JP4703505B2 - Rolling member for machine tool and rolling bearing for machine tool - Google Patents

Rolling member for machine tool and rolling bearing for machine tool Download PDF

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JP4703505B2 JP2006202014A JP2006202014A JP4703505B2 JP 4703505 B2 JP4703505 B2 JP 4703505B2 JP 2006202014 A JP2006202014 A JP 2006202014A JP 2006202014 A JP2006202014 A JP 2006202014A JP 4703505 B2 JP4703505 B2 JP 4703505B2
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この発明は、工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受に関し、より特定的には、主軸が回転することにより被加工物を加工する工作機械において、回転駆動される主軸を、当該主軸に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する工作機械用転がり軸受を構成する工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受に関する。   The present invention relates to a rolling member for a machine tool and a rolling bearing for a machine tool. More specifically, in a machine tool that processes a workpiece by rotating a main shaft, the main shaft that is rotationally driven is used as the main shaft. The present invention relates to a rolling tool for a machine tool and a rolling bearing for a machine tool that constitute a rolling bearing for a machine tool that is rotatably supported with respect to adjacent members.

主軸が回転することにより切削加工、研削加工等を行なう工作機械においては、主軸は、急激に加減速するとともに、回転と停止とを繰り返す。そのため、主軸を支持する工作機械用転がり軸受においては、工作機械用転がり軸受を構成する軌道部材と転動体との間で油膜切れが発生しやすい。また、加工の高速化および高精度化のため、工作機械用転がり軸受においては、剛性を高める目的で、高い予圧が与えられた状態で使用されることが多い。そのため、工作機械用転がり軸受は、温度が上昇しやすくなっている。また、工作機械用転がり軸受として、たとえばアンギュラ玉軸受などの転動体にスピンが生じるタイプの軸受が用いられた場合、軌道部材と転動体との間ですべりが発生し、特に高温、高速回転の条件下で使用された場合、軌道部材、転動体などの工作機械用転動部材の表面(転走面)における損傷が発生しやすい。   In a machine tool that performs cutting, grinding, or the like by rotating the main shaft, the main shaft rapidly accelerates and decelerates and repeatedly rotates and stops. Therefore, in a rolling bearing for a machine tool that supports the main shaft, an oil film breakage is likely to occur between the raceway member and the rolling element constituting the rolling bearing for the machine tool. In order to increase the processing speed and accuracy, rolling bearings for machine tools are often used in a state where a high preload is applied in order to increase rigidity. For this reason, the temperature of the rolling bearing for machine tools tends to increase. In addition, when a rolling bearing such as an angular ball bearing is used as a rolling bearing for machine tools, for example, slip occurs between the raceway member and the rolling element. When used under conditions, damage to the surface (rolling surface) of rolling members for machine tools such as race members and rolling elements tends to occur.

以上のような苛酷な使用条件で用いられる結果、工作機械用転がり軸受には、焼付、ピーリング、摩耗、表面(転走面)起点の割れや剥離などが発生しやすいという問題がある。   As a result of being used under such severe use conditions as described above, rolling bearings for machine tools have problems that seizure, peeling, wear, cracking or peeling of the starting point of the surface (rolling surface) is likely to occur.

これに対し、工作機械用転がり軸受の寿命向上等を目的とした多くの検討がなされ、種々の対策が提案されている(たとえば特許文献1〜6参照)。
特開2002−364648号公報 特開2002−180202号公報 特開2006−46454号公報 特開2005−69321号公報 特開平11−101246号公報 特開2000−61705号公報
In response to this, many studies have been made for the purpose of improving the life of rolling bearings for machine tools, and various countermeasures have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 6).
JP 2002-364648 A JP 2002-180202 A JP 2006-46454 A JP-A-2005-69321 JP-A-11-101246 JP 2000-61705 A

しかしながら、近年、工作機械においては、当該工作機械を用いた加工および生産の効率向上を目的として、加工速度の上昇および切り込み量の増大が進められている。また、ロボットと組み合わせることにより、24時間連続稼動が行なわれる場合もある。これに伴い、工作機械において回転駆動される主軸を支持する工作機械用転がり軸受では、回転速度がさらに上昇するとともに、負荷される荷重が大きくなり、かつ連続稼働時間が長くなる傾向にある。そのため、工作機械用転がり軸受は、運転中に一層温度が上昇し、高温環境下での高速回転という苛酷な条件下で使用されるようになっている。そのため、上述の特許文献1〜6に記載の対策では、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などを必ずしも十分に抑制することができない。   However, in recent years, in a machine tool, for the purpose of improving the efficiency of processing and production using the machine tool, the processing speed is increased and the cutting amount is increased. In some cases, continuous operation is performed for 24 hours by combining with a robot. Along with this, in a rolling bearing for a machine tool that supports a spindle that is rotationally driven in a machine tool, the rotational speed further increases, the applied load tends to increase, and the continuous operation time tends to increase. Therefore, the rolling bearings for machine tools are used under severe conditions such that the temperature further increases during operation and high-speed rotation in a high-temperature environment. For this reason, the countermeasures described in Patent Documents 1 to 6 described above cannot sufficiently suppress seizure, peeling, abrasion, cracks and separation of the surface starting point, and the like.

さらに、上述のような苛酷な条件で使用される結果、工作機械用転がり軸受を構成する転動部材同士の金属接触により出現する金属新生面を触媒として、潤滑剤が分解して水素が発生し、当該水素の転動部材への侵入により、短期間で転走面に剥離が生じる現象(水素脆性剥離)も問題となっている。   Furthermore, as a result of being used under the severe conditions as described above, the lubricant is decomposed and hydrogen is generated by using the new metal surface appearing by metal contact between the rolling members constituting the rolling bearing for machine tools as a catalyst, A phenomenon (hydrogen embrittlement peeling) in which peeling occurs on the rolling surface in a short period due to the penetration of the hydrogen into the rolling member is also a problem.

そこで、本発明の目的は、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などが抑制されるとともに、水素脆性剥離の発生が抑制されることにより、耐久性の向上した工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to prevent rolling, peeling, abrasion, cracking and peeling of the surface starting point, and the occurrence of hydrogen embrittlement peeling, thereby improving the durability of the rolling member for machine tools. And providing rolling bearings for machine tools.

本発明に従った工作機械用転動部材は、主軸が回転することにより被加工物を加工する工作機械において、回転駆動される主軸を、当該主軸に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する工作機械用転がり軸受を構成する工作機械用転動部材である。当該工作機械用転動部材は、0.3質量%以上0.4%質量%以下の炭素と、0.2質量%以上0.5質量%未満の珪素と、0.3質量%以上0.8質量%以下のマンガンと、0.5質量%以上1.2質量%以下のニッケルと、1.6質量%以上2.5質量%以下のクロムと、0.1質量%以上0.7質量%以下のモリブデンと、0.3質量%以上0.8質量%以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、バナジウムの含有量はモリブデンの含有量以上であり、モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は珪素の含有量の2倍以上であり、クロムの含有量とモリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は2.3質量%以上3.5質量%以下である焼入処理された鋼から構成されている。さらに、表層部には、硬化処理層が形成されている。そして、当該硬化処理層の硬度は、Hv700以上780以下であり、硬化処理層に分布する炭化物の最大粒径は、10μm以下であり、硬化処理層における炭化物の面積率は、7%以上25%以下である。さらに、硬化処理層より内側の領域である内部の硬度は、Hv500以上600以下である。 The rolling member for a machine tool according to the present invention rotates a main shaft that is driven to rotate with respect to a member disposed adjacent to the main shaft in a machine tool that processes a workpiece by rotating the main shaft. It is a rolling member for machine tools which comprises the rolling bearing for machine tools supported freely. The rolling member for machine tool includes 0.3% by mass or more and 0.4% by mass or less of carbon, 0.2% by mass or more and less than 0.5% by mass of silicon, and 0.3% by mass or more and 0.0. 8 mass% or less of manganese, 0.5 mass% or more and 1.2 mass% or less of nickel, 1.6 mass% or more and 2.5 mass% or less of chromium, and 0.1 mass% or more and 0.7 mass% or less. % Of molybdenum and 0.3% by mass or more and 0.8% by mass or less of vanadium, the balance being iron and inevitable impurities, the vanadium content being equal to or greater than the molybdenum content, and the molybdenum content The sum of the amount and the vanadium content is more than twice the silicon content, and the sum of the chromium content, the molybdenum content and the vanadium content is 2.3% by mass or more and 3.5% by mass. It is composed of the following hardened steel. Furthermore, a cured layer is formed on the surface layer portion. And the hardness of the said hardening process layer is Hv700 or more and 780 or less, the largest particle size of the carbide | carbonized_material distributed to a hardening process layer is 10 micrometers or less, and the area ratio of the carbide | carbonized_material in a hardening process layer is 7% or more and 25%. It is as follows. Furthermore, the internal hardness which is an area | region inside a hardening process layer is Hv500 or more and 600 or less.

本発明の工作機械用転動部材では、工作機械用転動部材を構成する鋼において、水素脆性剥離を助長するおそれのある珪素の含有量が低減されるとともに、バナジウム、ニッケル、モリブデンの3成分がバランス良く添加されている。これにより、工作機械用転動部材の耐熱性、靱性を確保しながら、水素脆性剥離の発生を抑制することができる。また、本発明の工作機械用転動部材では、一般的な浸炭鋼に比べて炭素含有量を高めた鋼が素材として採用され、当該鋼からなる部材に対して浸炭または浸炭窒化が実施されるとともに、浸炭または浸炭窒化により表層部に形成される硬化処理層における炭化物の大きさ、および面積率が適切な範囲に調整される。これにより、工作機械用転動部材の表面に圧縮応力が形成され、かつ表層部が十分に硬化されるとともに、内部硬度も十分に確保される。さらに、大型の炭化物を応力集中源とする破損が抑制される。その結果、工作機械用転動部材において焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などの発生が抑制され、工作機械用転動部材の耐久性が向上する。さらに、工作機械用転動部材の静的割れ強度および疲労割れ強度の両立が図られるとともに、製造工程における加工の容易性(加工性)が向上し、かつ浸炭または浸炭窒化に要する時間が短縮されて生産性も向上する。   In the rolling member for machine tools according to the present invention, the steel constituting the rolling member for machine tools has a reduced content of silicon that may promote hydrogen embrittlement separation, and three components of vanadium, nickel, and molybdenum. Is added in a well-balanced manner. Thereby, generation | occurrence | production of hydrogen embrittlement peeling can be suppressed, ensuring the heat resistance of the rolling member for machine tools, and toughness. Moreover, in the rolling member for machine tools of the present invention, steel having a higher carbon content compared to general carburized steel is adopted as a material, and carburizing or carbonitriding is performed on the member made of the steel. At the same time, the size and area ratio of carbides in the hardened layer formed on the surface layer by carburizing or carbonitriding are adjusted to an appropriate range. Thereby, compressive stress is formed on the surface of the rolling member for machine tool, the surface layer portion is sufficiently cured, and the internal hardness is sufficiently ensured. Furthermore, the breakage which uses a large carbide | carbonized_material as a stress concentration source is suppressed. As a result, the occurrence of seizure, peeling, wear, cracking and peeling of the surface starting point in the rolling member for machine tools is suppressed, and the durability of the rolling member for machine tools is improved. Furthermore, it is possible to achieve both static crack strength and fatigue crack strength of rolling members for machine tools, improve the ease of processing (workability) in the manufacturing process, and shorten the time required for carburizing or carbonitriding. Productivity.

以上のように、本発明の工作機械用転動部材によれば、水素脆性剥離の発生を抑制するとともに、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などの発生を抑制することにより、耐久性の向上した工作機械用転動部材を提供することができる。   As described above, according to the rolling member for machine tools of the present invention, the occurrence of hydrogen brittle exfoliation is suppressed and the occurrence of seizure, peeling, abrasion, surface-origin cracking and exfoliation, etc. is suppressed. It is possible to provide a rolling member for a machine tool with improved performance.

ここで、工作機械用転動部材の表層部とは、工作機械用転動部材の表面から深さ0.05mm〜0.1mmまでの層、特に0.1mmまでの層をいう。表層部には、浸炭焼入または浸炭窒化焼入と焼戻処理とによって、硬化処理層が形成される。硬化処理層とは、浸炭処理や浸炭窒化処理によって形成される、鋼の炭素濃度や窒素濃度が高められた結果、鋼の硬度が向上した層をいう。焼戻後の硬化処理層の硬度をHv700以上(HRC60以上)とすることにより、工作機械用転動部材に十分な表面硬度を付与し、十分な転動疲労寿命を確保することができる。一方、炭化物の最大粒径および硬化処理層における炭化物の面積率の制限から炭素量が制限されるため、Hv780を超える硬化処理層の硬度は得られにくいことを考慮し、焼戻後の硬化処理層の硬度の上限値はHv780以下とする。   Here, the surface layer portion of the rolling member for machine tools refers to a layer having a depth of 0.05 mm to 0.1 mm, particularly a layer having a depth of 0.1 mm, from the surface of the rolling member for machine tools. A hardened layer is formed on the surface layer portion by carburizing / quenching or carbonitriding / quenching and tempering. The hardened layer refers to a layer formed by carburizing or carbonitriding and having improved steel hardness as a result of increasing the carbon concentration or nitrogen concentration of the steel. By setting the hardness of the hardened layer after tempering to Hv 700 or higher (HRC 60 or higher), sufficient surface hardness can be imparted to the rolling member for machine tools, and sufficient rolling fatigue life can be ensured. On the other hand, since the amount of carbon is limited due to the limitation of the maximum particle size of carbide and the area ratio of carbide in the cured layer, it is difficult to obtain the hardness of the cured layer exceeding Hv780, and the curing treatment after tempering The upper limit value of the layer hardness is set to Hv780 or less.

なお、焼戻温度は180℃以上300℃以下、好ましくは220℃以上300℃以下、より好ましくは240℃以上300℃以下とされる。   The tempering temperature is 180 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, preferably 220 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 240 ° C. or higher and 300 ° C. or lower.

また、鋼の成分組成を考慮すると、炭化物を形成する傾向の強い元素(炭化物形成元素)が多いため、炭化物量が増加し、個々の炭化物も粗大化しやすい。これに対し、硬化処理層に分布する炭化物の最大粒径を10μm以下とすることにより、粗大な炭化物が応力集中源となることを防止することができる。厳しい使用環境を考慮すると、炭化物は細かい方が応力集中源にならないので好ましく、炭化物の最大粒径を5μm以下にすればさらに優れたものにできる。   In addition, considering the component composition of steel, since there are many elements (carbide-forming elements) that have a strong tendency to form carbides, the amount of carbides increases and individual carbides tend to be coarse. On the other hand, when the maximum particle size of the carbide distributed in the hardened layer is 10 μm or less, coarse carbide can be prevented from becoming a stress concentration source. Considering the severe use environment, finer carbide is preferable because it does not become a stress concentration source, and if the maximum particle size of carbide is 5 μm or less, it can be further improved.

また、硬化処理層における炭化物の面積率を25%以下とすることにより、過多な炭化物が加工性(研削性)や加工精度を阻害することを防止することができる。加工性の点からは、炭化物の面積率を20%以下に抑えると難加工の問題も出難いためより好ましい。一方、炭化物の面積率が7%未満では、転動疲労寿命が低下する可能性があるので、炭化物の面積率を7%以上25%以下の範囲とする。なお、炭化物とは、たとえばFeC(セメンタイト)、またはクロムやモリブデンなどの鋼が含有する合金成分によってFeが置換された炭化物(M3Cと示される)、もしくはM23C6やM7C3などである。 Moreover, it can prevent that an excessive carbide | carbonized_material will inhibit workability (grindability) and a processing precision by making the area ratio of the carbide | carbonized_material in a hardening process layer into 25% or less. From the viewpoint of workability, it is more preferable to keep the area ratio of the carbide to 20% or less because it is difficult to cause difficult processing. On the other hand, if the carbide area ratio is less than 7%, the rolling fatigue life may be reduced. Therefore, the carbide area ratio is set in the range of 7% to 25%. The carbide is, for example, Fe 3 C (cementite), carbide obtained by replacing Fe with an alloy component contained in steel such as chromium or molybdenum (shown as M3C), or M23C6 or M7C3.

さらに、硬化処理層より内側の領域、具体的には工作機械用転動部材の表面から深さ1.0mm以上の領域である内部の硬度を、Hv600以下とすることにより、靱性を持たせるとともに残留圧縮応力を表層部に形成することができる。一方、内部の硬度をHv500以上とすることにより、大きな荷重が作用した場合にも内部割れの発生を防止することができる。   Furthermore, by setting the inner hardness of the region inside the hardened layer, specifically, the depth of 1.0 mm or more from the surface of the rolling member for machine tools to Hv 600 or less, toughness is provided. Residual compressive stress can be formed in the surface layer portion. On the other hand, by setting the internal hardness to Hv 500 or more, it is possible to prevent the occurrence of internal cracks even when a large load is applied.

