JP7515673B2

JP7515673B2 - Rolling bearing races and rolling bearings

Info

Publication number: JP7515673B2
Application number: JP2023126351A
Authority: JP
Inventors: 昌弘山田; 力大木
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Filing date: 2023-08-02
Publication date: 2024-07-12
Anticipated expiration: 2039-07-04

Description

本発明は、転がり軸受の軌道輪及び転がり軸受に関する。 The present invention relates to a raceway of a rolling bearing and a rolling bearing.

転がり軸受の軌道輪は、軸受鋼等に対して焼き入れ・焼き戻しを行うことにより製造されている（例えば、特許文献１）ため、残留オーステナイトを含んでいる。転がり軸受が高温環境下において使用されると、残留オーステナイトが分解されることにより、軌道輪に寸法変化が生じる。例えば、内輪に高温環境下での使用に伴う寸法変化が生じると、内径が拡大してしまう。その結果、内輪と軸との嵌め合いが緩まり、クリープが生じる。クリープは、転がり軸受が破損する原因となる。 The raceways of rolling bearings are manufactured by hardening and tempering bearing steel, etc. (see, for example, Patent Document 1), and therefore contain retained austenite. When rolling bearings are used in high-temperature environments, the retained austenite decomposes, causing dimensional changes in the raceways. For example, if the inner ring undergoes dimensional changes due to use in high-temperature environments, the inner diameter will expand. As a result, the fit between the inner ring and the shaft will loosen, causing creep. Creep can cause the rolling bearing to break.

特開２０１７－１８７１０４号公報JP 2017-187104 A

上記の寸法変化の対策として、２３０℃程度で数時間の焼き戻しを行い、予め残留オーステナイト量を減らしておくことが行われている。しかしながら、この対策では、マルテンサイトも分解されてしまうため、軌道面における硬さが低下し、転がり軸受の寿命が短くなってしまう。 To prevent the above dimensional changes, the bearing is tempered at around 230°C for several hours to reduce the amount of retained austenite in advance. However, this method also breaks down the martensite, reducing the hardness of the raceway surface and shortening the life of the rolling bearing.

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、軌道面における硬さを維持しつつ、クリープに伴う破損の発生を抑制することが可能な転がり軸受の軌道輪を提供するものである。 The present invention has been made in consideration of the problems of the conventional technology as described above. More specifically, the present invention provides a raceway for a rolling bearing that can suppress the occurrence of damage due to creep while maintaining the hardness of the raceway surface.

本発明の転がり軸受の軌道輪は、鋼からなり、外周面と、内周面とを備えている。外周面及び内周面の一方は、軌道面を有する。外周面及び内周面の他方は、反軌道面となっている。反軌道面における残留オーステナイトの体積比率は、軌道面における残留オーステナイトの体積比率よりも小さい。軌道面における残留オーステナイトの体積比率と反軌道面における残留オーステナイトの体積比率との差は、５体積パーセント以上である。反軌道面において、複数の化合物粒が分散されている。化合物粒の平均粒径は、２μｍ以下である。化合物粒の面積比率は、０．３パーセント以上である。 The raceway of the rolling bearing of the present invention is made of steel and has an outer peripheral surface and an inner peripheral surface. One of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface has a raceway surface. The other of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface is an anti-raceway surface. The volume ratio of the retained austenite in the anti-raceway surface is smaller than the volume ratio of the retained austenite in the raceway surface. The difference between the volume ratio of the retained austenite in the raceway surface and the volume ratio of the retained austenite in the anti-raceway surface is 5 volume percent or more. A plurality of compound particles are dispersed in the anti-raceway surface. The average particle size of the compound particles is 2 μm or less. The area ratio of the compound particles is 0.3 percent or more.

上記の転がり軸受の軌道輪では、軌道面及び反軌道面が、窒素を含有していてもよい。 In the raceway of the rolling bearing, the raceway surface and the counter raceway surface may contain nitrogen.

上記の転がり軸受の軌道輪では、反軌道面における硬さが６５０Ｈｖ以上であってもよい。上記の転がり軸受の軌道輪では、鋼がＪＩＳ規格に定める高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２であってもよい。 In the raceway of the rolling bearing, the hardness at the anti-raceway surface may be 650 Hv or more. In the raceway of the rolling bearing, the steel may be high carbon chromium bearing steel SUJ2 as specified in the JIS standard .

本発明の転がり軸受は、少なくとも１つの上記の転がり時軸受の軌道輪を備えている。 The rolling bearing of the present invention has at least one of the above-mentioned rolling bearing races.

本発明の転がり軸受の軌道輪及び転がり軸受によると、軌道面における硬さを維持しつつ、クリープに伴う破損の発生を抑制することができる。 The raceway and rolling bearing of the present invention can maintain the hardness of the raceway surface while suppressing the occurrence of damage due to creep.

