JPH02125841A - 転がり軸受 - Google Patents
転がり軸受Info
- Publication number
- JPH02125841A JPH02125841A JP1157288A JP15728889A JPH02125841A JP H02125841 A JPH02125841 A JP H02125841A JP 1157288 A JP1157288 A JP 1157288A JP 15728889 A JP15728889 A JP 15728889A JP H02125841 A JPH02125841 A JP H02125841A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat treatment
- weight
- rolling
- bearing
- steel
- Prior art date
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- Granted
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- Rolling Contact Bearings (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
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。
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〕
本発明は、自動車、農業機械、建設機械及び鉄鋼機械等
に使用される転がり軸受に係り、特に、トランスミッシ
ョンやエンジン用として求められる長寿命な転がり軸受
に関する。
に使用される転がり軸受に係り、特に、トランスミッシ
ョンやエンジン用として求められる長寿命な転がり軸受
に関する。
従来から、例えば自動用に求められる高面圧の状態で使
用される転がり疲れ寿命(以下、寿命、とも鳳う)が長
い転がり軸受についでは、接触面圧に起因する内部せん
断応力分布に合わせて、硬さカーブを設定する必要から
、焼入性の良好な低炭素肌焼鋼5CR42011,SC
M420H,5AE8620H,5AE4320H等を
用い、これに浸炭熱処理又は浸炭窒化処理を施すごとに
より、内外輪及び転動体の表面部硬さがHRC58〜6
4であり、かつその芯部硬さがHRC30〜48になる
ようにして軸受全体の硬度を上げていた。
用される転がり疲れ寿命(以下、寿命、とも鳳う)が長
い転がり軸受についでは、接触面圧に起因する内部せん
断応力分布に合わせて、硬さカーブを設定する必要から
、焼入性の良好な低炭素肌焼鋼5CR42011,SC
M420H,5AE8620H,5AE4320H等を
用い、これに浸炭熱処理又は浸炭窒化処理を施すごとに
より、内外輪及び転動体の表面部硬さがHRC58〜6
4であり、かつその芯部硬さがHRC30〜48になる
ようにして軸受全体の硬度を上げていた。
また、米国特許第4191599号では、高炭素合金鋼
を浸炭雰囲気下で加熱処理し、表面のMS点を芯部より
低くして、焼入れにより熱応力型の変態をさせ、表面に
圧縮の残留応力を残した長寿命の転がり軸受が開示され
ている。
を浸炭雰囲気下で加熱処理し、表面のMS点を芯部より
低くして、焼入れにより熱応力型の変態をさせ、表面に
圧縮の残留応力を残した長寿命の転がり軸受が開示され
ている。
さらに、米国特許第4023988号では、C:0.6
−1.5重量%、Cr、 Mn、 Ni、 Cu、 M
oから選ばれる熱間成形型の低合金鋼を用い、炭化物を
微細化した長寿命の転がり軸受が開示されている。
−1.5重量%、Cr、 Mn、 Ni、 Cu、 M
oから選ばれる熱間成形型の低合金鋼を用い、炭化物を
微細化した長寿命の転がり軸受が開示されている。
しかしながら、上記従来の肌焼鋼5CR42011等に
おいて、浸炭硬化層を深くしようとすると、基地の炭素
量(ベースカーボン量)が低いために、浸炭処理を高温
かつ長時間行なわなければならず、これでは熱処理生産
性が低下する。一方、表面炭素濃度を高くすると、上記
肌焼鋼のCr含有量が高いために初析が生じやすく、転
がり疲れIf命が低下する。ソコテ、S A E 86
201−1及びS A E 4320 IIでは、Cr
含有量を減じて他の元素(Ni、 Mo)を添加して焼
入性を確保しているが、これでは材料コストが増加する
。また、この肌焼鋼の浸炭熱処理または浸炭窒化熱処理
時、時として、結晶粒が粗大となり、これが応力集中源
となるため、転がり疲れ寿命が低下する。
おいて、浸炭硬化層を深くしようとすると、基地の炭素
量(ベースカーボン量)が低いために、浸炭処理を高温
かつ長時間行なわなければならず、これでは熱処理生産
性が低下する。一方、表面炭素濃度を高くすると、上記
肌焼鋼のCr含有量が高いために初析が生じやすく、転
がり疲れIf命が低下する。ソコテ、S A E 86
201−1及びS A E 4320 IIでは、Cr
含有量を減じて他の元素(Ni、 Mo)を添加して焼
入性を確保しているが、これでは材料コストが増加する
。また、この肌焼鋼の浸炭熱処理または浸炭窒化熱処理
時、時として、結晶粒が粗大となり、これが応力集中源
