JPH02274837A - 精密機械用軸受材 - 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 本発明は精密機械用軸受材に係り、詳しくは、例えば、
オーディオ、ＶＴＲ、コンピュータ等の精密機器に用い
ら′れる転がり軸受として好適な転勤疲労寿命ならびに
静粛性に優れた精密機械用軸受材に係る。

従　　来　　の　　技　　術 軸受材は各種機器に広（利用されているが、これらに用
いられる軸受材、特に、転がり軸受において要求される
特性として転勤疲労寿命がある。

近年、オーデ、ｆオ、ＶＴＲ、コンピュータ等の′に４
密機器等に使用される、例えば、転がり軸受では画質、
音質の向上から転勤疲労特性の他にこれまで問題になら
なかった静粛性が重要視されるようになってきた。

従来、軸受材としては数％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
混合組織を有する鋼が適しているとされてきた。すなわ
ち、ＪＩＳ−８ＵＪに代表される高炭素クロム調圧延材
又は鍛造材を球状化焼鈍して炭化物を球状化させ、軸受
の形状に加工を施した後、球状炭化物を一部残留するよ
うな温度に加熱保持し、次いで、ホス′は油中に焼入れ
して上記混合組織とする製造法が採用されてきた。

しかし、このような従来例の軸受材では上記組成を得る
ため、１．０％前債のＣと１．０〜１．５％のＣｒ１！
ｒ必要とするため、鋳造時に巨大なＯｒ炭化物が生成し
、この巨大炭化物は転勤疲労寿命特性を低下させるため
、これを拡散、消失させる目的で１２００℃を越える高
温で１０時間以上に及、Ｓｚ拡散処理を行なう必要があ
った。

また、軸受材の転勤疲労寿命を向上させる方法として、
特開昭５８−１５１４５５号公報に示される如（、Ｃ：
０，５％以下、Ｓｉ　：　０．１５〜０．４５％、Ｍｎ
二〇、３０〜１．５％、Ｃｒ　：　０．５％以下、０　
：　１５ｐｐｍ以下の炭素鋼を表面焼入れし、焼入硬化
層を軸受材の表圀部のみに有するようにし、この硬化層
を残留炭化物のないマルテンサイト組織とする方法があ
る。しかし、このような軸受材では転勤疲労ｒＴ酌特性
はある程度改善される利点があるが、十分でなく、また
、静粛性向上効果については期待できない。

発明が解決しようとする課題 本発明はこれらの問題の解決を目的とし、具体的には、
従来例の軸受材に比べて転勤疲労寿命ならびに静粛性を
向上させた精密機械用軸受材を提案することを目的とす
る。

課題を解決するための 手段ならびにその作用 すなわち、本発明は、重潰でＣ：０，４０〜０．８０％
、Ｓｉ　：　０．５０〜２．５０％、Ｍｎ　：　０，１
５〜１．５０％、Ｇｒ：０．１０〜０．５０％、Ｐ　：
　０．０２５％以下、Ｓ　：　０，０２５％以下、Ａ／
：０，０２０％以下、Ｔ＋　：　０．００２％以下、０
：０．００１５％以下、Ｎ　：　０．００４０％以下、
残部がＦｅならびに不可避的不純物からなる鋼の転動体
から成り、しかも、硬さがＨＲｃ６０以上でかつ実質的
に黒鉛を含有しない硬化層を表面から０７２０〜Ｄ／５
（Ｄ：転動体直径）の深さで有してなることを特徴とす
る。

また、単産でＣ：０，４０〜０．８０％、Ｓｉ：０，５
０〜２．５０％、Ｍｎ　：　０．１５〜１．５％、Ｃｒ
：０．１０〜０．５０％、Ｍｏ　：　０．０５〜２．０
０％及び／又はＮｉ：０．０５〜２．００％、Ｐ　：　
０．０２５％以下、Ｓ　：　０．０２５％以下、／ｊ：
ｏ、０２０％以下、ｒｉ　：　０．００２％以下、Ｏ：
　０．００１５％以下、Ｎ　：　０，００４０％以下を
含有し、残部がＦｅならびに不可避的不純物からなる鋼
の転動体からなり、しかも、硬さがＩＩ　、０６０以上
で、かつ実質的に黒鉛を含有しない硬化層を表面から［
１／２Ｏ−１３１５（Ｄ　：転動体直径ンの深さで有し
てなることを特徴とする。

