JPH0578782A

JPH0578782A - 転がり軸受

Info

Publication number: JPH0578782A
Application number: JP20427591A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Matsumoto; 洋一松本; Kenji Yamamura; 賢二山村; Kosuke Nonaka; 幸介野中
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1991-08-14
Filing date: 1991-08-14
Publication date: 1993-03-30

Abstract

(57)【要約】【目的】負荷面圧の増加や、潤滑油中への異物混入な
ど、厳しい条件下においても、長寿命である軸受を提供
する。【構成】内輪、外輪及び転動体の少なくとも一つは、プ
ラズマ浸炭が施され、浸炭素材は、Ｃｒを３．０重量％
以上，１８．０重量％以下、Ｓｉを０．０１重量％以
上，１．５重量％以下、Ｃを０．１重量％以上、１．２
重量％以下、Ｍｎを０．３重量％以上，１．５重量％以
下、Ｍｏを２．５重量％以下、Ｏ₂を０．００２重量％
以下、Ｓを０．０１５重量％以下を含有し、表面炭化物
面積率が１５％以上であり、表面炭素濃度が１．６重量
％以上，３．５重量％以下、及び表面残留オーステナイ
ト量が２０ｖｏｌ．％以上，４５ｖｏｌ．％以下であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、転がり軸受に係り、特
に、自動車，農業機械，建設機械及び鉄鋼機械などのト
ランスミッション，エンジン用などに使用する転がり軸
受の寿命向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、転がり軸受に用いる鋼としては、
軸受用鋼２種（ＳＵＪ２；ＪＩＳ）などの低合金鋼を中
心として、種々の合金鋼が存在している。近年、軸受の
使用環境は、軸受のサイズダウンによる負荷面圧の増加
や、潤滑油中への異物混入などによって益々厳しいもの
となってきている。

【０００３】そこで、転がり軸受の長寿命化の対策とし
て、特開昭６４−５５４２３号公報に開示されているよ
うに、潤滑油中の異物により軌道面または転動面に圧痕
が付いても、軸受用鋼中の残留オーステナイト量を増加
することで、引き続きなされる転がり接触により圧痕縁
の曲率を大きくし、応力集中を緩和して、転がり軸受の
寿命を向上する従来例が知られている。

【０００４】しかしながら、残留オーステナイトは、圧
痕縁や非金属介在物の周囲の応力を緩和し、クラックの
発生を遅延する反面、耐疲労性が劣るという問題があっ
た。このため、軸受寿命をさらに延長するためには、残
留オーステナイトの耐疲労性を向上することが不可欠と
なる。前記した残留オーステナイトの良好な特性を保ち
ながら、耐疲労性をも向上させるためには、残留オース
テナイト中に炭化物を微細に析出させ、いわゆる析出強
化を図ることが考えられる。このためには、軸受の素材
となる鋼は、現在一般的に使用されているＳＣｒ４２０
などの低合金鋼ではなく、Ｃｒ（クロム）を中心として
Ｍｏ（モリブデン）などの炭化物形成元素を含有させた
高合金鋼を用い、さらに、この高合金鋼を浸炭して微細
な炭化物を析出させることが必要である。

【０００５】この方法としては、従来から、特開昭５６
−５５５６５号公報に開示されているように、冷間加工
用鋼として低炭素高クロム鋼に浸炭を施し、残留オース
テナイト中に微細な炭化物を析出させてＳＫ１１などの
高炭素クロム鋼と同等、あるいはそれ以上の耐磨耗性を
保ちながら素材の成形加工性を改善する従来例が知られ
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開昭５６−５５５６５号公報に開示されている鋼は、耐
摩耗性は向上しているが、これを転がり軸受に適用する
ために必要な配慮がなされておらず、また、残留オース
テナイト量の適正範囲についても何ら考慮がされていな
いという問題があった。

【０００７】さらに、この従来例では、浸炭として、主
に鋼のＣｒ酸化物層の比較的薄い粒界部分より内部に炭
素が拡散するガス浸炭を行っている。このため、前記鋼
中のＣｒ含有率が３．０重量％以上になり、当該鋼の表
面にＣｒ酸化物層が形成されると、炭化物が旧オーステ
ナイト粒界に偏在するなど、均一微細な炭化物層が得ら
れないという問題があった。

【０００８】そしてまた、特開平１−２０５０６３号公
報に開示されているように、耐摩耗ステンレス鋼部品と
して、低炭素高クロム鋼にプラズマ浸炭を施すことで、
浸炭層に微細な炭化物を多量に存在させ、ガス浸炭した
場合に比べ、耐摩耗性を向上することができる従来例が
知られている。しかしながら、特開平１−２０５０６３
号公報に開示されている従来例も、前記鋼を転がり軸受
に適用する配慮がなされておらず、また、残留オーステ
ナイト量の適正範囲や転がり疲れ寿命の向上に関する考
慮もなされていないという問題があった。

