JP3975314B2 - 軸受部品素材及び転がり軸受の軌道輪の製作方法 - Google Patents

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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等を製作するための軸受部品素材及び転がり軸受の軌道輪の製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受は、軌道面の摩耗やピッチングと呼ばれる表面剥離の発生によって、寿命が大きく左右される。このため、軸受部品には、炭素含有量の多い軸受鋼や、浸炭処理を施すことにより表面部に浸炭層を形成できる浸炭鋼が用いられ、さらに、その組織を、焼き入れ焼戻し処理を施して、焼戻しマルテンサイト組織とすることにより、摩耗を抑制するための所要の硬さとピッチングを防止するための靭性とが確保されている。ところが、近年、自動車等に用いられる軸受については、使用条件が過酷になり、要求寿命が達成できなくなってきた。このため、要求寿命を確保できる軸受が求められ、上記の熱処理後の軸受部品に、ショットピーニング処理を施して軌道面に圧縮残留応力を付与することにより、寿命を改善することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のショットピーニング処理によっても、軸受の寿命がばらつくために、要求される寿命を確実に確保する手段として、ショットピーニングの投射時間を長くすることが行われている。このため、生産効率が低く、コストが高いという問題がある。
【０００４】
上記のような従来の問題点に鑑み、この発明は、ショットピーニングの投射時間を過剰に長くすることなく、要求寿命を確保できる軸受部品素材及び転がり軸受の軌道輪の製作方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためのこの発明の軸受部品素材は、熱処理硬化させたＳＵＪ２からなり、ショットピーニングを行う表層部が焼戻しマルテンサイト組織を呈し、ショットピーニング処理される軸受部品素材において、上記焼戻しマルテンサイト組織の、炭化物の平均粒径が１μｍ未満であり、炭化物の面積率が１０〜１５％であり、残留オーステナイト量が７〜１４％であり、硬さがＨＲＣ＝６１〜６５であることを特徴とするものである。
上記構成の軸受部品素材では、ショットピーニングにより、投射時間を長くすることなく表面から内部に向かって深く塑性変形を施すことができる。このため、圧縮残留応力を効果的に付与できるので、過酷な使用条件でも寿命ばらつきを抑え長寿命化を達成できる。
すなわち、この発明は、従来の寿命ばらつきがショットピーニング前の軸受部品素材の組織ばらつきによるものであり、熱処理組織を、炭化物の平均粒径と、炭化物の面積率と、残留オーステナイト量と、硬さとにより適正に制御して、ショットピーニングによる塑性変形を表面から内部に深く付与することにより、圧縮残留応力の効果を最大限に引き出して寿命改善が達成できることを見出し、かかる知見に基づいて完成されたものである。
【０００６】
なお、炭化物の平均粒径を１μｍ未満としたのは、１μｍ以上の炭化物が存在すると、ショットピーニングによって付与する圧縮残留応力が表面から浅い部位に留まるためである。
炭化物の面積率を１０〜１５％としたのは、１５％を超えるとショットピーニングによって付与する圧縮残留応力が表面から浅い部位に留まるためであり、１０％未満では、転動疲労寿命特性が損なわれるためである。
残留オーステナイト量を７〜１４％としたのは、７％未満では残留オーステナイトの変態による圧縮残留応力が十分得られず、１４％を超えると表層部でマルテンサイト変態が優先的に起きて内部の残留オーステナイトの変態が阻止され、その結果、圧縮残留応力を内部にまで付与できないためである。
硬さをＨＲＣ＝６１〜６５としたのは、６５を超えるとショットピーニングによる塑性変形量が少なく圧縮残留応力を内部にまで付与できないためであり、６１未満では弾性変形量が多くなることにによって塑性変形が減少し、同じく圧縮残留応力を内部にまで付与できないためである。
【０００７】
また、この発明の転がり軸受の軌道輪の製作方法は、ＳＵＪ２からなる軌道輪の素材に焼入れ焼戻し処理を施すことで、表層部を炭化物の平均粒径が１μｍ未満であり、炭化物の面積率が１０〜１５％であり、残留オーステナイト量が７〜１４％であり、硬さがＨＲＣ＝６１〜６５である焼戻しマルテンサイト組織とし、ショットピーニングを行うことを特徴としている（請求項２）。
