WO2016208343A1 - 軸受部品の製造方法 - Google Patents

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heating
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敬史 結城
大木　力
美有 佐藤
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Ntn株式会社
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a bearing component, and more particularly to a method for manufacturing a bearing component including heat treatment.
  • Atmosphere furnace heat treatment is usually used for heat treatment in the manufacturing process of bearing parts. However, since it takes time to start up the heat treatment furnace and adjust the atmosphere, the heat treatment furnace cannot be easily stopped. In addition, since the atmosphere furnace heat treatment is premised on mass production, it is not suitable for small-lot production of bearing parts.
  • Induction heating is suitable for small-lot production because the heating time is short and the bearing parts are processed individually (single processing).
  • the induction heating apparatus can be started up and shut down instantaneously as compared with the heat treatment furnace described above, it is not necessary to always arrange personnel in order to keep the heat treatment furnace always operated like the heat treatment furnace. . Because of these advantages, induction heating is widely used for heat treatment of mechanical parts made of steel having a carbon concentration of about 0.5%.
  • JIS standard SUJ2 high carbon chromium bearing steel
  • JIS standard SUJ2 high carbon chromium bearing steel
  • JIS standard SUJ2 high carbon chromium bearing steel
  • JP-A-2006-083412 does not disclose a specific range of heating temperature or heating time and the reason for determination.
  • the carbon concentration of JIS standard SUJ2 which is often used as a material for bearing parts, is about 1.0%.
  • the carbon concentration of JIS standard SUJ2 which is often used as a material for bearing parts, is about 1.0%.
  • the bearing part made of SUJ2 before the heat treatment all the carbon exists as a carbide.
  • the conventional atmosphere furnace heat treatment conditions are used such that about 60% of the carbon in the bearing parts dissolves into the base metal. It is said that by performing the heat treatment under such conditions, the performance as a bearing becomes the highest.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to use atmosphere furnace heat treatment when a heat treatment method that performs local heating such as induction heating is used.
  • the object is to provide a method for manufacturing a bearing component capable of realizing characteristics equivalent to or better than the case.
  • the method of manufacturing a bearing component according to the present disclosure includes a step of preparing a steel workpiece to be a bearing component, and heating to a heat treatment temperature of 900 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower by locally heating the workpiece. And then a heat treatment for cooling.
  • the carbide area ratio in the workpiece to be processed after the step of performing the heat treatment is Y (unit:%) and the heat treatment temperature is X (unit: ° C.), 6.600 ⁇ 10 ⁇ 4 X 2 ⁇ 1.205X + 5.539 ⁇ 10 2 ⁇ Y 1.160 ⁇ 10 ⁇ 3 X 2 ⁇ 2.094X + 9.472 ⁇ 10 2 ⁇ Y
  • the conditions for the heat treatment are determined so as to satisfy the relationship.
  • the quality of the object to be processed after the heat treatment is applied to the atmosphere furnace heat treatment by satisfying the above-described conditions. It can be equal to or better than if it were.
  • FIG. 1 is a flowchart for explaining a bearing manufacturing method using the bearing component manufacturing method according to the present embodiment. With reference to FIG. 1, the manufacturing method of the bearing which concerns on this embodiment is demonstrated.
  • a material preparation step (S10) is performed. Specifically, a steel workpiece to be a bearing part is prepared. As a workpiece, for example, a steel member to be a bearing part such as an outer ring, an inner ring, and a rolling element of a bearing is prepared. Moreover, the steel which comprises a process target object is high carbon chromium bearing steel, for example.
  • a heat treatment step (S20) is performed. Specifically, the workpiece is locally heated and then cooled.
  • the heating temperature (heat treatment temperature) of the heating region in the object to be processed can be, for example, 900 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
  • FIG. 2 shows the relationship between the above-described carbide area ratio and the heat treatment temperature.
  • the horizontal axis in FIG. 2 indicates the heat treatment temperature (unit: ° C.), and the vertical axis indicates the carbide area ratio (unit:%).
  • the above relationship shows a region above the solid line showing Equation 1 and the dotted line showing Equation 2 in FIG.
  • the heat treatment temperature is 900 ° C. or more and 950 ° C. or less
  • the solid line graph in the region where the heat treatment temperature is 950 ° C. or more and 1000 ° C. or less, the dotted line graph (formula 2
  • the region above the graph is a region that satisfies the above relationship.
  • a relationship between the carbide area ratio and the heat treatment temperature of 900 ° C. ⁇ X ⁇ 950 ° C. and 8% ⁇ Y ⁇ 12% may be adopted. This relationship is shown as a shaded portion in FIG.
  • any method can be used as long as it is a means for locally heating the workpiece.
  • induction heating can be used.
  • the heat treatment temperature and the soaking time are determined so as to satisfy the above relationship.
  • the heat treatment temperature means the surface temperature of the heated part of the workpiece.
  • the heat treatment temperature is maintained within the certain temperature range.