【０００９】本発明は、このような問題を解決すること
を課題とするものであり、負荷面圧の増加や、潤滑油中
への異物混入など、厳しい条件下においても、長寿命で
ある軸受を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、内輪、外輪及び転動体からなる転がり軸
受において、前記内輪、外輪及び転動体の少なくとも一
つは、プラズマ浸炭が施され、前記浸炭素材は、Ｃｒを
３．０重量％以上，１８．０重量％以下、Ｓｉ（シリコ
ン）を０．０１重量％以上，１．５重量％以下、Ｃ（炭
素）を０．１重量％以上、１．２重量％以下、Ｍｎ（マ
ンガン）を０．３重量％以上，１．５重量％以下、Ｍｏ
を２．５重量％以下、Ｏ₂（酸素）を０．００２重量％
以下、Ｓ（硫黄）を０．０１５重量％以下を含有し、表
面炭化物面積率が１５％以上であり、表面炭素濃度が
１．６重量％以上，３．５重量％以下、及び表面残留オ
ーステナイト量〔ｖｏｌ．％γ_R〕_surが２０ｖｏｌ．
％以上，４５ｖｏｌ．％以下であることを特徴とする転
がり軸受を提供するものである。

【００１１】

【作用】本発明によれば、浸炭素材に含有される各種元
素及び濃度（含有量）を限定し、この浸炭素材にプラズ
マ浸炭を施し、さらに、表面炭素濃度，表面炭化物面積
率及び表面残留オーステナイト量を前記のように限定し
たことで、残留オーステナイト相を析出強化することが
できる。このため、前記残留オーステナイト相自体が有
する応力集中緩和効果を保ちながら、当該残留オーステ
ナイト相の耐クラック進展性，耐疲労性を改善すること
ができる。

【００１２】次に、本発明の特許請求の範囲に示された
各条件の作用及び各数値限定の臨界的意義について説明
する。『プラズマ浸炭』残留オーステナイトの析出強化は、当
該残留オーステナイト中に均一微細な炭化物を析出させ
ることで達成することができる。

【００１３】プラズマ浸炭は、プラズマ雰囲気中のＨ⁺
イオンが有する還元作用により、鋼中のＣｒ濃度が３．
０重量％以上となっても、当該鋼の表面に存在するＣｒ
酸化物中のＯ₂を除去し、当該鋼の表面にＣｒ酸化物層
が形成されることを防ぎながら浸炭を行うことができ
る。このため、Ｃは、旧オーステナイトの粒界を通るこ
となく均一に、前記鋼表面から内部に拡散する。このた
め、均一微細な炭化物層を得ることができる。従って、
残留オーステナイト相の十分な析出強化が可能となる。

【００１４】また、転がり接触において、最大せん断応
力の発生する位置は、転動面（最表面）ではなく、転動
面からある程度内部位置である。従って、耐転がり疲れ
寿命を向上するためには、この部分の耐疲労性を向上す
る必要がある。プラズマ浸炭は、ＣをＣ⁺イオンに変え
て、電気的に鋼表面に打ち込む方法を取っているため、
当該鋼表面におけるＣ含有率を浸炭開始後、直ちに上昇
させることができる。このため、ガス浸炭に比べ、より
当該鋼の表面から内部に向かって深い位置までＣを拡散
することができる。従って、表面からより深い位置まで
浸炭層を形成することができ、最大せん断応力の発生位
置における耐疲労性を向上することが可能となる。

【００１５】以上の理由から浸炭方法をプラズマ浸炭に
限定した。『Ｃｒ濃度；３．０重量％以上，１８．０重量％以下』
Ｃｒは、炭化物形成元素であり、浸炭素材中により多く
添加することが残留オーステナイト相を析出強化する上
で重要である。前記プラズマ浸炭による残留オーステナ
イト相の析出強化は、浸炭素材中のＣｒ濃度が３．０重
量％以上の場合に、ガス浸炭と比べてその効果を発揮す
る。即ち、Ｃｒの濃度が３．０重量％未満であると、前
記プラズマ浸炭特有の残留オーステナイト相の析出強化
を十分に発揮することが困難となり、ガス浸炭に対する
メリットが低下する。

【００１６】また、浸炭素材中のＣｒ含有率が１８．０
重量％を越えると、Ｃの拡散速度が遅くなり、必要な浸
炭深さを得ることができなくなる。これより、浸炭素材
中のＣｒ濃度を３．０重量％以上，１８．０重量％以下
に限定した。『Ｓｉ濃度；０．０１重量％以上，１．５重量％以下』
Ｓｉは、脱酸剤であると同時に、残留オーステナイト相
を化学的に安定化することができる。脱酸剤としての効
果は、浸炭素材中のＳｉ濃度を０．０１重量％以上とす
ることで十分に発揮することができる。また、特に、
０．１５重量％以上添加すると、残留オーステナイト相
がより化学的に安定する。