となるため、転がり疲れ寿命が低下する。
一方、これ以外の従来例でも、高価なMo、Ni、Cr
等を含有しているために、長寿命な転がり軸受を得るに
は高コストとならざるを得なかった。そして、上記米国
特許第4023988号の従来例では、微細な炭化物を
形成するためには、例えば、spt+eroidzin
g anneal、rough forming、na
rdning austenitizingなどの複雑
な熱処理を必要とし、熱処理生産性の低下を避けること
ができなかった。
等を含有しているために、長寿命な転がり軸受を得るに
は高コストとならざるを得なかった。そして、上記米国
特許第4023988号の従来例では、微細な炭化物を
形成するためには、例えば、spt+eroidzin
g anneal、rough forming、na
rdning austenitizingなどの複雑
な熱処理を必要とし、熱処理生産性の低下を避けること
ができなかった。
米国特許第4191599号では高価な元素であるMo
、W、Crを比較的多く含有し、コスト高になると共に
、表面に残留の圧縮応力を付与する機構のみでは異物混
入潤滑下では長寿命とすることができなかった。
、W、Crを比較的多く含有し、コスト高になると共に
、表面に残留の圧縮応力を付与する機構のみでは異物混
入潤滑下では長寿命とすることができなかった。
すなわち、転がり疲れ寿命が低下する原因として、軸受
潤滑油中に混入した金属の切粉、削り屑、ハリ、摩耗粉
等の異物により軸受表層部に生じた損傷(圧痕)を起点
として伝播するマイクロクランクによって発生するフレ
ーキング(ハクリ)、がある。そして、軸受の基地中に
存在し、硬度が高く塑性変形能が小さいために応力集中
源となる非金属介在物があり、この非金属介在物によっ
て応力集中緩和効果を十分達成し得ないことにっても上
記転がり疲れ寿命が低下する。
潤滑油中に混入した金属の切粉、削り屑、ハリ、摩耗粉
等の異物により軸受表層部に生じた損傷(圧痕)を起点
として伝播するマイクロクランクによって発生するフレ
ーキング(ハクリ)、がある。そして、軸受の基地中に
存在し、硬度が高く塑性変形能が小さいために応力集中
源となる非金属介在物があり、この非金属介在物によっ
て応力集中緩和効果を十分達成し得ないことにっても上
記転がり疲れ寿命が低下する。
さらに、上記従来のいずれの転がり軸受でも、加工率に
よっては鍛造等の軸受の前加工時割れを十分抑制できな
い課題があった。
よっては鍛造等の軸受の前加工時割れを十分抑制できな
い課題があった。
本発明はこのような各種の課題を解決するために、材料
コストが増加することなく熱処理生産性が良好で、かつ
、クリーンな潤滑下で軸受を使用する場合に加えて、異
物混入潤滑下で軸受を使用する場合においても、従来の
軸受に比べて長寿命であり、さらに、加工率の高い鍛造
等の前加工時割れが発生しない転がり軸受を提供するこ
と、をその目的としている。
コストが増加することなく熱処理生産性が良好で、かつ
、クリーンな潤滑下で軸受を使用する場合に加えて、異
物混入潤滑下で軸受を使用する場合においても、従来の
軸受に比べて長寿命であり、さらに、加工率の高い鍛造
等の前加工時割れが発生しない転がり軸受を提供するこ
と、をその目的としている。
請求項(1)記載の発明は、内輪、外輪及び転動体から
なる転がり軸受において、内輪、外輪及び転動体の少な
くとも一つが、C: 0.4〜0.7重量%、Si:0
.15〜1.2重量%、4121.2〜1.7重量%、
八j2:200〜300 ppm、Ti:40 ppm
以下、N: 10(1−200ppmX5:80 pp
m以下、0:9ppm以下、残部鉄の中炭素マンガン銅
1からなり、浸炭熱処理または浸炭窒化熱処理が施され
、表層部における残留オーステナイト量が25〜45
vol%である、ことを特徴としている。
なる転がり軸受において、内輪、外輪及び転動体の少な
くとも一つが、C: 0.4〜0.7重量%、Si:0
.15〜1.2重量%、4121.2〜1.7重量%、
八j2:200〜300 ppm、Ti:40 ppm
以下、N: 10(1−200ppmX5:80 pp
m以下、0:9ppm以下、残部鉄の中炭素マンガン銅
1からなり、浸炭熱処理または浸炭窒化熱処理が施され
、表層部における残留オーステナイト量が25〜45
vol%である、ことを特徴としている。
また、請求項(2)記載の発明は、上記請求項(1)記
載の中炭素マンガン鋼に、さらにNb0.03〜0.0
8重量%およびV : 0.1〜0.15重量%の少な
くとも一種が含有されてなる、ことを特徴とするもので
ある。
載の中炭素マンガン鋼に、さらにNb0.03〜0.0
8重量%およびV : 0.1〜0.15重量%の少な
くとも一種が含有されてなる、ことを特徴とするもので
ある。
また、請求項(3)記載の発明は、内輪、外輪及び転動
体からなる転がり軸受において、内輪、外輪及び転動体
の少なくとも一つが、C: 0.4〜0.7重量%、S
i : 0.15〜1.2重量%、Mn:1.2〜1゜
7重量%、Ti:40ppm以下、S:80ppm以下
、○: 9 ppm以下、Nb: 0.03〜0.08
重量%およびV : 0.1〜0.15重量%の少なく
とも一種、残部鉄の中炭素マンガン鋼からなり、浸炭熱
