KR100449680B1 - 베어링 부품 소재 - Google Patents

Abstract

본 발명의 베어링 부품 소재는 열처리 경화시킨 강으로 이루어지는 베어링 부품 소재로, 쇼트 피닝 처리전의 표층부의 템퍼링된 마르텐사이트 조직을, 탄화물의 평균 입경이 1㎛미만, 탄화물의 면적율이 10∼15%, 잔류 오스테나이트량이 7∼14%, 경도가 HRC=61∼65가 되도록 조정하고, 그 후 쇼트 피닝 처리를 행한다. 이에 따라서, 쇼트 피닝 처리의 투사 시간을 너무 길게 하지 않고, 베어링의 요구 수명을 만족할 수 있는 베어링 부품 소재를 구성할 수 있다.

Description

베어링 부품 소재{Raw material for bearing parts}

구름 베어링은 궤도면의 마모 또는 피팅(pitting)이라 불리우는 표면 박리의 발생에 의하여 수명이 크게 좌우된다. 따라서, 상기의 구름 베어링 등의 베어링을 구성하고 있는 베어링 부품에서는, 탄소 함유량이 많은 베어링 강(bearing steel), 또는 침탄 처리를 실시함으로써 표면부에 침탄층을 형성할 수 있는 침탄 강(carburizing steel)이 소재로서 사용되고 있다. 게다가, 그 베어링 부품 소재에서는, 경화/템퍼링(hardening/tempering) 처리 등의 열처리가 실시되어, 적어도 상기 궤도면을 구성하는 표층부를 템퍼링된 마르텐사이트 조직(martensitic structure)으로 함으로써, 마모를 억제하기 위해 필요한 경도와 피팅을 방지하기 위해 필요한 인성이 확보되고 있다.

그런데, 최근 자동차 등에 사용되는 베어링에 대해서는, 그 사용 조건이 가혹해지고 있어서, 요구 수명을 만족할 수 없게 되고 있다. 따라서, 베어링의 요구 수명을 만족할 수 있는 베어링 부품 소재가 요구되며, 상기의 열처리후의 베어링 부품 소재에, 쇼트 피닝(shot peening) 처리를 실시하여 궤도면에 압축 잔류 응력을 부여함으로써, 베어링의 수명을 개선하는 것이 행해지고 있다.

그러나, 상기의 쇼트 피닝 처리를 실시하였을 때에도, 베어링의 수명이 변동될 우려가 있었다. 따라서, 종래의 베어링 부품 소재에서는, 요구되는 수명을 확실하게 만족하는 방법으로서, 쇼트 피닝 처리의 투사 시간을 길게 하는 것이 행해지고 있으나, 이 방법에서는 베어링의 생산 효율이 저하되어 비용이 높아진다는 문제점이 생긴다.

상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여, 본 발명은 쇼트 피닝 처리의 투사 시간을 너무 길게 하지 않고, 베어링의 요구 수명을 만족할 수 있는 베어링 부품 소재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 구름 베어링의 궤도륜 등의 베어링 부품을 형성하기 위한 베어링 부품 소재에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 베어링 부품 소재의 수명 측정 결과를 나타낸 그래프이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 베어링 부품 소재는 열처리 경화시킨 강으로 이루어지며, 쇼트 피닝 처리를 행하는 표층부가 템퍼링된 마르텐사이트 조직을 갖는 베어링 부품 소재로, 상기 템퍼링된 마르텐사이트 조직은 그 탄화물의 평균 입경이 1㎛미만이며, 탄화물의 면적율이 10∼15%이며, 잔류 오스테나이트(austenite)량이 7∼14%이며, 경도가 HRC=61∼65인 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 구성의 베어링 부품 소재에서는, 쇼트 피닝 처리의 투사 시간을 길게 하지 않고 표면에서부터 내부를 향하여 깊게 소성 변형을 실시할 수 있다. 따라서, 당해 베어링 부품 소재에 압축 잔류 응력을 효과적으로 부여할 수 있으므로, 가혹한 사용 조건에서 사용되는 베어링을 형성하였을 때에도 수명 변동을 억제하여 장수명의 베어링을 구성할 수 있으며, 그 요구 수명을 만족할 수 있다. 또한, 쇼트 피닝 처리의 투사 시간을 너무 길게 할 필요가 없으므로, 생산 효율이 좋은 저비용의 베어링용 베어링 부품 소재를 제공할 수 있다.

