JPH0578814A - 転がり軸受 - Google Patents

転がり軸受

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JPH0578814A
JPH0578814A JP3239386A JP23938691A JPH0578814A JP H0578814 A JPH0578814 A JP H0578814A JP 3239386 A JP3239386 A JP 3239386A JP 23938691 A JP23938691 A JP 23938691A JP H0578814 A JPH0578814 A JP H0578814A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】異物混入潤滑下ばかりでなくクリーンな潤滑下
でも、従来品よりも長寿命で高信頼性を有する転がり軸
受を提供する。 【構成】Ｃを０．２重量％以上，１．０重量％以下、Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｖの少なくとも一種以上の組合せによる総含
有量が１重量％以上、である軸受材料に、浸炭窒化処理
・硬化熱処理を行い、前記軸受材料の表面層に存在する
炭窒化物の単位面積当たりの面積率を１０％以上、当該
表面層に存在する最大炭窒化物径を３μｍ以下、当該表
面層における残留オーステナイト量（γR ｖｏｌ％）を
２５ｖｏｌ％以上，４５ｖｏｌ％以下、及び当該表面層
の表面硬さを７５０Ｈｖ以上とした合金鋼により、軌道
輪及び転動体の少なくとも一つを構成する。

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等のトラ
ンスミッション，エンジン用等に使用される転がり軸受
の寿命向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、転がり軸受の寿命の低下をもたら
す要因の一つとして、軸受潤滑油中の異物混入があげら
れる。軸受潤滑油中には金属の切粉，削り屑，バリ及び
摩耗粉等が混入していることが知られている。このよう
な異物が混入している転がり軸受の使用環境下では、当
該異物が転がり軸受の軌道輪及び／又は転動体に損傷を
与え転がり軸受の寿命を低下させていた。そして、この
転がり軸受の寿命は、潤滑油中に異物が混入していない
場合に比べ１／１０まで低下するという問題があった。
【０００３】また、自動車の変速機用歯車等に生じるピ
ッチングのように、軸受の軌道面又は転動面が転がり疲
れにより、斑点状の微孔を生じ、転がり軸受の寿命を低
下させていた。そこで、特公昭６２−２４４９９号及び
特開平２−３４７６６号に開示されているように、浸炭
等の熱処理により低中炭素低合金鋼表面に球状化炭化物
を析出させることで、鋼表面の硬さを向上させ、耐ピッ
チング性を向上した低中炭素低合金鋼を提供する従来例
が知られている。
【０００４】しかしながら、前記従来例のように、前記
軌道輪及び転動体の表面硬さを向上すると異物による圧
痕の付き方は軽くなるが、その反面、当該軌道輪及び転
動体の靱性が乏しくなり潤滑油中に存在する異物により
引き起こされる損傷箇所からクラックが発生し、それが
起点となって早期にフレーキングが生じ、転がり軸受の
寿命を向上するには限界があった。
【０００５】さらに、転がり軸受は、高面圧下で繰り返
しせん断応力を受けるめ、軸受材料において、そのせん
断応力に耐え得る強度を得ることが必要である。そこ
で、前記せん断応力に耐え得る強度を得るために、従来
から高クロム炭素軸受鋼が使用されているが、最近の厳
しい軸受使用条件、特に、異物混入潤滑下などでは、単
に機械的強度（主に硬さ）が強いだけでは、軸受の寿命
を向上することが難しいという問題があった。
【０００６】そこで、特開昭６４−５５４２３号公報に
開示されているように、異物が混入している潤滑下で転
