JPS62218542A

JPS62218542A - 軸受軌道輪

Info

Publication number: JPS62218542A
Application number: JP6351886A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Nakajima; 中島　碩一; Hiroshi Yamada; 博山田; Masayuki Tsushima; 対馬　全之
Original assignee: NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1986-03-19
Filing date: 1986-03-19
Publication date: 1987-09-25
Anticipated expiration: 2009-05-02
Also published as: JPH0633441B2

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〕この発明は、軸受軌道輪に関するものである。

〔従来の技術およびその問題点〕

精密機械部品の一つである転がり軸受は、きわめて高い
寸法精度が要求されるため、長時間の使用においても寸
法精度が変化しない所謂経年寸法安定性が要求される。

また、軸受の使用条件は年々多様化し、それぞれ厳しさ
を増してそれらのすべてに適合したいわゆる万能な軸受
として、室温から高温まで広い範囲で長寿命をもつ軸受
が要求されるようになっている。すなわち、特殊用途軸
受に限らず、一般軸受に対しても高い寸法安定性と大き
い転勤寿命を付与することが必要である。

ところで、軸受の寸法変化の原因は、主として焼入れ時
に残留オーステナイトが経年においてマルテンサイト変
態するとき生じるものであり、このため、高温で使用さ
れる軸受は、寸法安定性を増すため、通常、サブゼロ処
理を施したり、あるいは焼もどし温度を高めて残留オー
ステナイトを減少させるようにしている。

一般に、残留オーステナイトは、転動寿命の増大に効果
があると知られている。したがって、上記のように、焼
もどし温度を高めて残留オーステナイトを減少させると
、同時にマルテンサイトの硬度も低下し、転勤寿命が急
激に低下する。

通常、軸受の寿命計算には、第１図に示すような硬さ係
数が導入される。このグラフは、各種の文献に示された
曲線を−まとめにしたものであり、ロックウェル硬さと
硬さ係数との関係はいずれの曲線もほぼ同様の傾向を示
し、硬さが減少すると寿命が低下し、硬さと寿命は正相
関の関係にある。

そこで、高温で使用される軸受の製造において、従来は
、寸法安定性を高めるため高温で焼戻し、転勤寿命を犠
牲にしており、高い寸法安定性と大きい転動寿命を両立
する一般軸受は未だ存在しない。

〔発明の目的〕

そこで、この発明は上記の不都合を解消し、高い寸法安
定性と大きい転勤寿命を有する軸受軌道輪を提供するこ
とを技術的課題としている。

〔発明の構成〕

上記の課題を解決するために、この発明は、重量比にし
て炭素０．９５〜１．１０％、けい素あるいはアルミニ
ウム１〜２％、マンガン１．１５％以下、クロム０．９
０〜１．６０％、残部鉄および不純物から成り、酸素含
有量を１３ｐｐｍ以下とした鋼を素材とし、その素材に
よって形成された製品の焼入れ後、高温焼もどしを行っ
て残留オーステナイトを８％以下とし、かつ硬度をＨＲ
Ｃ６０以上としたのである。

なお、製品の厚みが厚肉の場合、上記素材にモリブデン
（Ｍｏ）を添加して焼入れ性を向上させるのがよい。こ
のモリブデンの添加量は０．２５重１％以下とし、好ま
しくは、０．１０〜０．２５重量％とする。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

日本工業規格（Ｊ　Ｉ　Ｓ）に規格された軸受鋼にこの
ような軸受鋼を用いて転がり軸受を製造する場合、焼入
れ後、高い寸法安定性を付与するために高温で焼もどし
を行なって硬度を例えば２００℃使用軸受に対してはＨ
ＲＣ５７〜６１とするが、前述のごとき、転勤寿命が低
いという不都合がある。

そこで、２００℃程度の高温でも硬度低下が少ないよう
に、例えば５ＵＪ２の化学成分をもつ軸受鋼を軸受材料
とする考えは以前からあった。

このような、ＳｉおよびＡ［の添加は、鋼の耐焼もどじ
抵抗性を高め、高温焼もどしによっても硬度低下が小さ
く、従って第１表に示された規格の軸受鋼よりも長寿命
になると考えられた。

