JP2022107970A - Bearing component and rolling bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軸受部品及び転がり軸受に関する。 The present invention relates to bearing components and rolling bearings.
特許文献1(特許第5489111号公報)には、軸受部品が記載されている。特許文献1に記載の軸受部品は、鋼製の加工対象部材に対して、浸窒、焼入れ及び焼戻しを行うことにより形成されている。特許文献1に記載の軸受部品では、表層部の鋼中にセメンタイトが分散されているため、高い耐摩耗性を有している。
Patent Document 1 (Japanese Patent No. 5489111) describes a bearing component. The bearing component described in
特許文献2(特許第6023422号公報)には、軸受部品が記載されている。特許文献2に記載の軸受部品は、鋼製の加工対象部材に対して、浸窒、焼入れ及び焼戻しを行うことにより形成されている。特許文献2に記載の軸受部品では、表層部の鋼中における残留オーステナイト量が大きいため、異物混入潤滑下における圧痕起点型剥離に対する耐久性が高い。 Patent Document 2 (Japanese Patent No. 6023422) describes a bearing component. The bearing component described in Patent Document 2 is formed by performing nitriding, quenching, and tempering on a steel member to be processed. In the bearing component described in Patent Document 2, since the amount of retained austenite in the steel of the surface layer is large, the durability against indentation-induced flaking under lubrication mixed with foreign matter is high.
本発明者らが鋭意検討したところ、特許文献1に記載の軸受部品及び特許文献2に記載の軸受部品は、耐久性にさらに改善の余地がある。本発明は、耐久性が改善された軸受部品及び転がり軸受を提供するものである。
As a result of extensive studies by the present inventors, the bearing components described in
本発明の軸受部品は、表面を有し、鋼製である。軸受部品は、表面からの距離が20μmまでの領域である表層部を備える。鋼は、0.70質量パーセント以上1.10質量パーセント以下の炭素と、0.15質量パーセント以上0.35質量パーセント以下のシリコンと、0.30質量パーセント以上0.60質量パーセント以下のマンガンと、1.30質量パーセント以上1.60質量パーセント以下のクロムと、0.50質量パーセント以下のバナジウムと、0.50質量パーセント以下のモリブデンとを含み、かつ残部が鉄及び不可避不純物である。表層部の鋼は、マルテンサイトブロック粒と、析出物とを有する。析出物は、クロム若しくはバナジウムを主成分とする窒化物又はクロム若しくはバナジウムを主成分とする炭窒化物である。表層部の鋼中において、比較面積率が30パーセントでのマルテンサイトブロック粒の平均粒径は、2.0μm以下である。 The bearing component of the invention has a surface and is made of steel. The bearing component comprises a surface layer which is an area up to 20 μm away from the surface. The steel contains 0.70 to 1.10 mass percent carbon, 0.15 to 0.35 mass percent silicon, and 0.30 to 0.60 mass percent manganese. , 1.30 mass percent or more and 1.60 mass percent or less of chromium, 0.50 mass percent or less of vanadium, and 0.50 mass percent or less of molybdenum, and the balance being iron and unavoidable impurities. The surface layer steel has martensite block grains and precipitates. The precipitates are nitrides based on chromium or vanadium or carbonitrides based on chromium or vanadium. In the steel of the surface layer portion, the average grain size of martensite block grains with a comparative area ratio of 30% is 2.0 μm or less.
上記の軸受部品では、鋼が、0.90質量パーセント以上1.10質量パーセント以下の炭素と、0.20質量パーセント以上0.30質量パーセント以下のシリコンと、0.40質量パーセント以上0.50質量パーセント以下のマンガンと、1.40質量パーセント以上1.60質量パーセント以下のクロムと、0.20質量パーセント以上0.30質量パーセント以下のバナジウムと、0.10質量パーセント以上0.30質量パーセント以下のモリブデンとを含み、かつ残部が鉄及び不可避不純物であってもよい。 In the above bearing component, the steel comprises 0.90 mass percent to 1.10 mass percent carbon, 0.20 mass percent to 0.30 mass percent silicon, and 0.40 mass percent to 0.50 mass percent. 1.40 to 1.60 mass percent of manganese, 0.20 to 0.30 mass percent of vanadium, and 0.10 to 0.30 mass percent and molybdenum below, and the balance may be iron and unavoidable impurities.
上記の軸受部品では、表層部の鋼中における析出物の面積率が、2.0パーセント以上であってもよい。 In the above bearing component, the area ratio of precipitates in the steel of the surface layer portion may be 2.0% or more.
上記の軸受部品では、表層部の鋼中において、析出物の最大粒径が、0.5μm以下であってもよい。 In the above bearing component, the maximum grain size of precipitates in the steel of the surface layer portion may be 0.5 μm or less.
上記の軸受部品では、表層部の鋼が、セメンタイトをさらに有していてもよい。表層部の鋼中において、セメンタイトの最大粒径は、1.5μm以下であってもよい。 In the above bearing component, the steel of the surface layer portion may further contain cementite. The maximum grain size of cementite in the steel of the surface layer portion may be 1.5 μm or less.
上記の軸受部品では、表層部の鋼中における窒素濃度が、0.15質量パーセント以上であってもよい。 In the above bearing component, the nitrogen concentration in the steel of the surface layer portion may be 0.15% by mass or more.
