JP2021110032A - Production method of bearing ring of rolling bearing - Google Patents

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Masahiro Yamada
昌弘 山田
直輝 藤村
Naoki Fujimura
直輝 藤村
力 大木
Tsutomu Oki
力 大木
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Abstract

To provide a production method of a bearing ring of a rolling bearing, capable of improving creep resistance on an anti-raceway surface while improving rolling motion fatigue characteristics on a raceway surface.SOLUTION: A production method of a bearing ring of a rolling bearing includes: a step for preparing a metal member to be processed with an annular shape, having a first circumferential surface and a second circumferential surface which is an opposite surface in the radial direction of the first circumferential surface; a quenching step for quenching the member to be processed; and a tempering step for tempering the member to be processed. The quenching step includes: a heating step for heating the member to be processed at a temperature equal to or higher than the A1 transformation point of steel; and a cooling step for cooling the member to be processed at a temperature equal to or lower than the Mf point of steel. The tempering step is performed by heating the second circumferential surface while cooling the first circumferential surface.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、転がり軸受の軌道輪の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a raceway ring of a rolling bearing.

例えば、特許文献1(特開2017−187104号公報)には、転がり軸受の内輪が記載されている。特許文献1の内輪は、焼入れの行われた鋼製である。特許文献1に記載の内輪は、内輪の内部にある内層部と、内部層の周囲全体を取り囲んでいる表層部とを有している。表層部は、軌道面を含む外周面側のみならず、内周面側(反軌道面側)にも存在している。表層部における鋼中の残留オーステナイト量は、内層部における鋼中の残留オーステナイト量よりも多い。 For example, Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-187104) describes an inner ring of a rolling bearing. The inner ring of Patent Document 1 is made of hardened steel. The inner ring described in Patent Document 1 has an inner layer portion inside the inner ring and a surface layer portion surrounding the entire periphery of the inner layer. The surface layer portion exists not only on the outer peripheral surface side including the raceway surface but also on the inner peripheral surface side (anti-tracking surface side). The amount of retained austenite in the steel in the surface layer portion is larger than the amount of retained austenite in the steel in the inner layer portion.

特開2017−187104号公報JP-A-2017-187104

上記のとおり、特許文献1に記載の内輪では、表層部が外周面側のみならず内周面側にも存在しているため、経時変化により、内径が拡大して軸との嵌め合いが緩まり、クリープが生じるおそれがある。また、特許文献1に記載の内輪では、軌道面における圧縮残留応力の最小値が低く、軌道面における転動疲労特性に改善の余地がある。 As described above, in the inner ring described in Patent Document 1, since the surface layer portion exists not only on the outer peripheral surface side but also on the inner peripheral surface side, the inner diameter expands due to aging and the fit with the shaft becomes loose. , Creep may occur. Further, in the inner ring described in Patent Document 1, the minimum value of the compressive residual stress on the raceway surface is low, and there is room for improvement in the rolling fatigue characteristics on the raceway surface.

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、軌道面における転動疲労特性を改善しつつ、反軌道面における耐クリープ性を改善することができる転がり軸受の軌道輪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 method for manufacturing a raceway ring of a rolling bearing capable of improving the rolling fatigue characteristics on the raceway surface and improving the creep resistance on the anti-track surface.

本発明の転がり軸受の軌道輪の製造方法は、環状であり、第1周面と、第1周面の径方向における反対面である第2周面とを有する鋼製の加工対象部材を準備する工程と、加工対象部材に対して焼き入れを行う焼き入れ工程と、加工対象部材に対して焼き戻しを行う焼き戻し工程とを備えている。焼き入れ工程は、加工対象部材を鋼のA変態点以上の温度に加熱する加熱工程と、加工対象部材を鋼のMf点以下の温度に冷却する冷却工程とを有している。焼き戻し工程は、第1周面を冷却しながら第2周面を加熱することにより行われる。 In the method for manufacturing a raceway ring of a rolling bearing of the present invention, a member to be machined made of steel, which is annular and has a first peripheral surface and a second peripheral surface which is the opposite surface in the radial direction of the first peripheral surface, is prepared. It is provided with a step of performing quenching, a quenching step of quenching the member to be processed, and a tempering step of tempering the member to be processed. Quenching process is a processing target member comprises a heating step of heating the A 1 transformation point or more temperature of the steel, and a cooling step of cooling the processing target member to Mf point below the temperature of the steel. The tempering step is performed by heating the second peripheral surface while cooling the first peripheral surface.

上記の転がり軸受の軌道輪の製造方法では、焼き戻し工程が、加工対象部材を加工対象部材の中心軸回りに回転させながら行われてもよい。 In the above method for manufacturing a raceway ring of a rolling bearing, the tempering step may be performed while rotating the member to be machined around the central axis of the member to be machined.

上記の転がり軸受の軌道輪の製造方法では、焼き戻し工程において、第1周面は、冷却液が噴射されることにより冷却されてもよい。 In the above method for manufacturing a raceway ring of a rolling bearing, in the tempering step, the first peripheral surface may be cooled by injecting a cooling liquid.

