JP3911586B2

JP3911586B2 - 軸受部品およびその製造方法

Info

Publication number: JP3911586B2
Application number: JP2001156420A
Authority: JP
Inventors: 将夫後藤; 敦彦太田
Original assignee: Daido Steel Co Ltd; JTEKT Corp
Current assignee: Daido Steel Co Ltd; JTEKT Corp
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2022-05-09
Also published as: JP2002012919A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、転がり軸受の軌道輪や転動体として用いられる軸受部品およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軸受部品は、たとえばJIS ＳＵＪ２で代表される高炭素クロム鋼により形成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、JIS ＳＵＪ２は炭素含有量が多いので加工性が劣るとともにコストが高くなるという問題がある。また、焼入処理および焼戻し処理を施した後の炭化物の粒径が比較的に大きいため寿命にばらつきが生じやすいという問題がある。
【０００４】
この発明の目的は、上記問題を解決した軸受部品を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明による軸受部品は、
Ｃ０．６〜０．７wt％、Ｓｉ０．１０〜０．２０wt％、Ｍｎ０．２〜０．９wt％、Ｃｒ０．４〜１．２wt％を含み、さらにＭｏ０．１０〜０．３０wt％およびＶ０．０３〜０．１０wt％のうちの１種または２種を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼により形成され、冷却速度１０℃／時間での炉冷を含む球状化焼鈍処理、焼入処理および焼戻し処理を施した後の最大炭化物の粒径が１．５μｍ以下でかつ炭化物の量が面積率で２〜７％となされているものである。
【０００６】
上記鋼における合金成分の限定理由は次の通りである。
【０００７】
Ｃ：０．６〜０．７wt％
Ｃは焼入硬さを増大させる性質を有しているが、その含有量が０．６wt％未満であると焼入硬さが不足し、耐摩耗性が不十分になるとともに負荷容量が小さくなるという問題がある。一方、Ｃの含有量が０．７wt％を越えると炭化物の微細化が困難になって転動寿命にばらつきが生じるとともに、変形抵抗が増大して冷間加工性が低下する。しかも、コストが高くなる。したがって、Ｃの含有量は０．６〜０．７wt％の範囲内で選ぶべきである。
【０００８】
Ｓｉ：０．１０〜０．２０wt％
Ｓｉは脱酸に要する時間を短縮させる性質を有するが、その含有量が０．１０wt％未満であると脱酸に長時間を要し、コストが高くなる。一方、Ｓｉの含有量が０．２０wt％を越えると炭化物の球状化が困難になって網状炭化物となるとともに、変形抵抗が増大して冷間加工性が低下する。したがって、Ｓｉの含有量は０．１０〜０．２０wt％の範囲内で選ぶべきである。
【０００９】
Ｍｎ：０．２〜０．９wt％
Ｍｎは焼入性を向上させる性質を有するが、その含有量が０．２wt％未満であるとその効果が少なくなる。一方、Ｍｎの含有量が０．９wt％を越えると靭性を低下させて加工性が低下する。したがって、Ｍｎの含有量は０．２〜０．９wt％の範囲内で選ぶべきであるが、特に０．２〜０．５wt％の範囲内であることが好ましい。
【００１０】
Ｃｒ：０．４〜１．２wt％
Ｃｒは強度を増大させる性質を有するが、その含有量が０．４wt％未満であると炭化物の球状化が困難になって網状炭化物となる。一方、Ｃｒの含有量が１．２wt％を越えるとコストが高くなるとともに強度増大効果もそれ以上は向上しない。したがって、Ｃｒの含有量は０．４〜１．２wt％の範囲内で選ぶべきであるが、特に１．０〜１．２wt％の範囲内であることが好ましい。
【００１１】
Ｍｏ０．１０〜０．３０wt％およびＶ０．０３〜０．１０wt％のうちの１種または２種
ＭｏおよびＶはそれぞれ上記各合金成分の含有量を通常のJIS ＳＵＪ２材よりも少なくしたために生じる焼入性の低下を補うとともに、組織を微細化するという性質を有するが、Ｍｏの含有量が０．１０wt％未満、Ｖの含有量が０．０３wt％未満であるとその効果が十分には現れず、Ｍｏの含有量が０．３０wt％を越え、Ｖの含有量が０．１０wt％を越えるとコストが高くなる。したがって、Ｍｏの含有量は０．１０〜０．３０wt％、Ｖの含有量は０．０３〜０．１０wt％の範囲内で選ぶべきであるが、特にＭｏ０．１５〜０．２５wt％、Ｖ０．０３〜０．０５wt％の範囲内であることが好ましい。
【００１２】
