosphere furnace heat-treated 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。   Also, if the approximation function is obtained from the test data described above, and the standard deviation is 0.015 μm, the area at which the quality equal to or higher than that of the atmosphere furnace heat-treated product can be secured. When the heat treatment temperature is 950 ° C., the carbide area ratio is 4.8% or more. 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。
<Crushing strength test>
The crushing strength may be required for the bearings, and the following tests were performed.

(1) 試料
上述した熱処理後、試料を研磨することによりサイズが外径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 After the above-described heat treatment, 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 a sample, nine types were prepared by the combination of the heating temperature (900 ° C., 950 ° C., 1000 ° C.) and the carbide area ratio in the above-described heat treatment as shown in Table 2. Also, n = 3 for each level.

また、比較のため、同じ組成およびサイズの鋼製のリングである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。   In addition, for comparison, after performing atmosphere furnace heat treatment as a heat treatment to a sample made of steel rings of the same composition and size as the heat treatment, a sample (sample of a comparative example) which is machined to have the same size is also prepared. did.

(2) 試験および結果
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, load was applied at a constant speed across the data from the radial direction, and the load leading to crushing was measured. Also, the fracture stress was calculated from the load. The results are shown in Table 5.

Figure 2019065365
Figure 2019065365

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 column of judgment in Table 5, even if the standard deviation is taken into consideration, those with lower crush strength than the atmosphere furnace heat treated product are displayed as rejection (NG), and the standard deviation is considered equal to or higher than the atmosphere furnace heat treated product. About what can secure crushing strength, it displayed as "-".

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℃および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 is understood that the sample in which the indication of the judgment column is "-" can exhibit a crushing strength equal to or higher than the atmosphere furnace heat-treated product. Specifically, when the heat treatment temperature is 900 ° C. and 950 ° C., a sample having a carbide area ratio of 8% and 12% can exhibit a crush strength equal to or higher than the atmosphere furnace heat-treated 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。   In addition, when an approximation function is obtained from the test data described above, and the standard deviation is 150MPa, the carbide area ratio is 4 when the heat treatment temperature is 900 ° C. when a range capable of ensuring the quality equal to or higher than the atmosphere furnace heat treated product is calculated. When the heat treatment temperature is 950 ° C., the carbide area ratio is 5.4% or more. When the heat treatment temperature is 1000 ° C., the carbide area ratio is 9.3% or more.

<加熱処理条件の検討>
以上の結果より、JIS規格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℃および950℃で炭化物面積率が8%、12%の場合である。ここで、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2の斜線で示された領域)に対応する加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。
<Examination of heat treatment conditions>
From the above results, when means of high temperature short time heating such as induction heating is used for quenching of high carbon chromium bearing steel such as JIS standard SUJ2, performance equal to or better than atmosphere furnace heat treated product can be surely realized. Is the case where the heat treatment temperature is 900 ° C. and 950 ° C. and the carbide area ratio is 8% and 12%. Here, looking at each data, in any test results, the heat treatment temperature and the carbide area ratio are monotonously increasing or monotonously decreasing. Therefore, it is considered that the heat treatment condition corresponding to the region (region indicated by hatching in FIG. 2) surrounded by the four points obtained this time can realize the quality equal to or higher than the atmosphere furnace heat-treated product.

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 the area | region between 8%-12% of the carbide | carbonized_material area ratio which can ensure the quality more than an atmosphere furnace heat-treated product reliably at the heat processing temperature of 900 degreeC or more and 950 degrees C or less.

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。   Further, Table 6 shows the range of the carbide area ratio which is equal to or higher than the quality of the atmosphere furnace heat-treated product obtained from the approximation function of each test result.