上記の軸受部品では、表面からの距離が50μmとなる位置において、鋼中の残留オーステナイトの体積比が、15パーセント以上であってもよい。 In the above bearing component, the volume ratio of retained austenite in the steel may be 15% or more at a position 50 μm from the surface.
上記の軸受部品では、表面からの距離が50μmとなる位置において、鋼の硬さが、58HRC以上であってもよい。 In the bearing component described above, the steel may have a hardness of 58 HRC or more at a distance of 50 μm from the surface.
上記の軸受部品では、表面からの距離が50μmとなる位置において、鋼中の残留オーステナイトの体積比が、25パーセント以上35パーセント以下であってもよい。表面からの距離が50μmとなる位置において、鋼の硬さが、58HRC以上64HRC以下であってもよい。 In the above bearing component, the volume ratio of retained austenite in the steel may be 25% or more and 35% or less at the position where the distance from the surface is 50 μm. The hardness of the steel may be 58 HRC or more and 64 HRC or less at the position where the distance from the surface is 50 μm.
本発明の転がり軸受は、内輪と、外輪と、転動体とを備える。内輪、外輪及び転動体のうちの少なくともいずれかは、上記の軸受部品である。 A rolling bearing of the present invention includes an inner ring, an outer ring, and rolling elements. At least one of the inner ring, outer ring and rolling elements is the above bearing component.
本発明の軸受部品及び本発明の転がり軸受によると、耐久性が改善される。 Durability is improved with the bearing component of the invention and the rolling bearing of the invention.
本発明の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。ここでは、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。 Details of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts, and redundant description will not be repeated.
実施形態に係る軸受部品は、例えば、転がり軸受の内輪10である。以下においては、内輪10を実施形態に係る軸受部品の例として説明する。但し、実施形態に係る軸受部品は、これに限られない。実施形態に係る軸受部品は、転がり軸受の外輪又は転がり軸受の転動体であってもよい。
A bearing component according to the embodiment is, for example, an
(内輪10の構成)
図1は、内輪10の断面図である。図1に示されるように、内輪10は、リング状である。内輪10の中心軸を、中心軸Aとする。内輪10は、幅面10aと、幅面10bと、内周面10cと、外周面10dとを有している。幅面10a、幅面10b、内周面10c及び外周面10dは、内輪10の表面を構成している。
(Configuration of inner ring 10)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the
以下においては、中心軸Aの方向を、軸方向とする。また、以下においては、軸方向に沿って見た際に中心軸Aを中心とする円周に沿う方向を、周方向とする。さらに、以下においては、軸方向に直交する方向を、径方向とする。 Hereinafter, the direction of the central axis A is defined as the axial direction. Also, hereinafter, the direction along the circumference centered on the central axis A when viewed in the axial direction is defined as the circumferential direction. Furthermore, in the following description, the direction orthogonal to the axial direction is defined as the radial direction.
幅面10a及び幅面10bは、軸方向における内輪10の端面である。幅面10bは、軸方向における幅面10aの反対面である。
The
内周面10cは、周方向に延在している。内周面10cは、中心軸A側を向いている。内周面10cは、軸方向における一方端で幅面10aに連なっており、軸方向における他方端で幅面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
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、径方向における内周面10cの反対面である。外周面10dは、軸方向における一方端で幅面10aに連なっており、軸方向における他方端で幅面10bに連なっている。
The outer
外周面10dは、軌道面10daを有している。軌道面10daは、周方向に延在している。外周面10dは、軌道面10daにおいて、内周面10c側に窪んでいる。断面視において、軌道面10daは、部分円形状である。軌道面10daは、軸方向において外周面10dの中央にある。軌道面10daは、転動体(図1中において図示せず)に接触する外周面10dの一部である。
The outer
内輪10は、鋼製である。より具体的には、内輪10は、焼入れ及び焼戻しが行われている鋼製である。内輪10を構成している鋼は、0.70質量パーセント以上1.10質量パーセント以下の炭素、0.15質量パーセント以上0.35質量パーセント以下のシリコン、0.30質量パーセント以上0.60質量パーセント以下のマンガン、1.30質量パーセント以上1.60質量パーセント以下のクロム、0.50質量パーセント以下のバナジウム及び0.50質量パーセント以下のモリブデンを含んでいる。なお、この鋼では、モリブデンの含有量は0.01質量パーセント以上であり、バナジウムの含有量は0.01質量パーセント以上である。
The