  • the average value of the surface temperature of the object to be processed in a period (for example, a period from 60 seconds before the start of cooling to the start of cooling, or a period from 30 seconds before the start of cooling to the start of cooling) may be used.
  • the heat treatment temperature is a certain value before the start of cooling.
  • the heat treatment temperature can be measured using, for example, a radiation thermometer.
  • the soaking time is, for example, a predetermined temperature range including the heat treatment temperature after the surface temperature of the part heated in the workpiece is equal to or higher than the heat treatment temperature (for example, a heat treatment temperature range of ⁇ 30 ° C.). Is maintained (more preferably, the time is maintained in a predetermined temperature range equal to or higher than the heat treatment temperature). Practically, the time from when the surface temperature of the heated part of the workpiece is equal to or higher than the heat treatment temperature until the cooling of the workpiece is started can be used as the soaking time.
  • FIGS. 3 and 4 a heat pattern as shown in FIGS. 3 and 4 can be used.
  • the horizontal axis represents time (unit: second), and the vertical axis represents heat treatment temperature (unit: ° C.).
  • FIG. 3 shows a case where the heat treatment temperature is 900 ° C. and the soaking time is about 60 seconds.
  • FIG. 3 shows a case where the heat treatment temperature during the soaking time is almost as set.
  • FIG. 4 shows a case where the soaking time is about 30 seconds and the heat treatment temperature during the soaking time varies to some extent.
  • the workpiece (for example, a heated region) is cooled to a temperature below the Ms point.
  • the workpiece may be cooled from the heat treatment temperature described above to a temperature of 500 ° C. or lower.
  • the Ms point means a point corresponding to a temperature at which martensite formation starts when the austenitized steel is cooled. If it does in this way, a hardening hardening layer can be formed in the field where the above-mentioned object was heated.
  • any conventionally known cooling medium can be used.
  • a liquid such as oil or water may be used as the cooling medium.
  • a post-processing step (S30) is performed. Specifically, a machining process such as a cleaning process, a grinding process, and a polishing process of a workpiece may be performed.
  • a machining process such as a cleaning process, a grinding process, and a polishing process of a workpiece may be performed.
  • bearing parts such as an inner ring, an outer ring, and a rolling element are manufactured from the workpiece.
  • the above steps (S10) to (S30) correspond to the bearing component manufacturing method of the present embodiment.
  • an assembly process (S40) is performed.
  • the bearing is manufactured by assembling the bearing component obtained by the above-described method for manufacturing a bearing component. In this manner, the bearing manufacturing method according to the present embodiment is performed.
  • the component to be processed in the step of performing heat treatment (heat treatment step (S20)), the component to be processed may be heated by induction heating as described above.
  • induction heating makes it easy to start up and shut down the heating device, and is suitable for the manufacture of bearing parts in small lots. Parts can be easily manufactured in small lots.
  • the steel constituting the part to be processed may be a high carbon chromium bearing steel.
  • the quality after the heat treatment equivalent to or higher than that in the case of using the atmospheric furnace heat treatment can be ensured for the bearing component made of the high carbon chromium bearing steel.
  • the heat treatment step (S20) in the heat treatment step (S20), 900 °C ⁇ X ⁇ 950 °C 8% ⁇ Y ⁇ 12%
  • the conditions for the heat treatment may be determined so as to satisfy the relationship. In this case, the quality of the workpiece after the heat treatment can be reliably made equal to or higher than that when the atmosphere furnace heat treatment is used.
  • the allowable carbon solid solution concentration range inside the bearing part is determined by investigating the heat treatment temperature range in which the values of these characteristics are equal to or higher than those in the atmosphere furnace heat treatment product. Then, by using the above-described range of the carbon solid solution amount and the range of the heating temperature, when the entire bearing component is included in the range, it can be determined that the quality is equal to or higher than that of the atmosphere furnace heat treatment product. .
  • the carbide area ratio in the workpiece (bearing part) after heat treatment was used as an alternative index. It is possible to calculate an approximate amount of carbon solid solution from the carbide area ratio.
  • Samples used to derive heat treatment conditions (1) Sample The chemical composition of the sample material used in the test is shown in the table.
  • the carbide area ratio before the heat treatment is calculated from the above-described carbon concentration to be 15.1%.
  • Table 2 shows the heat treatment time (unit: seconds) required to obtain a predetermined carbide area ratio when each heating temperature is adopted. For example, Table 2 shows that when the heating temperature is 900 ° C., a heat treatment time of 316 seconds is required to make the carbide area ratio 4%.
  • a steel ring made of JIS standard SUJ2 having an outer diameter of 60.3 mm, an inner diameter of 53.7 mm, and a width in the axial direction of 15.3 mm as a sample is induction-heated with a single turn coil.
  • the output of the power source (for supplying power to the coil) connected to the coil is controlled by feeding back the measured temperature of the ring surface (the surface of the portion that is induction-heated by the coil), and the ring surface Is raised to a predetermined temperature (specifically, 900 ° C., 950 ° C. or 1000 ° C.).
  • a predetermined temperature specifically, 900 ° C., 950 ° C. or 1000 ° C.