以下、本発明の手段たる構成ならびにその作用について
詳しく説明すると、次の通りである。

本発明者等は従来例の軸受材に比べて転勤疲労寿命なら
びに静粛性に優れた軸受材について検討を行なった結果
、次の条件を満すものが必要であることがわかった。

（１）高周波焼入によって表一部を焼入硬化した圧縮の
残留応力を付与すること、 （２）表ｍ部の硬質の非金属介在物、残留炭化物を極力
低減あるいは溶解除去することにより、転勤剥離の起点
を解屑すること、 （３１Ｓｌを多量に添加することによって＊ｔ＊発熱に
よる硬度の低下を防止すること、 等であった。

更に進んで研究を行ない、この研究にもとづいて本発明
は成立したものである。

本発明の軸受材は特定量のＣ，Ｓｔ、触、Ｃｒ、　Ｐ、
Ｓ％Ａｌ、ＴｉＳ２．Ｎの元素を含むか、若しくは口れ
ら元素の他に更にＭＯ及び／又はＮ１を含むオーステナ
イト組織を有する炭素鋼を用い、その鋳片から棒鋼圧延
し、次いで、これを黒鉛化処理した後、転動体形状に成
形し高周波焼入れして製造することができるものであっ
て、その棒鋼表面に実質的に黒鉛の含有（残留）しない
マルテンサイト組織を有する特定の厚さの表面硬化層を
有するものである。

本発明の軸受材は、従来技術で提示した特開昭５８−１
５１４５５号公報に記載の軸受材に比べて３１元素を０
．５０〜２．５０％と多量含有させた炭素鋼を用いたた
め、軸受として用いた場合、摩擦発熱あるいは高温使用
時の硬度低下が防止され、また、黒鉛化処理後焼入れす
るようにしたため、実質物に黒鉛の含有（残留）しない
硬化Ｓが形成され、従来例の炭化物の球状化した場合に
比べ、軸受材表面に過大な圧縮の残留応力を付与するこ
とができ、転勤疲労寿命の向上効果が得られる。

また、硬化層は実質的黒鉛の含有しないものであるが、
黒鉛が面積比で０．５％以下の微量存在するため、この
黒鉛の振動減衰能により静粛性の向上効果が得られる。

次に、本発明の限定理由について説明する。

Ｃ：　ベアリングとして要求されるＨＲｃ６０以上を確
保するために必要な元素であり、そのため下限を０．４
０％とした。しかし、多すぎると転勤疲労寿命が劣化す
るとともに焼削れ歪が発生し易いため、上限を０．８０
％とした。

Ｓｉ：　　溶製時に脱酸材として作用すると共に、高温
使用、摩擦発熱による硬度の低下を防止するために必要
な元素であるため下限を０、５０％とした。しかし、多
すぎると転勤疲労寿命、靭性を劣化するため、上限を２
．５０％とした。

Ｍｎ：　　焼入性を向上させるために必要な元素である
ため、下限を０．１５％とした。しかし、多すぎると転
勤疲労寿命を劣化させるほか、残留オーステナイト組織
を生成し十分な焼入、焼戻硬度を低下させるため、上限
を１．５０％とした。

ｓ、ｐ：　　転動疲労寿命特性および転勤疲労寿命を劣
化させる元素であり、できるだけ低下させるｅ１要があ
るため、上限を０．０２５％とした。

Ｃｒ：　　焼入性を向上させ、焼戻後の硬度を安定させ
るのに重要な元素であるため、下限を０．１％とした。

しかし、多すぎると鋳造時に巨大なｃｒ炭化物を形成し
、消散のための拡散焼鈍が必要となることからコストア
ップとなるため、上限を０．５％とした。

Ａｌ：剥離の起点となる硬質の酸化物（Ａｌ２０ｇ）や
窒素物（ＩＮ）を形成し、転勤疲労＊＠を著しく劣化さ
せることから、その量は少ない方が望ましいため、上限
を０．０２０％とした。

Ｔｉ：Ａ／と同様硬質の酸化物（Ｔｉｅ）や窒化物（、
ｒ　ｔ　Ｎ　）を形成し、転勤疲労寿命を著しく劣化さ
せることから、その畿は少ない方が望よしいため、上限
を０．００２％とした。