内輪10を構成している鋼中の炭素が0.70質量パーセント以上であるのは、硬さを改善するためである。内輪10を構成している鋼中の炭素が1.10質量パーセント以下であるのは、焼割れを抑制するためである。
The reason why the carbon content in the steel forming the
内輪10を構成している鋼中のシリコンが0.15質量パーセント以上であるのは、焼戻し軟化抵抗を高めるため及び加工性を改善するためである。内輪10を構成している鋼中のシリコンが0.35質量パーセント以下であるのは、シリコン量が過剰となると加工性がかえって低下するためである。
The reason why the silicon content in the steel forming the
内輪10を構成している鋼中のマンガンが0.30質量パーセント以上であるのは、焼入れ性確保のためである。内輪10を構成している鋼中のマンガンが0.60質量パーセント以下であるのは、マンガン量が過剰となると鋼中にマンガン系の非金属介在物が増加するためである。
The content of manganese in the steel forming the
内輪10を構成している鋼中のクロムが1.30質量パーセント以上であるのは、焼入れ性を確保するため並びに窒化物及び炭窒化物を形成させるためである。内輪10を構成している鋼中のクロムが1.60質量パーセント以下であるのは、粗大な析出物が形成されることを抑制するためである。
The reason why the content of chromium in the steel forming the
内輪10を構成している鋼中にバナジウムが含まれているのは、窒化物及び炭窒化物を微細化するためである。内輪10を構成している鋼中のバナジウムが0.50質量パーセント以下であるのは、バナジウム添加に伴うコスト増大を抑制するためである。
The reason why the steel forming the
内輪10を構成している鋼中にモリブデンが含まれているのは、窒化物及び炭窒化物を微細化するため並びに焼入れ性の改善のためである。内輪10を構成している鋼中のモリブデンが0.50質量パーセント以下であるのは、モリブデン添加に伴うコスト増大を抑制するためである。
Molybdenum is contained in the steel forming the
内輪10を構成している鋼は、0.90質量パーセント以上1.10質量パーセント以下の炭素、0.20質量パーセント以上0.30質量パーセント以下のシリコン、0.40質量パーセント以上0.50質量パーセント以下のマンガン、1.40質量パーセント以上1.60質量パーセント以下のクロム、0.20質量パーセント以上0.30質量パーセント以下のバナジウム、0.10質量パーセント以上0.30質量パーセント以下のモリブデンを含んでいてもよい。なお、内輪10を構成している鋼の残部は、鉄及び不可避不純物である。
The steel forming the
図2は、図1中のIIにおける拡大図である。図2に示されるように、内輪10では、表面からの距離が20μmまでの領域が、表層部11になっている。内輪10の表面に対しては、例えば、浸窒処理が行われている。その結果、表層部11の鋼中における窒素濃度は、例えば、0.15質量パーセント以上になっている。表層部11の鋼中における窒素濃度は、0.20質量パーセント以上0.30質量パーセント以下であることが好ましい。表層部11の鋼中における窒素濃度は、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)を用いて測定される。
FIG. 2 is an enlarged view at II in FIG. As shown in FIG. 2 , in the
表層部11の鋼中には、析出物が分散している。析出物は、クロム若しくはバナジウムを主成分とする窒化物又はクロム若しくはバナジウムを主成分とする炭窒化物である。
Precipitates are dispersed in the steel of the
クロム(バナジウム)を主成分とする窒化物は、クロム(バナジウム)の窒化物又は当該窒化物中のクロム(バナジウム)のサイトの一部がクロム(バナジウム)以外の合金元素により置換されているものである。 Chromium (vanadium) nitrides are nitrides of chromium (vanadium) or those in which some of the chromium (vanadium) sites in the nitrides are replaced by alloying elements other than chromium (vanadium). is.
クロム(バナジウム)を主成分とする炭窒化物は、クロム(バナジウム)の炭化物中の炭素のサイトの一部が窒素により置換されているものである。クロム(バナジウム)を主成分とする炭窒化物のクロム(バナジウム)のサイトは、クロム(バナジウム)以外の合金元素により置換されていてもよい。 A carbonitride containing chromium (vanadium) as a main component is obtained by substituting part of the carbon sites in the chromium (vanadium) carbide with nitrogen. The chromium (vanadium) sites of the carbonitride containing chromium (vanadium) as a main component may be substituted with an alloying element other than chromium (vanadium).
表層部11の鋼中において、析出物の面積率は、2.0パーセント以下であることが好ましい。表層部11の鋼中において、析出物の最大粒径は、0.5μm以下であることが好ましい。
The area ratio of precipitates in the steel of the
表層部11の鋼中における析出物の面積率及び最大粒径は、以下の方法により測定される。第1に、表層部11を含む内輪10の断面において、SEM(Scanning Electron Microscope)を用いて断面画像(以下「SEM画像」とする)が取得される。このSEM画像を取得する際の倍率は、15000倍とされる。
The area ratio and maximum grain size of precipitates in the steel of the
第2に、取得されたSEM画像に対して、画像処理が行われる。より具体的には、SEM画像中において析出物は白色に見えるため、SEM画像中において白色になっている部分の各々の面積及び合計の面積を、画像処理により算出する。 Second, image processing is performed on the acquired SEM image. More specifically, since the precipitate appears white in the SEM image, the area of each of the white portions in the SEM image and the total area are calculated by image processing.
