JP4810866B2

JP4810866B2 - 軸受軌道輪の熱処理用の金型及び軸受軌道輪の製造方法

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Publication number: JP4810866B2
Application number: JP2005117329A
Authority: JP
Inventors: 制高橋; 丈晴浦西; 敏和斎藤; 慎介北原
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2025-04-14
Also published as: JP2006291339A

Description

この発明は、軸受の軌道輪の製造工程で用いられる熱処理用の金型、及び、軸受用軌道輪の製造方法に関する。

転がり軸受に用いられる軌道輪としての内輪、外輪は、転がり疲労による破損を防止するために熱処理が施されて硬さが高められている。しかし、超低速回転、高荷重の条件で使用されるころ軸受では、内輪、外輪の軌道面における破損形態が、一般的な転がり疲労によるものではなく、ころのすべりによる摩耗からの表面起点はくりが原因となる場合がある。
このような超低速回転でかつ高荷重の条件下で使用される転がり軸受として、スラブ連続鋳造機が備えているロール装置用のものがある。

スラブ連続鋳造機は、溶鋼からスラブ（鋳片）を連続的に鋳造する設備であり、スラブを圧延して所定の形状とするためのロール装置を備えている。ロール装置は、通過させるスラブの両面側において多数のロールを鋳造方向（スラブ移動方向）に並べた構成とされている。そして、これらロールがスラブをその両面側から挟むことでスラブを所定の形状に圧延している。このようなロール装置に用いられている転がり軸受として、例えば、特許文献１に示すようなものがある。

実開平５−７１４３８号公報

ロール装置に用いられるロールは超低速（１〜２回転／分）、重荷重ならびに高温の過酷な環境下で使用されている。このようなロールを支持している円筒ころ軸受の内輪、外輪の軌道面における破損形態は一般的な転がり疲労によるものではなく、ころのすべりによる摩耗からの表面起点はくりが原因となる。従って、長寿命化を図るために、その前段階の表面における摩耗をいかに抑えるかが課題となる。
軌道輪の表面における破損により軸受が損傷すると、スラブを挟む方向のロール間距離が変化し、スラブ品質の低下につながる。従って、軸受が損傷すると製造ラインを停止させる必要があり、スラブの減産となってしまう。
また、軸受の軌道輪の製造において軌道輪を熱処理することによりひずみが生ずるが、前記ロール装置に用いられる軸受は比較的大型のものであるため、そのひずみによる軌道輪の寸法精度の悪化が顕著に現れてしまうという問題点を有している。

そこで、この発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、寿命が長く、さらに、寸法精度の高い軸受軌道輪を製造することのできる熱処理用の金型、及び、製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するためのこの発明の軸受軌道輪の熱処理用の金型は、軸受軌道輪用の筒状半製品を外嵌させる軸部と、この軸部の一端部に設けられて前記筒状半製品の一端面に当接させる環状のフランジ部と、を備え、前記軸部の外周側は、前記筒状半製品の内周面に対して非接触となる軸方向に延びる凹溝と、当該筒状半製品の内周面に接触させて拘束する軸方向に延びる凸条部とが、周方向所定間隔に形成されており、前記フランジ部は、前記筒状半製品の一端面に対して部分的に接触させるべく欠損部が形成されており、前記フランジ部のうち前記欠損部以外であって前記筒状半製品の一端面と接触させる当接部に、軸方向の貫通孔が形成され、前記軸部の前記凸条部と前記フランジ部との間の隅部に、当該凸条部の周方向両側の前記凹溝に夫々開口する貫通溝が形成されていることを特徴としている。

このような金型を用いて筒状半製品の熱処理を行えば、軸部の凸条部により筒状半製品をその内周面側から拘束することができて、熱処理による歪みを小さくできる。つまり、筒状半製品の変形防止が可能となる。筒状半製品は、複数の凹溝が形成された軸部により拘束されるため、筒状半製品の内周面において、部分的に外方の熱処理雰囲気と同じ露出状態とさせることができる。さらに、フランジ部の欠損部により、筒状半製品の一端面においても、部分的に外方の熱処理雰囲気と同じ露出状態とさせることができる。これにより、筒状半製品の内周面と一端面に対して、熱処理の際の熱を十分伝えることができ、型に熱が奪われることがなく、熱処理不良を防止でき、軌道輪の寸法を安定させることができる。