  • the power supplied to the coil is controlled so that the ring is held at the predetermined temperature for a specific time (heat treatment time) (soaked). Thereafter, the ring is cooled.
  • the ring was cooled by immersing the ring in oil at a temperature of 70 ° C. (quenching treatment).
  • the heat pattern for such heat treatment for example, the heat pattern shown in FIG. 3 can be adopted.
  • the ring was tempered.
  • the tempering conditions were standard conditions of tempering temperature 180 ° C. and holding time 2 hours.
  • the dimensional change rate is defined as (D 1 -D 0 absolute value) / D 0 when the outer diameter of the sample before the treatment is D0 and the outer diameter of the sample after the treatment is D1. Is done.
  • the measurement position of the outer diameter of the sample was the same before and after holding at high temperature.
  • the measurement of the outer diameter was evaluated in two directions intersecting 90 ° when viewed from the center of the ring-shaped sample.
  • n 3 for each level.
  • a dimensional change rate of less than 70 ⁇ 10 ⁇ 5 is considered to be equal to or higher than that of the atmosphere furnace heat treatment product, and is accepted (OK determination), and a dimensional change rate of 70 ⁇ 10 ⁇ 5 or higher is rejected. (NG judgment).
  • the samples capable of securing aged dimensional stability equal to or higher than that of the atmospheric furnace heat treatment products have a carbide area ratio of 8% and 12% when the heat treatment temperatures are 900 ° C. and 950 ° C. This is a sample whose carbide area ratio is 12% when the heat treatment temperature is 1000 ° C.
  • the carbide area ratio is 4.0% or more and the heat treatment temperature is When the temperature is 950 ° C., the carbide area ratio is 4.8% or more, and when the heat treatment temperature is 1000 ° C., the carbide area ratio is 8.9% or more.
  • a sample (comparative example sample) having the same size was prepared by performing an atmosphere furnace heat treatment as a heat treatment on a sample having the same composition and then performing machining.
  • the indentation depth column shows the average value of the indentation depths measured for each sample
  • the standard deviation column shows the standard deviation of the indentation depth data.
  • the samples in which the judgment column display is OK and “ ⁇ ” show a static load capacity equal to or higher than that of the atmospheric furnace heat treatment product.
  • the samples having a carbide area ratio of 8% and 12% exhibit a static load capacity equal to or higher than that of the atmosphere furnace heat treatment product.
  • the crushing strength may be required for the bearing, and the following tests were conducted.
  • a sample (comparative example sample) having the same size was prepared by performing an atmosphere furnace heat treatment as a heat treatment on a sample having the same composition and then performing machining.
  • the sample in which the display in the judgment column is “ ⁇ ” can show a crushing strength equal to or higher than that of the atmosphere furnace heat treatment product.
  • the heat treatment temperatures are 900 ° C. and 950 ° C.
  • a sample having a carbide area ratio of 8% or 12% can exhibit a crushing strength equal to or higher than that of the atmosphere furnace heat treatment product.
  • the carbide area ratio is 4 when the heat treatment temperature is 900 ° C.
  • the carbide area ratio is 5.4% or more
  • the carbide area ratio is 9.3% or more.
  • the heat treatment temperature is 900 ° C. or more and 950 ° C. or less and the carbide area ratio is 8% or more and 12% or less that can ensure the same or better quality as the atmosphere furnace heat treatment product.
  • Table 6 shows the range of the carbide area ratio obtained from the approximate function of each test result and having a quality equivalent to or better than that of the atmosphere furnace heat-treated product.
  • conditional expression 3 need not be considered. For this reason, the range in which the quality equivalent to or better than that in the atmosphere furnace heat treated product can be secured when the carbide area ratio Y satisfies the conditional expression 1 and the conditional expression 2 in the heat treatment temperature range of 900 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
  • This embodiment is particularly advantageously applied to a method for manufacturing a bearing component using induction heating.