SEM画像中において白色になっている部分の合計面積は、表層部11の鋼中における析出物の面積率と見做される。SEM画像中において白色になっている各々の部分の面積の最大値をπ/4で除した値の平方根が、表層部11の鋼中における析出物の最大粒径と見做される。
The total area of the white portion in the SEM image is regarded as the area ratio of the precipitates in the steel of the
表層部11の鋼中には、セメンタイト(Fe3C)がさらに分散していてもよい。セメンタイト中の鉄のサイトの一部は合金元素により置換されていてもよく、セメンタイト中の炭素のサイトの一部は窒素により置換されていてもよい。表層部11の鋼中におけるセメンタイトの最大粒径は、1.5μm以下であることが好ましい。
Cementite (Fe 3 C) may be further dispersed in the steel of the
表層部11の鋼中におけるセメンタイトの最大粒径は、以下の方法により測定される。第1に、表層部11を含む内輪10の断面において、SEM画像が取得される。このSEM画像を取得する際の倍率は、15000倍とされる。第2に、取得されたSEM画像に対して、画像処理が行われる。より具体的には、SEM画像中においてセメンタイトは楕円状の灰色に見えるため、SEM画像中において楕円状の灰色になっている部分の各々の面積を、画像処理により算出する。そして、SEM画像中において楕円状の灰色になっている各々の部分の面積の最大値をπ/4で除した値の平方根が、表層部11の鋼中におけるセメンタイトの最大粒径と見做される。
The maximum grain size of cementite in the steel of the
内輪10の表面からの距離が50μmとなる位置において、鋼中の残留オーステナイトの体積比は、15パーセント以上であることが好ましい。内輪10の表面からの距離が50μmとなる位置において、鋼中の残留オーステナイトの体積比は、25パーセント以上35パーセント以下であることがさらに好ましい。
At a position where the distance from the surface of the
鋼中の残留オーステナイトの体積比は、X線回折法により測定される。すなわち、オーステナイトのX線回折における回折ピークの積分強度とオーステナイト以外の相のX線回折における回折ピークの積分強度とを比較することにより、鋼中の残留オーステナイトの体積比が算出される。 The volume ratio of retained austenite in steel is measured by an X-ray diffraction method. That is, the volume ratio of retained austenite in the steel is calculated by comparing the integrated intensity of the diffraction peak in X-ray diffraction of austenite and the integrated intensity of the diffraction peak in X-ray diffraction of phases other than austenite.
内輪10の表面からの距離が50μmとなる位置において、鋼の硬さは、58HRC以上であることが好ましい。内輪10の表面からの距離が50μmとなる位置において、鋼の硬さは、58HRC以上64HRC以下であることがさらに好ましい。鋼の硬さは、JIS規格(JIS Z 2245:2016)に定められたロックウェル硬さ試験法にしたがって測定される。
The hardness of the steel is preferably 58 HRC or more at the position where the distance from the surface of the
表層部11の鋼は、マルテンサイトブロック粒を有している。隣り合う2つのマルテンサイトブロック粒は、粒界において、結晶方位の差が15°以上になっている。このことを別の観点から言えば、結晶方位にずれがある箇所が存在していても、結晶方位の差が15°未満である場合、当該箇所は、マルテンサイトブロック粒の結晶粒界とは見做されない。マルテンサイトブロック粒の粒界は、EBSD(Electron Back Scattered Diffraction)法により決定される。
The steel of the
表層部11の鋼中において、比較面積率が30パーセントでのマルテンサイトブロック粒の平均粒径は、2.0μm以下である。表層部11の鋼中において、比較面積率が50パーセントでのマルテンサイトブロック粒の平均粒径は、1.5μm以下であることが好ましい。
In the steel of the
比較面積率が30パーセント(50パーセント)でのマルテンサイトブロック粒の平均粒径は、以下の方法により測定される。第1に、表層部11を含む内輪10の断面において、断面観察が行われる。この際、EBSD法により、観察視野に含まれているマルテンサイトブロック粒が特定される。この観察視野は、50μm×45μmの領域とされる。第2に、EBSD法により得られた結晶方位データから、観察視野に含まれているマルテンサイトブロック粒の各々の面積が解析される。
The average grain size of martensite block grains with a comparative area ratio of 30 percent (50 percent) is measured by the following method. First, cross-sectional observation is performed on a cross section of the
第3に、観察視野に含まれているマルテンサイトブロック粒の各々の面積を、面積が大きいものから順に加算していく。この加算は、観察視野に含まれているマルテンサイトブロック粒の合計面積の30パーセント(50パーセント)に達するまで行われる。上記の加算の対象になったマルテンサイトブロック粒の各々について、円相当径が算出される。この円相当径は、マルテンサイトブロック粒の面積をπ/4で除した値の平方根である。上記の加算の対象になったマルテンサイトブロック粒の円相当径の平均値が、比較面積率が30パーセント(50パーセント)でのマルテンサイトブロック粒の平均粒径と見做される。 Thirdly, the area of each martensite block grain included in the observation field is added in descending order of area. This addition is performed until thirty percent (50 percent) of the total area of martensite block grains contained in the field of view is reached. The equivalent circle diameter is calculated for each of the martensite block grains subjected to the above addition. This equivalent circle diameter is the square root of the value obtained by dividing the area of martensite block grains by π/4. The average value of the circle-equivalent diameters of the martensite block grains subjected to the above addition is regarded as the average grain size of the martensite block grains with a comparative area ratio of 30% (50%).
(内輪10の製造方法)
図3は、内輪10の製造方法を示す工程図である。図3に示されるように、内輪10の製造方法は、準備工程S1と、浸窒工程S2と、焼入れ工程S3と、焼戻し工程S4と、後処理工程S5とを有している。浸窒工程S2は、準備工程S1の後に行われる。焼入れ工程S3は、浸窒工程S2の後に行われる。焼戻し工程S4は、焼入れ工程S3の後に行われる。後処理工程S5は、焼戻し工程S4の後に行われる。
(Manufacturing method of inner ring 10)
FIG. 3 is a process diagram showing a method of manufacturing the
準備工程S1では、加工対象部材が準備される。加工対象部材は、内輪10と同じ鋼で形成されているリング状の部材である。
In the preparation step S1, a member to be processed is prepared. The member to be processed is a ring-shaped member made of the same steel as the
浸窒工程S2では、加工対象部材の表面に対して、浸窒処理が行われる。浸窒処理は、加工対象部材を、窒素源(例えば、アンモニア)を含む雰囲気中において、加工対象部材を構成している鋼のA1変態点以上の温度で保持することにより行われる。 In the nitriding step S2, a nitriding treatment is performed on the surface of the member to be processed. The nitriding treatment is performed by holding the member to be processed in an atmosphere containing a nitrogen source (for example, ammonia) at a temperature equal to or higher than the A1 transformation point of the steel forming the member to be processed.
