JPH01283430A - 転動疲労寿命特性に優れた軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、炭素鋼からなるころがり軸受の表面に高炭素
クロム鋼の層を有せしめることによって、表面硬質層を
形成し優れた耐摩耗性、転動疲労寿命特性を附与した、
玉軸受、ローラ軸受等に用いるころがり軸受に関する。

〈従来の技術〉 転動疲労寿命特性は軸受材の最も重要な特性であり、こ
れまでＪＩＳ規格ＳυＪ２が汎用されてきた。すなわち
１〜１．６％のＣｒを含有させ、製品組織を数％の残留
炭化物と数％の残留オーステナイトおよび残りがマルテ
ンサイトであるような混合組織を形成する様に熱処理を
施し、軸受硬度Ｈ０≧６０を満足させ、十分な耐摩耗性
を与えて転動疲労寿命の向上をはかっている。

この時のフレーキング発生原因は、圧縮荷重負荷時、部
材相互の接触面近傍に発生するヘルツ応力域の欠陥に起
因するものが多く、その深さが比較的浅いことから表層
部が十分な硬度と耐摩耗性を有していれば軸受部品とし
ての機能を満足する。

そのため低炭素鋼を使用し表層部に硬化層を付与せしめ
た表面硬化鋼が一部用いられており、具体約手法として
は浸炭焼入、浸炭窒化焼入、高周波焼入処理が主流を占
めていた。これらは一般には肌焼鋼や浸炭鋼と称し、表
層部が十分な耐摩耗性。

転動疲労寿命特性を有する他に、耐衝撃性にも優れてい
ることからベアリングだけではなく、歯車等広い範囲で
利用されている。

しかしこの従来の表面硬化鋼では、十分な耐摩耗性、転
動疲労寿命特性を付与するためには長時間の焼入硬化処
理を要する。そのため多量の熱エネルギーを浪費するた
め製造コストが非常に高価なものとなり、その生産性が
低いことが問題となっていた。

浸炭処理の一例として特開昭５３−１４６２３３号があ
るが、良好な適性を得るためには実に複雑なヒートパタ
ーンを要し、加熱、冷却を繰り返せねばならず、熱処理
コストが非常に高価なものとなる。

また炉冷を要することから長時間の処理が避けられなか
った。

そこでこれまで様々な方面において処理時間の短縮、低
コスト生産について検討されてきたが、熱処理により表
面硬化層を付与させる方法では、おのずとこれらの改善
に限界があった。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は以上のような欠点に鑑み、通常の炭素鋼を用い
、比較的安価で、かつ短時間に表面硬化層が得られ、そ
の転動疲労寿命特性にも優れた軸受を提供することを目
的とするものである。

〈課題を解決するための手段〉 本発明はころがり炭素鋼軸受の転動体と接する面にＣ：
　０．５０〜１．２０％、　Ｓｉ　：　０．０５〜１．
６０％、Ｍｎ：０．１５〜２．５０％、　Ｃｒ　：　０
．２５〜３．００％、　　Ｐ　：　０．０２５％以下、
　Ｓ　：　０．０２５％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不
可避的不純物からなる高炭素クロム鋼の層をその厚みが
Ｄ／２０以上になるように浸漬形成したことを特徴とす
る転動疲労寿命特性に優れた軸受であり、必要に応して
高炭素クロム鋼にさらにＭｏ二０．０５〜２．５０％を
加えることができる。但し、Ｄは転動体の直径である。

く作　用〉 以下に本発明について詳述する。

まず浸漬により炭素鋼軸受の表面に形成される高炭素ク
ロム鋼の成分限定理由について説明する。

Ｃは軸受の強度、硬さおよび耐摩耗性を向上させ、転動
疲労寿命を向上させる元素である。しかし多すぎると巨
大炭化物が形成されるため、転動疲労寿命特性をはじめ
緒特性を低下させる。そのため鋼中Ｃ量の下限を０．５
％、上限を１．２％とした。

Ｓｉは、綱の溶製時において脱酸剤として作用すると共
に、基地の焼戻軟化抵抗を向上して転動疲労寿命を向上
するのに有効な元素である。しかし多ずぎると鋼材の被
削性を低下させることから、その下限を０．０５％、上
限を１．６０％とした。

Ｍｎは焼入性を向上して基地の強靭性を高め、鋼材の転
動疲労寿命を向上させるのに有効な元素である。しかし
多すぎると冷間鍛造性および被削性を著しく低下させる
。よってＭｎ１（の下限を０．１５％。

上限を２．５０％とした。

Ｐは転動疲労寿命、靭性を低下させる元素であり、その
含有量をできるだけ少なくする必要がある。よってＰの
上限を０．０２５％とした。

Ｓは切削性を向上させるために重要な元素であるが、０
．０２５％を越えても目立った向上はみられず、かえっ
て転動疲労寿命、冷間鍛造性を劣化させることから、そ
の上限を０．０２５％とした。

Ｃｒはマンガンと共に焼入性を向上させ基地の強靭性を
高める他に、炭化物の球状化を促進する働きをもつ、し
かし多ずぎると炭化物が粗大化し、被削性、転動疲労寿
命特性を劣化させる。よってクロムの下限を０．２５％
、上限を３．００％とした。

Ｍｏは必要に応じて添加されるが、焼入性の向上を目的
としており、表面硬質層（高炭素クロム軸受鋼の層）が
比較的厚い場合（３ｍｓ以上の場合）に添加することが
望ましい、しかし多ずぎると可塑性を劣化させることか
らその下限を０．０５％、上限を２．５０％とした。