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Abstract

雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上の特性を実現できる軸受部品の製造方法を提供する。軸受部品となるべき鋼製の加工対象部品を準備する工程と、加工対象部品を局所的に加熱することで９００℃以上１０００℃以下の熱処理温度に加熱し、その後冷却する熱処理を行う工程とを備える。熱処理を行う工程では、熱処理を行う工程後の加工対象部品における炭化物面積率をＹ（単位：％）とし、熱処理温度をＸ（単位：℃）としたときに、　６．６００×１０-4Ｘ2－１．２０５Ｘ＋５．５３９×１０2＜Ｙ　１．１６０×１０-3Ｘ2－２．０９４Ｘ＋９．４７２×１０2＜Ｙ　という関係を満足するように、熱処理の条件が決定されている。

Description

軸受部品の製造方法
　この発明は、軸受部品の製造方法に関し、より特定的には熱処理を含む軸受部品の製造方法に関する。
　軸受部品の製造工程における熱処理には通常雰囲気炉熱処理が用いられる。しかし、熱処理炉の立ち上げや雰囲気調整に時間を要するため、熱処理炉を容易に停止できないという欠点がある。また、雰囲気炉熱処理は大量生産を前提としているため、軸受部品の小ロット生産には適さない。
　このような欠点を解決できる熱処理方法の１つとして誘導加熱を用いた熱処理が挙げられる。誘導加熱は加熱時間が短時間であり、また軸受部品を個別に処理する（一個処理）ことを基本とするため、小ロット生産に適している。また、上述した熱処理炉に比べれば、誘導加熱装置の立ち上げ、立ち下げは瞬時にできるため、上記熱処理炉のように当該熱処理炉を常時稼働させておくために常に人員を配置する必要がない。これらの利点から、炭素濃度が０．５％程度の鋼材からなる機械部品の熱処理に対して、誘導加熱は広く用いられている。
　また、軸受部品の材料の一例である高炭素クロム軸受鋼（たとえばＪＩＳ規格ＳＵＪ２）からなる部品の全体焼入に誘導加熱を適用する技術としては、たとえば特開２００６－０８３４１２号公報に開示されたものがある。上記特開２００６－０８３４１２号公報では、加熱温度と加熱時間をあらかじめ決められた範囲内に収めるように制御する技術が開示されている。しかし、上記特開２００６－０８３４１２号公報では、加熱温度や加熱時間の具体的な範囲およびその決定理由は開示されていない。
特開２００６－０８３４１２号公報
　ところで、軸受部品の材料としてよく用いられるＪＩＳ規格ＳＵＪ２の炭素濃度は約１．０％である。熱処理前のＳＵＪ２からなる軸受部品では、炭素がすべて炭化物として存在している。従来の雰囲気炉熱処理では、軸受部品中の炭素の６割程度が母地に溶け込むような条件を用いている。このような条件の熱処理を行うことにより、最も軸受としての性能が高くなると言われている。
　ＪＩＳ規格ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼からなる軸受部品を誘導加熱によって熱処理する場合においても、上記のような条件で熱処理することが望ましいが、誘導加熱のような高温短時間加熱を局所的に行う熱処理方法によって上述した雰囲気炉熱処理を完全に模倣することは極めて困難である。しかし、軸受部品について小ロット生産の要請は近年高まっており、このような小ロット生産においても従来の雰囲気炉熱処理と同等の品質を保証できるプロセスの開発が望まれている。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、誘導加熱などの局所的な加熱を行う熱処理方法を用いた場合に、雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上の特性を実現できる軸受部品の製造方法を提供することである。
　本開示に係る軸受部品の製造方法は、軸受部品となるべき鋼製の加工対象部品を準備する工程と、加工対象部品を局所的に加熱することで９００℃以上１０００℃以下の熱処理温度に加熱し、その後冷却する熱処理を行う工程とを備える。熱処理を行う工程では、熱処理を行う工程後の加工対象部品における炭化物面積率をＹ（単位：％）とし、熱処理温度をＸ（単位：℃）としたときに、
　６．６００×１０-4Ｘ2－１．２０５Ｘ＋５．５３９×１０2＜Ｙ
　１．１６０×１０-3Ｘ2－２．０９４Ｘ＋９．４７２×１０2＜Ｙ
　という関係を満足するように、熱処理の条件が決定されている。
　このようにすれば、誘導加熱などを用いて加工対象物を局所的に加熱して熱処理を行うときに、上述した条件を満たすことによって、熱処理後の加工対象物の品質を雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上にすることができる。
　上記によれば、局所的な加熱を行う熱処理方法を用いて、雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上の特性を有する軸受部品を得ることができる。
本実施形態に係る軸受部品の製造方法を説明するためのフローチャートである。 本実施形態に係る軸受部品の製造方法における熱処理条件を説明するためのグラフである。 本実施形態に係る軸受部品の製造方法における熱処理のヒートパターンの一例を示すグラフである。 本実施形態に係る軸受部品の製造方法における熱処理のヒートパターンの他の例を示すグラフである。
　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