焼入れ工程S3では、加工対象部材に対して、焼入れが行われる。焼入れは、加工対象部材を、加工対象部材を構成している鋼のA1変態点以上の温度で保持し、その後に加工対象部材を構成している鋼のMS変態点以下の温度まで急冷することにより行われる。焼入れ工程S3における加熱保持の温度は、浸窒工程S2における加熱保持の温度以下であることが好ましい。焼入れ工程S3は、2回行われてもよい。2回目の焼入れ工程S3における加熱保持温度は、1回目の焼入れ工程S3における加熱保持温度よりも低いことが好ましい。これにより、加工対象部材の表層部に、析出物が微細かつ多量に分散される。 In the quenching step S3, the member to be processed is quenched. In quenching, the member to be processed is held at a temperature equal to or higher than the A1 transformation point of the steel constituting the member to be processed, and then rapidly cooled to a temperature equal to or lower than the MS transformation point of the steel constituting the member to be processed. It is done by It is preferable that the heating and holding temperature in the quenching step S3 is equal to or lower than the heating and holding temperature in the nitriding step S2. The hardening step S3 may be performed twice. The heating and holding temperature in the second hardening step S3 is preferably lower than the heating and holding temperature in the first hardening step S3. As a result, precipitates are finely and abundantly dispersed in the surface layer of the member to be processed.
焼戻し工程S4では、加工対象部材に対する焼戻しが行われる。焼戻しは、加工対象部材を、加工対象部材を構成している鋼のA1変態点未満の温度で保持することにより行われる。後処理工程S5では、加工対象部材の表面に対する機械加工(研削、研磨)及び洗浄等が行われる。以上により、図1及び図2に示される構造の内輪10が形成される。
In the tempering step S4, the member to be processed is tempered. Tempering is carried out by holding the workpiece at a temperature below the A1 transformation point of the steel from which the workpiece is constructed. In the post-processing step S5, machining (grinding, polishing), cleaning, and the like are performed on the surface of the member to be processed. As described above, the
なお、表層部11の鋼中に析出物が微細かつ多量に分散されることにより、マルテンサイトブロック粒が大きくなりにくくなるため、表層部11の鋼中において、比較面積率30パーセントでのマルテンサイトブロック粒の平均粒径が、2.0μm以下になる。
In addition, since the precipitates are finely and abundantly dispersed in the steel of the
(内輪10の効果)
内輪10では、表層部11の鋼中において、比較面積率30パーセントでの平均粒径が2.0μm以下となるようにマルテンサイトブロック粒が微細化されている。その結果、内輪10では、表層部11が高靭性化により、転動体と接触する内輪10の表面(具体的には、軌道面10da)の剪断抵抗が改善されている。このように、内輪10によると、耐久性が改善されている。
(Effect of inner ring 10)
In the
表層部11の鋼中における析出物の面積率が2.0パーセント以上になっている場合、すなわち、表層部11の鋼中に析出物が高密度で分散している場合、転動体と接触する内輪10の表面(具体的には、軌道面10da)の剪断抵抗が改善されることにより、耐久性がさらに改善される。
When the area ratio of the precipitates in the steel of the
表層部11の鋼中における析出物の最大粒径が0.5μmである場合、表層部11の鋼中に析出物が高密度かつ微細に分散しているため、耐摩耗性及び靱性が改善されることになり、内輪10の耐久性がさらに改善される。表層部11の鋼中におけるセメンタイトの最大粒径が1.5μm以下である場合、セメンタイトの微細な分散により、内輪10の耐摩耗性及び靱性がさらに改善される。
When the maximum grain size of the precipitates in the steel of the
内輪10の表面からの距離が50μmとなる位置における鋼中の残留オーステナイトの体積比が15パーセント以上(25パーセント以上35パーセント以下)である場合、異物混入環境下での圧痕起点型剥離に対する耐久性が改善される。内輪10の表面からの距離が50μmとなる位置における鋼の硬さが58HRC以上(58HRC以上64HRC以下)である場合、内輪10の耐摩耗性がさらに改善される。
When the volume ratio of retained austenite in the steel at the position where the distance from the surface of the
(実施形態に係る転がり軸受)
以下に、実施形態に係る転がり軸受(「転がり軸受100」とする)を説明する。
(Rolling bearing according to the embodiment)
A rolling bearing (referred to as "rolling
図4は、転がり軸受100の断面図である。図4に示されるように、転がり軸受100は、深溝玉軸受である。但し、転がり軸受100は、これに限られない。転がり軸受100は、例えば、スラスト玉軸受であってもよい。転がり軸受100は、内輪10と、外輪20と、転動体30と、保持器40とを有している。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the rolling
外輪20は、幅面20aと、幅面20bと、内周面20cと、外周面20dとを有している。外輪20の表面は、幅面20a、幅面20b、内周面20c及び外周面20dにより構成されている。