Figure 2019065365
Figure 2019065365

表6に示した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、
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。なお、Yは炭化物面積率(%)であり、Xは熱処理温度(℃)である。
With regard to the relationship between the range of the carbide area ratio shown in Table 6 and the heat treatment temperature, the approximation function can be obtained as follows:
Aging size:
6.600 × 10 −4 X 2 −1.205 X + 5.539 × 10 2 <Y (Conditional Expression 1)
Static load capacity:
1.160 × 10 −3 X 2 −2.094 X + 9.472 × 10 2 <Y (Conditional Expression 2)
Collapse test:
5.000 × 10 −4 X 2 − 8.970 × 10 −1 X + 4.063 × 10 2 <Y (Conditional Expression 3)
It becomes. Here, Y is a carbide area ratio (%), and X is a heat treatment temperature (° C.).

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 more than the atmosphere furnace heat treatment goods is a case where the carbide area ratio Y satisfies the said conditional expressions 1-3 in the range whose heat processing temperature X is 900 degreeC or more and 1000 degrees C or less.

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および条件式2を満たす場合である。   Here, in the heat treatment temperature range of 900 ° C. or more and 1000 ° C. or less, X satisfying conditional expression 1 always satisfies conditional expression 3 as well. Therefore, conditional expression 3 may not be taken into consideration. For this reason, the range in which the quality equal to or higher than that of the atmosphere furnace heat-treated product can be ensured is when the carbide area ratio Y satisfies the conditional expression 1 and the conditional expression 2 in the heat treatment temperature range of 900 ° C. or more and 1000 ° C. or less.

<水素が侵入しにくい熱処理条件の検討>
軸受部品中の炭素固溶量に加えて、軸受部品中に侵入した水素の量も軸受特性に影響を及ぼす。具体的には、軸受部品中に侵入した水素が原因で遅れ破壊が生じることが知られている。本発明者は誘導加熱後の冷却処理時に用いる冷却剤に着目し、冷却剤の違いが軸受部品中に侵入する水素の量に与える影響を調査した。
<Study of heat treatment conditions where hydrogen hardly penetrates>
In addition to the amount of carbon solid solution in the bearing component, the amount of hydrogen intruded into the bearing component also affects the bearing characteristics. Specifically, it is known that delayed fracture occurs due to hydrogen intruding into the bearing component. The inventors focused on the coolant used in the cooling process after induction heating, and investigated the influence of the difference in the coolant on the amount of hydrogen intruding into the bearing component.

(1) 試料
本試験においては、上記表1に示した化学成分からなる材料を用いた。
(1) Sample In this test, a material consisting of the chemical components shown in Table 1 was used.

(2) 熱処理方法
試料としてサイズが外径60.3mm、内径53.7mm、軸方向での幅15.3mmであって、表1に示した化学成分を有するJIS規格SUJ2からなる鋼製のリングをシングルターンコイルで誘導加熱する。リング表面の温度が950℃まで昇温された後、リングを950℃で約15秒間均熱処理する。その後、リングを冷却剤の中に浸漬することで当該リング表面が100℃になるまで冷却した。冷却した後、リングに対して焼戻を行った。焼戻の条件は、焼戻温度230℃、保持時間2時間、とした。
(2) Heat treatment method A steel ring made of JIS standard SUJ2 having the chemical components shown in Table 1 and having an outer diameter of 60.3 mm, an inner diameter of 53.7 mm, and an axial width of 15.3 mm as a sample Induction heating with a single turn coil. After the temperature of the ring surface is raised to 950 ° C., the ring is soaked at 950 ° C. for about 15 seconds. Then, the ring was cooled to 100 ° C. by immersing the ring in a coolant. After cooling, the ring was tempered. The tempering conditions were a tempering temperature of 230 ° C. and a holding time of 2 hours.

冷却剤としては、光輝焼入油(日本グリース株式会社製光輝焼入油H−2050)または水溶性冷却剤(日本グリース株式会社製ソルクエンチWP−2000S)を用いた。冷却剤として焼入れ油を用いる場合には、70℃の焼入れ油にリングを浸漬することで当該リングを冷却した。冷却剤として水溶液を用いる場合には、30℃の水溶液にリングを浸漬することで当該リングを冷却した。   As a coolant, bright quenching oil (bright quenching oil H-2050 manufactured by Nippon Grease Co., Ltd.) or a water-soluble coolant (Solqueque WP-2000S manufactured by Nippon Grease Co., Ltd.) was used. When using a quenching oil as a coolant, the ring was cooled by immersing the ring in quenching oil at 70 ° C. In the case of using an aqueous solution as a coolant, the ring was cooled by immersing the ring in an aqueous solution at 30 ° C.