また、前記金型は、フランジ部のうち前記欠損部以外であって前記筒状半製品の一端面と接触させる当接部に、軸方向の貫通孔が形成され、前記軸部の前記凸条部と前記フランジ部との間の隅部に、当該凸条部の周方向両側の前記凹溝に夫々開口する貫通溝が形成されているので、筒状半製品の一端部において、金型と接触する部分が多くなって熱処理の状態がその他の部分と異なるおそれがあるが、この構成によれば、軌道輪の内周側と外周側とで熱処理雰囲気の均一化が図れ、熱処理後の品質、均質化を大幅に向上させることができる。

さらに、この金型を用いて行う軸受軌道輪の製造方法は、鋼材からなる軸受軌道輪用の筒状半製品を浸炭または浸炭窒化焼入する工程と、この工程を終えた半製品を金型に嵌めて熱処理する型焼工程と、を含み、前記金型は、軸受軌道輪用の筒状半製品を外嵌させる軸部と、この軸部の一端部に設けられて前記筒状半製品の一端面に当接させる環状のフランジ部と、を備え、前記軸部の外周側は、前記筒状半製品の内周面に対して非接触となる軸方向に延びる凹溝と、当該筒状半製品の内周面に接触させて拘束する軸方向に延びる凸条部とが、周方向所定間隔に形成されており、前記フランジ部は、前記筒状半製品の一端面に対して部分的に接触させるべく欠損部が形成されていることを特徴としている。
この方法により製造された軸受軌道輪は、焼入により軌道輪の表層部（表面部）の硬さを高めることができ、さらに、型焼工程により筒状半製品の歪みを抑えることができ、寸法精度の高いものが得られる。

さらに、この製造方法は、炭素を０．１５〜０．３質量％含む鋼材からなる筒状半製品を浸炭又は浸炭窒化雰囲気中において加熱した後に冷却する第１の浸炭焼入工程と、この第１の浸炭焼入工程を終えた前記筒状半製品を浸炭又は浸炭窒化雰囲気中において加熱した後に冷却する第２の浸炭焼入工程と、この第２の浸炭焼入工程を終えた前記筒状半製品を金型に嵌めて熱処理する型焼工程と、を有し、前記筒状半製品を軸受軌道輪とし、前記金型は、軸受軌道輪用の筒状半製品を外嵌させる軸部と、この軸部の一端部に設けられて前記筒状半製品の一端面に当接させる環状のフランジ部と、を備え、前記軸部の外周側は、前記筒状半製品の内周面に対して非接触となる軸方向に延びる凹溝と、当該筒状半製品の内周面に接触させて拘束する軸方向に延びる凸条部とが、周方向所定間隔に形成されており、前記フランジ部は、前記筒状半製品の一端面に対して部分的に接触させるべく欠損部が形成されていることを特徴としている。

これによれば、製造された軸受軌道輪は、その軌道輪の表層部（表面部）の硬さを高めることができ、転動体のすべりによる摩耗からの表面基点はくりを抑えることができる。つまり、静的な高荷重条件での耐摩耗性を向上させることができる。軸受軌道輪の内部における硬さが高くなりすぎるのを抑えて、靭性の高いものとできる。
そして、型焼工程により筒状半製品の歪みを抑えることができ、寸法精度の高いものが得られる。

