JP3938891B2

JP3938891B2 - Manufacturing method of thrust type ball bearing race

Info

Publication number: JP3938891B2
Application number: JP2002208565A
Authority: JP
Inventors: 慎二伏見; 典子内山; 伸郎木野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2016-07-23
Also published as: JP2003148490A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラスト型ボールベアリングレースの製造方法に関する。
【０００２】
軸受用鋼の転動疲労強度の向上に関しては、古くから多くの開発がなされている。その例として、軸受用鋼中に混在する非金属介在物を極力低減する方法や、表面に圧縮残留応力を付与しさらには残留オーステナイト量を制御する方法等がある。
【０００３】
また、軸受用鋼の転動疲労寿命の向上に関しては、鋼中の酸素含有量を低減して清浄鋼とすることが主要な技術のひとつとなっている（例えば、特開平７−１０９５４１号では、Ｍｎ含有量を０．２０％以下に規制した軸受用鋼を母材として使用し、電子ビーム溶解法によって溶解し且つ溶解金属中から直径が１５μｍ以上の非金属介在物が浮上分離する時間を確保して、鋼中の非金属介在物の直径を１５μｍ以下とする超清浄軸受用鋼の製造方法が開示されている。）。
【０００４】
このような超清浄鋼とする技術では、鋼中の酸素含有量を低減することで疲労破壊の起点となる酸化物系非金属介在物を少なくするようにしており、具体的には、鋼を溶解して真空脱ガスを行う方法、さらに、取鍋精錬，連続鋳造および多重溶解技術の導入などで、鋼中の酸素含有量は大幅に低減できるようになった。
【０００５】
さらにまた、酸化物系非金属介在物の総量と大きさを制御し、大形介在物を除去し、組成と形態を制御して超微細化しかつ均一に分布させることで、転動疲労寿命が大幅に長寿命化してきている（例えば、ＮＳＫＴｅｃｈｎｉｃａｌＪｏｕｒｎａｌＮｏ．６５２１９９２）。
【０００６】
転動疲労寿命のさらなる向上対策として、表面の圧縮残留応力や、残留オーステナイトを積極的に利用するために、軸受用鋼としてＪＩＳに制定されている従来のＳＵＪ鋼から、浸炭ないしは浸炭窒化用鋼としてＪＩＳに制定されている肌焼用鋼へと、鋼種を変更することも一部行われており、クリーンな潤滑環境から摩耗粉等の異物が混入するダーティな潤滑環境に至るまで幅広い環境に対応した対策が図られていて、前述の清浄鋼化との組合わせで転動疲労寿命のより一層の向上が図られている。
【０００７】
しかしながら、近年の自動車の軽量化、低燃費化による使用環境の苛酷化のために、軸受寿命に対する信頼性がより重要な課題であり、現状では十分なものとは言い難たいのが実情である。
【０００８】
従来開発されている最も優れた材料および熱処理を組み合わせた軸受では、クリーンな潤滑条件下でのスラスト型寿命試験の結果、５．０ＧＰａの面圧でＬ１０寿命が１×１０８である。しかし、実使用条件下ではトルク変動による偏荷重や片当たりが発生し、５．０ＧＰａを超える条件下では表面剥離が発生するという問題点があった。
【０００９】
従来のスラスト型ボールベアリングレースの製造方法としては、例えば、図５に示すようなものがある。
【００１０】
すなわち、肌焼用鋼の組成よりなり且つ図５に示すような長手方向のメタルフローＦを有する丸棒状鋼素材１１を使用し、この丸棒状鋼素材１１の長手方向を輪切りにしてベアリングレース本体（焼入れ前供試体Ａ）１２を得たのち、このベアリングレース本体１２にボールベアリング溝を機械加工で荒仕上げし、浸炭ないしは浸炭窒化焼入れ処理を施した後研磨で仕上げ加工してスラスト型ボールベアリングレース（焼入れ後供試体Ａ）を得るようにしていた。
【００１１】