【０００８】
【実施例】
以下、この発明の実施例について詳述する。ただし、この発明はこの実施例のみに限定されるものではない。
[実施例１]
実施例１として、ＳＵＪ２を用い、外周部にＲ４．８の軌道溝を設けた、外径４０．７ｍｍ、内径３０ｍｍ、厚さ１６ｍｍの回転側軌道輪を製作し、軌道溝に粗研削を施した後に、当該回転側軌道輪に焼入れ焼戻し処理を施して、炭化物平均粒径を０．９μｍ、炭化物の面積率を１０％、残留オーステナイト量を１４％、硬さをＨＲＣ＝６１に調整した。
[実施例２]
実施例２として、ＳＵＪ２を用い、実施例１と同一形状の回転側軌道輪を製作した。当該回転側軌道輪に焼入れ焼戻し処理を施して、炭化物平均粒径を０．４μｍ、炭化物の面積率を１２％、残留オーステナイト量を９％、硬さをＨＲＣ＝６３に調整した。
[実施例３]
実施例３として、ＳＵＪ２を用い、実施例１と同一形状の回転側軌道輪を製作した。当該回転側軌道輪に焼入れ焼戻し処理を施して、炭化物平均粒径を０．７μｍ、炭化物の面積率を１５％、残留オーステナイト量を７％、硬さをＨＲＣ＝６５に調整した。
[比較例１]
比較例１として、ＳＵＪ２を用い、実施例１と同一形状の回転側軌道輪を製作した。当該回転側軌道輪に焼入れ焼戻し処理を施して、炭化物平均粒径を１．２μｍ、炭化物の面積率を１９％、残留オーステナイト量を９％、硬さをＨＲＣ＝６４に調整した。
[比較例２]
比較例２として、ＳＵＪ２を用い、実施例１と同一形状の回転側軌道輪を製作した。当該回転側軌道輪に焼入れ焼戻し処理を施して、炭化物平均粒径を０．８μｍ、炭化物の面積率を１３％、残留オーステナイト量を１７％、硬さをＨＲＣ＝６７に調整した。
【０００９】
上記実施例、比較例について、ショットピーニングを行い、ショットピーニング後の圧縮残留応力の深さの調査と寿命試験とを行った。ショットピーニングはエアー直圧式装置を用い、表１に示す条件で行った。寿命試験は、ショットピーニング処理後に精密研削を行い、表層１５μｍを除去した後に、転動疲労試験を行い、累積破損確率を測定し、寿命を比較した。
【００１０】
【表１】
Figure 0003975314
【００１１】
ショットピーニング後の圧縮残留応力の深さは、実施例１〜３は１５０μｍ〜１６０μｍであり、比較例１〜２は７０μｍ〜９０μｍであり、実施例１〜３が深いことを確認した。
図１は、実施例１〜３、比較例１〜２について、ショットピーニング後に行った転動疲労試験による寿命測定結果を示している。また、図中に、ショットピーニング処理を施さない場合を比較例３として示している。
図１から明らかなように、この発明の範囲の実施例１〜３は、比較例１〜２に比べ最大２倍の寿命であり、かつ、寿命のばらつきが小さいことが分かる。
【００１２】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る軸受部品素材によれば、ショットピーニングの照射時間を過剰に長くすることなく、残留応力を効果的に付与できるので、生産効率の改善と、コストダウンとが図れる。
【００１３】
請求項２に係る方法で転がり軸受の軌道輪の製作することにより、ショットピーニング後の圧縮残留応力の深さが深く、長寿命の軌道輪が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の軸受部品素材の寿命測定結果を示すグラフである。

Claims (2)

  1. 熱処理硬化させたＳＵＪ２からなり、ショットピーニングを行う表層部が焼戻しマルテンサイト組織を呈し、ショットピーニング処理される軸受部品素材において、
    上記焼戻しマルテンサイト組織の、炭化物の平均粒径が１μｍ未満であり、炭化物の面積率が１０〜１５％であり、残留オーステナイト量が７〜１４％であり、硬さがＨＲＣ＝６１〜６５であることを特徴とする軸受部品素材。
  2. ＳＵＪ２からなる軌道輪の素材に焼入れ焼戻し処理を施すことで、表層部を炭化物の平均粒径が１μｍ未満であり、炭化物の面積率が１０〜１５％であり、残留オーステナイト量が７〜１４％であり、硬さがＨＲＣ＝６１〜６５である焼戻しマルテンサイト組織とし、
    ショットピーニングを行うことを特徴とする転がり軸受の軌道輪の製作方法。
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