また、本発明の軸受軌道輪の製造方法は、鋼材からなる軸受軌道輪用の筒状半製品を浸炭または浸炭窒化焼入する工程と、この工程を終えた前記筒状半製品を外嵌させる軸部とこの軸部の一端部に設けられて当該筒状半製品の一端面に当接させる環状のフランジ部とを備えた金型に、当該筒状半製品を嵌めて熱処理する型焼工程とを含み、前記金型の前記軸部の外周側は、前記筒状半製品の内周面に対して非接触となる軸方向に延びる凹溝と、当該筒状半製品の内周面に接触させて拘束する軸方向に延びる凸条部とが、周方向所定間隔に形成されており、前記金型の前記フランジ部は、前記筒状半製品の一端面に対して部分的に接触させるべく欠損部が形成されており、前記型焼工程は、前記筒状半製品の内周面を、前記軸部により周方向の複数箇所から部分的に拘束して保持すると共に、残りの箇所においては熱処理雰囲気中に露出状となるようにして熱処理し、かつ、前記筒状半製品の一端面を、前記フランジ部により周方向の複数箇所において部分的に支持すると共に、残りの箇所においては前記熱処理雰囲気中に露出状となるようにして熱処理することを特徴としている。
この方法により製造された軸受軌道輪は、焼入により軌道輪の表層部（表面部）の硬さを高めることができる。さらに、型焼工程により筒状半製品の歪みを抑えることができ、寸法精度の高いものが得られる。そして、型焼工程では、筒状半製品の内周面において、部分的に外方の熱処理雰囲気と同じ露出状態とさせることができる。さらに、筒状半製品の一端面においても、部分的に外方の熱処理雰囲気と同じ露出状態とさせることができる。これにより、筒状半製品の内周面、一端面に対して、熱処理の際の熱を十分伝えることができ、型に熱が奪われることがなく、熱処理不良を防止できる。

本発明の金型によれば、熱処理による歪みを小さくすることができ、寸法精度の高い軌道輪を得ることができる。そして、本発明の製造方法によれば、軌道輪の表層部を硬くすることができ、静的な高荷重の条件下における耐摩耗性を向上させることが可能となる。これにより、超低速回転するころのすべりによる摩耗からの表面起点はくりを抑制することができ、軸受の長寿命化を図ることができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明の軸受軌道輪の製造方法により製造された内輪・外輪を有している転がり軸受が使用されている装置の一部を示す断面図である。この転がり軸受は、スラブ連続鋳造機用ロール装置が備えているロールＲを回転可能に支持する軸受とされている。
転がり軸受は、ロールＲの端部に外嵌している内輪１と、その径方向外方の外輪２と、これら内外輪１，２の間に介在させて転動自在とされている転動体としてのころ３と、外輪２に外嵌している円筒状の軸受ケーシング４と、この軸受ケーシング４を孔部６に装着させているベース部材５とを備えている。この転がり軸受は、外輪２の外周面が凸状の球面とされ、軸受ケーシング４の内周面がその凸状の球面と嵌合する凹状の球面とされて、自動調心軸受とされている。

この転がり軸受の内輪１、外輪２の製造方法について説明すると、棒状の素材を鍛造する鍛造工程と、この鍛造品を旋削して筒状半製品Ｗ（図２参照）とする旋削工程と、筒状半製品Ｗに高濃度浸炭処理を含む熱処理を行う熱処理工程と、熱処理されたものに研削・研磨を行い軸受軌道輪とする仕上げ工程とを備えている。
さらに、前記熱処理工程は、第１の浸炭焼入工程と、第２の浸炭焼入工程と、型焼工程とを有している。また、第２の浸炭焼入工程の後に焼き戻し工程を有している。

筒状半製品Ｗ（素材となる鋼材）の材質は、転がり軸受の軌道輪に用いられる公知の材質とすることができるが、この実施の形態においては、炭素を０．１５〜０．３質量％含む鋼材としている。筒状半製品Ｗ中の炭素含有量を０．１５〜０．３質量％とした理由は次の通りである。浸炭焼入工程における浸炭焼入は、表面浸炭層の炭素量と素材の炭素量とに差をつけることによって、焼入時の変態により転がり軸受に必要な圧縮残留応力を確保させる性質を有するが、素材となる鋼材中の炭素量が０．１５質量％未満では転がり軸受として必要な内部硬さが得られず、０．３質量％を越えると前述の浸炭焼入時の変態による圧縮残留応力が小さくなる。したがって、筒状半製品Ｗの炭素含有量は０．１５〜０．３質量％の範囲内としている。
そして、このような鋼材としては、例えば炭素０．１５〜０．３質量％、クロム１．２〜１．６質量％、ケイ素０．３５〜０．５５質量％およびマンガン０．３５〜０．６５質量％を含み、残部鉄および不可避不純物からなる、いわゆる準高温用軸受用鋼が用いられる。