そして、このような方法で製造されたスラスト型ボールベアリングレースは、面疲労強度の向上および作動時に発生する摩耗粉等の異物が潤滑油中に混入することによる面疲労強度の低下防止のために、浸炭ないしは浸炭窒化処理時に、浸炭ないしは浸炭窒化層の表面部分の残留オーステナイト量を２０〜４０体積％に調整することも行われていた（例えば、特開平８−３７２０号公報，特開平８−４７７４号公報）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来におけるスラスト型ボールベアリングレースの製造方法では、図５に示したように、丸棒状鋼素材１１の長手方向のメタルフローＦに対して直角の向きに切断しているため、使用状態では、図６に示すように、ボールベアリングレース１３に作用する荷重Ｐの方向がメタルフローＦの方向と平行となるものとなっていた。
【００１３】
そして、この種のスラスト型ボールベアリングレースにおいては、自動車の軽量化，低燃費化等による使用環境の苛酷化に対しても十分な信頼性を有するものとなすために、転動疲労寿命をさらに延長することができるようにすることが課題としてあった。
【００１４】
【発明の目的】
本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされたものであって、鋼素材が本来持ち合わせている特性をさらに有効に活用し、従来得られている転動疲労寿命をより一層向上させることができる超高強度スラスト型ベアリングレースの製造方法を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるスラスト型ボールベアリングレースの製造方法は、ボールベアリング溝をそなえたスラスト型ボールベアリングレースを製造するに際し、鋼素材の長手方向のメタルフローがスラスト荷重方向と直角となる向きにし且つメタルフローを緻密化するようにベアリングレース本体を鍛造加工により成形し、次いで仕上げ加工を行った後に、浸炭ないしは浸炭窒化焼入れ処理を施すことを特徴としている。
【００１６】
図１は本発明に係わるスラスト型ボールベアリングレースの製造方法により製造したスラスト型ボールベアリングレース一実施形態を示すものであって、このスラスト型ボールベアリングレース１は、スラスト荷重Ｐの方向が鋼素材のメタルフローＦの方向と直角の向きになっており且つまたメタルフローＦを緻密化するようにベアリングレース本体が鍛造加工により形成され、仕上げ加工を行った後に浸炭ないしは浸炭窒化焼入れ処理を施したものである。
【００１７】
本発明に係わるスラスト型ボールベアリングレースの製造方法において、鋼素材としては肌焼用鋼を使用することができ、例えば、ＪＩＳＧ４０５１に制定された炭素鋼鋼材であるＳ０９ＣＫ，Ｓ１５ＣＫ，Ｓ２０ＣＫや、ＪＩＳＧ４１０３に制定されたニッケル・クロム・モリブデン鋼鋼材であるＳＮＣＭ２２０，ＳＮＣＭ４１５，ＳＮＣＭ４２０，ＳＮＣＭ６１６，ＳＮＣＭ８１５や、ＪＩＳＧ４１０４に制定されたクロム鋼鋼材であるＳＣｒ４１５，ＳＣｒ４２０や、ＪＩＳＧ４１０５に制定されたクロム・モリブデン鋼鋼材であるＳＣＭ４１５，ＳＣＭ４１８，ＳＣＭ４２０，ＳＣＭ４２１，ＳＣＭ８２２や、ＪＩＳＧ４１０６に制定されたマンガン鋼鋼材であるＳＭｎ４２０や、同じくＪＩＳＧ４１０６に制定されたマンガン・クロム鋼鋼材であるＳＭｎＣ４２０などを使用することができるが、これらのものにのみ限定されず、適宜の合金成分を追加したものなども使用することができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明に係わるスラスト型ボールベアリングレースの製造方法によれば、鋼素材が本来持ち合わせている特性をさらに有効に活用し、メタルフローを高密度化して転動疲労寿命をより一層向上させるとともに耐摩耗性により優れたスラスト型ボールベアリングレースを製造することができる。
【００１９】
【実施例】
実施例１
鋼素材として、ＪＩＳＳＣＭ４２０Ｈ鋼に相当するものであって、Ｃ：０．２３重量％，Ｓｉ：０．２２重量％，Ｍｎ：０．８０重量％，Ｐ：０．０１０重量％，Ｓ：０．０１５重量％，Ｎｉ：０．１１重量％，Ｃｒ：０．９８重量％，Ｍｏ：０．１５重量％、残部実質的にＦｅよりなる低Ｓ，低Ｐの成分で、酸素含有量を９．０ｐｐｍの極く低量に調整した清浄鋼を用いた。
【００２０】
そして、図２の（Ａ）に示す工程において、直径４６ｍｍの丸棒状鋼素材２を長手方向（すなわち、メタルフローＦの方向）と直角の向きに３７ｍｍの長さに切断したのち、図２の（Ｂ）に示す工程において、電気炉を用いて１０００℃に加熱し、次いで、図２の（Ｃ）に示す工程において、直径８０ｍｍ，深さ１２ｍｍの円形金型３の中央に丸棒状鋼素材２の長手方向（すなわち、メタルフローＦの方向）が横向きとなるように置いた状態にしてハンマーによる第１打で１０ｍｍ潰すと共に酸化物を除去し、さらに図２の（Ｄ−１），（Ｄ−２）に示す工程において、ハンマーによる２〜３打を直径８０ｍｍ，厚さ１２ｍｍの円盤形状として金型３に充満させることにより焼入れ前供試体Ｃを得た。