処理または浸炭窒化熱処理が施され、表層部における残
留オーステナイト量が25〜45vo1%である、こと
を舶徴とするものである。
体からなる転がり軸受において、内輪、外輪及び転動体
の少なくとも一つが、C: 0.4〜0.7重量%、S
i : 0.15〜1.2重量%、Mn:1.2〜1゜
7重量%、Ti:40ppm以下、S:80ppm以下
、○: 9 ppm以下、Nb: 0.03〜0.08
重量%およびV : 0.1〜0.15重量%の少なく
とも一種、残部鉄の中炭素マンガン鋼からなり、浸炭熱
処理または浸炭窒化熱処理が施され、表層部における残
留オーステナイト量が25〜45vo1%である、こと
を舶徴とするものである。
さらに、請求項(4)記載の発明は、前記中炭素マンガ
ン鋼Vat、浸炭熱処理または浸炭窒化熱処理後でも平
均結晶粒度番号が8以上の微結晶状である、ことを特徴
とするものである。
ン鋼Vat、浸炭熱処理または浸炭窒化熱処理後でも平
均結晶粒度番号が8以上の微結晶状である、ことを特徴
とするものである。
〔作用]
本願発明者らは、転がり軸受鋼の長寿命化及び前加工時
の割れについて種々の検討を加えた結果、軸受表層部に
おける残留オーステナイト量と寿命との関係、結晶粒度
と寿命との関係、S含有量と前加工時の割れ発生率等と
の関係について種々の新しい知見を得るに到り、この知
見に基づき特許請求の範囲に記載の如くの本発明に到達
したものである。
の割れについて種々の検討を加えた結果、軸受表層部に
おける残留オーステナイト量と寿命との関係、結晶粒度
と寿命との関係、S含有量と前加工時の割れ発生率等と
の関係について種々の新しい知見を得るに到り、この知
見に基づき特許請求の範囲に記載の如くの本発明に到達
したものである。
まず本発明において、C: 0.4〜0.7wt%の中
炭素マンガン鋼を用いている理由につい゛ζ説明する。
炭素マンガン鋼を用いている理由につい゛ζ説明する。
本発明者らは、軸受表面層における残留オーステナイト
量を25〜45vo1%にすることにより、異物混入潤
滑下の転がり軸受の長寿命化を達成できることを見い出
した。しかしながら、軸受表層部における残留オーステ
ナイト量を上記値の範囲とするためには表面炭素濃度を
高めるごとが必要であるが、5CR42011SCM4
2011はCrの含有量が多いため、軸受の転がり疲れ
寿命に有害な初析を生じやすい。一方で、Crの含有量
を減少させると焼入性が低下し、転がり軸受として必要
な硬化層深さが得られなくなってしまう。そこで本発明
では、Cr含有量を0.35重量%未満とし、かつCr
含有量の低下による焼入性低下を避けるためにMnを添
加し、さらにはヘースカーボン量が多い中炭素マンガン
鋼を用いることにより初析の発生を抑え、軸受表層部に
おける残留オーステナイltを25〜45vol%の範
囲として、必要な硬化層深さを得るものである。
量を25〜45vo1%にすることにより、異物混入潤
滑下の転がり軸受の長寿命化を達成できることを見い出
した。しかしながら、軸受表層部における残留オーステ
ナイト量を上記値の範囲とするためには表面炭素濃度を
高めるごとが必要であるが、5CR42011SCM4
2011はCrの含有量が多いため、軸受の転がり疲れ
寿命に有害な初析を生じやすい。一方で、Crの含有量
を減少させると焼入性が低下し、転がり軸受として必要
な硬化層深さが得られなくなってしまう。そこで本発明
では、Cr含有量を0.35重量%未満とし、かつCr
含有量の低下による焼入性低下を避けるためにMnを添
加し、さらにはヘースカーボン量が多い中炭素マンガン
鋼を用いることにより初析の発生を抑え、軸受表層部に
おける残留オーステナイltを25〜45vol%の範
囲として、必要な硬化層深さを得るものである。
ここで、第1図から第4図を参照して、本発明の特徴で
ある残留オーステナイトの作用について説明する。
ある残留オーステナイトの作用について説明する。
異物混入潤滑下で軸受を使用する場合、異物との繰り返
し接触により内外輪及び転動体の各転動表面に第2図に
示すような圧痕が発生ずる。第2図に示ず圧痕の断面図
から分るように、圧痕にはエツジ部分が生し、このエツ
ジ部に最大応力p ma、がかかる。このエツジ部分の
曲率rと圧痕の半径Cとは以下説明するように残留オー
ステナイトと密接な関係がある。通常残留オーステナイ
トは、軟らかく、例えば■ν300くらい(但し素材の
炭素の含有率によっても異なる)である。したがって、
この残留オーステナイ1−を所望の割合で表面層に存在
せしめておくと、圧痕のエツジ部分における応力の集中
を緩和することができ、そのため圧痕生成後に圧痕部に
発生ずるマイクロクラックの伝播を遅らせることができ
る。表面層におレノる残留オーステナイトは、転勤時に
圧痕を通過する相手部月(例えば転動体に対して軌道輪
)の相対通過回数の所定数を過ぎると、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。
し接触により内外輪及び転動体の各転動表面に第2図に
示すような圧痕が発生ずる。第2図に示ず圧痕の断面図
から分るように、圧痕にはエツジ部分が生し、このエツ
ジ部に最大応力p ma、がかかる。このエツジ部分の
曲率rと圧痕の半径Cとは以下説明するように残留オー
ステナイトと密接な関係がある。通常残留オーステナイ