第１の浸炭焼入工程は、前記筒状半製品Ｗを、カーボンポテンシャルが１．１％〜１．４％である浸炭雰囲気中において、９２５℃〜９５５℃で４時間〜８時間加熱した後に冷却することにより行われる。
このカーボンポテンシャルを１．１％〜１．４％としたのは、１．１％未満である場合、炭素含有量が０．１５〜０．３質量％のワーク（筒状半製品Ｗ）に対して十分に浸炭が行われず、所望の硬さが得られない。また、カーボンポテンシャルが１．４％を超えると、過剰浸炭が生じたり、大量の煤が発生するおそれがある。

また、浸炭処理温度を９２５℃〜９５５℃としたのは、９２５℃未満である場合、浸炭処理時間が長く必要となり生産効率が悪くなる。また９５５℃を越えると粗大な炭化物が生じやすくなる。なお、粗大な炭化物ははくりの起点となりうるため、表面における耐摩耗性を低下させてしまう。
浸炭処理時間は被処理物の寸法・形状により決まるが、４時間〜８時間とするのが一般的である。この時間が４時間未満であると十分な浸炭を行うことができない。また、８時間を越えると粗大な炭化物が生じやすくなる。
また、前記加熱後の冷却温度は７０℃〜９０℃とするのが好ましい。なお、冷却は油冷とすることができる。

次に、第２の浸炭焼入工程は、筒状半製品Ｗを、カーボンポテンシャルが１．１％〜１．４％である浸炭雰囲気中において、８３０℃〜８５０℃で３時間〜５時間加熱した後に冷却することにより行われる。
このカーボンポテンシャルを１．１％〜１．４％としたのは、１．１％未満である場合、炭素含有量が０．１５〜０．３質量％のワークに対して十分に浸炭が行われず、所望の硬さ等が得られない。また、カーボンポテンシャルが１．４％を超えると大量の煤が発生するおそれがある。

また、浸炭処理温度を８３０℃〜８５０℃としたのは、８３０℃未満である場合、浸炭処理時間が長く必要となり生産効率が悪くなる。また８５０℃を越えると粗大な炭化物が生じやすくなる。
浸炭処理時間は被処理物の寸法・形状により決まるが、３時間〜５時間とするのが一般的である。この時間が３時間未満であると十分な浸炭を行うことができない。また、５時間を越えると粗大な炭化物が生じやすくなる。
また、冷却温度は７０℃〜９０℃とするのが好ましい。冷却は油冷とすることができる。

そして、焼き戻し工程は、加熱温度を１５０℃〜１７０℃とすることができ、加熱時間を１時間〜３時間とすることができる。

そして、型焼工程は、焼き戻し工程を終えた筒状半製品Ｗを金型１０に嵌めて熱処理することにより行われる。型焼工程は、筒状半製品Ｗを、８００℃〜９００℃で５分〜６０分加熱した後に冷却することにより行われる。
加熱温度を８００℃〜９００℃としたのは、８００℃未満であるとオーステナイト化が不十分のため所望の表面硬さが得られない。また、９００℃を超えると結晶粒の粗大化により機械的性質の低下を引き起こすおそれがある。また、加熱時間を５分〜６０分としたのは、５分未満であると、ひずみ除去が不十分となる。上限は軌道輪寸法によるがこれ以上の効果の向上が望めない。

そして、この型焼工程において用いられる金型１０は、図２の断面図、図３の平面図に示すように、筒状半製品Ｗを外嵌させる軸部１１と、この軸部１１の下端部に設けられて筒状半製品Ｗの下端面に当接させる環状のフランジ部１２とを備えている。なお、図３において、筒状半製品Ｗを二点鎖線で示している。
軸部１１の外周側は、軸方向に真っ直ぐ延びる凹溝１３と、軸方向に真っ直ぐ延びる凸条部１４とが、周方向に所定間隔（交互）に形成されている。凹溝１３は、軸部１１に筒状半製品Ｗを外嵌させた状態で、筒状半製品Ｗの内周面２２に接触させないよう形成したものである。そして、凸条部１４は、筒状半製品Ｗの内周面２２に接触させる部分であり、軸部１１は全体として歯幅の広い歯車形状とされている。つまり、軸部１１の外周側部は、軸方向の凹溝１３が複数形成されて筒状半製品Ｗの内周面に部分的に接触させる複数の凸条部１４を備えている。

