JP5397928B2 - Machine parts - Google Patents

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本発明は、機械部品に関し、より特定的には、4質量%以上のクロムを含有する鋼からなり、表層部に窒素富化層が形成された機械部品に関するものである。   The present invention relates to a machine part, and more specifically to a machine part made of steel containing 4 mass% or more of chromium and having a nitrogen-enriched layer formed on the surface layer portion.

炭素含有量が0.15質量%以下である鋼からなる機械部品の表層部の強度を向上させる目的で、たとえば浸炭処理を行なうことにより表層部に他の領域に比べて炭素濃度の高い領域を形成した上で、表面を含む領域に他の領域に比べて窒素濃度が高い層である窒素富化層を形成する処理、たとえば窒化処理が行なわれる場合がある。従来の鋼の窒化処理方法としては、鋼をアンモニアなどの窒素源となる気体を含む雰囲気中で加熱することにより、鋼の表層部に窒素を侵入させる窒化処理が代表的である。しかし、クロム含有量の高い鋼、たとえば4質量%以上のクロムを含有する鋼からなる機械部品においては、表層部に化学的に安定な酸化膜が形成される。そのため、クロム含有量の高い鋼からなる機械部品に対して上記窒化処理を実施しても、表層部に窒素が侵入せず、窒素富化層が形成されないという問題があった。   For the purpose of improving the strength of the surface layer portion of a machine part made of steel having a carbon content of 0.15% by mass or less, for example, by performing a carburizing process, the surface layer portion has a region with a higher carbon concentration than other regions. After the formation, a process for forming a nitrogen-enriched layer, which is a layer having a higher nitrogen concentration than other areas, in a region including the surface, for example, a nitriding process may be performed. As a conventional steel nitriding treatment method, nitriding treatment in which nitrogen is introduced into the surface layer portion of steel by heating the steel in an atmosphere containing a gas serving as a nitrogen source such as ammonia is typical. However, in a machine part made of steel having a high chromium content, for example, steel containing 4% by mass or more of chromium, a chemically stable oxide film is formed on the surface layer portion. Therefore, even if the nitriding treatment is performed on a mechanical component made of steel having a high chromium content, there is a problem that nitrogen does not enter the surface layer portion and a nitrogen-enriched layer is not formed.

これに対し、鋼からなる被処理物を減圧した炉内に配置し、当該炉内に窒素源となる気体を含む気体を導入した上で、被処理物と被処理物に対向するように配置された部材、たとえば炉壁との間に電位差を生じさせてグロー放電を発生させ、被処理物を構成する鋼の表層部に窒素を侵入させる処理(プラズマ窒化処理)が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。そして、プラズマ窒化処理の制御については、たとえばグロー放電の分光分析に基づいて行なう方法や、被処理物を流れる電流の電流密度に基づいて行なう方法が提案されている(たとえば特許文献2および3参照)。これにより、4質量%以上のクロムを含有する鋼からなる機械部品の表層部に窒素富化層を形成することが可能となる。
特開平2−57675号公報 特開平7−118826号公報 特開平9−3646号公報
On the other hand, the object to be processed made of steel is arranged in a furnace having a reduced pressure, and after introducing a gas containing a gas to be a nitrogen source into the furnace, the object to be processed is arranged to face the object to be processed. A process (plasma nitriding process) has been proposed in which a potential difference is generated between the formed member, for example, a furnace wall, a glow discharge is generated, and nitrogen is penetrated into a surface layer portion of steel constituting the workpiece (for example, plasma nitriding process). , See Patent Document 1). With respect to the control of the plasma nitriding treatment, for example, a method based on spectroscopic analysis of glow discharge and a method based on the current density of the current flowing through the workpiece have been proposed (see, for example, Patent Documents 2 and 3). ). This makes it possible to form a nitrogen-enriched layer on the surface layer portion of a machine part made of steel containing 4 mass% or more of chromium.
Japanese Patent Laid-Open No. 2-57675 JP-A-7-118826 Japanese Patent Laid-Open No. 9-3646

しかしながら、上述のように4質量%以上のクロムを含有する鋼からなる機械部品の表層部に窒素富化層を形成した場合でも、当該機械部品の特性が十分に向上しない場合がある。すなわち、上述のような機械部品に応力が繰返し負荷された場合、早期に剥離や破断が発生することがある(疲労強度の低下)。また、上述のような機械部品に衝撃的な応力が負荷された場合、容易に破損が発生することもある(靭性の低下)。つまり、4質量%以上のクロムを含有する鋼からなる機械部品においては、単に窒素富化層を形成するのみでは、表層部の硬度は上昇するものの、特に疲労強度や靭性の点で、必ずしも十分な特性が得られない場合があるという問題があった。   However, even when a nitrogen-enriched layer is formed on the surface layer portion of a mechanical component made of steel containing 4% by mass or more of chromium as described above, the characteristics of the mechanical component may not be sufficiently improved. That is, when stress is repeatedly applied to the mechanical parts as described above, peeling or fracture may occur at an early stage (decrease in fatigue strength). Further, when a shocking stress is applied to the above-described mechanical component, breakage may easily occur (decrease in toughness). In other words, in mechanical parts made of steel containing 4% by mass or more of chromium, merely forming a nitrogen-enriched layer increases the hardness of the surface layer part, but it is not always sufficient particularly in terms of fatigue strength and toughness. There is a problem in that it may not be possible to obtain proper characteristics.

そこで、本発明の目的は、4質量%以上のクロムを含有する鋼からなるとともに、表層部に窒素富化層が形成されており、かつ疲労強度および靭性が十分に確保された機械部品を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a mechanical component that is made of steel containing 4% by mass or more of chromium, has a nitrogen-enriched layer formed in the surface layer portion, and has sufficient fatigue strength and toughness. It is to be.

本発明に従った機械部品は、0.11質量%以上0.15質量%以下の炭素と、0.1質量%以上0.25質量%以下の珪素と、0.15質量%以上0.35質量%以下のマンガンと、3.2質量%以上3.6質量%以下のニッケルと、4質量%以上4.25質量%以下のクロムと、4質量%以上4.5質量%以下のモリブデンと、1.13質量%以上1.33質量%以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成されている。表面を含む領域には、窒素濃度が0.05質量%以上である窒素富化層が形成されている。そして、窒素富化層における炭素濃度と窒素濃度との合計値は0.55質量%以上1.9質量%以下である。   The mechanical component according to the present invention includes 0.11% by mass to 0.15% by mass carbon, 0.1% by mass to 0.25% by mass silicon, and 0.15% by mass to 0.35% by mass. Manganese of not more than mass%, nickel of not less than 3.2 mass% and not more than 3.6 mass%, chromium of not less than 4 mass% and not more than 4.25 mass%, and molybdenum of not less than 4 mass% and not more than 4.5 mass% 1.13 mass% or more and 1.33 mass% or less of vanadium, and the balance iron and impurities are used. In the region including the surface, a nitrogen enriched layer having a nitrogen concentration of 0.05% by mass or more is formed. And the total value of the carbon concentration and nitrogen concentration in a nitrogen enriched layer is 0.55 mass% or more and 1.9 mass% or less.

本発明者は、4質量%以上のクロムを含有する鋼からなる機械部品に窒素富化層を形成した場合に、疲労強度や靭性が低下する原因について詳細な検討を行なった。その結果、以下のような現象が起こることに起因して、機械部品の疲労強度や靭性が低下することが分かった。   The present inventor has made a detailed study on the cause of a decrease in fatigue strength and toughness when a nitrogen-enriched layer is formed on a mechanical part made of steel containing 4% by mass or more of chromium. As a result, it was found that the fatigue strength and toughness of the machine parts are reduced due to the following phenomenon.

すなわち、上述のようにプラズマ窒化により4質量%以上のクロムを含有する鋼からなる機械部品に窒素富化層を形成した場合、表層部における窒素量が、機械部品を構成する鋼の固溶限(析出物に含まれる窒素も含めた固溶限)を超える。そのため、機械部品を構成する鋼には、結晶粒界に沿って析出する鉄の窒化物(FeN、FeNなど)が形成される。そして、アスペクト比2以上で、かつ7.5μm以上の長さで形成された鉄の窒化物(以下、アスペクト比2以上、かつ7.5μm以上の長さを有し、結晶粒界に沿って形成される鉄の窒化物を粒界析出物という)は、剥離や破断の起点となるおそれがある。 That is, when a nitrogen-enriched layer is formed on a mechanical part made of steel containing 4% by mass or more of chromium by plasma nitriding as described above, the amount of nitrogen in the surface layer portion is the solid solubility limit of the steel constituting the mechanical part. (Solution limit including nitrogen contained in the precipitate) is exceeded. Therefore, iron nitrides (Fe 3 N, Fe 4 N, etc.) that precipitate along the grain boundaries are formed in the steel constituting the machine part. An iron nitride formed with a length of not less than 2 μm and a length of not less than 7.5 μm (hereinafter referred to as having an aspect ratio of not less than 2 and a length of not less than 7.5 μm along the grain boundary) The formed iron nitride is referred to as grain boundary precipitate), which may be the starting point of peeling and fracture.

より具体的には、粒界析出物が形成された機械部品に応力が繰返し負荷された場合、当該粒界析出物が応力の集中源となり、亀裂が発生することがある。そして、この亀裂が進展し、剥離や破断に至るため、機械部品の疲労強度が低下する。また、粒界析出物が形成された機械部品に衝撃的な応力が負荷されると、当該粒界析出物が亀裂の発生や進展を助長するため、靭性が低下する場合がある。つまり、機械部品の表層部において過剰な量の窒素が侵入する結果、粒界析出物が形成され、これが原因となって機械部品の疲労強度や靭性が低下し得る。   More specifically, when stress is repeatedly applied to a machine part on which grain boundary precipitates are formed, the grain boundary precipitates may become a stress concentration source, and cracks may occur. And since this crack progresses and it leads to peeling and a fracture | rupture, the fatigue strength of a machine component falls. In addition, when shock stress is applied to the machine part on which the grain boundary precipitate is formed, the grain boundary precipitate promotes the generation and progress of cracks, and thus the toughness may be reduced. That is, as a result of an excessive amount of nitrogen entering the surface layer portion of the machine part, grain boundary precipitates are formed, which may cause a decrease in fatigue strength and toughness of the machine part.

これに対し、本発明の機械部品においては、適切な成分組成を有する鋼からなる機械部品の表面を含む領域に0.05質量%以上の窒素富化層を形成した上で、当該窒素富化層における炭素濃度と窒素濃度との合計値を適切な範囲とすることにより、粒界析出物の形成を抑制することが可能となっている。その結果、本発明の機械部品によれば、4質量%以上のクロムを含有する鋼からなるとともに、表層部に窒素富化層が形成されており、かつ疲労強度および靭性が十分に確保された機械部品を提供することができる。以下、本発明の機械部品を構成する鋼の成分範囲および窒素富化層における窒素および炭素の濃度を上記の範囲に限定した理由について説明する。   In contrast, in the machine part of the present invention, a nitrogen-enriched layer of 0.05% by mass or more is formed in a region including the surface of the machine part made of steel having an appropriate component composition, and then the nitrogen-enriched layer is formed. By making the total value of the carbon concentration and the nitrogen concentration in the layer within an appropriate range, formation of grain boundary precipitates can be suppressed. As a result, according to the mechanical component of the present invention, it is made of steel containing 4% by mass or more of chromium, a nitrogen-enriched layer is formed in the surface layer portion, and fatigue strength and toughness are sufficiently secured. Mechanical parts can be provided. Hereinafter, the reason why the component range of steel constituting the mechanical component of the present invention and the nitrogen and carbon concentrations in the nitrogen-enriched layer are limited to the above ranges will be described.

炭素:0.11質量%以上0.15質量%以下
機械部品を構成する鋼において、炭素が0.11質量%未満では、鋼の製造コスト上昇という問題が発生し得る。一方、炭素が0.15質量%を超えると、心部硬度の上昇、靱性の低下という問題が発生し得る。したがって、炭素は0.11質量%以上0.15質量%以下とする必要がある。
Carbon: 0.11% by mass or more and 0.15% by mass or less In the steel constituting the machine part, if the carbon is less than 0.11% by mass, there may be a problem that the manufacturing cost of the steel increases. On the other hand, when carbon exceeds 0.15 mass%, problems such as an increase in core hardness and a decrease in toughness may occur. Therefore, carbon needs to be 0.11 mass% or more and 0.15 mass% or less.

珪素:0.1質量%以上0.25質量%以下
機械部品を構成する鋼において、珪素が0.1質量%未満では、鋼の製造コスト上昇という問題が発生し得る。一方、珪素が0.25質量%を超えると、素材の硬度が上昇し冷間加工性が低下するという問題が発生し得る。したがって、珪素は0.1質量%以上0.25質量%以下とする必要がある。
Silicon: 0.1 mass% or more and 0.25 mass% or less In the steel which comprises a machine part, if silicon is less than 0.1 mass%, the problem of the manufacturing cost rise of steel may generate | occur | produce. On the other hand, when silicon exceeds 0.25 mass%, the problem that the hardness of a raw material will rise and cold workability will fall may generate | occur | produce. Therefore, silicon needs to be 0.1 mass% or more and 0.25 mass% or less.