がり軸受を使用する場合でも、軸受の転がり表面層の炭
素の含有量、残留オーステナイト量、及び炭窒化物の含
有量を適性値にすることで、異物により生じる圧痕のエ
ッジ部における応力の集中を緩和し、クラックの発生を
抑え、転がり軸受の寿命を向上する従来例が存在する。
【０００７】しかしながら、前記特開昭６４−５５４２
３号公報に開示されている従来例は、適当量の残留オー
ステナイトにより異物混入潤滑下での寿命向上を図るこ
とができる反面、残留オーステナイトにより表面硬さが
低下して耐疲労性が下がるという問題があった。即ち、
残留オーステナイト量（γR ｖｏｌ％）と表面硬さ（Ｈ
ｖ）との適性な関係について、未だ改良の余地があっ
た。
【０００８】また、従来の軸受材料の軸受寿命を向上す
る上で、炭化物及び炭窒化物の粒径をいかなる値にすれ
ば良いかについての配慮がされていないという問題もあ
った。即ち、大型炭化物が繰り返し応力を受けると、当
該大型炭化物は疲労起点となりクラック，フレーキング
が発生するという問題があった。そこで、このような問
題を解決するため、本出願人が提案した特願平２−１２
７９３０号に開示されているように、転がり軸受の転が
り表面層の残留オーステナイト量と表面硬さとの最適な
関係を見いだし、さらに、転がり表面層に存在する炭化
物，炭窒化物の平均粒径を最適な値にすることで、残留
オーステナイトの存在による表面硬さの低下を補償し、
長寿命な転がり軸受を提供する従来例が存在する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
願平２−１２７９３０号に開示されている従来例では、
軸受材料に含有している炭素の量がある量を越えると、
巨大炭化物が形成される傾向があり、高炭素濃度で浸炭
を行うと、表面に巨大炭化物が形成されて軸受の寿命が
低下するという問題があった。
【００１０】また、軸受材料に浸炭処理のみを施した場
合、適量のオーステナイト量を得るためには、高温での
焼入れが必要となる。しかしながら、この高温焼入れを
行うと、微細炭化物の含有量が低減し、微細炭化物の析
出強化作用が十分に得られないという問題があった。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、異物混入潤滑下ばかりでなくクリーンな潤滑
下でも、従来品よりも長寿命で高信頼性を有する転がり
軸受を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、軌道輪及び転動体とを備えた転がり軸受
において、前記軌道輪及び転動体の少なくとも一つは、
炭素を０．２重量％以上，１．０重量％以下、及び、ク
ロム，モリブデン及びバナジウムの少なくとも一種以上
の組合せによる総含有量が１重量％以上、含有し、浸炭
窒化・硬化熱処理後の表面層に存在する炭窒化物の単位
面積当たりの面積率が１０％以上、当該表面層に存在す
る最大炭窒化物径が３μｍ以下、当該表面層における残
留オーステナイト量（γR ｖｏｌ％）が２５ｖｏｌ％以
上，４５ｖｏｌ％以下、及び当該表面層の表面硬さが７
５０Ｈｖ以上、の合金鋼から構成されてなることを特徴
とする転がり軸受を提供するものである。
【００１２】
【作用】本発明によれば、炭素を０．２重量％以上，
１．０重量％以下、及び、クロム，モリブデン及びバナ
ジウムの少なくとも一種以上の組合せによる総含有量が
１重量％以上、である軸受材料に、浸炭窒化処理を施し
た後、硬化熱処理を行い、前記軸受材料の表面層に存在
する炭窒化物の単位面積当たりの面積率を１０％以上、
当該表面層に存在する最大炭窒化物径を３μｍ以下、当
該表面層における残留オーステナイト量（γR ｖｏｌ
％）を２５ｖｏｌ％以上，４５ｖｏｌ％以下、及び当該
表面層の表面硬さを７５０Ｈｖ以上とした合金鋼によ
り、軌道輪及び転動体の少なくとも一つを構成すること
で、巨大炭化物を析出することなく、最適な残留オース