金型１０は、中実状（図示せず）であってもよいが、図２と図３に示すように、型焼処理の際の熱を金型１０に奪われにくくして、型焼を行う筒状半製品Ｗの品質を向上させるよう、軸部１１を中空状とするのが好ましい。
さらに、熱処理の際の温度上昇による膨張で、筒状半製品Ｗと金型１０（軸部１１外周側）との間に隙間が生じないよう、金型１０は、線膨張係数が筒状半製品Ｗよりも大きい材質とされている。

凸条部１４の径方向外方側の端面は、金型軸心を中心とする仮想円周面に一致する曲面とされており、この端面と筒状半製品Ｗの内周面とが密着する。そして、凹溝１３においては、筒状半製品Ｗの内周面と軸部１１との間に隙間ｇが存在することとなり、かつその隙間ｇは金型１０の軸方向の両端部に夫々開口している。これにより、筒状半製品Ｗの内周面２２を、軸部１１の凸条部１４により、周方向の複数箇所から部分的に拘束して保持すると共に、内周面２２のうちの残りの箇所においては、凹溝１３における隙間ｇにより、熱処理雰囲気中に露出状となるようにして熱処理を行う。

軸部１１の上端部側は、筒状半製品Ｗを容易に外嵌できるように、先端部に向かって軸部１１全体が縮径するテーパ面部１９が形成されている。そして、軸部１１の下端部側に環状の前記フランジ部１２が形成されている。
フランジ部１２は、筒状半製品Ｗの下端面２１に対して部分的に接触させるように欠損部１５が形成されている。欠損部１５は、円環板状のフランジ部１２を外周側から切り欠いて形成した切り欠き部である。そして、フランジ部１２のうち欠損部１５以外の部分が、筒状半製品Ｗの下端面２１と接触させる当接部１６となる。
これにより、筒状半製品Ｗの下端面２１を、フランジ部１２の当接部１６により周方向の複数箇所において部分的に支持すると共に、端面２１のうちの残りの箇所においては、欠損部１５により熱処理雰囲気中に露出状となるようにして熱処理を行う。

欠損部１５はフランジ部１２において、その周方向に等間隔で形成されており、欠損部１５と当接部１６とが周方向で交互に形成されることとなる。さらに、図３に示すように、切り欠き部からなるこの欠損部１５の周方向位置と軸部１１の凹溝１３の周方向位置とは一致しており、フランジ部１２の当接部１６の周方向位置と軸部１１の凸条部１４の周方向位置とが一致している。
すなわち、この金型１０は、図示しないが外周が平滑な円周面とされた軸部と、軸部よりも大径で外周が平滑な円周面とされたフランジ部とを有する部材に対して、その軸部の外周側部及びフランジ部を、ドリルやエンドミルなどにより、軸方向に１回のストロークで貫くようにして溝（凹溝１３と欠損部１５の溝底部）を形成することで製造される。これにより、凹溝１３における断面が円弧状とされた底面と、欠損部１５における断面が円弧状とされた底面とが一致している。

この金型１０のフランジ部１２において、筒状半製品Ｗの下端面２１と接触させる当接部１６に、軸方向の貫通孔１７が形成されている。貫通孔１７は、当接部１６のうち筒状半製品Ｗの下端面２１が接触する部分に開口するよう形成されており、１箇所の凸形状である当接部１６に対して１つの貫通孔１７が形成されている。
さらに、図４の拡大図に示すように、軸部１１の凸条部１４とフランジ部１２との間の隅部に、周方向を溝方向とする貫通溝１８が形成されている。貫通溝１８は、その溝の両端が凸条部１４の周方向両側の凹溝１３に夫々開口するよう形成されている。貫通溝１８の両側壁は、凸条部１４の径方向外方側の面１４ａと、これに直交するフランジ部１２の当接部１６の当接面１６ａとの双方に対して傾斜する角度で直線的に形成されている。例えば、貫通溝１８は、面１４ａ及び当接面１６ａに対して４５°の傾斜角度で傾斜する方向を深さ方向とする溝として形成されている。これにより、溝の形成が容易となる。
筒状半製品Ｗの下端部において金型１０と接触する部分が多くなって、熱処理がその他の部分よりも十分に行われないおそれがあるが、貫通孔１７、貫通溝１８が形成されていることにより、これを解消できる。