マンガン:0.15質量%以上0.35質量%以下
機械部品を構成する鋼において、マンガンが0.15質量%未満では、鋼の製造コスト上昇という問題が発生し得る。一方、マンガンが0.35質量%を超えると、素材の硬度が上昇し冷間加工性が低下するという問題が発生し得る。したがって、マンガンは0.15質量%以上0.35質量%以下とする必要がある。
Manganese: 0.15% by mass or more and 0.35% by mass or less In the steel constituting the machine part, if manganese is less than 0.15% by mass, there may be a problem of an increase in the manufacturing cost of the steel. On the other hand, when manganese exceeds 0.35 mass%, the problem that the hardness of a raw material will rise and cold workability will fall may generate | occur | produce. Therefore, manganese needs to be 0.15 mass% or more and 0.35 mass% or less.

ニッケル:3.2質量%以上3.6質量%以下
機械部品を構成する鋼において、ニッケルが3.2質量%未満では、耐食性や硬度、靱性の向上という効果が少なくなるという問題が発生し得る。一方、ニッケルが3.6質量%を超えると、残留オーステナイト量の増加という問題が発生し得る。したがって、ニッケルは3.2質量%以上3.6質量%以下とする必要がある。
Nickel: 3.2 mass% or more and 3.6 mass% or less In steel constituting machine parts, if nickel is less than 3.2 mass%, there may be a problem that the effect of improving corrosion resistance, hardness and toughness is reduced. . On the other hand, when nickel exceeds 3.6 mass%, the problem of an increase in the amount of retained austenite may occur. Therefore, nickel needs to be 3.2 mass% or more and 3.6 mass% or less.

クロム:4質量%以上4.25質量%以下
機械部品を構成する鋼において、クロムが4質量%未満では、焼戻し軟化抵抗の低下という問題が発生し得る。一方、クロムが4.25質量%を超えると、炭化物の固溶を阻害するという問題が発生し得る。したがって、クロムは4質量%以上4.25質量%以下とする必要がある。
Chromium: 4% by mass or more and 4.25% by mass or less In the steel constituting the machine part, if chromium is less than 4% by mass, there may be a problem that the temper softening resistance is lowered. On the other hand, when chromium exceeds 4.25 mass%, the problem of inhibiting the solid solution of a carbide | carbonized_material may generate | occur | produce. Therefore, chromium needs to be 4 mass% or more and 4.25 mass% or less.

モリブデン:4質量%以上4.5質量%以下
機械部品を構成する鋼において、モリブデンが4質量%未満では、焼戻軟化抵抗の低下という問題が発生し得る。一方、モリブデンが4.5質量%を超えると、鋼の製造コスト上昇という問題が発生し得る。したがって、モリブデンは4質量%以上4.5質量%以下とする必要がある。
Molybdenum: 4 mass% or more and 4.5 mass% or less In the steel which comprises a machine part, if molybdenum is less than 4 mass%, the problem that a temper softening resistance fall may generate | occur | produce. On the other hand, when molybdenum exceeds 4.5 mass%, the problem that the manufacturing cost of steel rises may generate | occur | produce. Therefore, molybdenum needs to be 4 mass% or more and 4.5 mass% or less.

バナジウム:1.13質量%以上1.33質量%以下
機械部品を構成する鋼において、バナジウムが1.13質量%未満では、焼戻軟化抵抗の低下やバナジウム添加によるミクロ組織の微細化の効果が少なくなるという問題が発生し得る。一方、バナジウムが1.33質量%を超えると、鋼の製造コスト上昇という問題が発生し得る。したがって、バナジウムは1.13質量%以上1.33質量%以下とする必要がある。
Vanadium: 1.13 mass% or more and 1.33 mass% or less In the steel constituting the machine part, when vanadium is less than 1.13 mass%, the effect of reducing the temper softening resistance and refining the microstructure by adding vanadium is obtained. The problem of fewer may occur. On the other hand, when vanadium exceeds 1.33 mass%, the problem that the manufacturing cost of steel rises may generate | occur | produce. Therefore, vanadium needs to be 1.13 mass% or more and 1.33 mass% or less.

窒素富化層の窒素濃度:0.05質量%以上
上記鋼からなる機械部品において、表層部に十分な硬度を付与して耐摩耗性等を確保するためには、表面を含む領域に窒素濃度が0.05質量%以上である窒素富化層が形成されている必要がある。また、耐摩耗性等を一層向上させるためには、機械部品の表面における窒素濃度は、0.15質量%以上であることが好ましい。
Nitrogen concentration in the nitrogen-enriched layer: 0.05 mass% or more In the machine part made of the above steel, in order to give sufficient hardness to the surface layer portion to ensure wear resistance, the nitrogen concentration in the region including the surface It is necessary to form a nitrogen-enriched layer with 0.05% by mass or more. In order to further improve the wear resistance and the like, the nitrogen concentration on the surface of the machine part is preferably 0.15% by mass or more.

窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値:0.55質量%以上1.9質量%以下
上記鋼からなる機械部品において、表層部に十分な硬度を付与して耐摩耗性等を確保するためには、窒素濃度だけでなく炭素濃度をも管理することが重要である。そして、窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値が0.55質量未満では、表層部に十分な硬度を付与して耐摩耗性等を確保することが難しくなることを、本発明者は見出した。したがって、窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値は、0.55質量%以上とする必要がある。また、表層部に十分な硬度を付与して耐摩耗性等を確保することを容易にするためには、窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値は、0.7質量%以上とすることが好ましい。
Total value of nitrogen concentration and carbon concentration in the nitrogen-enriched layer: 0.55% by mass or more and 1.9% by mass or less In the machine part made of the above steel, the surface layer portion is given sufficient hardness to provide wear resistance and the like. In order to secure it, it is important to manage not only the nitrogen concentration but also the carbon concentration. And, if the total value of the nitrogen concentration and the carbon concentration in the nitrogen-enriched layer is less than 0.55 mass, it is difficult to impart sufficient hardness to the surface layer portion to ensure wear resistance and the like. Found. Therefore, the total value of the nitrogen concentration and the carbon concentration in the nitrogen-enriched layer needs to be 0.55% by mass or more. Further, in order to make it easy to provide sufficient hardness to the surface layer portion to ensure wear resistance and the like, the total value of the nitrogen concentration and the carbon concentration in the nitrogen-enriched layer is 0.7% by mass or more. It is preferable that

一方、上記鋼からなる機械部品において、表層部の窒素濃度が高くなると粒界析出物が形成されやすくなり、炭素濃度が高くなるとその傾向がより強くなる。そして、窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値が1.9質量%を超えると、粒界析出物の形成を抑制することが難しくなることを、本発明者は見出した。したがって、窒素富化層における窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値は、1.9質量%以下とする必要がある。また、粒界析出物の形成を一層抑制するためには、窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値は、1.7質量%以下とすることが好ましい。なお、上記炭素濃度および窒素濃度とは、鉄、クロムなどの炭化物や窒化物以外の領域である素地(母相)における濃度をいう。   On the other hand, in the machine parts made of steel, when the nitrogen concentration in the surface layer portion becomes high, grain boundary precipitates are easily formed, and when the carbon concentration becomes high, the tendency becomes stronger. And this inventor discovered that it will become difficult to suppress formation of a grain-boundary precipitate when the total value of the nitrogen concentration and carbon concentration in a nitrogen enriched layer exceeds 1.9 mass%. Therefore, the total value of the nitrogen concentration and the carbon concentration in the nitrogen enriched layer in the nitrogen enriched layer needs to be 1.9% by mass or less. Moreover, in order to further suppress the formation of grain boundary precipitates, the total value of the nitrogen concentration and the carbon concentration in the nitrogen-enriched layer is preferably 1.7% by mass or less. The carbon concentration and the nitrogen concentration refer to concentrations in the substrate (matrix) which is a region other than carbides and nitrides such as iron and chromium.

上記機械部品において好ましくは、上記窒素富化層の厚みは0.11mm以上である。軸受、ハブ、等速自在継手、歯車などの機械部品においては、表面および表面直下、具体的には表面からの距離が0.11mm以内の領域の強度が重要となる場合が多い。そのため、上記窒素富化層の厚みを0.11mm以上とすることにより、機械部品に十分な強度を付与することが可能となる。なお、機械部品の強度を一層十分なものとするためには、上記窒素富化層の厚みは0.15mm以上であることが好ましい。   In the machine part, preferably, the thickness of the nitrogen-enriched layer is 0.11 mm or more. In mechanical parts such as bearings, hubs, constant velocity universal joints, and gears, the strength of the surface and the area immediately below the surface, specifically, the distance within 0.11 mm from the surface is often important. Therefore, by setting the thickness of the nitrogen-enriched layer to 0.11 mm or more, it is possible to impart sufficient strength to the machine part. In order to further increase the strength of the mechanical component, the thickness of the nitrogen-enriched layer is preferably 0.15 mm or more.

上記機械部品において好ましくは、上記窒素富化層は、800HV以上の硬度を有している。表層部に形成される窒素富化層の硬度を800HV以上とすることにより、機械部品の強度を一層確実に確保することが可能となる。   Preferably, in the mechanical component, the nitrogen-enriched layer has a hardness of 800 HV or higher. By setting the hardness of the nitrogen-enriched layer formed on the surface layer portion to 800 HV or more, it is possible to ensure the strength of the machine part more reliably.

上記機械部品において好ましくは、上記窒素富化層を顕微鏡にて観察した場合、アスペクト比2以上、長さ7.5μm以上の鉄の窒化物の数が、一辺150μmの正方形領域5視野内に1個以下である。   Preferably, in the mechanical part, when the nitrogen-enriched layer is observed with a microscope, the number of iron nitrides having an aspect ratio of 2 or more and a length of 7.5 μm or more is 1 or less in a 5 field of view of a square region having a side of 150 μm. It is.

上述のように、アスペクト比2以上、長さ7.5μm以上の鉄の窒化物である粒界析出物は、機械部品の疲労強度、靭性などの特性を低下させるおそれがある。そして、本発明者が上記成分組成を有する鋼からなる機械部品について、機械部品の疲労強度と粒界析出物の数密度との関係について調査したところ、上記窒素富化層を顕微鏡にて観察した場合、粒界析出物が一辺150μmの正方形領域5視野内に1個を超える数密度で存在すると、機械部品の疲労強度が低下することが分かった。したがって、窒素富化層を顕微鏡にて観察した場合、粒界析出物の数が一辺150μmの正方形領域5視野内に1個以下であることにより、機械部品の疲労強度を向上させることができる。なお、機械部品の疲労強度を一層向上させるためには、上記粒界析出物の数は、一辺150μmの正方形領域60視野内に1個以下であることが好ましい。   As described above, grain boundary precipitates, which are iron nitrides having an aspect ratio of 2 or more and a length of 7.5 μm or more, may reduce the characteristics such as fatigue strength and toughness of mechanical parts. And when the inventor investigated the relationship between the fatigue strength of the machine part and the number density of the grain boundary precipitates for the machine part made of steel having the above component composition, when the nitrogen-enriched layer was observed with a microscope, It has been found that when grain boundary precipitates are present at a number density of more than one in five fields of a square region having a side of 150 μm, the fatigue strength of the machine part is lowered. Therefore, when the nitrogen-enriched layer is observed with a microscope, the number of grain boundary precipitates is 1 or less in a 5 field of view of a square region having a side of 150 μm, so that the fatigue strength of mechanical parts can be improved. In order to further improve the fatigue strength of the machine part, the number of grain boundary precipitates is preferably 1 or less in the field of view of the square region 60 having a side of 150 μm.

上記本発明の機械部品は、軸受を構成する部品として用いられてもよい。表層部が窒化されることにより強化され、かつ粒界析出物の発生が抑制された本発明の機械部品は、疲労強度、耐摩耗性等が要求される機械部品である軸受を構成する部品として好適である。   The mechanical component of the present invention may be used as a component constituting a bearing. The mechanical component of the present invention, which is strengthened by nitriding the surface layer portion and suppresses the occurrence of grain boundary precipitates, is a component that constitutes a bearing that is a mechanical component that requires fatigue strength, wear resistance, etc. Is preferred.

なお、上述の機械部品を用いて、軌道輪と、軌道輪に接触し、円環状の軌道上に配置される転動体とを備えた転がり軸受を構成してもよい。すなわち、軌道輪および転動体の少なくともいずれか一方、好ましくは両方が、上述の機械部品である。表層部が窒化されることにより強化され、かつ粒界析出物の発生が抑制された本発明の機械部品を備えていることにより、当該転がり軸受によれば、長寿命な転がり軸受を提供することができる。   In addition, you may comprise the rolling bearing provided with the above-mentioned machine component and the rolling element which contacts a bearing ring and contacts a bearing ring, and is arrange | positioned on an annular | circular shaped raceway. That is, at least one of the bearing ring and the rolling element, preferably both are the above-described machine parts. By providing the mechanical part of the present invention in which the surface layer portion is strengthened by nitriding and the occurrence of grain boundary precipitates is suppressed, the rolling bearing provides a long-life rolling bearing. Can do.