【００２１】
このように鍛造することで、図５に示したごとくメタルフローＦと平行の向きに切断した焼入れ前供試体Ｂに比べてさらに緻密化したメタルフローＦをもつ焼入れ前供試体Ｃを得ることができる。
【００２２】
そして、この円盤形状をなす焼入れ前供試体Ｃおよび同じく焼入れ前供試体Ｂと、比較のために直径８０ｍｍの丸棒状鋼素材を長手方向（メタルフローＦの方向）と直角の向きに厚さ１２ｍｍに切断した円盤形状をなす焼入れ前供試体Ａをも作製した。
【００２３】
次いで、それぞれの焼入れ前供試体Ａ，Ｂ，Ｃの表面をＲｍａｘ２５Ｓに仕上げ加工し、図２の（Ｅ）および図５に示す工程において、浸炭，拡散処理（９２０℃×８Ｈｒ）を施した後１００℃の油中に焼入れし、１７０℃×９０ｍｉｎで焼戻しを行って各々焼入れ後供試体Ａ，Ｂ，Ｃを得た。
【００２４】
出来上がった各焼入れ後供試体Ａ，Ｂ，Ｃの諸特性は、従来品および鍛造品において差は殆どなく、有効硬化層深さ：１．００ｍｍ，表面硬度：Ｈｖ７００，芯部硬度：Ｈｖ３４５〜３６３，表面部の残留オーステナイト量：約１８％であり、また、残留応力は最表面の部分で±０ＭＰａ，深さ約０．２ｍｍの部分で圧縮の最大値−４００ＭＰａから１．５ｍｍ深さでほぼ０ＭＰａにもどる曲線であった。また、旧オーステナイト結晶粒度はＪＩＳＧ０５５１においてＧｃ１０であった。
【００２５】
次に、焼入れ後供試体Ａ，Ｂ，Ｃの試験表面をＲｍａｘ０．０３ａに超仕上げで加工し、スラスト型転動疲労試験機によって次表に示す条件で表面の剥離寿命を比較した。
【００２６】
【表１】

【００２７】
鍛造で作製した本発明実施例の供試体Ｃは、荷重Ｐの方向とメタルフローＦの方向が図１に示したように直角になり、丸棒状鋼素材を切断したままの供試体Ａは荷重Ｐの方向とメタルフローＦの方向は図６に示したように平行になる。
【００２８】
スラスト型転動疲労試験機による表面剥離寿命のワイブル分布を測定した結果を図４に示す。図４より明らかであるように、焼入れ後の供試体ＡとＢとの比較では、供試体Ｂの方が約２５％剥離寿命が向上している。
【００２９】
一方、焼入れ後の供試体Ｃは鍛造比３．８の例であるが、メタルフローＦの密度が高くなっていることから、従来品に比較して本発明品の寿命は約１００％向上していることが認められた。
【００３０】
スラスト型ボールベアリングレースの製造に当っては、ボールベアリング溝Ｒも鍛造で成形し、浸炭ないしは浸炭窒化処理をした後研磨仕上げすることでスラスト試験結果とほぼ同等な剥離寿命が得られた。
【００３１】
上記実施例１のように、ボールベアリング溝をそなえたスラスト型ボールベアリングレースを製造するに際し、鋼素材の長手方向のメタルフローがスラスト荷重方向と直角となる向きにしてベアリングレース本体を鍛造加工により成形することにより、鋼素材が本来持ち合わせている特性をさらに有効に活用して転動疲労寿命をより一層向上させたスラスト型ボールベアリングレースを製造することが可能になる。
【００３２】
また、鋼素材の長手方向のメタルフローがスラスト荷重方向と直角となる向きにしてベアリングレース本体を鍛造加工により成形し、次いで仕上げ加工を行った後に浸炭ないしは浸炭窒化焼入れ処理を施ことにより、転動疲労強度や耐摩耗性がより向上し、より望ましくは、浸炭処理条件として９２０℃で８時間実施し、焼入れ処理条件として１００℃の油中に投じた後に１７０℃で９０分間の焼戻しを行うことにより、転動疲労強度がより一層向上し、耐摩耗性により優れたスラスト型ボールベアリングレースを製造することが可能になる。
【００３３】
実施例２
この実施例２では、実施例１のメタルフローの緻密化と、浸炭後に鍛造して焼入れする工法とを複合化することで、さらに優れた転動疲労寿命をもつスラスト型ボールベアリングレースを製造する場合を示す。
【００３４】
まず、図３の（Ａ）に示す工程において、直径４６ｍｍの丸棒状鋼素材２を長手方向（すなわち、メタルフローＦの方向）と直角の向きに３７ｍｍの長さに切断したのち、図３の（Ｂ）に示す工程において、浸炭および拡散処理（９２０℃×１２Ｈｒ）した後約１００℃に焼入れして、有効硬化層深さが１．２ｍｍの丸棒状鍛造素材とした。
【００３５】
