KR20020090231A

KR20020090231A - 구름 베어링의 부품의 제조 방법

Info

Publication number: KR20020090231A
Application number: KR1020027013577A
Authority: KR
Inventors: 베스윅존마이클; 고렌느미셸크리스티앙; 발레이안토넹
Original assignee: 에스케이에프 엔지니어링 앤 리서치 센터 비.브이.
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2002-11-30
Also published as: WO2001079568A1; DE60130752T2; DE60130752D1; US6837946B2; US20040105777A1; NL1014946C2; EP1274868A1; EP1274868B1; AU5065801A; JP2003531288A; CN1423706A

Abstract

본 발명은 구름 베어링용 링 등과 같은 구름 베어링의 부품의 제조 방법에 관한 것이다. 사용되는 시발 재료는 0.90 ~ 1.00 %의 C; 0.15 % 이하의 Si; 0.25 ~ 0.45 %의 Mn; 0.015 % 이하의 P; 0.010 % 이하의 S; 1.30 ~ 1.50 %의 Cr; 0.15 % 이하의 Ni; 0.20 ~ 0.23 %의 Mo; 0.20 % 이하의 Cu; 20 ppm 이하의 Ti; 8 ppm 이하의 O를 함유하는 소정 등급의 강철이다. 이 소정 등급의 강철을 담금질 및 뜨임 처리를 받게하기 전에, 소정 형상의 아이템이 고온 또는 저온 상태로 소성 변형을 받는다. 그 결과, 기계적 특성, 그리고 특히 심한 응력하에서의 예상 수명이 개선된다.

Description

구름 베어링의 부품의 제조 방법{METHOD FOR THE PRODUCTION OF A PART OF A ROLLING BEARING}

이러한 타입의 방법은 미국 특허 제34278호(재발행 특허)에 개시되어 있다. 이 공보에는 그 출원인이 3M 강철이라 칭한 것이 개시되어 있다. 이는 종래의 구름 베어링의 특성을 상당히 개선하기 위해 1 %의 C와 1.5 %의 Cr을 함유하는 강철의 등급을 변경함으로써 얻어질 수 있다고 밝혀졌다.

3M 강철을 사용하는 구름 베어링은 심한 응력을 받는 기어 박스, 선반 등에 채용된다.

본 발명은 구름 베어링의 부품의 제조 방법에 관한 것으로, 0.90 ~ 1.00 C; 0.15 이하의 Si; 0.25 ~ 0.45 Mn; 0.015 이하의 P; 0.010 이하의 S; 1.30 ~ 1.50 Cr; 0.15 이하의 Ni; 0.20 ~ 0.23 Mo; 0.20 이하의 Cu(이상 단위는 중량%); 20 이하의 Ti(ppm); 8 이하의 O(ppm)을 함유하는 소정 등급의 강철을 제공하는 것을 포함하며, 소정 형상의 아이템이 상기 페라이트 구조의 강철로 제조되어, 이 아이템 표면의 경도를 증가시키도록 열처리되며, 경우에 따라 열처리에 후속하는 기계 가공이 행해진다.

도 1은 본 발명에 따른 구름 베어링의 부품의 제조를 매우 도식적으로 보여주는 도면이고,

도 2는 소성 변형을 받지 않는 3M 강철에 비해 본 발명에 따른 구름 베어링의 부품의 수명이 연장된 것을 보여주는 도표이다.

본 발명은 심한 응력을 받는 조건하에 있는 구름 베어링의 일부를 형성하는 해당 구성 요소의 수명을 연장시키는 것을 목적으로 한다. 이러한 구성 요소의 예로는 차량의 교류 발전기가 있다. 차량에서 전기의 사용이 증가함에 따라, 상기 발전기는 점점 무거워지며, 내연 기관의 크랭크 샤프트로부터 상기 발전기를 구동시키는 벨트에 가해지는 인장력이 계속 증가해왔다. 본 발명의 다른 목적은, 베어링의 수명을 위해 구조 변경이 반드시 필요하지는 않은 용례에서, 보다 경량의 구조가 가능하도록 베어링의 기하학적 구조를 변경할 수 있게 하는 것이다.

상기 목적은 열처리 이전에 소정 형상의 아이템을 소성 변형시키는 전술한 바와 같은 방법으로 실현된다. 본 발명에 따르면, 예컨대 깊은 홈 볼 베어링 등과 같은 구름 베어링의 링이 전술한 바와 같은 소정 등급의 강철로부터 일부 방법에 의해 또는 그 밖의 방법에 의해 제조된다. 그 후에, 소성 변형을 받는다.