なお、窒素富化層における窒素および炭素の濃度は、たとえばEPMA(Electron Probe Micro Analysis)により調査することができる。また、上記鉄の窒化物(粒界析出物)の数密度は、たとえば以下のように調査することができる。すなわち、まず機械部品を表面に垂直な断面で切断し、当該断面を研磨する。その後、適切な腐食液にて当該断面腐食した上で、窒素富化層をSEM(Scanning Electron Microscope;走査型電子顕微鏡)あるいは光学顕微鏡にて観察して写真を撮影する。そして、表面が視野の一辺として規定された一辺150μmの正方形の視野を画像解析装置により解析し、粒界析出物の数を調査する。これをランダムに5視野以上において実施し、5視野あたりの粒界析出物の数を算出する。   The concentration of nitrogen and carbon in the nitrogen-enriched layer can be investigated by, for example, EPMA (Electron Probe Micro Analysis). The number density of the iron nitride (grain boundary precipitates) can be investigated, for example, as follows. That is, first, a machine part is cut in a cross section perpendicular to the surface, and the cross section is polished. Thereafter, the cross section is corroded with an appropriate corrosive solution, and then the nitrogen-enriched layer is observed with a scanning electron microscope (SEM) or an optical microscope to take a photograph. Then, a square visual field having a side of 150 μm whose surface is defined as one side of the visual field is analyzed by an image analyzer, and the number of grain boundary precipitates is investigated. This is performed randomly in five or more visual fields, and the number of grain boundary precipitates per five visual fields is calculated.

以上の説明から明らかなように、本発明の機械部品によれば、4質量%以上のクロムを含有する鋼からなるとともに、表層部に窒素富化層が形成されており、かつ疲労強度および靭性が十分に確保された機械部品を提供することができる。   As is apparent from the above description, according to the mechanical component of the present invention, it is made of steel containing 4 mass% or more of chromium, a nitrogen-enriched layer is formed in the surface layer portion, and fatigue strength and toughness are formed. However, it is possible to provide a sufficiently secured mechanical component.

以下、図面に基づいて本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、その説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described 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機械部品を備えた転がり軸受としての深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。また、図2は、図1の要部を拡大して示す概略部分断面図である。図1および図2を参照して、本発明の一実施の形態における転がり軸受としての深溝玉軸受について説明する。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a deep groove ball bearing as a rolling bearing provided with mechanical parts according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the deep groove ball bearing as a rolling bearing in one embodiment of this invention is demonstrated.

図1を参照して、深溝玉軸受1は、環状の外輪11と、外輪11の内側に配置された環状の内輪12と、外輪11と内輪12との間に配置され、円環状の保持器14に保持された転動体としての複数の玉13とを備えている。外輪11の内周面には外輪転走面11Aが形成されており、内輪12の外周面には内輪転走面12Aが形成されている。そして、内輪転走面12Aと外輪転走面11Aとが互いに対向するように、外輪11と内輪12とは配置されている。さらに、複数の玉13は、玉転走面13Aにおいて内輪転走面12Aおよび外輪転走面11Aに接触し、かつ保持器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。以上の構成により、深溝玉軸受1の外輪11および内輪12は、互いに相対的に回転可能となっている。   Referring to FIG. 1, a deep groove ball bearing 1 is arranged between an annular outer ring 11, an annular inner ring 12 arranged inside the outer ring 11, and between the outer ring 11 and the inner ring 12. 14 and a plurality of balls 13 as rolling elements held by 14. An outer ring rolling surface 11 </ b> A is formed on the inner circumferential surface of the outer ring 11, and an inner ring rolling surface 12 </ b> A is formed on the outer circumferential surface of the inner ring 12. And the outer ring | wheel 11 and the inner ring | wheel 12 are arrange | positioned so that 12A of inner ring | wheel rolling surfaces and 11A of outer ring | wheels may mutually oppose. Further, the plurality of balls 13 are in contact with the inner ring rolling surface 12A and the outer ring rolling surface 11A on the ball rolling surface 13A, and are arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction by the cage 14, thereby forming an annular shape. It is held so that it can roll on the track. With the above configuration, the outer ring 11 and the inner ring 12 of the deep groove ball bearing 1 are rotatable relative to each other.

ここで、機械部品である外輪11、内輪12および玉13は、0.11質量%以上0.15質量%以下の炭素と、0.1質量%以上0.25質量%以下の珪素と、0.15質量%以上0.35質量%以下のマンガンと、3.2質量%以上3.6質量%以下のニッケルと、4質量%以上4.25質量%以下のクロムと、4質量%以上4.5質量%以下のモリブデンと、1.13質量%以上1.33質量%以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成されている。そして、図2を参照して、外輪11、内輪12および玉13の表面である外輪転走面11A、内輪転走面12Aおよび玉転走面13Aを含む領域には、窒素濃度が0.05質量%以上である外輪窒素富化層11B、内輪窒素富化層12Bおよび玉窒素富化層13Bが形成されている。さらに、外輪窒素富化層11B、内輪窒素富化層12Bおよび玉窒素富化層13Bにおける炭素濃度と窒素濃度との合計値は0.55質量%以上1.9質量%以下である。ここで、上記不純物は、鋼の原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものなどの不可避的不純物を含む。   Here, the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13, which are mechanical parts, are 0.11% by mass to 0.15% by mass of carbon, 0.1% by mass to 0.25% by mass of silicon, .15 mass% to 0.35 mass% manganese, 3.2 mass% to 3.6 mass% nickel, 4 mass% to 4.25 mass% chromium, 4 mass% to 4 mass% It is composed of a steel containing 0.5% by mass or less of molybdenum and 1.13% by mass or more and 1.33% by mass or less of vanadium, the balance being iron and impurities. Then, referring to FIG. 2, in the region including outer ring rolling surface 11 </ b> A, inner ring rolling surface 12 </ b> A and ball rolling surface 13 </ b> A which are the surfaces of outer ring 11, inner ring 12 and ball 13, the nitrogen concentration is 0.05. The outer ring nitrogen-enriched layer 11B, the inner ring nitrogen-enriched layer 12B, and the ball nitrogen-enriched layer 13B that are at least mass% are formed. Furthermore, the total value of the carbon concentration and the nitrogen concentration in the outer ring nitrogen-enriched layer 11B, the inner ring nitrogen-enriched layer 12B, and the ball nitrogen-enriched layer 13B is 0.55 mass% or more and 1.9 mass% or less. Here, the impurities include inevitable impurities such as those derived from steel raw materials or those mixed in the manufacturing process.

本実施の形態における機械部品である外輪11、内輪12および玉13においては、上記適切な成分組成を有する鋼からなるとともに、表面に形成された外輪転走面11A、内輪転走面12Aおよび玉転走面13Aを含む領域に窒素濃度が0.05質量%以上である外輪窒素富化層11B、内輪窒素富化層12Bおよび玉窒素富化層13Bが形成されている。そして、外輪窒素富化層11B、内輪窒素富化層12Bおよび玉窒素富化層13Bにおける炭素濃度と窒素濃度との合計値が適切な範囲である0.55質量%以上1.9質量%以下とされることにより、表層部に十分な硬度が付与されるとともに、粒界析出物の形成が抑制されている。その結果、本実施の形態における機械部品である外輪11、内輪12および玉13は、4質量%以上のクロムを含有する鋼からなるとともに、表層部に窒素富化層が形成されており、かつ疲労強度および靭性が十分に確保された機械部品となっている。また、外輪11、内輪12および玉13を備えた転がり軸受である深溝玉軸受1は、長寿命な転がり軸受となっている。   In outer ring 11, inner ring 12 and ball 13 which are machine parts in the present embodiment, outer ring rolling surface 11A, inner ring rolling surface 12A and ball made of steel having the above-mentioned appropriate component composition are formed. An outer ring nitrogen-enriched layer 11B, an inner ring nitrogen-enriched layer 12B and a ball nitrogen-enriched layer 13B having a nitrogen concentration of 0.05% by mass or more are formed in a region including the rolling surface 13A. The total value of the carbon concentration and the nitrogen concentration in the outer ring nitrogen-enriched layer 11B, the inner ring nitrogen-enriched layer 12B, and the ball nitrogen-enriched layer 13B is in an appropriate range of 0.55% by mass to 1.9% by mass. As a result, sufficient hardness is imparted to the surface layer portion, and formation of grain boundary precipitates is suppressed. As a result, the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13 which are machine parts in the present embodiment are made of steel containing 4% by mass or more of chromium, and a nitrogen-enriched layer is formed in the surface layer portion, and It is a machine part with sufficient fatigue strength and toughness. Further, the deep groove ball bearing 1 which is a rolling bearing provided with the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13 is a long-life rolling bearing.

さらに、外輪11、内輪12および玉13に形成された外輪窒素富化層11B、内輪窒素富化層12Bおよび玉窒素富化層13Bの厚みは、0.11mm以上であることが好ましい。これにより、外輪11、内輪12および玉13に十分な強度が付与される。   Furthermore, the thicknesses of the outer ring nitrogen-enriched layer 11B, the inner ring nitrogen-enriched layer 12B and the ball nitrogen-enriched layer 13B formed on the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13 are preferably 0.11 mm or more. Thereby, sufficient strength is imparted to the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13.

さらに、外輪窒素富化層11B、内輪窒素富化層12Bおよび玉窒素富化層13Bは、800HV以上の硬度を有していることが好ましい。これにより、外輪11、内輪12および玉13の強度を一層確実に確保することが可能となる。   Furthermore, the outer ring nitrogen-enriched layer 11B, the inner ring nitrogen-enriched layer 12B, and the ball nitrogen-enriched layer 13B preferably have a hardness of 800 HV or higher. As a result, the strength of the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13 can be more reliably ensured.

さらに、外輪窒素富化層11B、内輪窒素富化層12Bおよび玉窒素富化層13Bを顕微鏡にて観察した場合、アスペクト比2以上、長さ7.5μm以上の鉄の窒化物の数が、一辺150μmの正方形領域5視野内に1個以下であることが好ましい。これにより、外輪11、内輪12および玉13の疲労強度を向上させることができる。   Further, when the outer ring nitrogen-enriched layer 11B, the inner ring nitrogen-enriched layer 12B, and the ball nitrogen-enriched layer 13B are observed with a microscope, the number of iron nitrides having an aspect ratio of 2 or more and a length of 7.5 μm or more is 150 μm on a side. It is preferable that the number is 1 or less in the 5 fields of the square area. Thereby, the fatigue strength of the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13 can be improved.

図3は、本実施の形態における第1の変形例である機械部品を備えた転がり軸受としてのスラストニードルころ軸受の構成を示す概略断面図である。また、図4は、図3の要部を拡大して示す概略部分断面図である。図3および図4を参照して、第1の変形例であるスラストニードルころ軸受について説明する。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a thrust needle roller bearing as a rolling bearing provided with a mechanical component that is a first modification of the present embodiment. FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. With reference to FIG. 3 and FIG. 4, the thrust needle roller bearing which is a 1st modification is demonstrated.

図3を参照して、スラストニードルころ軸受2は、円盤状の形状を有し、互いに一方の主面が対向するように配置された転動部材としての一対の軌道輪21と、転動部材としての複数のニードルころ23と、円環状の保持器24とを備えている。複数のニードルころ23は、一対の軌道輪21の互いに対向する主面に形成された軌道輪転走面21Aに、その外周面であるころ転走面23Aにおいて接触し、かつ保持器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。以上の構成により、スラストニードルころ軸受2の一対の軌道輪21は、互いに相対的に回転可能となっている。   Referring to FIG. 3, thrust needle roller bearing 2 has a disk-like shape, and a pair of race rings 21 as a rolling member arranged so that one main surface faces each other, and a rolling member As a plurality of needle rollers 23 and an annular retainer 24. The plurality of needle rollers 23 are in contact with the raceway rolling surface 21 </ b> A formed on the main surfaces of the pair of raceways 21 facing each other at the roller raceway 23 </ b> A that is the outer circumferential surface thereof, and are circumferentially moved by the cage 24. Are held at a predetermined pitch so as to be able to roll on an annular track. With the above configuration, the pair of race rings 21 of the thrust needle roller bearing 2 can rotate relative to each other.