内輪１０の平面図である。FIG. 図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 内輪１０の製造方法を示す工程図である。4A to 4C are process diagrams showing a manufacturing method of the inner ring 10. 加工対象部材２０の平面図である。FIG. 図４のＶ－Ｖにおける断面図である。5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 4. 焼き戻し工程Ｓ４を説明するための平面模式図である。FIG. 11 is a schematic plan view for explaining the tempering process S4. 焼き戻し工程Ｓ４を説明するための断面模式図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining the tempering process S4. 加熱コイル３０による加熱時間と内周面２０ｃ及び外周面２０ｄにおける温度との関係についてのシミュレーション結果を示すグラフである。11 is a graph showing the results of a simulation of the relationship between the heating time by the heating coil 30 and the temperatures at the inner circumferential surface 20c and the outer circumferential surface 20d. 内周面２０ｃの加熱温度を変化させた際の外周面２０ｄの加熱温度のシミュレーション結果を示すグラフである。11 is a graph showing a simulation result of the heating temperature of the outer circumferential surface 20d when the heating temperature of the inner circumferential surface 20c is changed.

実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。 Details of the embodiment will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are given the same reference symbols, and overlapping descriptions will not be repeated.

実施形態に係る転がり軸受の軌道輪は、例えば、深溝玉軸受の内輪１０である。実施形態に係る転がり軸受の軌道輪は、内輪１０に限られるものではないが、以下においては、内輪１０を実施形態に係る転がり軸受の軌道輪の具体例として、説明を行う。 The raceway of the rolling bearing according to the embodiment is, for example, the inner ring 10 of a deep groove ball bearing. The raceway of the rolling bearing according to the embodiment is not limited to the inner ring 10, but in the following, the inner ring 10 will be described as a specific example of the raceway of the rolling bearing according to the embodiment.

（内輪１０の構成）
以下に、内輪１０の構成を説明する。 (Configuration of the inner ring 10)
The configuration of the inner ring 10 will be described below.

内輪１０は、鋼からなる。内輪１０を構成している鋼は、例えば、ＪＩＳ規格（ＪＩＳＧ４８０５；２００８）に定める高炭素クロム軸受鋼であるＳＵＪ２である。但し、内輪１０を構成している鋼は、これに限られるものではない。 The inner ring 10 is made of steel. The steel that constitutes the inner ring 10 is, for example, SUJ2, a high carbon chromium bearing steel defined in the JIS standard (JIS G 4805; 2008). However, the steel that constitutes the inner ring 10 is not limited to this.

内輪１０を構成している鋼は、焼き入れられている。このことを別の観点から言えば、内輪１０を構成している鋼は、マルテンサイトと、残留オーステナイトとを含んでいる。マルテンサイトは、ｆｃｃ（face centered cubic）構造を有する鉄（Ｆｅ）の高温相であるオーステナイトを急冷することにより得られる非平衡相である。残留オーステナイトは、急冷された際にマルテンサイトに変態せずに残留したオーステナイトである。 The steel that constitutes the inner ring 10 is hardened. From another perspective, the steel that constitutes the inner ring 10 contains martensite and retained austenite. Martensite is a non-equilibrium phase obtained by quenching austenite, which is a high-temperature phase of iron (Fe) that has a face centered cubic (fcc) structure. Retained austenite is austenite that remains without transforming into martensite when quenched.

内輪１０を構成している鋼中には、複数の化合物粒が分散されている。化合物粒は、鉄と窒素（Ｎ）及び炭素（Ｃ）との化合物である。化合物粒は、例えば、セメンタイト（Ｆｅ_３Ｃ）の炭素サイトが部分的に窒素により置換されているとともに、セメンタイトの鉄サイトがクロムにより部分的に置換されている化合物により形成されている。すなわち、化合物粒は、例えば、（Ｆｅ，Ｃｒ）_３（Ｃ，Ｎ）により形成されている。 A plurality of compound particles are dispersed in the steel constituting the inner ring 10. The compound particles are compounds of iron, nitrogen (N), and carbon (C). For example, the compound particles are formed of a compound in which the carbon sites of cementite (Fe ₃ C) are partially substituted with nitrogen and the iron sites of cementite are partially substituted with chromium. That is, the compound particles are formed of, for example, (Fe, Cr) ₃ (C, N).

図１は、内輪１０の平面図である。図１に示されるように、内輪１０は、環状（リング状）の形状を有している。内輪１０は、中心軸Ａを有している。図２は、図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。図１及び図２に示されるように、内輪１０は、上面１０ａと、底面１０ｂと、内周面１０ｃと、外周面１０ｄとを有している。 Figure 1 is a plan view of the inner ring 10. As shown in Figure 1, the inner ring 10 has an annular (ring-like) shape. The inner ring 10 has a central axis A. Figure 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in Figure 1. As shown in Figures 1 and 2, the inner ring 10 has a top surface 10a, a bottom surface 10b, an inner peripheral surface 10c, and an outer peripheral surface 10d.

