JP5832423B2 - ベアリングコンポーネント - Google Patents
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Description
本発明はベアリングコンポーネント、すなわち、ボールベアリング、ローラーベアリング、ボールスラストベアリング、ローラースラストベアリング、先細ローラースラストベアリング、ボールねじ、又は、転がり接触若しくは転がりと滑りとの組み合わせのような、交互のヘルツ応力にさらされる用途用の部品のうちの少なくとも一部分を構成する部品に関する。
厳しい要求が、ベアリング用鋼の品質、特にその非金属介在物の含有量に関する品質に対して確立されてきた。ベアリングコンポーネントは、接触疲労、すなわち、転がり接触又は転がりとすべりとの組み合わせのような交互のヘルツ応力にさらされた表面の割れ及びそれに続くピット生成をこうむる場合があり、所定の硫化物介在物のような非金属介在物が、割れの成長及び破砕をもたらす場合のある表面下の損傷を引き起こすことが見出された。さらに、ベアリング鋼における硫化物は、細長形状を有するので指向性となる傾向があり、よって鋼を異方性にする。
しかし、これら硫化物に関する問題を回避するためにベアリング鋼のイオウ含有量をできる限りゼロに近づくまで減少させることは、溶融物中のマグネシウム及びカルシウムをアルミン酸塩の形態の酸化物介在物に進入させ、結果として望ましくない化合物アルミン酸塩介在物を形成さするので、有利ではない。純粋なアルミン酸塩は硬くかつ脆く、転がりの間に壊れ、従って高度の成形変形を伴うベアリングコンポーネントの製造に実質的な問題を引き起こす。しかし、化合物アルミン酸塩は硬い場合があるが脆くはなく、よって転がりの間に損なわれることが無く、したがって最終的なベアリングコンポーネントの中に組み込まれる。化合物アルミン酸塩介在物が、大きな負荷にさらされるベアリングコンポーネントの領域に位置するようになると、そこが疲労破壊を開始させる。
特許文献１は、全ての方向において大きな負荷にさらされる物体に使用するための、不純物がゼロに限りなく近い鋼に関している。そこに開示されている鋼は、重量で８ｐｐｍ〜１２ｐｐｍのイオウを備えている。８ｐｐｍ以上のイオウ含有量は、スラグからのカルシウムの解放に対して逆に作用し、よって球形状の酸化物介在物を形成し、１２ｐｐｍ未満のイオウ含有量は、鋳造物中の危険な硫化物の富化を減少させる。
本発明の目的は、改良された疲労特性を有するベアリングコンポーネントを提供することである。
本発明の目的は、重量で１０〜３０ｐｐｍのＣａ、最大で２０ｐｐｍのイオウ、及び最大で１５ｐｐｍのＯを備える鋼を備えるベアリングコンポーネントによって達成される。好ましくは、この鋼は、１０〜３０ｐｐｍのＣａ、最大で２０ｐｐｍのＳ、及び最大で８ｐｐｍのＯを備え、又は最も好ましくは１０〜３０ｐｐｍのＣａ、最大で２０ｐｐｍのＳ、及び最大で１０ｐｐｍのＯを備える。
従来のベアリング鋼においては、通常、イオウ含有量が酸素含有量より高いゆえに、優勢な介在物のタイプは硫化物である。極めて多数の硫化物介在物が、多くはこれら硫化物介在物の端部に、埋め込まれた又は封止された酸化物介在物を含有している。これら埋め込まれた又は封止された酸化物介在物がマトリックスコンタクト（ｍａｔｒｉｘ ｃｏｎｔａｃｔ）を有する場合には、これら酸化‐硫化物はクラック開始剤として作用する場合がある。ベアリングコンポーネントの寿命は、酸素含有介在物によって最も不利に影響を受け、また、埋め込まれた又は封止された酸化物介在物を含有する硫化物介在物によっても不利に影響を受ける。
イオウ含有量を酸素含有量と実質的に同じ程度のレベルまで減少させた後の、軸受け鋼（すなわち、ベアリングコンポーネントにおける使用に好適な鋼）へのカルシウムの添加は、鋼中に残存している硫化物介在物の合計数を減少させ、残留する介在物の形状を、最終的なベアリングコンポーネントの機械的特性に対する有害度が少ない形状に変える。すなわち、軸受け鋼へのカルシウムの添加が、埋め込まれた又は封止された酸化物介在物を含有する硫化物介在物を結果的に５％未満にすることが見出された。また、カルシウムの添加によって、全ての硫化物介在物は３：１未満のアスペクト比（すなわち、介在物の最大径に対する最小径の比）を有し、硫化物介在物の最大長さを、ＡＳＴＭ Ｅ２２８３−０３ Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｖａｌｕｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｔａｎｄａｒｄを使用して測定した３に等しいＲｅｄｕｃｅｄ Ｖａｒｉａｔｅにおいて１２５μｍにする。このような硫化物介在物は、軸受け鋼の疲労特性に関して損傷性が小さい。さらに、３：１より大きいアスペクト比を有するとともに最大長さが１２５μｍである硫化物介在物が無いことによって、鋼は全ての方向に均一な特性を有し、よって鋼における異方性が減少する。
本発明の１つの実施形態によれば、ベアリングコンポーネントは、０．７０〜１．２０質量％のＣを含有する鋼を備えている。この鋼は、例えばＩＳＯ ６８３−１７， ＡＳＴＭ １−２９５−９８のようなＡＳＴＭ Ａ２９５／Ａ２９５Ｍ−０９の鋼、又は高炭素濃度の無心焼入れ鋼とすることができ、このような鋼は、転がり接触又は転がりと滑りとの組み合わせのような交互のヘルツ応力にかけられる用途に好適である。