【００１７】また、浸炭素材中のＳｉ濃度が１．５重量
％を越えると、浸炭速度が遅くなり、必要な浸炭深さを
得ることができなくなる。これより、浸炭素材中のＳｉ
濃度を０．０１重量％以上，１．５重量％以下に限定し
た。『Ｃ濃度；０．１重量％以上，１．２重量％以下』Ｃ
は、鋼の清浄度を決定する重要な因子である。浸炭素材
中のＣ濃度が０．１重量％未満であると、浸炭素材中の
Ｏ₂濃度を０．００２重量％以下に保つことができず、
転がり疲れ寿命を低下させる。

【００１８】また、浸炭素材中のＯ₂濃度が１．２重量
％を越えると、鋼に凝固時に、転がり疲労の起点となる
粗大な結晶炭化物を生成するようになる。これより、浸
炭素材中のＣ濃度を０．１重量％以上，１．２重量％以
下に限定した。『Ｍｎ濃度；０．３重量％以上，１．５重量％以下』Ｍ
ｎは、残留オーステナイト相を化学的に安定化すること
ができ、耐転がり疲労性を向上することができる。浸炭
素材中のＭｎ濃度が０．３重量％未満であると、残留オ
ーステナイト相を化学的に安定化する効果及び耐転がり
疲労性を向上する効果を十分に発揮することができなく
なる。

【００１９】また、浸炭素材中のＭｎ濃度が１．５重量
％を越えると、当該鋼の熱間加工性が低下するようにな
る。これより、浸炭素材中のＭｎ濃度を０．３重量％以
上，１．５重量％以下に限定した。『Ｍｏ濃度；２．５重量％以下』Ｍｏは、炭化物形成元
素であり、また、炭化物の微細化を促進する。浸炭素材
中のＭｏ濃度が２．５重量％を越えると、Ｍｏが粒界に
偏析するようになる。従って、プラズマ浸炭を行って
も、前記粒界に炭化物が偏在するようになり、均一微細
な炭化物層を得ることができない。これより、浸炭素材
中のＭｏ濃度を２．５重量％以下に限定した。

【００２０】また、Ｍｏは、Ｃｒに比べて高価であるた
め、その使用をなるべく控えた方が経済的であるが、炭
化物の微細化促進効果を発揮するには、Ｃｒ濃度の５／
１００以上添加することが好適である。即ち、炭化物の
微細化促進効果を十分に発揮し、且つ、均一微細な炭化
物層を得るには、Ｍｏの濃度は、Ｃｒ濃度×５／１００
重量％以上，２．５重量％以下とすることが好適であ
る。『Ｏ₂濃度；０．００２重量％以下』Ｏ₂は、浸炭素材
中のＡｌ（アルミニウム）と結合して耐転がり疲れ寿命
を低下させる。このため、浸炭素材中のＯ₂濃度は、な
るべく少ない方がよい。特に、浸炭素材中のＯ₂濃度が
０．００２重量％を越えると、耐転がり疲れ寿命が著し
く低下する。これより、浸炭素材中のＯ₂濃度を０．０
０２重量％以下に限定した。『Ｓ濃度；０．０１５重量％以下』ＳもＯ₂と同様に、
浸炭素材中のＡｌと結合して耐転がり疲れ寿命を低下さ
せる。このため、浸炭素材中のＳ濃度は、なるべく少な
い方がよい。特に、浸炭素材中のＳ濃度が０．０１５重
量％を越えると、耐転がり疲れ寿命が著しく低下する。
これより、浸炭素材中のＳ濃度を０．０１５重量％以下
に限定した。『表面炭化物面積率；１５％以上』残留オーステナイト
相を析出強化するには、表面炭化物面積率も重要な要因
である。表面炭化物面積率が１５％未満であると、残留
オーステナイト相を十分に析出強化することが困難であ
る。このため、表面炭化物面積率を１５％以上に限定し
た。『表面炭素濃度；１．６重量％以上，３．５重量％以
下』前記のように、残留オーステナイト相を十分に析出
強化するためには、表面炭化物面積率を１５％以上にす
ることが必要である。浸炭素材中のＣｒ濃度が下限の
３．０重量％の場合でも、前記表面炭化物面積率を１５
％以上にするためには、表面炭素濃度は、１．６重量％
以上必要である。

【００２１】また、プラズマ浸炭は、表面炭素濃度を上
昇させることは容易であるが、その反面、表面炭素濃度
が３．５重量％を越える浸炭を行うと、炉床のスーティ
ングが著しくなり、生産性を低下させる。これより、表
面炭素濃度を１．６重量％以上，３．５重量％以下に限
定した。『表面残留オーステナイト量〔ｖｏｌ．％γ_R〕_surが
２０ｖｏｌ．％以上，４５ｖｏｌ．％以下』通常、残留
オーステナイトは、柔らかく、この残留オーステナイト
を所望の割合で表面層に存在させておくと、圧痕のエッ
ジ部分（圧痕縁）における応力の集中を緩和することが
できる。即ち、潤滑油中の異物により軌道面や転動面に
圧痕が付いても、引き続きなされる転がり接触により圧
痕縁の曲率を大きくして応力集中を緩和し、クラックの
発生を遅延させることができる。従って、残留オーステ
ナイトは、耐転がり疲れ寿命を向上することができる。