놀랍게도, 담금질 및 뜨임 이후에 상기 등급의 강철의 특성이, 특히 표면에 가까운 곳에서 상당히 개선된다는 것을 알아내었다. 이러한 방식으로 얻어진 강철을 이용하여 제조된 베어링의 수명은 종래의 방식, 즉 소성 변형을 실시하지 않는 방식으로 처리된 3M 강철의 수명에 비해 상당히 연장된다. 최근의 기술 동향에서 통상적인 볼 베어링강 등급인 52100 등에 비해 수명이 더 연장된다.

이러한 기계적 특성의 개선에 관해서 이하에 설명할 것이지만, 이 설명은 본 발명을 전혀 한정하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명의 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서 결정된다.

본원의 발명자는, 경화(硬化) 등의 열처리 이전에 소성 변형시키면, 그 결과한편으로는 최종 제품의 입자 구조가 조질화(調質化)되고, 다른 한편으로는 표면의 경도가 증가된다는 것을 알아내었다.

또한, 놀랍게도 3M 등급의 강철이 통상적인 1 C, 1.5 Cr 등급의 볼 베어링강보다 상당히 더 양호하게 소성변형될 수 있다는 것을 알아내었다. 지금까지는 3M 강철의 변형성을 결정하려고 한 적이 없었지만, 30 내지 70 %의 변형이 가능한 것을 알아내었다. 이 백분율은 본 발명에 따른 강철로 제조된 물품의 표면적의 감소로서 나타내어진 것이다. 바람직하게는 50 내지 60 %의 변형이 채용된다.

이러한 변형은 통상적인 등급의 볼 베어링강에서는 달성될 수 없다. 이러한 등급의 강철에서는 변형 중에 회복이 불가능한 균열이 발생하며, 그 결과 최종 제품의 강도가 감소하기만 한다. 상당한 소성 변형을 가하면 기계적 특성이 개선되고, 그 결과 소성 변형을 받지 않은 3M 강철로 제조된 제품에 비해 수명이 상당히 연장되는 것을 알아내었다.

전술한 소성 변형은 높은 온도에서 또는 실내 온도에서 실시될 수 있다. 이러한 변형을 높은 온도에서 실시하는 경우, 반드시 Ac₁온도를 초과하지 않아야 한다. 본원에 기술된 3M 강철은, 이후에 탄소 첨가가 실시되는 등급의 강철과는 대조적으로 소위 완전경화 강철이다.

전술한 바와 같이, 본원에 제안된 방법으로 구름 베어링용 링을 제조할 수 있다. 비교적 작은 링으로부터 시작하고, 이 링은 압연에 의해 희망하는 최종 크기가 될 수 있다. 이러한 압연 처리는 소성 변형을 구성한다.

특히, 본 발명은 내연 기관용 교류 발전기의 베어링용으로 채용될 수 있다.이 베어링은 진동과 높은 응력을 받는다. 베어링에 관한 한, 상기 발전기는 적어도 내연 기관의 다른 부품의 수명만큼의 수명을 갖도록 수명이 연장될 수 있다는 것을 알아내었다.

본 발명에 따른 강철은 조밀한 구조를 가지며, 즉 비교적 작은 세멘타이트와 비교적 다량의 M₂₃C₆이 나타나는 조밀한 페라이트로 이루어진다는 것을 알아내었다.

본 발명은 도면에 매우 도식적으로 도시된 실시예를 참조로 하여 이하에 보다 상세히 설명될 것이다.

도 1은 구름 베어링용 링의 제조를 매우 도식적으로 보여준다. 이 링은 도면 부호 1로 나타낸다. 이 링은 다음을 함유하는 소정 등급의 강철로 제조된다.

0.90 ~ 1.00 C;

0.15 이하의 Si;

0.25 ~ 0.45 Mn;

0.015 이하의 P;

0.010 이하의 S;

1.30 ~ 1.50 Cr;

0.15 이하의 Ni;

0.20 ~ 0.23 Mo;

0.20 이하의 Cu[이상 단위는 %(m/m)];

20 이하의 Ti(ppm);

8 이하의 O(ppm).

비교적 치수가 작은 이 링은 롤러(2)와 롤러(3) 사이에 배치되고, 높은 온도에서 페라이트 매트릭스로부터 시작하여(선택적으로 구상화 이전에 어닐링됨) 링은 상당한 소성 변형을 받는다. 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 링(1)의 단면의 표면적의 감소로서 측정된 바로는, 약 55 %의 변형이 발생하였다.

