JP6026915B2 - 軸受部品および転がり軸受の検査方法 - Google Patents
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Description
(1−1) はじめに
まず、窒素濃度と相関関係が高い高温焼戻での加熱温度および保持時間を決定する必要がある。ここで、高温焼戻による変態は熱活性化過程であるため、加熱温度の高温化と保持時間の長時間化とは同じ意味を持ち、両者を共に変数にすることには意味はないと考えられる。そこで、本実施例では、保持時間を一定(1時間)に固定した上で、加熱温度を300℃、400℃、500℃、600℃、700℃と変更し、硬度の差が最も明確になる加熱温度を調べることにより最適な加熱温度を決定した。
調査対象とした試験片の化学成分を表1に示す。材料は全てJIS規格SUJ2とし、これらを様々な熱処理炉、熱処理雰囲気で浸炭窒化処理を施した。なお、浸炭窒化処理の温度は840℃以上860℃以下という範囲に含まれていた。
高温焼戻後のサンプルの断面硬度と窒素濃度との相関を調査するため、サンプル(鋼)中の窒素濃度分布を測定する必要がある。浸炭窒化処理後の鋼中窒素濃度の測定には、EPMAの線分析を用いた。定量化は既知の窒素濃度を有する校正用試験片を分析し、その検量線を用いて実施した。EPMA分析に用いたサンプルおよび測定方法の模式図は、図7に示した通りである。
上記(1−3)で述べた試験片14において、EPMA分析を行なった切り出し端面にて硬度測定を行なった。測定方法としては、マイクロビッカース硬度計を用いてビッカース硬度測定を行なった。
(2−1) 実験内容
窒素濃度と相関関係の高い焼戻温度(加熱温度)を探索するため、浸炭窒化処理後に180℃という加熱温度で2時間の保持時間という焼戻を施した試験片14に、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃というそれぞれの加熱温度で保持時間を1時間とした5種類の高温焼戻を行った。なお、高温焼戻時の雰囲気は大気雰囲気とした。そして、それぞれの高温焼戻条件で処理された試験片について断面硬度を測定した。なお、ここでは窒素侵入量が多いと考えられる浸炭窒化処理条件の試験片番号8、9の試験片について測定を行なった。
実験結果をまとめたグラフを図9に示す。図9に示したグラフは、焼戻温度を横軸とし、断面硬度の差分(すなわち(断面硬度の最大値)−(熱処理後最表面から1mmの深さ位置での断面硬度):ΔHVとも表示する)を縦軸にして実験結果を整理したものである。図9から分かるように、断面硬度の差分ΔHVは、加熱温度を500℃とし、保持時間を1時間とした高温焼戻後に最も大きくなっていた。この加熱温度を500℃としたときの断面硬度の差分ΔHVは、加熱温度を300℃または700℃とした高温焼戻後の当該断面硬度の差分ΔHVの約2倍の値を示していた。したがって、相対的に窒素濃度と相関の高い焼戻後の硬度は、加熱温度を500℃程度とした焼戻後の硬度であると考えられる。このため、以下の実験では、断面硬度の測定を、加熱温度を500℃とし、保持時間を1時間とした高温焼戻後の試験片について実施した。
ここでは表1に示した組成の各試験片について浸炭窒化処理を施し、さらに高温焼戻として加熱温度を500℃、保持時間を1時間という熱処理を行なった後、図7を用いて説明したように試験片14の窒素濃度をEPMA分析により測定した。浸炭窒化処理は、加熱温度が850℃、炭素の活量/未分解アンモニア分率(γ)の値が4.75となる条件で行った。また、当該試験片14について、図7に示した切り出し端面において深さ方向での断面硬度を測定した。そして、当該深さ方向でのある位置における断面硬度と熱処理後最表面から1(mm)という深さ位置における断面硬度との差分(断面硬度差分(ΔHV))の関係を調査した。その結果を図10および図11に示す。
転がり軸受の構成部品の場合、その形状を整えるために焼入および焼戻後に研削加工を行う。したがって、一定の処理条件で浸炭窒化処理を行うと、その研削加工の取代により製品最表面(転走面または転動面)における窒素濃度が変化することになる。このため、製品最表面における窒素濃度を0.4質量%以上に保つためには、片側研削取代により浸炭窒化処理の条件を変更する必要がある。
図12より、各浸炭窒化の処理時間における0.4質量%の深さと0.06質量%の深さを求め、これらの間の距離を縦軸とし、処理時間を横軸とすると図13に示すグラフとなる。また、上述のように、断面硬度差分80ΔHVが窒素濃度0.06質量%に相当するという関係を用いて製品最表面における窒素濃度が0.04質量%以上であることを保証するためには、図12の縦軸に示す距離以上の深さの位置において断面硬度差分を調査する必要がある。