【００２２】表面残留オーステナイト量〔ｖｏｌ．％γ
_R〕_surが２０ｖｏｌ．％未満であると、十分に前記効
果を発揮することができない。表面残留オーステナイト
量〔ｖｏｌ．％γ_R〕_surは、その増加に伴い、耐転が
り疲れ寿命も向上するが、この効果は、残留オーステナ
イト量〔ｖｏｌ．％γ _R〕_surが４５ｖｏｌ．％を越え
ると飽和状態となる。従って、残留オーステナイト量
〔ｖｏｌ．％γ_R〕_surをそれ以上大きくしても、かえ
って表面硬さを下げてしまうだけであり、耐転がり疲れ
寿命を低下させてしまう。

【００２３】これより、表面残留オーステナイト量〔ｖ
ｏｌ．％γ_R〕_surを２０ｖｏｌ．％以上，４５ｖｏ
ｌ．％以下に限定した。以上、本発明の特許請求の範囲
に示された各条件の作用及び各数値限定の臨界的意義に
ついて説明したが、これらの条件は、内輪，外輪及び転
動体の少なくとも一つが満たしていればよい。

【００２４】尚、転がり接触によるせん断応力の最大値
発生位置は、転動面（最表面）ではなく、転動面からあ
る程度内部位置であり、最大に深い場合、転動体直径の
２％に相当する位置まで達する。従って、転動面から転
動体直径の２％に相当する位置においても、良好な耐転
がり疲れ寿命を有することが必要である。このために
は、転動面から転動体直径の２％に相当する位置におけ
る表面炭化物面積率を１５％以上、残留オーステナイト
量〔ｖｏｌ．％γ_R〕を２０ｖｏｌ．％以上，４５ｖｏ
ｌ．％以下とすることが好適である。

【００２５】また、転がり接触によるせん断応力は、実
質的には、転動面から転動体直径の４％に相当する位置
より浅い部分に作用する。従って、この部分の耐転がり
疲れ寿命を向上する必要があり、そのためには、この部
分の硬さをＨＲＣ（ロックウエル硬さ）５８以上とする
ことが好適である。

【００２６】

【実施例】次に、本発明に係る実施例について説明す
る。（実施例１）浸炭素材として、表１に示す化学成分の鋼
（鋼Ｎｏ．１）を用いて試験片を作製し、この試験片に
図１に示すプラズマ浸炭あるいは図２に示すガス浸炭を
行った。尚、各浸炭条件を下記に示す。『プラズマ浸炭』炉圧１．５Ｔｏｒｒ浸炭性ガスＣ₃Ｈ₈＋Ｈ₂ （Ｃ₃Ｈ₈とＨ₂との流量比を２：８に制御）浸炭温度９３０℃ 浸炭時間８時間プラズマ電流１Ａプラズマ電圧２５０Ｖ『ガス浸炭』炉圧７６０Ｔｏｒｒ浸炭性ガスＲｘガス＋Ｃ₃Ｈ₈ （ＣＯ₂濃度
を制御）浸炭温度９３０℃ 浸炭時間８時間

【００２７】

【表１】

【００２８】図３は、前記プラズマ浸炭を施した試験片
のミクロ組織写真、図４は、前記ガス浸炭を施した試験
片のミクロ組織写真である。図３より、プラズマ浸炭を
施した試験片は、炭化物が均一微細に析出分散している
ことが判る。これは、プラズマ浸炭では、プラズマ雰囲
気中のＨ⁺イオンにより、Ｃｒ酸化物中のＯ₂を除去
し、当該鋼の表面にＣｒ酸化物層が形成されることを防
ぎながら浸炭が行われるため、Ｃは、旧オーステナイト
の粒界を通ることなく均一に、前記鋼表面から内部に拡
散するめである。

【００２９】また、図４より、ガス浸炭を施した試験片
は、粒界にそって網目状の炭化物が析出しており、炭化
物が均一微細に析出分散していないことが判る。これ
は、ガス浸炭では、鋼の表面に存在するＣｒ炭化物層が
浸炭を妨害し、Ｃが主に、Ｃｒ酸化物層の比較的薄い粒
界部分から内部に拡散するため、炭化物が旧オーステナ
イト粒界にそって析出したためである。