ここで、図4を参照して、本変形例におけるスラストニードルころ軸受2の軌道輪21は上記深溝玉軸受1の外輪11および内輪12に、ニードルころ23は玉13に該当し、同様の構成を有しており、同様の効果を奏する。すなわち、機械部品である軌道輪21およびニードルころ23は、0.11質量%以上0.15質量%以下の炭素と、0.1質量%以上0.25質量%以下の珪素と、0.15質量%以上0.35質量%以下のマンガンと、3.2質量%以上3.6質量%以下のニッケルと、4質量%以上4.25質量%以下のクロムと、4質量%以上4.5質量%以下のモリブデンと、1.13質量%以上1.33質量%以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成されている。そして、図4を参照して、軌道輪21およびニードルころ23の表面である軌道輪転走面21Aおよびころ転走面23Aを含む領域には、窒素濃度が0.05質量%以上である軌道輪窒素富化層21Bおよびころ窒素富化層23Bが形成されている。さらに、軌道輪窒素富化層21Bおよびころ窒素富化層23Bにおける炭素濃度と窒素濃度との合計値は0.55質量%以上1.9質量%以下である。   Here, referring to FIG. 4, the bearing ring 21 of the thrust needle roller bearing 2 in this modification corresponds to the outer ring 11 and the inner ring 12 of the deep groove ball bearing 1, and the needle roller 23 corresponds to the ball 13. Have the same effect. That is, the bearing ring 21 and the needle roller 23 which are mechanical parts are 0.11 mass% or more and 0.15 mass% or less carbon, 0.1 mass% or more and 0.25 mass% or less silicon, and 0.15 mass%. Manganese of not less than 0.3% by mass and not more than 0.35% by mass, nickel of not less than 3.2% by mass and not more than 3.6% by mass, chromium of not less than 4% by mass and not more than 4.25% by mass, and not less than 4% by mass of 4.5% It is composed of a steel containing the remainder of iron and impurities, containing molybdenum in an amount of not more than mass% and vanadium in an amount of not less than 1.13 mass% and not more than 1.33 mass%. And with reference to FIG. 4, in the area | region including 21 A of raceway rolling surfaces and the roller rolling surface 23A which are the surfaces of the raceway ring 21 and the needle roller 23, the raceway ring whose nitrogen concentration is 0.05 mass% or more. A nitrogen enriched layer 21B and a roller nitrogen enriched layer 23B are formed. Further, the total value of the carbon concentration and the nitrogen concentration in the raceway ring nitrogen-enriched layer 21B and the roller nitrogen-enriched layer 23B is 0.55 mass% or more and 1.9 mass% or less.

本変形例における機械部品である軌道輪21およびニードルころ23においては、上記適切な成分組成を有する鋼からなるとともに、表面に形成された軌道輪転走面21Aおよびころ転走面23Aを含む領域に窒素濃度が0.05質量%以上である軌道輪窒素富化層21Bおよびころ窒素富化層23Bが形成されている。そして、軌道輪窒素富化層21Bおよびころ窒素富化層23Bにおける炭素濃度と窒素濃度との合計値が適切な範囲である0.55質量%以上1.9質量%以下とされることにより、表層部に十分な硬度が付与されるとともに、粒界析出物の形成が抑制されている。その結果、本変形例における機械部品である軌道輪21およびニードルころ23は、4質量%以上のクロムを含有する鋼からなるとともに、表層部に窒素富化層が形成されており、かつ疲労強度および靭性が十分に確保された機械部品となっている。また、軌道輪21およびニードルころ23を備えた転がり軸受であるスラストニードルころ軸受2は、長寿命な転がり軸受となっている。   In the raceway ring 21 and the needle roller 23 which are mechanical parts in the present modification, the raceway 21 and the needle roller 23 are made of steel having the above-mentioned appropriate composition, and in a region including the raceway rolling surface 21A and the roller rolling surface 23A formed on the surface. A raceway nitrogen-enriched layer 21B and a roller nitrogen-enriched layer 23B having a nitrogen concentration of 0.05% by mass or more are formed. Then, the total value of the carbon concentration and the nitrogen concentration in the raceway ring nitrogen-enriched layer 21B and the roller nitrogen-enriched layer 23B is set to an appropriate range of 0.55 mass% or more and 1.9 mass% or less, Sufficient hardness is imparted to the surface layer portion, and formation of grain boundary precipitates is suppressed. As a result, the bearing ring 21 and the needle roller 23 which are machine parts in this modification are made of steel containing 4% by mass or more of chromium, a nitrogen-enriched layer is formed in the surface layer portion, and fatigue strength is obtained. In addition, it is a machine part with sufficient toughness. Moreover, the thrust needle roller bearing 2 which is a rolling bearing provided with the bearing ring 21 and the needle roller 23 is a long-life rolling bearing.

図5は、本実施の形態における第2の変形例である機械部品を備えた等速ジョイントの構成を示す概略断面図である。また、図6は、図5の線分VI−VIに沿う概略断面図である。また、図7は、図5の等速ジョイントが角度をなした状態を示す概略断面図である。また、図8は、図5の要部を拡大して示す概略部分断面図である。また、図9は、図6の要部を拡大して示す概略部分断面図である。なお、図5は、図6の線分V−Vに沿う概略断面図に対応する。図5〜図9を参照して、第2の変形例である等速ジョイントについて説明する。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a constant velocity joint provided with a mechanical component which is a second modification of the present embodiment. FIG. 6 is a schematic sectional view taken along line VI-VI in FIG. FIG. 7 is a schematic sectional view showing a state where the constant velocity joint of FIG. 5 forms an angle. FIG. 8 is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. FIG. 9 is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. 5 corresponds to a schematic cross-sectional view along the line VV in FIG. With reference to FIGS. 5-9, the constant velocity joint which is a 2nd modification is demonstrated.

図5および図6を参照して、等速ジョイント3は、軸35に連結されたインナーレース31と、インナーレース31の外周側を囲むように配置され、軸36に連結されたアウターレース32と、インナーレース31とアウターレース32との間に配置されたトルク伝達用のボール33と、ボール33を保持するケージ34とを備えている。ボール33は、インナーレース31の外周面に形成されたインナーレースボール溝31Aと、アウターレース32の内周面に形成されたアウターレースボール溝32Aとにボール転走面33Aにおいて接触して配置され、脱落しないようにケージ34によって保持されている。   Referring to FIGS. 5 and 6, constant velocity joint 3 includes inner race 31 connected to shaft 35, outer race 32 arranged to surround the outer peripheral side of inner race 31, and connected to shaft 36. A torque transmitting ball 33 disposed between the inner race 31 and the outer race 32 and a cage 34 for holding the ball 33 are provided. The ball 33 is disposed in contact with the inner race ball groove 31A formed on the outer peripheral surface of the inner race 31 and the outer race ball groove 32A formed on the inner peripheral surface of the outer race 32 on the ball rolling surface 33A. The cage 34 is held so as not to fall off.

インナーレース31の外周面およびアウターレース32の内周面のそれぞれに形成されたインナーレースボール溝31Aとアウターレースボール溝32Aとは、図3に示すように、軸35および軸36の中央を通る軸が一直線上にある状態において、それぞれ当該軸上のジョイント中心Oから当該軸上の左右に等距離離れた点Aおよび点Bを曲率中心とする曲線(円弧)状に形成されている。すなわち、インナーレースボール溝31Aおよびアウターレースボール溝32Aに接触して転動するボール33の中心Pの軌跡が、点A(インナーレース中心A)および点B(アウターレース中心B)に曲率中心を有する曲線(円弧)となるように、インナーレースボール溝31Aおよびアウターレースボール溝32Aのそれぞれは形成されている。これにより、等速ジョイントが角度をなした場合(軸35および軸36の中央を通る軸が交差するように等速ジョイントが動作した場合)においても、ボール33は、常に軸35および軸36の中央を通る軸のなす角(∠AOB)の2等分線上に位置する。   As shown in FIG. 3, the inner race ball groove 31A and the outer race ball groove 32A formed on the outer peripheral surface of the inner race 31 and the inner peripheral surface of the outer race 32 pass through the centers of the shaft 35 and the shaft 36, respectively. In a state where the axes are in a straight line, each of them is formed in a curve (arc) shape having a curvature center at points A and B that are equidistant from the joint center O on the axis to the left and right on the axis. That is, the trajectory of the center P of the ball 33 that rolls in contact with the inner race ball groove 31A and the outer race ball groove 32A is centered on the point A (inner race center A) and point B (outer race center B). Each of the inner race ball groove 31A and the outer race ball groove 32A is formed so as to have a curved line (arc). As a result, even when the constant velocity joint makes an angle (when the constant velocity joint operates so that the axes passing through the centers of the shaft 35 and the shaft 36 intersect), the ball 33 always has the shaft 35 and the shaft 36. Located on the bisector of the angle (∠AOB) formed by the axis passing through the center.

次に、等速ジョイント3の動作について説明する。図5および図6を参照して、等速ジョイント3においては、軸35、36の一方に軸まわりの回転が伝達されると、インナーレースボール溝31Aおよびアウターレースボール溝32Aに嵌め込まれたボール33を介して、軸35、36の他方の軸に当該回転が伝達される。ここで、図7に示すように軸35、36が角度θをなした場合、ボール33は、前述のインナーレース中心Aおよびアウターレース中心Bに曲率中心を有するインナーレースボール溝31Aおよびアウターレースボール溝32Aに案内されて、中心Pが∠AOBの二等分線上となる位置に保持される。ここで、ジョイント中心Oからインナーレース中心Aまでの距離と、アウターレース中心Bまでの距離とが等しくなるように、インナーレースボール溝31Aおよびアウターレースボール溝32Aが形成されているため、ボール33の中心Pからインナーレース中心Aおよびアウターレース中心Bまでの距離はそれぞれ等しく、三角形OAPと三角形OBPとは合同である。その結果、ボール33の中心Pから軸35、36までの距離Lは互いに等しくなり、軸35、36の一方が軸まわりに回転した場合、他方も等速で回転する。このように、等速ジョイント3は、軸35、36が角度をなした場合でも、等速性を確保することができる。なお、ケージ34は、軸35、36が回転した場合に、インナーレースボール溝31Aおよびアウターレースボール溝32Aからボール33が飛び出すことをインナーレースボール溝31Aおよびアウターレースボール溝32Aとともに防止すると同時に、等速ジョイント3のジョイント中心Oを決定する機能を果たしている。   Next, the operation of the constant velocity joint 3 will be described. 5 and 6, in constant velocity joint 3, when rotation around the shaft is transmitted to one of shafts 35 and 36, the ball fitted in inner race ball groove 31A and outer race ball groove 32A. The rotation is transmitted to the other of the shafts 35 and 36 via 33. Here, when the shafts 35 and 36 form an angle θ as shown in FIG. 7, the ball 33 includes the inner race ball groove 31 </ b> A and the outer race ball having the centers of curvature at the inner race center A and the outer race center B described above. Guided by the groove 32A, the center P is held at a position on the bisector of ∠AOB. Here, since the inner race ball groove 31A and the outer race ball groove 32A are formed so that the distance from the joint center O to the inner race center A is equal to the distance from the outer race center B, the ball 33 The distances from the center P to the inner race center A and the outer race center B are equal, and the triangle OAP and the triangle OBP are congruent. As a result, the distances L from the center P of the ball 33 to the shafts 35 and 36 are equal to each other, and when one of the shafts 35 and 36 rotates around the axis, the other also rotates at a constant speed. Thus, the constant velocity joint 3 can ensure constant velocity even when the shafts 35 and 36 form an angle. The cage 34, together with the inner race ball groove 31A and the outer race ball groove 32A, prevents the balls 33 from jumping out from the inner race ball groove 31A and the outer race ball groove 32A when the shafts 35 and 36 rotate. It performs the function of determining the joint center O of the constant velocity joint 3.

ここで、本変形例における等速ジョイント3のインナーレース31およびアウターレース32は上記深溝玉軸受1の外輪11および内輪12に、ボール33は玉13に該当し、同様の構成を有しており、同様の効果を奏する。すなわち、機械部品であるインナーレース31、アウターレース32およびボール33は、0.11質量%以上0.15質量%以下の炭素と、0.1質量%以上0.25質量%以下の珪素と、0.15質量%以上0.35質量%以下のマンガンと、3.2質量%以上3.6質量%以下のニッケルと、4質量%以上4.25質量%以下のクロムと、4質量%以上4.5質量%以下のモリブデンと、1.13質量%以上1.33質量%以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成されている。そして、図8および図9を参照して、インナーレース31、アウターレース32およびボール33の表面に形成されたインナーレースボール溝31Aの表面、アウターレースボール溝32Aの表面およびボール転走面33Aを含む領域には、窒素濃度が0.05質量%以上であるインナーレース窒素富化層31B、アウターレース窒素富化層32Bおよびボール窒素富化層33Bが形成されている。さらに、インナーレース窒素富化層31B、アウターレース窒素富化層32Bおよびボール窒素富化層33Bにおける炭素濃度と窒素濃度との合計値は0.55質量%以上1.9質量%以下である。   Here, the inner race 31 and the outer race 32 of the constant velocity joint 3 in this modification correspond to the outer ring 11 and the inner ring 12 of the deep groove ball bearing 1, and the ball 33 corresponds to the ball 13 and has the same configuration. Have the same effect. That is, the inner race 31, the outer race 32, and the ball 33, which are mechanical parts, include 0.11% by mass to 0.15% by mass of carbon, 0.1% by mass to 0.25% by mass of silicon, 0.15 mass% or more and 0.35 mass% or less of manganese, 3.2 mass% or more and 3.6 mass% or less of nickel, 4 mass% or more and 4.25 mass% or less of chromium, and 4 mass% or more It is composed of steel containing 4.5% by mass or less of molybdenum and 1.13% by mass or more and 1.33% by mass or less of vanadium, the balance being iron and impurities. 8 and 9, the surface of inner race ball groove 31A formed on the surfaces of inner race 31, outer race 32 and ball 33, the surface of outer race ball groove 32A and ball rolling surface 33A are shown. In the included region, an inner race nitrogen-enriched layer 31B, an outer race nitrogen-enriched layer 32B, and a ball nitrogen-enriched layer 33B having a nitrogen concentration of 0.05% by mass or more are formed. Furthermore, the total value of the carbon concentration and the nitrogen concentration in the inner race nitrogen enriched layer 31B, the outer race nitrogen enriched layer 32B, and the ball nitrogen enriched layer 33B is 0.55 mass% or more and 1.9 mass% or less.