The
幅面20a及び幅面20bは、軸方向における外輪20の端面である。幅面20bは、軸方向における幅面20aの反対面である。
The
内周面20cは、周方向に延在している。内周面20cは、中心軸A側を向いている。内周面20cは、軸方向における一方端で幅面20aに連なっており、軸方向における他方端で幅面20bに連なっている。外輪20は、内周面20cが外周面10dと対向するように配置されている。
The inner
内周面20cは、軌道面20caを有している。軌道面20caは、周方向に延在している。内周面20cは、軌道面20caにおいて、外周面20d側に窪んでいる。断面視において、軌道面20caは、部分円形状である。軌道面20caは、軸方向において内周面20cの中央にある。軌道面20caは、転動体30に接触する内周面20cの一部である。
The inner
外周面20dは、周方向に延在している。外周面20dは、中心軸Aとは反対側を向いている。すなわち、外周面20dは、径方向における内周面20cの反対面である。外周面20dは、軸方向における一方端で幅面20aに連なっており、軸方向における他方端で幅面20bに連なっている。外輪20は、外周面20dにおいて、ハウジング(図示せず)に嵌め合わされる。
The outer
転動体30は、球状である。転動体30は、外周面10d(軌道面10da)と内周面20c(軌道面20ca)との間に配置されている。保持器40は、リング状であり、外周面10dと内周面20cとの間に配置されている。保持器40は、周方向において隣り合う2つの転動体30の間隔が一定範囲内となるように、転動体30を保持している。
The rolling
外輪20及び転動体30は、内輪10と同一の鋼で形成されていてもよい。また、外輪20の表層部(外輪20の表面からの距離が20μmまでの領域)及び転動体30の表層部(転動体30の表面からの距離が20μmまでの領域)は、表層部11と同一の構成になっていてもよい。
(転動疲労寿命試験)
実施形態に係る軸受部品の効果を確認するために、転動疲労寿命試験を行った。転動疲労寿命試験には、サンプル1、サンプル2及びサンプル3が用いられた。サンプル1~サンプル3は、JIS規格に定められている51106型番のスラスト玉軸受である。
(Rolling contact fatigue life test)
A rolling contact fatigue life test was conducted to confirm the effect of the bearing component according to the embodiment.
サンプル1では、軌道盤(内輪及び外輪)が、第1鋼材により形成された。サンプル2及びサンプル3では、軌道盤が、第2鋼材により形成された。第1鋼材及び第2鋼材の組成は、表1に示されている。表1に示されるように、第1鋼材及び第2鋼材の成分は、モリブデン及びバナジウムの含有量を除いて、ほぼ同一である。なお、第2鋼材は、JIS規格に定められている高炭素クロム軸受鋼であるSUJ2に対応している。
In
図5は、サンプル1の軌道盤の軌道面近傍における窒素濃度及び炭素濃度の測定結果を示すグラフである。図6は、サンプル2の軌道盤の軌道面近傍における窒素濃度及び炭素濃度の測定結果を示すグラフである。図5及び図6の横軸は、軌道面からの距離(単位:mm)であり、図5及び図6の縦軸は、炭素又は窒素の濃度(単位:質量パーセント)である。図5及び図6に示されるように、サンプル1及びサンプル2では、軌道盤の表面に対して浸窒処理が行われた。この浸窒処理が行われる際の加熱保持温度は、850℃とされた。他方で、サンプル3では、軌道盤の表面に対して、浸窒処理が行われなかった。
FIG. 5 is a graph showing the measurement results of the nitrogen concentration and carbon concentration in the vicinity of the raceway surface of the raceway washer of
表2には、サンプル1~サンプル3の軌道盤の表層部(軌道面からの距離が20μmまでの領域)における窒素濃度が示されている。表2に示されるように、サンプル1及びサンプル2の軌道盤の表層部の鋼中では、窒素濃度が0.3パーセント以上0.5パーセント以下であった。サンプル3の軌道盤の表層部の鋼中では、窒素濃度が0.0パーセントであった。
Table 2 shows the nitrogen concentrations in the surface layers of the bearing washer of
サンプル1~サンプル3の軌道盤に対しては、焼入れ及び焼戻しが行われた。焼入れの際の加熱保持温度は、850℃とされた。焼戻しの際の加熱保持温度は、180℃とされた。焼戻しの際の加熱保持時間は、2時間とされた。
Quenching and tempering were performed on bearing washers of
図7は、サンプル1の軌道盤の表層部におけるSEM画像である。図8は、サンプル2の軌道盤の表層部におけるSEM画像である。図7及び図8のSEM画像中において、白色の部分が析出物であり、楕円状の灰色の部分がセメンタイトである。
FIG. 7 is an SEM image of the surface layer of the bearing washer of
表3に示されるように、サンプル1の軌道盤の表層部の鋼中では、析出物の面積率は、2.7パーセントであった。表3に示されるように、サンプル2の表層部の鋼中では、析出物の面積率は、1.6パーセントであった。すなわち、サンプル1の軌道盤の表層部では、サンプル2の軌道盤の表層部と比較して、析出物が高密度に分散していた。この比較から、0.5質量パーセント以下のバナジウム及びモリブデンを添加することにより、軌道盤の表層部の鋼中において析出物が高密度に分散されることが明らかになった。
As shown in Table 3, the area ratio of precipitates in the surface layer steel of the bearing washer of
サンプル1の軌道盤の表層部では、析出物の最大粒径が、0.5μmであった。サンプル2の軌道盤の表層部では、析出物の最大粒径が、1.1μmであった。すなわち、サンプル1の軌道盤の表層部では、サンプル2の軌道盤の表層部と比較して、析出物が微細に分散していた。この比較から、0.5質量パーセント以下のバナジウム及びモリブデンを添加することにより、軌道盤の表層部の鋼中において析出物が高密度かつ微細に分散されることが明らかになった。
In the surface layer portion of the bearing washer of
表4に示されるように、サンプル1及びサンプル2の軌道盤の表層部では、セメンタイトの最大粒径が、1.5μm以下であった。サンプル3の軌道盤の表層部では、セメンタイトの最大粒径が、1.5μmを超えていた。
As shown in Table 4, in the surface layers of bearing washer of