０：　溶製時Ａｔ　、　Ｓｉ、　ｒ＋等と結合し、剥離
の原因となる硬質の介在物を形成するため、転勤疲労、
！命を劣化させる。よってその量は少ない方が望ましい
ため、上限ｏ、ｏｉｓ％とした。

Ｎ；　鋼材の靭性を低下させるほか、ＡＩや■１と結合
し硬質の介在物を形成し、転勤疲労寿命を劣化させるた
め、その量は少ない方が望ましいため、上限を０．００
４０％とした。

Ｎｉ、Ｍｏ：　　大型のベアリングを高周波焼入する際
、焼入硬化深さを向上させる目的で添加する元素である
ため、下限を０．０５％とした。

しかし、２．００％を越えて添加しても著しい改善は紹
められす、かえってコスト高となることから上限を２．
０θ％とした。

表面硬化−の硬さはＩ（、ｃ６０未膚では転勤疲労寿命
を急激に低下するため、Ｈ，０６０以上が必要である。

また、焼入瞬化層中に黒鉛が残留するとマルテンサイト
中のＣ＠が不足し、必要な硬度が得られな（なる。加え
て表國に十分な圧縮の残留応力を付与することができな
（なるために完全に溶解することが望ましい。黒鉛が面
積比で０．５％以下であれば実質的に黒鉛の残留はない
とみなすことができ、表閤部に十分な硬度、圧縮の残留
応力を付与することができる。表面硬化層の厚さは、Ｄ
／２０（ただし、Ｄは転動体の直径）未満では使用中の
荷重の影響が非硬化層にまでおよび、転勤疲労寿命が急
激に悪化する。

また、０１５を越太ると、表面に発生する残留応力が小
さ（なり、転勤疲労寿命が劣化するため、表面硬化■の
厚さをＤ／２０〜０１５の範囲とした。

実施例 次に、実施例について述べる。

実施例、比較例 第１表に示す組成の鋼（Ａ〜０）を溶製した。Ａ〜Ｕは
連続鋳造鋳片から棒鋼圧延を行なったが、比較材の５Ｕ
Ｊ２は、鋳片を１２００℃で３０時間の拡散焼鈍を行な
い、巨大炭化物の消散を討った後、棒鋼圧延を行なった
。

更に、これらの圧延材を炭化物の球状化あるいは黒鉛化
焼鈍を施した後、転勤疲労寿命試験サンプルを粗形状に
切削加工した。黒鉛化ならびに炭化物の球状化の焼鈍は
それぞれ第１図（ａ）ならびに（ｂ）に示す条件で行な
った。

次に、第２表に従って高周波焼入した。なお、試験に用
いる転動体の直径は３７４インチ（１９，０５關）であ
るので、必要な表面硬化層の厚さは０．９５〜３．８１
胴となる。

記号１〜４は黒鉛化処理を行なった後、高周波焼入によ
り２〜３ＩＩ１１の表面硬化層を付与した本発明の実施
例である。記号５．６はへの鋼材を黒鉛化処理を行なっ
た後、１ｍｍ以上あるいは５順以上の表面硬化層を付与
した比較例、記号１は黒鉛化処理債、面積率で２．６％
の黒鉛が残留するよう、高周波焼入を施した比較例、記
号８はずぶ焼入により部材全体の黒鉛を溶解した比較例
である。

記号９の５ｕＪ２は比較例であって、従来通り球状化焼
鈍を行ない、８５５℃に３０分間加熱した後１２０℃で
ず／Ｓ焼入を行なったもので、マルテンサイトと面積率
７％の残留炭化物と９％の残留オーステナイトの混合組
織を呈している。

次に、これらをいずれも１８０℃で６０分間焼戻しだ後
、仕上研磨を行なって試験片とした。試験はいずれもヘ
ルツ最大接触応力Ｐｍａｘ−５００ｋｇｒ／ｆｆ１Ｉ１
２の条件によりスラスト型転勤疲労寿命試験機を用いて
その評価を行なった。転勤疲労寿命はＢ１０により、５
ＵＪ２従来法のものを１としてその対比で示した。静粛
性は試験機に集音＠置を取付け、転動疲労寿命と同様、
従来法を１としてその対比で示した。これらの条件及び
その結第２表から明らかなように、黒鉛化処理の後、高
周波焼入を行なった実施例（記号１〜４）は、表面に高
い圧縮の残留応力が付与されるために、より一回の転勤
疲労寿命の向上が図れかつ静粛性が向上していることか
ら、精密機械用軸受材として優れた性能を保持している
。