本変形例における機械部品であるインナーレース31、アウターレース32およびボール33においては、上記適切な成分組成を有する鋼からなるとともに、表面に形成されたインナーレースボール溝31Aの表面、アウターレースボール溝32Aの表面およびボール転走面33Aを含む領域に窒素濃度が0.05質量%以上であるインナーレース窒素富化層31B、アウターレース窒素富化層32Bおよびボール窒素富化層33Bが形成されている。そして、インナーレース窒素富化層31B、アウターレース窒素富化層32Bおよびボール窒素富化層33Bにおける炭素濃度と窒素濃度との合計値が適切な範囲である0.55質量%以上1.9質量%以下とされることにより、表層部に十分な硬度が付与されるとともに、粒界析出物の形成が抑制されている。その結果、本変形例における機械部品であるインナーレース31、アウターレース32およびボール33は、4質量%以上のクロムを含有する鋼からなるとともに、表層部に窒素富化層が形成されており、かつ疲労強度および靭性が十分に確保された機械部品となっている。また、インナーレース31、アウターレース32およびボール33を備えた自在継手である等速ジョイント3は、長寿命な等速自在継手となっている。   In the inner race 31, outer race 32, and ball 33, which are machine parts in this modification, the surface of the inner race ball groove 31A formed on the surface, the outer race ball groove, and the outer race ball groove are made of steel having the appropriate component composition described above. Inner race nitrogen-enriched layer 31B, outer race nitrogen-enriched layer 32B and ball nitrogen-enriched layer 33B having a nitrogen concentration of 0.05% by mass or more are formed in a region including the surface of 32A and ball rolling surface 33A. Yes. The total value of the carbon concentration and the nitrogen concentration in the inner race nitrogen enriched layer 31B, the outer race nitrogen enriched layer 32B, and the ball nitrogen enriched layer 33B is in an appropriate range of 0.55% by mass or more and 1.9% by mass. % Or less, sufficient hardness is imparted to the surface layer portion, and formation of grain boundary precipitates is suppressed. As a result, the inner race 31, the outer race 32, and the ball 33, which are mechanical parts in the present modification, are made of steel containing 4% by mass or more of chromium, and a nitrogen-enriched layer is formed in the surface layer portion. In addition, the mechanical part has sufficiently secured fatigue strength and toughness. In addition, the constant velocity joint 3 that is a universal joint including the inner race 31, the outer race 32, and the ball 33 is a long-lived constant velocity universal joint.

次に、上記本発明の一実施の形態における機械部品、および上記機械部品を備えた転がり軸受、等速ジョイントなどの機械要素の製造方法について説明する。図10は、本発明の一実施の形態における機械部品および当該機械部品を備えた機械要素の製造方法の概略を示す図である。   Next, a description will be given of a method for manufacturing machine components in one embodiment of the present invention, and machine elements such as rolling bearings and constant velocity joints equipped with the machine components. FIG. 10 is a diagram illustrating an outline of a machine component and a method of manufacturing a machine element including the machine component according to an embodiment of the present invention.

図10を参照して、まず、0.11質量%以上0.15質量%以下の炭素と、0.1質量%以上0.25質量%以下の珪素と、0.15質量%以上0.35質量%以下のマンガンと、3.2質量%以上3.6質量%以下のニッケルと、4質量%以上4.25質量%以下のクロムと、4質量%以上4.5質量%以下のモリブデンと、1.13質量%以上1.33質量%以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼からなり、機械部品の概略形状に成形された鋼部材を準備する鋼部材準備工程が実施される。具体的には、たとえば、上記成分を含有する棒鋼、鋼線などを素材とし、当該棒鋼、鋼線などに対して切断、鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、機械部品としての外輪11、軌道輪21、インナーレース31などの機械部品の概略形状に成形された鋼部材が準備される。   Referring to FIG. 10, first, 0.11% by mass to 0.15% by mass carbon, 0.1% by mass to 0.25% by mass silicon, and 0.15% by mass to 0.35% by mass. Manganese of not more than mass%, nickel of not less than 3.2 mass% and not more than 3.6 mass%, chromium of not less than 4 mass% and not more than 4.25 mass%, and molybdenum of not less than 4 mass% and not more than 4.5 mass% A steel member preparation step is carried out for preparing a steel member that is made of steel consisting of the balance iron and impurities and containing 1.13% by mass to 1.33% by mass of vanadium. Is done. Specifically, for example, a steel bar or steel wire containing the above components is used as a raw material, and the steel bar or steel wire is subjected to cutting, forging, turning, or the like, so that an outer ring as a machine part is obtained. 11, steel members formed into the general shape of machine parts such as the race 21 and the inner race 31 are prepared.

次に、鋼部材準備工程において準備された上述の鋼部材に対して、焼入処理および窒化処理を含む熱処理を行なう熱処理工程が実施される。この熱処理工程の詳細については後述する。   Next, the above-mentioned steel member prepared in the steel member preparation step is subjected to a heat treatment step including a heat treatment including a quenching treatment and a nitriding treatment. Details of this heat treatment step will be described later.

次に、熱処理工程が実施された鋼部材に対して、仕上げ加工などが施される仕上げ工程が実施される。具体的には、たとえば、熱処理工程が実施された鋼部材の内輪転走面12A、軌道輪転走面21A、アウターレースボール溝32Aなどに対する研磨加工が実施される。これにより、本実施の形態における機械部品は完成し、本実施の形態における機械部品の製造方法は完了する。   Next, a finishing process in which finishing or the like is performed on the steel member that has been subjected to the heat treatment process is performed. Specifically, for example, polishing is performed on the inner ring rolling surface 12A, the raceway rolling surface 21A, the outer race ball groove 32A, and the like of the steel member that has been subjected to the heat treatment process. Thereby, the machine part in this Embodiment is completed and the manufacturing method of the machine part in this Embodiment is completed.

さらに、完成した機械部品が組合わされて機械要素が組立てられる組立て工程が実施される。具体的には、上述の工程により製造された本発明の機械部品である、たとえば外輪11、内輪12、玉13と保持器14とが組合わされて、深溝玉軸受1が組立てられる。これにより、本発明の機械部品を備えた機械要素が製造される。   Further, an assembly process is performed in which the machine elements are assembled by combining the completed machine parts. Specifically, the deep groove ball bearing 1 is assembled by combining the outer ring 11, the inner ring 12, the ball 13 and the cage 14 which are the machine parts of the present invention manufactured by the above-described process. Thereby, the machine element provided with the machine part of the present invention is manufactured.

次に、上述の熱処理工程の詳細について説明する。図11は、本実施の形態における機械部品の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。図11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11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10および図11を参照して、本実施の形態における機械部品の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細について説明する。   Next, details of the above-described heat treatment step will be described. FIG. 11 is a diagram for explaining the details of the heat treatment step included in the method of manufacturing a mechanical component in the present embodiment. In FIG. 11, the horizontal direction indicates time, and the time elapses toward the right. In FIG. 11, the vertical direction indicates the temperature, and the higher the temperature, the higher the temperature. With reference to FIG. 10 and FIG. 11, the detail of the heat processing process included in the manufacturing method of the machine component in this Embodiment is demonstrated.

図10を参照して、本実施の形態における機械部品の製造方法の熱処理工程においては、まず、被処理物としての鋼部材が浸炭処理される浸炭工程が実施される。具体的には、図11を参照して、たとえば鋼部材が一酸化炭素と水素を含む浸炭ガスの雰囲気中でA変態点以上の温度である温度Tに加熱され、時間tの間保持されることにより、鋼部材の表層部に炭素が侵入する。これにより、鋼部材の表面を含む領域に、当該表面を含む領域以外の領域である内部領域に比べて炭素濃度の高い浸炭層が形成される。 Referring to FIG. 10, in the heat treatment step of the method for manufacturing a machine part in the present embodiment, first, a carburization step in which a steel member as a workpiece is carburized is performed. Specifically, referring to FIG. 11, for example, a steel member is heated to a temperature T 1 that is a temperature equal to or higher than the A 1 transformation point in an atmosphere of carburizing gas containing carbon monoxide and hydrogen, and for a time t 1 . By being held, carbon enters the surface layer portion of the steel member. Thereby, a carburized layer having a high carbon concentration is formed in the region including the surface of the steel member as compared with the internal region which is a region other than the region including the surface.

次に、図10を参照して、浸炭処理が実施された鋼部材が焼入処理される焼入工程が実施される。具体的には、図11を参照して、当該鋼部材が、A変態点以上の温度である温度TからM点以下の温度に冷却されることにより、焼入硬化される。 Next, referring to FIG. 10, a quenching process is performed in which the steel member subjected to the carburizing process is quenched. Specifically, with reference to FIG. 11, the steel members, by being cooled from temperature T 1 of a temperature not lower than the A 1 transformation point M S point below the temperature, it is quench-hardened.

ここで、A点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織がフェライトからオーステナイトに変態を開始する温度に相当する点をいう。また、M点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。 Here, the point A 1 in the case of heating the steel refers to a point that the structure of the steel corresponds to the temperature to start the transformation from ferrite to austenite. Further, the M s point means a point corresponding to a temperature at which martensite formation starts when the austenitized steel is cooled.

次に、図10を参照して、焼入処理が実施された鋼部材に対し、焼戻処理を行なう第1焼戻工程が実施される。具体的には、図11を参照して、たとえば鋼部材が減圧雰囲気中(真空中)でA変態点未満の温度である温度Tに加熱され、時間tの間保持された後、冷却されることにより焼戻処理される。これにより、鋼部材の焼入処理による残留応力を緩和し、熱処理によるひずみが抑制される等の効果が得られる。 Next, with reference to FIG. 10, the 1st tempering process which performs a tempering process with respect to the steel member in which the hardening process was implemented is implemented. Specifically, referring to FIG. 11, for example, after a steel member is heated to a temperature T 2 that is a temperature lower than the A 1 transformation point in a reduced-pressure atmosphere (in a vacuum) and held for a time t 2 , Tempering is performed by cooling. Thereby, the residual stress due to the quenching treatment of the steel member is relaxed, and the effect of suppressing the strain due to the heat treatment can be obtained.

次に、図10を参照して、第1焼戻工程が実施された鋼部材に対し、サブゼロ処理を行なう第1サブゼロ工程が実施される。具体的には、図11を参照して、鋼部材が、たとえば液体窒素を噴霧されて0℃未満の温度である温度Tに冷却され、時間tの間保持されることによりサブゼロ処理される。これにより、鋼部材の焼入処理により生成した残留オーステナイトがマルテンサイトに変態し、鋼の組織が安定化する等の効果が得られる。 Next, with reference to FIG. 10, the 1st subzero process which performs a subzero process is implemented with respect to the steel member in which the 1st tempering process was implemented. Specifically, with reference to FIG. 11, the steel member, for example liquid nitrogen is sprayed is cooled to a temperature T 3 at a temperature of less than 0 ° C., is sub-zero treatment by being held for a time t 3 The Thereby, the residual austenite produced | generated by the hardening process of the steel member transforms into a martensite, and effects, such as stabilization of the structure of steel, are acquired.

次に、図10を参照して、第1サブゼロ工程が実施された鋼部材に対し、焼戻処理を行なう第2焼戻工程が実施される。具体的には、図11を参照して、たとえば鋼部材が真空中でA変態点未満の温度である温度Tに加熱され、時間tの間保持された後、冷却されることにより焼戻処理される。これにより、鋼部材のサブゼロ処理による残留応力を緩和し、ひずみが抑制される等の効果が得られる。 Next, with reference to FIG. 10, the 2nd tempering process which performs a tempering process with respect to the steel member in which the 1st subzero process was implemented is implemented. Specifically, referring to FIG. 11, for example, a steel member is heated to a temperature T 4 that is a temperature lower than the A 1 transformation point in a vacuum, held for a time t 4 , and then cooled. Tempered. Thereby, the residual stress due to the sub-zero treatment of the steel member is relaxed, and effects such as suppression of strain can be obtained.

次に、図10を参照して、第2焼戻工程が実施された鋼部材に対し、再度サブゼロ処理を行なう第2サブゼロ工程が実施される。具体的には、図11を参照して、鋼部材が、たとえば液体窒素を噴霧されて0℃未満の温度である温度Tに冷却され、時間tの間保持されることによりサブゼロ処理される。これにより、鋼部材の焼入処理により生成した残留オーステナイトがさらにマルテンサイトに変態し、鋼の組織が一層安定化する等の効果が得られる。 Next, with reference to FIG. 10, the 2nd subzero process which performs a subzero process again is implemented with respect to the steel member in which the 2nd tempering process was implemented. Specifically, with reference to FIG. 11, the steel member, for example liquid nitrogen is sprayed is cooled to a temperature T 5 at a temperature of less than 0 ° C., is sub-zero treatment by being held for a time t 5 The Thereby, the residual austenite produced | generated by the hardening process of the steel member further transforms into a martensite, and the effect that the structure | tissue of steel is stabilized more is acquired.