　＜軸受部品の製造方法＞
　図１は、本実施形態に係る軸受部品の製造方法を用いた軸受の製造方法を説明するためのフローチャートである。図１を参照して、本実施形態に係る軸受の製造方法を説明する。
　図１に示すように、まず材料準備工程（Ｓ１０）を実施する。具体的には、軸受部品となるべき鋼製の加工対象物を準備する。加工対象物としては、たとえば軸受の外輪、内輪、転動体などの軸受部品となるべき鋼製部材を準備する。また、加工対象物を構成する鋼は、たとえば高炭素クロム軸受鋼である。
　次に、熱処理工程（Ｓ２０）を実施する。具体的には、局所的に加工対象物を加熱した後冷却する。加工対象物における加熱領域の加熱温度（熱処理温度）はたとえば９００℃以上１０００℃以下とすることができる。
　熱処理工程（Ｓ２０）では、熱処理工程後の加工対象部品における炭化物面積率をＹ（単位：％）とし、熱処理温度をＸ（単位：℃）としたときに、
　６．６００×１０-4Ｘ2－１．２０５Ｘ＋５．５３９×１０2＜Ｙ　
　１．１６０×１０-3Ｘ2－２．０９４Ｘ＋９．４７２×１０2＜Ｙ　
　という関係を満足するように、熱処理の条件が決定されている。上述した炭化物面積率と熱処理温度との関係を、図２に示す。図２における横軸は熱処理温度（単位：℃）を示し、縦軸は炭化物面積率（単位：％）を示す。図２のグラフ中、実線のグラフが式１（６．６００×１０-4Ｘ2－１．２０５Ｘ＋５．５３９×１０2＝Ｙ）を示し、点線のグラフが式２（１．１６０×１０-3Ｘ2－２．０９４Ｘ＋９．４７２×１０2＝Ｙ）を示す。上記関係は、図２において式１を示す実線および式２を示す点線の上側の領域を示す。
　具体的には、熱処理温度が９００℃以上９５０℃以下の領域では、実線のグラフ（式１のグラフ）より上側、また熱処理温度が９５０℃以上１０００℃以下の領域では、点線のグラフ（式２のグラフ）より上側の領域が、上記関係を満たす領域である。また、上記関係として、９００℃≦Ｘ≦９５０℃　および８％≦Ｙ≦１２％　という炭化物面積率と熱処理温度との関係を採用してもよい。この関係は、図２において網掛け部分として示されている。
　熱処理工程（Ｓ２０）において、加工対象物を局所的に加熱する手段であれば任意の方法を用いることができるが、たとえば誘導加熱を用いることができる。また、熱処理工程（Ｓ２０）では、上記の関係を満足するように、熱処理温度、均熱時間（加工対象物の温度が熱処理温度を含む一定の温度範囲に維持される時間）を決定する。
　なお、ここで熱処理温度とは、加工対象物において加熱されている部分の表面温度を意味する。また、加工対象物を冷却する前に、上述のように加工対象物の温度を一定の温度範囲内に入るように維持する場合、上記熱処理温度とは当該一定の温度範囲内に入るように維持されている期間（たとえば冷却開始前６０秒から冷却開始までの期間、または冷却開始前３０秒から冷却開始までの期間）における加工対象物の上記表面温度の平均値としてもよい。あるいは、加工対象物を冷却する前において、加工対象物の表面温度がある程度変化している（たとえば徐々に当該表面温度が上昇している）場合、上記熱処理温度とは、冷却開始前の一定の期間（たとえば冷却開始前６０秒から冷却開始までの期間、または冷却開始前３０秒から冷却開始までの期間）において変化している表面温度のうち最も高くなった温度（最高加熱温度）としてもよい。当該熱処理温度は、たとえば放射温度計などを用いて測定することができる。また、均熱時間は、たとえば加工対象物において加熱されている部分の表面温度が上記熱処理温度以上になった後、当該熱処理温度を含む所定の温度範囲（たとえば熱処理温度±３０℃の温度範囲）に維持されている時間（より好ましくは熱処理温度以上の所定の温度範囲に維持されている時間）を意味する。実用的には、均熱時間として加工対象物の加熱されている部分の表面温度が上記熱処理温度以上になってから加工対象物の冷却が開始されるまでの時間を用いることができる。
　上述した熱処理におけるヒートパターンは、たとえば図３および図４に示すようなヒートパターンを用いることができる。図３および図４は、横軸が時間（単位：秒）であり、縦軸が熱処理温度（単位：℃）である。図３では、熱処理温度を９００℃として、均熱時間を約６０秒とした場合を示している。図３では均熱時間中の熱処理温度がほぼ設定値通りになっている場合を示している。図４では、均熱時間を約３０秒とし、均熱時間中の熱処理温度がある程度変動した場合を示している。
　上記熱処理工程（Ｓ２０）において加工対象物を冷却する場合、加工対象物（たとえば加熱されていた領域）を、Ｍｓ点以下の温度に冷却する。たとえば加工対象物を上述した熱処理温度から５００℃以下の温度にまで冷却してもよい。なお、ここでＭｓ点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。このようにすれば、加工対象物において上記加熱されていた領域に焼入硬化層を形成することができる。
　加工対象物の冷却工程では、従来周知の任意の冷却媒体を用いることができる。たとえば、冷却媒体として油や水などの液体を用いてもよい。
　次に、後処理工程（Ｓ３０）を実施する。具体的には、加工対象物の洗浄工程、研削工程や研磨工程などの機械加工工程などを実施してもよい。この後処理工程（Ｓ３０）により、加工対象物から内輪、外輪、転動体などの軸受部品を製造する。上記工程（Ｓ１０）～工程（Ｓ３０）は、本実施形態の軸受部品の製造方法に相当する。
　次に、組立工程（Ｓ４０）を実施する。この工程（Ｓ４０）では、上述した軸受部品の製造方法により得られた軸受部品を組立てることにより、軸受を製造する。このようにして、本実施形態による軸受の製造方法が実施される。