トは、軟らかく、例えば■ν300くらい(但し素材の
炭素の含有率によっても異なる)である。したがって、
この残留オーステナイ1−を所望の割合で表面層に存在
せしめておくと、圧痕のエツジ部分における応力の集中
を緩和することができ、そのため圧痕生成後に圧痕部に
発生ずるマイクロクラックの伝播を遅らせることができ
る。表面層におレノる残留オーステナイトは、転勤時に
圧痕を通過する相手部月(例えば転動体に対して軌道輪
)の相対通過回数の所定数を過ぎると、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。
第3図は、r / cの値と残留オーステナイトT8と
の関係を示している。
の関係を示している。
P、、、/P、を小さくする(すなわち、応力集中を緩
和する)ためには、Cを一定とするとrを大きくするこ
とが必要である。つまり、r / cの値は応力集中の
緩和程度を示すファクターであるので、この値が大きく
なれば寿命も延びることになる。しかしながら、第3図
から分るように、残留オーステナイトTRの割合を大き
くしても、r/Cの値は所定の水準で飽和してしまい、
一定板1−大きくならない。特に残留オーステナイトγ
、が45 vol%以上になると、これが顕著であり、
r / c i、l殆ど飽和してしまう。従って、γ8
をそれ以上大きくしてもかえって表面硬さを下げてしま
うだけであり、転がり疲れ寿命が低下する。
和する)ためには、Cを一定とするとrを大きくするこ
とが必要である。つまり、r / cの値は応力集中の
緩和程度を示すファクターであるので、この値が大きく
なれば寿命も延びることになる。しかしながら、第3図
から分るように、残留オーステナイトTRの割合を大き
くしても、r/Cの値は所定の水準で飽和してしまい、
一定板1−大きくならない。特に残留オーステナイトγ
、が45 vol%以上になると、これが顕著であり、
r / c i、l殆ど飽和してしまう。従って、γ8
をそれ以上大きくしてもかえって表面硬さを下げてしま
うだけであり、転がり疲れ寿命が低下する。
次に、本発明の特許請求の範囲に示された各数値限定の
臨界的意義について説明する。
臨界的意義について説明する。
先ず、内外輪及び転動体の異物混入潤滑上使用の寿命は
、第1図のグラフに示される軸受寿命と残留オーステナ
イトγR(vol%)との関係から明らかなように、フ
レーキングが生じるまでの経過時間で示される転がり疲
れ寿命L toは残留オステナイLrR量の変化に応し
て変化している。
、第1図のグラフに示される軸受寿命と残留オーステナ
イトγR(vol%)との関係から明らかなように、フ
レーキングが生じるまでの経過時間で示される転がり疲
れ寿命L toは残留オステナイLrR量の変化に応し
て変化している。
すなわち、残留オーステナイトTRが25vo1%以上
になると転がり疲れ寿命LIOは向上するが、45vo
1%を越えると寿命は急激に低下する。したがって、内
外輪、転動体の表層部における残留オーステナイトは、
少なくとも20VO1%から45vo1%までの範囲に
なくてはならない。
になると転がり疲れ寿命LIOは向上するが、45vo
1%を越えると寿命は急激に低下する。したがって、内
外輪、転動体の表層部における残留オーステナイトは、
少なくとも20VO1%から45vo1%までの範囲に
なくてはならない。
特に、残留オーステナイトγ8が45vol%を越える
と、浸炭熱処理または浸炭窒化熱処理後の表面硬さが低
下するので好ましくない。
と、浸炭熱処理または浸炭窒化熱処理後の表面硬さが低
下するので好ましくない。
クリーンな潤滑下で従来の浸炭鋼軸受と同等以上の寿命
を得るためには、転動体についてII RCが63以上
であることが望ましく、内外輪についてはHRCが58
以上であることが好ましい。このためには、残留オース
テナイトTRが45vo1%以下であることが必要であ
る。
を得るためには、転動体についてII RCが63以上
であることが望ましく、内外輪についてはHRCが58
以上であることが好ましい。このためには、残留オース
テナイトTRが45vo1%以下であることが必要であ
る。
尚、第1IIの実験条件は以下の通りである。軸受寿命
試験は、日本精工(株)製 玉軸受寿命試験機を用いタ
ービン油〔日本石油(株)製FBKオイルRO68)に
銅粉(硬さ、Hv300・〜500、紛擾80〜160
μm〕を1100ppの混合比で加えた潤滑剤を用い、
軸受負荷荷重(ラジアル荷重)600kgf、軸受回転
数200Orpmで試験した。
試験は、日本精工(株)製 玉軸受寿命試験機を用いタ
ービン油〔日本石油(株)製FBKオイルRO68)に
銅粉(硬さ、Hv300・〜500、紛擾80〜160
μm〕を1100ppの混合比で加えた潤滑剤を用い、
軸受負荷荷重(ラジアル荷重)600kgf、軸受回転
数200Orpmで試験した。
次に、本発明に用いられる中炭素マンガン鋼の含有元素
の作用及びその含有量の臨界的意義について説明する。
の作用及びその含有量の臨界的意義について説明する。
ANはA E 203などの酸化物系非金属介在物を形
成する。ごのA E 203は、硬度が高く塑性変形能
が小さいため、応力集中源となり転がり疲れ寿命を低下
させる原因となる。したがって、ANが含有量を低下す