なお、上記硬化処理層および内部の硬度は、たとえば、工作機械用転動部材を切断し、硬化処理層および内部の硬度をビッカース硬度計により測定することにより調査することができる。また、硬化処理層における炭化物の最大粒径および面積率は、たとえば、以下のように調査することができる。すなわち、工作機械用転動部材を切断し、切断面を研磨した後、ピクラル(ピクリン酸アルコール溶液)にて腐食する。そして、硬化処理層に該当する領域をランダムに20視野(倍率400倍、視野面積0.6mm)観察し、画像処理装置などを用いて炭化物の最大粒径および面積率を調査する。 The hardness of the hardened layer and the internal hardness can be investigated by, for example, cutting a rolling member for machine tools and measuring the hardened layer and the internal hardness with a Vickers hardness meter. Moreover, the maximum particle size and area ratio of the carbide in the cured layer can be investigated as follows, for example. That is, after the rolling member for machine tools is cut and the cut surface is polished, it is corroded with picral (picric acid alcohol solution). Then, 20 visual fields (magnification 400 times, visual field area 0.6 mm 2 ) are randomly observed in the region corresponding to the cured layer, and the maximum particle size and area ratio of the carbide are investigated using an image processing device or the like.

ここで、本発明の工作機械用転動部材を構成する鋼の成分範囲を上記の範囲に限定した理由について説明する。   Here, the reason which limited the component range of steel which comprises the rolling member for machine tools of this invention to said range is demonstrated.

炭素:0.3質量%以上0.4%質量%以下
工作機械用転動部材の表層部を浸炭または浸炭窒化することにより、割れ強度を確保し、かつ表層部に圧縮応力を付与することができる。しかし、従来のような低炭素鋼を工作機械用転動部材の素材として採用した場合、内部硬度が低く、大きな荷重や衝撃が作用した場合にかえって低強度になる。したがって、炭素含有量の下限は十分な内部硬度確保のため、0.3質量%とした。一方、素材の炭素量が高いと加工性が悪くなり、また浸炭後の表層圧縮応力や靱性を確保出来なくなるので、0.4質量%を上限とした。
Carbon: 0.3% by mass or more and 0.4% by mass or less Carbide or carbonitriding of the surface layer portion of the rolling member for machine tools can ensure cracking strength and apply compressive stress to the surface layer portion. it can. However, when low carbon steel as in the past is employed as the material for the rolling member for machine tools, the internal hardness is low, and the strength becomes low when a large load or impact is applied. Therefore, the lower limit of the carbon content is set to 0.3% by mass in order to ensure sufficient internal hardness. On the other hand, if the carbon content of the material is high, the workability deteriorates, and the surface layer compressive stress and toughness after carburization cannot be secured, so 0.4 mass% was made the upper limit.

珪素:0.2質量%以上0.5質量%未満
従来、珪素は安価でありながら、耐熱性を与える元素であるため、積極的に活用されてきた。しかし、環境からの著しい水素侵入がおこる可能性のある工作機械用転動部材では、珪素が多いと水素脆性剥離を助長する懸念があるので、添加量を制限した。耐熱性を他の元素で補うことを考え、また、他の元素添加による加工性、旋削・研削性の低下をカバーするため、珪素の添加量は0.5質量%未満とした。一方、焼戻軟化抵抗を増大させるため、珪素量の下限値を0.2質量%とした。
Silicon: 0.2% by mass or more and less than 0.5% by mass Conventionally, silicon is an element that imparts heat resistance while being inexpensive, and thus has been actively used. However, in a rolling member for machine tools in which significant hydrogen intrusion from the environment may occur, the addition amount is limited because there is a concern that hydrogen embrittlement peeling may be promoted if there is a large amount of silicon. In consideration of supplementing the heat resistance with other elements, and to cover the deterioration of workability, turning / grindability due to addition of other elements, the amount of silicon added was set to less than 0.5 mass%. On the other hand, in order to increase the temper softening resistance, the lower limit value of the silicon amount was set to 0.2% by mass.

マンガン:0.3質量%以上0.8質量%以下
マンガンも工作機械用転動部材の焼入性の向上、転動疲労寿命の向上のためには必須の元素であるが、珪素同様、加工性を阻害するので、他の元素を増やすことによる焼入性向上、転動疲労寿命向上とのバランスから、添加量の上限を0.8質量%に制限した。しかしながら、製鋼過程での脱酸に必須の元素であることを考慮し、通常の高合金鋼に含まれるレベルである0.3質量%を下限値とした。
Manganese: 0.3% by mass or more and 0.8% by mass or less Manganese is also an essential element for improving the hardenability of rolling members for machine tools and improving the rolling fatigue life. Therefore, the upper limit of the amount added was limited to 0.8% by mass from the balance between improving hardenability and increasing rolling fatigue life by increasing other elements. However, considering that it is an element essential for deoxidation in the steelmaking process, 0.3% by mass, which is a level contained in ordinary high alloy steel, was set as the lower limit.

ニッケル:0.5質量%以上1.2質量%以下
ニッケルは工作機械用転動部材の高温での転動疲労寿命確保に必須であり、高温での腐食への耐性向上などにも効果がある。このため、0.5質量%を下限とした。一方、ニッケルが多いと焼入後の残留オーステナイト量が増え所定の硬度が確保できず、また鋼材コストが上昇する。このため上限を1.2質量%とした。
Nickel: 0.5% by mass or more and 1.2% by mass or less Nickel is essential for securing the rolling fatigue life of rolling elements for machine tools at high temperatures, and is also effective in improving resistance to corrosion at high temperatures. . For this reason, 0.5 mass% was made into the minimum. On the other hand, if the amount of nickel is large, the amount of retained austenite after quenching increases and a predetermined hardness cannot be ensured, and the cost of steel materials increases. For this reason, the upper limit was made 1.2 mass%.

クロム:1.6質量%以上2.5質量%以下
クロムも工作機械用転動部材の転動疲労寿命や高温硬度の確保には必須の元素である。通常の軸受鋼でもクロムは1.5質量%程度含まれており、高温用途で十分な効果を出すには、これより多い添加が必要になるので、1.6質量%以上とした。一方、クロムの含有量が多い場合、モリブデンやバナジウムなど炭化物を形成する他の元素とのかねあいや、大きな炭化物を形成し転動疲労寿命や割れ強度を低下させることを考慮し、2.5質量%を上限とした。
Chromium: 1.6 mass% or more and 2.5 mass% or less Chromium is also an essential element for securing the rolling fatigue life and high temperature hardness of the rolling member for machine tools. Even in ordinary bearing steel, chromium is contained in an amount of about 1.5% by mass, and in order to obtain a sufficient effect in high-temperature applications, it is necessary to add more than this amount. On the other hand, when the chromium content is high, considering the balance with other elements that form carbides such as molybdenum and vanadium, and the formation of large carbides to reduce the rolling fatigue life and crack strength, % Was the upper limit.

モリブデン:0.1質量%以上0.7質量%以下
モリブデンも焼入性向上、炭化物形成による焼戻軟化抵抗性付与の点から、クロム同様に高温での工作機械用転動部材の転動疲労寿命確保に必須である。また、モリブデン炭化物や炭窒化物が水素をトラップするとも言われ、水素脆性剥離の抑制にも効果がある。一方、モリブデンは高価な元素であり、コスト面からできるだけ添加は少なく抑える必要があるので、クロム、バナジウムの添加量との関係から下限を0.1質量%、上限を0.7質量%とした。
Molybdenum: 0.1 mass% or more and 0.7 mass% or less Molybdenum also has rolling fatigue of rolling members for machine tools at high temperatures like chromium from the viewpoint of improving hardenability and imparting temper softening resistance by carbide formation. It is indispensable for ensuring the life. It is also said that molybdenum carbide and carbonitride trap hydrogen, which is effective in suppressing hydrogen embrittlement delamination. On the other hand, molybdenum is an expensive element, and it is necessary to keep the addition as low as possible from the viewpoint of cost. Therefore, the lower limit is set to 0.1% by mass and the upper limit is set to 0.7% by mass in relation to the addition amount of chromium and vanadium. .

バナジウム:0.3質量%以上0.8質量%以下
バナジウムは微細な炭化物を形成して粒界に析出し、結晶粒を微細化して工作機械用転動部材の強度や靱性を向上させる。さらに、炭化物が水素のトラップサイトとして働くことから、水素感受性を抑える機能を有する。そのため、水素が侵入するおそれのある条件で使用される工作機械用転動部材の高強度化や、水素脆性剥離の発生を抑制することによる長寿命化に効果がある。高温で浸炭または浸炭窒化処理され、高温焼戻が実施される場合に、その効果が顕著になるので、特に重要な元素である。また、工作機械用転動部材の転動疲労寿命の長寿命化と安定化にも効果がある。これらの効果を出すには0.3質量%以上の添加が必要なため、最低添加量を0.3質量%に決定した。一方、バナジウムは高価な元素であり、コスト面からできるだけ添加は少なく抑える必要があるので、クロム、モリブデンの添加量との関係から上限を0.8質量%とした。
Vanadium: 0.3% by mass or more and 0.8% by mass or less Vanadium forms fine carbides and precipitates at the grain boundaries, and refines the crystal grains to improve the strength and toughness of the rolling member for machine tools. Furthermore, since the carbide works as a hydrogen trap site, it has a function of suppressing hydrogen sensitivity. Therefore, there is an effect of increasing the strength of the rolling member for machine tools used under conditions where hydrogen may enter, and extending the life by suppressing the occurrence of hydrogen embrittlement delamination. When carburizing or carbonitriding at a high temperature and performing high-temperature tempering, the effect becomes remarkable, so this is an especially important element. In addition, it is effective for extending and stabilizing the rolling fatigue life of the rolling member for machine tools. Since the addition of 0.3% by mass or more is necessary to exert these effects, the minimum addition amount was determined to be 0.3% by mass. On the other hand, vanadium is an expensive element, and it is necessary to suppress the addition as little as possible from the viewpoint of cost. Therefore, the upper limit is set to 0.8% by mass in relation to the addition amount of chromium and molybdenum.

なお、リン、硫黄、アルミニウム、チタンなどの不純物元素は、軸受用鋼では通常低いレベルに抑えられており、本発明の工作機械用転動部材を構成する鋼でも同様である。一般的な値として、以下の範囲に限定する。   It should be noted that impurity elements such as phosphorus, sulfur, aluminum, and titanium are usually suppressed to a low level in bearing steel, and the same is true for steel constituting the rolling member for machine tools of the present invention. General values are limited to the following ranges.

リン:0.03質量%以下
偏析による靱性低下、転動疲労寿命の低下を防ぐため0.03質量%以下とした。
Phosphorus: 0.03% by mass or less In order to prevent a decrease in toughness due to segregation and a decrease in rolling fatigue life, the content was made 0.03% by mass or less.

硫黄:0.03質量%以下
マンガンと結びつきマンガンの効果をなくし、また非金属介在物を形成するので、0.03質量%以下とした。
Sulfur: 0.03% by mass or less Sulfur: 0.03% by mass or less because the effect of manganese is eliminated and non-metallic inclusions are formed.

アルミニウム:0.05質量%以下
耐熱性は与えるが、非金属介在物の原因になりやすいので0.05質量%以下とした。
Aluminum: 0.05% by mass or less Although heat resistance is imparted, it tends to cause non-metallic inclusions, so 0.05% by mass or less.

チタン:0.003質量%以下
非金属介在物であるTiNを形成し、工作機械用転動部材の転動疲労寿命低下の原因となるとともに、水素脆性剥離の剥離起点になるおそれがあるので、0.003質量%以下とした。
Titanium: 0.003% by mass or less TiN that is a non-metallic inclusion forms a cause of a decrease in rolling fatigue life of the rolling member for machine tools, and may cause a peeling start point of hydrogen embrittlement peeling. It was 0.003 mass% or less.

また、珪素は水素脆性剥離を助長する懸念があることから、その含有量を低減するとともに、珪素含有量の低減による耐熱性の低下をクロム、モリブデン、バナジウムの添加により補完する必要がある。また、バナジウムの炭化物を多く析出させるためには、モリブデンと結合する炭素の量を抑える必要がある。よって、クロム、バナジウム、モリブデン、珪素の含有量には、以下の関係が必要である。   Further, since silicon has a concern of promoting hydrogen brittle exfoliation, it is necessary to reduce the content thereof and to supplement the decrease in heat resistance due to the reduction of the silicon content by adding chromium, molybdenum, and vanadium. Further, in order to precipitate a large amount of vanadium carbide, it is necessary to suppress the amount of carbon bonded to molybdenum. Therefore, the following relationship is necessary for the contents of chromium, vanadium, molybdenum, and silicon.

バナジウムの含有量は、モリブデンの含有量以上とする。水素感受性抑制に効果のあるバナジウム炭化物をより多く形成させ、工作機械用転動部材の水素脆性剥離を抑制するためである。   The vanadium content is equal to or greater than the molybdenum content. This is because more vanadium carbide effective in suppressing hydrogen sensitivity is formed, and hydrogen embrittlement separation of the rolling member for machine tools is suppressed.

モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は、珪素の含有量の2倍以上とする。工作機械用転動部材の耐熱性および水素脆性剥離の抑制のためである。   The sum of the molybdenum content and the vanadium content is at least twice the silicon content. This is for the purpose of suppressing heat resistance and hydrogen embrittlement separation of the rolling member for machine tools.

クロムの含有量とモリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は、工作機械用転動部材の耐熱性および転動疲労寿命の向上のため、下限を2.3質量%以上とする。一方、多すぎると大きな炭化物が形成され、転動疲労寿命がかえって低下し、割れ強度も低下するため、上限を3.5質量%以下とする。   The sum of the chromium content, the molybdenum content and the vanadium content has a lower limit of 2.3% by mass or more in order to improve the heat resistance and rolling fatigue life of the rolling member for machine tools. On the other hand, if the amount is too large, large carbides are formed, the rolling fatigue life is decreased, and the crack strength is also decreased. Therefore, the upper limit is made 3.5% by mass or less.

上記工作機械用転動部材において好ましくは、500℃での高温焼戻後における硬化処理層の硬度は、Hv550以上650以下である。   In the rolling member for machine tools, preferably, the hardness of the hardened layer after high-temperature tempering at 500 ° C. is Hv550 or higher and 650 or lower.

焼戻軟化抵抗性を図る指標として500℃高温焼戻後における硬化処理層の硬度を採用し、当該硬度をHv550以上とすることによって、高温での十分な転動疲労寿命および強度を確保することができる。なお好ましくは、高温焼戻条件は500℃において1時間保持する条件である。一方、炭化物の最大粒径および硬化処理層における炭化物の面積率の制限から、素材の炭素含有量が制限されるため、Hv650を超える500℃高温焼戻後における硬化処理層の硬度は得られにくい。そして、これを達成するためには、製造コストの上昇を招来する特殊な熱処理等が必要となる。そのため、500℃高温焼戻後の硬化処理層の硬度はHv650以下とする。   Adopting the hardness of the hardened layer after tempering at 500 ° C. as an index for temper softening resistance, and ensuring the rolling fatigue life and strength at high temperature by setting the hardness to Hv550 or higher. Can do. Preferably, the high temperature tempering condition is a condition of holding at 500 ° C. for 1 hour. On the other hand, since the carbon content of the material is limited due to the limitations on the maximum particle size of the carbide and the area ratio of the carbide in the cured layer, the hardness of the cured layer after tempering at 500 ° C. exceeding Hv650 is difficult to obtain. . And in order to achieve this, the special heat processing etc. which raise the manufacturing cost are needed. Therefore, the hardness of the cured layer after tempering at 500 ° C. is set to Hv650 or less.

上記工作機械用転動部材において好ましくは、モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は0.6質量%以上1.5質量%以下である鋼から構成されている。   In the rolling member for machine tools, preferably, the sum of the molybdenum content and the vanadium content is 0.6% by mass or more and 1.5% by mass or less.

モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和の下限値を上述の値に規定することにより、工作機械用転動部材の耐熱性および耐水素脆性をより向上させることができる。一方コスト面からできるだけ添加は少なく抑える必要があるので、上限値を上述の値に規定することにより、工作機械用転動部材の製造コストを抑制することができる。   By defining the lower limit of the sum of the molybdenum content and the vanadium content to the above values, the heat resistance and hydrogen embrittlement resistance of the rolling member for machine tools can be further improved. On the other hand, since it is necessary to suppress the addition as little as possible from the viewpoint of cost, the manufacturing cost of the rolling member for machine tools can be suppressed by defining the upper limit value as described above.

本発明に従った工作機械用転がり軸受は、上述の工作機械用転動部材を備えている。本発明の工作機械用転がり軸受によれば、水素脆性剥離の発生を抑制するとともに、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などの発生を抑制することにより、耐久性の向上した工作機械用転動部材を備えていることにより、耐久性の向上した工作機械用転がり軸受を提供することができる。そして、耐久性の高い本発明の工作機械用転がり軸受を、主軸を支持する軸受として採用することにより、加工速度および切り込み量を大きくした場合でも、工作機械を長時間連続運転することが可能となる。   The rolling bearing for machine tools according to the present invention includes the above-described rolling member for machine tools. According to the rolling bearing for a machine tool of the present invention, the occurrence of hydrogen embrittlement delamination is suppressed, and the occurrence of seizure, peeling, wear, surface-origin cracking and delamination, and the like are improved, thereby improving the machine tool. By providing the rolling member for a machine, the rolling bearing for machine tools with improved durability can be provided. And, by adopting the highly durable rolling bearing for machine tools of the present invention as a bearing for supporting the main shaft, it is possible to operate the machine tool continuously for a long time even when the machining speed and the cutting depth are increased. Become.