また、同じ組成およびサイズの鋼性のリングである試料に対して雰囲気炉熱処理を行った後、加熱した試料を焼入れ油中に浸漬することで当該試料を冷却した。その後、試料に対して焼戻を行った。雰囲気炉熱処理条件は、雰囲気炉内温度850℃、保持時間2時間、とした。雰囲気炉熱処理においては、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素および水素等のガスからなるRXガス(登録商標)と呼ばれる吸熱型変性ガスを用いた。   Moreover, after performing atmosphere furnace heat processing with respect to the sample which is a steel property ring of the same composition and size, the said sample was cooled by immersing the heated sample in hardening oil. Thereafter, the sample was tempered. The atmosphere furnace heat treatment conditions were a temperature of 850 ° C. in the atmosphere furnace and a holding time of 2 hours. In the atmosphere furnace heat treatment, an endothermic modified gas called RX gas (registered trademark) composed of gases such as nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen was used.

(3) 試験および結果
各試料に侵入した水素量を昇温脱離分析(鋼材中水素測定システム、株式会社ジェイ・サイエンス・ラボ製JTF−20AII)により測定した。
(3) Test and result The amount of hydrogen which entered into each sample was measured by temperature programmed desorption analysis (Hydrogenus steel in steel measuring system, JTF-20AII manufactured by J. Science Lab., Ltd.).

図5は、昇温脱離分析の結果を示す図である。図5の横軸は温度を示し、縦軸は1分間あたりに試料から放出された水素量を示す。図中のNo.1が示す試験結果は、雰囲気炉熱処理を行った試料の試験結果である。No.2が示す試験結果は、誘導加熱した後、水溶液を用いて冷却した試料の試験結果である。No.3が示す試験結果は、誘導加熱した後、焼入れ油を用いて冷却した試料の試験結果である。   FIG. 5 is a diagram showing the results of thermal desorption analysis. The horizontal axis of FIG. 5 indicates the temperature, and the vertical axis indicates the amount of hydrogen released from the sample per minute. No. in the figure. The test result indicated by 1 is the test result of the sample subjected to the atmosphere furnace heat treatment. No. The test result shown by 2 is a test result of a sample cooled using an aqueous solution after induction heating. No. The test result shown by 3 is a test result of a sample cooled using quenching oil after induction heating.

図5に示すように、No.1およびNo.2の試料からは、200℃から400℃の間で水素が放出された。一方、No.3の試料からは200℃から400℃の間で水素が放出されなかった。このことから、No.1の雰囲気炉熱処理を行った試料およびNo.2の誘導加熱後に水溶液で冷却した試料には水素が侵入したものの、No.3の誘導加熱後に焼入油で冷却した試料には水素がほとんど侵入しなかったことがわかる。また、200℃〜400℃で放出される水素の量から、雰囲気炉熱処理を行った試料には、誘導加熱後に焼入れ油で冷却した試料よりも多くの水素が侵入したことがわかる。   As shown in FIG. 1 and No. Hydrogen was released from the sample of 2 between 200 ° C. and 400 ° C. On the other hand, no. No hydrogen was released from the sample of 3 between 200 ° C. and 400 ° C. From this, No. Samples subjected to atmosphere furnace heat treatment of No. 1 and No. 1 Although hydrogen penetrated into the sample cooled with the aqueous solution after induction heating of No. 2, No. 6 It can be seen that hydrogen hardly infiltrated into the sample cooled by the quenching oil after induction heating of 3. Further, from the amount of hydrogen released at 200 ° C. to 400 ° C., it can be seen that more hydrogen penetrates the sample subjected to the atmosphere furnace heat treatment than the sample cooled with quenching oil after induction heating.