次に、図３の工程（Ｃ）において、上記浸炭後の丸棒状鍛造素材を高周波加熱で１０００℃に昇温したのち、図３の（Ｄ）に示す工程において、直径８０ｍｍ，深さ１２ｍｍの円形金型３の中央に丸棒状鋼素材２の長手方向（すなわち、メタルフローＦの方向）が横向きとなるように置いた状態にしてハンマーによる第１打で１０ｍｍ潰し、さらに図３の（Ｅ−１），（Ｅ−２）に示す工程において、ハンマーによる鍛造で直径８０ｍｍ，厚さ１２ｍｍの円盤形状として金型３に充満させることにより焼入れ前供試体Ｄを得たのち、さらに図３の（Ｆ）に示す工程において、余熱を利用して、８０℃の油中に焼入れし、１７０℃×９０ｍｉｎで焼戻しを行って焼入れ後供試体Ｄを得た。
【００３６】
上記工程（Ｃ）において、高周波加熱時は酸化防止を目的に窒素ガス雰囲気中で加熱した。また、鍛造終了温度は輻射温度計で測定した結果、約８５０℃であったので、工程（Ｆ）における焼入れはその熱を利用した。
【００３７】
その後、焼入れ後供試体Ｄの試験面を０．３ｍｍ研磨で仕上げ、最後に超仕上げでＲｍａｘ０．０３ａにして実施例１と同様に転動疲労試験を実施した。
【００３８】
焼入れ後供試体Ｄの諸特性を調査した結果は、表面硬度：Ｈｖ８００，有効硬化層深さ：０．６ｍｍ，芯部硬度：Ｈｖ４００〜４２０，旧オーステナイト結晶粒度：ＪＩＳＧ０５５１においてＧｃ１０以下（２〜１２μｍ）、表面部残留オーステナイト量：約２２％であり、また、残留応力は最表面で（圧縮）−８００ＭＰａ，０．２ｍｍ深さでほぼ０になる分布であった。
【００３９】
転動疲労試験の結果は、図４に併記したように、この実施例２の鍛造品（焼入れ後の供試体Ｄ）は実施例１の鍛造品（焼入れ後の供試体Ｃ）に比較してさらに約３０％向上したことが認められた。
【００４０】
この場合の転動疲労寿命の向上要因としては、鍛造によるメタルフローの高密度化，旧オーステナイト結晶粒の微細化、鍛造焼入れに伴う転位，双晶などの内部欠陥の増加による最大剪断応力発生深さ域での組織変化に対する抵抗の増加、などがあるものと考えられた。
【００４１】
上記実施例２のように、鋼素材に浸炭ないしは浸炭窒化処理を施した後、浸炭ないしは浸炭窒化処理時の残熱を利用しないしは再加熱し、鋼素材の長手方向のメタルフローがスラスト荷重方向と直角となる向きにしてベアリングレース本体を鍛造加工により成形し、次いで仕上げ加工を行った後に焼入れ処理を施すことにより、メタルフローをより高密度化して転動疲労強度および転動疲労寿命を高めることができ、より望ましくは、浸炭処理条件として９２０℃で１２時間実施し、再加熱条件として窒素中１０００℃で実施し、焼入れ処理条件として８０℃の油中に投じた後に１７０℃で９０分間の焼戻しを行うことにより、転動疲労強度をより高めることができると共に、さらに優れた転動疲労寿命を有するスラスト型ボールベアリングレースを製造することが可能になる。
【００４２】
そして、上記実施例１および２で説明したスラスト型ボールベアリングレースの製造方法によって製造したスラスト型ボールベアリングは、転動疲労強度が高く、転動疲労寿命および耐摩耗性に非常に優れたものとなり、例えば、自動車の軽量化，低燃費化等による使用環境の苛酷化に対しても十分な信頼性を有するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるスラスト型ボールベアリングレースをそのメタルフローの方向と共に示す説明図である。
【図２】本発明の実施例１におけるスラスト型ボールベアリングレースの製造工程を図（Ａ）〜図（Ｅ）に分けて示す説明図である。
【図３】本発明の実施例２におけるスラスト型ボールベアリングレースの製造工程を図（Ａ）〜図（Ｆ）に分けて示す説明図である。
【図４】スラスト型転動疲労試験機による表面剥離寿命のワイブル分布を調べた結果を示すグラフである。
【図５】丸棒状鋼素材の長手方向（メタルフローの方向）と試験片Ａ，Ｂの切り出し方向との関係を示す説明図である。
【図６】図５に示した試験片Ａに相当するボールベアリングレースにおけるメタルフローの方向と荷重の方向との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１スラスト型ボールベアリングレース
２丸棒状鋼素材
３円形金型[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a thrust type ball bearing race.