以上の説明から明らかなように、本発明の工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受によれば、水素脆性剥離の発生を抑制するとともに、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などの発生を抑制することにより、耐久性の向上した工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受を提供することができる。   As is apparent from the above description, according to the rolling member for machine tool and the rolling bearing for machine tool of the present invention, the occurrence of hydrogen embrittlement delamination is suppressed, and seizure, peeling, abrasion, cracks and delamination of the surface origin are prevented. By suppressing the occurrence of the above, it is possible to provide a rolling member for machine tools and a rolling bearing for machine tools with improved durability.

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

図1は、本発明の一実施の形態における工作機械用転がり軸受としてのアンギュラ玉軸受(フロント軸受)および円筒ころ軸受(リア軸受)を備えた工作機械の主軸周辺の構成を示す概略断面図である。図1を参照して、本発明の一実施の形態におけるアンギュラ玉軸受および円筒ころ軸受を備えた工作機械の構成について説明する。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration around a spindle of a machine tool provided with an angular ball bearing (front bearing) and a cylindrical roller bearing (rear bearing) as rolling bearings for a machine tool in an embodiment of the present invention. is there. With reference to FIG. 1, the structure of the machine tool provided with the angular ball bearing and cylindrical roller bearing in one embodiment of this invention is demonstrated.

図1を参照して、本実施の形態における工作機械90は、円筒状の形状を有する主軸91と、主軸91の外周面を取り囲むハウジング92と、外輪11および外輪21の外周面のそれぞれがハウジングの内壁92Aに接触するとともに、内輪12および内輪22の内周面のそれぞれが主軸91の外周面91Aに接触するように、主軸91とハウジング92との間に嵌め込まれて配置された工作機械用転がり軸受としてのアンギュラ玉軸受1(フロント軸受)および円筒ころ軸受2(リア軸受)とを備えている。これにより、主軸91は、ハウジング92に対して軸周りに回転自在に支持されている。   Referring to FIG. 1, machine tool 90 in the present embodiment includes a main shaft 91 having a cylindrical shape, a housing 92 that surrounds the outer peripheral surface of main shaft 91, and outer peripheral surfaces of outer ring 11 and outer ring 21. For the machine tool disposed between the main shaft 91 and the housing 92 so that each of the inner peripheral surfaces of the inner ring 12 and the inner ring 22 is in contact with the outer peripheral surface 91A of the main shaft 91. An angular ball bearing 1 (front bearing) and a cylindrical roller bearing 2 (rear bearing) are provided as rolling bearings. Thus, the main shaft 91 is supported so as to be rotatable about the axis with respect to the housing 92.

また、主軸91には、外周面91Aの一部を取り囲むようにモータロータ93Bが設置されており、ハウジング92の内壁92Aには、モータロータ93Bに対向する位置にモータステータ93Aが設置されている。このモータステータ93Aおよびモータロータ93Bは、モータ93(ビルトインモータ)を構成している。これにより、主軸91は、モータ93の動力によって、ハウジング92に対して相対的に回転可能となっている。   In addition, a motor rotor 93B is installed on the main shaft 91 so as to surround a part of the outer peripheral surface 91A. A motor stator 93A is installed on the inner wall 92A of the housing 92 at a position facing the motor rotor 93B. The motor stator 93A and the motor rotor 93B constitute a motor 93 (built-in motor). Thus, the main shaft 91 can be rotated relative to the housing 92 by the power of the motor 93.

すなわち、アンギュラ玉軸受1および円筒ころ軸受2は、主軸91が回転することにより被加工物を加工する工作機械90において、回転駆動される主軸91を、主軸91に隣接して配置される部材であるハウジング92に対して回転自在に支持する工作機械用転がり軸受である。   That is, the angular ball bearing 1 and the cylindrical roller bearing 2 are members that are disposed adjacent to the main shaft 91 in the machine tool 90 that processes the workpiece by rotating the main shaft 91. This is a rolling bearing for a machine tool that is rotatably supported with respect to a certain housing 92.

次に、工作機械90の動作について説明する。図1を参照して、モータ93のモータステータ93Aに図示しない電源から電力が供給されることにより、モータロータ93Bを軸回りに回転させる駆動力が発生する。これにより、ハウジング92に対してアンギュラ玉軸受1および円筒ころ軸受2により回転自在に支持されている主軸91は、モータロータ93Bとともにハウジング92に対して相対的に回転する。このように、主軸91が回転することにより、主軸91の先端91Bに取り付けられた図示しない工具が被加工物を切削、研削等して、被加工物を加工することができる。   Next, the operation of the machine tool 90 will be described. Referring to FIG. 1, when power is supplied from a power source (not shown) to motor stator 93A of motor 93, a driving force for rotating motor rotor 93B around the axis is generated. Accordingly, the main shaft 91 rotatably supported by the angular ball bearing 1 and the cylindrical roller bearing 2 with respect to the housing 92 rotates relative to the housing 92 together with the motor rotor 93B. Thus, by rotating the main shaft 91, a tool (not shown) attached to the tip 91B of the main shaft 91 can cut and grind the workpiece, thereby processing the workpiece.

次に、上記アンギュラ玉軸受1について説明する。図2は、本実施の形態における工作機械用転がり軸受としてのアンギュラ玉軸受の構成を示す概略断面図である。また、図3は、図2の要部を拡大して示した概略部分断面図である。   Next, the angular ball bearing 1 will be described. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an angular ball bearing as a rolling bearing for machine tools in the present embodiment. FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG.

図2および図3を参照して、アンギュラ玉軸受1は、工作機械用転動部材である第1軌道部材としての外輪11と、工作機械用転動部材である第2軌道部材としての内輪12と、工作機械用転動部材である複数の転動体としての玉13と、保持器14とを備えている。外輪11には、円環状の第1転走面しての外輪転走面11Aが形成されている。内輪12には、外輪転走面11Aに対向する円環状の第2転走面としての内輪転走面12Aが形成されている。また、複数の玉13には、転動体転走面としての玉転走面13A(玉13の表面)が形成されている。そして、当該玉13は、外輪転走面11Aおよび内輪転走面12Aの各々に玉転走面13Aにおいて接触し、円環状の保持器14により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。これにより、外輪11と内輪12とは互いに相対的に回転可能となっている。   2 and 3, an angular ball bearing 1 includes an outer ring 11 as a first race member that is a rolling member for machine tools, and an inner ring 12 as a second race member that is a rolling member for machine tools. And balls 13 as a plurality of rolling elements which are rolling members for machine tools, and a cage 14. The outer ring 11 is formed with an outer ring rolling surface 11A as an annular first rolling surface. The inner ring 12 is formed with an inner ring rolling surface 12A as an annular second rolling surface facing the outer ring rolling surface 11A. In addition, a plurality of balls 13 is formed with a ball rolling surface 13A (the surface of the ball 13) as a rolling element rolling surface. The balls 13 are in contact with each of the outer ring rolling surface 11A and the inner ring rolling surface 12A at the ball rolling surface 13A, and are arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction by an annular retainer 14. It is rotatably held on an annular track. Thereby, the outer ring | wheel 11 and the inner ring | wheel 12 can rotate relatively mutually.

ここで、アンギュラ玉軸受1においては、玉13と外輪11との接触点と、玉13と内輪12との接触点とを結ぶ直線は、ラジアル方向(アンギュラ玉軸受1の回転軸に垂直な方向)に対して角度をなしている。そのため、ラジアル方向の荷重が負荷されると、アキシャル方向(アンギュラ玉軸受1の回転軸の方向)への分力が生じる。図1を参照して、本実施の形態の工作機械90では、前方側(主軸91の先端91B側)に同じ向きのアンギュラ玉軸受1を2つ配置するとともに、後方側(モータロータ93B側)には、前方側とは逆向きのアンギュラ玉軸受1を2つ配置することにより、当該分力を相殺している。   Here, in the angular ball bearing 1, a straight line connecting the contact point between the ball 13 and the outer ring 11 and the contact point between the ball 13 and the inner ring 12 is a radial direction (a direction perpendicular to the rotation axis of the angular ball bearing 1). ). Therefore, when a radial load is applied, a component force is generated in the axial direction (the direction of the rotation axis of the angular ball bearing 1). Referring to FIG. 1, in machine tool 90 of the present embodiment, two angular ball bearings 1 of the same orientation are arranged on the front side (tip 91B side of main shaft 91) and on the rear side (motor rotor 93B side). Is offset the component force by arranging two angular ball bearings 1 opposite to the front side.

さらに、外輪11、内輪12および玉13は、0.3質量%以上0.4%質量%以下の炭素と、0.2質量%以上0.5質量%未満の珪素と、0.3質量%以上0.8質量%以下のマンガンと、0.5質量%以上1.2質量%以下のニッケルと、1.6質量%以上2.5質量%以下のクロムと、0.1質量%以上0.7質量%以下のモリブデンと、0.3質量%以上0.8質量%以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、バナジウムの含有量はモリブデンの含有量以上であり、モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は珪素の含有量の2倍以上であり、クロムの含有量とモリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は2.3質量%以上3.5質量%以下である鋼から構成されている。   Furthermore, the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13 are 0.3% by mass or more and 0.4% by mass or less of carbon, 0.2% by mass or more and less than 0.5% by mass of silicon, and 0.3% by mass. 0.8% by mass or more of manganese, 0.5% by mass or more and 1.2% by mass or less of nickel, 1.6% by mass or more and 2.5% by mass or less of chromium, and 0.1% by mass or more of 0% by mass. 0.7% by mass or less of molybdenum and 0.3% by mass or more and 0.8% by mass or less of vanadium, the balance being iron and inevitable impurities, the content of vanadium being equal to or more than the content of molybdenum, The sum of the molybdenum content and the vanadium content is more than twice the silicon content, and the sum of the chromium content, the molybdenum content and the vanadium content is 2.3 mass% or more. It is comprised from the steel which is 5 mass% or less.

さらに、図3を参照して、外輪11、内輪12および玉13の表層部には、それぞれ硬化処理層11B、12B、13Bが形成されている。そして、硬化処理層11B、12B、13Bの硬度は、Hv700以上780以下であり、硬化処理層11B、12B、13Bに分布する炭化物の最大粒径は、10μm以下であり、硬化処理層11B、12B、13Bにおける炭化物の面積率は、7%以上25%以下である。さらに、硬化処理層11B、12B、13Bより内側の領域である内部11C、12C、13Cの硬度は、Hv500以上600以下である。   Further, referring to FIG. 3, hardening treatment layers 11 </ b> B, 12 </ b> B, and 13 </ b> B are formed on the outer ring 11, the inner ring 12, and the surface layers of the balls 13, respectively. The hardness of the cured layers 11B, 12B, and 13B is Hv 700 or higher and 780 or lower, and the maximum particle size of carbides distributed in the cured layers 11B, 12B, and 13B is 10 μm or smaller, and the cured layers 11B, 12B The area ratio of carbides in 13B is 7% or more and 25% or less. Furthermore, the hardness of the interiors 11C, 12C, and 13C, which are regions inside the cured layers 11B, 12B, and 13B, is Hv500 or more and 600 or less.

本実施の形態の工作機械用転動部材としての外輪11、内輪12および玉13では、外輪11、内輪12および玉13を構成する鋼において、水素脆性剥離を助長するおそれのある珪素の含有量が低減されるとともに、バナジウム、ニッケル、モリブデンの3成分がバランス良く添加されている。これにより、外輪11、内輪12および玉13の耐熱性、靱性を確保しながら、水素脆性剥離の発生を抑制することが可能となっている。また、本実施の形態の外輪11、内輪12および玉13では、一般的な浸炭鋼に比べて炭素含有量を高めた鋼が素材として採用され、浸炭または浸炭窒化が実施されるとともに、浸炭または浸炭窒化により表層部に形成される硬化処理層11B、12B、13Bにおける炭化物の大きさおよび面積率が適切な範囲に調整されている。これにより、外輪11、内輪12および玉13の表面に圧縮応力が形成され、かつ表層部が十分に硬化されるとともに、内部硬度も十分に確保されている。さらに、大型の炭化物を応力集中源とする破損が抑制されている。その結果、外輪11、内輪12および玉13において焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などの発生が抑制されており、耐久性が向上している。さらに、外輪11、内輪12および玉13の静的割れ強度および疲労割れ強度の両立が図られるとともに、製造工程における加工の容易性(加工性)が向上し、かつ浸炭または浸炭窒化に要する時間が短縮されて生産性も向上している。   In the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13 as the rolling members for machine tools of the present embodiment, the silicon content that may promote hydrogen embrittlement peeling in the steel constituting the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13 The three components of vanadium, nickel, and molybdenum are added in a well-balanced manner. Thereby, generation | occurrence | production of hydrogen embrittlement peeling can be suppressed, ensuring the heat resistance of the outer ring | wheel 11, the inner ring | wheel 12, and the ball | bowl 13, and toughness. Further, in the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13 of the present embodiment, steel having a higher carbon content compared to general carburized steel is adopted as a material, and carburizing or carbonitriding is performed, The size and area ratio of carbides in the cured layers 11B, 12B, and 13B formed on the surface layer by carbonitriding are adjusted to an appropriate range. Thereby, compressive stress is formed on the surfaces of the outer ring 11, the inner ring 12 and the balls 13, the surface layer portion is sufficiently cured, and the internal hardness is sufficiently ensured. Furthermore, the damage which uses a large carbide | carbonized_material as a stress concentration source is suppressed. As a result, the occurrence of seizure, peeling, abrasion, cracking and peeling of the surface origin, and the like are suppressed in the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13, and durability is improved. Further, the static crack strength and fatigue crack strength of the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13 can be achieved at the same time, the processability (workability) in the manufacturing process is improved, and the time required for carburizing or carbonitriding is improved. It has been shortened to improve productivity.

以上のように、本実施の形態の工作機械用転動部材としての外輪11、内輪12および玉13は、水素脆性剥離の発生が抑制されるとともに、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などの発生が抑制されることにより、耐久性が向上している。また、その結果、本実施の形態の工作機械用転がり軸受としてのアンギュラ玉軸受1は、水素脆性剥離の発生が抑制されるとともに、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などの発生が抑制されていることにより、耐久性が向上している。したがって、剛性を向上させるために高い予圧が与えられ、高速で長時間間欠運転される場合であっても、アンギュラ玉軸受1は長寿命となっている。   As described above, the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13 as the rolling members for the machine tool according to the present embodiment are suppressed from occurrence of hydrogen embrittlement peeling, seizure, peeling, wear, surface-origin cracks, The durability is improved by suppressing the occurrence of peeling and the like. As a result, the angular ball bearing 1 as the rolling bearing for a machine tool of the present embodiment is suppressed from occurrence of hydrogen embrittlement delamination and occurrence of seizure, peeling, wear, cracks and delamination of the surface origin, and the like. The durability is improved by being suppressed. Therefore, even when a high preload is applied to improve rigidity and intermittent operation is performed at a high speed for a long time, the angular ball bearing 1 has a long life.

また、本実施の形態の外輪11、内輪12および玉13においては、500℃での高温焼戻後における硬化処理層11B、12B、13Bの硬度は、Hv550以上650以下であることが好ましい。これにより、製造コストの上昇を招来する特殊な熱処理等を実施することなく、高温での十分な転動疲労寿命および強度を確保することができる。   In the outer ring 11, inner ring 12 and ball 13 of the present embodiment, the hardness of the cured layers 11B, 12B and 13B after high temperature tempering at 500 ° C. is preferably Hv550 or higher and 650 or lower. Thereby, sufficient rolling fatigue life and strength at a high temperature can be ensured without performing special heat treatment or the like that causes an increase in manufacturing cost.

また、本実施の形態の外輪11、内輪12および玉13においては、モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は0.6質量%以上1.5質量%以下である鋼から構成されていることが好ましい。   Further, in the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13 of the present embodiment, the sum of the molybdenum content and the vanadium content is made of steel that is 0.6 mass% or more and 1.5 mass% or less. Preferably it is.

モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和の下限値を上述の値に規定することにより、外輪11、内輪12および玉13の耐熱性および耐水素脆性をより向上させることができる。一方コスト面からできるだけ添加は少なく抑える必要があるので、上限値を上述の値に規定することにより、外輪11、内輪12および玉13の製造コストを抑制することができる。   By defining the lower limit of the sum of the molybdenum content and the vanadium content to the above values, the heat resistance and hydrogen embrittlement resistance of the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13 can be further improved. On the other hand, since it is necessary to suppress the addition as little as possible from the viewpoint of cost, the manufacturing cost of the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13 can be suppressed by defining the upper limit value as described above.

次に、上記円筒ころ軸受2について説明する。図4は、本実施の形態における工作機械用転がり軸受としての円筒ころ軸受の構成を示す概略断面図である。また、図5は、図4の要部を拡大して示した概略部分断面図である。   Next, the cylindrical roller bearing 2 will be described. FIG. 4 is a schematic sectional view showing a configuration of a cylindrical roller bearing as a rolling bearing for machine tools in the present embodiment. FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG.