上記の転がり軸受の軌道輪の製造方法では、焼き戻し工程において、第2周面は、誘導加熱により加熱されてもよい。 In the above method for manufacturing a raceway ring of a rolling bearing, the second peripheral surface may be heated by induction heating in the tempering step.

上記の転がり軸受の軌道輪の製造方法では、焼き戻し工程において、第2周面は、平均温度が300℃以上になるように加熱されてもよい。 In the above method for manufacturing a raceway ring of a rolling bearing, the second peripheral surface may be heated so that the average temperature becomes 300 ° C. or higher in the tempering step.

本発明の転がり軸受の軌道輪の製造方法によると、軌道面における転動疲労特性を改善しつつ、反軌道面における耐クリープ性を改善することができる。 According to the method for manufacturing a raceway ring of a rolling bearing of the present invention, it is possible to improve the creep fatigue resistance on the anti-track surface while improving the rolling fatigue characteristics on the raceway surface.

内輪10の平面図である。It is a top view of the inner ring 10. 図1のII−IIにおける断面図である。It is sectional drawing in II-II of FIG. 変形例に係る内輪10の断面図である。It is sectional drawing of the inner ring 10 which concerns on a modification. 内輪10の製造方法を示す工程図である。It is a process drawing which shows the manufacturing method of the inner ring 10. 焼き戻し工程S3を説明するための平面模式図である。It is a plane schematic diagram for demonstrating the tempering process S3. 焼き戻し工程S3を説明するための断面模式図である。It is sectional drawing to explain the tempering process S3. 加熱コイル30による加熱時間と内周面20c及び外周面20dにおける温度との関係についてのシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result about the relationship between the heating time by a heating coil 30 and the temperature on the inner peripheral surface 20c and the outer peripheral surface 20d. 内周面20cの加熱温度を変化させた際の外周面20dの加熱温度のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the heating temperature of the outer peripheral surface 20d when the heating temperature of the inner peripheral surface 20c is changed.

実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。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符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。 The details of the embodiment will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts shall be designated by the same reference numerals, and duplicate explanations shall not be repeated.

(実施形態に係る転がり軸受の軌道輪の構成)
以下に、実施形態に係る転がり軸受の軌道輪の構成を説明する。
(Structure of raceway ring of rolling bearing according to embodiment)
The configuration of the raceway ring of the rolling bearing according to the embodiment will be described below.

実施形態に係る転がり軸受の軌道輪は、例えば、深溝玉軸受の内輪(以下においては、「内輪10」とする)である。但し、実施形態に係る転がり軸受の軌道輪は、これに限られるものではない。実施形態に係る転がり軸受の軌道輪は、深溝玉軸受の外輪であってもよく、深溝玉軸受以外の転がり軸受の軌道輪であってもよい。 The raceway ring of the rolling bearing according to the embodiment is, for example, an inner ring of a deep groove ball bearing (hereinafter, referred to as “inner ring 10”). However, the raceway ring of the rolling bearing according to the embodiment is not limited to this. The raceway ring of the rolling bearing according to the embodiment may be an outer ring of a deep groove ball bearing, or may be a raceway ring of a rolling bearing other than the deep groove ball bearing.

内輪10は、焼入れが行われた鋼製である。すなわち、この鋼は、マルテンサイト結晶粒と、残留オーステナイト結晶粒とを含んでいる。この鋼は、マルテンサイト結晶粒及び残留オーステナイト結晶粒以外(例えば、フェライト結晶粒や炭化物粒)を含んでいてもよい。この鋼は、例えば、JIS規格(JIS G 4805:2008)に定められた高炭素クロム軸受鋼であるSUJ2である。 The inner ring 10 is made of hardened steel. That is, this steel contains martensite crystal grains and retained austenite crystal grains. This steel may contain other than martensite crystal grains and retained austenite crystal grains (for example, ferrite crystal grains and carbide grains). This steel is, for example, SUJ2, which is a high carbon chromium bearing steel defined in the JIS standard (JIS G 4805: 2008).

図1は、内輪10の平面図である。図2は、図1のII−IIにおける断面図である。図1及び図2に示されるように、内輪10は、環状の形状を有している。内輪10は、中心軸Aを有している。 FIG. 1 is a plan view of the inner ring 10. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the inner ring 10 has an annular shape. The inner ring 10 has a central axis A.

内輪10は、第1端面10a及び第2端面10bと、内周面10cと、外周面10dとを有している。第1端面10a、第2端面10b、内周面10c及び外周面10dを合わせて、内輪10の表面ということがある。 The inner ring 10 has a first end surface 10a and a second end surface 10b, an inner peripheral surface 10c, and an outer peripheral surface 10d. The first end surface 10a, the second end surface 10b, the inner peripheral surface 10c, and the outer peripheral surface 10d may be collectively referred to as the surface of the inner ring 10.

第1端面10a及び第2端面10bは、中心軸Aに沿う方向(以下においては、「軸方向」という)における端面を構成している。第2端面10bは、軸方向における第1端面10aの反対面である。 The first end face 10a and the second end face 10b form end faces in a direction along the central axis A (hereinafter, referred to as "axial direction"). The second end surface 10b is the opposite surface of the first end surface 10a in the axial direction.