上記において、冷却速度１０℃／時間での炉冷を含む球状化焼鈍処理、焼入処理および焼戻し処理を施した後の最大炭化物の粒径を１．５μｍ以下に限定したのは、最大炭化物の粒径が１．５μｍを越えると転動疲労寿命が短くなるからである。すなわち、本発明者等が実験研究を行った結果、軸受部品中の最大炭化物の粒径と転動疲労寿命（グリース潤滑時）との関係が図１に示すようになり、最大炭化物の粒径が１．５μｍを越えると転動疲労寿命が短くなることが判明したからである。最大炭化物の粒径は特に１．０μｍ以下であることが好ましい。なお、図１中、実線は炭化物量が面積率で２％の場合を示し、破線は炭化物量が面積率で７％の場合を示す。
【００１３】
また、冷却速度１０℃／時間での炉冷を含む球状化焼鈍処理、焼入処理および焼戻し処理を施した後の炭化物の量を面積率で２〜７％に限定した理由は次の通りである。すなわち、本発明者等が実験研究を行った結果、軸受部品中の炭化物の量と摩耗量との関係が図２に示すようになり、軸受部品中の炭化物の量が面積率で２％未満であると摩耗量が多くなって耐摩耗性が低下することが判明し、さらに軸受部品中の炭化物の量と転動疲労寿命（グリース潤滑時）との関係が図３に示すようになり、炭化物の量が面積率で７％を越えると転動疲労寿命が短くなることが判明したからである。炭化物の量は面積率で特に３〜５％であることが好ましい。
【００１４】
この発明による軸受部品の製造方法は、
Ｃ０．６〜０．７wt％、Ｓｉ０．１０〜０．２０wt％、Ｍｎ０．２〜０．９wt％、Ｃｒ０．４〜１．２wt％を含み、さらにＭｏ０．１０〜０．３０wt％およびＶ０．０３〜０．１０wt％のうちの１種または２種を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる棒鋼に球状化焼鈍処理を施し、ついで棒鋼を所定の寸法に切断した後冷間鍛造加工によりリング状とし、さらに旋削加工により所定の形状とし、ついで８５０℃で３０〜４０分間加熱した後急冷することにより焼入処理を施し、最後に１６０〜１８０℃で１〜２時間加熱することにより焼戻し処理を施して、最大炭化物の粒径を１．５μｍ以下でかつ炭化物の量を面積率で２〜７％とすることを特徴とするものである。
【００１５】
なお、この発明による軸受部品は、たとえば次の方法でも製造することができる。
【００１６】
すなわち、Ｃ０．６〜０．７ wt ％、Ｓｉ０．１０〜０．２０ wt ％、Ｍｎ０．２〜０．９ wt ％、Ｃｒ０．４〜１．２ wt ％を含み、さらにＭｏ０．１０〜０．３０ wt ％およびＶ０．０３〜０．１０ wt ％のうちの１種または２種を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼に圧延を施して形成された棒鋼を所定の寸法に切断した後熱間鍛造加工によりリング状とする。ついで、７６０℃で６〜７時間加熱した後、６８０℃まで冷却速度１０℃／時間にて炉冷し、さらに空冷することにより球状化焼鈍処理を行う。ついで、旋削加工により所定の形状とする。ついで、８５０℃で３０〜４０分間加熱した後急冷することにより焼入処理を施す。最後に、１６０〜１８０℃で１〜２時間加熱することにより焼戻し処理を施す。こうして、軸受部品が製造される。
【００１７】
【作用および発明の効果】
Ｃ０．６〜０．７wt％、Ｓｉ０．１０〜０．２０wt％、Ｍｎ０．２〜０．９wt％、Ｃｒ０．４〜１．２wt％を含み、さらにＭｏ０．１０〜０．３０wt％およびＶ０．０３〜０．１０wt％のうちの１種または２種を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼により形成され、冷却速度１０℃／時間での炉冷を含む球状化焼鈍処理、焼入処理および焼戻し処理を施した後の最大炭化物の粒径が１．５μｍ以下でかつ炭化物の量が面積率で２〜７％となされているので、従来のJIS ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼に比べて冷間加工性に優れているとともに、軸受部品とした場合に転動疲労寿命が長くなり、しかもコストが安くなる。
【００１８】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施例を比較例とともに示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１に示す組成を有する８種類の鋼からなる棒鋼に球状化焼鈍処理を施した後、各棒鋼を所定の寸法に切断し、ついで冷間鍛造加工により板状とし、さらに旋削加工により直径６５ｍｍ、厚さ１１ｍｍの円板状試料を作成した。ついで、８５０℃で４０分間加熱した後油冷することにより各試料に焼入処理を施した。最後に、１６０℃で２時間加熱することにより各試料に焼戻し処理を施した。そして、各試料中の最大炭化物の粒径および炭化物の面積率を測定した。その結果も表１にまとめて示す。
【００２１】
また、各試料とJIS ＳＵＪ２製円板とJIS ＳＵＪ２製ボールとを組み合わせ、スラスト型転動疲労寿命試験機によって、各試料に面圧５３２０ＭＰａのスラスト荷重を掛けながら、スピンドル油＃６０中においてJIS ＳＵＪ２製円板を１８００ｃ．ｐ．ｍの速度で回転させ、JIS ＳＵＪ２製ボールを転動させることにより転動疲労寿命試験を実施し、比較例１の軸受鋼（JIS ＳＵＪ２）からなる試料のＢ_１０寿命を１とした場合の寿命比を調べた。その結果を表２に示す。
【００２２】
【表２】