次に、図10を参照して、第2サブゼロ工程が実施された鋼部材に対し、再度焼戻処理を行なう第3焼戻工程が実施される。具体的には、図11を参照して、上記第2焼戻工程と同様に、鋼部材が真空中でA変態点未満の温度である温度Tに加熱され、時間tの間保持された後、冷却されることにより焼戻処理される。ここで、温度Tおよびtは第2焼戻工程の温度Tおよびtと同様の条件とすることができる。これにより、第2サブゼロ工程における鋼部材のサブゼロ処理により発生し得る残留応力を緩和し、ひずみが抑制される等の効果が得られる。 Next, with reference to FIG. 10, the 3rd tempering process which performs a tempering process again is implemented with respect to the steel member in which the 2nd subzero process was implemented. Specifically, with reference to FIG. 11, similarly to the second tempering step, the steel members are heated to a temperature T 6 is a temperature lower than the A 1 transformation point in a vacuum, held for a time t 6 And then tempering by cooling. Here, the temperatures T 6 and t 6 can be the same conditions as the temperatures T 4 and t 4 in the second tempering step. As a result, the residual stress that can be generated by the sub-zero treatment of the steel member in the second sub-zero process is relaxed, and effects such as suppression of strain can be obtained.

次に、図10を参照して、第3焼戻工程が実施された鋼部材に対し、プラズマ窒化処理を行なうプラズマ窒化工程が実施される。具体的には、図11を参照して、たとえば圧力50Pa以上5000Pa以下となるように窒素(N)と、水素(H)、メタン(CH)およびアルゴン(Ar)からなる群から選択される少なくともいずれか1つ以上とが導入されたプラズマ窒化炉に、鋼部材が挿入され、放電電圧50V以上1000V以下、放電電流0.001A以上100A以下の条件下で温度Tに加熱されて時間tの間保持された後、冷却されることにより鋼部材がプラズマ窒化処理される。これにより、鋼部材の表層部に窒素が侵入して窒素富化層が形成され、当該表層部の強度が向上する。ここで、温度Tは、たとえば300℃以上550℃以下、時間tは1時間以上80時間以下とすることができる。この温度T、時間tなどの熱処理条件は、仕上げ工程で実施される仕上げ加工における取りしろを考慮し、プラズマ窒化処理において形成される粒界析出物層(粒界析出物が形成されている層)の厚みが、仕上げ加工において除去可能な厚み以下となるように決定することができる。 Next, with reference to FIG. 10, a plasma nitriding step for performing a plasma nitriding process is performed on the steel member on which the third tempering step has been performed. Specifically, referring to FIG. 11, for example, selected from the group consisting of nitrogen (N 2 ), hydrogen (H 2 ), methane (CH 4 ), and argon (Ar) so that the pressure is 50 Pa or more and 5000 Pa or less. A steel member is inserted into a plasma nitriding furnace into which at least one of the above is introduced and heated to a temperature T 7 under conditions of a discharge voltage of 50 V to 1000 V and a discharge current of 0.001 A to 100 A. after being held for a time t 7, the steel member is treated plasma nitriding by being cooled. Thereby, nitrogen penetrate | invades into the surface layer part of a steel member, a nitrogen enriched layer is formed, and the intensity | strength of the said surface layer part improves. Here, the temperature T 7 can be, for example, 300 ° C. or more and 550 ° C. or less, and the time t 7 can be 1 hour or more and 80 hours or less. The heat treatment conditions such as the temperature T 7 and the time t 7 take into account the allowance in the finishing process performed in the finishing process, and the grain boundary precipitate layer (grain boundary precipitate is formed in the plasma nitriding process). The thickness of the layer) can be determined to be equal to or less than the thickness that can be removed in the finishing process.

なお、鋼部材を構成する鋼がAMS規格6278(AISI規格M50NiL)である場合、プラズマ窒化工程における上記圧力は50Pa以上1000Pa以下、放電電圧は50V以上600V以下、放電電流は0.001A以上300A以下、温度Tは350℃以上450℃以下、時間tは1時間以上50時間以下とすることが好ましい。 When the steel constituting the steel member is AMS standard 6278 (AISI standard M50NiL), the pressure in the plasma nitriding step is 50 Pa to 1000 Pa, the discharge voltage is 50 V to 600 V, and the discharge current is 0.001 A to 300 A. The temperature T 7 is preferably 350 ° C. or higher and 450 ° C. or lower, and the time t 7 is preferably 1 hour or longer and 50 hours or shorter.

次に、図10を参照して、プラズマ窒化工程が実施された鋼部材に対し、拡散処理を行なう拡散工程が実施される。具体的には、図11を参照して、たとえば真空中で温度Tに加熱され、時間tの間保持されることにより鋼部材が拡散処理される。ここで、温度Tは、300℃以上480℃以下、好ましくは300℃以上430℃以下、時間tは50時間以上300時間以下とすることができる。これにより、窒化層形成による表層部の硬度上昇が相殺されることを抑制しつつ、鋼に侵入した窒素を所望の領域にまで到達させることができる。そして、この拡散工程を実施することにより、プラズマ窒化工程において窒素が侵入する深さを、仕上げ加工での粒界析出物層の除去が可能な範囲にとどめても、鋼に侵入した窒素を所望の領域にまで到達させることができる。以上の工程により、本実施の形態における熱処理工程は完了する。 Next, referring to FIG. 10, a diffusion process for performing a diffusion process is performed on the steel member that has been subjected to the plasma nitriding process. Specifically, referring to FIG. 11, for example, the steel member is diffusion-treated by being heated to a temperature T 8 in a vacuum and held for a time t 8 . Here, the temperature T 8 can be 300 ° C. or higher and 480 ° C. or lower, preferably 300 ° C. or higher and 430 ° C. or lower, and the time t 8 can be 50 hours or longer and 300 hours or shorter. Thereby, nitrogen which penetrate | invaded steel can be made to reach | attain a desired area | region, suppressing that the hardness increase of the surface layer part by nitrided layer formation is canceled. And by carrying out this diffusion process, even if the depth of penetration of nitrogen in the plasma nitriding process is limited to a range in which the grain boundary precipitate layer can be removed in the finishing process, the nitrogen that has entered the steel is desired. It is possible to reach even the area. Through the above steps, the heat treatment step in this embodiment is completed.

以上のように、本実施の形態における鋼の熱処理方法によれば、4質量%以上のクロムを含有する鋼の表層部を窒化処理して高硬度な窒素富化層を形成するとともに、粒界析出物の発生を抑制することができる。   As described above, according to the heat treatment method for steel in the present embodiment, a surface layer portion of steel containing 4% by mass or more of chromium is nitrided to form a high hardness nitrogen-enriched layer, and grain boundaries The generation of precipitates can be suppressed.

また、上記実施の形態における機械部品の製造方法によれば、4質量%以上のクロムを含有する鋼からなり、表層部が窒化処理されて高硬度な窒素富化層が形成されるとともに、粒界析出物の発生が抑制された機械部品(外輪11、軌道輪21、インナーレース31など)を製造することができる。その結果、上述のように、本実施の形態における機械部品(外輪11、軌道輪21、インナーレース31など)の表面(外輪転走面11A、軌道輪転走面21A、インナーレースボール溝31Aの表面など)を含む領域に窒素濃度が0.05質量%以上、炭素濃度と窒素濃度との合計値が0.55質量%以上1.9質量%以下である厚み0.11mm以上、硬度800HV以上の窒素富化層を形成するとともに、当該窒素富化層を表面に垂直な断面で切断し、当該断面を光学顕微鏡またはSEMを用いて、表面を含む一辺150μmの正方形の視野をランダムに5視野観察した場合、粒界析出物の検出数を1個以下とすることができる。ここで、窒素富化層における炭素濃度および窒素濃度は、たとえばプラズマ窒化工程において実施されるプラズマ窒化の処理時間、および拡散工程において実施される拡散処理の処理時間を調整することにより、コントロールすることができる。   Further, according to the method of manufacturing a mechanical component in the above embodiment, the steel part is made of steel containing 4% by mass or more of chromium, and the surface layer portion is nitrided to form a high-hardness nitrogen-enriched layer. Machine parts (outer ring 11, track ring 21, inner race 31, etc.) in which the generation of boundary precipitates is suppressed can be manufactured. As a result, as described above, the surfaces (the outer ring rolling surface 11A, the bearing ring rolling surface 21A, and the inner race ball groove 31A) of the machine parts (the outer ring 11, the race ring 21, the inner race 31 and the like) in the present embodiment. Etc.) in which the nitrogen concentration is 0.05 mass% or more, the total value of the carbon concentration and the nitrogen concentration is 0.55 mass% or more and 1.9 mass% or less, the thickness is 0.11 mm or more, and the hardness is 800 HV or more. A nitrogen-enriched layer is formed, the nitrogen-enriched layer is cut in a cross section perpendicular to the surface, and the cross-section is randomly observed in five fields of view with a 150 μm side including the surface using an optical microscope or SEM. In this case, the number of detected grain boundary precipitates can be set to 1 or less. Here, the carbon concentration and the nitrogen concentration in the nitrogen-enriched layer are controlled, for example, by adjusting the processing time of plasma nitriding performed in the plasma nitriding step and the processing time of diffusion processing performed in the diffusing step. Can do.

なお、上記実施の形態においては、本発明の機械部品の一例として、深溝玉軸受、スラストニードルころ軸受、等速ジョイントを構成する機械部品について説明したが、本発明の機械部品はこれに限られず、表層部の疲労強度、耐摩耗性等が要求される機械部品、たとえばハブ、ギア、シャフト等を構成する機械部品であってもよい。   In the above embodiment, as an example of the mechanical component of the present invention, a deep groove ball bearing, a thrust needle roller bearing, and a mechanical component constituting a constant velocity joint have been described. However, the mechanical component of the present invention is not limited to this. Further, it may be a machine part that requires fatigue strength, wear resistance, etc. of the surface layer part, for example, a machine part constituting a hub, a gear, a shaft, or the like.

以下、本発明の実施例1について説明する。本発明の機械部品と同様の構成を有するサンプルを、上記実施の形態における鋼の熱処理方法を採用した機械部品の製造方法により実際に作製し、表層部における粒界析出物の発生が抑制されていることを確認する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。   Embodiment 1 of the present invention will be described below. A sample having the same configuration as the mechanical component of the present invention is actually produced by a mechanical component manufacturing method adopting the steel heat treatment method in the above embodiment, and generation of grain boundary precipitates in the surface layer portion is suppressed. An experiment was conducted to confirm that the The experimental procedure is as follows.

まず、0.11質量%以上0.15質量%以下の炭素と、0.1質量%以上0.25質量%以下の珪素と、0.15質量%以上0.35質量%以下のマンガンと、3.2質量%以上3.6質量%以下のニッケルと、4質量%以上4.25質量%以下のクロムと、4質量%以上4.5質量%以下のモリブデンと、1.13質量%以上1.33質量%以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼であるAMS規格6278(AISI規格M50NiL)の鋼材を準備し、これを加工することにより外径φ40mm、内径φ30mm、厚みt16mmの試験片を作製した。   First, 0.11% by mass to 0.15% by mass of carbon, 0.1% by mass to 0.25% by mass of silicon, 0.15% by mass to 0.35% by mass of manganese, 3.2 mass% or more and 3.6 mass% or less nickel, 4 mass% or more and 4.25 mass% or less chromium, 4 mass% or more and 4.5 mass% or less molybdenum, and 1.13 mass% or more A steel material of AMS standard 6278 (AISI standard M50NiL), which contains 1.33 mass% or less of vanadium and is composed of the remaining iron and impurities, is prepared and processed to have an outer diameter of 40 mm, an inner diameter of 30 mm, and a thickness. A test piece of t16 mm was produced.

次に、この試験片に対し、上記実施の形態において図11に基づいて説明した鋼の熱処理方法を用いた熱処理工程を実施した。ここで、T、t、T、t、T、t、T、t、T、t、Tおよびtは、第3焼戻工程後の試験片の硬度が58HRC以上65HRC以下となるように決定し、Tは430℃、tは10時間、Tは430℃、tは160時間とした。また、プラズマ窒化工程においては、プラズマ窒化時の処理温度Tが430℃となるように、放電電圧を200V以上450V以下、放電電流を1A以上5A以下の範囲で制御した。さらに、プラズマ窒化工程においては、プラズマ窒化時の炉内の圧力が267Pa以上400Pa以下となるように、窒素(N):水素(H)=1:1の割合で炉内にガスを導入した。 Next, a heat treatment step using the steel heat treatment method described with reference to FIG. 11 in the above embodiment was performed on the test piece. Here, T 1 , t 1 , T 2 , t 2 , T 3 , t 3 , T 4 , t 4 , T 5 , t 5 , T 6 and t 6 are the test pieces after the third tempering step. The hardness was determined to be 58 to 65 HRC, T 7 was 430 ° C., t 7 was 10 hours, T 8 was 430 ° C., and t 8 was 160 hours. In the plasma nitriding step, as the treatment temperature T 7 during plasma nitridation is 430 ° C., the discharge voltage 200V or 450V or less controlled the discharge current at 5A below the range of 1A. Further, in the plasma nitriding process, gas is introduced into the furnace at a ratio of nitrogen (N 2 ): hydrogen (H 2 ) = 1: 1 so that the pressure in the furnace during plasma nitriding is 267 Pa or more and 400 Pa or less. did.