　このようにすれば、熱処理後の加工対象物の品質を雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上にすることができるため、雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上の特性の軸受部品および軸受を製造できる。
　上述した軸受部品の製造方法（工程（Ｓ１０）～（Ｓ３０））において、熱処理を行う工程（熱処理工程（Ｓ２０））では、上述のように加工対象部品を誘導加熱により加熱してもよい。この場合、誘導加熱は加熱装置の立ち上げ、立ち下げを容易に行うことができ、小ロットでの軸受部品の製造に適しているため、雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上の品質の軸受部品を小ロットで容易に製造することができる。
　また、上記軸受部品の製造方法において、加工対象部品を構成する鋼は高炭素クロム軸受鋼であってもよい。この場合、高炭素クロム軸受鋼からなる軸受部品について、雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上の熱処理後の品質を確保することができる。
　上記軸受部品の製造方法において、熱処理を行う工程（Ｓ２０）では、
　９００℃≦Ｘ≦９５０℃
　８％≦Ｙ≦１２％
　という関係を満足するように、熱処理の条件が決定されていてもよい。この場合、熱処理後の加工対象物の品質を、確実に雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上にすることができる。
　＜熱処理条件の導出の基本的な考え方＞
　本発明者の検討によれば、雰囲気炉熱処理に対する誘導加熱などの局所的な加熱を行う熱処理方法の相違点のうち、軸受特性に影響を及ぼすと考えられる相違点が２点存在する。１つ目の相違点は、誘導加熱が高温短時間加熱であるという点である。また、２つ目の相違点は、誘導加熱では炭素の溶け込み量を部品内で一定にすることが原理的に難しく、炭素の溶け込み量（炭素固溶量）が部品内でばらつきをもつ点である。
　このような軸受部品中の炭素固溶量のばらつきは、軸受部品の経年寸法安定性、静的負荷容量、圧壊値に影響を及ぼすと予想される。そこで、これらの特性の値が雰囲気炉熱処理品と同等以上となる炭素固溶量の上下限を調査すれば、軸受部品内部での許容炭素固溶濃度範囲とみなすことができる。また、熱処理温度も上記特性に影響をおよぼすため、これらの特性の値が雰囲気炉熱処理品と同等以上となる熱処理温度の範囲を調査することで、熱処理温度の許容範囲を決定する。そして、上述した炭素固溶量の範囲と加熱温度の範囲を用いることで、その範囲に軸受部品全体が含まれている場合、雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質があると判断することができる。
　そこで、炭素固溶量と熱処理温度の軸受特性に与える影響を調査し、雰囲気炉熱処理品と同等の品質を得られる条件を以下のような試験により求めた。
　なお、炭素固溶量を直接測定することは困難である。そのため、代替指標として熱処理後の加工対象物（軸受部品）における炭化物面積率を用いた。炭化物面積率からおおよその炭素固溶量を算出することが可能である。
　＜熱処理条件の導出に用いた試料について＞
　（１）　試料
　試験に用いた試料の材料の化学成分を表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上述した化学成分の材料において、炭化物がすべてＦｅ３Ｃからなると仮定して、上記の炭素濃度から熱処理前の炭化物面積率を計算すると、１５．１％となる。
　（２）　熱処理方法
　以下の試験に用いる試料において、炭化物面積率の試験水準を４％、８％、１２％とし、加熱温度の試験水準を９００℃、９５０℃、１０００℃とした。なお、上記材料において炭化物面積率を４％、８％、１２％にするための各加熱温度における熱処理時間（均熱時間）は、以下の表２に示す通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２において、各加熱温度を採用した場合の、所定の炭化物面積率を得るために必要な熱処理時間（単位：秒）が示されている。たとえば、表２において加熱温度が９００℃の場合に、炭化物面積率を４％とするためには熱処理時間が３１６秒必要であることが示されている。
　試験に用いる試料において、上述した炭化物面積率を実現するため、以下のような熱処理を行った。具体的には、試料としてサイズが外径６０．３ｍｍ、内径５３．７ｍｍ、軸方向での幅１５．３ｍｍであるＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなる鋼リングをシングルターンコイルで誘導加熱する。そして、当該コイルに接続された（コイルへ電力を供給するための）電源の出力は、リング表面（コイルにより誘導加熱されている部分の表面）の実測温度をフィードバックして制御され、当該リング表面の温度が所定の温度（具体的には９００℃、９５０℃または１０００℃）まで昇温される。なお、熱処理開始時点からリング表面の温度が上述した所定の温度まで上昇するまでの時間はたとえば約５秒である。