次に内部に用いられる炭素鋼の組成は特に限定されるも
のではなく、使用するベアリングの用途に応じて適宜決
定するのが望ましい、最後に高炭素クロム鋼の層の１￥
さであるがＤ７２０未満では内部の炭素鋼と表層部の高
炭素クロム軸受鋼の変形態の違いにより、その接合面を
起因とした剥離を生じ易くなる。加えて転動体の直径り
に対して１／２０の厚みを有していればヘルツ最大応力
域を満足できる。よって高炭素クロム軸受鋼の層厚をｌ
／２０Ｄ以上とした。

さらに附言すればベアリングの破損はヘルツ最大応力域
において発生するが、Ｄ／２０以上の厚さを有している
と表面硬質層と内部炭素鋼との接合面がヘルツ最大応力
域よりも深い位置にくる。そのため接合面を起点とする
剥離が生じなくなる。

本発明では、軸受部材を浸漬処理することにより、表面
部の高炭素クロム鋼の層が象、速に冷却され、結晶粒が
微細化することから、特別な加工処理を加えることなく
、切削による成形に引続く焼入れ焼戻しで十分な耐摩耗
性を付与することができる。

〈実施例〉 本発明を実施例を用いてさらに詳細に述べる。

第２表は内部に用いた鋼材の化学成分を示す。

当鋼材は連鋳製で６５ｍｍφに圧延後第１図の形状に加
工を施した。次に上記鋼材を第１表中Ｂ−Ｊの成分の如
き溶鋼中に浸漬し高炭素クロム鋼の層を付着、擬固せし
めた後、円板部を切り乱し、切削により表面硬質層厚さ
を調整した（第２図参照）、。

次いで焼入れ焼戻し処理を行い、その後試験面について
Ｒａ＝　０．２ｐｍ以下まで仕上研磨を実施し転動疲労
寿命試験片とした。

以上の結果をまとめて第３表に示す。

表面硬化層の厚さは、転動疲労寿命試験後試験片を切断
し、１０点測定を行った結果の平均値である。転動疲労
寿命の評価としては、森弐転動疲労寿命試！ｌａ機を用
いて特性寿命（ワイブル分布における累積破１月鏡率が
１０％の時の応力負荷回数、以下Ｂ１゜と称す）と平均
寿命（同５０％の時の応力負荷回数、以下Ｂ、。々称す
）を用いている。

本発明鋼は２，３，４，５，７，８．９であり、通常の
Ｓ　Ｕ　Ｊ　２　（＋）に比べて同等あるいは優れた転
動疲労寿命特性を存していることが解る。

６．７，８．９は表面硬質層の厚さを変化させたもので
ある。森式スラスト型転動疲労寿命試験において、相手
側の鋼球の直径は９．５２５ｍ＋ａであり、≧Ｄ／２０
を満足させるには約０．５ｎｍの表面硬質層を有してい
れば十分である。７，８．９はいずれも表面硬質層の厚
さが０．５＋ｍを超えており、十分な転動疲労寿命特性
を有しているものの、６では表面硬質層の厚さが０．３
閣と小さかったため従来材並の転動疲労寿命が得られな
かったものと推定される。言い換えると、表面硬質層が
極端に大きくなっても（本例では０．５ｍｍに対し８倍
の４順）転動疲労寿命の向上はなく、高炭素クロム軸受
鋼の層がヘルツ最大応力域を満足していれば十分な転動
疲労寿命を得られる。因みに本例においてヘルツ最大応
力域は約０．４〜０．５閣の位置に存在する。

３．４は内部鋼の成分を変化させたものである。

いずれの試験片も従来材に比べ優れた転動疲労寿命を有
しており、本発明が内部鋼の鋼種によらないことを裏付
けている。

２．５．７はＨｏ量を変化させたものである６Ｍ。

は焼入性向上の目的で添加するが、その増量によって転
動疲労寿命は劣化することはない。そのため比較的大き
な軸受に際しては特に有効な元素である。

６、１０．１１．１２．１３．１４．１５．１６．１７
は比較材である。６は表面１ｉ１’質層の厚さを、その
他は表面硬質層の成分をそれぞれ満足しておらず、従来
材に比べて転動疲労寿命が劣化している。

うち、１０．１１．１２．１５は、焼入性を向上させる
Ｃ、　Ｓｔ、　Ｍｎ、　Ｃｒが低いことから表面硬度が
従来材に比べて低いため、概転動疲労寿命が劣化したも
のと考えられる。

一方、１３．１４．１６．１７は偏析元素であるＣ、　
　Ｐ。

Ｃｒあるいは金属間化合物を形成するＳ、Ｃｒを多量に
含んでおり、偏析の濃化、金属間化合物の増加が転動疲
労寿命を劣化させたものと推定される。

〈発明の効果〉 上述したように、本発明によれば、特に軸受はベースの
素材によらず、あらかしめ成分調整した？８鋼に所要時
間浸漬し、焼入れ焼戻し処理をするのみで容易に転動疲
労寿命特性に優れた軸受を得ることができるので、その
工業主苗するところは大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は浸漬用に切出した試験片の形状、第２図は浸漬
後の試験片の形状を示す図である。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ころがり炭素鋼軸受の転動体と接する面にＣ：０．
   ５０〜１．２０％、Ｓｉ：０．０５〜１．６０％、Ｍｎ
   ：０．１５〜２．５０％、Ｃｒ：０．２５〜３．００％
   、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２５％以下を含有
   し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる高炭素クロム
   鋼の層をその厚みがＤ／２０以上になるように浸漬形成
   したことを特徴とする転動疲労寿命特性に優れた軸受。 但し、Ｄは転動体の直径である。 ２、請求項１に記載の高炭素クロム鋼にさらにＭｏ：０
   ．０５〜２．５０％を加えたことを特徴とする転動疲労
   寿命特性に優れた軸受。