JP2021011606A - Method for manufacturing bearing components - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は軸受の構成部品の製造方法に関し、特に当該構成部品の熱処理方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a component of a bearing, and particularly to a method for heat-treating the component.
軸受を高温環境下で使用すると、構成部品の金属組織中に含まれる残留オーステナイトの分解に伴って、構成部品の寸法変化が生じる。構成部品の寸法変化は、回転精度の悪化、およびクリープなどの損傷につながる。このため、高温環境下で用いられる軸受には、寸法変化を抑えるための処理が施される。 When the bearing is used in a high temperature environment, the dimensional change of the component occurs due to the decomposition of the retained austenite contained in the metal structure of the component. Changes in the dimensions of the components lead to deterioration of rotational accuracy and damage such as creep. For this reason, bearings used in a high temperature environment are subjected to a treatment for suppressing dimensional changes.
そのような処理の1つが、たとえば特開2002−3937号公報(特許文献1)に開示される、いわゆるサブゼロ処理である。サブゼロ処理は、焼入れ後の軸受の構成部品を氷点下に冷却することにより、残留オーステナイトをマルテンサイトに変態させる処理である。 One such process is, for example, the so-called subzero process disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-3937 (Patent Document 1). The sub-zero treatment is a treatment for transforming retained austenite into martensite by cooling the components of the bearing after quenching below the freezing point.
またそのような処理の他の1つが、通常よりも強い条件での焼戻し処理である。すなわち焼入れ後の軸受の構成部品を、通常よりも高い温度で焼戻しする。これにより当該部品中の残留オーステナイトを分解することができる。 Another such treatment is a tempering treatment under conditions stronger than usual. That is, the components of the bearing after quenching are tempered at a temperature higher than usual. As a result, the retained austenite in the component can be decomposed.
近年、熱効率の向上および環境負荷の低減の観点から、焼戻し処理が大気炉ではなく誘導加熱により実施されることがある。しかし誘導加熱は大気炉に比べて生産性が低い。このため焼戻し処理に誘導加熱を用いた場合、生産性の低さを補う観点から、高温短時間加熱が採用される。ただしその場合、たとえば温度250℃で2500時間保持するような高温環境下での歪みを許容範囲内となるよう小さくするための焼戻し条件が、現状見出されていない。 In recent years, from the viewpoint of improving thermal efficiency and reducing environmental load, tempering treatment may be carried out by induction heating instead of an atmospheric furnace. However, induction heating is less productive than atmospheric furnaces. Therefore, when induction heating is used for the tempering treatment, high-temperature short-time heating is adopted from the viewpoint of compensating for low productivity. However, in that case, no tempering condition has been found at present for reducing the strain in a high temperature environment such as holding the temperature at 250 ° C. for 2500 hours so as to be within an allowable range.
本発明は上記の課題に鑑みなされたものである。その目的は、高温環境下での歪みが抑制された軸受の構成部品の製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing bearing components in which distortion is suppressed in a high temperature environment.
本発明の軸受の構成部品の製造方法においては、まず高炭素クロム軸受鋼により形成された、軸受の構成部品が準備される。当該構成部品を表面硬度が64HRC以上66HRC以下となるように焼入れされる。焼入れする工程の後、当該構成部品が、下記の式を満たす温度条件および時間条件の下で焼戻しされる。 In the method for manufacturing bearing components of the present invention, first, bearing components made of high carbon chromium bearing steel are prepared. The component is quenched so that the surface hardness is 64 HRC or more and 66 HRC or less. After the quenching step, the component is tempered under temperature and time conditions that satisfy the following equations.