以上のような本発明の実施形態において、図１に示しているように、スラブ連続鋳造機用ロール装置に用いられる転がり軸受は比較的大型のものであり、また転動体としてころ３を有しているため、内輪１と外輪２とはその厚さに比べて軸方向に長くされている。従って、このような内輪１、外輪２を熱処理した場合、ひずみが生じやすく寸法精度を悪化させてしまう。しかし、前記金型１０を用いて型焼処理を行うことにより内輪１、外輪２のひずみを抑えて寸法精度を高めることができる。

そして、以上のような熱処理工程を有している製造方法によれば、軌道輪（内輪１、外輪２）の表層部において、次の（ア）及び（イ）に示す仕様のものを得ることができる。
（ア）最表面（即ち表面）を基準として０〜５０μｍの深さの部分においては、炭素量が１．０〜１．５質量％であり、ロックウェルＣ硬さが６４〜６６であり、圧縮残留応力が１５０〜２０００ＭＰａであり、最大炭化物径が３μｍ以下であり、炭化物面積率が１０〜２５％である。
（イ）最表面を基準として５０〜ａ／５μｍ（ａ＝有効硬化層深さ：μｍ）の深さの部分においては、炭素量が０．７５〜１．３質量％であり、圧縮残留応力が１５０〜１０００ＭＰａであり、残留オーステナイト量が２５〜４５％であり、最大炭化物径が１μｍ以下であり、炭化物面積率が１５％以下である。

そして、軌道輪の表層部を上記（ア）の仕様とすることで、転がり軸受の軌道輪の表面部において必要な耐摩耗性、耐疲労性、および耐圧痕性を得ることができ、軸受の耐久性を向上させることができる。
すなわち、上記炭素量が１．０質量％未満、上記ロックウェルＣ硬さが６４未満、上記圧縮残留応力が１５０ＭＰａ未満、上記最大炭化物径が３μｍを越えると表面における必要な耐摩耗性を得ることができず、一方、上記炭素量が１．５質量％を越え、ロックウェルＣ硬さが６６を超え、上記圧縮残留応力が２０００ＭＰａを越えても耐摩耗性向上効果は飽和してそれ以上増大しない。さらに、上記炭化物面積率が１０％未満であると必要な耐摩耗性を得ることができず、２５％を越えても耐摩耗性向上効果は飽和してそれ以上増大しない。なお、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分における炭素量は、析出した炭化物に含まれる炭素と、マトリックス中に含まれる炭素とを合わせた量である。

さらに、軌道輪の表層部を上記（イ）の仕様とすることで、耐摩耗性をさらに向上させることができる。なお、有効硬化層深さａは、ＪＩＳＧ０５５７に準拠した方法により測定することができる。また、上記仕様（ア）（イ）において、炭化物面積率は任意の０．１ｍｍ^２の範囲の部分における面積率である。

すなわち、上記（イ）の仕様において、上記炭素量、圧縮残留応力および残留オーステナイト量が、各々下限値未満では必要な耐摩耗性を得ることができず、上限値を越えると耐摩耗性向上効果は飽和してそれ以上増大しない。残留オーステナイト量が２５〜４５％であれば、靭性を向上させることができ、転がり疲れ寿命にも好影響を及ぼす。残留オーステナイト量は２５〜３５％であることがより望ましい。
なお、最表面を基準として５０〜ａ／５μｍの深さの部分における炭素量は、析出した炭化物に含まれる炭素と、マトリックス中に含まれる炭素とを合わせた量である。

また、転動体のすべりによる摩耗からの表面起点はくりは、非金属介在物が起点となる場合が多いが、炭化物についても粗大なものははくりの起点となりうるため、大きさおよび量を制限している。炭化物面積率は、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分においては１３％以下であることがより好ましく、同じく５０〜ａ／５μｍの深さの部分においては７％以下であることがより好ましい。

また、浸炭処理の方法は特に限定されず、固体浸炭、液体浸炭、ガス浸炭、真空浸炭、真空イオン浸炭等を用いることができるが、大量生産によりコストを低減できる点でガス浸炭が好ましい。さらに、前記浸炭処理にかえて、浸炭窒化処理をすることもできる。