テナイト量（γR ｖｏｌ％）及び炭窒化物量を得るため
に必要な、固溶元素量（炭素、窒素の含有量）を増加す
ることができる。
【００１３】従って、異物混入潤滑下ばかりでなくクリ
ーンな潤滑下でも、従来品よりも長寿命で高信頼性を有
する転がり軸受を提供するというものである。以下、本
発明に係る合金鋼の作用、及び各特性値の臨界的意義等
について詳説する。 『炭素含有量；０．２重量％以上，１．０重量％以下』
軸受として必要な硬さ（ＨＲＣ６０以上）を得るために
は、当該軸受表面に炭素が０．６重量％以上含有されて
いることが必要である。軸受材料に浸炭窒化処理を施し
て表面硬化を行う際、当該軸受材料の炭素含有量が０．
２重量％未満だと、当該浸炭窒化処理時間が長くなり、
コストがかかると共に、熱処理生産性が低下する。ま
た、コア（芯部）に硬さが不足し、コアが塑性変形し、
転がり軸受の寿命を低下する。
【００１４】一方、当該軸受材料の炭素含有量が１．０
重量％を越えると、当該浸炭窒化処理を行う前に、特別
な前熱処理を行なわないと、製鋼過程で巨大炭化物が析
出し、軸受の寿命を著しく低下させてしまう。また、後
で説明する浸炭窒化を行った際に、軸受材料に侵入する
炭素量及び窒素量が低下する。このため、マトリックス
に固溶する炭素、窒素の割合が低下し、不均一な固溶状
態となり、この部分が応力集中源となってしまい、転が
り軸受の寿命が低下してしまう。
【００１５】以上より、炭素含有量を０．２重量％以
上，１．０重量％以下と限定した。 『クロム，モリブデン及びバナジウムの少なくとも一種
以上の組合せによる総含有量が１重量％以上』クロム，
モリブデン及びバナジウムは、共に炭窒化物形成元素で
あり、後に説明する微細な炭窒化物の形成を促進するた
めに添加される。そして、このクロム，モリブデン及び
バナジウムは、各々単独に１重量％以上、あるいは、各
元素を組み合わせてその総含有量が１重量％以上あれば
よい。
【００１６】尚、前記クロム，モリブデン及びバナジウ
ムの含有量は、価格的にいうと、比較的安価なクロムの
含有量を１重量％以上とすることが有利である。また、
寿命向上の点からいうと、クロムをある程度添加し、こ
れにさらにモリブデンとバナジウムを添加することが好
適である。以下に、その詳細と最適な添加量（含有量）
を示す。 「クロム；１．０重量％以上、１３．０重量％以下」ク
ロムは、鋼の焼入れ性及び焼戻し抵抗性を向上すると共
に、高硬度で微細な炭窒化物を形成して、軸受材料の硬
さを向上する。その効果は、１．０重量％以上の含有量
で顕著となる。しかしながら、その含有量が１３．０重
量％を越えると、浸炭窒化特性の低下、熱処理前工程の
加工性などに問題が生じる。従って、クロム含有量は、
１．０重量％以上、１３．０重量％以下、とすることが
好適である。 「モリブデン；０．５重量％以上、３．０重量％以下」
モリブデンは、前記クロムと同様に、鋼の焼入れ性及び
焼戻し抵抗性を向上すると共に、微細な炭窒化物を形成
して、軸受材料の硬さを向上する。その効果は、０．５
重量％以上の含有量で顕著となる。しかしながら、その
含有量が３．０重量％を越えても、その効果は向上しな
い。従って、モリブデンの含有量は、０．５重量％以
上、３．０重量％以下、とすることが好適である。 「バナジウム；０．２重量％以上、２．０重量％以下」
バナジウムは、クロム及びモリブデンと同様に、焼戻し
抵抗性を向上すると共に、微細な炭窒化物を形成して、
軸受材料の硬さを向上する。その効果は、０．２重量％
以上の含有量で顕著となる。しかしながら、その含有量
が２．０重量％を越えても、その効果は向上しない。従
って、バナジウムの含有量は、０．２重量％以上、１．
０重量％以下、とすることが好適である。
【００１７】以上より、クロム，モリブデン及びバナジ
ウムの少なくとも一種以上の組合せによる総含有量を１
重量％以上と限定した。 『浸炭窒化』浸炭処理では、軸受寿命を向上する目的