方、黒鉛化処理後、高周波焼入により０．５ｎ＋ｎ＋（
［１／４０相当）の表面硬化回を付与せしめた比較例（
記号５）は、圧力の影響が非硬化■まで及び転勤疲労寿
命が劣化している。また、黒鉛化処理後、高周波焼入に
より５１ｍ１の硬化層を付与した比較例（記号６）は表
面の残留応力低下のため、また、比較例（記号１）は焼
入不十分で、面積率で２．６％の黒鉛が残留し表面硬度
不足のため、転勤疲労寿命が劣化している。

また、比較例（記号８）は黒鉛化処理後、水中にずぶ焼
入したため、また、比較例（記号９）では球状化処理後
水中にず・Ｓ焼入したため、いずれも全断面で硬化し、
表面の残留応力が引張方向に働いたため、転勤疲労寿命
が劣化している。

〈発明の効果〉 以上詳しく説明したように、本発明は、特定壷のＣ％Ｓ
＋、帽）、Ｏｒ、　Ｐ、　Ｓ％Ｊｊ！　、　Ｔｉ、０．
Ｎ若しくは更にＭＯ及び／又はＮｉを含有し、残部がＦ
ｅならびに不可避的不純物からなる鋼の転動体からなり
、しかも、硬さがＨ，０６０以上で、かつ実質的に黒鉛
を含有しない硬化■を有することを特徴とする。

本発明の精密機械用軸受材は焼入前に黒鉛化処理を施し
た債、高周波焼入により表面にある一定厚さの黒鉛が含
有しない硬化層が付与されるため、軸受材の表面に過大
な圧縮の残留応力を付与することができる他、Ｓｉを従
来例より多く含有させることによりＦＪ原発熱あるいは
高温での使用時の硬度の低下を防止することができるた
め、優れた転ｉｌｌ疲労庁命と静粛性の向上させた工業
上極めて大きな効果を有する。

また、本発明はＣ，Ｃｒ７’／低減されていることから
、従来、巨大炭化物の消散のために行なわれてきた拡散
焼鈍あるいは切断のために行なわれてきた軟化焼鈍が木
型となるため、従来のものに比べ大巾に製造コストの低
減が図れる他、加えて黒鉛は切削、研削時に！１滑作用
を示すため、工具寿命を延長させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の実施例の各鋼材の黒鉛化処理条
件を示すグラフ、第１図（ｂ）は比較例の５ＵＪ２の炭
化物球状化処理条件を示すグラフである。 第１図（ａ） ＃ｌＩス４〜Ｄ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）重量で、Ｃ：０．４０〜０．８０％、Ｓｉ：０．５
   ０〜２．５０％、Ｍｎ：０．１５〜１．５０％、Ｃｒ：
   ０．１０〜０．５０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０
   ．０２５％以下、Ａｌ：０．０２０％以下、Ｔｉ：０．
   ００２％以下、Ｏ：０．００１５％以下、Ｎ：０．００
   ４０％以下、残部がＦｅならびに不可避的不純物からな
   る鋼の転動体から成り、しかも、硬さがＨ＿Ｒ＿Ｃ６０
   以上でかつ実質的に黒鉛を含有しない硬化層を表面から
   Ｄ／２０〜Ｄ／５（Ｄ：転動体直径）の深さで有してな
   ることを特徴とする精密機械用軸受材。 ２）重量で、Ｃ：０．４０〜０．８０％、Ｓｉ：０．５
   ０〜２．５０％、Ｍｎ：０．１５〜１．５％、Ｃｒ：０
   ．１０〜０．５０％、Ｍｏ：０．０５〜２．００％及び
   ／又はＮｉ：０．０５〜２．００％、Ｐ：０．０２５％
   以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ａｌ：０．０２０％以下
   、Ｔｉ：０．００２％以下、Ｏ：０．００１５％以下、
   Ｎ：０．００４０％以下を含有し、残部がＦｅならびに
   不可避的不純物からなる鋼の転動体からなり、しかも、
   硬さがＨ＿Ｒ＿Ｃ６０以上で、かつ実質的に黒鉛を含有
   しない硬化層を表面からＤ／２０〜Ｄ／５（Ｄ：転動体
   直径）の深さで有してなることを特徴とする精密機械用
   軸受材。