【００３０】従来、表１に示すような化学成分からなる
低炭素高クロム鋼にガス浸炭を施すことで生じる網目状
の炭化物は、その浸炭温度において、核となる炭化物が
存在しないためとされてきた（特開昭５６−５５５６５
号公報）。しかしながら、実際は、本実施例で開示して
いるように、鋼表面に存在する強固なＣｒ酸化物層が浸
炭を妨害することが原因であることが判る。また、鋼中
のＣ濃度が高くなり、浸炭温度においても炭化物が存在
するようになると、マトリックス中のＣｒ濃度が低くな
るため、表面のＣｒ酸化物は減少するが、ガス浸炭で
は、均一微細な浸炭層を形成することは困難である。

【００３１】以上より、プラズマ浸炭により浸炭を行う
ことで、均一微細な炭化物層を得ることができ、残留オ
ーステナイト相の十分な析出強化が可能となる。（実施例２）浸炭素材として、表１及び表２に示す化学
成分の鋼（鋼Ｎｏ．１及び鋼Ｎｏ．２）からなる直径６
５ｍｍの棒鋼を圧延方向に対して直角に切断して、厚さ
６．２ｍｍの円盤状の試験片を作製する。尚、表２に示
す化学成分の鋼は、浸炭用鋼として一般に使用されてい
るＳＣｒ４２０である。

【００３２】

【表２】

【００３３】表１に示す化学成分からなる試験片に、実
施例１と同様のプラズマ浸炭あるいはガス浸炭を施し
た。また、表２に示す化学成分からなる試験片に、実施
例１と同様のガス浸炭を施した。その後、これら、全て
の試験片に焼入れ処理及び低温焼戻し処理を行った。
尚、前記試験片の表面残留オーステナイト量（表面から
０．１ｍｍ深さ位置での残留オーステナイト量）が、各
々約１０％，２０％，３０％，４０％，５０％，となる
ように前記焼入れ温度を調節した。次に、これらの試験
片の両表面を片肉０．１ｍｍの深さまで研磨し、さらに
ラップ加工を行う。このようにして、厚さ６．０ｍｍ、
表面粗さ０．０１Ｒａ以下の試験片（試験片Ｎｏ．ａ〜
試験片Ｎｏ．ｏ）を作製した。尚、これらの試験片の表
面残留オーステナイト量（ｖｏｌ．％）、表面炭素含有
率（重量％）、表面硬さ（ＨＲＣ）、表面炭化物面積率
（％）を表３に示す。

【００３４】次に、これらの試験片（試験片Ｎｏ．ａ〜
試験片Ｎｏ．ｏ）に、『特殊鋼便覧（第１版）；電気製
鋼研究所編、理工学社、１９６５年５月２５日発行、第
１０〜２１頁』に記載されているスラスト試験機を用い
て下記に示す条件で寿命試験を行った。最大接触面圧（Ｐｍａｘ）５７８ｋｇ／ｍｍ² 応力繰り返し速度３０００ｃ．ｐ．ｍ．潤滑油ＶＧ６８タービン油尚、本寿命試験においては、肉眼もしくは拡大鏡により
確認できるフレーキング、クラックの存在をもって寿命
と判断した。この寿命の定量的表現（Ｌ₁₀）は、試験片
のうちの１０％が寿命に達した時点での累計回転数（サ
イクル）をもって行った。この結果を表３に、Ｌ₁₀と表
面残留オーステナイト量との関係を図５に示す。

【００３５】

【表３】

【００３６】表３及び図５から、表面残留オーステナイ
ト量が２０〜４５ｖｏｌ．％の範囲にあり、高Ｃｒ鋼
（鋼Ｎｏ．１）にプラズマ浸炭を施した試験片（試験片
Ｎｏ．ｇ〜Ｎｏ．ｉ）は、他の試験片に比べ、寿命が向
上していることが判る。そして、表面残留オーステナイ
ト量が２０ｖｏｌ．％未満の範囲においては、高Ｃｒ鋼
（鋼Ｎｏ．１）を使用し、プラズマ浸炭を施しても（試
験片Ｎｏ．ｆ）寿命の向上は、認められなかった。ま
た、高Ｃｒ鋼（鋼Ｎｏ．１）のガス浸炭品は、表面残留
オーステナイト量がいかなる範囲にあっても、ＳＣｒ４
２０（鋼Ｎｏ．２）のガス浸炭品に比べ、寿命が短いこ
とが判る。