で、後に説明する残留オーステナイト量（γR ｖｏｌ
％）を２５ｖｏｌ％以上、４５ｖｏｌ％以下とし、さら
に、残留オーステナイトの存在による表面硬さの低下を
補償するため、軸受材料に浸炭処理を施した後にダイレ
クトクエンチによる焼入れを行い、当該焼入れ温度を高
くする必要がある。
【００１８】しかしながら、前記焼入れ温度を高くする
と、マトリックスに炭素が溶け込む量が多くなり、炭化
物（炭窒化物）へ向けられる炭素が減少するため、炭化
物（炭窒化物）も減少する。そこで、炭化物（炭窒化
物）へ向けられる炭素量を増加するため、炭素濃度を高
くして浸炭を行うと、今度は巨大炭化物が発生してしま
う。
【００１９】図１は、９３０℃で５時間で浸炭処理を行
った際の、表面炭素濃度（ｖｏｌ％）と表面層に存在す
る最大炭化物の粒径（μｍ）との関係を示す図である。
図１から、表面炭素濃度が約１．２ｖｏｌ％以上、特
に、１．４ｖｏｌ％以上になると、表面層に存在する最
大炭化物の粒径が急激に大きくなり、巨大炭化物が析出
することが判る。
【００２０】一方、浸炭窒化処理では、マトリックスに
炭素と窒素が共に溶け込む。従って、前記窒素がマトリ
ックスに溶け込む分だけ炭素がマトッリクスに溶け込む
量を節約（減少）しても、浸炭処理を行った際と同様の
表面硬さを得ることができる。この結果、炭素濃度を低
下することができるため、巨大炭化物の発生を抑制する
ことができる。さらに、浸炭窒化により得られる炭窒化
物は、浸炭により得られる炭化物よりも微細であり、軸
受の寿命向上に有効である。
【００２１】図２は、９３０℃で５時間、浸炭処理を行
った（表面炭素濃度＝１．２％）際に発生する炭化物の
粒径（μｍ）とその度数（％）を示す図であり、図３
は、浸炭窒化処理行った際に発生する炭窒化物の粒径
（μｍ）とその度数（％）を示す図である。図２及び図
３から、浸炭窒化処理により発生した炭窒化物は、浸炭
処理により発生した炭化物より、その粒径が微細である
ことが判る。また、度数も微細方向に傾いており、軸受
寿命の向上に有利な、微細炭窒化物の方が析出し易いこ
とが判る。
【００２２】従って、本発明では、浸炭窒化を採用し
た。 『硬化熱処理』一般に、従来の浸炭窒化処理は、焼入れ
性を向上する、あるいは、炭素と窒素の固溶強化を行う
目的で行われていた。このため、焼入れ性の向上、炭素
と窒素の固溶強化を行うに十分な炭素及び窒素量が得ら
れればよく、浸炭窒化後、ダイレクトに焼入れを行って
いた。
【００２３】図４は、浸炭処理後の軸受材料に従来のダ
イレクトクエンチで焼入れした際の焼入れ温度（℃）と
表面残留オーステナイト量（γR ｖｏｌ％）との関係を
示す図であり、図５は、前記焼入れ温度（℃）と表面層
に存在する炭化物の単位面積当たりの面積率（％）との
関係を示す図である。図４及び図５から、従来のダイレ
クトクエンチでは、焼入れ温度を高くすると、残留オー
ステナイト量（γR ｖｏｌ％）が増加する反面、表面層
に存在する炭化物の単位面積当たりの面積率（％）が減
少することが判る。これは、マトリックスに炭素が溶け
込む量が多くなり、炭化物へ向けられる炭素が減少する
ためである。そして、浸炭窒化処理後にダイレクトクエ
ンチを行っても、前記と同様の現象となる。
【００２４】そこで、本発明では、従来の浸炭窒化処理
に比べ、微細炭窒化物を多量に発生させるため、以下に
示す硬化熱処理を採用した。先ず、浸炭窒化温度から、
Ａ1 変態点（７２３℃）以下に温度を下げる。ここで、
軸受材料がＡ1 点を通過する際に、炭窒化物の核を形成
する。その後、再びＡ1 点以上（焼入れ温度）に上昇、
保持し、前記核の径が３μｍ以下とした後、さらに焼入
れ・焼戻しを行う。即ち、１次浸炭窒化処理温度より低
い温度で、オーステナイト化することにより、炭窒化物
の量を増加させることができる。また、残留オーステナ
イト量（γR ｖｏｌ％）は、窒素量を変化させることに
より制御することができるため、低温のオーステナイト