そして、下記の実施例に示す製造方法により内輪１と外輪２を製造した。
（実施例）
炭素０．２質量％、ケイ素０．４質量％、マンガン０．５質量％およびクロム１．４質量％を含み、残部鉄および不可避不純物からなる鋼材を用いて所定形状の筒状半製品Ｗを作製し、これにガス浸炭による浸炭処理を行った。具体的には、９５０℃で７時間加熱した後８０℃に油冷する第１の浸炭焼入処理と、８４０℃で４時間加熱した後８０℃に油冷する第２の浸炭焼入処理と、１６０℃で２時間加熱した後空冷する焼戻し処理と、前記金型１０を用いて８８０℃で２０分加熱した後８０℃に冷却する型焼処理とを施した。上記２つの浸炭焼入処理の際のカーボンポテンシャルは１．２である。ついで、各素材の表面を、有効硬化層深さａが１０００μｍとなるように研磨した。

その結果、最表面から０〜５０μｍの深さの部分においては、炭素量が１．３〜１．４質量％となり、ロックウェルＣ硬さが６５となり、圧縮残留応力が２００〜２２０ＭＰａとなり、最大炭化物径が２．５μｍとなり、炭化物面積率が１３％となった。また、最表面から５０〜２００（ａ／５＝１０００／５）μｍの深さの部分においては、炭素量が０．９〜１．３質量％となり、圧縮残留応力が１８０〜２００ＭＰａとなり、残留オーステナイト量が３５％となり、最大炭化物径が０．８μｍとなり、炭化物面積率が７％となった。また、浸炭層以外の部分の内部硬さは４６ＨＲＣであった。
なお、炭化物面積率は、各深さ部分の断面における任意の０．１ｍｍ^２の範囲での面積率である。また、表面硬さと内部硬さはいずれもロックウェルＣ硬さであり、表面硬さは最表面を基準として５０μｍまでの深さの部分の硬さであり、内部硬さは浸炭層以外の部分の硬さである。さらに、この内輪１、外輪２は、ひずみが少なく寸法精度が良好であった。

次に、参考として、上記した型焼処理を行わず、かつ、上記した（ア）及び（イ）の仕様を有する表層部が得られなかった製造方法を比較例として示す。
（比較例）
９３０℃で５時間加熱した後８０℃に油冷する浸炭焼入処理を１回だけ行い、ついで１６０℃で２時間加熱して焼き戻し処理した。型焼処理を施していない。その他の条件は、上記実施例と同様とした。
その結果、最表面から０〜５０μｍの深さの部分においては、炭素量が０．９〜０．９５質量％となり、ロックウェルＣ硬さが６２となり、圧縮残留応力が１５０〜１６０ＭＰａとなり、且つこの層には炭化物が存在しなかった。また、最表面から５０〜２００μｍの深さの部分においては、炭素量が０．７〜０．９５質量％となり、圧縮残留応力が１４０〜１５０ＭＰａとなり、残留オーステナイト量が２２％となり、且つこの層にも炭化物が存在しなかった。なお、浸炭層以外の部分の内部硬さは４５ＨＲＣであった。

そして、図５は、前記実施例又は前記比較例による内輪１、外輪２を備えた転がり軸受をスラブ連続鋳造機用ロール装置に用いた場合における、内輪１及び外輪２の耐摩耗性を示す図である。実施例を○で示し、比較例を●で示している。実施例のものは、比較例のものと比べて、スラブ生産量が増加しても摩耗深さは小さく、同じスラブ生産量で比較すると、実施例の摩耗深さは比較例の摩耗深さの半分以下であり、実施例によるものは耐摩耗性が優れており、耐久性が高いものとなった。

発明に係る製造方法により製造された内輪・外輪を有している転がり軸受が使用されているロール装置の一部を示す断面図である本発明に係る軸受軌道輪の熱処理用の金型の断面図である。金型の平面図である。金型の要部拡大断面図である。本発明による軸受軌道輪と従来例とにおける耐摩耗性を説明するグラフである。