[0002]
Many developments have been made for improving the rolling fatigue strength of bearing steel. Examples thereof include a method of reducing non-metallic inclusions mixed in bearing steel as much as possible, a method of imparting compressive residual stress to the surface, and a method of controlling the amount of retained austenite.
[0003]
As for the improvement of the rolling fatigue life of bearing steel, one of the main technologies is to reduce the oxygen content in the steel to obtain a clean steel (for example, in JP-A-7-109541). , Using a bearing steel whose Mn content is controlled to 0.20% or less as a base material, melting time by the electron beam melting method, and the time during which nonmetallic inclusions having a diameter of 15 μm or more float and separate from the molten metal A method for producing a steel for ultra-clean bearings in which the diameter of non-metallic inclusions in the steel is 15 μm or less is disclosed.
[0004]
In such ultra-clean steel technology, the oxygen content in the steel is reduced to reduce the number of oxide-based non-metallic inclusions that can be the starting point of fatigue fracture. The method of melting and vacuum degassing, as well as the introduction of ladle refining, continuous casting and multiple melting techniques have made it possible to significantly reduce the oxygen content in steel.
[0005]
Furthermore, by controlling the total amount and size of oxide-based non-metallic inclusions, removing large inclusions, controlling the composition and form, making them ultrafine and evenly distributed, the rolling fatigue life can be reduced. The service life has been greatly extended (for example, NSK Technical Journal No. 652 1992).
[0006]
As a measure to further improve rolling fatigue life, carburizing or carbonitriding steel from the conventional SUJ steel established by JIS as bearing steel to actively use the compressive residual stress and retained austenite on the surface As part of the change of the steel grade to the case-hardening steel stipulated in JIS, it has a wide range of environments, from clean lubrication environments to dirty lubrication environments where foreign substances such as wear powder are mixed. Corresponding measures are taken, and the rolling fatigue life is further improved in combination with the above-mentioned clean steel.
[0007]
However, the reliability of bearing life is a more important issue due to the harsh use environment due to lighter weight and lower fuel consumption in recent years, and it is actually difficult to say that it is sufficient at present. .
[0008]
As a result of a thrust type life test under a clean lubrication condition, the L10 life at a surface pressure of 5.0 GPa is 1 × 10 8 in a bearing that combines the best material and heat treatment that have been developed so far. However, there is a problem that uneven load or piece contact due to torque fluctuation occurs under actual use conditions, and surface peeling occurs under conditions exceeding 5.0 GPa.
[0009]
As a conventional method of manufacturing a thrust type ball bearing race, for example, there is a method as shown in FIG.
[0010]
That is, a round steel rod material 11 having a metal flow F in the longitudinal direction as shown in FIG. 5 is used, and the bearing race main body is formed by rounding the longitudinal direction of the round rod steel material 11. (Pre-quenching specimen A) 12 After obtaining the bearing race body 12, the ball bearing groove is rough-finished by machining, carburized or carbonitrided and quenched, and then polished and polished to produce a thrust ball bearing. A race (specimen A after quenching) was obtained.
[0011]
The thrust type ball bearing race manufactured by such a method is used to improve the surface fatigue strength and to prevent the surface fatigue strength from being lowered due to foreign particles such as wear powder generated during operation being mixed in the lubricating oil. In the carburizing or carbonitriding treatment, the amount of retained austenite in the surface portion of the carburized or carbonitriding layer is also adjusted to 20 to 40% by volume (for example, JP-A-8-3720, JP-A-8- 4774).