図4および図5を参照して、円筒ころ軸受2は、基本的には上述のアンギュラ玉軸受1と同様の構成を備えており、同様の効果を有している。しかし、円筒ころ軸受2は、軌道輪および転動体の構成において、アンギュラ玉軸受1とは異なっている。   4 and 5, the cylindrical roller bearing 2 basically has the same configuration as the above-described angular ball bearing 1 and has the same effect. However, the cylindrical roller bearing 2 is different from the angular ball bearing 1 in the configuration of the raceway and the rolling element.

すなわち、円筒ころ軸受2は、工作機械用転動部材である第1軌道部材としての外輪21と、工作機械用転動部材である第2軌道部材としての内輪22と、工作機械用転動部材である複数の転動体としての円筒ころ23と、保持器24とを備えている。外輪21には、円環状の第1転走面しての外輪転走面21Aが形成されている。内輪22には、外輪転走面21Aに対向する円環状の第2転走面としての内輪転走面22Aが形成されている。また、複数の円筒ころ23には、転動体転走面としてのころ転走面23A(円筒ころ23の外周面)が形成されている。そして、当該円筒ころ23は、外輪転走面21Aおよび内輪転走面22Aの各々にころ転走面23Aにおいて接触し、円環状の保持器24により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。これにより、外輪21と内輪22とは互いに相対的に回転可能となっている。   That is, the cylindrical roller bearing 2 includes an outer ring 21 as a first race member that is a rolling member for machine tools, an inner ring 22 as a second race member that is a rolling member for machine tools, and a rolling member for machine tools. The cylindrical roller 23 as a plurality of rolling elements and a cage 24 are provided. The outer ring 21 is formed with an outer ring rolling surface 21A as an annular first rolling surface. The inner ring 22 is formed with an inner ring rolling surface 22A as an annular second rolling surface facing the outer ring rolling surface 21A. Further, the plurality of cylindrical rollers 23 are formed with roller rolling surfaces 23 </ b> A (outer peripheral surfaces of the cylindrical rollers 23) as rolling element rolling surfaces. The cylindrical roller 23 comes into contact with each of the outer ring rolling surface 21A and the inner ring rolling surface 22A at the roller rolling surface 23A, and is arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction by an annular retainer 24. It is rotatably held on an annular track. Thereby, the outer ring | wheel 21 and the inner ring | wheel 22 can rotate relatively mutually.

さらに、図2〜図5を参照して、本実施の形態の工作機械用転動部材としての外輪21、内輪22、円筒ころ23は、それぞれ上述の外輪11、内輪12、玉13に相当し、硬化処理層21B、22B、23Bおよび内部21C、22C、23Cも、硬化処理層11B、12B、13Bおよび内部11C、12C、13Cと同様の構成を有している。そのため、外輪21、内輪22、円筒ころ23は、水素脆性剥離の発生が抑制されるとともに、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などの発生が抑制されることにより、耐久性が向上している。また、その結果、本実施の形態の工作機械用転がり軸受としての円筒ころ軸受2は、水素脆性剥離の発生が抑制されるとともに、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などの発生が抑制されていることにより、耐久性が向上している。したがって、剛性を向上させるために高い予圧が与えられ、高速で長時間間欠運転される場合であっても、円筒ころ軸受2は長寿命となっている。   Furthermore, referring to FIGS. 2 to 5, outer ring 21, inner ring 22, and cylindrical roller 23 as rolling members for a machine tool according to the present embodiment correspond to outer ring 11, inner ring 12, and ball 13 described above, respectively. The cured layers 21B, 22B, and 23B and the inner portions 21C, 22C, and 23C also have the same configuration as the cured layers 11B, 12B, and 13B and the inner portions 11C, 12C, and 13C. Therefore, the outer ring 21, the inner ring 22, and the cylindrical roller 23 have improved durability by suppressing the occurrence of hydrogen brittle peeling and suppressing the occurrence of seizure, peeling, wear, cracks and peeling at the surface origin, and the like. is doing. As a result, in the cylindrical roller bearing 2 as the rolling bearing for machine tools of the present embodiment, the occurrence of hydrogen embrittlement peeling is suppressed, and seizure, peeling, wear, surface-origin cracking and peeling are generated. The durability is improved by being suppressed. Therefore, even when a high preload is applied to improve rigidity and intermittent operation is performed at a high speed for a long time, the cylindrical roller bearing 2 has a long life.

次に、本実施の形態における工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受の製造方法を説明する。図6は、本実施の形態における工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受の製造方法の概略を示す流れ図である。   Next, the manufacturing method of the rolling member for machine tools and the rolling bearing for machine tools in this Embodiment is demonstrated. FIG. 6 is a flowchart showing an outline of a method for manufacturing the rolling member for machine tool and the rolling bearing for machine tool in the present embodiment.

図6を参照して、まず工程(S100)において、0.3質量%以上0.4%質量%以下の炭素と、0.2質量%以上0.5質量%未満の珪素と、0.3質量%以上0.8質量%以下のマンガンと、0.5質量%以上1.2質量%以下のニッケルと、1.6質量%以上2.5質量%以下のクロムと、0.1質量%以上0.7質量%以下のモリブデンと、0.3質量%以上0.8質量%以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、バナジウムの含有量はモリブデンの含有量以上であり、モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は珪素の含有量の2倍以上であり、クロムの含有量とモリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は2.3質量%以上3.5質量%以下である鋼から構成される鋼材を準備する鋼材準備工程が実施される。具体的には、たとえば上記成分を有する棒鋼や鋼線などが準備される。   Referring to FIG. 6, first, in step (S100), 0.3% by mass or more and 0.4% by mass or less of carbon, 0.2% by mass or more and less than 0.5% by mass of silicon, 1% by mass to 0.8% by mass of manganese, 0.5% by mass to 1.2% by mass of nickel, 1.6% by mass to 2.5% by mass of chromium, and 0.1% by mass It contains not less than 0.7% by mass of molybdenum and not less than 0.3% by mass and not more than 0.8% by mass of vanadium, and consists of the balance iron and inevitable impurities. The vanadium content is not less than the molybdenum content. Yes, the sum of molybdenum content and vanadium content is more than twice the silicon content, and the sum of chromium content, molybdenum content and vanadium content is 2.3 mass% or more Steel for preparing steel material composed of steel of 3.5% by mass or less Preparation step is performed. Specifically, for example, steel bars or steel wires having the above components are prepared.

次に工程(S200)において、上記鋼材を成形することにより、工作機械用転動部材の概略形状に成形された成形部品を作製する成形工程が実施される。具体的には、たとえば上記棒鋼や鋼線などに対して鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、図2および図4に示される外輪11、21、内輪12、22、玉13および円筒ころ23などの概略形状に成形された成形部品が作製される。   Next, in the step (S200), a forming step is performed in which the steel material is formed, thereby forming a formed part formed into the approximate shape of the rolling member for machine tools. Specifically, for example, by performing processing such as forging and turning on the above steel bars and steel wires, the outer rings 11, 21, inner rings 12, 22, balls 13 and cylinders shown in FIGS. A molded part molded into a schematic shape such as the roller 23 is produced.

次に工程(S300)において、成形部品を熱処理する熱処理工程が実施される。具体的には、成形工程(S200)において作製された成形部品に、浸炭または浸炭窒化処理後に焼入処理が施され、焼入処理後にさらに、焼戻温度180℃以上300℃以下、好ましくは220℃以上300℃以下、より好ましくは240℃以上300℃以下の温度で焼戻処理される。この熱処理工程の詳細については後述する。   Next, in the step (S300), a heat treatment step for heat-treating the molded part is performed. Specifically, the molded part produced in the molding step (S200) is subjected to a quenching process after carburizing or carbonitriding, and further after the quenching process, a tempering temperature of 180 ° C to 300 ° C, preferably 220 ° C. A tempering treatment is performed at a temperature of not less than 300 ° C and not more than 300 ° C, more preferably not less than 240 ° C and not more than 300 ° C. Details of this heat treatment step will be described later.

次に工程(S400)において、仕上げ工程が実施される。具体的には、熱処理工程が実施された成形部品に対して研削加工などの仕上げ加工が実施されることにより、外輪11、21、内輪12、22、玉13および円筒ころ23などが仕上げられる。これにより、本実施の形態における工作機械用転動部材としての外輪11、21、内輪12、22、玉13および円筒ころ23などが完成する。   Next, in step (S400), a finishing step is performed. Specifically, the outer ring 11, 21, the inner ring 12, 22, the ball 13, the cylindrical roller 23, and the like are finished by performing a finishing process such as a grinding process on the molded part that has been subjected to the heat treatment process. Thereby, the outer rings 11, 21, the inner rings 12, 22, the balls 13, the cylindrical rollers 23, and the like as the rolling members for the machine tool in the present embodiment are completed.

さらに、工程(S500)において、組立て工程が実施される。具体的には、たとえば工程(S100)〜(S400)において作製された外輪11、内輪12および玉13と、別途準備された保持器14などとが組合わされて、あるいは外輪21、内輪22および円筒ころ23と、別途準備された保持器24などとが組合わされて、本実施の形態における工作機械用転がり軸受としてのアンギュラ玉軸受1、円筒ころ軸受2などが組立てられる。これにより、アンギュラ玉軸受1および円筒ころ軸受2などが完成する。   Further, in the process (S500), an assembly process is performed. Specifically, for example, the outer ring 11, inner ring 12 and ball 13 produced in steps (S100) to (S400) are combined with a separately prepared cage 14 or the like, or the outer ring 21, inner ring 22 and cylinder are combined. The roller 23, a separately prepared cage 24, and the like are combined to assemble the angular ball bearing 1, the cylindrical roller bearing 2, and the like as a rolling bearing for a machine tool in the present embodiment. Thereby, the angular ball bearing 1 and the cylindrical roller bearing 2 are completed.

次に、熱処理工程(S300)の詳細について説明する。図7は、本実施の形態における工作機械用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程における熱処理方法を説明する図である。図7において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図7において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。   Next, the details of the heat treatment step (S300) will be described. FIG. 7 is a diagram for explaining a heat treatment method in a heat treatment step included in the method for manufacturing a rolling member for machine tools in the present embodiment. In FIG. 7, the horizontal direction indicates time, and the time elapses toward the right. In FIG. 7, the vertical direction indicates the temperature, and the higher the temperature, the higher the temperature.

図7を参照して、成形工程(S200)において作製された成形部品は、A点以上の温度である800℃以上1000℃以下の温度、たとえば950℃に加熱され、360分間以上600分間以下の時間、たとえば480分間保持される。このとき、成形部品は、雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを成形部品の表層部が含有する炭素量以上に調整した雰囲気において加熱される。これにより、成形部品の表層部の炭素濃度が所望の濃度に調整される浸炭処理が実施される。その後、残留させる炭化物量や残留オーステナイト量を制御するために、一旦たとえば950℃から850℃程度まで温度を下げ、この温度でしばらく(たとえば30分間以上60分間以下の時間)保持して、組織を制御する。その後、成形部品が、たとえば油中に浸漬されることにより(油冷)、A点以上の温度からM点以下の温度に冷却される。これにより、浸炭焼入が完了し、成形部品は焼入硬化される。 Referring to FIG. 7, the molded part produced in the molding step (S200) is heated to a temperature of 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, which is a temperature of one point or higher, for example, 950 ° C., for 360 minutes or longer and 600 minutes or shorter. For example, 480 minutes. At this time, the molded part is heated in an atmosphere in which the carbon potential of the atmospheric gas is adjusted to be greater than or equal to the amount of carbon contained in the surface part of the molded part. Thereby, the carburizing process in which the carbon concentration of the surface layer portion of the molded part is adjusted to a desired concentration is performed. Thereafter, in order to control the amount of remaining carbide and retained austenite, the temperature is once lowered from, for example, about 950 ° C. to about 850 ° C., and kept at this temperature for a while (for example, for 30 minutes or more and 60 minutes or less). Control. Thereafter, the molded part is cooled, for example, by being immersed in oil (oil cooling), from a temperature of A 1 point or higher to a temperature of M S point or lower. Thereby, carburizing and quenching is completed, and the molded part is hardened by hardening.

ここで、A点とは、鋼を加熱するときに、鋼の組織がフェライトからオーステナイトへ変態を開始する温度に相当する点を示す。また、M点とは、オーステナイト化した鋼を冷却するときに、鋼の組織がマルテンサイト化を開始する温度に相当する点を示す。また、カーボンポテンシャルとは、浸炭脱炭反応が平衡に達し鋼が含有する炭素濃度が一定の値となったときの、鋼の表層部が含有する炭素濃度を示し、鋼を加熱する雰囲気における浸炭能力を示す値である。すなわち、カーボンポテンシャルが高いほど浸炭能力が高い。雰囲気ガスのカーボンポテンシャルは、雰囲気ガスの温度と、雰囲気ガスの組成、すなわち一酸化炭素と酸素との濃度、あるいは一酸化炭素と二酸化炭素との濃度とを計測することにより、計算することができる。 Here, the point A, when heating the steel shows a point corresponding to a temperature at which steel structure starts transformation from ferrite to austenite. Further, the M S point, when cooling the austenitized and steel shows that the steel structure is equivalent to a temperature to initiate the martensite. Carbon potential is the carbon concentration contained in the surface layer of steel when the carburization and decarburization reaction reaches equilibrium and the concentration of carbon contained in the steel becomes a constant value. It is a value indicating the ability. That is, the higher the carbon potential, the higher the carburizing ability. The carbon potential of the atmosphere gas can be calculated by measuring the temperature of the atmosphere gas and the composition of the atmosphere gas, that is, the concentration of carbon monoxide and oxygen, or the concentration of carbon monoxide and carbon dioxide. .

さらに、焼入硬化された成形部品はA点以下の温度である180℃以上300℃以下の温度、たとえば280℃に加熱され、30分間以上240分間以下の時間、たとえば120分間保持されて、その後室温の空気中で冷却される(空冷)。これにより、焼戻工程が完了する。以上の手順により、工作機械用転動部材としての外輪11、21、内輪12、22、玉13および円筒ころ23の製造方法における熱処理工程(S300)が完了する。 Further, the hardened and molded part is heated to a temperature of 180 ° C. or more and 300 ° C. or less, for example, 280 ° C., which is a temperature of 1 point or less, and held for 30 minutes or more and 240 minutes or less, for example, 120 minutes, Thereafter, it is cooled in air at room temperature (air cooling). Thereby, the tempering process is completed. By the above procedure, the heat treatment step (S300) in the manufacturing method of the outer rings 11, 21, inner rings 12, 22, balls 13 and cylindrical rollers 23 as rolling members for machine tools is completed.

図8は、本実施の形態における工作機械用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程における熱処理方法の変形例を説明する図である。図8において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図8において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図8を参照して、熱処理方法の変形例の詳細を説明する。   FIG. 8 is a diagram for explaining a modification of the heat treatment method in the heat treatment step included in the method for manufacturing a machine tool rolling member according to the present embodiment. In FIG. 8, the horizontal direction indicates time, and the time elapses toward the right. In FIG. 8, the vertical direction indicates the temperature, and the higher the temperature, the higher the temperature. With reference to FIG. 8, the detail of the modification of the heat processing method is demonstrated.

図8を参照して、成形工程(S200)において作製された成形部品は、A点以上の温度である800℃以上1000℃以下の温度、たとえば950℃に加熱され、360分間以上600分間以下の時間、たとえば480分間保持される。このとき、成形部品は、雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを成形部品の表層部が含有する炭素量以上に調整した雰囲気において加熱される。これにより、成形部品の表層部の炭素濃度が所望の濃度に調整される浸炭処理が実施される。その後、成形部品が、たとえば油中に浸漬されることにより(油冷)、A点以上の温度からM点以下の温度に冷却される。これにより、1次焼入が完了する。 With reference to FIG. 8, the molded part produced in the molding step (S200) is heated to a temperature of 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, which is a temperature of one point or higher, for example, 950 ° C., and is 360 minutes or longer and 600 minutes or shorter. For example, 480 minutes. At this time, the molded part is heated in an atmosphere in which the carbon potential of the atmospheric gas is adjusted to be greater than or equal to the amount of carbon contained in the surface part of the molded part. Thereby, the carburizing process in which the carbon concentration of the surface layer portion of the molded part is adjusted to a desired concentration is performed. Thereafter, the molded part is cooled, for example, by being immersed in oil (oil cooling), from a temperature of A 1 point or higher to a temperature of M S point or lower. Thereby, primary hardening is completed.

さらに、1次焼入が実施された成形部品がA点以上の温度である730℃以上900℃以下の温度、たとえば850℃に再び加熱される再加熱が実施され、その後30分間以上120分間以下の時間、たとえば50分間保持される。このとき、浸炭処理において調整された炭素濃度が所望の濃度となるように、たとえばRXガスを含む雰囲気において加熱される。さらに、成形部品が、たとえば油冷されることにより、A点以上の温度からM点以下の温度に急冷されて焼入硬化される。これにより、2次焼入が完了する。 Further, re-heating is performed in which the molded part subjected to the primary quenching is reheated to a temperature of 730 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, which is a temperature of one point or higher, for example, 850 ° C., and thereafter 30 minutes to 120 minutes. Hold for the following time, for example 50 minutes. At this time, for example, heating is performed in an atmosphere containing RX gas so that the carbon concentration adjusted in the carburizing process becomes a desired concentration. Furthermore, when the molded part is cooled with oil, for example, it is rapidly cooled from a temperature of A 1 point or more to a temperature of M S point or less and is hardened by hardening. Thereby, the secondary quenching is completed.