さらに、拡散工程では、窒素雰囲気に調整された雰囲気炉内において試験片が加熱され、試験片の表面における炭素濃度と窒素濃度との和が1.9質量%以下となるように、拡散処理が実施された。以上のように本発明の鋼の熱処理方法が実施された試験片を、本発明の実施例のサンプルとした(実施例A)。   Furthermore, in the diffusion step, the diffusion treatment is performed so that the test piece is heated in an atmosphere furnace adjusted to a nitrogen atmosphere, and the sum of the carbon concentration and the nitrogen concentration on the surface of the test piece is 1.9% by mass or less. It was implemented. The test piece in which the heat treatment method for steel of the present invention was carried out as described above was used as a sample of an example of the present invention (Example A).

一方、同様に作製されたAMS規格6278からなる試験片に対し、上記実施の形態において図11に基づいて説明した鋼の熱処理方法から、拡散工程を省略した熱処理工程を実施した。ここで、T、t、T、t、T、t、T、t、T、t、Tおよびtは、第3焼戻工程後の試験片の硬度が58HRC以上65HRC以下となるように決定し、Tは480℃、tは30時間とした。また、プラズマ窒化工程においては、プラズマ窒化時の処理温度Tが480℃となるように、放電電圧を200V以上450V以下、放電電流を1A以上5A以下の範囲で制御した。さらに、プラズマ窒化工程においては、プラズマ窒化時の炉内の圧力が267Pa以上400Pa以下となるように、窒素(N):水素(H):メタン(CH)=79:80:1の割合で炉内にガスを導入した。以上の熱処理方法が実施された試験片を、本発明の比較例のサンプルとした(比較例A)。 On the other hand, the heat treatment process which abbreviate | omitted the diffusion process was implemented from the heat treatment method of the steel demonstrated based on FIG. 11 in the said embodiment with respect to the test piece which consists of AMS specification 6278 similarly produced. Here, T 1 , t 1 , T 2 , t 2 , T 3 , t 3 , T 4 , t 4 , T 5 , t 5 , T 6 and t 6 are the test pieces after the third tempering step. The hardness was determined to be 58 to 65 HRC, T 7 was 480 ° C., and t 7 was 30 hours. In the plasma nitriding step, the discharge voltage was controlled in the range of 200 V to 450 V and the discharge current in the range of 1 A to 5 A so that the processing temperature T 7 during plasma nitriding was 480 ° C. Further, in the plasma nitriding step, nitrogen (N 2 ): hydrogen (H 2 ): methane (CH 4 ) = 79: 80: 1 is set so that the pressure in the furnace during plasma nitriding is 267 Pa or more and 400 Pa or less. Gas was introduced into the furnace at a rate. The test piece subjected to the above heat treatment method was used as a sample of a comparative example of the present invention (Comparative Example A).

そして、上述のように作製された実施例Aおよび比較例Aのサンプルを表面に垂直な断面にて切断し、当該断面を研磨した。さらに、研磨された断面を腐食液にて腐食した後、表面を含む一辺150μmの正方形の視野をランダムに5視野観察した。   And the sample of Example A and Comparative Example A produced as described above was cut in a cross section perpendicular to the surface, and the cross section was polished. Further, after the polished cross section was corroded with a corrosive liquid, five fields of view of a square having a side of 150 μm including the surface were randomly observed.

次に、実験結果について説明する。図12は、実施例Aの表面付近におけるミクロ組織の光学顕微鏡写真である。また、図13は、実施例Aの表面付近における硬度分布を示す図である。また、図14は、実施例Aの表面付近における炭素および窒素の濃度の分布を示す図である。また、図15は、比較例Aの表面付近におけるミクロ組織の光学顕微鏡写真である。また、図16は、比較例Aの表面付近における硬度分布を示す図である。また、図17は、比較例Aの表面付近における炭素および窒素の濃度の分布を示す図である。図12および図15において、写真上部がサンプルの表面側に該当する。また、図13および図16において、横軸は表面からの深さ(距離)、縦軸は硬度(単位はビッカース硬さ)を示している。また、図14および図17において、横軸は表面からの深さ(距離)、縦軸は炭素および窒素の濃度を示しており、細線が炭素濃度、太線が窒素濃度を示している。   Next, experimental results will be described. FIG. 12 is an optical micrograph of the microstructure near the surface of Example A. FIG. 13 is a diagram showing the hardness distribution in the vicinity of the surface of Example A. FIG. 14 is a graph showing the distribution of carbon and nitrogen concentrations in the vicinity of the surface of Example A. FIG. 15 is an optical micrograph of the microstructure near the surface of Comparative Example A. FIG. 16 is a diagram showing the hardness distribution near the surface of Comparative Example A. FIG. 17 is a graph showing the distribution of carbon and nitrogen concentrations in the vicinity of the surface of Comparative Example A. 12 and 15, the upper part of the photograph corresponds to the surface side of the sample. 13 and 16, the horizontal axis indicates the depth (distance) from the surface, and the vertical axis indicates the hardness (unit is Vickers hardness). 14 and 17, the horizontal axis indicates the depth (distance) from the surface, the vertical axis indicates the carbon and nitrogen concentrations, the thin line indicates the carbon concentration, and the thick line indicates the nitrogen concentration.

図12を参照して、本発明の実施例Aのサンプルにおける表層部には、粒界析出物(アスペクト比2以上で、かつ7.5μm以上の長さで形成された鉄の窒化物)は観察されず、良好なミクロ組織となっている。また、図13および図14を参照して、実施例Aのサンプルの表面から深さ0.05mm以内の領域は、950HV以上という十分な硬度を有しているとともに、十分な量の窒素が侵入している。そのため、実施例Aと同様の熱処理を実施した鋼部材の表面に対して研磨などの仕上げ加工を施すことにより、窒素濃度が0.05質量%以上、炭素濃度と窒素濃度との合計値が0.55質量%以上1.9質量%以下、厚み0.11mm以上、硬度800HV以上の窒素富化層が形成されるとともに、当該窒素富化層を顕微鏡にて観察した場合、粒界析出物が一辺150μmの正方形領域5視野内に1個以下である機械部品を製造することができる。 Referring to FIG. 12, in the surface layer portion of the sample of Example A of the present invention, grain boundary precipitates (iron nitride formed with an aspect ratio of 2 or more and a length of 7.5 μm or more) It is not observed and has a good microstructure. Referring to FIGS. 13 and 14, the region within a depth of 0.05 mm from the surface of the sample of Example A has a sufficient hardness of 950 HV or more, and a sufficient amount of nitrogen is present. Invaded. Therefore, by performing finishing such as polishing on the surface of the steel member subjected to the same heat treatment as in Example A, the nitrogen concentration is 0.05% by mass or more, and the total value of the carbon concentration and the nitrogen concentration is 0. When a nitrogen-enriched layer having a thickness of 0.11 mm or more, a thickness of 0.11 mm or more, and a hardness of 800 HV or more is formed and the nitrogen-enriched layer is observed with a microscope, grain boundary precipitates are formed. One or less machine parts can be manufactured within 5 fields of view of a square area of 150 μm per side.

一方、図15を参照して、本発明の範囲外である比較例Aのサンプルにおける表層部には、多数の粒界析出物90が観察される。また、図16および図17を参照して、比較例Aのサンプルの表面から深さ0.05mm以内の領域は、実施例Aと同様に、950HV以上という十分な硬度を有しているとともに、十分な量の窒素が侵入している。そのため、比較例Aと同様の熱処理を実施した鋼部材の表面に対して研磨などの仕上げ加工を施しても、高硬度な表層部が形成されているものの、表層部に粒界析出物が残存する機械部品が得られる。このような機械部品は、上述のように、十分な疲労強度や靭性を有しているとはいえない。 On the other hand, with reference to FIG. 15, many grain boundary precipitates 90 are observed in the surface layer portion of the sample of Comparative Example A that is outside the scope of the present invention. Further, referring to FIGS. 16 and 17, the region within a depth of 0.05 mm from the surface of the sample of Comparative Example A has a sufficient hardness of 950 HV or more as in Example A. A sufficient amount of nitrogen has penetrated. Therefore, even when a finishing process such as polishing is performed on the surface of the steel member that has been subjected to the same heat treatment as in Comparative Example A, a high-hardness surface layer portion is formed, but grain boundary precipitates remain in the surface layer portion. Machine parts to be obtained. Such mechanical parts cannot be said to have sufficient fatigue strength and toughness as described above.

以上より、上記実施の形態における鋼の熱処理方法を採用した機械部品の製造方法によれば、4質量%以上のクロムを含有する鋼からなるとともに、表層部に窒素富化層が形成されており、かつ疲労強度および靭性が十分に確保された本発明の機械部品を製造可能であることが確認された。   As mentioned above, according to the manufacturing method of the machine parts which employ | adopted the heat processing method of the steel in the said embodiment, while it consists of steel containing 4 mass% or more of chromium, the nitrogen enriched layer is formed in the surface layer part. In addition, it was confirmed that it is possible to manufacture the mechanical component of the present invention in which fatigue strength and toughness are sufficiently ensured.

以下、本発明の実施例2について説明する。上記実施の形態において説明した鋼の熱処理方法の拡散工程における、適切な加熱温度の範囲を調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。   Embodiment 2 of the present invention will be described below. An experiment was conducted to investigate an appropriate heating temperature range in the diffusion step of the steel heat treatment method described in the above embodiment. The experimental procedure is as follows.

まず、0.11質量%以上0.15質量%以下の炭素と、0.1質量%以上0.25質量%以下の珪素と、0.15質量%以上0.35質量%以下のマンガンと、3.2質量%以上3.6質量%以下のニッケルと、4質量%以上4.25質量%以下のクロムと、4質量%以上4.5質量%以下のモリブデンと、1.13質量%以上1.33質量%以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼であるAMS規格6278(AISI規格M50NiL)の鋼材を準備し、これを加工することにより外径φ40mm、内径φ30mm、厚みt16mmの試験片を作製した。   First, 0.11% by mass to 0.15% by mass of carbon, 0.1% by mass to 0.25% by mass of silicon, 0.15% by mass to 0.35% by mass of manganese, 3.2 mass% or more and 3.6 mass% or less nickel, 4 mass% or more and 4.25 mass% or less chromium, 4 mass% or more and 4.5 mass% or less molybdenum, and 1.13 mass% or more A steel material of AMS standard 6278 (AISI standard M50NiL), which contains 1.33 mass% or less of vanadium and is composed of the remaining iron and impurities, is prepared and processed to have an outer diameter of 40 mm, an inner diameter of 30 mm, and a thickness. A test piece of t16 mm was produced.

次に、この試験片に対し、上記実施の形態において図11に基づいて説明した鋼の熱処理方法を用いた熱処理工程のうち、浸炭工程から第3焼戻工程までを上記実施例1の実施例Aの場合と同様に実施した。そして、当該試験片を430℃〜570℃の温度に種々の時間保持することにより、拡散工程と同様の工程を実施し、浸炭層の硬度を測定した。より具体的には、試験片の表面からの距離が0.2mm以上0.4mm以下の領域において硬度を9点測定し、そのうちの最低硬度を算出した。さらに、当該測定結果を反応速度論に基づき解析し、拡散工程の各加熱温度における加熱処理時間(拡散時間)と浸炭層の硬度との関係を算出した。   Next, of the heat treatment process using the steel heat treatment method described with reference to FIG. 11 in the above embodiment, the carburization process to the third tempering process are performed on the test piece. It carried out like the case of A. And the process similar to a diffusion process was implemented by hold | maintaining the said test piece at the temperature of 430 degreeC-570 degreeC for various time, and the hardness of the carburized layer was measured. More specifically, the hardness was measured at 9 points in a region where the distance from the surface of the test piece was 0.2 mm or more and 0.4 mm or less, and the minimum hardness was calculated. Furthermore, the measurement result was analyzed based on the reaction kinetics, and the relationship between the heat treatment time (diffusion time) at each heating temperature in the diffusion step and the hardness of the carburized layer was calculated.

一方、同様の試験片に浸炭工程から第3焼戻工程までを上記実施例1の実施例Aの場合と同様に実施した後、実際にプラズマ窒化工程および拡散工程を実施して、試験片の硬度分布を確認する実験も行なった。プラズマ窒化工程においては、プラズマ窒化時の処理温度Tが480℃となるように、放電電圧を200V以上450V以下、放電電流を1A以上5A以下の範囲で制御し、1時間保持することによりプラズマ窒化を行なった。さらに、プラズマ窒化工程では、プラズマ窒化時の炉内の圧力が267Pa以上400Pa以下となるように、窒素(N):水素(H)=1:1の割合で炉内にガスを導入した。さらに、プラズマ窒化工程が完了した試験片に対して、480℃で50時間保持する拡散工程を行なった。そして、拡散工程を実施する前後における試験片の表層部における硬度分布を測定した。 On the other hand, after carrying out the same test piece from the carburizing step to the third tempering step in the same manner as in Example A of Example 1, the plasma nitriding step and the diffusion step were actually carried out, Experiments were also conducted to confirm the hardness distribution. In the plasma nitriding step, the discharge voltage is controlled in the range of 200 V to 450 V, the discharge current is controlled in the range of 1 A to 5 A and maintained for 1 hour so that the processing temperature T 7 during plasma nitridation is 480 ° C. Nitriding was performed. Furthermore, in the plasma nitriding step, gas was introduced into the furnace at a ratio of nitrogen (N 2 ): hydrogen (H 2 ) = 1: 1 so that the pressure in the furnace during plasma nitriding was 267 Pa or more and 400 Pa or less. . Further, a diffusion step of holding at 480 ° C. for 50 hours was performed on the test piece for which the plasma nitriding step was completed. And the hardness distribution in the surface layer part of the test piece before and behind implementing a diffusion process was measured.