化温度でも、容易に適量の残留オーステナイト量（γR
ｖｏｌ％）を得ることができる。
【００２５】ここで、前記保持時間が長すぎると、炭窒
化物が大きくなり過ぎてしまう。一方、前記保持時間が
短過ぎると、炭窒化物の成長が不十分、不安定となり、
炭窒化物は消滅してしまう。そこで、転がり軸受の軌道
輪及び転動体の、体積／表面積比（Ｖ／Ｓ）により、当
該保持時間は、 Ｖ／Ｓ≦８ （小物品） ………… 保持時間＝２０〜
３０分 Ｖ／Ｓ＞８ （大物品） ………… 保持時間＝４０〜
６０分 を選択することが好適である。 『表面層に存在する炭窒化物の単位面積当たりの面積率
が１０％以上』炭窒化物は、その析出強化により、残留
オーステナイト量（γR ｖｏｌ％）に対する表面硬さを
向上することができる。
【００２６】図６は、残留オーステナイト量（γR ｖｏ
ｌ％）が３０〜３５ｖｏｌ％における、表面層に存在す
る炭窒化物の単位面積当たりの面積率（％）と表面硬さ
（Ｈｖ）との関係を示す図である。図６から、軸受寿命
を向上する上で最適な残留オーステナイト量（γR ｖｏ
ｌ％）に対する表面硬さ（Ｈｖ）を向上する効果（後に
説明するが、表面硬さ＝７５０Ｈｖ以上）を十分に発揮
するためには、表面層に存在する炭窒化物の単位面積当
たりの面積率が１０％以上必要であることが判る。炭窒
化物の単位面積当たりの面積率が１０％未満であると、
表面硬さが７５０Ｈｖ以下となり、前記残留オーステナ
イ量（γR ｖｏｌ％）に対する表面硬さの低下を補償す
ることができない。
【００２７】以上より、表面層に存在する炭窒化物の単
位面積当たりの面積率を１０％以上に限定した。尚、こ
の炭窒化物量は、炭化物形成元素量の調整，焼戻し温度
の調整等により制御可能である。 『表面層に存在する最大炭窒化物径が３μｍ以下』図７
は、最大炭窒化物の粒径（μｍ）とクリーン潤滑下にお
ける転動による応力繰り返し数（サイクル）で示される
軸受寿命（Ｌ10）との関係を示す図である。
【００２８】図７から、炭窒化物の粒径が３μｍを越え
ると、軸受寿命（Ｌ10）が低下することが判る。これ
は、粒径の大きい炭窒化物が応力の集中源となり、クラ
ック等が発生し易くなり、転がり寿命が低下するからで
ある。以上より、表面層に存在する最大炭窒化物径を３
μｍ以下に限定した。 『表面層における残留オーステナイト量（γR ｖｏｌ
％）が２５ｖｏｌ％以上，４５ｖｏｌ％以下』潤滑油中
等に混入する異物により、転がり表面層に圧痕が発生す
る。この圧痕のエッジ部分に発生しやすいクラックは、
表面層における残留オーステナイト量（γR ｖｏｌ％）
と密接な関係がある。残留オーステナイトは、軸受材料
の炭素含有量により多少異なるが、通常は軟らかくて粘
い。従って、この残留オーステナイトを所望の割合で転
がり表面層に存在させると圧痕のエッジ部分における応
力集中を緩和することができ、クラックの発生を抑制す
ることができる。また、転がり表面層における残留オー
ステナイトは、転動時に圧痕を通過する部材（例えば、
転動体に対して軌道輪）の相対通過回数が所定数を過ぎ
ると、表面に加わる変形エネルギーによりマルテンサイ
ト変態し、硬化するという効果により、異物混入潤滑下
での軸受寿命（Ｌ10）を向上することができる。
【００２９】図８は、軌道輪及び転動体における、残留
オーステナイト量（γR ｖｏｌ％）と異物混入潤滑下で
の軸受寿命（Ｌ10）との関係を示す図であり、図９は、
軌道輪及び転動体における、残留オーステナイト量（γ
R ｖｏｌ％）とクリーン潤滑下での軸受寿命（Ｌ10）と
の関係を示す図である。図８及び図９から、軸受寿命
（Ｌ10）は、残留オーステナイト量（γR ｖｏｌ％）の
変化に応じて変化していることが判る。また、異物混入
潤滑下とクリーン潤滑下とでは、残留オーステナイト量
（γR ｖｏｌ％）が同じでも軸受寿命（Ｌ 10）が異なる
ことが判る。これより、両潤滑下において、共に、高い