ることが、軸受寿命向上のためには必要である。しかし
他方で、浸炭熱処理または浸炭窒化熱処理時の結晶粒粗
大化防止のためには、八2がiNの形で結晶粒界に析出
することが必要である。
成する。ごのA E 203は、硬度が高く塑性変形能
が小さいため、応力集中源となり転がり疲れ寿命を低下
させる原因となる。したがって、ANが含有量を低下す
ることが、軸受寿命向上のためには必要である。しかし
他方で、浸炭熱処理または浸炭窒化熱処理時の結晶粒粗
大化防止のためには、八2がiNの形で結晶粒界に析出
することが必要である。
そごで、請求項(])、 (2)記載の発明では、i含
有量を200〜300ppmとした。ANが200pp
m未満だと結晶粒が粗大となり軸受の転がり疲れ寿命が
低減し、かつ、八l 300ppmを越えると、A N
203量が増加し寿命に悪影響を及ぼす。
有量を200〜300ppmとした。ANが200pp
m未満だと結晶粒が粗大となり軸受の転がり疲れ寿命が
低減し、かつ、八l 300ppmを越えると、A N
203量が増加し寿命に悪影響を及ぼす。
TiはTiNの形で非金属介在物として出現する。
TiNは硬度が高く塑性変形能が小さいため、応力集中
源となり転がり疲れ寿命に有害となる。そごで、Ti含
有量をできるだけ低下させる必要があり、上限を40p
pmとした。
源となり転がり疲れ寿命に有害となる。そごで、Ti含
有量をできるだけ低下させる必要があり、上限を40p
pmとした。
NはAlNを形成して結晶粒の粗大化を抑制する上で必
要である。しかし、N含有量が多いと、非金属介在物で
あるTiN量が多くなる。そこで、請求項(1)、 (
2)記載の発明では、N含有量を100〜200ppm
とした。N含有量が1100ppより少ないとINの析
出量が不足し結晶粒が粗大化しζしまい、200ppm
を越えるとTiN量が多くなって転がり疲れ寿命が低下
する。
要である。しかし、N含有量が多いと、非金属介在物で
あるTiN量が多くなる。そこで、請求項(1)、 (
2)記載の発明では、N含有量を100〜200ppm
とした。N含有量が1100ppより少ないとINの析
出量が不足し結晶粒が粗大化しζしまい、200ppm
を越えるとTiN量が多くなって転がり疲れ寿命が低下
する。
SはMnSなどの硫化物系非金属介在物生成の原因とな
る。MnSは硬度が低く、塑性変形能が大きいことから
鍛造、圧延などの内輪、外輪及び転勤体の少なくとも一
つの前加工時割れ発生の起点として作用する。したがっ
て、鍛造等の前加工時に割れ発生を防止し、より強力ロ
丁を可能にするためS含有量を低下さ−する必要があり
、上限を80ppmとした。
る。MnSは硬度が低く、塑性変形能が大きいことから
鍛造、圧延などの内輪、外輪及び転勤体の少なくとも一
つの前加工時割れ発生の起点として作用する。したがっ
て、鍛造等の前加工時に割れ発生を防止し、より強力ロ
丁を可能にするためS含有量を低下さ−する必要があり
、上限を80ppmとした。
0は酸化物系非金属介在物発生元素として転がり疲労寿
命を低下させるため、その含有量を極力低下させる必要
があり、そこで」二限を9 ppmとした。
命を低下させるため、その含有量を極力低下させる必要
があり、そこで」二限を9 ppmとした。
Siは脱酸剤として必要であるため、その含有量を0.
15〜1.2重量%とした。0.15重世間未満である
と脱酸効果が十分でなく、1,2重量%を越えても脱酸
効果に変化がないため、含有量を上記範囲内とした。
15〜1.2重量%とした。0.15重世間未満である
と脱酸効果が十分でなく、1,2重量%を越えても脱酸
効果に変化がないため、含有量を上記範囲内とした。
MnはCr含有量減少による焼入性低下を補うために必
要であることから、その含有量を1.2〜1.7重量%
とじた。1.2重量%未満であると焼入性を向上するこ
とができず、また、1.7重量%を越えると、硬度が向
上し鍛造性、被削性等の機械加工性が低下するため、含
有量を上記範囲内とした。
要であることから、その含有量を1.2〜1.7重量%
とじた。1.2重量%未満であると焼入性を向上するこ
とができず、また、1.7重量%を越えると、硬度が向
上し鍛造性、被削性等の機械加工性が低下するため、含
有量を上記範囲内とした。
Nb、Vは、それ自体で結晶粒界に析出してその粗大化
を抑制し、結晶粒を微細にして軸受の長寿命化を図るた
めに有効な元素であり、加えてANNの結晶粒粗大化防
止作用をさらに増強する」−で効果的である。
を抑制し、結晶粒を微細にして軸受の長寿命化を図るた
めに有効な元素であり、加えてANNの結晶粒粗大化防
止作用をさらに増強する」−で効果的である。
すなわち、浸炭、浸炭窒化時間短縮のため高温熱処理(
950°C〜970°C)または長時間の熱処理を行う
と、ANNのみでは結晶粒の粗大化を十分防止できない
ことがある。そこで、請求項(2)記載の発明では、請
求項(1)記載の中炭素マンガン鋼に、Nb : 0.
03〜0.08重量%およびV : O,]〜0.15
重量%の少なくとも一種を含有した。
950°C〜970°C)または長時間の熱処理を行う
と、ANNのみでは結晶粒の粗大化を十分防止できない
ことがある。そこで、請求項(2)記載の発明では、請
求項(1)記載の中炭素マンガン鋼に、Nb : 0.