さらに、2次焼入が完了した成形部品は、A点以下の温度である180℃以上300℃以下の温度、たとえば280℃に加熱され、30分間以上240分間以下の時間、たとえば120分間保持されて、その後室温の空気中で冷却される(空冷)。これにより、焼戻工程が完了する。以上の手順により、工作機械用転動部材としての外輪11、21、内輪12、22、玉13および円筒ころ23の製造方法における熱処理工程(S300)が完了する。 Further, the molded part for which the second quenching has been completed is heated to a temperature of 180 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, which is a temperature of 1 point or lower, for example, 280 ° C., and held for 30 minutes or longer and 240 minutes or shorter, for example, 120 minutes. And then cooled in air at room temperature (air cooling). Thereby, the tempering process is completed. By the above procedure, the heat treatment step (S300) in the manufacturing method of the outer rings 11, 21, inner rings 12, 22, balls 13 and cylindrical rollers 23 as rolling members for machine tools is completed.

上記の熱処理は、図7において説明した熱処理方法、すなわち浸炭処理に引き続いてそのまま1回焼入する熱処理方法(普通焼入)よりも、表層部を浸炭しつつ、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率を減少させることができる。また、オーステナイト結晶粒の粒径を普通焼入を行なう場合の2分の1以下としたミクロ組織を得ることができる。したがって、上記の熱処理により製造される工作機械用転動部材は、転動疲労特性がより長寿命であり、割れ強度がより向上し、経年寸法変化率がより減少している。なお、オーステナイト結晶粒とは、焼入加熱中に相変態したオーステナイトの結晶粒のことであり、冷却によりマルテンサイトに変態した後も常温において残存しているもの(旧オーステナイト結晶粒)をいう。   The above heat treatment improves the cracking strength while carburizing the surface layer portion as compared with the heat treatment method described in FIG. 7, that is, the heat treatment method (normal quenching) in which the carburization treatment is performed once as it is, and the aged size is improved. The rate of change can be reduced. Further, it is possible to obtain a microstructure in which the grain size of the austenite crystal grains is less than or equal to half that in the case of performing normal quenching. Therefore, the rolling member for machine tools manufactured by the above heat treatment has a longer rolling fatigue characteristic, a higher cracking strength, and a reduced aging rate. The austenite crystal grains are austenite crystal grains that have undergone phase transformation during quenching heating, and are those that remain at room temperature after being transformed into martensite by cooling (former austenite crystal grains).

図9は、本実施の形態における工作機械用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程における、熱処理方法の他の変形例を説明する図である。図9において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図9において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図9を参照して、熱処理方法の他の変形例の詳細を説明する。   FIG. 9 is a diagram for explaining another modification of the heat treatment method in the heat treatment step included in the method for manufacturing the rolling member for machine tool in the present embodiment. In FIG. 9, the horizontal direction indicates time, and the time elapses toward the right. In FIG. 9, the vertical direction indicates the temperature, and the higher the temperature, the higher the temperature. With reference to FIG. 9, the detail of the other modification of the heat processing method is demonstrated.

図9を参照して、冷間加工等により所定の寸法に仕上げられた成形部品は、A点以上の温度である800℃以上1000℃以下の温度、たとえば920℃に加熱され、360分間以上600分間以下の時間、たとえば480分間保持される。このとき、成形部品は、雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを、成形部品の表層部が含有する炭素量以上に保ち、さらに雰囲気ガスであるRXガスにアンモニアガスを添加した雰囲気において加熱される。これにより、成形部品の表層部の炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度に調整される浸炭窒化処理が実施される。その後、成形部品をまずA点以下の温度に冷却した後、室温(常温)まで冷却することなく再びA点以上の温度である730℃以上860℃以下の温度、たとえば850℃に再び加熱される再加熱が実施され、その後30分間以上120分間以下の時間、たとえば50分間保持される。このとき、浸炭窒化処理において調整された炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度となるように、たとえばRXガスを含む雰囲気において加熱される。さらに、成形部品が、たとえば油冷されることにより、A点以上の温度からM点以下の温度に急冷されて焼入硬化される。これにより、浸炭窒化焼入が完了する。 Referring to FIG. 9, a molded part finished to a predetermined size by cold working or the like is heated to a temperature of 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, which is a temperature of one point or higher, for example, 920 ° C. for 360 minutes or longer. It is held for 600 minutes or less, for example, 480 minutes. At this time, the molded part is heated in an atmosphere in which the carbon potential of the atmosphere gas is maintained at or above the amount of carbon contained in the surface layer portion of the molded part and ammonia gas is added to the RX gas that is the atmosphere gas. Thereby, the carbonitriding process in which the carbon concentration and the nitrogen concentration in the surface layer portion of the molded part are adjusted to desired concentrations is performed. Thereafter, the molded part is first cooled to a temperature of A 1 point or lower, and then heated again to a temperature of 730 ° C. or higher and 860 ° C. or lower, which is a temperature of A 1 point or higher, without cooling to room temperature (room temperature). The reheating that is performed is performed, and then held for 30 minutes to 120 minutes, for example, 50 minutes. At this time, for example, heating is performed in an atmosphere containing RX gas so that the carbon concentration and the nitrogen concentration adjusted in the carbonitriding process become desired concentrations. Furthermore, when the molded part is cooled with oil, for example, it is rapidly cooled from a temperature of A 1 point or more to a temperature of M S point or less and is hardened by hardening. Thereby, carbonitriding and quenching is completed.

さらに、浸炭窒化焼入が完了した成形部品はA点以下の温度である180℃以上300℃以下の温度、たとえば280℃に加熱され、30分間以上240分間以下の時間、たとえば120分間保持されて、その後室温の空気中で冷却される(空冷)。これにより、焼戻工程が完了する。以上の手順により、工作機械用転動部材としての外輪11、21、内輪12、22、玉13および円筒ころ23の製造方法におけるの熱処理工程(S300)が完了する。 Furthermore, the molded part that has been subjected to carbonitriding and quenching is heated to a temperature of 180 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, for example, 280 ° C., which is a temperature of 1 point or less, and held for 30 minutes to 240 minutes, for example, 120 minutes. Then, it is cooled in air at room temperature (air cooling). Thereby, the tempering process is completed. With the above procedure, the heat treatment step (S300) in the method for manufacturing the outer rings 11, 21, inner rings 12, 22, balls 13 and cylindrical rollers 23 as rolling members for machine tools is completed.

これにより、一度焼入を実施し、室温まで冷却した後に再加熱する場合に比べて、再加熱に要する時間およびエネルギーを小さくすることが可能となるため、製造コストを低減し得る点において有利である。なお、浸炭窒化後に引き続く冷却温度はA点よりも低い温度、すなわち鉄のオーステナイトからフェライトへの変態点以下の温度であればよく、たとえば650℃以上700℃以下とすることができる。 This makes it possible to reduce the time and energy required for reheating as compared with the case where re-heating is performed after quenching and cooling to room temperature, which is advantageous in that the manufacturing cost can be reduced. is there. The cooling temperature followed after carbonitriding temperature lower than the point A, that may be a temperature below the transformation point from austenite iron to ferrite may be, for example, 650 ° C. or higher 700 ° C. or less.

上記熱処理工程(S300)により、工作機械用転動部材としての外輪11、21、内輪12、22、玉13および円筒ころ23の表層部には、硬化処理層11B、12B、13B、21B、22B、23Bが形成される。そして、硬化処理層11B、12B、13B、21B、22B、23Bの硬度はHv700以上780以下、硬化処理層11B、12B、13B、21B、22B、23Bに分布する炭化物の最大粒径は10μm以下、硬化処理層11B、12B、13B、21B、22B、23Bにおける炭化物の面積率は7%以上25%以下とし、また硬化処理層11B、12B、13B、21B、22B、23Bより内側の領域である内部11C、12C、13C、21C、22C、23Cの硬度は、Hv500以上600以下とすることができる。   Due to the heat treatment step (S300), the outer ring 11, 21 as the rolling member for machine tool, the inner ring 12, 22, the ball 13 and the cylindrical roller 23, the hardened layer 11B, 12B, 13B, 21B, 22B , 23B are formed. The hardness of the cured layers 11B, 12B, 13B, 21B, 22B, and 23B is Hv 700 or higher and 780 or lower, and the maximum particle size of carbides distributed in the cured layers 11B, 12B, 13B, 21B, 22B, and 23B is 10 μm or smaller, The area ratio of carbides in the cured layers 11B, 12B, 13B, 21B, 22B, and 23B is 7% or more and 25% or less, and the interior is an area inside the cured layers 11B, 12B, 13B, 21B, 22B, and 23B. The hardness of 11C, 12C, 13C, 21C, 22C, and 23C can be Hv500 or more and 600 or less.

以上説明した本実施の形態の工作機械用転動部材の製造方法によれば、工作機械用転動部材としての外輪11、21、内輪12、22、玉13および円筒ころ23を構成する鋼において、水素脆性剥離を助長するおそれのある珪素の含有量が低減されるとともに、バナジウム、ニッケル、モリブデンの3成分がバランス良く添加され、かつ一般的な浸炭鋼に比べて炭素含有量を高めた鋼が素材として採用されている。また、浸炭または浸炭窒化が実施されるとともに、浸炭または浸炭窒化により表層部に形成される硬化処理層11B、12B、13B、21B、22B、23Bにおける炭化物の大きさおよび面積率を適切な範囲に調整することができ、かつ硬化処理層11B、12B、13B、21B、22B、23Bおよび内部11C、12C、13C、21C、22C、23Cにおける硬度を適切な範囲に調整することができる。その結果、水素脆性剥離の発生が抑制されるとともに、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などの発生が抑制されることにより、耐久性が向上した工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受を製造することができる。   According to the manufacturing method of the rolling member for machine tools of this Embodiment demonstrated above, in the steel which comprises the outer ring | wheels 11 and 21, the inner rings 12, 22, the ball | bowl 13, and the cylindrical roller 23 as a rolling member for machine tools. Steel with reduced content of silicon that may promote hydrogen embrittlement delamination and with a good balance of the three components of vanadium, nickel, and molybdenum, and a higher carbon content than general carburized steel Is adopted as a material. Carburization or carbonitriding is performed, and the size and area ratio of carbides in the cured layers 11B, 12B, 13B, 21B, 22B, and 23B formed in the surface layer portion by carburizing or carbonitriding are within an appropriate range. It is possible to adjust, and the hardness in the cured layers 11B, 12B, 13B, 21B, 22B, 23B and the inside 11C, 12C, 13C, 21C, 22C, 23C can be adjusted to an appropriate range. As a result, the occurrence of hydrogen embrittlement delamination is suppressed, and the occurrence of seizure, peeling, abrasion, surface-origin cracks and delamination, etc. are suppressed, thereby improving the durability of rolling members for machine tools and machine tools. A rolling bearing can be manufactured.

なお、上記実施の形態においては、本発明の工作機械用転がり軸受の一例として、アンギュラ玉軸受および円筒ころ軸受について説明したが、本発明の工作機械用転がり軸受はこれらに限られない。たとえば、本発明の工作機械用転がり軸受は、深溝玉軸受であってもよいし、円錐ころ軸受であってもよい。   In the above embodiment, the angular ball bearing and the cylindrical roller bearing have been described as examples of the rolling bearing for machine tool of the present invention. However, the rolling bearing for machine tool of the present invention is not limited to these. For example, the rolling bearing for a machine tool of the present invention may be a deep groove ball bearing or a tapered roller bearing.

以下、この発明の実施例1について説明する。まず、試験の対象となる試験片の作製方法について説明する。はじめに、表1に示す化学成分を有する鋼材を準備した。表1において、主要化学成分については、炭素(C)、珪素(Si)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)およびバナジウム(V)の各含有量が質量%で示されており、記載された成分の残部は鉄および不可避的不純物である。そして、上記鋼材を試験片の概略形状に成形し、成形部品とした。   Embodiment 1 of the present invention will be described below. First, a method for producing a test piece to be tested will be described. First, steel materials having chemical components shown in Table 1 were prepared. In Table 1, for the main chemical components, the contents of carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), nickel (Ni), chromium (Cr), molybdenum (Mo) and vanadium (V) are in mass. The balance of the components listed is% iron and inevitable impurities. And the said steel material was shape | molded in the approximate shape of the test piece, and it was set as the molded component.

Figure 0004703505
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次に、図8に示す熱処理方法に基づき、熱処理を行なった。具体的には、成形部品を950℃に加熱し、このとき雰囲気ガスのカーボンポテンシャル=1.0となるよう調整して、浸炭処理を実施した。この温度で480分間保持し、浸炭処理および拡散処理を行なった。その後、温度を850℃に下げてから、成形部品を油中に浸漬して急冷し1次焼入を行なった。さらに成形部品を850℃に再加熱して50分間保持し、再度油中に浸漬して850℃から急冷し2次焼入を行なった。さらに、成形部品を280℃に加熱して120分間保持し、その後室温の空気中で冷却し、焼戻処理を行なった。   Next, heat treatment was performed based on the heat treatment method shown in FIG. Specifically, the molded part was heated to 950 ° C., and at this time, the carbon potential of the atmospheric gas was adjusted to be 1.0, and carburization was performed. Holding at this temperature for 480 minutes, carburization treatment and diffusion treatment were performed. Thereafter, the temperature was lowered to 850 ° C., and the molded part was immersed in oil and rapidly cooled to perform primary quenching. Further, the molded part was reheated to 850 ° C. and held for 50 minutes, immersed again in oil, rapidly cooled from 850 ° C., and subjected to secondary quenching. Further, the molded part was heated to 280 ° C. and held for 120 minutes, then cooled in air at room temperature, and tempered.

そして、熱処理後の成形部品に仕上げ加工を実施することにより、試験片を完成させた。なお、表1、表2および表3に示す通り、この発明に係る開発鋼に該当する鋼(No.1〜6)のほか、化学成分や材質が開発鋼と異なる鋼(No.7〜30)を比較鋼として評価した。それぞれの比較鋼が化学成分、材質において開発鋼と異なる点を、表1および表2の備考欄、表3の特徴欄に示した。また、一般的な軸受用鋼として、現用の軸受鋼JIS SUJ2(No.31)と、現用の浸炭鋼JIS SCM420(No.32)も併せて評価した。ただし、No.31とNo.32については、焼戻温度は180℃として試験片を作製した。   And the test piece was completed by implementing finish processing to the molded part after heat processing. In addition, as shown in Table 1, Table 2 and Table 3, in addition to steel corresponding to the developed steel according to the present invention (No. 1-6), steel having different chemical composition and material from the developed steel (No. 7-30) ) Was evaluated as a comparative steel. The differences between each comparative steel and the developed steel in chemical composition and material are shown in the remarks column of Tables 1 and 2 and the feature column of Table 3. Further, as general bearing steels, the current bearing steel JIS SUJ2 (No. 31) and the current carburized steel JIS SCM420 (No. 32) were also evaluated. However, no. 31 and no. For No. 32, the tempering temperature was 180 ° C., and test specimens were prepared.

Figure 0004703505
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次に、試験条件について説明する。実施例1では上記試験片の硬度や炭化物の析出状態を調査する試験を行なった。後述する実施例2の転動疲労寿命試験用の試験片を用い、JIS Z2244に示される試験方法に基づいて、試験片の外周面のビッカース硬さ試験を行ない、試験片の表層部の硬さ(表層硬度)を調査した。また、試験片を切り出した断面についてビッカース硬さ試験を行ない、試験片の内部の硬さ(内部硬度)を調査した。さらに、試験片を500℃に加熱し1時間保持した後、試験片の外周面のビッカース硬さ(500℃焼戻硬度)を調査し、高温環境下で使用される場合を模擬した試験とした。   Next, test conditions will be described. In Example 1, a test for investigating the hardness of the test piece and the precipitation state of carbide was performed. Using the test piece for rolling fatigue life test of Example 2 described later, based on the test method shown in JIS Z2244, the Vickers hardness test of the outer peripheral surface of the test piece is performed, and the hardness of the surface layer portion of the test piece (Surface hardness) was investigated. Moreover, the Vickers hardness test was done about the cross section which cut out the test piece, and the internal hardness (internal hardness) of the test piece was investigated. Furthermore, after heating the test piece to 500 ° C. and holding it for 1 hour, the Vickers hardness (500 ° C. tempering hardness) of the outer peripheral surface of the test piece was investigated, and the test was simulated to be used in a high temperature environment. .

試験結果を表2に示す。表2において、表層硬度(単位:Hv)、内部硬度(単位:Hv)、500℃焼戻硬度(単位:Hv)が示されている。また、表層部に分布する炭化物の最大粒径(最大炭化物径、単位:μm)、表層部における炭化物の面積率(炭化物量、単位:%)が、併せて示されている。   The test results are shown in Table 2. In Table 2, surface layer hardness (unit: Hv), internal hardness (unit: Hv), and 500 ° C. tempering hardness (unit: Hv) are shown. In addition, the maximum particle size of carbide distributed in the surface layer portion (maximum carbide diameter, unit: μm) and the area ratio of carbide in the surface layer portion (carbide amount, unit:%) are also shown.