軸受寿命（Ｌ10）を示すために必要な残留オーステナイ
ト量（γR ｖｏｌ％）の適正範囲を見出すことが必要で
ある。
【００３０】表面層における残留オーステナイト量（γ
R ｖｏｌ％）が２５ｖｏｌ％未満だと前記ごみ圧痕発生
の際の応力集中効果を十分発揮することができない。ま
た、表面層における残留オーステナイト量（γR ｖｏｌ
％）が４５ｖｏｌ％を越えると応力集中を緩和する効果
は飽和し、かえって表面硬さを低下することにより耐疲
労性が低下してしまう。
【００３１】以上より、表面層における残留オーステナ
イト量（γR ｖｏｌ％）を２５ｖｏｌ％以上，４５ｖｏ
ｌ％以下に限定した。 『表面層の表面硬さが７５０Ｈｖ以上』図１０は、表面
硬さ（Ｈｖ）と異物混入潤滑下での軸受寿命（Ｌ10）と
の関係を示す図であり、図１１は、表面硬さ（Ｈｖ）と
クリーン潤滑下での軸受寿命（Ｌ10）との関係を示す図
である。
【００３２】図１０及び図１１から、両潤滑下共、表面
硬さが７５０Ｈｖ未満であると、軸受寿命（Ｌ10）が急
激に低下することが判る。これは、表面硬さが７５０Ｈ
ｖ以上ないと、耐疲労性が低下し、異物混入潤滑下及び
クリーンの潤滑下でも軸受寿命（Ｌ10）が低下するため
である。以上より、表面層の表面硬さが７５０Ｈｖ以上
に限定した。
【００３３】尚、本発明において、『表面層』とは、表
面からある所望深さまでの範囲を言い、例えば、せん断
応力が最大となる転動体平均直径の２％に対応する深さ
までを言う。また、本発明でいう炭化物としては、例え
ば、Ｆｅ3 Ｃ等が挙げられる。また、炭窒化物として
は、Ｆｅ3 （ＣＮ）4 等が挙げられる。
【００３４】
【実施例】次に、本発明に係る実施例について説明す
る。軸受材料として、通常肌焼鋼（ＳＣｒ４４０）、軸
受鋼（ＳＵＪ２）、Ｓ４５Ｃを用い、これに各々以下に
示す熱処理を行った。尚、軸受材料（試験片Ｎｏ．）と
熱処理との関係を表１に示す。 〔熱処理Ａ〕８７０℃で５時間、Ｒｘガス雰囲気でＥｎ
エンリッチガス０．３〜０．７％、ＮＨ3 ガス５〜１０
％の条件で浸炭窒化処理を行った後、室温で放冷し、次
いで、８４０℃で３０分間保持後、焼入れし、焼戻しを
行う。 〔熱処理Ｂ〕８７０℃で５時間、Ｒｘガス雰囲気でＥｎ
エンリッチガス０．３〜０．７％、ＮＨ3 ガス５〜１０
％の条件で浸炭窒化処理を行った後、室温で放冷し、次
いで、６００℃で３時間放置した後、室温で放冷し、さ
らに８４０℃で３０分間保持後、焼入れし、焼戻しを行
う。 〔熱処理Ｃ〕８４０℃で３時間、Ｒｘガス雰囲気でＥｎ
エンリッチガス０．３〜０．７％、ＮＨ3 ガス５〜１０
％の条件で浸炭窒化処理を行い、次いで、８４０℃で３
０分間保持後、焼入れし、焼戻しを行う。 〔熱処理Ｄ〕８４０℃で３０分間保持後、ズブ焼入れ
し、焼戻しを行う。 〔熱処理Ｅ〕９３０℃で５時間、通常浸炭処理を行った
後、ダイレクト焼入れし、焼戻しを行う。 〔熱処理Ｆ〕９３０℃で５時間、通常浸炭処理を行った
後、室温で放冷し、８４０℃で３０分間保持後、焼入れ
し、焼戻しを行う。 〔熱処理Ｇ〕９３０℃で５時間、高濃度浸炭処理を行っ
た後、ダイレクト焼入れし、焼戻しを行う。 〔熱処理Ｈ〕９３０℃で５時間、高濃度浸炭処理を行っ
た後、室温で放冷し、８４０℃で３０分間保持後、焼入
れし、焼戻しを行う。 〔熱処理Ｉ〕８７０℃で５時間、Ｒｘガス雰囲気でＥｎ
エンリッチガス０．３〜０．７％、ＮＨ3 ガス５〜１０
％の条件で浸炭窒化処理を行った後、ダイレクト焼入れ
し、焼戻しを行う。
【００３５】即ち、前記熱処理Ａ〜Ｉのうち、本発明に
係る浸炭窒化・硬化熱処理を行うものは、熱処理Ａ，熱
処理Ｂ，熱処理Ｃである。
【００３６】
【表１】
【００３７】次に、前記熱処理をそれぞれ行った試験片
について、表面層の炭素及び窒素の含有量（重量％）、
表面層に存在する炭窒化物の単位面積当たりの面積率
（％）、表面層に存在する最大炭窒化物径（μｍ）、表
面層の残留オーステナイト量（γR ｖｏｌ％）、表面層