　所定の温度までリング表面が昇温された後、当該所定の温度でリングを特定時間（熱処理時間）保持する（均熱処理する）ように、コイルへの供給電力を制御する。その後、リングを冷却する。冷却方法としては、温度７０℃の油中にリングを浸漬することで当該リングを冷却した（焼入れ処理）。このような熱処理のヒートパターンは、たとえば図３に示したヒートパターンを採用することができる。
　また、上述した熱処理の後、リングに対して焼戻を行った。焼戻の条件は、標準的な条件である焼戻温度１８０℃、保持時間２時間、とした。
　＜経年寸法安定性試験＞
　軸受は使用中に残留オーステナイトの分解にともない寸法が変化する。寸法変化は軸受の精度を低下させるため、一定基準以下であることが求められる。
　（１）　試料
　上述した熱処理後、試料を研磨することによりサイズが外径６０ｍｍ、内径５４ｍｍ、軸方向の幅１５ｍｍであるリング状の試料を準備した。試料としては、表２に示したように上述した熱処理における加熱温度（９００℃、９５０℃、１０００℃）と炭化物面積率との組合せにより、９種類準備した。
　（２）　試験および結果
　上述した９種類の試料について、加熱温度２３０℃、保持時間２時間という条件での処理の前後での外形寸法の変化を測定した。その結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　なお、ここで寸法変化率とは、上記処理前の試料の外径をＤ０、処理後の試料の外径をＤ１とした場合に、（Ｄ１－Ｄ０の絶対値）／Ｄ０と定義される。試料での外径の測定位置は高温保持前後で同一箇所とした。外径の測定は、リング状の試料の中心から見て９０°交差する２方向において評価した。また、各水準についてｎ＝３とした。
　表３では、寸法変化率が７０×１０-5未満を雰囲気炉熱処理品と同等以上であると見做して合格（ＯＫの判定）とし、寸法変化率が７０×１０-5以上を不合格（ＮＧの判定）とした。表３からわかるように、本結果より雰囲気炉熱処理品と同等以上の経年寸法安定性を確保可能な試料は、熱処理温度が９００℃および９５０℃の場合に炭化物面積率が８％、１２％となる試料であり、熱処理温度が１０００℃の場合に炭化物面積率が１２％となる試料である。
　また、上述した試験データより近似関数を求め、寸法変化率が７０×１０-5未満となる条件を求めると、熱処理温度が９００℃の場合、炭化物面積率は４．０％以上、熱処理温度が９５０℃の場合、炭化物面積率は４．８％以上、熱処理温度が１０００℃の場合、炭化物面積率は８．９％以上、となる。
　＜静的負荷容量試験＞
　軸受に大荷重が作用すると塑性変形が生じるが、軸受の転動体がスムーズに転がるためには当該転動体の塑性変形量が転動体直径の１／１００００以下であることが求められる。
　（１）　試料
　上述した熱処理後のリングに対して研磨およびワイヤーカットを行って、サイズが縦６ｍｍ×横１５ｍｍ×厚み３ｍｍの試料とした。試料における６ｍｍ×１５ｍｍの面を鏡面研磨した。上述した経年寸法安定性試験と同様に、加熱温度と炭化物面積率との組合せにより試料を９種類準備した。
　また、比較のため、同じ組成の試料に対して熱処理として雰囲気炉熱処理を行った後、機械加工を行って同様のサイズとした試料（比較例の試料）も準備した。
　（２）　試験および結果
　試料において上述した鏡面研磨した表面に、３／８インチのセラミックス製ボールを一定の試験荷重で押し付けた。そして、当該表面において塑性変形により生じた圧痕の深さを評価した。試験荷重はヘルツ接触のＰmax　４ＧＰａに相当する４７１Ｎとした。また
、各水準についてｎ＝３とした。その結果を表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４においては、圧痕深さの欄に、各試料について複数測定した圧痕深さの平均値を示し、標準偏差の欄に当該圧痕深さのデータの標準偏差を示している。そして、判定の欄では、有意水準９５％で雰囲気炉熱処理の試料より圧痕がつきにくいものを合格（ＯＫ）と表示し、圧痕がつきやすいものを不合格（ＮＧ）と表示した。また、上記基準に当てはまらないものについては判定の欄に”－”と表示した。
　この結果より、判定の欄の表示がＯＫおよび”－”となっている試料が、雰囲気炉熱処理品と同等以上の静的負荷容量を示すことがわかる。なお、具体的には熱処理温度が９００℃および９５０℃の場合に炭化物面積率が８％、１２％となる試料が、雰囲気炉熱処理品と同等以上の静的負荷容量を示している。
　また、上述した試験データから近似関数を求め、標準偏差を０．０１５μｍとした場合に雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質を確保できる範囲を計算すると、熱処理温度が９００℃の場合、炭化物面積率は２．２％以上、熱処理温度が９５０℃の場合、炭化物面積率は４．８％以上、熱処理温度が１０００℃の場合、炭化物面積率は１３．２％以上、となる。
　＜圧壊強度試験＞
　軸受に圧壊強さが求められる場合があり、以下のような試験を行った。
　（１）　試料
　上述した熱処理後、試料を研磨することによりサイズが外径６０ｍｍ、内径５４ｍｍ、軸方向の幅１５ｍｍであるリング状の試料を準備した。試料としては、表２に示したように上述した熱処理における加熱温度（９００℃、９５０℃、１０００℃）と炭化物面積率との組合せにより、９種類準備した。また、各水準についてｎ＝３とした。
　また、比較のため、同じ組成の試料に対して熱処理として雰囲気炉熱処理を行った後、機械加工を行って同様のサイズとした試料（比較例の試料）も準備した。
　（２）　試験および結果