内周面10cは、中心軸Aを中心とする円周に沿う方向(以下においては、「周方向」という)に延在している。内周面10cは、中心軸A側を向いている。内周面10cは、第1端面10a及び第2端面10bに連なっている。内輪10は、内周面10cにおいて軸(図示せず)に嵌め合わされる。 The inner peripheral surface 10c extends in a direction along the circumference centered on the central axis A (hereinafter, referred to as “circumferential direction”). The inner peripheral surface 10c faces the central axis A side. The inner peripheral surface 10c is connected to the first end surface 10a and the second end surface 10b. The inner ring 10 is fitted to a shaft (not shown) on the inner peripheral surface 10c.

外周面10dは、周方向に延在している。外周面10dは、中心軸Aとは反対側を向いている。すなわち、外周面10dは、中心軸Aに直交し、かつ中心軸Aを通る方向(以下において、「径方向」という)における内周面10cの反対面である。 The outer peripheral surface 10d extends in the circumferential direction. The outer peripheral surface 10d faces the side opposite to the central axis A. That is, the outer peripheral surface 10d is the opposite surface of the inner peripheral surface 10c in the direction orthogonal to the central axis A and passing through the central axis A (hereinafter, referred to as “diameter direction”).

外周面10dは、軌道面10daを有している。外周面10dは、軌道面10daにおいて、内周面10c側に窪んでいる。軌道面10daは、中心軸Aを通る断面視において円弧形状を有している。軌道面10daは、転動体(図示せず)に接触する面である。反軌道面とは、径方向において軌道面10daの反対側にある面である。内輪10においては、内周面10cが反軌道面になっている。 The outer peripheral surface 10d has a raceway surface 10da. The outer peripheral surface 10d is recessed on the inner peripheral surface 10c side in the raceway surface 10da. The raceway surface 10da has an arc shape in a cross-sectional view passing through the central axis A. The raceway surface 10da is a surface that comes into contact with a rolling element (not shown). The anti-orbital plane is a plane on the opposite side of the orbital plane 10da in the radial direction. In the inner ring 10, the inner peripheral surface 10c is an anti-orbital plane.

反軌道面である内周面10cにおける残留オーステナイト量は、軌道面10daにおける残留オーステナイト量よりも少ない。内輪10を構成している鋼中の残留オーステナイト量の平均値は、10体積パーセント以下になっていることが好ましい。「内輪10を構成している鋼中の残留オーステナイト量の平均値」とは、内輪10の径方向に沿って軌道面10daと内周面10cとの間に等間隔で配置された複数点の測定により得られた残留オーステナイト量の分布曲線を周方向に沿って積分するとともに、それを周方向に平行な軌道輪(内輪10)の断面積で除した値である。 The amount of retained austenite on the inner peripheral surface 10c, which is the anti-orbital plane, is smaller than the amount of retained austenite on the raceway surface 10da. The average value of the amount of retained austenite in the steel constituting the inner ring 10 is preferably 10% by volume or less. The "average value of the amount of retained austenite in the steel constituting the inner ring 10" is a plurality of points arranged at equal intervals between the raceway surface 10da and the inner peripheral surface 10c along the radial direction of the inner ring 10. It is a value obtained by integrating the distribution curve of the retained austenite amount obtained by the measurement along the circumferential direction and dividing it by the cross-sectional area of the raceway ring (inner ring 10) parallel to the circumferential direction.

内周面10cにおける残留オーステナイト量と軌道面10daにおける残留オーステナイト量との差は、3体積パーセント以上であることが好ましい。内周面10cにおける残留オーステナイト量は、5体積パーセント以下であることが好ましい。 The difference between the amount of retained austenite on the inner peripheral surface 10c and the amount of retained austenite on the raceway surface 10da is preferably 3% by volume or more. The amount of retained austenite on the inner peripheral surface 10c is preferably 5% by volume or less.

なお、内輪10を構成している鋼中における残留オーステナイト量は、X線回折法により測定される。より具体的には、残留オーステナイト量は、X線を照射することにより得られた各相の回折ピークの強度を比較することにより得られる。 The amount of retained austenite in the steel constituting the inner ring 10 is measured by an X-ray diffraction method. More specifically, the amount of retained austenite is obtained by comparing the intensities of the diffraction peaks of each phase obtained by irradiating with X-rays.

軌道面10daにおける圧縮残留応力の最小値は、100MPa以上である。軌道面10daからの距離が0.2mm以下となる領域において、圧縮残留応力が100MPa以下となっていることが好ましい。軌道面10daにおける残留応力は、X線回折法により測定される。より具体的には、軌道面10daにX線を照射した際の回折ピーク角の変化に基づいて、軌道面10daにおける残留応力が測定される。 The minimum value of compressive residual stress on the raceway surface 10 da is 100 MPa or more. In the region where the distance from the raceway surface 10 da is 0.2 mm or less, the compressive residual stress is preferably 100 MPa or less. The residual stress on the orbital plane 10 da is measured by the X-ray diffraction method. More specifically, the residual stress on the orbital plane 10da is measured based on the change in the diffraction peak angle when the orbital plane 10da is irradiated with X-rays.