表5に示されるように、サンプル1及びサンプル2では、軌道面からの距離が50μmとなる位置において、鋼中の残留オーステナイトの体積比が、15パーセント以上であった。サンプル3では、軌道面からの距離が50μmとなる位置において、鋼中の残留オーステナイトの体積比が、15パーセント未満であった。サンプル1~サンプル3では、軌道面からの距離が50μmとなる位置において、鋼の硬さが、58HRC以上であった。
As shown in Table 5, in
図9は、サンプル1の軌道盤の表層部におけるEBSDの相マップである。図10は、サンプル2の軌道盤の表層部におけるEBSDの相マップである。図11は、サンプル3の軌道盤の表層部におけるEBSDの相マップである。図9~図11中において、マルテンサイトブロック粒は、白色になっている。図12は、サンプル1~サンプル3の軌道盤の表層部におけるマルテンサイトブロック粒の平均粒径を示す棒グラフである。図12のグラフの縦軸は、マルテンサイトブロック粒の平均粒径(単位:μm)である。
FIG. 9 is a phase map of EBSD in the surface layer portion of the bearing washer of
図9~図12に示されるように、サンプル1の軌道盤の表層部では、比較面積率が30パーセントでのマルテンサイトブロック粒の平均粒径が、2.0μm以下であった。他方で、サンプル2及びサンプル2の軌道盤の表層部では、比較面積率が30パーセントでのマルテンサイトブロック粒の平均粒径が、2.0μmを超えていた。
As shown in FIGS. 9 to 12, in the surface layer portion of the bearing washer of
サンプル1の軌道盤の表層部では、比較面積率が50パーセントでのマルテンサイトブロック粒の平均粒径が、1.5μm以下であった。他方で、サンプル2及びサンプル2の軌道盤の表層部では、比較面積率が50パーセントでのマルテンサイトブロック粒の平均粒径が、1.5μmを超えていた。
In the surface layer portion of the bearing washer of
図13は、転動疲労寿命試験の結果を示すグラフである。なお、図13のグラフの横軸は寿命(単位:時間)を示しており、図13のグラフの縦軸は累積破損確率(単位:パーセント)を示している。転動疲労寿命試験は、表6に示されている条件で行われた。すなわち、転動体と軌道盤との最大接触面圧は2.3GPaとされ、軌道盤は0回転/分と2500回転/分との間で急速な加減速が行われ、潤滑液はポリグリコール油に純水を加えたものが用いられた。 FIG. 13 is a graph showing the results of a rolling contact fatigue life test. The horizontal axis of the graph in FIG. 13 indicates life (unit: hours), and the vertical axis of the graph in FIG. 13 indicates cumulative damage probability (unit: percent). The rolling contact fatigue life test was conducted under the conditions shown in Table 6. That is, the maximum contact surface pressure between the rolling elements and the washer is 2.3 GPa, the washer is rapidly accelerated and decelerated between 0 rpm and 2500 rpm, and the lubricating fluid is polyglycol oil. was added with pure water.
図13及び表7に示されるように、サンプル1は、サンプル2よりも優れた転動疲労寿命を示した。より具体的には、サンプル1のL10寿命(累積破損確率が10パーセントにとなる寿命)はサンプル3のL10寿命の2.7倍であり、サンプル2のL10寿命はサンプル3のL10寿命の2.1倍であった。
As shown in FIG. 13 and Table 7,
上記のとおり、サンプル1の軌道盤の表層部において、比較面積率が30パーセントでのマルテンサイト粒の平均粒径が2.0μm以下であった。他方で、サンプル2及びサンプル3の軌道盤の表層部において、比較面積率が30パーセントでのマルテンサイト粒の平均粒径が2.0μmを超えていた。この比較から、実施形態に係る軸受部品によると耐久性が改善されることが明らかになった。
As described above, in the surface layer portion of the bearing washer of
また、上記のとおり、サンプル1の軌道盤の表層部では、サンプル1の軌道盤の表層部では、サンプル2の軌道盤の表層部よりも析出物が微細かつ高密度に分散していた。この比較から、表層部における析出物の面積率及び最大粒径をそれぞれ2.0パーセント以上及び0.5μm以下とすることにより、実施形態に係る軸受部品の耐久性がさらに改善されることが明らかになった。
Further, as described above, in the surface layer portion of the bearing washer of
また、サンプル2のL10寿命は、サンプル3のL10寿命よりも長かった。上記のとおり、サンプル2の軌道盤の表層部ではセメンタイトの最大粒径が1.5μm以下であった一方で、サンプル3の軌道盤の表層部ではセメンタイトの最大粒径が1.5μmを超えていた。また、サンプル2の軌道盤では軌道面からの距離が50μmとなる位置における残留オーステナイトの体積比が15パーセント以上になっている一方で、サンプル3の軌道盤では軌道面からの距離が50μmとなる位置における残留オーステナイトの体積比が15パーセント未満になっていた。 Also, the L 10 life of sample 2 was longer than the L 10 life of sample 3. As described above, the maximum grain size of cementite in the surface layer of the washer of sample 2 was 1.5 µm or less, while the maximum grain size of cementite in the surface layer of the washer of sample 3 exceeded 1.5 µm. rice field. In addition, in the bearing washer of sample 2, the volume ratio of retained austenite at the position where the distance from the raceway surface is 50 μm is 15% or more, while in the bearing washer of sample 3, the distance from the raceway surface is 50 μm. The volume fraction of retained austenite at the location was less than 15 percent.