【００２３】
また、表１に示す組成を有する８種類の鋼からなる材料に球状化焼鈍処理を施した後、各材料から直径６ｍｍ、長さ１２ｍｍの円柱状試料をつくった。そして、各試料を使用し、２５℃の温度において圧縮率６０％で拘束圧縮変形させたときの変形抵抗を測定し、比較例１の軸受鋼からなる試料の変形抵抗を１とした場合の変形抵抗比を調べた。その結果を表２に示す。
【００２４】
さらに、上記と同様にして製造された円柱状試料を、２５℃の温度において圧縮率を５％ずつ変化させて拘束圧縮変形を加え、割れの発生が認められる最低の圧縮率（限界圧縮率）を調べた。その結果を表２に示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】軸受部品中の最大炭化物の粒径と転動疲労寿命との関係を示すグラフである。
【図２】軸受部品中の炭化物の量と摩耗量との関係を示すグラフである。
【図３】軸受部品中の炭化物の量と転動疲労寿命との関係を示すグラフである。

Claims

Ｃ０．６〜０．７wt％、Ｓｉ０．１０〜０．２０wt％、Ｍｎ０．２〜０．９wt％、Ｃｒ０．４〜１．２wt％を含み、さらにＭｏ０．１０〜０．３０wt％およびＶ０．０３〜０．１０wt％のうちの１種または２種を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼により形成され、冷却速度１０℃／時間での炉冷を含む球状化焼鈍処理、焼入処理および焼戻し処理を施した後の最大炭化物の粒径が１．５μｍ以下でかつ炭化物の量が面積率で２〜７％となされている軸受部品。
最大炭化物の粒径が１．０μｍ以下でかつ炭化物の量が面積率で３〜５％である請求項１記載の軸受部品。
Ｃ０．６〜０．７wt％、Ｓｉ０．１０〜０．２０wt％、Ｍｎ０．２〜０．９wt％、Ｃｒ０．４〜１．２wt％を含み、さらにＭｏ０．１０〜０．３０wt％およびＶ０．０３〜０．１０wt％のうちの１種または２種を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる棒鋼に球状化焼鈍処理を施し、ついで棒鋼を所定の寸法に切断した後冷間鍛造加工によりリング状とし、さらに旋削加工により所定の形状とし、ついで８５０℃で３０〜４０分間加熱した後急冷することにより焼入処理を施し、最後に１６０〜１８０℃で１〜２時間加熱することにより焼戻し処理を施して、最大炭化物の粒径を１．５μｍ以下でかつ炭化物の量を面積率で２〜７％とすることを特徴とする軸受部品の製造方法。