本発明により提供された算定式を満たす条件で焼戻し処理を行なえば、処理後の構成部品の高温環境下での歪み量を許容範囲内とすることができる。 If the tempering process is performed under the conditions satisfying the calculation formula provided by the present invention, the amount of strain of the processed component in a high temperature environment can be within an allowable range.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
まず図1を用いて、本実施の形態に係る条件で焼戻し処理がなされる構成部品からなる軸受の一例について説明する。図1は本実施の形態に係る構成部品を含む軸受の構成の一例を示す概略断面図である。図1を参照して、本実施の形態に係る構成部品を含む軸受は、たとえば深溝玉軸受10(転がり軸受)である。深溝玉軸受10は、構成部品として、外輪11、内輪12および玉13を有している。外輪11は、内周面に外輪転走面11aを有している。内輪12は、外周面に内輪転走面12aを有し、当該内輪転走面12aが外輪転走面11aと対向するように外輪11の内側に配置されている。玉13は、転動面13aを有し、外輪11および内輪12の円環状の軌道に沿って配置されている。このような構成により、深溝玉軸受10の外輪11および内輪12は、互いに相対的に回転可能となっている。これらの転動部品としての玉13は、保持器14により互いに保持されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, with reference to FIG. 1, an example of a bearing composed of components that are tempered under the conditions according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a bearing configuration including components according to the present embodiment. With reference to FIG. 1, the bearing including the component according to the present embodiment is, for example, a deep groove ball bearing 10 (rolling bearing). The deep groove ball bearing 10 has an
上記深溝玉軸受10の構成部品としての外輪11、内輪12は、たとえば高炭素クロム軸受鋼の一つである、JIS規格SUJ2材により形成されている。以下に、本実施の形態の軸受の構成部品の製造方法について、図2を用いて説明する。
The
図2は、本実施の形態における軸受の構成部品の製造方法を概略的に示すフローチャートである。図2を参照して、まず軸受の構成部品が準備される(S10)。具体的には、たとえば図1の深溝玉軸受10の外輪11または内輪12が準備される。すなわち当該工程においては、高炭素クロム軸受鋼としてのJIS規格SUJ2により形成された、深溝玉軸受10の構成部品である外輪11または内輪12が準備される。
FIG. 2 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing bearing components according to the present embodiment. With reference to FIG. 2, first, the bearing components are prepared (S10). Specifically, for example, the
次に、工程(S10)にて準備された外輪11または内輪12が焼入れされる(S20)。当該焼入れする工程においては、上記の時間だけ加熱された状態が保持されることにより、焼入れする工程(S20)の後における当該外輪11または内輪12などの軸受の構成部品中の炭化物の体積比率が8%以上12%以下となるように、構成部品が加熱される。なお当該体積比率の測定方法としては、切断面での炭化物の面積比率を画像処理により計測する方法、およびX線回折法などがある。
Next, the
軸受の構成部品の加熱された状態の保持が終了した後に、当該構成部品が油中に投入される。これにより当該構成部品は冷却され、その表面硬度が64HRC以上66HRC以下となるように硬化される。以上により当該構成部品に焼入れ処理がなされる。 After the heated state of the bearing component is maintained, the component is put into oil. As a result, the component is cooled and hardened so that its surface hardness is 64 HRC or more and 66 HRC or less. As described above, the component is hardened.
次に、上記の焼入れする工程の後、当該構成部品が焼戻しされる(S30)。本実施の形態においては、焼戻しする工程(S30)においては高周波誘導加熱が用いられることが好ましい。つまりたとえば複数回巻回する誘導コイルの内側の空間部分に、処理対象の構成部品が挿入され、その状態で誘導コイルに電流を流すことで構成部品を発熱させる方法が用いられる。またこのとき、当該構成部品は、上述した式(1)を満たす温度条件および時間条件の下で焼戻しされる。 Next, after the above quenching step, the component is tempered (S30). In the present embodiment, it is preferable that high frequency induction heating is used in the tempering step (S30). That is, for example, a method is used in which a component to be processed is inserted into a space inside an induction coil that is wound a plurality of times, and a current is passed through the induction coil in that state to generate heat. At this time, the component is tempered under temperature and time conditions that satisfy the above formula (1).
上記の式(1)中のTは焼戻し時の構成部品の表面の温度(単位はK)、tは焼戻しのために構成部品の表面の温度を上記の温度に保つ時間(単位はs)を示している。以下、上記の式(1)を満たすことが好ましいことを、実施例1として説明する。 In the above formula (1), T is the temperature of the surface of the component at the time of tempering (unit is K), and t is the time (unit is s) to keep the temperature of the surface of the component at the above temperature for tempering. Shown. Hereinafter, it is preferable to satisfy the above formula (1) as Example 1.
上記の深溝玉軸受10の構成部品を模した試験片を準備し、当該試験片を用いて構成部品と同様に焼入れ処理および焼戻し処理を行なった。その熱処理前後の寸法を比較し歪みを測定することにより、仕上がり状態の可否を判定する試験を行なった。 A test piece imitating the component parts of the deep groove ball bearing 10 was prepared, and the test piece was used for quenching treatment and tempering treatment in the same manner as the component parts. A test was conducted to determine whether or not the finished state was possible by comparing the dimensions before and after the heat treatment and measuring the strain.