03〜0.08重量%およびV : O,]〜0.15
重量%の少なくとも一種を含有した。
また、請求項(3)の発明では、i、Nに代えて結晶粒
粗大化を防止するため、上記Nb:0.03〜0.08
重量%およびV : 0.1〜0.15重量%の少なく
とも一種を含有した。
粗大化を防止するため、上記Nb:0.03〜0.08
重量%およびV : 0.1〜0.15重量%の少なく
とも一種を含有した。
Nb:Q、Q3重重量未満、V : 0.1重量%未満
だと結晶粒の粗大化を防止する上で効果が少なく、Nb
:0.08重量%、V : 0.15重量%を越えても
結晶粒の粗大化防止効果は向上せずかえって高コストと
なるためNbおよび■の含有量を上記の範囲内に選定し
た。
だと結晶粒の粗大化を防止する上で効果が少なく、Nb
:0.08重量%、V : 0.15重量%を越えても
結晶粒の粗大化防止効果は向上せずかえって高コストと
なるためNbおよび■の含有量を上記の範囲内に選定し
た。
本発明で用いる炭素鋼のヘースカーボンの数値の臨界的
意義は、以下のとおりである。
意義は、以下のとおりである。
ヘースカーボンの割合が0.4重量%より低くなると浸
炭または浸炭窒化熱処理時間が長くなり、熱処理生産性
が低下してしまう。また、本発明に用いる中炭素マンガ
ン鋼は、Cr、 Mo等の焼き入れ性を高める元素を含
まない鋼種であり、ヘースカーボン量が0.4重量%以
下となると、焼き入れ性が不足し十分な硬化深さを得る
ことができない。
炭または浸炭窒化熱処理時間が長くなり、熱処理生産性
が低下してしまう。また、本発明に用いる中炭素マンガ
ン鋼は、Cr、 Mo等の焼き入れ性を高める元素を含
まない鋼種であり、ヘースカーボン量が0.4重量%以
下となると、焼き入れ性が不足し十分な硬化深さを得る
ことができない。
逆に、ヘースカーボン含有量が0.7重量%を越えると
、浸炭により侵入するカーボン量が少なくなリマトリッ
クスに侵入固溶する炭素の割合が低下し、不均一固溶状
態となり、転がり疲れ寿命が低下してしまう。
、浸炭により侵入するカーボン量が少なくなリマトリッ
クスに侵入固溶する炭素の割合が低下し、不均一固溶状
態となり、転がり疲れ寿命が低下してしまう。
したがって、以上のことからヘースカーボン量を0.4
〜0.7重量%の範囲に選定した。
〜0.7重量%の範囲に選定した。
第4図に示す如く、このような範囲にある炭素鋼を浸炭
熱処理または浸炭窒化熱処理して、固溶炭素又は固溶炭
素窒素量をO18〜1.1重量%の範囲に調整すること
により、その結果表層部における残留オーステナイト量
を25〜45vo1%の範囲内にすることができる。ま
た、ヘースカーボン量を上記範囲内の炭素鋼に浸炭熱処
理または浸炭窒化熱処理を行えば、Fe原子中にカーボ
ン及び窒素原子が均一に拡散し、固溶強化するので、最
大ぜん断応力位置でのマイクロクシツクの発生を遅延す
ることができてクリーンな潤滑下においても転がり疲労
寿命が向上する。
熱処理または浸炭窒化熱処理して、固溶炭素又は固溶炭
素窒素量をO18〜1.1重量%の範囲に調整すること
により、その結果表層部における残留オーステナイト量
を25〜45vo1%の範囲内にすることができる。ま
た、ヘースカーボン量を上記範囲内の炭素鋼に浸炭熱処
理または浸炭窒化熱処理を行えば、Fe原子中にカーボ
ン及び窒素原子が均一に拡散し、固溶強化するので、最
大ぜん断応力位置でのマイクロクシツクの発生を遅延す
ることができてクリーンな潤滑下においても転がり疲労
寿命が向上する。
また、請求項(4)に記載のように、浸炭熱処理または
浸炭窒化熱処理後でも、転がり軸受を構成する中炭素マ
ンガン鋼の結晶粒径を結晶粒度番号で8以上の微細なも
のとするごとにより、より長寿命な転がり軸受を提供す
ることができる。
浸炭窒化熱処理後でも、転がり軸受を構成する中炭素マ
ンガン鋼の結晶粒径を結晶粒度番号で8以上の微細なも
のとするごとにより、より長寿命な転がり軸受を提供す
ることができる。
〔実施例]
次に本発明の実施例について説明する。
従来の炭素鋼である5MN443において、八!。
S、N含有量を調整したものを溶解して供試材を作成し
た。各供試材の組成を次の第1表に示す。
た。各供試材の組成を次の第1表に示す。
(以下、余白)
第
■
表
〈S
八j2.Ti。
0は
ppm。
他はwt%〉
次に、
上記第1表の各供試材の複数個に930’CX8hrの
加熱処理を行い、 結晶粒の大きさを調 べた。
加熱処理を行い、 結晶粒の大きさを調 べた。
その結果を次の第2表に示す。
(転がり寿命試験)
上記第1表の各々の供試材に浸炭熱処理または浸炭窒化
熱処理を施し、表層部の残留オーステナイト量を25〜
45vo1%に調整した試験片を作成した。
熱処理を施し、表層部の残留オーステナイト量を25〜
45vo1%に調整した試験片を作成した。
この実施例における熱処理条件を次に説明する。
浸炭熱処理のうちダイレクト焼入れは、第5図に示すグ
ラフのように、P×ガス士エンリッチガスの雰囲気で約
8時間、930±5°Cで熱処理を行ない、その後油焼
入れ、更に、160°C2時間焼戻しをした。更に、浸
炭窒化熱処理については、第6図のグラフに示すように
、Rxガス」−エンリッチガス士アンモニアガス5%の
雰囲気で、約3〜4時間、830〜870°Cで浸炭窒
化熱処理を行ない、その後油焼入れした。
ラフのように、P×ガス士エンリッチガスの雰囲気で約
8時間、930±5°Cで熱処理を行ない、その後油焼
入れ、更に、160°C2時間焼戻しをした。更に、浸
炭窒化熱処理については、第6図のグラフに示すように
、Rxガス」−エンリッチガス士アンモニアガス5%の
雰囲気で、約3〜4時間、830〜870°Cで浸炭窒
化熱処理を行ない、その後油焼入れした。
上記浸炭熱処理または浸炭窒化熱処理を行った各試験片
を用いて転がり軸受の内輪及び外輪のどちらにでも適用
できる円盤状試験片を作成し、この各々の円盤状試験片
について、「特殊鋼便覧(第1版)電気製鋼研究所績、