【００３７】以上より、Ｃｒを３．０重量％以上，１
８．０重量％以下、Ｓｉを０．０１重量％以上，１．５
重量％以下、Ｃを０．１重量％以上、１．２重量％以
下、Ｍｎを０．３重量％以上，１．５重量％以下、Ｍｏ
を２．５重量％以下、Ｏ₂を０．００２重量％以下、Ｓ
を０．０１５重量％以下、を含有した鋼に、プラズマ浸
炭を施し、表面残留オーステナイト量が２０ｖｏｌ．％
以上，４５ｖｏｌ．％以下である試験片は、寿命が著し
く向上することが確認された。（実施例３）浸炭素材として、表４に示す化学成分の鋼
（鋼Ｎｏ．２〜鋼Ｎｏ．６）を用い、切削加工により実
施例２と同様の方法で、直径６５ｍｍ、厚さ６．２ｍｍ
の円盤状試験片を作製する。この試験片に、実施例１と
同様のプラズマ浸炭あるいはガス浸炭を施した。但し、
前記プラズマ浸炭においては、Ｃ₃Ｈ₈とＨ₂との流量
比，プラスマ出力を調節し、さらに、拡散処理を施し
て、前記試験片の表面炭素濃度（表面から０．１ｍｍの
深さ位置での炭素濃度）が約１．０％，１．６％，３．
０％，となるようにした。また、前記ガス浸炭において
は、雰囲気中のＣポテンシャルを調節することにより、
前記試験片の表面炭素濃度が約１．０％，１．６％，と
なるようにした。その後、これら、全ての試験片に焼入
れ処理及び低温焼戻し処理を行った。尚、表面残留オー
ステナイト量は、約３０ｖｏｌ．％となるように、前記
焼入れ温度を調節した。

【００３８】

【表４】

【００３９】次に、これらの試験片の両表面を片肉０．
１ｍｍの深さまで研磨し、さらにラップ加工を行う。こ
のようにして、厚さ６．０ｍｍ、表面粗さ０．０１Ｒａ
以下の試験片（試験片Ｎｏ．ｍ〜試験片Ｎｏ．ｐ１５）
を作製した。尚、これらの試験片の表面残留オーステナ
イト量（ｖｏｌ．％）、表面炭素濃度（重量％）、表面
硬さ（ＨＲＣ）、表面炭化物面積率（％）を表５に示
す。

【００４０】次いで、これらの試験片（試験片Ｎｏ．ｍ
〜試験片Ｎｏ．ｐ１５）に実施例２と同様の条件で寿命
試験を行った。この結果を表５に、Ｌ₁₀とＣｒ濃度との
関係を図６に示す。

【００４１】

【表５】

【００４２】表５及び図６から、Ｃｒ濃度が３重量％以
上でプラズマ浸炭処理を施し、且つ、表面炭素濃度が
１．６％以上の試験片（試験片Ｎｏ．ｐ８，Ｎｏ．ｐ
９，Ｎｏ．ｐ１１，Ｎｏ．ｐ１２，Ｎｏ．ｐ１４，Ｎ
ｏ．ｐ１５）は、他の試験片に比べ、寿命が向上（現用
のＳＣｒ４２０（試験片Ｎｏ．ｍ）の２倍以上）してい
ることが判る。

【００４３】また、表面炭素濃度が１．６％未満の試験
片は、残留オーステナイトの析出強化に必要とされる表
面炭化物面積率を１５％以上に保つことができなくな
る。前記表面炭素濃度が高い試験片は、低い試験片と比
べて長寿命であることが判るが、表面炭素濃度が３．５
％を越える浸炭を行うと、炉床のスーティングが著しく
なり、生産性を低下させる。

【００４４】そしてまた、Ｃｒ濃度が１重量％の試験片
（試験片Ｎｏ．ｍ，Ｎｏ．ｍ２，Ｎｏ．ｐ１ｍ，Ｎｏ．
ｐ２，Ｎｏ．ｐ３）は、プラズマ浸炭，ガス浸炭にかか
わらず、表面炭素濃度が高濃度になるにつれて、寿命が
短くなることが判る。これは、炭化物が粗大化するため
である。以上より、表面炭化物面積率を１５％以上、且
つ、表面炭素濃度が１．６％以上，３．５％以下の試験
片は、寿命が向上することが確認された。（実施例４）浸炭素材として、表６に示す化学成分の鋼
（鋼Ｎｏ．７及び鋼Ｎｏ．８）を用い、切削加工により
実施例２と同様の方法で、直径６５ｍｍ、厚さ６．２ｍ
ｍの円盤状試験片を作製する。この試験片に、実施例１
と同様のプラズマ浸炭あるいはガス浸炭を施した。その
後、これら、全ての試験片に焼入れ処理及び低温焼戻し
処理処理を行った。尚、実施例３と同様の方法で、前記
試験片の表面炭素濃度が約２．９となるようにし、ま
た、表面残留オーステナイト量は、約３５ｖｏｌ．％と
なるようにした。

【００４５】

【表６】

【００４６】次に、これらの試験片の両表面を片肉０．
１ｍｍの深さまで研磨し、さらにラップ加工を行う。こ
のようにして、厚さ６．０ｍｍ、表面粗さ０．０１Ｒａ
以下の試験片（試験片Ｎｏ．ｑ１〜試験片Ｎｏ．ｑ３）
を作製した。尚、これらの試験片の残留オーステナイト
量（ｖｏｌ．％）、表面炭素濃度（重量％）、硬さ（Ｈ
ＲＣ）、炭化物面積率（％）を表７に示す。