No.1の試料とNo.3の試料とを比べると、No.1の試料には水素が侵入していることがわかる。No.1の試料とNo.3の試料とでは、冷却処理以降の条件は同じであるが、加熱処理の方法が異なる。このことから、No.1の試料には、加熱処理時に水素が侵入したと考えられる。雰囲気炉熱処理においては、上述のようにプロパン、ブタンおよび水素を含む混合ガス中で加熱処理を行う。この混合ガス中に含まれている水素が、加熱中に試料に侵入したと考えられる。一方、誘導加熱処理においては、大気中または不活性ガス中で加熱処理を行うため、水素が含まれる雰囲気下で試料は加熱されない。そのため、加熱中においては、試料に水素が侵入することがなかったものと考えられる。   No. Sample No. 1 and No. 1 No. 3 is compared with No. 3 sample. It can be seen that hydrogen penetrates into the sample 1. No. Sample No. 1 and No. 1 The conditions after the cooling process are the same as for the sample No. 3, but the method of the heat treatment is different. From this, No. It is considered that hydrogen penetrated into the sample 1 at the time of heat treatment. In the atmosphere furnace heat treatment, the heat treatment is performed in a mixed gas containing propane, butane and hydrogen as described above. It is considered that hydrogen contained in the mixed gas intruded into the sample during heating. On the other hand, in the induction heat treatment, the heat treatment is performed in the atmosphere or in an inert gas, so the sample is not heated in an atmosphere containing hydrogen. Therefore, it is considered that hydrogen did not penetrate into the sample during heating.

No.2の試料とNo.3の試料とを比べると、No.2の試料には水素が侵入していることがわかる。No.2の試料とNo.3の試料とでは、冷却処理条件だけが異なるため、No.2の試料には、冷却処理時に水溶液から水素が侵入したと考えられる。   No. Sample No. 2 and No. No. 3 is compared with No. 3 sample. It can be seen that hydrogen is intruding into the second sample. No. Sample No. 2 and No. The samples No. 3 and No. 3 differ from each other only in the cooling treatment conditions. It is considered that hydrogen penetrated from the aqueous solution during the cooling process to the sample No. 2.

No.1の試料とNo.2の試料とを比べると、No.2の試料よりもNo.1の試料に多くの水素が侵入していることがわかる。このことから、雰囲気炉熱処理時に侵入する水素の量の方が、冷却処理時に水溶液から侵入する水素の量よりも多いことがわかる。   No. Sample No. 1 and No. 1 No. 2 is compared with sample No. 2. No. 2 than No. 2 sample. It can be seen that a large amount of hydrogen is invading the sample 1. From this, it can be understood that the amount of hydrogen entering during the atmosphere furnace heat treatment is larger than the amount of hydrogen entering from the aqueous solution during the cooling process.

このことから、軸受部品中に侵入する水素の量という観点では、誘導加熱処理品は雰囲気炉熱処理品以上の品質を確保できる。また、軸受部品中に侵入する水素の量という観点では、水溶性の冷却材よりも油性冷却材を用いた方が、高い品質の軸受部品を製造できる。   From this point of view, in terms of the amount of hydrogen intruding into the bearing component, the induction heat-treated product can ensure the quality more than the atmosphere furnace heat-treated product. Also, from the viewpoint of the amount of hydrogen intruding into the bearing parts, bearing parts of higher quality can be manufactured using an oil-based coolant rather than a water-soluble coolant.