当該試験は、上記図2が示す手順に従い行なわれた。再度図2を参照して、まず試験片が準備された(S10)。具体的には図3に示すような態様の試験片が準備された。図3は本実施の形態における軸受の構成部品の製造方法の評価に用いられる試験片の態様を示す概略図である。図3を参照して、本試験に用いられる試験片20は、たとえば図1の深溝玉軸受10の外輪11または内輪12と同様の材質からなる。すなわち試験片20は高炭素クロム軸受鋼としての、JIS規格SUJ2により形成されるものとした。また試験片20は図1の外輪11または内輪12と類似の形状を有するものとした。すなわち試験片20は、平面視において円環状を有するように形成された。成形時の試験片20の円環状部は、外径Aを60mmとし、内径Bを54mmとした。また試験片20の幅Cは15mmとした。このようにして、軸受の構成部品としての試験片20が準備された。なお試験片20は6個準備された。
The test was performed according to the procedure shown in FIG. With reference to FIG. 2 again, a test piece was first prepared (S10). Specifically, a test piece having a mode as shown in FIG. 3 was prepared. FIG. 3 is a schematic view showing an aspect of a test piece used for evaluating a method for manufacturing a bearing component in the present embodiment. With reference to FIG. 3, the
より詳細には、試験片20には、高炭素クロム軸受鋼SUJ2が用いられた。その化学成分は以下の表1に示すとおりである。なお表中の数字の単位は質量%である。すなわちたとえば試験片20に含まれる炭素は0.98質量%である。
More specifically, high carbon chrome bearing steel SUJ2 was used for the
再度図2を参照して、次に、準備された試験片20が焼入れされた(S20)。上記の時間だけ加熱された状態が保持されることにより、焼入れする工程(S20)の後における試験片20中の炭化物の体積比率が8%以上12%以下となるように、試験片20が加熱された。
With reference to FIG. 2 again, the
試験片20の加熱された状態の保持が終了した後に、試験片20が油中に投入された。これにより試験片20は冷却され、64HRC以上66HRC以下となるように硬化された。以上により試験片20に焼入れ処理がなされた。
After the
次に、上記の焼入れする工程の後、試験片20が焼戻しされた(S30)。具体的には、6個の試験片20のそれぞれに対し、後述する表2に示すような異なる焼戻し時の試験片20の表面温度(焼戻し温度)および焼戻し時間の条件で焼戻し処理がなされた。すなわち6個の試験片20のうちの1つである(以下同じ)試験片1Aは410℃の焼戻し温度で10800秒間(3時間)、焼戻し処理がなされた。試験片2Aは420℃の焼戻し温度で7200秒間(2時間)、焼戻し処理がなされた。試験片3Aは430℃の焼戻し温度で3600秒間(1時間)、焼戻し処理がなされた。試験片4Aは440℃の焼戻し温度で3600秒間(1時間)、焼戻し処理がなされた。以上の試験片1A,2A,3A,4Aは焼戻し温度および焼戻し時間を上記の式(1)に代入することで、式(1)の不等号の関係を満足する。すなわち試験片1A,2A,3A,4Aは本実施例としての試験片である(式(1)による判定が「OK」である)。すなわち本実施例としての試験片は、式(1)を満たす温度条件および時間条件の下で焼戻しされる。
Next, after the above quenching step, the
一方、試験片1Bは410℃の焼戻し温度で3600秒間(1時間)、焼戻し処理がなされた。試験片2Bは420℃の焼戻し温度で1800秒間(0.5時間)、焼戻し処理がなされた。以上の試験片1B,2Bは焼戻し温度および焼戻し時間を上記の式(1)に代入することで、式(1)の不等号の関係を満足しない。すなわち試験片1B,2Bは比較例としての試験片である(式(1)による判定が「NG」である)。 On the other hand, the test piece 1B was tempered at a tempering temperature of 410 ° C. for 3600 seconds (1 hour). The test piece 2B was tempered at a tempering temperature of 420 ° C. for 1800 seconds (0.5 hours). The above test pieces 1B and 2B do not satisfy the relationship of the inequality sign of the formula (1) by substituting the tempering temperature and the tempering time into the above formula (1). That is, the test pieces 1B and 2B are test pieces as comparative examples (the judgment by the formula (1) is "NG").