軌道面10daにおける硬さは、内周面10cにおける硬さよりも高い。軌道面10daにおける硬さ及び内周面10cにおける硬さは、700Hv以上となっていることが好ましい。なお、軌道面10daにおける硬さ及び内周面10cにおける硬さは、JIS規格(JIS Z 2244:2009)に定められたビッカース硬さ試験法にしたがって測定される。 The hardness on the raceway surface 10da is higher than the hardness on the inner peripheral surface 10c. The hardness of the raceway surface 10da and the hardness of the inner peripheral surface 10c are preferably 700 Hv or more. The hardness of the raceway surface 10da and the hardness of the inner peripheral surface 10c are measured according to the Vickers hardness test method defined in the JIS standard (JIS Z 2244: 2009).

<変形例>
図3は、変形例に係る内輪10の断面図である。図3に示されるように、内輪10の表面には、浸窒層10eが形成されていてもよい。浸窒層10eに位置する鋼中の窒素濃度は、浸窒層10e以外に位置する鋼中の窒素濃度よりも高くなっている。なお、鋼中の窒素濃度は、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)により測定される。
<Modification example>
FIG. 3 is a cross-sectional view of the inner ring 10 according to the modified example. As shown in FIG. 3, a nitrification layer 10e may be formed on the surface of the inner ring 10. The nitrogen concentration in the steel located in the immersion layer 10e is higher than the nitrogen concentration in the steel located in the steel other than the immersion layer 10e. The nitrogen concentration in steel is measured by EPMA (Electron Probe Micro Analyzer).

なお、内輪10の表面に浸窒層10eが形成されている場合、内輪10を構成している鋼中の残留オーステナイト量の平均値は、20体積パーセント以下になっていることが好ましい。 When the nitriding layer 10e is formed on the surface of the inner ring 10, the average value of the amount of retained austenite in the steel constituting the inner ring 10 is preferably 20% by volume or less.

(実施形態に係る転がり軸受の軌道輪の製造方法)
以下に、内輪10の製造方法を説明する。
(Method of manufacturing a raceway ring of a rolling bearing according to an embodiment)
The method of manufacturing the inner ring 10 will be described below.

図4は、内輪10の製造方法を示す工程図である。図4に示されるように、内輪10の製造方法は、準備工程S1と、焼入れ工程S2と、焼き戻し工程S3と、後処理工程S4とを有している。準備工程S1においては、焼入れ工程S2、焼き戻し工程S3及び後処理工程S4を経ることにより内輪10となる環状の加工対象部材20が準備される。 FIG. 4 is a process diagram showing a method for manufacturing the inner ring 10. As shown in FIG. 4, the method for manufacturing the inner ring 10 includes a preparation step S1, a quenching step S2, a tempering step S3, and a post-treatment step S4. In the preparation step S1, the annular work target member 20 to be the inner ring 10 is prepared by going through the quenching step S2, the tempering step S3, and the post-treatment step S4.

なお、内輪10の表面に浸窒層10eが形成される場合、焼入れ工程S2に先立って、加工対象部材20の表面に対して浸窒処理が行われる。浸窒処理は、例えば、窒素を含む雰囲気ガス(例えば、アンモニア(NH)ガス)中において加工対象部材20を所定温度で所定時間保持することにより行われる。 When the nitriding layer 10e is formed on the surface of the inner ring 10, the surface of the member 20 to be processed is subjected to a nitriding treatment prior to the quenching step S2. The immersion treatment is performed by holding the member 20 to be processed at a predetermined temperature for a predetermined time in, for example, an atmospheric gas containing nitrogen (for example, ammonia (NH 3) gas).

焼入れ工程S2においては、加工対象部材20に対する焼入れが行われる。焼入れ工程S2は、加熱工程S21と冷却工程S22とを有している。加熱工程S21においては、加工対象部材20がA点以上の温度に加熱され、所定時間保持される。A点は、鋼中のフェライトがオーステナイトへの変態を開始する温度である。加熱工程S21が行われることにより、加工対象部材20を構成している鋼中にオーステナイト結晶粒が生じる。 In the quenching step S2, the member 20 to be processed is quenched. The quenching step S2 includes a heating step S21 and a cooling step S22. In the heating step S21, the member 20 to be processed is heated to a temperature of A 1 point or higher and held for a predetermined time. A 1 point is the temperature at which ferrite in steel begins to transform into austenite. By performing the heating step S21, austenite crystal grains are generated in the steel constituting the member 20 to be processed.

冷却工程S22は、加熱工程S21の後に行われる。冷却工程S22においては、加工対象部材20がMs点以下の温度に冷却される。Ms点は、オーステナイトからマルテンサイトへの変態が開始される温度である。そのため、冷却工程S22により、加工対象部材20を構成している鋼中のオーステナイト結晶粒の一部が、マルテンサイト結晶粒になる。 The cooling step S22 is performed after the heating step S21. In the cooling step S22, the member 20 to be processed is cooled to a temperature equal to or lower than the Ms point. The Ms point is the temperature at which the transformation from austenite to martensite begins. Therefore, in the cooling step S22, some of the austenite crystal grains in the steel constituting the processing target member 20 become martensite crystal grains.