上面１０ａ及び底面１０ｂは、中心軸Ａに沿う方向における内輪１０の端面を構成している。底面１０ｂは、上面１０ａの反対面である。内周面１０ｃは、周方向に沿って延在している。内周面１０ｃは、径方向において内側を向いている。内周面１０ｃは、上面１０ａ及び底面１０ｂに連なっている。外周面１０ｄは、周方向に沿って延在している。外周面１０ｄは、径方向において外側を向いている。外周面１０ｄは、上面１０ａ及び底面１０ｂに連なっている。 The top surface 10a and the bottom surface 10b constitute the end surfaces of the inner ring 10 in the direction along the central axis A. The bottom surface 10b is the opposite surface to the top surface 10a. The inner peripheral surface 10c extends along the circumferential direction. The inner peripheral surface 10c faces inward in the radial direction. The inner peripheral surface 10c is continuous with the top surface 10a and the bottom surface 10b. The outer peripheral surface 10d extends along the circumferential direction. The outer peripheral surface 10d faces outward in the radial direction. The outer peripheral surface 10d is continuous with the top surface 10a and the bottom surface 10b.

外周面１０ｄは、軌道面１０ｅを含んでいる。軌道面１０ｅは、転動体（図示せず）と接触する外周面１０ｄの部分である。内輪１０において、内周面１０ｃは、反軌道面１０ｆを構成している。すなわち、内周面１０ｃは、軸（図示せず）に嵌め合わされる面になっている。内輪１０の表面（上面１０ａ、底面１０ｂ、内周面１０ｃ及び外周面１０ｄ）は、浸炭窒化されていることが好ましい。 The outer peripheral surface 10d includes a raceway surface 10e. The raceway surface 10e is the portion of the outer peripheral surface 10d that comes into contact with the rolling elements (not shown). In the inner ring 10, the inner peripheral surface 10c constitutes the counter-raceway surface 10f. In other words, the inner peripheral surface 10c is the surface that is fitted onto the shaft (not shown). The surfaces of the inner ring 10 (top surface 10a, bottom surface 10b, inner peripheral surface 10c, and outer peripheral surface 10d) are preferably carbonitrided.

反軌道面１０ｆ（内周面１０ｃ）における残留オーステナイトの体積比率は、軌道面１０ｅにおける残留オーステナイトの体積比率よりも小さい。すなわち、反軌道面１０ｆにおける残留オーステナイトの分解は、軌道面１０ｅにおける残留オーステナイトの分解よりも予め進んでいるため、反軌道面１０ｆにおける寸法変化率は、軌道面１０ｅにおける寸法変化率よりも小さい。 The volume ratio of the retained austenite on the anti-raceway surface 10f (inner circumferential surface 10c) is smaller than the volume ratio of the retained austenite on the raceway surface 10e. In other words, the decomposition of the retained austenite on the anti-raceway surface 10f is more advanced than the decomposition of the retained austenite on the raceway surface 10e, so the dimensional change rate on the anti-raceway surface 10f is smaller than the dimensional change rate on the raceway surface 10e.

軌道面１０ｅにおける残留オーステナイトの体積比率と反軌道面１０ｆにおける残留オーステナイトの体積比率との差（軌道面１０ｅにおける残留オーステナイトの体積比率から反軌道面１０ｆにおける残留オーステナイトの体積比率を減じた値）は、５体積パーセント以上である。内輪１０の表面が浸炭窒化されている場合、軌道面１０ｅにおける残留オーステナイトの体積比率と反軌道面１０ｆにおける残留オーステナイトの体積比率との差は、１０体積パーセント以上であってもよい。残留オーステナイトの体積比率は、Ｘ線回折法を用いて測定される。すなわち、マルテンサイト相のＸ線回折ピークの積分強度とオーステナイト相のＸ線回折ピークの積分強度とを比較することにより、残留オーステナイトの体積比率が得られる。 The difference between the volume ratio of the retained austenite on the raceway surface 10e and the volume ratio of the retained austenite on the counter raceway surface 10f (the volume ratio of the retained austenite on the raceway surface 10e minus the volume ratio of the retained austenite on the counter raceway surface 10f) is 5 volume percent or more. When the surface of the inner ring 10 is carbonitrided, the difference between the volume ratio of the retained austenite on the raceway surface 10e and the volume ratio of the retained austenite on the counter raceway surface 10f may be 10 volume percent or more. The volume ratio of the retained austenite is measured using an X-ray diffraction method. That is, the volume ratio of the retained austenite is obtained by comparing the integrated intensity of the X-ray diffraction peak of the martensite phase with the integrated intensity of the X-ray diffraction peak of the austenite phase.

軌道面１０ｅにおける旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は、８μｍ以下である。旧オーステナイト結晶粒は、焼き入れにおける冷却前に存在していたオーステナイトの結晶粒界により取り囲まれている部分である。旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳＧ０５５１：２００５）に規定されている方法にしたがって行われる。 The average grain size of the prior austenite grains on the raceway surface 10e is 8 μm or less. Prior austenite grains are the portions surrounded by the grain boundaries of austenite that existed before cooling during quenching. The average grain size of the prior austenite grains is measured according to the method specified in the JIS standard (JIS G 0551:2005).

反軌道面１０ｆにおける化合物粒の平均粒径は、２μｍ以下であることが好ましい。反軌道面１０ｆにおける化合物粒の面積比率は、０．３パーセント以上であることが好ましい。 The average particle size of the compound grains on the anti-orbital surface 10f is preferably 2 μm or less. The area ratio of the compound grains on the anti-orbital surface 10f is preferably 0.3 percent or more.