ここで、水溶性の冷却材は、油性冷却材に比べて、一般的に冷却能が高いことが知られている。そのため、被加熱対象の表面領域のみを誘導加熱した後に、水溶性の冷却材を被加熱対象に噴射することで、熱が内部に拡散する前に瞬時に冷却することができ、非常に薄い硬化層を作成することができる。また、水溶性の冷却材を用いた場合は、厚い硬化層を得ようとする場合であっても、表面の熱だけでなく内部の熱も早く下げることができるためマルテンサイト以外の組織が混在してしまうような状況を防止する効果が期待できる。このような効果が期待できるため、冷却処理時は、水溶性の冷却材が用いられることが多い。しかし、軸受部品中に侵入する水素の量という観点から考えた場合は、水溶性の冷却材よりも油性冷却材を用いた方が、高い品質の軸受部品を製造できる。   Here, it is known that a water-soluble coolant generally has a higher cooling capacity than an oil-based coolant. Therefore, by induction heating only the surface area of the object to be heated and then spraying the water-soluble coolant to the object to be heated, the heat can be instantaneously cooled before it diffuses to the inside, and a very thin hardening is achieved. Layers can be created. In addition, when a water-soluble coolant is used, not only the surface heat but also the internal heat can be reduced quickly even if it is intended to obtain a thick hardened layer, so a structure other than martensite is mixed It can be expected to be effective in preventing such situations. Since such an effect can be expected, a water-soluble coolant is often used during the cooling process. However, when considered from the viewpoint of the amount of hydrogen intruding into the bearing components, bearing components of higher quality can be manufactured using an oil-based coolant rather than a water-soluble coolant.

以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の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の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およ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 embodiments of the present invention have been described above, various modifications of the above-described embodiments are possible. 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.

本実施形態は、誘導加熱を用いた軸受部品の製造方法に特に有利に適用される。   The present embodiment is particularly advantageously applied to a method of manufacturing a bearing component using induction heating.

S10 材料準備工程、S20 熱処理工程、S21 加熱処理工程、S22 冷却処理工程、S30 後処理工程、S40 組立工程。   S10 material preparation process, S20 heat treatment process, S21 heat treatment process, S22 cooling process process, S30 post processing process, S40 assembly process.

Claims (4)

軸受部品となるべき鋼製の加工対象部品を準備する工程と、
前記加工対象部品を加熱した後冷却する熱処理を行う工程とを備え、
前記熱処理を行う工程は、前記加工対象部品を局所的に加熱することで900℃以上1000℃以下の熱処理温度に加熱する加熱処理を行う工程と、加熱された前記加工対象部品を油性冷却剤を用いて冷却する冷却処理を行う工程とを含み、
前記加熱処理を行う工程では、前記熱処理を行う工程後の前記加工対象部品における炭化物面積率をY(単位:%)とし、前記熱処理温度をX(単位:℃)としたときに、
6.600×10-42−1.205X+5.539×102<Y
1.160×10-32−2.094X+9.472×102<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、軸受部品の製造方法。
Preparing a steel processing target part to be a bearing part;
Heat treatment for heating and then cooling the part to be processed;
The step of performing the heat treatment includes a step of performing a heat treatment of heating the processing target component locally to a heat treatment temperature of 900 ° C. or more and 1000 ° C. or less, and an oily coolant for the heated processing target component Performing a cooling process of using and cooling,
In the step of performing the heat treatment, when the carbide area ratio in the part to be processed after the step of performing the heat treatment is Y (unit:%) and the heat treatment temperature is X (unit: ° C.)
6.600 × 10 −4 X 2 −1.205 X + 5.539 × 10 2 <Y
1.160 × 10 -3 X 2 -2.094X + 9.472 × 10 2 <Y
A method of manufacturing a bearing component, wherein the conditions of the heat treatment are determined so as to satisfy the following relationship.
前記加熱処理を行う工程では、前記加工対象部品を誘導加熱により加熱する、請求項1に記載の軸受部品の製造方法。   The manufacturing method of the bearing component of Claim 1 which heats the said process target component by induction heating in the process of performing the said heat processing. 前記加工対象部品を構成する鋼は高炭素クロム軸受鋼である、請求項1または2に記載の軸受部品の製造方法。   The method of manufacturing a bearing component according to claim 1, wherein the steel constituting the processing target component is a high carbon chromium bearing steel. 前記加熱処理を行う工程では、
900℃≦X≦950℃
8%≦Y≦12%
という関係を満足するように、前記加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。
In the step of performing the heat treatment,
900 ° C. ≦ X ≦ 950 ° C.
8% ≦ Y ≦ 12%
The manufacturing method of the bearing component of any one of Claims 1-3 in which the conditions of the said heat processing are determined so that the relationship of may be satisfied.
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