以下は１９６０年代後半に行なった実験であるがＳＵＪ
　２の化学成分をもつ軸受鋼（試料１）、その試料１の
Ｓｉ量を１％とした＃２Ｉ（試料２）および上記試料１
に１％のＡｎを添加した添加鋼（試料３）の焼入後、１
８０℃、２３０℃および２６０℃で焼もどしを行なって
寿命試験をしたところ、第２表に示す結果を得た。

なお、ＳＵＪ　１、ＳＵＪ　３、の化学成分をもつそれ
ぞれの軸受鋼の寿命試験をしたところ、試料１とほぼ同
様の結果を得たため、掲載を省略した。

また、上記それぞれの軸受鋼のＳｉ量を１％とした鋼、
上記各軸受鋼に１％の／１１を添加した鋼の寿命試験結
果は、試料２および試料３の試験結果とほぼ同様である
ため、掲載を省略した。

第　　２　　表第２表から明らかなように、焼もどし温度が高くなるこ
とによる試料２および試料３の寿命低下は、試料１より
も小さいが、標準焼もどし品の寿命が小さく、試料２、
試料３においては、２３０℃、２６０℃焼もどし品の寿
命は試料１のそれぞれ２３０℃、２６０℃焼もどし品の
寿命と殆んど変わらない。

試料２および試料３が標準焼もどしにおいて寿命が低い
理由として、特に転勤疲労に対して害の大きい酸化物系
介在物（ＪＩＳ法、Ｂ＋Ｃ系）の構成元素であるＳｉや
、ｌを添加することによる非金属介在物清浄度の劣化が
考えられる。

また、高温焼もどしによる寿命低下の理由として、これ
らの鋼では高温焼もどしによる硬度低下が少ないことか
ら推察して、残留オーステナイトの減少によると考えら
れる。すなわち、経年寸法安定性に対して悪書をもつ残
留オーステナイトは転勤寿命に対して有して有効であり
、軸受鋼のごとき組成のずぶ焼入れ鋼で寸法安定酸と長
寿命を両立させる軸受は不可能であると考えられてきた
。

ところで、製鋼技術は年々進歩しており、前記第１表に
示す軸受鋼に３ｉあるいはＡＩを添加した鋼でも鋼の清
浄度と密接な関係にある酸素含有量を１０ｐｐｍ以下に
下げることが可能になっている。

そこで、第２表の試料１に相当する化学成分をもち、酸
素含有量を１０ｐｐｍ以下とした鋼（試料１′）と、そ
の試料１′のＳｉ量を１％とした鋼（試料２′）を焼入
れしたのち、１８０℃、２３０℃および２６０℃でそれ
ぞれ焼もどして寿命試験したところ、第３表に示す結果
を得た。

第　　３　　表前記の第２表と比較すれば、酸素含有量が少ない場合に
は、ある程度の硬度までは、逆に焼もどし温度が高い方
が長寿命になることが分る。残留オーステナイト量は、
焼もどし温度が高いほど少なくなっており、この結果、
残留オーステナイトの減少は、寿命低下を引き起してい
ないことが分る。鋼の清浄度が高い場合には、転勤疲労
の起点となる非金属介在物が少なく、非金属介在物周辺
における応力集中を緩和する軟らかい残留オーステナイ
トの効果は不要になったと考えられ、そして高温焼もど
しすることによるマルテンサイトの亀裂敏感値の減少が
長寿命の原因と考えられる。

第２図は、上記試料２′を焼入れ後、２６０℃で焼もど
しした鋼の１５０℃および２００℃における経年寸法変
化を示すグラフであるが、２６０℃で焼もどしした綱は
、２００℃までの保持温度に対して使用に十分耐える小
さい経年寸法変化量を示すことが分る。

本願発明は、鋼の品質向上に伴なって生じている鋼の性
質の変化を発見し、利用したもので、重量比にして炭素
０．９５〜１．１０％、けい素あるいはアルミニウム１
〜２％、マンガン１．１５％以下、クロム０．９０〜１
．６０％、残部鉄および不純物から成り、酸素含有量を
１３ｐｐｍ以下とした鋼を素材とし、その素材によって
形成された製品の焼入れ後、高温焼もどしを行って残留
オーステナイトを８％以下とし、かつ硬度をＨＲＣ６０
以上としたのである。