化合物粒の平均粒径及び化合物粒の面積比率は、以下の方法により測定される。この測定においては、第１に、電子顕微鏡（ＳＥＭ）による内輪１０の断面撮影が行われる。なお、電子顕微鏡による内輪１０の断面撮影に先立って、内輪１０の鏡面研磨及び当該鏡面研磨面に対する腐食が行われる。 The average particle size and area ratio of the compound particles are measured by the following method. In this measurement, first, a cross-section of the inner ring 10 is photographed using an electron microscope (SEM). Prior to photographing the cross-section of the inner ring 10 using the electron microscope, the inner ring 10 is mirror-polished and the mirror-polished surface is etched.

第２に、内輪１０の断面画像に対する画像処理を行うことにより、各々の化合物粒の面積が算出される。各々の化合物粒の面積を合計することにより、化合物粒の面積比率が得られる。第３に、各々の化合物粒の面積をπ／４で除した値の平方根により、各々の化合物粒の円相当径が算出される。各々の化合物粒の円相当径の合計値を化合物粒の合計数で除することにより、化合物粒の平均粒径が得られる。 Secondly, the area of each compound grain is calculated by performing image processing on the cross-sectional image of the inner ring 10. The area ratio of the compound grains is obtained by adding up the areas of each compound grain. Thirdly, the circle-equivalent diameter of each compound grain is calculated by taking the square root of the value obtained by dividing the area of each compound grain by π/4. The average grain size of the compound grains is obtained by dividing the sum of the circle-equivalent diameters of each compound grain by the total number of compound grains.

残留オーステナイトの分解が進むにつれて、マルテンサイトの分解も進む。そのため、軌道面１０ｅにおける硬さは、残留オーステナイトの分解が相対的に進んでいる反軌道面１０ｆにおける硬さよりも高い。反軌道面１０ｆにおける硬さは、６５０Ｈｖ以上であることが好ましい。硬さは、ＪＩＳ規格（ＪＩＳＺ２２４４：２００９）に規定されるビッカース硬さ試験法にしたがって測定される。 As the decomposition of the retained austenite progresses, the decomposition of martensite also progresses. Therefore, the hardness of the raceway surface 10e is higher than the hardness of the anti-raceway surface 10f, where the decomposition of the retained austenite is relatively more advanced. The hardness of the anti-raceway surface 10f is preferably 650 Hv or more. The hardness is measured according to the Vickers hardness test method defined in the JIS standard (JIS Z 2244:2009).

（内輪１０の製造方法）
以下に、内輪１０の製造方法を説明する。 (Manufacturing method of the inner ring 10)
A method for manufacturing the inner ring 10 will be described below.

図３は、内輪１０の製造方法を示す工程図である。図３に示されるように、内輪１０の製造方法は、準備工程Ｓ１と、浸炭窒化処理工程Ｓ２と、焼き入れ工程Ｓ３と、焼き戻し工程Ｓ４と、後処理工程Ｓ５とを有している。焼き入れ工程Ｓ３は、第１焼き入れ工程Ｓ３１と、第２焼き入れ工程Ｓ３２とを有している。 Figure 3 is a process diagram showing the manufacturing method of the inner ring 10. As shown in Figure 3, the manufacturing method of the inner ring 10 includes a preparation process S1, a carbonitriding process S2, a quenching process S3, a tempering process S4, and a post-treatment process S5. The quenching process S3 includes a first quenching process S31 and a second quenching process S32.

準備工程Ｓ１においては、加工対象部材２０が準備される。加工対象部材２０は、鋼からなる。加工対象部材２０を構成している鋼は、例えば、ＪＩＳ規格に定める高炭素クロム軸受鋼であるＳＵＪ２である。 In the preparation step S1, the workpiece 20 is prepared. The workpiece 20 is made of steel. The steel constituting the workpiece 20 is, for example, SUJ2, a high carbon chromium bearing steel defined by the JIS standard.

図４は、加工対象部材２０の平面図である。図５は、図４のＶ－Ｖにおける断面図である。図４及び図５に示されるように、加工対象部材２０は、環状の形状を有している。加工対象部材２０は、上面２０ａと、底面２０ｂと、内周面２０ｃと、外周面２０ｄとを有している。上面２０ａ、底面２０ｂ、内周面２０ｃ及び外周面２０ｄは、それぞれ、後処理工程Ｓ５の完了後に上面１０ａ、底面１０ｂ、内周面１０ｃ及び外周面１０ｄとなる面である。 Figure 4 is a plan view of the workpiece 20. Figure 5 is a cross-sectional view taken along line V-V in Figure 4. As shown in Figures 4 and 5, the workpiece 20 has an annular shape. The workpiece 20 has an upper surface 20a, a bottom surface 20b, an inner peripheral surface 20c, and an outer peripheral surface 20d. The upper surface 20a, the bottom surface 20b, the inner peripheral surface 20c, and the outer peripheral surface 20d are surfaces that will become the upper surface 10a, the bottom surface 10b, the inner peripheral surface 10c, and the outer peripheral surface 10d, respectively, after completion of the post-processing step S5.