表2を参照して、開発鋼(No.1〜6)は、いずれもHv700以上の表層硬度と、Hv500以上Hv600以下の内部硬度とを有している。また、500℃焼戻硬度についても、開発鋼(No.1〜6)はいずれもHv570以上であり、高温焼戻後も硬度低下しにくいことを示している。一方、比較鋼の中には、表層硬度がHv700を満足できないものもある(No.29)。したがって、この発明に係る開発鋼が、工作機械用転動部材として十分な表層硬度を確保することができ、靭性を持たせるとともに内部割れを防止できる内部硬さを有し、かつ高温での強度を維持することができることがわかる。   Referring to Table 2, all of the developed steels (Nos. 1 to 6) have a surface hardness of Hv 700 or higher and an internal hardness of Hv 500 or higher and Hv 600 or lower. Moreover, also about 500 degreeC tempering hardness, all developed steel (No. 1-6) is Hv570 or more, and has shown that hardness does not fall easily after high temperature tempering. On the other hand, there are some comparative steels whose surface hardness cannot satisfy Hv700 (No. 29). Therefore, the developed steel according to the present invention can secure sufficient surface layer hardness as a rolling member for machine tools, has internal hardness that can provide toughness and prevent internal cracks, and strength at high temperatures. It can be seen that can be maintained.

なお、硬化処理層における炭化物の粒径は、試験片を切り出した断面をピクリン酸アルコール溶液(ピクラル)を用いてエッチングした後に、光学顕微鏡により400倍に拡大して撮影した写真を用いて観察した。そして、任意の40視野分の写真において、写真中最大の炭化物の粒径を計測することにより、炭化物の最大粒径を求めた。また、硬化処理層における炭化物の面積率は、試験片を切り出した断面を、ピクリン酸アルコール溶液(ピクラル)を用い腐食した後に、光学顕微鏡(400倍)で観察し、20視野分を画像解析し、0.5μm以上の粒径を有する炭化物を抽出することにより、炭化物の面積率を求めた。炭化物に関しては、一部の比較鋼で最大炭化物が粒径10μmより大きく(No.8、22、25)、炭化物量も25%を超えていた(No.7,8、25)。   In addition, the particle size of the carbide in the cured layer was observed using a photograph taken by magnifying 400 times with an optical microscope after etching a cross-section of the test piece using a picric acid alcohol solution (picral). . And in the photograph for arbitrary 40 visual fields, the largest particle size of the carbide | carbonized_material was calculated | required by measuring the particle size of the largest carbide | carbonized_material in a photograph. The area ratio of carbides in the hardened layer was determined by observing the section of the specimen cut out with a picric alcohol solution (picral) with an optical microscope (400 times) and analyzing the image of 20 fields of view. By extracting a carbide having a particle size of 0.5 μm or more, the area ratio of the carbide was obtained. Regarding carbides, the maximum carbides in some comparative steels were larger than 10 μm in particle size (Nos. 8, 22, 25), and the amount of carbides exceeded 25% (Nos. 7, 8, 25).

以下、この発明の実施例2について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、転動疲労寿命試験を行なった。転動疲労寿命試験の試験条件を表4に示す。   Embodiment 2 of the present invention will be described below. A rolling fatigue life test was conducted using the test piece produced by the production method described above. Table 4 shows the test conditions of the rolling fatigue life test.

Figure 0004703505
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転動疲労寿命試験は、φ12点接触試験試験機を用いて行なわれた。図10は、φ12点接触試験機の主要部の構成を示す概略正面図である。また、図11は、φ12点接触試験機の主要部の構成を示す概略側面図である。図10および図11を参照して、転動疲労寿命試験の試験機について説明する。   The rolling fatigue life test was conducted using a φ12 point contact tester. FIG. 10 is a schematic front view showing the configuration of the main part of the φ12 point contact tester. FIG. 11 is a schematic side view showing the configuration of the main part of the φ12 point contact tester. A rolling fatigue life tester will be described with reference to FIGS. 10 and 11.

図10および図11を参照して、φ12点接触試験機30は、駆動ローラ32と、案内ローラ33と、鋼球34とを備えている。そして、転動疲労寿命試験片31は、駆動ローラ32によって駆動され、鋼球34と接触して回転する。鋼球34は、案内ローラ33にガイドされて、転動疲労寿命試験片31との間で高い面圧を及ぼし合いながら転動する。潤滑油は強制循環により給油される。以上のようにφ12点接触試験機30を運転し、5個の試験片を用いて、1個の試験片で場所を変えて2回の試験ができるので試験数は10回とし、試験片に剥離が発生するまでの荷重の負荷回数(寿命)を調査した。得られた寿命を統計的に解析し、累積破損確率が10%となる寿命を算出した。   With reference to FIGS. 10 and 11, the φ12 point contact test machine 30 includes a drive roller 32, a guide roller 33, and a steel ball 34. The rolling fatigue life test piece 31 is driven by the drive roller 32 and rotates in contact with the steel ball 34. The steel ball 34 is guided by the guide roller 33 and rolls while exerting a high surface pressure with the rolling fatigue life test piece 31. Lubricating oil is supplied by forced circulation. As described above, the φ12 point contact tester 30 is operated, and the test can be performed twice by changing the location with one test piece using five test pieces. The number of loads (life) until the peeling occurred was investigated. The obtained lifetime was statistically analyzed, and the lifetime at which the cumulative failure probability was 10% was calculated.

次に試験結果について説明する。試験結果を表3に示す。表3には、各試験片の転動疲労寿命の、現用の軸受鋼(No.31)を1としたときの比を表している。また表3の備考欄に記載の通り、比較鋼および現用の軸受鋼・現用の浸炭鋼について、開発鋼より大きく劣る結果を下線により示す。開発鋼(No.1〜6)、比較鋼(No.7〜30)は全て、現用の軸受鋼(No.31)および現用の浸炭鋼(No.32)より長寿命であるが、比較鋼の中には現用の軸受鋼(No.31)の転動疲労寿命の2倍以下と比較的短寿命のものもある(No.7、8、10、24、28、30)。一方、開発鋼はいずれも現用の軸受鋼(No.31)の2.5倍以上の転動疲労寿命を有している。したがって、この発明に係る開発鋼の転動疲労寿命が、現用鋼から大きく改善されていることがわかる。   Next, test results will be described. The test results are shown in Table 3. Table 3 shows the ratio of the rolling fatigue life of each test piece when the current bearing steel (No. 31) is 1. Moreover, as described in the remarks column of Table 3, the results of the comparative steel, the current bearing steel, and the current carburized steel that are significantly inferior to the developed steel are underlined. The developed steel (No. 1 to 6) and the comparative steel (No. 7 to 30) all have a longer life than the current bearing steel (No. 31) and the current carburized steel (No. 32). Some of them have a relatively short life (No. 7, 8, 10, 24, 28, 30) which is not more than twice the rolling fatigue life of current bearing steel (No. 31). On the other hand, all the developed steels have a rolling fatigue life of 2.5 times or more that of the current bearing steel (No. 31). Therefore, it can be seen that the rolling fatigue life of the developed steel according to the present invention is greatly improved from the current steel.

以下、この発明の実施例3について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、スミアリング試験を行なった。スミアリング試験の試験条件を表5に示す。   Embodiment 3 of the present invention will be described below. The smearing test was performed using the test piece produced by the production method described above. Table 5 shows the test conditions of the smearing test.

Figure 0004703505
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スミアリング試験は、2円筒型試験機を用いて行なわれた。図12は、2円筒型試験機の主要部の構成を示す模式図である。図12を参照して、2円筒型試験機について説明する。   The smearing test was performed using a two-cylinder tester. FIG. 12 is a schematic diagram showing the configuration of the main part of the two-cylinder testing machine. A two-cylinder testing machine will be described with reference to FIG.

図12を参照して、2円筒型試験機60には、第1軸63まわりに回転可能なように円盤状の第1試験片61がセットされるとともに、第2軸64まわりに回転可能なように円盤状の第2試験片62がセットされる。第1軸63と第2軸64とは平行に配置されており、第1試験片61と第2試験片62とは互いに外周面が接触するように、第1軸63および第2軸64のそれぞれの一方の端部にセットされる。また、第1軸63および第2軸64他方の端部には、いずれも回転速度計65とスリップリング66とが配置されている。   Referring to FIG. 12, a disk-shaped first test piece 61 is set in the two-cylinder testing machine 60 so as to be rotatable around the first shaft 63 and is rotatable around the second shaft 64. Thus, the disk-shaped second test piece 62 is set. The first shaft 63 and the second shaft 64 are arranged in parallel, and the first shaft 63 and the second shaft 64 are arranged so that the outer peripheral surfaces of the first test piece 61 and the second test piece 62 are in contact with each other. Set at one end of each. Further, a rotational speed meter 65 and a slip ring 66 are disposed at the other ends of the first shaft 63 and the second shaft 64, respectively.

そして、第1試験片61に潤滑油が滴下されつつ、第1試験片61が200rpmの回転速度で回転するとともに、第2試験片62の回転速度を200rpmから徐々に増加させ、試験片の表面にスミアリングが生じた時点で試験を中止し、そのときの相対回転速度を記録した。スミアリングの生じる相対回転速度が大きいほど、スミアリングの発生に対する抵抗性が大きいことを示している。   And while lubricating oil is dripped at the 1st test piece 61, while rotating the 1st test piece 61 at the rotation speed of 200 rpm, the rotation speed of the 2nd test piece 62 is gradually increased from 200 rpm, and the surface of the test piece When smearing occurred, the test was stopped, and the relative rotational speed at that time was recorded. It shows that the greater the relative rotational speed at which smearing occurs, the greater the resistance to smearing.

次に試験結果について説明する。試験結果を表3に示す。表3には、各試験片のスミアリング発生時の相対回転速度が、現用の軸受鋼(No.31)を1とした比で示されている。開発鋼(No.1〜6)は、現用の軸受鋼(No.31)および現用の浸炭鋼(No.32)に比べて、スミアリングの発生に対する抵抗性が大きいことが分かる。これは、開発鋼(No.1〜6)の耐熱性が、現用の軸受鋼(No.31)および現用の浸炭鋼(No.32)の耐熱性に比べて高いことに起因していると考えられる。   Next, test results will be described. The test results are shown in Table 3. Table 3 shows the relative rotational speed at the time of occurrence of smearing of each test piece as a ratio with the current bearing steel (No. 31) as 1. It can be seen that the developed steel (Nos. 1 to 6) has higher resistance to smearing than the current bearing steel (No. 31) and the current carburized steel (No. 32). This is because the heat resistance of the developed steel (No. 1 to 6) is higher than the heat resistance of the current bearing steel (No. 31) and the current carburized steel (No. 32). Conceivable.

以下、この発明の実施例4について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、摩耗試験を行なった。高温のために潤滑条件が悪い場合の摩耗現象を推定できる試験である。摩耗試験の試験条件を表6に示す。   Embodiment 4 of the present invention will be described below. A wear test was conducted using the test piece produced by the production method described above. This test can estimate the wear phenomenon when the lubrication condition is poor due to high temperature. Table 6 shows the test conditions for the wear test.

Figure 0004703505
Figure 0004703505

摩耗試験は、サバン型摩耗試験機を用いて行なわれた。図13は、サバン型摩耗試験機の主要部の構成を示す概略正面図である。また、図14は、サバン型摩耗試験機の主要部の構成を示す概略側面図である。図13および図14を参照して、サバン型摩耗試験機について説明する。   The abrasion test was performed using a Sabang type abrasion tester. FIG. 13 is a schematic front view showing the configuration of the main part of the Sabang type wear tester. FIG. 14 is a schematic side view showing the configuration of the main part of the Sabang type wear tester. With reference to FIG. 13 and FIG. 14, a Sabang type wear tester will be described.

図13および図14を参照して、サバン型摩耗試験機40は、ロードセル43とエアスライダ44とを備える。平板形状の摩耗試験片41はエアスライダ44に保持され、摩耗試験時に負荷される重錘42による荷重はロードセル43により検出される。そして、摩耗試験片41の鏡面研磨された表面と、相手材45の外周面とを接触させ、相手材45を回転させる。摩耗試験片41と相手材45との接触面には直接潤滑油が供給されず、相手材45の一部が潤滑油46に浸漬される。以上のようにサバン型摩耗試験機40を運転し、相手材を60分間回転させた後の試験片の摩耗体積を計測することにより、摩耗強度を調査した。   With reference to FIG. 13 and FIG. 14, the Saban-type wear tester 40 includes a load cell 43 and an air slider 44. The flat plate-shaped wear test piece 41 is held by an air slider 44, and the load due to the weight 42 loaded during the wear test is detected by the load cell 43. Then, the mirror-polished surface of the wear test piece 41 and the outer peripheral surface of the counterpart material 45 are brought into contact with each other, and the counterpart material 45 is rotated. Lubricating oil is not directly supplied to the contact surface between the wear test piece 41 and the counterpart material 45, and a part of the counterpart material 45 is immersed in the lubricating oil 46. As described above, the wear strength was investigated by operating the Saban-type wear tester 40 and measuring the wear volume of the test piece after rotating the counterpart material for 60 minutes.

次に試験結果について説明する。試験結果を表3に示す。表3には、各試験片の摩耗体積の、現用の軸受鋼(No.31)を1としたときの比の逆数を表している。開発鋼(No.1〜6)、比較鋼(No.7〜30)ともに、現用の軸受鋼(No.31)および現用の浸炭鋼(No.32)より耐摩耗性が優れる傾向を示す。しかし一部の比較鋼では、表層部の炭化物の最大粒径が大きく、また炭化物量も多いため、高硬度にもかかわらず現用鋼と同等もしくは現用鋼を下回る耐摩耗性となっている(No.8、22、25)。一方、開発鋼はいずれも現用の軸受鋼(No.31)の1.8倍以上の耐摩耗性を有している。したがって、この発明に係る開発鋼の耐摩耗性が現用鋼から大きく改善され、潤滑条件が悪い場合でも適用可能であることがわかる。   Next, test results will be described. The test results are shown in Table 3. Table 3 shows the reciprocal of the ratio of the wear volume of each test piece when the current bearing steel (No. 31) is 1. Both the developed steel (No. 1-6) and the comparative steel (No. 7-30) tend to have better wear resistance than the current bearing steel (No. 31) and the current carburized steel (No. 32). However, in some comparative steels, the maximum grain size of the carbide in the surface layer is large and the amount of carbide is large, so that it has the same wear resistance as the current steel or less than the current steel despite its high hardness (No .8, 22, 25). On the other hand, all the developed steels have a wear resistance of 1.8 times or more that of the current bearing steel (No. 31). Therefore, it can be seen that the wear resistance of the developed steel according to the present invention is greatly improved from the current steel and is applicable even when the lubrication conditions are poor.

以下、この発明の実施例5について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、超音波疲労試験を行なった。引張−圧縮モードでの高速疲労試験で、表面滑りなどによる表面引張応力に対する疲労強度がわかる。また、短時間で評価できるので、電解チャージなどにより水素を鋼中に侵入させた状態で試験できる。これにより、水素脆性に対する抵抗性を推定できる試験である。大気中における超音波疲労試験の試験条件を表7に、水素侵入後を模擬した水素チャージ条件下における超音波疲労試験の試験条件を表8に、水素チャージ条件を表9に示す。   Embodiment 5 of the present invention will be described below. An ultrasonic fatigue test was performed using the test piece produced by the production method described above. In the high-speed fatigue test in the tension-compression mode, the fatigue strength with respect to the surface tensile stress due to surface slip and the like can be seen. Moreover, since it can evaluate in a short time, it can test in the state which made hydrogen penetrate | penetrate in steel by electrolytic charge etc. This is a test that can estimate resistance to hydrogen embrittlement. Table 7 shows the test conditions of the ultrasonic fatigue test in the atmosphere, Table 8 shows the test conditions of the ultrasonic fatigue test under the hydrogen charge conditions simulating after hydrogen intrusion, and Table 9 shows the hydrogen charge conditions.

Figure 0004703505
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図15は、超音波疲労試験機の主要部の構成を示す模式図である。図15を参照して、超音波疲労試験機について説明する。   FIG. 15 is a schematic diagram showing the configuration of the main part of the ultrasonic fatigue testing machine. The ultrasonic fatigue tester will be described with reference to FIG.

図15を参照して、超音波疲労試験機50は、超音波疲労試験片51が固定される部位に連結されるホーン部52と、ホーン部52に接続されるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)振動子53と、PZT振動子53に接続される増幅器54と、増幅器54に接続されたパーソナルコンピュータなどの制御装置55とを備える。さらに、超音波疲労試験機50は、超音波疲労試験片51がセットされた状態において、超音波疲労試験片51のホーン部52に連結される側とは反対側の端部に対向するようにすき間ゲージ56が配置され、すき間ゲージ56はオシロスコープ57に接続される。   Referring to FIG. 15, an ultrasonic fatigue testing machine 50 includes a horn portion 52 connected to a portion to which an ultrasonic fatigue test piece 51 is fixed, and PZT (lead zirconate titanate) connected to the horn portion 52. A vibrator 53, an amplifier 54 connected to the PZT vibrator 53, and a control device 55 such as a personal computer connected to the amplifier 54 are provided. Further, the ultrasonic fatigue tester 50 faces the end of the ultrasonic fatigue test piece 51 opposite to the side connected to the horn portion 52 in a state where the ultrasonic fatigue test piece 51 is set. A gap gauge 56 is disposed, and the gap gauge 56 is connected to an oscilloscope 57.