理工学社、1965年5月25日、第10頁〜21頁j
記載の試験機を用いて転がり疲れ寿命試験を行った。試
験条件は次の通りである。
を用いて転がり軸受の内輪及び外輪のどちらにでも適用
できる円盤状試験片を作成し、この各々の円盤状試験片
について、「特殊鋼便覧(第1版)電気製鋼研究所績、
理工学社、1965年5月25日、第10頁〜21頁j
記載の試験機を用いて転がり疲れ寿命試験を行った。試
験条件は次の通りである。
P 、a、 −=560 kB−f/mm2N =30
00 c、p、m潤滑油 #68 タービン油 この転がり疲れ寿命の試験結果を第2表及び第7図に示
す。第7図は、前記各供試材の平均結晶粒度番号と転勤
による応力繰り返し数(cycle)で示される軸受寿
命LIGとの関係を示したものである。第7図から分か
るように、平均結晶粒度番号が大きくなる程、すなわち
結晶粒が小さくなる程1−10の値が大きくなって軸受
の転がり疲れ寿命が向]二する。
00 c、p、m潤滑油 #68 タービン油 この転がり疲れ寿命の試験結果を第2表及び第7図に示
す。第7図は、前記各供試材の平均結晶粒度番号と転勤
による応力繰り返し数(cycle)で示される軸受寿
命LIGとの関係を示したものである。第7図から分か
るように、平均結晶粒度番号が大きくなる程、すなわち
結晶粒が小さくなる程1−10の値が大きくなって軸受
の転がり疲れ寿命が向]二する。
供試材2はi、Nの含有量が少なく、供試材4は八!の
含有量が少なく、さらに供試材5はNの含有量が少ない
ため、L+oの値が小さ(なる。
含有量が少なく、さらに供試材5はNの含有量が少ない
ため、L+oの値が小さ(なる。
これに対し、供試材1.3は、i、Nの含有量とも本発
明範囲内であるため、LIOの値が良好である。
明範囲内であるため、LIOの値が良好である。
一力、供試材6.7では、IF!Nの結晶粒粗大化防1
F作用を向−]二するNbまたはVが含有されているた
め、結晶粒がさらに微細化されてLIOの値がさらに大
きな値となる。
F作用を向−]二するNbまたはVが含有されているた
め、結晶粒がさらに微細化されてLIOの値がさらに大
きな値となる。
供試材8はAI2. Hの含有量は上記供試材1に比較
して不足しているが、それ自体で結晶粒の粗大化を防止
するNbが含有されているために、結晶粒が小さくなっ
てL+oの値も良好である。
して不足しているが、それ自体で結晶粒の粗大化を防止
するNbが含有されているために、結晶粒が小さくなっ
てL+oの値も良好である。
供試材9は、結晶粒は小さいがAffiの含有量が本発
明範囲を越えているため、へI!、20J量が増加して
L+oの値が小さくなって寿命が短くなる。
明範囲を越えているため、へI!、20J量が増加して
L+oの値が小さくなって寿命が短くなる。
供試材10.11はi、Nの他ニNb、 V(7)含有
量が多くり、。の値が大きくなり、Nb、 V添加の割
に結晶粒微細化効果の向上の程度が小さくコスト高とな
る。
量が多くり、。の値が大きくなり、Nb、 V添加の割
に結晶粒微細化効果の向上の程度が小さくコスト高とな
る。
本発明において転がり疲れ寿命り、。向上のためには、
浸炭熱処理または浸炭窒化熱処理後でも結晶粒径が結晶
粒度番号で8以上の微細なものとなるように温度9時間
等を制御して浸炭熱処理、浸炭窒化熱処理を行うことが
望ましい。
浸炭熱処理または浸炭窒化熱処理後でも結晶粒径が結晶
粒度番号で8以上の微細なものとなるように温度9時間
等を制御して浸炭熱処理、浸炭窒化熱処理を行うことが
望ましい。
(割れ発生試験)
次に上記第2表の供試材を用いてφ20X30manの
円柱試料を作成し、据込率80%で冷間加工(鍛造)を
行い、割れ発生率を調べた。円柱試料を各供試材につい
て10ケ作成した。この結果を前記第2表及び第8図に
示す。第8図は、各供試材のS含有量と割れ発生率との
関係を示すグラフである。
円柱試料を作成し、据込率80%で冷間加工(鍛造)を
行い、割れ発生率を調べた。円柱試料を各供試材につい
て10ケ作成した。この結果を前記第2表及び第8図に
示す。第8図は、各供試材のS含有量と割れ発生率との
関係を示すグラフである。
第2表に示すように、供試材2,3,4.6は、Sの含
有量が多いため割れが発生する。特に、供試材3.6は
結晶粒が小さくL+oの値が大きいが、Sの含有量が多
いため割れの発生を避けることができない。
有量が多いため割れが発生する。特に、供試材3.6は
結晶粒が小さくL+oの値が大きいが、Sの含有量が多
いため割れの発生を避けることができない。
第8図から供試材中のS含有量が少なくなる程割れ発生
率が低下していることが分り、S含有量80ppm以下
で割れ発生率が0%であることが分かる。したがって、
S含有量を80ppm以下とすれば、より強加工が可能
となる。
率が低下していることが分り、S含有量80ppm以下
で割れ発生率が0%であることが分かる。したがって、
S含有量を80ppm以下とすれば、より強加工が可能
となる。
尚、上記実施例の転がり寿命試験では、内輪及び外輪の
どちらにも適用できる円盤状試験片についての寿命を示
したが、同様の材料で転動体を形成し、これについて上
記軸がり寿命試験を行っても同様の結果を得ることがで
きる。
どちらにも適用できる円盤状試験片についての寿命を示
したが、同様の材料で転動体を形成し、これについて上
記軸がり寿命試験を行っても同様の結果を得ることがで
きる。
21′I
〔発明の効果]
以上説明したように請求項(+1. (3)記載の発明
よれば、Mo、Ni、Cr等の高価な元素を含有せず、
また、長時間且つ複雑な熱処理も必要としないので、材
料コストが増加することなく熱処理生産性も良好な転が
り軸受を提供することができる。
よれば、Mo、Ni、Cr等の高価な元素を含有せず、
また、長時間且つ複雑な熱処理も必要としないので、材
料コストが増加することなく熱処理生産性も良好な転が
り軸受を提供することができる。
そして、残留オーステナイトが表層部に所定量存在し、