浸炭窒化処理工程Ｓ２においては、加工対象部材２０の表面に対する浸炭窒化処理が行われる。浸炭窒化処理工程Ｓ２は、窒素及び炭素を含む雰囲気ガス（例えば、吸熱型変成ガス（Ｒガス）及びアンモニア（ＮＨ_３）ガスを含む雰囲気ガス）中において、加工対象部材２０を所定の温度で所定時間保持することにより行われる。これにより、加工対象部材２０の表面にある鋼中に、炭素及び窒素が固溶される。 In the carbonitriding process S2, a carbonitriding process is performed on the surface of the workpiece 20. The carbonitriding process S2 is performed by holding the workpiece 20 at a predetermined temperature for a predetermined time in an atmospheric gas containing nitrogen and carbon (e.g., an atmospheric gas containing an endothermic transformer gas (R gas) and ammonia (NH ₃ ) gas). As a result, carbon and nitrogen are dissolved in the steel on the surface of the workpiece 20.

第１焼き入れ工程Ｓ３１は、浸炭窒化処理工程Ｓ２の後に行われる。第１焼き入れ工程Ｓ３１においては、加工対象部材２０に対する焼き入れが行われる。第１焼き入れ工程Ｓ３１においては、第１に、加工対象部材２０が、加工対象部材２０を構成する鋼のＡ_１変態点以上の温度（第１温度）で所定の時間保持される。第２に、加工対象部材２０が、加工対象部材２０を構成する鋼のＭｓ変態点以下の温度に冷却される。加工対象部材２０の冷却は、例えば油冷により行われる。第１焼き入れ工程Ｓ３１の加熱保持により、加工対象部材２０を構成する鋼中に化合物粒が析出する。 The first quenching step S31 is performed after the carbonitriding step S2. In the first quenching step S31, quenching is performed on the workpiece 20. In the first quenching step S31, first, the workpiece 20 is held at a temperature (first temperature) equal to or higher than the _A1 transformation point of the steel constituting the workpiece 20 for a predetermined time. Second, the workpiece 20 is cooled to a temperature equal to or lower than the Ms transformation point of the steel constituting the workpiece 20. The workpiece 20 is cooled, for example, by oil cooling. By holding the heat in the first quenching step S31, compound grains are precipitated in the steel constituting the workpiece 20.

第２焼き入れ工程Ｓ３２は、第１焼き入れ工程Ｓ３１の後に行われる。第２焼き入れ工程Ｓ３２においては、加工対象部材２０に対する焼き入れが行われる。第２焼き入れ工程Ｓ３２においては、第１に、加工対象部材２０が、加工対象部材２０を構成する鋼のＡ_１変態点以上の温度（第２温度）で所定の時間保持される。第２温度は、第１温度よりも低い。第２温度が第１温度よりも低いことにより鋼中における炭素及び窒素の固溶限が狭くなるため、第２焼き入れ工程Ｓ３２の加熱保持の際にも、化合物粒は析出する。 The second quenching step S32 is performed after the first quenching step S31. In the second quenching step S32, quenching is performed on the workpiece 20. In the second quenching step S32, first, the workpiece 20 is held for a predetermined time at a temperature (second temperature) equal to or higher than the _A1 transformation point of the steel constituting the workpiece 20. The second temperature is lower than the first temperature. Since the second temperature is lower than the first temperature, the solid solubility limits of carbon and nitrogen in the steel become narrower, and compound grains are precipitated even during the heating and holding in the second quenching step S32.

第２に、加工対象部材２０が、加工対象部材２０を構成する鋼のＭｓ変態点以下の温度に冷却される。加工対象部材２０の冷却は、例えば油冷により行われる。第２焼き入れ工程Ｓ３２の加熱保持の際のオーステナイト結晶粒の成長は、第１焼き入れ工程Ｓ３１及び第２焼き入れ工程Ｓ３２の加熱保持の際に析出した化合物粒のピン止め効果により抑制されている。 Second, the workpiece 20 is cooled to a temperature below the Ms transformation point of the steel that constitutes the workpiece 20. The workpiece 20 is cooled, for example, by oil cooling. The growth of austenite grains during the heating and holding in the second quenching process S32 is suppressed by the pinning effect of the compound grains that precipitated during the heating and holding in the first quenching process S31 and the second quenching process S32.

第１焼き入れ工程Ｓ３１及び第２焼き入れ工程Ｓ３２を含む焼き入れ工程Ｓ３が行われることにより、加工対象部材２０を構成する鋼中に、マルテンサイトと、残留オーステナイトとが形成されるとともに、旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が８μｍ以下になる。また、焼き入れ工程Ｓ３が行われることにより、加工対象部材２０を構成する鋼中に微細な化合物粒が分散される。 By carrying out the quenching process S3, which includes the first quenching process S31 and the second quenching process S32, martensite and retained austenite are formed in the steel constituting the processed member 20, and the average grain size of the prior austenite crystal grains becomes 8 μm or less. In addition, by carrying out the quenching process S3, fine compound grains are dispersed in the steel constituting the processed member 20.