符号の説明

１内輪
２外輪
１０金型
１１軸部
１２フランジ部
１３凹溝
１４凸条部
１５欠損部
１６当接部
１７貫通孔
１８貫通溝
２１端面
２２内周面
Ｗ筒状半製品

Claims

軸受軌道輪用の筒状半製品を外嵌させる軸部と、この軸部の一端部に設けられて前記筒状半製品の一端面に当接させる環状のフランジ部と、を備え、
前記軸部の外周側は、前記筒状半製品の内周面に対して非接触となる軸方向に延びる凹溝と、当該筒状半製品の内周面に接触させて拘束する軸方向に延びる凸条部とが、周方向所定間隔に形成されており、
前記フランジ部は、前記筒状半製品の一端面に対して部分的に接触させるべく欠損部が形成されており、
前記フランジ部のうち前記欠損部以外であって前記筒状半製品の一端面と接触させる当接部に、軸方向の貫通孔が形成され、
前記軸部の前記凸条部と前記フランジ部との間の隅部に、当該凸条部の周方向両側の前記凹溝に夫々開口する貫通溝が形成されている
ことを特徴とする軸受軌道輪の熱処理用の金型。
鋼材からなる軸受軌道輪用の筒状半製品を浸炭または浸炭窒化焼入する工程と、
この工程を終えた半製品を金型に嵌めて熱処理する型焼工程と、を含み、
前記金型は、軸受軌道輪用の筒状半製品を外嵌させる軸部と、この軸部の一端部に設けられて前記筒状半製品の一端面に当接させる環状のフランジ部と、を備え、前記軸部の外周側は、前記筒状半製品の内周面に対して非接触となる軸方向に延びる凹溝と、当該筒状半製品の内周面に接触させて拘束する軸方向に延びる凸条部とが、周方向所定間隔に形成されており、前記フランジ部は、前記筒状半製品の一端面に対して部分的に接触させるべく欠損部が形成されていることを特徴とする軸受軌道輪の製造方法。
炭素を０．１５〜０．３質量％含む鋼材からなる筒状半製品を浸炭又は浸炭窒化雰囲気中において加熱した後に冷却する第１の浸炭焼入工程と、
この第１の浸炭焼入工程を終えた前記筒状半製品を浸炭又は浸炭窒化雰囲気中において加熱した後に冷却する第２の浸炭焼入工程と、
この第２の浸炭焼入工程を終えた前記筒状半製品を金型に嵌めて熱処理する型焼工程と、を有し、前記筒状半製品を軸受軌道輪とし、
前記金型は、軸受軌道輪用の筒状半製品を外嵌させる軸部と、この軸部の一端部に設けられて前記筒状半製品の一端面に当接させる環状のフランジ部と、を備え、前記軸部の外周側は、前記筒状半製品の内周面に対して非接触となる軸方向に延びる凹溝と、当該筒状半製品の内周面に接触させて拘束する軸方向に延びる凸条部とが、周方向所定間隔に形成されており、前記フランジ部は、前記筒状半製品の一端面に対して部分的に接触させるべく欠損部が形成されていることを特徴とする軸受軌道輪の製造方法。
鋼材からなる軸受軌道輪用の筒状半製品を浸炭または浸炭窒化焼入する工程と、
この工程を終えた前記筒状半製品を外嵌させる軸部とこの軸部の一端部に設けられて当該筒状半製品の一端面に当接させる環状のフランジ部とを備えた金型に、当該筒状半製品を嵌めて熱処理する型焼工程とを含み、
前記金型の前記軸部の外周側は、前記筒状半製品の内周面に対して非接触となる軸方向に延びる凹溝と、当該筒状半製品の内周面に接触させて拘束する軸方向に延びる凸条部とが、周方向所定間隔に形成されており、前記金型の前記フランジ部は、前記筒状半製品の一端面に対して部分的に接触させるべく欠損部が形成されており、
前記型焼工程は、前記筒状半製品の内周面を、前記軸部により周方向の複数箇所から部分的に拘束して保持すると共に、残りの箇所においては熱処理雰囲気中に露出状となるようにして熱処理し、かつ、前記筒状半製品の一端面を、前記フランジ部により周方向の複数箇所において部分的に支持すると共に、残りの箇所においては前記熱処理雰囲気中に露出状となるようにして熱処理することを特徴とする軸受軌道輪の製造方法。