また浸炭熱処理または浸炭窒化熱処理の際の結晶粒の粗
大化が防止され、さらに非金属介在物量も制限されてい
るために、異物混入潤滑下ばかりでな(クリーンな潤滑
下でも従来の転がり軸受と比較してより長寿命な転がり
軸受となる。
また浸炭熱処理または浸炭窒化熱処理の際の結晶粒の粗
大化が防止され、さらに非金属介在物量も制限されてい
るために、異物混入潤滑下ばかりでな(クリーンな潤滑
下でも従来の転がり軸受と比較してより長寿命な転がり
軸受となる。
さらに、S量も制限されているために、加]二率の高い
鍛造等の前加工の際割れが発生しない転がり軸受を提供
できる。
鍛造等の前加工の際割れが発生しない転がり軸受を提供
できる。
また、請求項(2)記載の発明によれば、上記効果に加
えて結晶粒をさらに微細にできるため、その分より長寿
命な転がり軸受を提供できる。
えて結晶粒をさらに微細にできるため、その分より長寿
命な転がり軸受を提供できる。
さらに、請求項(4)記載の発明によれば、上記効果に
加えて、転がり軸受を構成する中炭素マンガン鋼は、浸
炭熱処理または浸炭窒化熱処理後でも結晶粒度番号が8
以上である微細な結晶粒であるため、より長寿命な転が
り軸受を提供できる。
加えて、転がり軸受を構成する中炭素マンガン鋼は、浸
炭熱処理または浸炭窒化熱処理後でも結晶粒度番号が8
以上である微細な結晶粒であるため、より長寿命な転が
り軸受を提供できる。
第1図は、異物混入潤滑下における軸受の転がり疲れ寿
命と残留オーステナイト量との関係を表わすグラフであ
り、 第2図は、応力と共に示す圧痕の断面図であり、第3図
は、r / cの値とTR量との関係を示すグラフであ
り、r / cがγ、に対して飽和することを示してお
り、 第4図は、固溶炭素(C)又は固溶炭素窒素(C+N)
@と、残留オーステナイトTR量との関係を示すグラフ
であり、 第5図及び第6図は、それぞれダイレクト浸炭熱処理及
び浸炭窒化熱処理の温度と時間との関係を示すグラフで
あり、 第7図は平均粒度番号と軸受寿命り、。との関係を示す
グラフであり、 第8圓はS含有量と割れ発生率との関係を示すグラフで
ある。
命と残留オーステナイト量との関係を表わすグラフであ
り、 第2図は、応力と共に示す圧痕の断面図であり、第3図
は、r / cの値とTR量との関係を示すグラフであ
り、r / cがγ、に対して飽和することを示してお
り、 第4図は、固溶炭素(C)又は固溶炭素窒素(C+N)
@と、残留オーステナイトTR量との関係を示すグラフ
であり、 第5図及び第6図は、それぞれダイレクト浸炭熱処理及
び浸炭窒化熱処理の温度と時間との関係を示すグラフで
あり、 第7図は平均粒度番号と軸受寿命り、。との関係を示す
グラフであり、 第8圓はS含有量と割れ発生率との関係を示すグラフで
ある。
Claims (4)
- (1)内輪、外輪及び転動体からなる転がり軸受におい
て、当該内輪、外輪及び転動体の少なくとも一つが、C
:0.4〜0.7重量%、Si:0.15〜1.2重量
%、Mn:1.2〜1.7重量%、Al:200〜30
0ppm、Ti:40ppm以下、N:100〜200
ppm、S:80ppm以下、O:9ppm以下、残部
鉄の中炭素マンガン鋼からなり、浸炭熱処理または浸炭
窒化熱処理が施され、表層部における残留オーステナイ
ト量が25〜45vol%である、ことを特徴とする転
がり軸受。 - (2)前記中炭素マンガン鋼に、Nb:0.03〜0.
08重量%およびV:0.1〜0.15重量%の少なく
とも一種が含有されてなる、ことを特徴とする請求項(
1)記載の転がり軸受。 - (3)内輪、外輪及び転動体からなる転がり軸受におい
て、当該内輪、外輪及び転動体の少なくとも一つが、C
:0.4〜0.7重量%、Si:0.15〜1.2重量
%、Mn:1.2〜1.7重量%、Ti:40ppm以
下、S:80ppm以下、O:9ppm以下、Nb:0
.03〜0.08重量%およびV:0.1〜0.15重
量%の少なくとも一種、残部鉄の中炭素マンガン鋼から
なり、浸炭熱処理または浸炭窒化熱処理が施され、表層
部における残留オーステナイト量が25〜45vol%
である、ことを特徴とする転がり軸受。 - (4)前記中炭素マンガン鋼は、浸炭熱処理または浸炭
窒化熱処理後でも平均結晶粒度番号が8以上の微結晶状
である、ことを特徴とする請求項(1)なしい(3)の
何れか一項記載の転がり軸受。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1157288A JP2885829B2 (ja) | 1988-07-11 | 1989-06-20 | 転がり軸受 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17203088 | 1988-07-11 | ||
| JP63-172030 | 1988-07-11 | ||
| JP1157288A JP2885829B2 (ja) | 1988-07-11 | 1989-06-20 | 転がり軸受 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02125841A true JPH02125841A (ja) | 1990-05-14 |
| JP2885829B2 JP2885829B2 (ja) | 1999-04-26 |
Family
ID=26484794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1157288A Expired - Fee Related JP2885829B2 (ja) | 1988-07-11 | 1989-06-20 | 転がり軸受 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2885829B2 (ja) |
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