なお、焼き入れ工程Ｓ３が行われた後であって焼き戻し工程Ｓ４が行われる前の段階においては、内周面２０ｃにおける残留オーステナイトの体積比率と外周面２０ｄにおける残留オーステナイトの体積比率との間に、顕著な違いはない（内周面２０ｃにおける残留オーステナイトの体積比率と外周面２０ｄにおける残留オーステナイトの体積比率との差は、５体積パーセント未満である）。 After the quenching step S3 and before the tempering step S4, there is no significant difference between the volume ratio of the retained austenite on the inner circumferential surface 20c and the volume ratio of the retained austenite on the outer circumferential surface 20d (the difference between the volume ratio of the retained austenite on the inner circumferential surface 20c and the volume ratio of the retained austenite on the outer circumferential surface 20d is less than 5 volume percent).

焼き戻し工程Ｓ４は、焼き入れ工程Ｓ３（第１焼き入れ工程Ｓ３１及び第２焼き入れ工程Ｓ３２）の後に行われる。焼き戻し工程Ｓ４においては、加工対象部材２０に対する焼き戻しが行われる。 The tempering process S4 is carried out after the quenching process S3 (the first quenching process S31 and the second quenching process S32). In the tempering process S4, the workpiece 20 is tempered.

図６は、焼き戻し工程Ｓ４を説明するための平面模式図である。図７は、焼き戻し工程Ｓ４を説明するための断面模式図である。図６及び図７に示されるように、焼き戻し工程Ｓ４における加熱は、例えば、誘導加熱により行われる。より具体的には、加熱コイル３０を内周面２０ｃに沿って周方向に回転させて内周面２０ｃを誘導加熱することにより行われる。加熱コイル３０により内周面２０ｃの加熱が行われている際、外周面２０ｄは、噴射部３１から噴射される水等の冷却液により冷却されている。 Figure 6 is a schematic plan view illustrating the tempering process S4. Figure 7 is a schematic cross-sectional view illustrating the tempering process S4. As shown in Figures 6 and 7, the heating in the tempering process S4 is performed, for example, by induction heating. More specifically, the heating coil 30 is rotated in the circumferential direction along the inner circumferential surface 20c to induce heating of the inner circumferential surface 20c. While the inner circumferential surface 20c is being heated by the heating coil 30, the outer circumferential surface 20d is cooled by a cooling liquid such as water sprayed from the spray unit 31.

図８は、加熱コイル３０による加熱時間と内周面２０ｃ及び外周面２０ｄにおける温度との関係についてのシミュレーション結果を示すグラフである。なお、図８中において、横軸は、加熱コイル３０による加熱時間（単位：秒）であり、縦軸は、内周面２０ｃ及び外周面２０ｄにおける温度（単位：℃）である。図８のシミュレーションは、内周面２０ｃの加熱温度が４２０℃、外周面２０ｄを水冷、内周面２０ｃと外周面２０ｄとの間の距離が３ｍｍとの条件の下で行われた。図８に示されるように、焼き戻し工程Ｓ４においては、外周面２０ｄの加熱温度は、内周面２０ｃの加熱温度よりも低くなる。 Figure 8 is a graph showing the results of a simulation of the relationship between the heating time by the heating coil 30 and the temperature at the inner circumferential surface 20c and the outer circumferential surface 20d. In Figure 8, the horizontal axis represents the heating time by the heating coil 30 (unit: seconds), and the vertical axis represents the temperature at the inner circumferential surface 20c and the outer circumferential surface 20d (unit: °C). The simulation in Figure 8 was performed under the following conditions: the heating temperature of the inner circumferential surface 20c is 420 °C, the outer circumferential surface 20d is water-cooled, and the distance between the inner circumferential surface 20c and the outer circumferential surface 20d is 3 mm. As shown in Figure 8, in the tempering process S4, the heating temperature of the outer circumferential surface 20d is lower than the heating temperature of the inner circumferential surface 20c.

図９は、内周面２０ｃの加熱温度を変化させた際の外周面２０ｄの加熱温度のシミュレーション結果を示すグラフである。なお、図９中において、横軸は、内周面２０ｃの加熱温度（単位：℃）、縦軸は、外周面２０ｄの加熱温度（単位：℃）である。図９のシミュレーションは、内周面２０ｃの加熱温度を変化させたことを除き、図８のシミュレーションと同様の条件で行われた。図９に示されるように、外周面２０ｄの加熱温度は、内周面２０ｃの加熱温度の一次式となる。内周面２０ｃの加熱温度をｘ、外周面２０ｄの加熱温度をｙとすると、ｙ＝ａ×ｘ＋ｂ（ａは１未満の正の数、ｂは正の数）となる。 Figure 9 is a graph showing the results of a simulation of the heating temperature of the outer peripheral surface 20d when the heating temperature of the inner peripheral surface 20c is changed. In Figure 9, the horizontal axis represents the heating temperature of the inner peripheral surface 20c (unit: °C), and the vertical axis represents the heating temperature of the outer peripheral surface 20d (unit: °C). The simulation of Figure 9 was performed under the same conditions as the simulation of Figure 8, except that the heating temperature of the inner peripheral surface 20c was changed. As shown in Figure 9, the heating temperature of the outer peripheral surface 20d is a linear expression of the heating temperature of the inner peripheral surface 20c. If the heating temperature of the inner peripheral surface 20c is x and the heating temperature of the outer peripheral surface 20d is y, then y = a x x + b (a is a positive number less than 1, and b is a positive number).