冷却工程S22においては、Ms点を下回り、Mf点以下又はその近傍の温度まで冷却される。Mf点は、オーステナイトからマルテンサイトへの変態が終了する温度である。すなわち、冷却工程S22においては、いわゆるサブゼロ処理(深冷処理)が行われる。これにより、加工対象部材20を肯定している鋼中の残留オーステナイト量が、相当程度減少する。 In the cooling step S22, the temperature falls below the Ms point and is cooled to a temperature below or near the Mf point. The Mf point is the temperature at which the transformation from austenite to martensite ends. That is, in the cooling step S22, a so-called sub-zero treatment (deep cooling treatment) is performed. As a result, the amount of retained austenite in the steel that affirms the member 20 to be processed is considerably reduced.

焼き戻し工程S3は、焼入れ工程S2の後に行われる。焼き戻し工程S3においては、加工対象部材20の焼き戻しが行われる。 The tempering step S3 is performed after the quenching step S2. In the tempering step S3, the member 20 to be processed is tempered.

図5は、焼き戻し工程S3を説明するための平面模式図である。図6は、焼き戻し工程S3を説明するための断面模式図である。図5及び図6に示されるように、焼き戻し工程S3における加熱は、例えば、誘導加熱により行われる。 FIG. 5 is a schematic plan view for explaining the tempering step S3. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining the tempering step S3. As shown in FIGS. 5 and 6, the heating in the tempering step S3 is performed by, for example, induction heating.

より具体的には、加熱コイル30を加工対象部材20の内周面20cに沿って周方向に回転させて内周面20cを誘導加熱することにより行われる。加熱コイル30により内周面20cの加熱が行われている際、加工対象部材20の外周面20dは、噴射部31から噴射される水等の冷却液により冷却されている。 More specifically, the heating coil 30 is rotated in the circumferential direction along the inner peripheral surface 20c of the member 20 to be processed to induce and heat the inner peripheral surface 20c. When the inner peripheral surface 20c is heated by the heating coil 30, the outer peripheral surface 20d of the member 20 to be processed is cooled by a cooling liquid such as water injected from the injection unit 31.

図7は、加熱コイル30による加熱時間と内周面20c及び外周面20dにおける温度との関係についてのシミュレーション結果を示すグラフである。なお、図7中において、横軸は、加熱コイル30による加熱時間(単位:秒)であり、縦軸は、内周面20c及び外周面20dにおける温度(単位:℃)である。図7のシミュレーションは、内周面20cの加熱温度が420℃、外周面20dを水冷、内周面20cと外周面20dとの間の距離が3mmとの条件の下で行われた。図7に示されるように、焼き戻し工程S3においては、外周面20dの加熱温度は、内周面20cの加熱温度よりも低くなる。 FIG. 7 is a graph showing the simulation results regarding the relationship between the heating time by the heating coil 30 and the temperatures on the inner peripheral surface 20c and the outer peripheral surface 20d. In FIG. 7, the horizontal axis is the heating time (unit: seconds) by the heating coil 30, and the vertical axis is the temperature (unit: ° C.) on the inner peripheral surface 20c and the outer peripheral surface 20d. The simulation of FIG. 7 was performed under the conditions that the heating temperature of the inner peripheral surface 20c was 420 ° C., the outer peripheral surface 20d was water-cooled, and the distance between the inner peripheral surface 20c and the outer peripheral surface 20d was 3 mm. As shown in FIG. 7, in the tempering step S3, the heating temperature of the outer peripheral surface 20d is lower than the heating temperature of the inner peripheral surface 20c.

図8は、内周面20cの加熱温度を変化させた際の外周面20dの加熱温度のシミュレーション結果を示すグラフである。なお、図8中において、横軸は、内周面20cの加熱温度(単位:℃)、縦軸は、外周面20dの加熱温度(単位:℃)である。図8のシミュレーションは、内周面20cの加熱温度を変化させたことを除き、図7のシミュレーションと同様の条件で行われた。図8に示されるように、外周面20dの加熱温度は、内周面20cの加熱温度の一次式となる。内周面20cの加熱温度をx、外周面20dの加熱温度をyとすると、y=a×x+b(aは1未満の正の数、bは正の数)となる(以下において、この式を「式1」という)。 FIG. 8 is a graph showing a simulation result of the heating temperature of the outer peripheral surface 20d when the heating temperature of the inner peripheral surface 20c is changed. In FIG. 8, the horizontal axis represents the heating temperature (unit: ° C.) of the inner peripheral surface 20c, and the vertical axis represents the heating temperature (unit: ° C.) of the outer peripheral surface 20d. The simulation of FIG. 8 was performed under the same conditions as the simulation of FIG. 7 except that the heating temperature of the inner peripheral surface 20c was changed. As shown in FIG. 8, the heating temperature of the outer peripheral surface 20d is a linear expression of the heating temperature of the inner peripheral surface 20c. Assuming that the heating temperature of the inner peripheral surface 20c is x and the heating temperature of the outer peripheral surface 20d is y, y = a × x + b (a is a positive number less than 1 and b is a positive number). Is called "Equation 1").