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional manufacturing method of the thrust type ball bearing race, as shown in FIG. 5, since it is cut in a direction perpendicular to the metal flow F in the longitudinal direction of the round bar-shaped steel material 11, As shown in FIG. 6, the direction of the load P acting on the ball bearing race 13 is parallel to the direction of the metal flow F.
[0013]
In this type of thrust ball bearing race, the rolling fatigue life is further increased in order to have sufficient reliability against the harsh usage environment due to the reduction in weight and fuel consumption of automobiles. It was an issue to be able to extend.
[0014]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made in view of such conventional problems, and more effectively utilizes the characteristics inherently possessed by steel materials, and further improves the conventionally obtained rolling fatigue life. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an ultra-high-strength thrust bearing race that can be used.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
According to the manufacturing method of the thrust type ball bearing race according to the present invention, when the thrust type ball bearing race having the ball bearing groove is manufactured, the metal flow in the longitudinal direction of the steel material is oriented so as to be perpendicular to the thrust load direction. The bearing race main body is formed by forging so as to make the flow dense, and then carburized or carbonitriding and quenching is performed after finishing.
[0016]
FIG. 1 shows an embodiment of a thrust type ball bearing race manufactured by a method of manufacturing a thrust type ball bearing race according to the present invention. The thrust type ball bearing race 1 has a thrust load P in the direction of a steel material. The bearing race main body is formed by forging so as to densify the metal flow F and subjected to carburizing or carbonitriding and quenching after finishing. Is.
[0017]
In the manufacturing method of the thrust type ball bearing race according to the present invention, case hardening steel can be used as a steel material, for example, S09CK, S15CK, S20CK which are carbon steel materials established in JIS G 4051, SNCM220, SNCM415, SNCM420, SNCM616, SNCM815, which are nickel / chromium / molybdenum steel materials established in JIS G4103, SCr415, SCr420, which are chromium steel materials established in JIS G 4104, and JIS G 4105 SCM415, SCM418, SCM420, SCM421, SCM822, which are chromium / molybdenum steel materials, SMn420, which is a manganese steel material established by JIS G 4106, and Man, also established by JIS G 4106 May be used, such as a down-chromium steels SMnC420, not limited only to these things, it can also be used such as those added an appropriate alloy components.
[0018]
【The invention's effect】
According to the manufacturing method of the thrust type ball bearing race according to the present invention, the characteristics inherent to the steel material are further effectively utilized, the metal flow is densified to further improve the rolling fatigue life and wear resistance. It is possible to manufacture a thrust type ball bearing race that is superior in performance.
[0019]
【Example】
Example 1
As steel material, it corresponds to JIS SCM420H steel, C: 0.23% by weight, Si: 0.22% by weight, Mn: 0.80% by weight, P: 0.010% by weight, S: 0 .015% by weight, Ni: 0.11% by weight, Cr: 0.98% by weight, Mo: 0.15% by weight, and a low S, low P component consisting essentially of Fe, with an oxygen content of 9 Clean steel adjusted to an extremely low amount of 0.0 ppm was used.
[0020]
Then, in the step shown in FIG. 2A, the round bar-shaped steel material 2 having a diameter of 46 mm is cut into a length of 37 mm in a direction perpendicular to the longitudinal direction (that is, the direction of the metal flow F), and then the FIG. In the step shown in (B), the steel rod is heated to 1000 ° C. using an electric furnace, and then in the step shown in (C) of FIG. 2 in a state where the longitudinal direction of 2 (that is, the direction of metal flow F) is set to be horizontal, the first strike with a hammer is crushed by 10 mm and the oxide is removed, and (D-1), ( In the step shown in D-2), a specimen C before quenching was obtained by filling the mold 3 with a hammer shape having a disk shape of 80 mm in diameter and 12 mm in thickness by 2-3 hammer strokes.
[0021]
By forging in this way, it is possible to obtain a specimen C before quenching having a metal flow F that is further densified as compared with the specimen B before quenching cut in a direction parallel to the metal flow F as shown in FIG. it can.
[0022]
For comparison, the specimen C before quenching and the specimen B before quenching having a disk shape, and a round bar-shaped steel material having a diameter of 80 mm are compared with each other in a direction perpendicular to the longitudinal direction (the direction of the metal flow F). A specimen A before quenching having a disc shape cut into pieces was also produced.
[0023]
Next, the surface of each specimen A, B, C before quenching was finished to Rmax25S, and after carburizing and diffusion treatment (920 ° C. × 8 Hr) in the steps shown in FIG. 2E and FIG. The specimens A, B, and C were obtained after quenching in oil at 100 ° C. and tempering at 170 ° C. for 90 minutes.