例えば、特開平１０－１０２１３７号公報に記載されているように、焼き戻し工程Ｓ４が行われた後における加工対象部材２０を構成する鋼中の残留オーステナイトの体積比率（Ｍ_１）は、焼き戻し工程Ｓ４が行われる前における加工対象部材２０を構成する鋼中の残留オーステナイトの体積比率（Ｍ_０）、加熱温度（Ｔ）及び加熱時間（ｔ）を用いて、Ｍ_１＝Ｍ_０×｛Ａ×ｅｘｐ（－Ｑ／ＲＴ）×ｔ^ｎ｝（Ａ、Ｑ及びｎは定数、Ｒはガス定数）となる。 For example, as described in JP-A-10-102137, the volume ratio (M ₁ ) of retained austenite in the steel constituting the processed member 20 after the tempering step S4 has been performed is expressed as M 1 = M _{0 × {A × exp(-Q/RT) × t n } (A, Q and n are constants, and R is a gas constant) using the volume ratio (M 0} ₎ _of retained austenite in the steel constituting the processed member 20 before the tempering step S4 has been performed, the heating temperature (T) and the heating time ( ^t ).

そのため、加熱コイル３０による内周面２０ｃの加熱温度及び加熱時間を適宜調整することにより、外周面２０ｄの加熱温度を適宜調整することができ、それに伴い、内周面２０ｃにおける残留オーステナイトの体積比率及び外周面２０ｄにおける残留オーステナイトの体積比率を適宜調整することができる。 Therefore, by appropriately adjusting the heating temperature and heating time of the inner circumferential surface 20c by the heating coil 30, the heating temperature of the outer circumferential surface 20d can be appropriately adjusted, and accordingly, the volume ratio of the retained austenite on the inner circumferential surface 20c and the volume ratio of the retained austenite on the outer circumferential surface 20d can be appropriately adjusted.

例えば参考文献（井上毅，「新しい焼き戻しパラメータとその連続昇温曲線に沿った焼き戻し積算法への応用」，鉄と鋼，６６，１０（１９８０），１５３３）に記載されているように、焼き戻し工程Ｓ４が行われた後における加工対象部材２０を構成する鋼の硬さ（Ｈｖ）は、加熱時間（ｔ）及び加熱温度（Ｔ）を用いて、Ｈｖ＝ｃ×ｌｏｇｔ＋ｄ／Ｔ＋ｅ（ｃ、ｄ及びｅは定数）となる。そのため、加熱コイル３０による内周面２０ｃの加熱温度及び加熱時間を適宜調整することにより、内周面２０ｃにおける硬さを適宜調整することができる。 For example, as described in the reference (Inoue Takeshi, "New Tempering Parameters and Their Application to Tempering Integration Method Along a Continuous Heating Curve", Tetsu-to-Haganen, 66, 10 (1980), 1533), the hardness (Hv) of the steel constituting the processed member 20 after the tempering step S4 is calculated by Hv = c × log t + d/T + e (c, d, and e are constants) using the heating time (t) and heating temperature (T). Therefore, the hardness of the inner circumferential surface 20c can be appropriately adjusted by appropriately adjusting the heating temperature and heating time of the inner circumferential surface 20c by the heating coil 30.

後処理工程Ｓ５においては、加工対象部材２０に対する後処理が行われる。この後処理には、加工対象部材２０に対する研削加工、加工対象部材２０に対する洗浄等が含まれている。以上により、内輪１０の製造工程が完了する。 In the post-processing step S5, post-processing is performed on the workpiece 20. This post-processing includes grinding the workpiece 20, cleaning the workpiece 20, etc. This completes the manufacturing process for the inner ring 10.

（内輪１０の効果）
以下に、内輪１０の効果を説明する。 (Effect of the inner ring 10)
The effects of the inner ring 10 will be described below.

反軌道面１０ｆにおける転がり軸受の使用に伴う寸法の経時変化が大きいと、クリープの発生原因になる。残留オーステナイトの体積比率が小さいほど、転がり軸受の使用に伴う寸法の経時変化は小さい。他方で、残留オーステナイトの体積比率が大きいほど残留オーステナイトの分解に伴うマルテンサイトの分解が進んでいないため、硬さが高くなる。 If the dimensional change over time of the anti-raceway surface 10f due to use of the rolling bearing is large, it can cause creep. The smaller the volume ratio of the retained austenite, the smaller the dimensional change over time due to use of the rolling bearing. On the other hand, the larger the volume ratio of the retained austenite, the less decomposition of martensite that accompanies the decomposition of the retained austenite progresses, and therefore the harder the bearing becomes.