【００４７】次いで、これらの試験片（試験片Ｎｏ．ｑ
１〜試験片Ｎｏ．ｑ３ｍ）に実施例２と同様の条件で寿
命試験を行った。この結果を表７に示す。

【００４８】

【表７】

【００４９】表７から、プラズマ浸炭を施した試験片
（試験片Ｎｏ．ｑ１）は、ガス浸炭を施した試験片（試
験片Ｎｏ．ｑ２，試験片Ｎｏ．ｑ３）に比べ、表面から
０．１９ｍｍ深さ位置における残留オーステナイト量が
極めて高く、また、寿命が向上していることが判る。こ
の表面から０．１９ｍｍ深さ位置は、転がり接触による
せん断応力の最大値発生位置が最大に深い場合、即ち、
表面から転動体直径の２％に相当する位置である。従っ
て、この位置における残留オーステナイト量が高い試験
片Ｎｏ．ｑ１は、良好な耐転がり疲れ寿命を有すること
ができる。

【００５０】また、試験片Ｎｏ．ｑ１は、他の試験片に
比べ、表面から０．３８ｍｍ深さ位置における硬さが極
めて高い。この表面から０．３８ｍｍ深さ位置は、実質
的な転がり接触によるせん断応力が作用する位置、即
ち、表面から転動体直径の４％に相当する位置より浅い
部分に作用する。従って、この位置における硬さが高い
試験片Ｎｏ．ｑ１は、）良好な耐転がり疲れ寿命を有す
ることができる。

【００５１】また、浸炭硬化層を厚くする目的で、Ｃ濃
度の高い鋼（鋼Ｎｏ．８）をガス浸炭した試験片（試験
片Ｎｏ．ｑ３）は、Ｃ濃度の高い鋼（鋼Ｎｏ．７）をガ
ス浸炭した試験片（試験片Ｎｏ．ｑ２）より寿命が向上
しているが、前述したＳＣｒ４２０に比べ、寿命が短
い。以上より、プラズマ浸炭を施すことで、表面から
０．１９ｍｍ深さ位置における残留オーステナイト量及
び、表面から０．３８ｍｍ深さ位置における硬さを向上
することが可能となり、より転がり疲れ寿命を向上する
ことができることが確認された。（実施例５）浸炭素材として、表８に示す化学成分の鋼
（鋼Ｎｏ．９）を用い、切削加工により実施例２と同様
の方法で、直径６５ｍｍ、厚さ６．２ｍｍの円盤状試験
片を作製する。この試験片に、実施例１と同様のプラズ
マ浸炭あるいはガス浸炭を施した。その後、これら、全
ての試験片に焼入れ処理及び低温焼戻し処理を行った。
尚、表面残留オーステナイト量が約１０ｖｏｌ．％，２
０ｖｏｌ．％，３０ｖｏｌ．％，４０ｖｏｌ．％，５０
ｖｏｌ．％，となるように前記焼入れ温度を調節した。

【００５２】

【表８】

【００５３】次に、これらの試験片の両表面を片肉０．
１ｍｍの深さまで研磨し、さらにラップ加工を行う。こ
のようにして、厚さ６．０ｍｍ、表面粗さ０．０１Ｒａ
以下の試験片（試験片Ｎｏ．ｑ１〜試験片Ｎｏ．ｑ３）
を作製した。尚、これらの試験片の残留オーステナイト
量（ｖｏｌ．％）、表面炭素濃度（重量％）、硬さ（Ｈ
ＲＣ）、炭化物面積率（％）を表９に示す。

【００５４】

【表９】

【００５５】次に、これらの試験片（試験片Ｎｏ．ｒ１
〜試験片Ｎｏ．ｒ５）と、実施例２で作製した一部の試
験片（試験片Ｎｏ．ｆ〜試験片Ｎｏ．ｏ）に実施例２で
使用したスラスト試験機を使用し、以下の条件で異物混
入下における寿命試験を行った。この結果を表１０に、
Ｌ₁₀寿命と表面残留オーステナイト量との関係を図７
に、さらに、試験片Ｎｏ．ｒ２（Ｍｏ含有）のミクロ組
織写真を図８に示す。

【００５６】最大接触面圧（Ｐｍａｘ）５００ｋｇｆ／ｍｍ² 応力繰り返し速度３０００ｃ．ｐ．ｍ．潤滑油ＶＧ６８タービン油混入した異物；硬さＨｖ８７０径７４〜１４７μｍ量３００ｐｐｍ

【００５７】

【表１０】

【００５８】表１０、図７から、高Ｃｒ鋼を浸炭素材と
し、これにプラズマ浸炭を施し、且つ、表面残留オース
テナイト量が２０〜４５ｖｏｌ．％の範囲内にある試験
片（試験片Ｎｏ．ｆ〜試験片Ｎｏ．ｉ、試験片Ｎｏ．ｒ
２〜試験片Ｎｏ．ｒ４）は、異物混入下においても、他
の試験片に比べ、寿命が向上していることが判る。そし
て、Ｍｏを含有した高Ｃｒ鋼を浸炭素材とし、これにプ
ラズマ浸炭を施し、且つ、表面残留オーステナイト量が
２０〜４５ｖｏｌ．％の範囲内にある試験片（試験片Ｎ
ｏ．ｒ２〜試験片Ｎｏ．ｒ４）は、他の試験片に比べ、
さらに寿命が向上していることが判る。