[0024]
The characteristics of the finished specimens A, B, and C after quenching are almost the same between the conventional product and the forged product. Effective hardened layer depth: 1.00 mm, surface hardness: Hv700, core hardness: Hv345-363 The amount of retained austenite in the surface portion is about 18%, and the residual stress is about ± 0 MPa at the outermost surface portion and the maximum compression at a depth of about 0.2 mm at a depth of −400 MPa to about 1.5 mm. The curve returned to 0 MPa. Further, the prior austenite grain size was Gc10 in JIS G 0551.
[0025]
Next, the test surfaces of the specimens A, B, and C after quenching were processed to Rmax 0.03a by superfinishing, and the surface peeling life was compared using a thrust type rolling fatigue tester under the conditions shown in the following table.
[0026]
[Table 1]

[0027]
The specimen C of the embodiment of the present invention produced by forging is such that the direction of the load P and the direction of the metal flow F are perpendicular to each other as shown in FIG. The direction of P and the direction of metal flow F are parallel as shown in FIG.
[0028]
FIG. 4 shows the results of measuring the Weibull distribution of the surface peeling life using a thrust type rolling fatigue tester. As is clear from FIG. 4, in comparison between the specimens A and B after quenching, the specimen B has an improved peeling life of about 25%.
[0029]
On the other hand, the specimen C after quenching is an example with a forging ratio of 3.8, but since the density of the metal flow F is high, the life of the product of the present invention is improved by about 100% compared to the conventional product. It was recognized that
[0030]
In manufacturing the thrust type ball bearing race, the ball bearing groove R was also formed by forging, carburized or carbonitrided, and then polished to obtain a peel life almost equivalent to the thrust test result.
[0031]
When manufacturing a thrust type ball bearing race having a ball bearing groove as in the first embodiment, the bearing race main body is forged by making the metal flow in the longitudinal direction of the steel material perpendicular to the thrust load direction. By molding, it becomes possible to manufacture a thrust type ball bearing race in which the rolling fatigue life is further improved by further effectively utilizing the characteristics inherent to the steel material.
[0032]
In addition, the bearing race main body is formed by forging so that the metal flow in the longitudinal direction of the steel material is perpendicular to the thrust load direction, and then subjected to finish machining, followed by carburizing or carbonitriding and quenching. The dynamic fatigue strength and wear resistance are further improved. More desirably, the carburizing process is performed at 920 ° C. for 8 hours, and the quenching process is performed in 100 ° C. oil, followed by tempering at 170 ° C. for 90 minutes. As a result, the rolling fatigue strength is further improved, and it becomes possible to manufacture a thrust type ball bearing race that is superior in wear resistance.
[0033]
Example 2
In Example 2, a thrust ball bearing race having a further excellent rolling fatigue life is produced by combining the metal flow densification of Example 1 and the method of forging and quenching after carburizing. Show the case.
[0034]
First, in the process shown in FIG. 3A, the round bar-shaped steel material 2 having a diameter of 46 mm is cut into a length of 37 mm in a direction perpendicular to the longitudinal direction (that is, the direction of the metal flow F), and then, as shown in FIG. In the step shown in (B), after carburizing and diffusion treatment (920 ° C. × 12 Hr), it was quenched to about 100 ° C. to obtain a round bar-like forging material having an effective hardened layer depth of 1.2 mm.
[0035]
Next, in step (C) of FIG. 3, after the carburized round bar-like forging material is heated to 1000 ° C. by high-frequency heating, in the step shown in FIG. 3 (D), the diameter is 80 mm and the depth is 12 mm. In a state where the longitudinal direction of the round bar-shaped steel material 2 (that is, the direction of the metal flow F) is set laterally in the center of the circular mold 3, it is crushed by 10 mm with a first hammer, and (E -1) and (E-2), after obtaining a specimen D before quenching by filling the mold 3 in a disk shape having a diameter of 80 mm and a thickness of 12 mm by forging with a hammer, the specimen shown in FIG. In the step shown in (F), residual heat was used to quench in oil at 80 ° C., and tempered at 170 ° C. for 90 minutes to obtain a specimen D after quenching.
[0036]
In the step (C), during high-frequency heating, heating was performed in a nitrogen gas atmosphere for the purpose of preventing oxidation. Moreover, since the forging completion temperature was about 850 degreeC as a result of measuring with the radiation thermometer, the hardening in a process (F) utilized the heat | fever.