例えば、特開平10−102137号公報に記載されているように、焼き戻し工程S3が行われた後における加工対象部材20を構成する鋼中の残留オーステナイトの体積比率(M)は、焼き戻し工程S3が行われる前における加工対象部材20を構成する鋼中の残留オーステナイトの体積比率(M)、加熱温度(T)及び加熱時間(t)を用いて、M=M×{A×exp(−Q/RT)×t}(A、Q及びnは定数、Rはガス定数)となる(以下において、この式を「式2」という)。 For example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-102137, the volume ratio (M 1 ) of retained austenite in the steel constituting the work target member 20 after the tempering step S3 is performed is tempered. Using the volume ratio (M 0 ), heating temperature (T), and heating time (t) of the retained austenite in the steel constituting the member 20 to be processed before the step S3 is performed , M 1 = M 0 × {A. × exp (−Q / RT) × t n } (A, Q and n are constants, R is a gas constant) (hereinafter, this equation is referred to as “Equation 2”).

そのため、加熱コイル30による内周面20cの加熱温度及び加熱時間を適宜調整することにより、外周面20dの加熱温度を適宜調整することができ、それに伴い、内周面20cにおける残留オーステナイトの体積比率及び外周面20dにおける残留オーステナイトの体積比率を適宜調整することができる。 Therefore, by appropriately adjusting the heating temperature and heating time of the inner peripheral surface 20c by the heating coil 30, the heating temperature of the outer peripheral surface 20d can be appropriately adjusted, and accordingly, the volume ratio of the retained austenite in the inner peripheral surface 20c. And the volume ratio of retained austenite on the outer peripheral surface 20d can be adjusted as appropriate.

例えば参考文献(井上毅,「新しい焼き戻しパラメータとその連続昇温曲線に沿った焼き戻し積算法への応用」,鉄と鋼,66,10(1980),1533)に記載されているように、焼き戻し工程S3が行われた後における加工対象部材20を構成する鋼の硬さ(Hv)は、加熱時間(t)及び加熱温度(T)を用いて、Hv=c×logt+d/T+e(c、d及びeは定数)となる。そのため、加熱コイル30による内周面20cの加熱温度及び加熱時間を適宜調整することにより、内周面20cにおける硬さを適宜調整することができる。 For example, as described in References (Takeshi Inoue, "New Tempering Parameters and Application to Tempering Integration Method Along Its Continuous Temperature Curve", Iron and Steel, 66, 10 (1980), 1533). The hardness (Hv) of the steel constituting the work target member 20 after the tempering step S3 is determined by using the heating time (t) and the heating temperature (T) as Hv = c × log + d / T + e ( c, d and e are constants). Therefore, the hardness of the inner peripheral surface 20c can be appropriately adjusted by appropriately adjusting the heating temperature and the heating time of the inner peripheral surface 20c by the heating coil 30.

後処理工程S4においては、加工対象部材20に対する後処理が行われる。この後処理には、加工対象部材20に対する研削加工、加工対象部材20に対する洗浄等が含まれている。以上により、内輪10の製造工程が完了する。 In the post-treatment step S4, post-treatment is performed on the member 20 to be processed. This post-treatment includes grinding of the processing target member 20, cleaning of the processing target member 20, and the like. With the above, the manufacturing process of the inner ring 10 is completed.

(実施形態に係る転がり軸受の効果)
以下に、内輪10の効果を説明する。
(Effect of rolling bearing according to the embodiment)
The effect of the inner ring 10 will be described below.

内輪10においては、反軌道面(内周面10c)における残留オーステナイト量が軌道面10daにおける残留オーステナイト量よりも少ないため、時間経過に伴って残留オーステナイトがマルテンサイトに変態することによる内周面10cの寸法変化が小さい。そのため、内輪10においては、軸との嵌め合いが緩みにくく、反軌道面における耐クリープ性を改善することができる。 In the inner ring 10, the amount of retained austenite on the anti-orbital plane (inner peripheral surface 10c) is smaller than the amount of retained austenite on the raceway surface 10da. The dimensional change of is small. Therefore, in the inner ring 10, the fitting with the shaft is hard to loosen, and the creep resistance on the anti-track surface can be improved.

内輪10においては、内周面10cにおける残留オーステナイト量が軌道面10daにおける残留オーステナイト量よりも少ない(別の観点から言えば、内周面10cにおける残留オーステナイトの減少量が、軌道面10daにおける残留オーステナイトの減少量よりも多い)ため、焼き戻し工程S3の終了後における内周面10c側の収縮は、軌道面10da側よりも大きい。 In the inner ring 10, the amount of retained austenite on the inner peripheral surface 10c is smaller than the amount of retained austenite on the raceway surface 10da (from another viewpoint, the amount of decrease in retained austenite on the inner peripheral surface 10c is the amount of retained austenite on the raceway surface 10da. The shrinkage on the inner peripheral surface 10c side after the end of the tempering step S3 is larger than that on the raceway surface 10da side.