즉 본 발명의 발명자들은 종래의 베어링 부품 소재를 사용한 경우에서의 수명 변동이 쇼트 피닝 처리전의 열처리후의 베어링 부품 소재의 품질 변동에 의한 것임을 발견하였다. 게다가, 발명자들은 열처리를 실시한 베어링 부품 소재에 대하여, 그 탄화물의 평균 입경과, 탄화물의 면적율과, 잔류 오스테나이트량 및 경도를 적절하게 조정하여, 쇼트 피닝 처리에 의한 소성 변형을 표면에서 내부로 깊게 부여함으로써, 압축 잔류 응력의 효과를 최대한으로 끌어내어 수명 개선을 달성할 수 있음을 발견하였다. 그리고, 이러한 발견에 의거하여 본 발명이 완성되었다.

탄화물의 평균 입경을 1㎛ 미만으로 한 것은 크기가 1㎛이상인 탄화물의 존재가 쇼트 피닝 처리에 의하여 부여되는 압축 잔류 응력을 표면에서부터 얕은 부위내로 제한하기 때문이다.

탄화물의 면적율을 10∼15%로 한 것은 15%를 초과하는 면적율에서 쇼트 피닝 처리에 의하여 부여되는 압축 잔류 응력이 표면에서부터 얕은 부위 내로 제한되고 10%미만의 면적율에서는 구름접촉(rolling contact) 피로 수명 특성이 감소되기 때문이다.

잔류 오스테나이트량을 7∼14%로 한 것은 7%미만에서는 잔류 오스테나이트의 변태에 의한 압축 잔류 응력이 충분히 얻어지지 않으며, 14%를 넘으면 표층부에서 마르텐사이트 변태가 우선적으로 일어나서 내부의 잔류 오스테나이트의 변태가 저지되며, 그 결과 압축 잔류 응력을 내부에까지 부여할 수 없기 때문이다.

경도를 HRC=61∼65로 한 것은 65를 넘으면 쇼트 피닝 처리에 의한 소성 변형량이 적어서 압축 잔류 응력을 내부에까지 부여할 수 없기 때문이며, 61미만에서는 탄성 변형량이 많아져서 소성 변형이 감소하고, 마찬가지로 압축 잔류 응력을 내부에까지 부여할 수 없기 때문이다.

상기 베어링 부품 소재에 사용하는 강으로서는, 베어링 강이 바람직하다.

이 경우에는, 표면으로부터 더욱 깊은 부위까지 압축 잔류 응력을 부여할 수 있으며, 수명을 더욱 효과적으로 향상시킬 수 있다. 따라서, 더욱 바람직한 베어링 부품 소재를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하겠다. 단, 본 발명은 이 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

실시예 1로서, SUJ2를 사용하고, 외주부에 R4.8의 궤도홈을 형성한, 외경 40.7㎜, 내경 30㎜, 두께 16㎜의 회전측 궤도륜을 제작하고, 궤도홈에 거친 연삭을 실시한 후에, 당해 회전측 궤도륜에 경화/템퍼링 처리를 실시하여, 탄화물 평균 입경을 0.9㎛, 탄화물의 면적율을 10%, 잔류 오스테나이트량을 14%, 경도를 HRC=61으로 조정하였다.

(실시예 2)

실시예 2로서, SUJ2를 사용하고, 실시예 1과 동일한 형상의 회전측 궤도륜을 제작하였다. 당해 회전측 궤도륜에 경화/템퍼링 처리를 실시하여, 탄화물 평균 입경을 0.4㎛, 탄화물의 면적율을 12%, 잔류 오스테나이트량을 9%, 경도를 HRC=63으로 조정하였다.

(실시예 3)

실시예 3으로서, SUJ2를 사용하고, 실시예 1과 동일한 형상의 회전측 궤도륜을 제작하였다. 당해 회전측 궤도륜에 경화/템퍼링 처리를 실시하여, 탄화물 평균 입경을 0.7㎛, 탄화물의 면적율을 15%, 잔류 오스테나이트량을 7%, 경도를 HRC=65로 조정하였다.

(비교예 1)

비교예 1로서, SUJ2를 사용하고, 실시예 1과 동일한 형상의 회전측 궤도륜을 제작하였다. 당해 회전측 궤도륜에 경화/템퍼링 처리를 실시하여, 탄화물 평균 입경을 1.2㎛, 탄화물의 면적율을 19%, 잔류 오스테나이트량을 9%, 경도를 HRC=64로 조정하였다.