転がり軸受の内輪および外輪を焼入する場合、熱処理変形や変寸が生じる。この変形量および変寸量は製品形状、肉厚、冷却条件、加熱条件などにより変動する。そのため、内輪および外輪の片側研削取代の平均量は、実績値を基準として転がり軸受の型番ごとに決定されることが一般的である。内輪および外輪の外径が150(mm)以下の転がり軸受では、転走面の片側研削取代の平均値は0.1〜0.2(mm)となる場合が多い。このため、図12に示した窒素濃度分布、および図14に示した断面硬度差分の測定位置が明らかであれば、外形が150(mm)以下の転がり軸受の内輪および外輪の転走面における窒素濃度が0.4質量%以上であることを保証するために十分であるといえる。
(7−1) 熱処理後の品質保証の手順
上記(1)〜(6)の検討結果より、熱処理後(浸炭窒化処理、焼入および焼戻処理の後であって研削加工前)に製品最表面における窒素濃度が0.4質量%以上であることを保証する手順は以下の通りになる。まず、浸炭窒化処理、焼入および焼戻後の製品寸法を測定し、転走面の片側研削取代平均値(t)を算出する。次に、浸炭窒化処理の時間(T)と片側研削取代平均値(t)を、0.02×T+0.175+tの式に代入し、高温焼戻後における断面硬度差分の測定位置を算出する。次に、加熱温度を500℃、保持時間を1時間として高温焼戻(追加焼戻)を施す。次に、高温焼戻後の製品から試験片を切り出し、当該試験片において算出した測定位置での断面硬度差分を測定する。そして、測定した断面硬度差分の値が基準値である80ΔHV以上であるか否かを判別する。これにより、当該断面硬度差分の値が80ΔHV以上であれば、製品最表面における窒素濃度が0.4質量%以上であることを保証することができる。
上記(1)〜(6)の検討結果より、製品完成後(研削加工後)の製品最表面における窒素濃度が0.4質量%以上であることを保証する手順は以下の通りになる。まず、浸炭窒化処理の処理時間(T)を、0.02×T+0.175の式に代入し、高温焼戻後における断面硬度差分の測定位置を算出する。次に、加熱温度を500℃、保持時間を1時間として高温焼戻を施す。次に、高温焼戻後の製品から試験片を切り出し、当該試験片において算出した測定位置での断面硬度差分を測定する。そして、測定した断面硬度差分の値が基準値である80ΔHV以上であるか否かを判別する。これにより、当該断面硬度差分の値が80ΔHV以上であれば、製品最表面における窒素濃度が0.4質量%以上であることを保証することができる。
Claims (10)
- JIS規格SUJ2からなり、表面に浸炭窒化層が形成された軸受部品の検査方法であって、
加熱温度を500℃、保持時間を1時間とした熱処理を行なう工程と、
前記熱処理を行なう工程の後において、前記浸炭窒化層を形成するための浸炭窒化処理の時間をT時間としたときに、前記表面から0.02×T+0.175(mm)の深さの位置におけるビッカース硬度が、前記軸受部品の厚み方向において前記浸炭窒化層が形成されていない領域である芯部におけるビッカース硬度より80HV以上高いか否かを判別する工程とを備える、軸受部品の検査方法。 - 前記浸炭窒化処理の時間は、4時間以上10時間以下である、請求項1に記載の軸受部品の検査方法。
- 前記浸炭窒化処理の時間は、6時間以上8時間以下である、請求項1に記載の軸受部品の検査方法。
- JIS規格SUJ2からなり、表面に浸炭窒化層が形成された軸受部品の検査方法であって、
前記浸炭窒化層を形成するための浸炭窒化処理を行なう工程と、
前記浸炭窒化処理を行なう工程の後、前記表面に研削加工を施す前に、加熱温度を500℃、保持時間を1時間とした熱処理を行なう工程と、
前記熱処理を行なう工程の後において、前記浸炭窒化処理の時間をT時間、前記研削加工により除去される前記軸受部品の厚みをt(mm)としたときに、前記表面から0.02×T+0.175+t(mm)の深さの位置におけるビッカース硬度が、前記軸受部品の厚み方向において前記浸炭窒化層が形成されていない領域である芯部におけるビッカース硬度より80HV以上高いか否かを判別する工程とを備える、軸受部品の検査方法。 - 前記浸炭窒化処理の時間は、4時間以上10時間以下であり、
前記厚みは、0.125(mm)以下である、請求項4に記載の軸受部品の検査方法。 - 前記浸炭窒化処理の時間は、6時間以上8時間以下であり、
前記厚みは、0.15(mm)以下である、請求項4に記載の軸受部品の検査方法。 - 前記浸炭窒化処理は、840℃以上860℃以下の温度範囲で行われる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の軸受部品の検査方法。
- 旧オーステナイト結晶粒径は、JIS規格9番から11番の範囲である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の軸受部品の検査方法。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の軸受部品の検査方法により検査される、転がり軸受の検査方法。
- 深溝玉軸受、円錐ころ軸受、円筒ころ軸受、およびニードルころ軸受のうちいずれかである、請求項9に記載の転がり軸受の検査方法。
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