この収縮量の違いに起因し、軌道面10daには圧縮残留応力が作用する。内輪10においては、内周面10cにおける残留オーステナイト量と軌道面10daにおける残留オーステナイト量との差が3体積パーセント以上になっているため、軌道面10daには、大きな圧縮残留応力(具体的には、最小値が100MPa以上)が作用する。そのため、内輪10によると、軌道面10daにおける転動疲労特性を改善することができる。 Due to this difference in the amount of shrinkage, compressive residual stress acts on the raceway surface 10da. In the inner ring 10, the difference between the amount of retained austenite on the inner peripheral surface 10c and the amount of retained austenite on the raceway surface 10da is 3% by volume or more, so that the raceway surface 10da has a large compressive residual stress (specifically, , The minimum value is 100 MPa or more). Therefore, according to the inner ring 10, the rolling fatigue characteristic on the raceway surface 10da can be improved.

内輪10を構成している鋼中の残留オーステナイト量の平均値が10体積パーセント以下になっている(浸窒層10eが形成されているときは、20体積パーセント以下になっている)場合には、時間経過に伴う残留オーステナイトのマルテンサイトへの変態が生じにくく、耐クリープ性をさらに改善することができる。 When the average value of the amount of retained austenite in the steel constituting the inner ring 10 is 10% by volume or less (when the nitriding layer 10e is formed, it is 20% by volume or less). , The transformation of retained austenite to martensite with the passage of time is less likely to occur, and the creep resistance can be further improved.

なお、冷却工程S22においてサブゼロ処理を行うことにより、内輪10を構成している鋼中の残留オーステナイト量の平均値が10体積パーセント以下(浸窒層10eが形成されているときは、20体積パーセント以下)とすることができる。焼き戻し工程S3の前に鋼中の残留オーステナイト量の平均値を減少させておけば、焼き戻し工程S3に要する時間を短縮することができ、また焼き戻し工程S3での内周面10cの加熱温度を低下させることができる。その結果、軌道面10daのみならず、内周面10cにおいても硬さを維持することができる。 By performing the sub-zero treatment in the cooling step S22, the average value of the amount of retained austenite in the steel constituting the inner ring 10 is 10% by volume or less (20% by volume when the nitriding layer 10e is formed). The following) can be used. If the average value of the amount of retained austenite in the steel is reduced before the tempering step S3, the time required for the tempering step S3 can be shortened, and the inner peripheral surface 10c is heated in the tempering step S3. The temperature can be lowered. As a result, the hardness can be maintained not only on the raceway surface 10da but also on the inner peripheral surface 10c.

<実験例>
実験に供するサンプルとして、サンプル1〜サンプル4を準備した。サンプル1〜サンプル4は、JIS規格に定められたSUJ2により形成された環状の部材である。サンプル1及びサンプル2に対しては、表面に浸窒処理が行われていない。サンプル3及びサンプル4に対しては、表面に浸窒処理が行われている。サンプル1及びサンプル3に対しては、冷却工程S22においてサブゼロ処理が行われておらず、サンプル2及びサンプル4に対しては冷却工程S22においてサブゼロ処理が行われている。サンプル1〜サンプル4に対しては、焼き戻し工程S3が行われている。
<Experimental example>
Samples 1 to 4 were prepared as samples to be used in the experiment. Samples 1 to 4 are annular members formed by SUJ2 defined in JIS standards. The surfaces of Sample 1 and Sample 2 have not been subjected to nitrification treatment. The surfaces of Samples 3 and 4 are subjected to a nitrogen immersion treatment. The samples 1 and 3 are not subjected to the sub-zero treatment in the cooling step S22, and the samples 2 and the sample 4 are subjected to the sub-zero treatment in the cooling step S22. The tempering step S3 is performed on the samples 1 to 4.

表1に示されるように、サンプル1の軌道面における残留オーステナイト量は、11体積パーセントであった。他方、サンプル2の軌道面における残留オーステナイト量は、7体積パーセントであった。また、サンプル3の軌道面における残留オーステナイト量は31体積パーセントであった一方で、サンプル4の軌道面における残留オーステナイト量は16体積パーセントであった。 As shown in Table 1, the amount of retained austenite on the orbital plane of Sample 1 was 11% by volume. On the other hand, the amount of retained austenite on the orbital plane of Sample 2 was 7% by volume. The amount of retained austenite on the orbital plane of Sample 3 was 31% by volume, while the amount of retained austenite on the orbital plane of Sample 4 was 16% by volume.

焼き戻し工程S3により加工対象部材20を構成している鋼中の残留オーステナイト量は軌道面から反軌道面に向かい減少するため、冷却工程S22においてサブゼロ処理を行うことにより、内輪10を構成している鋼中の残留オーステナイト量の平均値を、10体積パーセント以下(浸窒層10eが形成されている場合、20体積パーセント以下)にすることができる。 Since the amount of retained austenite in the steel constituting the member 20 to be processed decreases from the raceway surface to the anti-track plane in the tempering step S3, the inner ring 10 is formed by performing the subzero treatment in the cooling step S22. The average value of the amount of retained austenite in the steel can be 10% by volume or less (20% by volume or less when the immersion layer 10e is formed).

Figure 2021110032
Figure 2021110032

サンプル2に対して、焼き戻し工程S3を行った。この際、サンプル2の内周面側における加熱温度は300℃とされ、サンプル2の外周面側は水冷された。加熱時間は、式1及び式2に基づいて、外周面における残留オーステナイト量と内周面における残留オーステナイトとの差が3体積パーセントとなるように設定された。 The tempering step S3 was performed on the sample 2. At this time, the heating temperature on the inner peripheral surface side of the sample 2 was set to 300 ° C., and the outer peripheral surface side of the sample 2 was water-cooled. The heating time was set so that the difference between the amount of retained austenite on the outer peripheral surface and the retained austenite on the inner peripheral surface was 3% by volume based on the formulas 1 and 2.