この比較から、軸受部品の表層部においてセメンタイトの最大粒径を1.5μm以下にすること及び軸受部品の表面からの距離が50μmとなる位置において残留オーステナイトの体積比を15パーセント以上とすることにより、軸受部品の耐久性が改善されることが明らかになった。 From this comparison, by setting the maximum grain size of cementite to 1.5 μm or less in the surface layer of the bearing component and setting the volume ratio of retained austenite to 15% or more at a position where the distance from the surface of the bearing component is 50 μm, , the durability of the bearing components is improved.
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、上記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、上記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 as above, it is also possible to modify the above embodiment in various ways. Moreover, the scope of the present invention is not limited to the above embodiments. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims, and is intended to include all changes within the meaning and scope of equivalence to the scope of claims.
本実施形態は、軸受部品及びそれを有する転がり軸受に特に有利に適用される。 This embodiment applies particularly advantageously to bearing components and rolling bearings having the same.
10 内輪、10a,10b 幅面、10c 内周面、10d 外周面、10da 軌道面、11 表層部、20 外輪、20a,20b 幅面、20c 内周面、20ca 軌道面、20d 外周面、30 転動体、40 保持器、100 転がり軸受、A 中心軸、S1 準備工程、S2 浸窒工程、S3 焼入れ工程、S4 焼戻し工程、S5 後処理工程。 10 inner ring, 10a, 10b width surface, 10c inner peripheral surface, 10d outer peripheral surface, 10da raceway surface, 11 surface layer portion, 20 outer ring, 20a, 20b width surface, 20c inner peripheral surface, 20ca raceway surface, 20d outer peripheral surface, 30 rolling element, 40 cage, 100 rolling bearing, A center shaft, S1 preparation process, S2 nitriding process, S3 quenching process, S4 tempering process, S5 post-treatment process.
Claims (10)
前記表面からの距離が20μmまでの領域である表層部を備え、
前記鋼は、0.70質量パーセント以上1.10質量パーセント以下の炭素と、0.15質量パーセント以上0.35質量パーセント以下のシリコンと、0.30質量パーセント以上0.60質量パーセント以下のマンガンと、1.30質量パーセント以上1.60質量パーセント以下のクロムと、0.50質量パーセント以下のバナジウムと、0.50質量パーセント以下のモリブデンとを含み、かつ残部が鉄及び不可避不純物であり、
前記表層部の前記鋼は、マルテンサイトブロック粒と、析出物とを有し、
前記析出物は、クロム若しくはバナジウムを主成分とする窒化物又はクロム若しくはバナジウムを主成分とする炭窒化物であり、
前記表層部の前記鋼中において、比較面積率が30パーセントでの前記マルテンサイトブロック粒の平均粒径は、2.0μm以下である、軸受部品。 A steel bearing component having a surface,
A surface layer portion having a distance of up to 20 μm from the surface,
The steel contains 0.70 mass percent to 1.10 mass percent carbon, 0.15 mass percent to 0.35 mass percent silicon, and 0.30 mass percent to 0.60 mass percent manganese. and 1.30% by mass or more and 1.60% by mass or less of chromium, 0.50% by mass or less of vanadium, and 0.50% by mass or less of molybdenum, and the balance being iron and inevitable impurities,
The steel of the surface layer portion has martensite block grains and precipitates,
The precipitate is a nitride containing chromium or vanadium as a main component or a carbonitride containing chromium or vanadium as a main component,
A bearing component, wherein in the steel of the surface layer portion, the average grain size of the martensite block grains at a comparative area ratio of 30% is 2.0 μm or less.
前記表層部の前記鋼中において、前記セメンタイトの最大粒径は、1.5μm以下である、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の軸受部品。 The steel of the surface layer further has cementite,
The bearing component according to any one of claims 1 to 4, wherein the cementite has a maximum grain size of 1.5 µm or less in the steel of the surface layer portion.
前記表面からの距離が50μmとなる位置において、前記鋼の硬さは、58HRC以上64HRC以下である、請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の軸受部品。 At a position where the distance from the surface is 50 μm, the volume ratio of retained austenite in the steel is 25% or more and 35% or less,
The bearing component according to any one of claims 1 to 8, wherein the steel has a hardness of 58 HRC or more and 64 HRC or less at a position where the distance from the surface is 50 µm.
外輪と、
転動体とを備え、
前記内輪、前記外輪及び前記転動体のうちの少なくともいずれかは、請求項1~請求項9のいずれか1項に記載の前記軸受部品である、転がり軸受。 inner ring;
an outer ring;
a rolling element;
A rolling bearing, wherein at least one of the inner ring, the outer ring and the rolling element is the bearing component according to any one of claims 1 to 9.
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