실질적으로 링(1)은 이러한 소성 변형에 의해 그 최종 크기로 처리된다. 최근의 기술 동향과는 달리, 기계 가공 처리는 실시되지 않는다. 그 후, 약 860 ℃에서 담금질하고 약 160 ℃에서 1.5 시간 동안 뜨임을 실시한다. 이렇게 해서 얻어지는 링의 경도는 약 825 HV이었고, 입자의 크기는 평균 6 ㎛이었다. 매트릭스는 M₂₃C₆카바이드가 그 안에 존재하는 세멘타이트와 페라이트로 이루어진다.

이러한 방식으로 제조된 링은 결합되어 구름 베어링을 형성하고, 더 구체적으로는 깊은 홈 볼 베어링을 형성한다. 그 후, 소성 변형을 받지 않은 3M 강철로 만들어진 구성 요소로 형성된 구름 베어링과, 본 발명에 따른 3M 강철로 만들어진 구성요소로 형성된 구름 베어링 사이에 비교 시험을 실시하였다. 이 시험의 결과가 도 2에 도시되어 있다.

이 도면으로부터 본 발명에 따른 3M 강철의 경우 링 내부의 접촉 응력이 상당히 낮아진 것을 알 수 있다.

전술한 강철의 조성이 중요한 것을 알아내었다. 이 조성을 변경하면 소성 변형성이 줄어들고, 그에 따라 해당 구성 요소의 개선되는 최종 기계적 특성도 줄어든다. 예를 들어, 소성 변형 중에 거친 카바이드가 더 형성되거나 공동이 더 형성되어, 최종 기계적 특성에 악영향을 미칠 수 있다.

또한, 상기 조성이 변경된다면, 변형에 필요한 에너지가 상당히 증가할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조로 기술되었지만, 첨부된 청구범위의 범위를 벗어나지 않는 다양한 변형예가 만들어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims

구름 베어링의 부품의 제조 방법으로서,

0.90 ~ 1.00 C;

0.15 이하의 Si;

0.25 ~ 0.45 Mn;

0.015 이하의 P;

0.010 이하의 S;

1.30 ~ 1.50 Cr;

0.15 이하의 Ni;

0.20 ~ 0.23 Mo;

0.20 이하의 Cu(이상 단위는 중량%);

20 이하의 Ti(ppm);

8 이하의 O(ppm)을 함유하는 소정 등급의 강철을 제공하는 것을 포함하며, 소정 형상의 아이템이 페라이트 구조의 상기 강철로 제조되어, 이 아이템 표면의 경도를 증가시키도록 열처리되며, 적합하다면 열처리에 후속하여 기계 가공이 행해지고, 상기 소정 형상의 아이템은 열처리 이전에 소성 변형되는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 부품의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 소성 변형은 상기 소정 형상의 아이템의 단면의 본래표면적을 30 ~ 70 % 감소시키는 것을 포함하는 것인 구름 베어링의 부품의 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 소성 변형은 단면을 50 ~ 60 % 감소시키는 것을 포함하는 것인 구름 베어링의 부품의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소성 변형은 높은 온도에서 실시되는 것인 구름 베어링의 부품의 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 온도는 720 ℃ 이하인 것인 구름 베어링의 부품의 제조 방법.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소성 변형은 실내 온도에서 실시되는 것인 구름 베어링의 부품의 제조 방법.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부품은 보다 작은 링을 압연에 의해 필요한 직경이 되도록 하여 얻은 링인 것인 구름 베어링의 부품의 제조 방법.
제7항에 있어서, 상기 부품은 볼 베어링의 베어링 링인 것인 구름 베어링의 부품의 제조 방법.
0.90 ~ 1.00 C;

0.15 이하의 Si;

0.25 ~ 0.45 Mn;

0.015 이하의 P;

0.010 이하의 S;

1.30 ~ 1.50 Cr;

0.15 이하의 Ni;

0.20 ~ 0.23 Mo;

0.20 이하의 Cu[이상 단위는 %(m/m)];

20 이하의 Ti(ppm);

8 이하의 O(ppm)을 함유하는 소정 등급의 강철로 제조되고, 이 강철은 M₂₃C₆카바이드를 함유하며, 입자의 크기는 5 내지 8 ㎛인 것인 구름 베어링의 부품.
제9항에 있어서, 경도가 800 ~ 850 HV인 것인 구름 베어링의 부품.