の表面硬さ（Ｈｖ）、及び異物混入潤滑下及びクリーン
の潤滑下における軸受寿命（Ｌ10）、の調査を行った。
この結果を表２に示す。また、図７に、表面層に存在す
る最大炭窒化物径（μｍ）と軸受寿命（Ｌ10）との関係
を、図８に、異物混入潤滑下での表面層の残留オーステ
ナイト量（γR ｖｏｌ％）と軸受寿命（Ｌ10）との関係
を、図９に、クリーンの潤滑下での表面層の残留オース
テナイト量（γR ｖｏｌ％）と軸受寿命（Ｌ10）との関
係を、図１０に、異物混入潤滑下での表面層の表面硬さ
（Ｈｖ）と軸受寿命（Ｌ10）との関係を、図１１に、ク
リーンの潤滑下での表面層の表面硬さ（Ｈｖ）と軸受寿
命（Ｌ10）との関係を示す。また、図７ないし図１１中
の数字は、試験片Ｎｏ．に対応する。
【００３８】尚、軸受寿命試験は、『特殊鋼便覧』（第
１版，電気製鋼研究所編，理工学社１９６９年５月２５
日）第１０〜２１頁記載のスラスト形軸受鋼試験機を用
いてスラスト寿命試験を行った。試験条件は次の通りで
ある。 （異物混入潤滑下） 面圧＝４９００ ＭＰａ 回転数＝３０００ ｃ．ｐ．ｍ 潤滑油＝＃６８タービン油 異物（ゴミ）＝Ｆｅ3 Ｃ系粉を潤滑油中に３００ppm 混
入 硬さ＝ＨＲＣ５２ 粒径＝７４〜１４７μｍ （クリーンの潤滑下） 面圧＝５２００ ＭＰａ 回転数＝３０００ ｃ．ｐ．ｍ 潤滑油＝＃６８タービン油 尚、本寿命試験に際して、各試験片についてその１０％
に顕微鏡又は肉眼で視認できるクラック，フレーキング
が発生した時点を寿命（Ｌ10寿命）と判定し、この時点
迄の累積回転数をもって寿命の定量的表現とした。
【００３９】
【表２】
【００４０】表１、表２及び図７ないし図１１から、炭
素を０．２重量％以上，１．０重量％以下、及び、クロ
ム，モリブデン及びバナジウムの少なくとも一種以上の
組合せによる総含有量が１重量％以上、含有し、浸炭窒
化、及び本発明に係る硬化熱処理を施した後の試験片の
表面層に存在する炭窒化物の単位面積当たりの面積率
（％）が１０％以上、表面層に存在する最大炭窒化物径
（μｍ）が３μｍ以下、表面層の残留オーステナイト量
（γR ｖｏｌ％）が２５ｖｏｌ％以上、４５ｖｏｌ％以
下、及び、表面層の表面硬さ（Ｈｖ）が７５０Ｈｖ以
上、の条件を満たす試験片（実施例１〜実施例６）は、
軸受寿命（Ｌ10）が向上していることが確認された。
【００４１】また、特に、熱処理Ｂを行った試験片（実
施例２）、クロム、モリブデン及びバナジウムの総含有
量を増加した試験片（実施例６）は、軸受寿命（Ｌ10）
が向上していることが確認された。尚、比較例７は、軸
受材料中のクロム、モリブデン及びバナジウムの含有量
が少ないために、表面層の炭窒化物量が低下し、軸受寿
命（Ｌ10）が低い結果となった。
【００４２】比較例８は、通常の熱処理（熱処理Ｄ）を
行ったために、軸受寿命（Ｌ10）が低い結果となった。
比較例９は、通常浸炭を行ったために、残留オーステナ
イト量（γR ｖｏｌ％）は適量だが、表面硬さ（Ｈｖ）
が低くなり、軸受寿命（Ｌ10）が低い結果となった。
【００４３】比較例１０は、残留オーステナイト量（γ
R ｖｏｌ％）が低いために、特に、異物混入潤滑下での
軸受寿命（Ｌ10）が低い結果となった。比較例１１、比
較例１２及び比較例１３は、高濃度浸炭を行ったため
に、巨大炭化物が発生し、特に、クリーン潤滑下での軸
受寿命（Ｌ10）が低い結果となった。
【００４４】比較例１４は、本発明に係る硬化熱処理を
行わなかったために、特に、クリーン潤滑下での軸受寿
命（Ｌ10）が低い結果となった。尚、本実施例では、軸
受材料としてＳＣｒ４４０及びＳＵＪ２を使用したが、
これに限らず、ＳＵＪ３，ＳＵＪ４等、炭素を０．２％
以上、１．０％以下、及び、クロム，モリブデン，バナ
ジウムの少なくとも一種以上の組合せによる総含有量が
１重量％以上、である軸受材料であれば、他の軸受材料
を使用してもよいことは勿論である。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