この場合、軸受鋼組成に焼入れと同時に浸室処理を施す
ようにしてもよい。

ここで、酸素含有量を１３ｐｐ−以下としたのは、次の
理由による。

一般に、鋼に含まれる非金属介在物の測定法には、ＪＩ
Ｓ法あるいはＡＳＴＭ法が使用されるが、これら既存の
測定方法は、清浄度の高い最近の鋼に対して意味ある測
定法ということはできない。

なぜなら、これらの測定法は、鋼中の一断面を測定する
ものであり、鋼中の最大介在物を測定する確率がきわめ
て少ないという不都合がある。

そこで、第３図に示す測定機を用いて非金属介在物の試
験を行なうことにした。この測定機は、６０φ×４０φ
×１５から成るリンク状試片１を一対の回転体２．３で
狭んで試片１の中心方向に圧力を加え、一対の回転体２
．３のうち、一方の回転体２を回転して試片１の回転割
れ疲労試験を行なうのであり、この測定機においては、
試片１が疲労破断し、測定機が停止するまでの短時間に
破面がこすれ合うことがないため、試片１の全断面のう
ちで最大の介在物を測定することができる。

上記測定機を用い上記ＪＩＳで規格されたＳＵＪ２の軸
受鋼でリング試片を形成し、その試片の外径を高周波加
熱により高温焼もどして外径部に引張り残留応力を生成
し、酸素含有量を変えた場合の疲労試験を行なった。そ
の結果を第４図に示す。

この第４図から明らかなように、酸素含有量とと破面上
に現われる介在物の大きさは相関の関係にあり、酸素含
有量が１３ｐｐｎ＋以下になれば、破面上には大きな非
金属介在物が殆んど観察されなくなる。すなわち、酸素
含有量が１３ｐｐ＋ｍ以下になれば、残留オーステナイ
トの転勤寿命に及ぼす効果も消滅することが考えられる
。

また、本願発明において、ＳｉおよびＡｌを１〜２重量
％とじたのは、１重量％以下のＳｔの添加では高温焼も
どし時の硬度が小さくなり、２重量％以上では、靭性の
点で好ましくなく、鍛造や旋削、研削の加工性に問題が
生じる。Ａｌの添加量も上記Ｓｉの場合と同様のことが
言える。

さらに、高温焼もどし温度は、２３０℃〜３００℃とし
、好ましくは２５０℃〜２８０℃であるが、２３０℃焼
もどし品における残留オーステナイト量は、第２表およ
び第３表かられかるように約８％であり、したがって、
残留オーステナイト量は８％以下、好ましくは６％以下
とする。

〔効果〕

以上のように、この発明は、酸素含有量を１３ｐｐ１１
以下した鋼にＳｉ、Ａｌｌなどの鋼の耐焼もどじ抵抗性
を高める元素を添加し、焼入後高温で焼もどすようにし
たので、標準の焼もどしの場合よりも長寿命とし、同時
に経年寸法安定性の高い軸受軌道輪を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、軸受寿命計算に導入される硬さ係数を示すグ
ラフ、第２図は酸素含有量を１０ｐｐｍとした１％Ｓｔ
添加鋼の経年寸法変化量を示すグラフ、第３図は非金属
介在測定法に用いる測定器の概略図、第４図はＪＩＳで
示された軸受鋼の酸素含有量を代えて介在物の大きさを
測定した結果を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

重量比にして炭素０．９５〜１．１０％、けい素あるい
はアルミニウム１〜２％、マンガン１．１５％以下、ク
ロム０．９０〜１．６０％、残部鉄および不純物から成
り、酸素含有量を１３ｐｐｍ以下とした鋼を素材とし、
その素材によって形成された製品の焼入れ後、高温焼も
どしを行って残留オーステナイトを８％以下とし、かつ
硬度をＨＲＣ６０以上としたことを特徴とする軸受軌道
輪。