[0037]
Then, the rolling fatigue test was conducted in the same manner as in Example 1 by finishing the test surface of the specimen D after quenching by polishing with 0.3 mm and finally setting it to Rmax 0.03a by superfinishing.
[0038]
As a result of investigating various characteristics of the specimen D after quenching, surface hardness: Hv800, effective hardened layer depth: 0.6 mm, core hardness: Hv400-420, former austenite grain size: Gc10 or less in JIS G 0551 (2 ˜12 μm), amount of retained austenite on the surface: about 22%, and the residual stress had a distribution that became almost zero at the outermost surface (compressed) −800 MPa at a depth of 0.2 mm.
[0039]
As a result of the rolling fatigue test, as shown in FIG. 4, the forged product of Example 2 (sample D after quenching) is compared with the forged product of Example 1 (sample C after quenching). An additional 30% improvement was observed.
[0040]
The factors that improve the rolling fatigue life in this case are: increase of metal flow density by forging, refinement of prior austenite crystal grains, dislocation due to forging and quenching, increase of internal defects such as twins It was thought that there was an increase in resistance to organizational changes in the region.
[0041]
As in Example 2 above, after carburizing or carbonitriding the steel material, the residual heat from the carburizing or carbonitriding process is not used or reheated, and the metal flow in the longitudinal direction of the steel material is a thrust load. The bearing race body is formed by forging in a direction perpendicular to the direction, and then subjected to a quenching treatment after finishing, thereby increasing the metal flow density and improving the rolling fatigue strength and rolling fatigue life. More preferably, it is carried out at 920 ° C. for 12 hours as a carburizing condition, is carried out at 1000 ° C. in nitrogen as a reheating condition, and is poured at 90 ° C. in 170 ° C. Thrust-type ball bearings with higher rolling fatigue life as well as higher rolling fatigue strength by tempering for minutes It is possible to manufacture the over nest.
[0042]
The thrust type ball bearing manufactured by the method of manufacturing the thrust type ball bearing race described in the first and second embodiments has high rolling fatigue strength, and is extremely excellent in rolling fatigue life and wear resistance. For example, it has sufficient reliability against the harsh use environment due to, for example, weight reduction and fuel consumption reduction of automobiles.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a thrust type ball bearing race according to an embodiment of the present invention together with the direction of its metal flow.
FIGS. 2A to 2E are explanatory views showing a manufacturing process of a thrust type ball bearing race according to the first embodiment of the present invention, which are divided into FIGS.
FIG. 3 is an explanatory view showing a manufacturing process of a thrust type ball bearing race according to a second embodiment of the present invention divided into FIGS.
FIG. 4 is a graph showing the results of examining the Weibull distribution of surface peeling life by a thrust type rolling fatigue tester.
FIG. 5 is an explanatory view showing a relationship between a longitudinal direction of a round bar-shaped steel material (metal flow direction) and a cutting direction of test pieces A and B;
6 is an explanatory diagram showing the relationship between the direction of metal flow and the direction of load in a ball bearing race corresponding to the test piece A shown in FIG. 5. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Thrust-type ball bearing race 2 Round rod-shaped steel material 3 Circular mold

Claims

When manufacturing thrust type ball bearing races with ball bearing grooves, the bearing race body is forged so that the metal flow in the longitudinal direction of the steel material is oriented perpendicular to the thrust load direction and the metal flow is densified. A method of manufacturing a thrust type ball bearing race, characterized by performing carburizing or carbonitriding and quenching after molding and then finishing.

Carburizing treatment conditions are what implements at 920 degreeC for 8 hours, Quenching treatment conditions perform tempering at 170 degreeC for 90 minutes after throwing in oil of 100 degreeC. Method of manufacturing thrust type ball bearing races.

When manufacturing thrust type ball bearing races with ball bearing grooves, after carburizing or carbonitriding the steel material, the residual heat from the carburizing or carbonitriding process is not used or reheated. The bearing race body is formed by forging so that the metal flow in the longitudinal direction is perpendicular to the thrust load direction and the metal flow is densified, and then subjected to quenching after finishing. A method of manufacturing a thrust type ball bearing race.

Carburizing treatment conditions are to be carried out at 920 ° C. for 12 hours, reheating conditions are to be carried out at 1000 ° C. in nitrogen, and quenching treatment conditions are 170 ° C. after being poured into 80 ° C. oil. The method for producing a thrust type ball bearing race according to claim 3, wherein tempering is performed for 90 minutes.

A thrust type ball bearing race produced by the method for producing a thrust type ball bearing race according to any one of claims 1 to 4.