そして、超音波疲労試験片51を超音波疲労試験機50にセットし、制御装置55により出力を制御しつつ、増幅器54を介してPZT振動子53に電力を入力することにより、超音波振動を発生させる。この超音波振動をホーン部52を介して超音波疲労試験片51に伝達することにより超音波疲労試験片51を共振させる。このとき、超音波疲労試験片51の直径が最も細い部分において、軸方向の引張圧縮の応力振幅が最大となる。一方、オシロスコープ57に接続されたすき間ゲージ56により、超音波疲労試験片51の振動の状態を管理する。   Then, the ultrasonic fatigue test piece 51 is set in the ultrasonic fatigue tester 50, and the power is input to the PZT vibrator 53 via the amplifier 54 while controlling the output by the control device 55. generate. By transmitting this ultrasonic vibration to the ultrasonic fatigue test piece 51 via the horn part 52, the ultrasonic fatigue test piece 51 is resonated. At this time, in the portion where the diameter of the ultrasonic fatigue test piece 51 is the thinnest, the stress amplitude of the tensile compression in the axial direction becomes the maximum. On the other hand, the state of vibration of the ultrasonic fatigue test piece 51 is managed by the gap gauge 56 connected to the oscilloscope 57.

以上のように超音波疲労試験機50を運転し、超音波疲労試験片51が剥離または破断するまでの応力の繰り返し数を調査した。さらに、当該調査を種々の応力について実施し、その結果が正規分布に従うとの仮定の下、当該結果を統計的に解析して10%の試験片が応力の繰り返し数10回で破断すると予測される応力(10回疲労強度)を算出した。超音波疲労試験片51として、上述した作製方法により作製したものと、さらに表9に示す条件により水素チャージを行ない、水素を鋼中に侵入させたものとを用いた。 As described above, the ultrasonic fatigue testing machine 50 was operated, and the number of repeated stresses until the ultrasonic fatigue test specimen 51 was peeled or broken was investigated. Furthermore, predicted to the survey conducted for various stresses, the result is broken in normal under the assumption that follows the distribution, the results statistically analyzed to 10% of the test piece stress repeated several 10 7 times Stress (10 7 times fatigue strength) was calculated. As the ultrasonic fatigue test piece 51, one prepared by the above-described manufacturing method and one in which hydrogen was charged under the conditions shown in Table 9 and hydrogen was intruded into the steel were used.

次に試験結果について説明する。試験結果を表3に示す。表3には、各試験片の10回疲労強度の、現用の浸炭鋼(No.32)を1としたときの比を表している。水素チャージがない条件では、開発鋼(No.1〜6)、比較鋼(No.7〜30)ともに、現用の浸炭鋼(No.32)と同等以上の疲労強度(10回強さ)を示す。 Next, test results will be described. The test results are shown in Table 3. Table 3 shows the ratio of 10 7 times fatigue strength of each test piece when the current carburized steel (No. 32) is 1. Under conditions where there is no hydrogen charge, both developed steel (No. 1-6) and comparative steel (No. 7-30) have fatigue strength (10 7 times strength) equal to or higher than that of the current carburized steel (No. 32). Indicates.

水素チャージがある条件では、比較鋼の中には疲労強度が低下し、現用鋼を下回るものが多い(No.21、26、27、29)。一方、開発鋼はいずれも現用の浸炭鋼(No.32)の1.6倍以上の疲労強度を有している。したがって、この発明に係る開発鋼は、現用鋼から大きく改善された疲労強度を有し、特に水素を鋼中に侵入させた条件において優れている。このことから、この発明に係る開発鋼は、潤滑剤から水素が発生するおそれのある環境で用いられる工作機械用転動部材を構成する鋼として特に好適であることがわかる。   Under conditions where there is hydrogen charge, some of the comparative steels have lower fatigue strength and are less than the current steel (No. 21, 26, 27, 29). On the other hand, all the developed steels have 1.6 times or more fatigue strength than the current carburized steel (No. 32). Therefore, the developed steel according to the present invention has significantly improved fatigue strength from that of the current steel, and is particularly excellent in conditions where hydrogen has penetrated into the steel. From this, it can be seen that the developed steel according to the present invention is particularly suitable as steel constituting a rolling member for machine tools used in an environment where hydrogen may be generated from the lubricant.

以下、この発明の実施例6について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、ピーリング試験を行なった。粗面相手の転動試験で潤滑油膜が切れる条件で転動し、表面に金属接触による疲れ損傷(ピーリング)を起こさせるもので、潤滑条件が悪いときの対表面損傷特性がわかる。ピーリング試験の試験条件を表10に示す。   Embodiment 6 of the present invention will be described below. A peeling test was performed using the test piece produced by the production method described above. Rolling under conditions where the lubricating oil film can be cut in a rolling test on a rough surface, causing fatigue damage (peeling) due to metal contact on the surface. Table 10 shows the test conditions of the peeling test.

Figure 0004703505
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ピーリング試験は、図12に基づいて説明した上述の2円筒型試験機を用いて実施された。   The peeling test was performed using the above-described two-cylinder testing machine described with reference to FIG.

すなわち、図12を参照して、駆動側試験片としての第1試験片61に潤滑油が滴下されつつ、駆動軸としての第1軸63が回転する。これにより、第1試験片61が回転するとともに、従動側試験片としての第2試験片62が第1試験片61と接触しつつ、第1試験片61に従動して回転する。以上のように2円筒型試験機60を運転し、所定の回転数である4.8×10回の回転が終了したところで第1軸63の回転を停止した。そして、第2試験片62が2円筒型試験機60から取り外され、第2試験片62の外周面に発生したピーリングの面積が調査され、第2試験片62の外周面の面積に対するピーリングの面積の割合(ピーリング面積率)が算出された。 That is, referring to FIG. 12, the first shaft 63 as the drive shaft rotates while the lubricating oil is dropped on the first test piece 61 as the drive side test piece. Thereby, while the 1st test piece 61 rotates, the 2nd test piece 62 as a driven side test piece rotates following the 1st test piece 61, contacting the 1st test piece 61. As described above, the two-cylinder testing machine 60 was operated, and when the rotation of 4.8 × 10 5 times, which is a predetermined rotation number, was completed, the rotation of the first shaft 63 was stopped. Then, the second test piece 62 is removed from the two-cylinder testing machine 60, the area of peeling generated on the outer peripheral surface of the second test piece 62 is investigated, and the peeling area with respect to the area of the outer peripheral surface of the second test piece 62 is checked. The ratio (peeling area ratio) was calculated.

次に試験結果について説明する。試験結果を表3に示す。表3には、各試験片のピーリング面積率の、現用の軸受鋼(No.31)を1としたときの比の逆数を表している。比較鋼の中には、現用鋼と同等もしくは下回る耐ピーリング性を示すものがある(No.7、8、22、23、25)。一方、開発鋼はいずれも現用鋼や比較鋼に比べ、優れた耐ピーリング性を示す。したがって、この発明に係る開発鋼は、潤滑油膜が切れ潤滑が適切に行なわれない条件においても、高い耐ピーリング性を有することがわかる。   Next, test results will be described. The test results are shown in Table 3. Table 3 shows the reciprocal of the ratio of the peeling area ratio of each test piece when the current bearing steel (No. 31) is 1. Some comparative steels exhibit peeling resistance equal to or less than that of current steel (Nos. 7, 8, 22, 23, 25). On the other hand, all the developed steels show superior peeling resistance compared to the current steel and comparative steel. Therefore, it can be seen that the developed steel according to the present invention has high peeling resistance even under conditions where the lubricating oil film is cut and lubrication is not properly performed.

以下、この発明の実施例7について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、静圧壊強度試験を行なった。図16は、静圧壊強度試験の試験片を示す模式図である。図16を参照して、静圧壊強度試験について説明する。   Embodiment 7 of the present invention will be described below. A static crushing strength test was performed using the test piece produced by the production method described above. FIG. 16 is a schematic view showing a test piece for a static crushing strength test. The static crushing strength test will be described with reference to FIG.

図16を参照して、静圧壊強度試験片71は外径60mm、内径45mm、幅15mmの円環状の形状を有している。そして、荷重方向72の向きに荷重が徐々に負荷されて、静圧壊強度試験片71が破壊された時点における荷重が測定される。その後、得られた破壊荷重が、下記に示す曲がり梁の応力計算式(A)〜(C)により応力値に換算される。   Referring to FIG. 16, static crushing strength test piece 71 has an annular shape having an outer diameter of 60 mm, an inner diameter of 45 mm, and a width of 15 mm. Then, the load is gradually applied in the direction of the load direction 72, and the load at the time when the static crushing strength test piece 71 is broken is measured. Thereafter, the obtained fracture load is converted into a stress value by the stress calculation formulas (A) to (C) of the curved beam shown below.

すなわち、図16の静圧壊強度試験片71の凸表面(静圧壊強度試験片71の中心線から+eなる距離にある面)における繊維応力をσ、凹表面(静圧壊強度試験片71の中心線から−eなる距離にある面)における繊維応力をσとすると、σおよびσは下記の式によって求められる(機械工学便覧A4編材料力学A4−40参照)。ここで、Nは静圧壊強度試験片71の軸を含む断面の軸力、Aは横断面積、eは外半径、eは内半径(図16参照)を表わす。また、κは曲がり梁の断面係数である。
σ=(N/A)+{M/(Aρ)}[1+e/{κ(ρ+e)}]・・・(A)
σ=(N/A)+{M/(Aρ)}[1−e/{κ(ρ−e)}]・・・(B)
κ=−(1/A)∫{η/(ρ+η)}dA・・・(C)
次に試験結果について説明する。試験結果を表3に示す。表3には、各試験片の静圧壊強度(破壊時の応力値;圧壊値)の、現用の軸受鋼(No.31)を1としたときの比を表している。開発鋼は、現用の軸受鋼(No.31)に近い静圧壊強度を示し、現用の浸炭鋼(No.32)よりも高強度である。現用の浸炭鋼(No.32)は、表2に示されるように内部硬度が低いため、大きな荷重条件では内部が塑性変形するので、低強度である。
That is, the fiber stress on the convex surface of the static crushing strength test piece 71 in FIG. 16 (the surface at a distance of + e 1 from the center line of the static crushing strength test piece 71) is σ 1 , and the concave surface (the static crushing strength test piece 71 Assuming that the fiber stress in the surface at a distance of −e 2 from the center line is σ 2 , σ 1 and σ 2 are obtained by the following formulas (see Mechanical Engineering Handbook, A4 Knitting Material Dynamics A4-40). Here, N is the axial force of the cross section including the axis of the static crushing strength test piece 71, A is the cross-sectional area, e 1 is the outer radius, and e 2 is the inner radius (see FIG. 16). Further, κ is a section modulus of the curved beam.
σ 1 = (N / A) + {M / (Aρ 0 )} [1 + e 1 / {κ (ρ 0 + e 1 )}] (A)
σ 2 = (N / A) + {M / (Aρ 0 )} [1-e 2 / {κ (ρ 0 −e 2 )}] (B)
κ = − (1 / A) ∫ A {η / (ρ 0 + η)} dA (C)
Next, test results will be described. The test results are shown in Table 3. Table 3 shows the ratio of the static crush strength (stress value at break; crush value) of each test piece when the current bearing steel (No. 31) is 1. The developed steel exhibits a static crushing strength close to that of the current bearing steel (No. 31) and is higher than the current carburized steel (No. 32). Since the current carburized steel (No. 32) has a low internal hardness as shown in Table 2, the inside undergoes plastic deformation under a large load condition, and thus has low strength.

以下、この発明の実施例8について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、リング回転割れ疲労試験を行なった。上述した静圧壊強度試験の試験片と同一寸法、同一形状の試験片を用いた。リング回転割れ疲労試験の試験条件を表11に示す。   The eighth embodiment of the present invention will be described below. A ring rotation crack fatigue test was performed using the test piece prepared by the above-described production method. A test piece having the same dimensions and shape as the test piece of the static crushing strength test described above was used. Table 11 shows the test conditions of the ring rotation crack fatigue test.

Figure 0004703505
Figure 0004703505

図17は、リング回転割れ疲労試験機の主要部の構成を示す模式図である。図17を参照して、リング回転割れ疲労試験機について説明する。   FIG. 17 is a schematic diagram showing the configuration of the main part of the ring rotation crack fatigue tester. With reference to FIG. 17, a ring rotation crack fatigue tester will be described.

図17を参照して、リング回転割れ疲労試験機80は、円筒状の形状を有する駆動ローラ82と、負荷ローラ83と、案内ローラ84とを備える。駆動ローラ82、負荷ローラ83および案内ローラ84は、回転軸が平行になるとともに、外周面がリング回転割れ疲労試験片81に接触可能なように配置される。そして、リング回転割れ疲労試験機80は、給油ノズル86をさらに備え、当該給油ノズル86によりパッド85に給油され、リング回転割れ疲労試験片81に対して潤滑油を給油可能な構成となっている。   Referring to FIG. 17, ring rotation crack fatigue testing machine 80 includes a driving roller 82 having a cylindrical shape, a load roller 83, and a guide roller 84. The drive roller 82, the load roller 83, and the guide roller 84 are arranged so that the rotation axes are parallel and the outer peripheral surface can contact the ring rotation crack fatigue test piece 81. The ring rotation crack fatigue testing machine 80 further includes an oil supply nozzle 86, and the oil is supplied to the pad 85 by the oil supply nozzle 86, so that lubricating oil can be supplied to the ring rotation crack fatigue test piece 81. .

次に、試験の手順を説明する。まず、リング回転割れ疲労試験片81は、駆動ローラ82、負荷ローラ83および案内ローラ84に外周面において接触するように配置される。そして、リング回転割れ疲労試験片81は、駆動ローラ82および負荷ローラ83により径方向に圧縮される応力を負荷されつつ、駆動ローラ82が回転することにより駆動され、案内ローラ84に案内されて回転する。以上のようにリング回転割れ疲労試験機80を運転し、10個の試験片を用いて試験数は10回とし、リング回転割れ疲労試験片81の外周面に割れが発生するまでの時間を調査し、当該時間を割れ寿命とした。得られた寿命を統計的に解析し、累積破損確率が10%となる寿命を算出した。   Next, the test procedure will be described. First, the ring rotation crack fatigue test piece 81 is disposed so as to come into contact with the drive roller 82, the load roller 83, and the guide roller 84 on the outer peripheral surface. The ring rotation cracking fatigue test piece 81 is driven by the rotation of the driving roller 82 while being subjected to a stress compressed in the radial direction by the driving roller 82 and the load roller 83, and is rotated by being guided by the guide roller 84. To do. As described above, the ring rotation crack fatigue tester 80 is operated, the number of tests is 10 times using 10 test pieces, and the time until cracks occur on the outer peripheral surface of the ring rotation crack fatigue test piece 81 is investigated. And the said time was made into the crack life. The obtained lifetime was statistically analyzed, and the lifetime at which the cumulative failure probability was 10% was calculated.

次に試験結果について説明する。試験結果を表3に示す。表3には、各試験片の割れ寿命の、現用の軸受鋼(No.31)を1としたときの比を表している。開発鋼(No.1〜6)、比較鋼(No.7〜30)ともに、現用の軸受鋼(No.31)より長寿命の傾向を示す。しかし一部の比較鋼では、比較的短寿命となっている(No.9、25)。これは、表層部の残留応力と内部硬度との影響と考えられる。一方、開発鋼はいずれも現用の軸受鋼(No.31)の2.5倍以上の割れ寿命を有し、内部硬度が高いにもかかわらず現用の浸炭鋼(No.32)と同等以上の割れ寿命を示している。したがって、この発明に係る開発鋼の割れ寿命が現用の軸受鋼から大きく改善していることがわかる。   Next, test results will be described. The test results are shown in Table 3. Table 3 shows the ratio of the crack life of each test piece when the current bearing steel (No. 31) is 1. Both the developed steel (No. 1 to 6) and the comparative steel (No. 7 to 30) show a longer life trend than the current bearing steel (No. 31). However, some comparative steels have a relatively short life (No. 9, 25). This is considered to be the influence of the residual stress and internal hardness of the surface layer portion. On the other hand, all the developed steels have a crack life of 2.5 times or more that of the current bearing steel (No. 31), which is equal to or higher than that of the current carburized steel (No. 32) despite the high internal hardness. It shows the crack life. Therefore, it can be seen that the crack life of the developed steel according to the present invention is greatly improved from the current bearing steel.