(비교예 2)

비교예 2로서, SUJ2를 사용하고, 실시예 1과 동일한 형상의 회전측 궤도륜을 제작하였다. 당해 회전측 궤도륜에 경화/템퍼링 처리를 실시하여, 탄화물 평균 입경을 0.8㎛, 탄화물의 면적율을 13%, 잔류 오스테나이트량을 17%, 경도를 HRC=67로 조정하였다.

상기 실시예 1∼3 및 비교예 1∼2에 대하여, 쇼트 피닝 처리를 행하고, 쇼트 피닝 처리후의 압축 잔류 응력의 깊이의 조사와 수명 시험을 행하였다. 쇼트 피닝 처리는 에어 직압식 장치를 사용하여, 표 1에 나타낸 조건에서 행하였다. 수명 시험은 쇼트 피닝 처리후에 정밀 연삭을 행하고, 궤도륜 각각의 표층 15㎛를 제거한 후에, 구름접촉 피로 시험을 행하고, 궤도륜 각각의 누적 파손 확율을 측정하고, 궤도륜들의 수명을 비교하였다.

항목	조건
연삭품의 회전수	12rpm
투사 시간	90s
투사한 볼	φ0.25mm, 800Hv
아크 높이	0.26mmA

쇼트 피닝 처리후의 압축 잔류 응력의 깊이는 실시예 1∼3은 150㎛∼160㎛이며, 비교예 1∼2는 70㎛∼90㎛으로, 실시예 1∼3이 깊다는 것을 확인하였다.

도 1은 실시예 1∼3, 비교예 1∼2에 대하여, 쇼트 피닝 처리후에 행한 구름접촉 피로 시험에 의한 수명 측정 결과를 나타낸다. 또한, 도면에서, 쇼트 피닝 처리를 실시하지 않은 경우를 비교예 3으로 나타내고 있다.

도 1로부터 확실한 바와 같이, 본 발명의 범위의 실시예 1∼3은 비교예 1∼2에 비하여 최대 2배의 수명이며, 또한 수명의 변동이 작다는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1∼3은 비교예 3에 비하여 6배 이상의 수명이었다.

게다가, 발명자들의 실험에 의하면, 상기 비교예 1∼2의 수명을 실시예 1∼3의 것과 거의 동등하게 하기 위해서는, 표 1에 나타낸 투사 시간을 135초 이상, 즉 실시예 1∼3의 1.5배이상으로 늘려서, 쇼트 피닝 처리를 행할 필요가 있다는 것을 알았다.

상기 결과로부터, 베어링 부품 소재에서는, 그 템퍼링된 마르텐사이트 조직에 포함되는 탄화물의 평균 입경을 1㎛미만으로 하고, 탄화물의 면적율을 10∼15%로 하고, 잔류 오스테나이트량을 7∼14%로 하고, 경도를 HRC=61∼65로 함으로써, 쇼트 피닝 처리의 투사 시간을 너무 길게 하지 않고, 베어링의 요구 수명을 만족할 수 있다는 것이 확인되었다.

본 발명의 베어링 부품 소재에 따르면, 쇼트 피닝 처리의 투사 시간을 길게 하지 않고 표면에서부터 내부를 향하여 깊게 소성 변형을 실시할 수 있다. 따라서, 당해 베어링 부품 소재에 압축 잔류 응력을 효과적으로 부여할 수 있으므로, 가혹한 사용 조건에서 사용되는 베어링을 형성하였을 때에도 수명 변동을 억제하여 장수명의 베어링을 구성할 수 있으며, 그 요구 수명을 만족할 수 있다. 또한, 쇼트 피닝 처리의 투사 시간을 너무 길게 할 필요가 없으므로, 생산 효율이 좋은 저비용의 베어링용 베어링 부품 소재를 제공할 수 있다.

Claims (2)

1. 열처리 경화시킨 강(steel)으로 이루어지며, 쇼트 피닝 처리가 행해지는 표층부에 템퍼링된 마르텐사이트 조직(tempered martensitic structure)을 갖는 베어링 부품 소재로,

   상기 템퍼링된 마르텐사이트 조직은 그 탄화물의 평균 입경이 1㎛미만이며, 탄화물의 면적율이 10∼15%이며, 잔류 오스테나이트(austenite)량이 7∼14%이며, 경도가 HRC=61∼65인 것을 특징으로 하는 베어링 부품 소재.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 강이 베어링 강(bearing steel)인 것을 특징으로 하는 베어링 부품 소재.