なお焼戻し処理は以下の方法によりなされた。図4は本実施例において、軸受の構成部品に焼戻し工程がなされる態様を示す概略図である。図4を参照して、焼戻し工程においては、誘導コイル30を用いた高周波誘導加熱が用いられた。すなわち図4の上下方向に間隔をあけて複数回巻回する誘導コイル30の内側の空間部分に、処理対象の試験片20が挿入される。この状態で誘導コイル30に電流I1を流す。この電流I1は一定周期でその流れる方向が逆転する。このようにすれば、誘導コイル30を流れる電流I1により誘導コイル30の内側の空間部分には磁界が発生する。すると試験片20は誘導損失により発熱する。また電流I1の流れる方向が変化すれば誘導コイル30の内側の磁界も変化する。この磁界の変化により、電磁誘導による渦電流が流れる。渦電流が試験片20に流れれば、それにより試験片20は発熱する。以上のように誘導損失および渦電流に起因する発熱が試験片20に生じる。この発熱を利用して焼戻し処理がなされた。
The tempering process was performed by the following method. FIG. 4 is a schematic view showing a mode in which a tempering step is performed on the component parts of the bearing in this embodiment. With reference to FIG. 4, high frequency induction heating using the
上記の焼戻し処理が終了した段階で、各試験片20の寸法が測定された。具体的には、各試験片1A〜4A、1B〜2Bの外径A、内径Bおよび幅C(図2参照)のそれぞれが測定された。
At the stage when the above tempering treatment was completed, the dimensions of each
次に、上記の測定後、各試験片20が、250℃の大気中に2500時間保温された。当該大気中での保温の後、再度、各試験片20の寸法が測定された。ここでも各試験片1A〜4A、1B〜2Bの外径A、内径Bおよび幅C(図2参照)のそれぞれが測定された。各試験片20の、大気中での2500時間の保温前後の寸法から外径A、内径Bおよび幅Cのそれぞれの歪みの値が求められた。それらA,B,Cの3つの歪みの値の平均値が、当該試験片20全体の歪みの値と判断された。当該歪みの値が2.0×10-4以下であれば焼戻し条件は当該試験片に適合しているものとし、歪みによる判定が「OK」とされた。一方、当該歪みの値が2.0×10-4を超えれば焼戻し条件は当該試験片に適合していないものとし、歪みによる判定が「NG」とされた。
Next, after the above measurement, each
以上のように処理がなされた各試験片の焼戻し工程の条件、および評価結果が、以下の表2に示される。 The conditions of the tempering process of each test piece treated as described above and the evaluation results are shown in Table 2 below.
表2より、上記式(1)を満たす焼戻し温度および焼戻し時間の条件下で焼戻しがなされた試験片20は、その後高温大気中に長期間保温された後に発生する歪みが許容範囲内に抑えられることが分かった。一方、表2より、上記式(1)を満たさない焼戻し温度および焼戻し時間の条件下で焼戻しがなされた試験片20は、その後高温大気中に長期間保温された後に発生する歪みが許容範囲よりも大きくなることが分かった。
From Table 2, the
今回記載された各特徴は、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせられるように適用してもよい。 The features described this time may be applied so as to be appropriately combined within a technically consistent range.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
10 深溝玉軸受、11 外輪、11a 外輪転走面、12 内輪、12a 内輪転走面、13 玉、13a 転動面、14 保持器、20 試験片、30 誘導コイル。 10 Deep groove ball bearings, 11 outer ring, 11a outer ring rolling surface, 12 inner ring, 12a inner ring rolling surface, 13 balls, 13a rolling surface, 14 cage, 20 test piece, 30 induction coil.
Claims (3)
前記構成部品を表面硬度が64HRC以上66HRC以下となるように焼入れする工程と、
前記焼入れする工程の後、前記構成部品を、下記の式を満たす温度条件および時間条件の下で焼戻しする工程とを備える、軸受の構成部品の製造方法。
A step of quenching the component parts so that the surface hardness is 64 HRC or more and 66 HRC or less.
A method for manufacturing a bearing component, comprising: after the quenching step, the component is tempered under temperature and time conditions that satisfy the following equations.
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