　各試料について、径方向から資料を挟んで一定速度で荷重を負荷し、圧壊に至る荷重を測定した。また、その荷重から破壊応力を計算した。その結果を表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表５の判定の欄には、標準偏差を考慮しても雰囲気炉熱処理品より圧壊強度が低いものを不合格(ＮＧ)と表示し、標準偏差を考慮すれば雰囲気炉熱処理品と同等以上の圧壊強度を確保可能なものについて”－”と表示した。
　この結果より、判定の欄の表示が”－”となっている試料が、雰囲気炉熱処理品と同等以上の圧壊強度を示し得ることがわかる。なお、具体的には熱処理温度が９００℃および９５０℃の場合に炭化物面積率が８％、１２％となる試料が、雰囲気炉熱処理品と同等以上の圧壊強度を示し得る。
　また、上述した試験データから近似関数を求め、標準偏差を１５０ＭＰａとした場合に雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質を確保できる範囲を計算すると、熱処理温度が９００℃の場合、炭化物面積率は４．０％以上、熱処理温度が９５０℃の場合、炭化物面積率は５．４％以上、熱処理温度が１０００℃の場合、炭化物面積率は９．３％以上、となる。
　＜熱処理条件の検討＞
　以上の結果より、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼の焼入に誘導加熱のような高温短時間加熱の手段を用いた場合、雰囲気炉熱処理品と同等以上の性能を確実に実現できるのは、熱処理温度が９００℃および９５０℃で炭化物面積率が８％、１２％の場合である。ここで、各データをみると、いずれの試験結果も熱処理温度、炭化物面積率に対して単調増加もしくは単調減少となっている。そのため、今回得られた４点に囲まれる領域（図２の斜線で示された領域）に対応する熱処理条件によっても雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質を実現できると考えれる。
　したがって、雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質を確実に確保できるのは、熱処理温度９００℃以上９５０℃以下、かつ炭化物面積率が８％以上１２％以下の間の領域である。
　また、各試験結果の近似関数から求めた、雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質となる炭化物面積率の範囲を表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表６に示した炭化物面積率の範囲と熱処理温度との関係について、近似関数を求めると、
　経年寸法　:
　６．６００×１０-4Ｘ2－１．２０５Ｘ＋５．５３９×１０2＜Ｙ　　　（条件式１）
　静的負荷容量　:
　１．１６０×１０-3Ｘ2－２．０９４Ｘ＋９．４７２×１０2＜Ｙ　　　（条件式２）
　圧壊試験　:
　５．０００×１０-4Ｘ2－８．９７０×１０-1Ｘ＋４．０６３×１０2＜Ｙ　　（条件式３）
　となる。なお、Ｙは炭化物面積率（％）であり、Ｘは熱処理温度(℃)である。
　そして、雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質が確保できる範囲は、熱処理温度Ｘが９００℃以上１０００℃以下の範囲において炭化物面積率Ｙが上記条件式１～３を満たす場合である。
　ここで、熱処理温度９００℃以上１０００℃以下の範囲では、条件式１を満たすＸは常に条件式３も満足する。したがって、条件式３は考慮しなくてもよい。このため、雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質が確保できる範囲は、熱処理温度９００℃以上１０００℃以下の範囲において、炭化物面積率Ｙが条件式１および条件式２を満たす場合である。
　以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
　本実施形態は、誘導加熱を用いた軸受部品の製造方法に特に有利に適用される。
　Ｓ１０　材料準備工程、Ｓ２０　熱処理工程、Ｓ３０　後処理工程、Ｓ４０　組立工程。

Claims (4)

  1. 　軸受部品となるべき鋼製の加工対象部品を準備する工程と、
    　前記加工対象部品を局所的に加熱することで９００℃以上１０００℃以下の熱処理温度に加熱し、その後冷却する熱処理を行う工程とを備え、
    　前記熱処理を行う工程では、前記熱処理を行う工程後の前記加工対象部品における炭化物面積率をＹ（単位：％）とし、前記熱処理温度をＸ（単位：℃）としたときに、
    　６．６００×１０-4Ｘ2－１．２０５Ｘ＋５．５３９×１０2＜Ｙ
    　１．１６０×１０-3Ｘ2－２．０９４Ｘ＋９．４７２×１０2＜Ｙ
    　という関係を満足するように、前記熱処理の条件が決定されている、軸受部品の製造方法。
  2. 　前記熱処理を行う工程では、前記加工対象部品を誘導加熱により加熱する、請求項１に記載の軸受部品の製造方法。
  3. 　前記加工対象部品を構成する鋼は高炭素クロム軸受鋼である、請求項１または２に記載の軸受部品の製造方法。
  4. 　前記熱処理を行う工程では、
    　９００℃≦Ｘ≦９５０℃
    　８％≦Ｙ≦１２％
    　という関係を満足するように、前記熱処理の条件が決定されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の軸受部品の製造方法。
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