表2に示されるように、焼き戻し工程S3が行われる前のサンプル2においては、外周面に残留引張応力が作用していたが、焼き戻し工程S3が行われた後のサンプル2においては、外周面からの距離が0.2mmまでの位置に100MPa以上の圧縮残留応力が生じていた。このことから、内周面10cにおける残留オーステナイト量と軌道面10daにおける残留オーステナイト量との差が3体積パーセント以上になっていることにより軌道面10daに100MPa以上の圧縮残留応力が発生することが、実験的にも明らかにされた。 As shown in Table 2, in the sample 2 before the tempering step S3 was performed, the residual tensile stress was acting on the outer peripheral surface, but in the sample 2 after the tempering step S3 was performed, the residual tensile stress was acting. A compressive residual stress of 100 MPa or more was generated at a position where the distance from the outer peripheral surface was up to 0.2 mm. From this, it is possible that a compressive residual stress of 100 MPa or more is generated on the raceway surface 10da because the difference between the amount of retained austenite on the inner peripheral surface 10c and the amount of retained austenite on the raceway surface 10da is 3% by volume or more. It was also clarified experimentally.

Figure 2021110032
Figure 2021110032

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全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, it is possible to modify the above-described embodiment in various ways. Moreover, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

上記の実施形態は、転がり軸受の軌道輪に特に有利に適用される。 The above embodiments are particularly advantageously applied to the raceway rings of rolling bearings.

10 内輪、10a 第1端面、10b 第2端面、10c 内周面、10d 外周面、10da 軌道面、10e 浸窒層、20 加工対象部材、20c 内周面、20d 外周面、30 加熱コイル、31 噴射部、A 中心軸、S1 準備工程、S2 焼入れ工程、S3 焼き戻し工程、S4 後処理工程、S21 加熱工程、S22 冷却工程。 10 Inner ring, 10a 1st end surface, 10b 2nd end surface, 10c Inner peripheral surface, 10d Outer surface, 10da Orbital surface, 10e Quenching layer, 20 Processing target member, 20c Inner peripheral surface, 20d Outer surface, 30 Heating coil, 31 Injection part, A central axis, S1 preparation process, S2 quenching process, S3 tempering process, S4 post-treatment process, S21 heating process, S22 cooling process.

Claims (5)

環状であり、第1周面と、前記第1周面の径方向における反対面である第2周面とを有する鋼製の加工対象部材を準備する工程と、
前記加工対象部材に対して焼き入れを行う焼き入れ工程と、
前記加工対象部材に対して焼き戻しを行う焼き戻し工程とを備え、
前記焼き入れ工程は、前記加工対象部材を前記鋼のA変態点以上の温度に加熱する加熱工程と、前記加工対象部材を前記鋼のMf点以下の温度に冷却する冷却工程とを有し、
前記焼き戻し工程は、前記第1周面を冷却しながら前記第2周面を加熱することにより行われる、転がり軸受の軌道輪の製造方法。
A step of preparing a member to be processed made of steel, which is annular and has a first peripheral surface and a second peripheral surface which is an opposite surface in the radial direction of the first peripheral surface.
A quenching process for quenching the member to be processed and
It is provided with a tempering process for tempering the member to be processed.
The quenching step includes a heating step of heating the processing target member to the A 1 transformation point or more temperature of the steel, and a cooling step of cooling the processing target member to a temperature below Mf point of the steel ,
The tempering step is a method for manufacturing a raceway ring of a rolling bearing, which is performed by heating the second peripheral surface while cooling the first peripheral surface.
前記焼き戻し工程は、前記加工対象部材を前記加工対象部材の中心軸回りに回転させながら行われる、請求項1に記載の転がり軸受の軌道輪の製造方法。 The method for manufacturing a raceway ring of a rolling bearing according to claim 1, wherein the tempering step is performed while rotating the machining target member around the central axis of the machining target member. 前記焼き戻し工程において、前記第1周面は、冷却液が噴射されることにより冷却される、請求項1又は請求項2に記載の転がり軸受の軌道輪の製造方法。 The method for manufacturing a raceway ring of a rolling bearing according to claim 1 or 2, wherein in the tempering step, the first peripheral surface is cooled by injecting a cooling liquid. 前記焼き戻し工程において、前記第2周面は、誘導加熱により加熱される、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の転がり軸受の軌道輪の製造方法。 The method for manufacturing a raceway ring of a rolling bearing according to any one of claims 1 to 3, wherein in the tempering step, the second peripheral surface is heated by induction heating. 前記焼き戻し工程において、前記第2周面は、平均温度が300℃以上になるように加熱される、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の転がり軸受の軌道輪の製造方法。 The method for manufacturing a raceway ring of a rolling bearing according to any one of claims 1 to 4, wherein in the tempering step, the second peripheral surface is heated so that the average temperature becomes 300 ° C. or higher. ..
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