【００５９】そして、Ｍｏを含有した試験片は、Ｍｏを
含有しない試験片と比較して、表面炭素濃度及び表面炭
化物炭化物が増加しており、また、図８から、Ｍｏを含
有した試験片は、炭化物が均一微細に析出分散している
ことが判る。尚、前記Ｍｏの含有量は、１．０１重量％
であり、これは、Ｃｒ濃度（５．００重量％）の５／１
００以上である。

【００６０】以上から、Ｍｏを添加することで、より寿
命を向上することができることが確認された。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
内輪、外輪及び転動体の少なくとも一つの浸炭素材に含
有される各種元素及び濃度を限定し、この浸炭素材にプ
ラズマ浸炭を施し、さらに、表面炭素濃度，表面炭化物
面積率及び表面残留オーステナイト量を前記のように限
定したことで、当該残留オーステナイト中に均一微細な
炭化物を析出させることができる。このため、残留オー
ステナイト相を析出強化することができ、前記残留オー
ステナイト相自体が有する応力集中緩和効果を保ちなが
ら、当該残留オーステナイト相の耐クラック進展性，耐
疲労性を改善することができる。この結果、負荷面圧の
増加や、潤滑油中への異物混入など、厳しい条件下にお
いても、長寿命である軸受を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るプラズマ浸炭の条件を示
す図である。

【図２】本発明の実施例に係るガス浸炭の条件を示す図
である。

【図３】本発明の実施例１に係るプラズマ浸炭を施した
試験片のミクロ組織写真である。

【図４】本発明の実施例１に係るガス浸炭を施した試験
片のミクロ組織写真である。

【図５】本発明の実施例２に係るＬ₁₀と表面残留オース
テナイト量との関係を示す図である。

【図６】本発明の実施例３に係るＬ₁₀とＣｒ濃度との関
係を示す図である。

【図７】本発明の実施例５に係るＬ₁₀寿命と表面残留オ
ーステナイト量との関係を示す図である。

【図８】本発明の実施例５に係る試験片Ｎｏ．ｒ２のミ
クロ組織写真である。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成３年８月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、内輪、外輪及び転動体からなる転がり軸
受において、前記内輪、外輪及び転動体の少なくとも一
つは、Ｃ（炭素）を０．１重量％以上、１．２重量％以
下、Ｃｒを３．０重量％以上，１８．０重量％以下、Ｓ
ｉ（シリコン）を０．０１重量％以上，１．５重量％以
下、Ｍｎ（マンガン）を０．３重量％以上，１．５重量
％以下、Ｍｏを２．５重量％以下、Ｏ_２（酸素）を０．
００２重量％以下、Ｓ（硫黄）を０．０１５重量％以
下、残部が鉄及び不可避的に存在する不純物からなる合
金鋼からなり、当該合金鋼をプラズマ浸炭し、硬化後の
表面炭化物面積率が１５％以上であり、表面炭素濃度が
１．６重量％以上，３．５重量％以下、及び表面残留オ
ーステナイト量〔ｖｏｌ．％γ_Ｒ〕_ｓｕｒが２０ｖｏ
ｌ．％以上，４５ｖｏｌ．％以下であることを特徴とす
る転がり軸受を提供するものである。 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年１０月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図３】本発明の実施例１に係るプラズマ浸炭を施した
試験片のミクロ組織である金属組織の写真である。

【図４】本発明の実施例１に係るガス浸炭を施した試験
片のミクロ組織である金属組織の写真である。

【図８】本発明の実施例５に係る試験片Ｎｏ．ｒ２のミ
クロ組織である金属組織の写真である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ１６Ｃ 33/34 6814−3Ｊ 33/62 6814−3Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内輪、外輪及び転動体からなる転がり軸
受において、前記内輪、外輪及び転動体の少なくとも一つは、プラズ
マ浸炭が施され、前記浸炭素材は、クロムを３．０重量％以上，１８．０重量％以下、シリコンを０．０１重量％以上，１．５重量％以下、炭素を０．１重量％以上、１．２重量％以下、マンガンを０．３重量％以上，１．５重量％以下、モリブデンを２．５重量％以下、酸素を０．００２重量％以下、硫黄を０．０１５重量％以下を含有し、表面炭化物面積
率が１５％以上であり、表面炭素濃度が１．６重量％以
上，３．５重量％以下、及び表面残留オーステナイト量
〔ｖｏｌ．％γ_R〕_su _rが２０ｖｏｌ．％以上，４５ｖ
ｏｌ．％以下、であることを特徴とする転がり軸受。