一般的な焼き戻し処理（炉内加熱の焼き戻し処理）が行われる場合、軌道面１０ｅにおける残留オーステナイトの体積比率及び反軌道面１０ｆにおける残留オーステナイトの体積比率は、ともに低下してしまうため、転がり軸受の使用に伴う寸法の経時変化に起因したクリープの発生は抑制されるが、軌道面１０ｅの硬さを維持することはできない。 When a typical tempering process (tempering process using furnace heating) is performed, the volume ratio of the retained austenite on the raceway surface 10e and the volume ratio of the retained austenite on the anti-raceway surface 10f both decrease, so although the occurrence of creep due to dimensional changes over time that accompany use of the rolling bearing is suppressed, the hardness of the raceway surface 10e cannot be maintained.

しかしながら、内輪１０においては、軌道面１０ｅにおける残留オーステナイトの体積比率と反軌道面１０ｆにおける残留オーステナイトの体積比率との差が、５体積パーセント以上となっている。そのため、内輪１０によると、軌道面１０ｅにおける硬さを維持しながら、クリープの発生に伴う転がり軸受の破損を抑制することができる。 However, in the inner ring 10, the difference between the volume ratio of the retained austenite on the raceway surface 10e and the volume ratio of the retained austenite on the counter raceway surface 10f is 5 volume percent or more. Therefore, the inner ring 10 can suppress damage to the rolling bearing due to the occurrence of creep while maintaining the hardness of the raceway surface 10e.

内輪１０においては、旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が８μｍ以下に微細化されているため、軸と摩耗した際の反軌道面の塑性変形量を小さくすることができるとともに、発生する摩耗粉を小さくすることができる。 In the inner ring 10, the average grain size of the prior austenite crystal grains is refined to 8 μm or less, which reduces the amount of plastic deformation on the anti-raceway surface when it wears against the shaft, and also reduces the amount of wear debris that is generated.

反軌道面１０ｆにおいて、化合物粒が、平均粒径が２μｍ以下、面積比率が０．３パーセント以上になるように分散している場合、軸と摩耗した際の反軌道面１０ｆの塑性変形量をさらに小さくすることができるとともに、発生する摩耗粉をさらに小さくすることができる。 When the compound particles are dispersed on the counter-race surface 10f so that the average particle size is 2 μm or less and the area ratio is 0.3 percent or more, the amount of plastic deformation of the counter-race surface 10f when it is worn against the shaft can be further reduced, and the amount of wear debris generated can be further reduced.

反軌道面１０ｆにおける硬さが６５０Ｈｖ以上である場合には、軸と摩耗した際の反軌道面１０ｆの塑性変形量をさらに小さくすることができる。 If the hardness of the anti-raceway surface 10f is 650 Hv or more, the amount of plastic deformation of the anti-raceway surface 10f when it wears against the shaft can be further reduced.

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、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及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the above-mentioned embodiment can be modified in various ways. Furthermore, the scope of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.

上記の実施形態は、転がり軸受の軌道輪に特に有利に適用される。 The above embodiment is particularly advantageously applied to the raceways of rolling bearings.

１０内輪、１０ａ上面、１０ｂ底面、１０ｃ内周面、１０ｄ外周面、１０ｅ軌道面、１０ｆ反軌道面、２０加工対象部材、２０ａ上面、２０ｂ底面、２０ｃ内周面、２０ｄ外周面、３０加熱コイル、３１噴射部、Ａ中心軸、Ｓ１準備工程、Ｓ２浸炭窒化処理工程、Ｓ３焼き入れ工程、Ｓ４焼き戻し工程、Ｓ５後処理工程、Ｓ３１第１焼き入れ工程、Ｓ３２第２焼き入れ工程。 10 inner ring, 10a upper surface, 10b bottom surface, 10c inner peripheral surface, 10d outer peripheral surface, 10e raceway surface, 10f counter raceway surface, 20 workpiece, 20a upper surface, 20b bottom surface, 20c inner peripheral surface, 20d outer peripheral surface, 30 heating coil, 31 injection part, A central axis, S1 preparation process, S2 carbonitriding process, S3 quenching process, S4 tempering process, S5 post-treatment process, S31 first quenching process, S32 second quenching process.

Claims

The bearing is made of steel and has an outer circumferential surface and an inner circumferential surface;
one of the outer circumferential surface and the inner circumferential surface has a raceway surface;
the other of the outer circumferential surface and the inner circumferential surface is a counter-orbital surface,
a volume ratio of the retained austenite on the anti-raceway surface is smaller than a volume ratio of the retained austenite on the raceway surface,
a difference between a volume ratio of the retained austenite on the raceway surface and a volume ratio of the retained austenite on the anti-raceway surface is 5 volume percent or more;
A plurality of compound particles are dispersed in the anti-orbital plane,
The compound particles have an average particle size of 2 μm or less,
A raceway of a rolling bearing, wherein the area ratio of the compound grains is 0.3 percent or more.

2. The raceway of claim 1 , wherein said raceway surface and said counter raceway surface contain nitrogen.

The raceway of the rolling bearing according to claim 1 or 2, wherein the hardness of the anti-raceway surface is 650 Hv or more.

4. The raceway of a rolling bearing according to claim 1, wherein the steel is high carbon chromium bearing steel SUJ2 as defined by the JIS standard .

A rolling bearing in which at least one raceway of the rolling bearing according to any one of claims 1 to 4 is used.