以下、この発明の実施例9について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、経年寸法変化率の測定を行なった。上述した静圧壊強度試験の試験片と同一寸法、同一形状の試験片を用いた。そして、当該試験片を150℃に昇温し、当該温度で1000時間保持する処理を行なった。そして、当該処理前後における試験片の外径の寸法変化率(経年寸法変化率)を測定した。なお、本試験は、工作機械における実際の使用環境において、工作機械用転動部材が長期間使用された場合の、経時的な寸法変化を調査する目的で実施された。   Embodiment 9 of the present invention will be described below. Using the test piece produced by the production method described above, the aging change rate was measured. A test piece having the same dimensions and shape as the test piece of the static crushing strength test described above was used. And the process which heated the said test piece to 150 degreeC and hold | maintained at the said temperature for 1000 hours was performed. And the dimensional change rate (aging dimensional change rate) of the outer diameter of the test piece before and after the treatment was measured. In addition, this test was implemented in order to investigate the time-dependent dimensional change when the rolling member for machine tools was used for a long period of time in the actual use environment in a machine tool.

次に試験結果について説明する。試験結果を表3に示す。表3を参照して、開発鋼(No.3〜4)および比較鋼(No.28〜30)ともに、現用の軸受鋼(No.31)および現用の浸炭鋼(No.32)に比べて、経年寸法変化率が著しく小さくなっており、寸法安定性が大幅に改善していることが分かる。これは、開発鋼および比較鋼は、280℃で焼戻を実施しても十分な硬度を有するため、当該温度で焼戻が実施されているのに対し、現用の軸受鋼および現用の浸炭鋼は、280℃で焼戻を実施すると工作機械用転動部材として十分な硬度が確保できないため、180℃で焼戻が実施されていることに起因すると考えられる。すなわち、本発明に係る開発鋼は、経時的な寸法安定性において、現用鋼を大幅に上回っていることが確認された。   Next, test results will be described. The test results are shown in Table 3. Referring to Table 3, both the developed steel (No. 3-4) and the comparative steel (No. 28-30) are compared with the current bearing steel (No. 31) and the current carburized steel (No. 32). It can be seen that the aging dimensional change rate is remarkably reduced, and the dimensional stability is greatly improved. This is because the developed steel and the comparative steel have sufficient hardness even if tempering is performed at 280 ° C., so that the current bearing steel and the current carburized steel are used. Is considered to result from the fact that tempering is performed at 180 ° C. because sufficient hardness cannot be secured as a rolling member for machine tools when tempering is performed at 280 ° C. That is, it was confirmed that the developed steel according to the present invention significantly exceeds the current steel in dimensional stability over time.

以下、この発明の実施例10について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用いてアンギュラ玉軸受を作製し、転動疲労寿命試験を行なった。転動疲労寿命試験の条件を表12に示す。   The tenth embodiment of the present invention will be described below. Angular contact ball bearings were produced using the test pieces produced by the production method described above, and a rolling fatigue life test was conducted. Table 12 shows the conditions of the rolling fatigue life test.

Figure 0004703505
Figure 0004703505

まず、内径φ100mm、外径φ150mm、厚さt24mmのアンギュラ玉軸受用軌道輪を上記実施例1と同様の方法により作製した。そして、当該軌道輪と、別途準備した窒化珪素製のボールとを用いてアンギュラ玉軸受を作製し、転動疲労試験に供した。試験個数は各2個とした。   First, an angular contact ball bearing ring having an inner diameter of 100 mm, an outer diameter of 150 mm, and a thickness of t24 mm was produced by the same method as in Example 1 above. And the angular contact ball bearing was produced using the said bearing ring and the ball | bowl made from silicon nitride prepared separately, and it used for the rolling fatigue test. The number of tests was two each.

次に試験結果について説明する。試験結果を表3に示す。表3には、各試験片において、軌道輪に剥離が発生するまでの時間の平均値が「アンギュラ玉軸受での寿命」として示されている。なお、軌道輪に剥離が発生せず、焼付が生じた場合の試験結果は、除外されている。   Next, test results will be described. The test results are shown in Table 3. Table 3 shows the average value of the time until separation occurs on the raceway in each test piece as “lifetime of the angular ball bearing”. Note that test results in the case where seizure does not occur on the raceway and seizure occurs are excluded.

表3を参照して、本発明に係る開発鋼から構成された本発明の工作機械用転動部材である軌道輪を備えた軸受(本発明の工作機械用転がり軸受;No.3〜4)は、試験開始から3000時間経過時点においても軌道輪に剥離が発生しなかった。一方、現用鋼であるSUJ2やSCM420から構成された軌道輪を備えた軸受(No.31〜32)は、1000時間程度で軌道輪に剥離が発生した。このことから、本発明の工作機械用転動部材である軌道輪(No.3〜4)は、従来の転動部材である軌道輪(No.31〜32)に対して、3倍程度あるいはそれ以上の転動疲労寿命を有していることが確認された。   Referring to Table 3, a bearing provided with a bearing ring that is a rolling member for a machine tool of the present invention composed of the developed steel according to the present invention (rolling bearing for a machine tool of the present invention; Nos. 3 to 4) No peeling occurred on the raceway even after 3000 hours from the start of the test. On the other hand, in the bearings (Nos. 31 to 32) provided with the bearing rings made of SUJ2 and SCM420, which are current steels, peeling occurred on the bearing rings in about 1000 hours. From this, the bearing ring (No. 3-4) which is a rolling member for machine tools of the present invention is about three times as large as the bearing ring (No. 31-32) which is a conventional rolling member. It was confirmed that it had a rolling fatigue life longer than that.

また、比較例の鋼から構成された軌道輪(No.28〜30)も、従来の転動部材である軌道輪(No.31〜32)に対して、2倍程度の転動疲労寿命を有しているが、本発明の工作機械用転動部材である軌道輪(No.3〜4)と比較すると寿命が短くなっている。   Moreover, the bearing ring (No. 28-30) comprised from the steel of the comparative example also has a rolling fatigue life of about twice that of the bearing ring (No. 31-32) which is a conventional rolling member. Although it has, the lifetime is shortened compared with the bearing ring (No. 3-4) which is a rolling member for machine tools of this invention.

以上より、本発明の工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受は、従来の工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受に比べて、耐久性に優れていることが確認された。   From the above, it was confirmed that the rolling member for machine tool and the rolling bearing for machine tool of the present invention were superior in durability compared to the conventional rolling member for machine tool and the rolling bearing for machine tool.

なお、これまでの説明においては、浸炭焼入を実施した試験片を用いて実施した試験結果について実施例として説明したが、浸炭窒化焼入を実施した他の試験片を用いて同様に試験を実施した。その結果、浸炭焼入を実施した試験片以上の焼戻軟化抵抗性を示すとともに、材質および機械的特性において遜色ない結果を示すことを確認している。   In the description so far, the test results carried out using the test pieces subjected to carburizing and quenching were explained as examples, but the test was similarly conducted using other test pieces subjected to carbonitriding and quenching. Carried out. As a result, it has been confirmed that the temper softening resistance is higher than that of the test piece subjected to carburizing and quenching, and the result is inferior in material and mechanical characteristics.

浸炭窒化焼入の具体的な熱処理方法は以下の通りである。まず、成形部品を920℃に加熱し、このとき雰囲気ガスのカーボンポテンシャル=1.0となるよう調整して、この温度で480分間保持した。その内300分間は、雰囲気ガスであるRXガスにアンモニアガスを、RXガス比5体積%の量を添加した。これにより、浸炭窒化処理および拡散処理を行なった。その後、温度を850℃に下げてから、成形部品を油中に浸漬して急冷し1次焼入を行なった。さらに成形部品を850℃に再加熱して50分間保持し、再度油中に浸漬して850℃から急冷し2次焼入を行なった。さらに、成形部品を280℃に加熱して120分間保持し、その後室温の空気中で冷却し、焼戻処理を行なった。   A specific heat treatment method for carbonitriding and quenching is as follows. First, the molded part was heated to 920 ° C., and at this time, the carbon potential of the atmospheric gas was adjusted to be 1.0, and kept at this temperature for 480 minutes. Among them, for 300 minutes, ammonia gas was added to RX gas, which is an atmospheric gas, and an amount of 5% by volume of RX gas was added. Thereby, carbonitriding and diffusion treatment were performed. Thereafter, the temperature was lowered to 850 ° C., and the molded part was immersed in oil and rapidly cooled to perform primary quenching. Further, the molded part was reheated to 850 ° C. and held for 50 minutes, immersed again in oil, rapidly cooled from 850 ° C., and subjected to secondary quenching. Further, the molded part was heated to 280 ° C. and held for 120 minutes, then cooled in air at room temperature, and tempered.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて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、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受は、主軸が回転することにより被加工物を加工する工作機械において、回転駆動される主軸を、当該主軸に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する工作機械用転がり軸受を構成する工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受に、特に有利に適用され得る。   The rolling member for a machine tool and the rolling bearing for a machine tool according to the present invention are members in which a rotating spindle is disposed adjacent to the spindle in a machine tool that processes a workpiece by rotating the spindle. The present invention can be applied particularly advantageously to a rolling member for a machine tool and a rolling bearing for a machine tool that constitute a rolling bearing for a machine tool that is rotatably supported with respect to the machine tool.

工作機械用転がり軸受としてのアンギュラ玉軸受および円筒ころ軸受を備えた工作機械の主軸周辺の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure around the main axis | shaft of the machine tool provided with the angular ball bearing and cylindrical roller bearing as a rolling bearing for machine tools. 工作機械用転がり軸受としてのアンギュラ玉軸受の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the angular ball bearing as a rolling bearing for machine tools. 図2の要部を拡大して示した概略部分断面図である。It is the general | schematic fragmentary sectional view which expanded and showed the principal part of FIG. 工作機械用転がり軸受としての円筒ころ軸受の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the cylindrical roller bearing as a rolling bearing for machine tools. 図4の要部を拡大して示した概略部分断面図である。FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. 4. 工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受の製造方法の概略を示す流れ図である。It is a flowchart which shows the outline of the manufacturing method of the rolling member for machine tools, and the rolling bearing for machine tools. 工作機械用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程における熱処理方法を説明する図である。It is a figure explaining the heat processing method in the heat processing process included in the manufacturing method of the rolling member for machine tools. 工作機械用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程における熱処理方法の変形例を説明する図である。It is a figure explaining the modification of the heat processing method in the heat processing process included in the manufacturing method of the rolling member for machine tools. 工作機械用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程における、熱処理方法の他の変形例を説明する図である。It is a figure explaining the other modification of the heat processing method in the heat processing process included in the manufacturing method of the rolling member for machine tools. φ12点接触試験機の主要部の構成を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the structure of the principal part of a (phi) 12 point contact test machine. φ12点接触試験機の主要部の構成を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows the structure of the principal part of a (phi) 12 point contact test machine. 2円筒型試験機の主要部の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the principal part of a 2 cylinder type testing machine. サバン型摩耗試験機の主要部の構成を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the structure of the principal part of a Saban-type abrasion tester. サバン型摩耗試験機の主要部の構成を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows the structure of the principal part of a Saban-type abrasion tester. 超音波疲労試験機の主要部の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the principal part of an ultrasonic fatigue testing machine. 静圧壊強度試験の試験片を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the test piece of a static crushing strength test. リング回転割れ疲労試験機の主要部の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the principal part of a ring rotation crack fatigue testing machine.

符号の説明Explanation of symbols

1 アンギュラ玉軸受、2 円筒ころ軸受、11,21 外輪、11A,21A 外輪転走面、11B,12B,13B,21B,22B,23B 硬化処理層、11C,12C,13C,21C,22C,23C 内部、12,22 内輪、12A,22A 内輪転走面、13 玉、13A 玉転走面、14,24 保持器、23 円筒ころ、23A ころ転走面、30 点接触試験機、31 転動疲労寿命試験片、32 駆動ローラ、33 案内ローラ、34 鋼球、40 サバン型摩耗試験機、41 摩耗試験片、42 重錘、43 ロードセル、44 エアスライダ、45 相手材、46 潤滑油、50 超音波疲労試験機、51 超音波疲労試験片、52 ホーン部、53 振動子、54 増幅器、55 制御装置、56 すき間ゲージ、57 オシロスコープ、60 2円筒型試験機、61 第1試験片、62 第2試験片、63 第1軸、64 第2軸、65 回転速度計、66 スリップリング、71 静圧壊強度試験片、72 荷重方向、80 リング回転割れ疲労試験機、81 リング回転割れ疲労試験片、82 駆動ローラ、83 負荷ローラ、84 案内ローラ、85 パッド、86 給油ノズル、90 工作機械、91 主軸、91A 外周面、91B 先端、92 ハウジング、92A 内壁、93 モータ、93A モータステータ、93B モータロータ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Angular contact ball bearing, 2 Cylindrical roller bearing, 11, 21 Outer ring, 11A, 21A Outer ring rolling surface, 11B, 12B, 13B, 21B, 22B, 23B Hardened layer, 11C, 12C, 13C, 21C, 22C, 23C Inside , 12, 22 inner ring, 12A, 22A inner ring rolling surface, 13 balls, 13A ball rolling surface, 14, 24 cage, 23 cylindrical roller, 23A roller rolling surface, 30 point contact tester, 31 rolling fatigue life Specimen, 32 Drive roller, 33 Guide roller, 34 Steel ball, 40 Saban type wear tester, 41 Wear test piece, 42 Weight, 43 Load cell, 44 Air slider, 45 Opposite material, 46 Lubricating oil, 50 Ultrasonic fatigue Tester, 51 Ultrasonic fatigue test piece, 52 Horn part, 53 Vibrator, 54 Amplifier, 55 Control device, 56 Clearance gauge, 57 Oscilloscope Loop, 602 cylindrical tester, 61 first test piece, 62 second test piece, 63 first axis, 64 second axis, 65 tachometer, 66 slip ring, 71 static crushing strength test piece, 72 load Direction, 80 Ring Rotation Crack Fatigue Tester, 81 Ring Rotation Crack Fatigue Test Specimen, 82 Drive Roller, 83 Load Roller, 84 Guide Roller, 85 Pad, 86 Oiling Nozzle, 90 Machine Tool, 91 Main Spindle, 91A Outer Surface, 91B Tip , 92 housing, 92A inner wall, 93 motor, 93A motor stator, 93B motor rotor.

Claims (4)

主軸が回転することにより被加工物を加工する工作機械において、回転駆動される前記主軸を、前記主軸に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する工作機械用転がり軸受を構成する工作機械用転動部材であって、
0.3質量%以上0.4%質量%以下の炭素と、0.2質量%以上0.5質量%未満の珪素と、0.3質量%以上0.8質量%以下のマンガンと、0.5質量%以上1.2質量%以下のニッケルと、1.6質量%以上2.5質量%以下のクロムと、0.1質量%以上0.7質量%以下のモリブデンと、0.3質量%以上0.8質量%以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、バナジウムの含有量はモリブデンの含有量以上であり、モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は珪素の含有量の2倍以上であり、クロムの含有量とモリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は2.3質量%以上3.5質量%以下である焼入処理された鋼から構成され、
表層部には、硬化処理層が形成され、
前記硬化処理層の硬度は、Hv700以上780以下であり、
前記硬化処理層に分布する炭化物の最大粒径は、10μm以下であり、
前記硬化処理層における前記炭化物の面積率は、7%以上25%以下であり、
前記硬化処理層より内側の領域である内部の硬度は、Hv500以上600以下であることを特徴とする、工作機械用転動部材。
In a machine tool that processes a workpiece by rotating a main shaft, a rolling bearing for a machine tool is configured to rotatably support the main shaft that is rotationally driven with respect to a member that is disposed adjacent to the main shaft. A rolling member for machine tools,
0.3% by mass or more and 0.4% by mass or less of carbon, 0.2% by mass or more and less than 0.5% by mass of silicon, 0.3% by mass or more and 0.8% by mass or less of manganese, 0.5 mass% or more and 1.2 mass% or less nickel, 1.6 mass% or more and 2.5 mass% or less chromium, 0.1 mass% or more and 0.7 mass% or less molybdenum, 0.3 The vanadium is contained in the balance iron and inevitable impurities, the vanadium content is equal to or greater than the molybdenum content, and the sum of the molybdenum content and the vanadium content. Is a quench-treated steel that is more than twice the silicon content, and the sum of the chromium content, the molybdenum content, and the vanadium content is not less than 2.3 mass% and not more than 3.5 mass%. Consisting of
In the surface layer part, a cured layer is formed,
The hardness of the cured layer is Hv 700 or more and 780 or less,
The maximum particle size of the carbide distributed in the cured layer is 10 μm or less,
The area ratio of the carbide in the cured layer is 7% or more and 25% or less,
An internal hardness which is an area inside the hardened layer is Hv500 or more and 600 or less, the rolling member for machine tools,
500℃での高温焼戻後における前記硬化処理層の硬度は、Hv550以上650以下であることを特徴とする、請求項1に記載の工作機械用転動部材。   The rolling member for machine tools according to claim 1, wherein the hardness of the hardened layer after high-temperature tempering at 500 ° C is Hv550 or higher and 650 or lower. モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は0.6質量%以上1.5質量%以下である鋼から構成されることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の工作機械用転動部材。   3. The machine tool according to claim 1, wherein the sum of the molybdenum content and the vanadium content is made of steel having a mass ratio of 0.6 mass% to 1.5 mass%. Rolling member for use. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の工作機械用転動部材を備えた、工作機械用転がり軸受。   The rolling bearing for machine tools provided with the rolling member for machine tools of any one of Claims 1-3.
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