炭素を０．２重量％以上，１．０重量％以下、及び、ク
ロム，モリブデン及びバナジウムの少なくとも一種以上
の組合せによる総含有量が１重量％以上、である軸受材
料に、浸炭窒化処理を施した後、本発明に係る硬化熱処
理を行い、前記軸受材料の表面層に存在する炭窒化物の
単位面積当たりの面積率を１０％以上、当該表面層に存
在する最大炭窒化物径を３μｍ以下、当該表面層におけ
る残留オーステナイト量（γRｖｏｌ％）を２５ｖｏｌ
％以上，４５ｖｏｌ％以下、及び当該表面層の表面硬さ
を７５０Ｈｖ以上とした合金鋼により、軌道輪及び転動
体の少なくとも一つを構成することで、巨大炭化物を析
出することなく、最適な残留オーステナイト量（γR ｖ
ｏｌ％）及び炭窒化物量を得るために必要な、固溶元素
量（炭素、窒素の含有量）を増加し、異物混入潤滑下ば
かりでなくクリーンな潤滑下でも、従来品よりも長寿命
で高信頼性を有する転がり軸受を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】９３０℃で５時間で浸炭処理を行った際の、表
面炭素濃度（ｖｏｌ％）と表面最大炭化物の粒径（μ
ｍ）との関係を示す図である。
【図２】９３０℃で５時間、浸炭処理を行った際に発生
する炭化物の粒径（μｍ）とその度数（％）を示す図で
ある。
【図３】浸炭窒化処理行った際に発生する炭窒化物の粒
径（μｍ）とその度数（％）を示す図である。
【図４】浸炭処理後の軸受材料に従来のダイレクトクエ
ンチで焼き入れした際の焼入れ温度（℃）と表面残留オ
ーステナイト量（γR ｖｏｌ％）との関係を示す図であ
る。
【図５】浸炭処理後の軸受材料に従来のダイレクトクエ
ンチで焼き入れした際の焼入れ温度（℃）と表面層に存
在する炭化物の単位面積当たりの面積率（％）との関係
を示す図である。
【図６】残留オーステナイト量（γR ｖｏｌ％）が３０
〜３５ｖｏｌ％における、表面層に存在する炭窒化物の
単位面積当たりの面積率（％）と表面硬さ（Ｈｖ）との
関係を示す図である。
【図７】最大炭窒化物の粒径（μｍ）とクリーン潤滑下
における転動による応力繰り返し数（サイクル）で示さ
れる軸受寿命（Ｌ10）との関係を示す図である。
【図８】軌道輪及び転動体における、残留オーステナイ
ト量（γR ｖｏｌ％）と異物混入潤滑下での軸受寿命
（Ｌ10）との関係を示す図である。
【図９】軌道輪及び転動体における、残留オーステナイ
ト量（γR ｖｏｌ％）とクリーン潤滑下での軸受寿命
（Ｌ10）との関係を示す図である。
【図１０】表面硬さ（Ｈｖ）と異物混入潤滑下での軸受
寿命（Ｌ10）との関係を示す図である。
【図１１】表面硬さ（Ｈｖ）とクリーン潤滑下での軸受
寿命（Ｌ10）との関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 33/32 6814−3Ｊ 33/62 6814−3Ｊ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軌道輪及び転動体とを備えた転がり軸受
    において、 前記軌道輪及び転動体の少なくとも一つは、炭素を０．
    ２重量％以上，１．０重量％以下、及び、クロム，モリ
    ブデン及びバナジウムの少なくとも一種以上の組合せに
    よる総含有量が１重量％以上、含有し、浸炭窒化・硬化
    熱処理後の表面層に存在する炭窒化物の単位面積当たり
    の面積率が１０％以上、当該表面層に存在する最大炭窒
    化物径が３μｍ以下、当該表面層における残留オーステ
    ナイト量（γR ｖｏｌ％）が２５ｖｏｌ％以上，４５ｖ
    ｏｌ％以下、及び当該表面層の表面硬さが７５０Ｈｖ以
    上、の合金鋼から構成されてなることを特徴とする転が
    り軸受。
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