次に、実験の結果について説明する。図18は、上記反応速度論に基づく解析の結果得られた、拡散工程の各加熱温度における加熱処理時間(拡散時間)と浸炭層の硬度との関係を示す図(アブラミプロット)である。図18において、横軸は加熱処理時間(拡散時間)、縦軸は浸炭層の硬度を示している。また、図19は、拡散工程を行なう前の試験片、および480℃で50時間保持する拡散工程を行なった試験片の表層部の硬度分布を示す図である。図19において、横軸は表面からの深さ(距離)、縦軸は硬度を示している。また、図19において、菱形は拡散工程を行なう前の試験片、四角形は480℃で50時間保持する拡散工程を行なった試験片の硬度を示している。   Next, the results of the experiment will be described. FIG. 18 is a diagram (Abramip plot) showing the relationship between the heat treatment time (diffusion time) at each heating temperature in the diffusion step and the hardness of the carburized layer, obtained as a result of the analysis based on the reaction kinetics. In FIG. 18, the horizontal axis indicates the heat treatment time (diffusion time), and the vertical axis indicates the hardness of the carburized layer. Moreover, FIG. 19 is a figure which shows the hardness distribution of the surface layer part of the test piece which performed the diffusion process which hold | maintained at 480 degreeC for 50 hours, and the test piece before performing a diffusion process. In FIG. 19, the horizontal axis indicates the depth (distance) from the surface, and the vertical axis indicates the hardness. Moreover, in FIG. 19, the rhombus indicates the hardness of the test piece before the diffusion step, and the square indicates the hardness of the test piece after the diffusion step held at 480 ° C. for 50 hours.

図18を参照して、試験片の浸炭層の硬度は、拡散温度が高いほど短時間で低下しているが、拡散温度が480℃になると、200時間拡散処理を行なった場合でも硬度の低下幅が50HV以下となり、母材の硬度(浸炭層のうちプラズマ窒化による窒素の侵入の影響がない領域における硬度)の低下が表層部の硬度に及ぼす影響が小さくなる。また、拡散温度が460℃になると、200時間拡散処理を行なった場合でも硬度の低下幅が30HV以下となり、母材の硬度の低下が表層部の硬度に及ぼす影響が一層小さくなる。さらに、拡散温度が430℃になると、200時間拡散処理を行なった場合でも硬度の低下幅が10HV以下となり、母材の硬度の低下は、表層部の硬度にほとんど影響を及ぼさなくなる。   Referring to FIG. 18, the hardness of the carburized layer of the test piece decreases in a shorter time as the diffusion temperature is higher, but when the diffusion temperature reaches 480 ° C., the hardness decreases even when the diffusion treatment is performed for 200 hours. The width becomes 50 HV or less, and the influence of the decrease in the hardness of the base material (the hardness in the region of the carburized layer where there is no influence of nitrogen intrusion due to plasma nitriding) on the hardness of the surface layer portion is reduced. Further, when the diffusion temperature is 460 ° C., even when the diffusion treatment is performed for 200 hours, the decrease in hardness is 30 HV or less, and the influence of the decrease in the hardness of the base material on the hardness of the surface layer is further reduced. Further, when the diffusion temperature is 430 ° C., even when the diffusion treatment is performed for 200 hours, the decrease in hardness becomes 10 HV or less, and the decrease in the hardness of the base material hardly affects the hardness of the surface layer portion.

一方、図19を参照して、480℃で50時間保持する拡散工程を行なった場合、実際の母材硬度の低下幅は、図18の解析結果とほぼ一致しており、図18の解析結果は、実際の熱処理の結果に一致しているものと考えられる。   On the other hand, referring to FIG. 19, when the diffusion step of holding at 480 ° C. for 50 hours is performed, the actual decrease in the base material hardness is almost the same as the analysis result of FIG. 18, and the analysis result of FIG. Is considered to be consistent with the actual heat treatment results.

以上の実験結果より、拡散工程における加熱温度(拡散温度)は、母材の硬度の低下が表層部の硬度に及ぼす影響を抑制しつつ、鋼に侵入した窒素を所望の領域にまで到達させる観点から、480℃以下とする必要があり、460℃以下とすることが好ましい。さらに、当該加熱温度を430℃以下とすることにより、母材の硬度の低下を表層部の硬度にほとんど影響させることなく、拡散工程を実施することができる。なお、母材の硬度の低下が表層部の硬度に及ぼす影響を抑制する観点からは、拡散工程における加熱温度を一層低くすることが好ましいが、鋼に侵入した窒素を所望の領域にまで到達させるために要する時間が実際の生産工程における許容限度を超えて長くなることを回避するため、当該加熱温度は300℃以上とすることが好ましい。   From the above experimental results, the heating temperature (diffusion temperature) in the diffusion step is a viewpoint that allows the nitrogen that has entered the steel to reach the desired region while suppressing the influence of the decrease in the hardness of the base material on the hardness of the surface layer portion. Therefore, it is necessary to set the temperature to 480 ° C. or lower, and preferably 460 ° C. or lower. Furthermore, by setting the heating temperature to 430 ° C. or lower, the diffusion step can be carried out with almost no influence on the hardness of the surface layer portion due to the decrease in the hardness of the base material. In addition, from the viewpoint of suppressing the influence of the decrease in the hardness of the base material on the hardness of the surface layer portion, it is preferable to lower the heating temperature in the diffusion step, but the nitrogen that has entered the steel reaches the desired region. Therefore, the heating temperature is preferably set to 300 ° C. or higher in order to avoid the time required for the operation from exceeding the allowable limit in the actual production process.

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。本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.

本発明の機械部品は、4質量%以上のクロムを含有する鋼からなり、表層部に窒素富化層が形成された機械部品に、特に有利に適用され得る。   The mechanical component of the present invention can be applied particularly advantageously to a mechanical component made of steel containing 4% by mass or more of chromium and having a nitrogen-enriched layer formed on the surface layer portion.

本発明の一実施の形態における機械部品を備えた深溝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 deep groove ball bearing provided with the machine component in one embodiment of this invention. 図1の要部を拡大して示す概略部分断面図である。It is a schematic fragmentary sectional view which expands and shows the principal part of FIG. 第1の変形例である機械部品を備えたスラストニードル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 thrust needle roller bearing provided with the machine component which is a 1st modification. 図3の要部を拡大して示す概略部分断面図である。FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. 3. 第2の変形例である機械部品を備えた等速ジョイント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 constant velocity joint provided with the machine component which is a 2nd modification. 図5の線分VI−VIに沿う概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in alignment with line segment VI-VI of FIG. 図5の等速ジョイントが角度をなした状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the state in which the constant velocity joint of FIG. 5 made the angle. 図5の要部を拡大して示す概略部分断面図である。FIG. 6 is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. 5. 図6の要部を拡大して示す概略部分断面図である。It is a schematic fragmentary sectional view which expands and shows the principal part of FIG. 本発明の一実施の形態における機械部品および当該機械部品を備えた機械要素の製造方法の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the manufacturing method of the machine component and the machine element provided with the said machine component in one embodiment of this invention. 機械部品の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detail of the heat treatment process included in the manufacturing method of mechanical components. 実施例Aの表面付近におけるミクロ組織の光学顕微鏡写真である。2 is an optical micrograph of the microstructure near the surface of Example A. FIG. 実施例Aの表面付近における硬度分布を示す図である。It is a figure which shows the hardness distribution in the surface vicinity of Example A. 実施例Aの表面付近における炭素および窒素の濃度の分布を示す図である。FIG. 4 is a graph showing the distribution of carbon and nitrogen concentrations in the vicinity of the surface of Example A. 比較例Aの表面付近におけるミクロ組織の光学顕微鏡写真である。4 is an optical micrograph of a microstructure in the vicinity of the surface of Comparative Example A. 比較例Aの表面付近における硬度分布を示す図である。6 is a diagram showing a hardness distribution in the vicinity of the surface of Comparative Example A. FIG. 比較例Aの表面付近における炭素および窒素の濃度の分布を示す図である。6 is a graph showing the distribution of carbon and nitrogen concentrations in the vicinity of the surface of Comparative Example A. FIG. 拡散工程の各加熱温度における加熱処理時間と浸炭層の硬度との関係を示す図(アブラミプロット)である。It is a figure (Abami plot) which shows the relationship between the heat processing time in each heating temperature of a spreading | diffusion process, and the hardness of a carburized layer. 試験片の表層部の硬度分布を示す図である。It is a figure which shows the hardness distribution of the surface layer part of a test piece.

符号の説明Explanation of symbols

1 深溝玉軸受、2 スラストニードルころ軸受、3 等速ジョイント、11 外輪、11A 外輪転走面、11B 外輪窒素富化層、12 内輪、12A 内輪転走面、12B 内輪窒素富化層、13 玉、13A 玉転走面、13B 玉窒素富化層、14,24 保持器、21 軌道輪、21A 軌道輪転走面、21B 軌道輪窒素富化層、23A ころ転走面、23B ころ窒素富化層、31 インナーレース、31A インナーレースボール溝、31B インナーレース窒素富化層、32 アウターレース、32A アウターレースボール溝、32B アウターレース窒素富化層、33 ボール、33A ボール転走面、33B ボール窒素富化層、34 ケージ、35,36 軸、90 粒界析出物。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Deep groove ball bearing, 2 Thrust needle roller bearing, 3 Constant velocity joint, 11 Outer ring, 11A Outer ring rolling surface, 11B Outer ring nitrogen enriched layer, 12 Inner ring, 12A Inner ring rolling surface, 12B Inner ring nitrogen enriched layer, 13 balls , 13A ball rolling surface, 13B ball nitrogen enriched layer, 14, 24 cage, 21 race ring, 21A race ring rolling surface, 21B race ring nitrogen enriched layer, 23A roller rolling surface, 23B roller nitrogen enriched layer 31 inner race, 31A inner race ball groove, 31B inner race nitrogen enriched layer, 32 outer race, 32A outer race ball groove, 32B outer race nitrogen enriched layer, 33 balls, 33A ball rolling surface, 33B ball nitrogen enriched Layer, 34 cage, 35, 36 axes, 90 grain boundary precipitates.

Claims (4)

0.11質量%以上0.15質量%以下の炭素と、0.1質量%以上0.25質量%以下の珪素と、0.15質量%以上0.35質量%以下のマンガンと、3.2質量%以上3.6質量%以下のニッケルと、4質量%以上4.25質量%以下のクロムと、4質量%以上4.5質量%以下のモリブデンと、1.13質量%以上1.33質量%以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成され、
表面を含む領域には、窒素濃度が0.05質量%以上である窒素富化層が形成されており、
前記窒素富化層における炭素濃度と窒素濃度との合計値は0.55質量%以上1.9質量%以下であり、
前記窒素富化層を顕微鏡にて観察した場合、アスペクト比2以上、長さ7.5μm以上の鉄の窒化物の数が、一辺150μmの正方形領域5視野内に1個以下である、機械部品。
2. 0.11% by mass to 0.15% by mass of carbon, 0.1% by mass to 0.25% by mass of silicon, 0.15% by mass to 0.35% by mass of manganese, 2 mass% or more and 3.6 mass% or less nickel, 4 mass% or more and 4.25 mass% or less chromium, 4 mass% or more and 4.5 mass% or less molybdenum, 1.13 mass% or more 1. Containing not more than 33% by mass of vanadium, and composed of steel consisting of the remaining iron and impurities,
In the region including the surface, a nitrogen enriched layer having a nitrogen concentration of 0.05% by mass or more is formed,
Ri total value der less 1.9 wt% to 0.55 wt% of carbon concentrations and the nitrogen concentrations in the nitrogen-enriched layer,
Wherein when viewed nitrogen-enriched layer through a microscope, the aspect ratio of 2 or more, nitriding the number of the above iron length 7.5μm is Ru der 1 or less in a square area 5 within the field of view of one side 150 [mu] m, mechanical parts.
前記窒素富化層の厚みは0.11mm以上である、請求項1に記載の機械部品。   The machine part according to claim 1, wherein the nitrogen-enriched layer has a thickness of 0.11 mm or more. 前記窒素富化層は、800HV以上の硬度を有している、請求項1または2に記載の機械部品。   The machine part according to claim 1 or 2, wherein the nitrogen-enriched layer has a hardness of 800 HV or more. 軸受を構成する部品として用いられる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の機械部品。 The machine part according to any one of claims 1 to 3, which is used as a part constituting a bearing.
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