本発明の１つの実施形態によれば、ベアリングコンポーネントは、ボールベアリング、ローラーベアリング、ボールスラストベアリング、ローラースラストベアリング、先細ローラースラストベアリング、ボールねじ、又は、転がり接触若しくは転がりと滑りとの組み合わせの交互のヘルツ応力にさらされる用途、例えばローラーベアリング用途、直線運動用途、ギアボックス用途、又はトルクトランスミッション用途の部品のうちの１つの少なくとも一部を構成する。
本発明は、以下に限定されるわけではない例示の方法で添付の図面を参照しつつ、さらに説明される。
図面が縮尺どおりに記載されているのではなく、所定の特徴が明瞭な記載のために拡大されていることに注意されるべきである。
図１は、ベアリングコンポーネント１０の例、すなわち、直径１０ｍｍ〜数ｍとすることができ、数十グラム〜数千トンの荷重担持能力を有するボールベアリングを図示している。本発明に係るベアリングコンポーネントは、どのような大きさにすることも、どのような荷重担持能力を有することもできる。ベアリングコンポーネント１０は、内側軌道輪１２、外側軌道輪１４、及び１組のボール１６を有している。ボールベアリング１０の内側軌道輪１２、外側軌道輪１４、並びに／若しくはボール１６、及び好ましくはボールベアリング１０の全ての回転接触部品は、重量で１０〜３０ｐｐｍのＣａ、最大２０ｐｐｍのＳ、最大１５ｐｐｍのＯ、好ましくは１０〜３０ｐｐｍのＣａ、最大２０ｐｐｍのＳ、最大８ｐｐｍのＯを含有する鋼から製造される。この鋼に含まれる硫化物介在物の５％未満は、封止されているか又は埋め込まれている酸化物介在物を含んでいる。全ての硫化物介在物は３：１より小さいアスペクト比を有し、硫化物介在物の最大長さは、（ＡＳＴＭ Ｅ２２８３−０３ Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｖａｌｕｅ Ａｎａｌｙｓｉｓを使用して測定された）３に等しいＲｅｄｕｃｅｄ Ｖａｒｉａｔｅにおいて１２５μｍである。
ボールベアリング１０の少なくとも一部分がそれから製造される鋼は、例えば、０．７０〜１．２０質量％の炭素を含有することができる。例えば、鋼は以下の組成を有することができる。
０．７０〜０．９５質量％の炭素
０．０５〜１．５質量％のシリコン
０．１５〜０．５０質量％のマンガン
０．５〜２．５質量％のクロム
０．１０〜１．５質量％のモリブデン
最大０．２５質量％のバナジウム
残部は、鉄、及び１０〜３０ｐｐｍのＣａ、最大２０ｐｐｍのＳ、最大１５ｐｐｍのＯ、好ましくは最大１０ｐｐｍのＯ、最も好ましくは最大８ｐｐｍのＯを含有する通常生じる不純物。
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図２及び３は、標準的な鋼及び本発明によるベアリングの鋼それぞれ中の、封入されたか又は埋め込まれた酸化物介在物を含有する硫化物介在物のパーセントを示している。本発明によるベアリングコンポーネントの鋼の硫化物介在物の約１％のみが、封入されたか、又は埋め込まれた酸化物介在物を含有していることが理解できる。反対に、標準的な鋼においては、鋼の硫化物介在物の約８０％が、封入されているか、又は埋め込まれた酸化物介在物を含有している。本発明によるベアリングコンポーネントの鋼の（９５０ＭＰａにおける回転ビームテストにおいて測定された）疲労強度は、標準的な鋼の疲労強度より実質的に高いことがわかった。
１０・・・ベアリングコンポーネント
１２・・・内側軌道輪
１４・・・外側軌道輪
１６・・・ボール
１２・・・内側軌道輪
１４・・・外側軌道輪
１６・・・ボール
Claims (4)
- 鋼を備えるベアリングコンポーネント（１０）であって、前記鋼が、０．７０〜１．２０質量％の炭素、０．０５〜１．５質量％のシリコン、０．１５〜０．５０質量％のマンガン、０．５〜２．５質量％のクロム、０．１０〜１．５質量％のモリブデン、最大０．２５質量％のバナジウムを含有する組成を有し、前記鋼が、質量で１０〜３０ｐｐｍのＣａ、最大２０ｐｐｍのＳ、及び最大１５ｐｐｍのＯを備えるとともに硫化物介在物を含有し、残部が鉄からなり、前記硫化物介在物の５％未満が酸化物介在物を含有し、前記酸化物介在物が内包されているか又は埋め込まれている形態であることを特徴とする、ベアリングコンポーネント（１０）。
- 前記鋼は、１０〜３０ｐｐｍのＣａ、最大２０ｐｐｍのＳ、及び最大１０ｐｐｍのＯを備えることを特徴とする請求項１に記載のベアリングコンポーネント（１０）。
- 前記鋼は、１０〜３０ｐｐｍのＣａ、最大２０ｐｐｍのＳ、及び最大８ｐｐｍのＯを備えることを特徴とする請求項１に記載のベアリングコンポーネント（１０）。
- ボールベアリング、ローラーベアリング、ボールスラストベアリング、ローラースラストベアリング、先細ローラースラストベアリング、ボールねじ、又は、転がり接触若しくは組み合わされた転がりと滑りのような交互のヘルツ応力にかけられる用途用のコンポーネントのうちの１つの少なくとも一部分を構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のベアリングコンポーネント（１０）。
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