JPH04165048A - 高クロム系軸受鋼 - Google Patents

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〉 この発明は自動車、建設機械、農業機械等における異物
が混入した潤滑環境下で使用される転がり軸受の高負荷
に耐える内輪、外輪および転動体を製造する、特に転が
り疲労寿命の改善を図った軸受鋼に関するものである。

〈従来の技術〉 近年、機械の小型、軽量化、低コスト化が要求されてお
り、これに応じて従来よりも一層軸受の使用条件が苛酷
化している。また、これに加えて、長寿命化が要求され
る状況にある。

従来高負荷用に使われる軸受を製造するころ軸受用鋼と
しては、ＪＩＳに規定される高炭素クロム軸受鋼の５Ｕ
Ｊ２や５ＵＪ３、または肌焼き合金鋼を用いるのが一般
である。これを、潤滑油中に異物が混入する環境下で使
用した場合、転がり軸受寿命は清浄な潤滑油の環境下で
使用した場合の１１５〜１／１０に低下する。

この様な異物が混入した環境下で使用される転がり軸受
では、異物の侵入に対してシールを取付ることにより侵
入防止を図るのが一般的である。

特に苛酷な環境下にあっては完全に異物の侵入を阻止す
ることは難しく、転がり接触の荷重を下げるために、軸
受けの寸法を大きくとるのが一般的である。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記のように異物が混入した潤滑環境下で使用される転
がり軸受に、異物が侵入するのを防止するためにシール
を取付けると、軸受の回転運動がエネルギーの損失を住
じさせたり、製造コストを増大させ、更に、軸受の形状
を複雑化させる。

一方、転がり軸受において硬い異物が潤滑油中に混入し
ていると、軌道面と転動体の接触面にこの異物の噛込み
が見られ、軌道面が塑性変形して、これに圧痕を発生す
る。また、この圧痕の縁に応力集中が生じ、かかる繰返
し応力により疲労亀裂の起点になって剥離が発生し、こ
れが軸受の短寿命の原因となる。この様に潤滑油中に異
物が混入するような場合は、球軸受に比べてころ軸受は
異物の噛込む確立が高まり、球軸受以上に耐久寿命が低
下し、従来の５ＵＪ２等の軸受では極端に寿命が低下し
てしまい、かかる苛酷な使用条件では対応出来ないと言
う問題点がある。

〈課題を解決するための手段〉 そこで、本発明は、重量％で、Ｃ含有量が０．４〜０．
８未満、Ｓｉ含有量が０．３〜１．２％、Ｍｎ含有量が
１．０％以下、Ｃｒ含有量が４．０〜８．０％、Ｍｏ含
有量が０．１〜１．０％、残りがＦｅおよび不可避な不
純成分からなり、浸炭または浸炭窒化処理をして、表面
に面積率で２０〜３５％の炭化物または炭窒化物を有す
る転がり疲労寿命特性の優れた高クロム系軸受鋼を提供
することを目的とするものである。

かかる構成により、ころ軸受等の高負荷に耐えられる靭
性と焼入焼戻硬さと焼戻軟化抵抗を高めて、硬い異物の
噛込みによる塑性変形を起こり難くして、亀裂の発生と
亀裂の進行を抑制して、異物が混入した潤滑油中にあっ
ても、靭性と転がり疲労寿命が優れることを特徴とした
、高炭素クロム系軸受鋼としたのである。

本発明は、基地は高負荷に耐える靭性と焼戻軟化抵抗を
高めた合金成分配合とし、更に、表面に実用深さで０．
５＋ｕ＋程度の浸炭層または、浸炭窒化層を形成させて
、表面に面積率で２０〜３５％の炭化物または炭窒化物
を微細に分散析出させることにより、基地を強化して転
がり疲労強度を増し、異物が混入した潤滑油中にあって
転がり疲労寿命が優れるのであって、この問題の解決を
図った（ここで実用深さとは、硬さＨＶ７５０以上にな
っている深さを言う）。

次に、この発明鋼においてＣ含有量を０．４〜０．８％
未満に限定した理由を述べる。

Ｃ含有量の下限を０．４％としたのはＦｅ−Ｃｒ−Ｃ系
の９００℃における等温切断状態図においてγ相と未溶
解炭化物の混合組織として、浸炭または、浸炭窒化処理
によるオーステナイト結晶粒の粗大化を防止するためと
、機械的強度の低下を防ぐためである。上限を０．８％
未満としたのは、これ以上含有すると、靭性を低下させ
るからである。

Ｓｉ含有量を０．３〜１．２％に限定した理由を述べる
。

Ｓｉは溶製時の脱酸に必要であるとともに基地に固溶し
焼戻軟化抵抗を高め、また、浸炭または浸炭窒化層の炭
化物または炭窒化物の網状化を防止する効果があり、転
がり疲労寿命を向上させるに有効な元素である。Ｓｉ含
有量の下限を０．３％としたのは、それ以下ではその効
果が小さいためで、また上限を１．２％としたのは、こ
れ以上含有すると塑性加工性を低下させるからである。

Ｍｎ含有量を１．０％以下とした理由を述べる。

Ｍｎは焼入性を向上させるのに必要であり、上限を１．
０％としたのはＭｎを多くすると残留オーステナイト量
を著しく増大させ転がり疲労寿命を低下させるためであ
る。

Ｃｒ含有量を４．０〜８．０％とした理由を述べる。

Ｃｒは焼入性を向上させる他、焼入により基地の固溶強
化と浸炭または浸炭窒化の促進に有効な元素である。ま
た、炭化物形成元素としてＣｒの多量添加は、浸炭また
は浸炭窒化後生酸する主たる炭化物、または炭窒化物を
硬くて、粒成長の遅いＭ’ｌＣ３に変え炭化物の微細分
散を可能にし、転がり疲労寿命を向上させるに有効であ
る。Ｃｒ含有量の下限を４．０％としたのは、基地を強
化させ、また、浸炭または浸炭窒化により、主たる炭化
物または炭窒化物をＭ７Ｃ３型にするに必要なためであ
る。上限を８．０％としたのは、これを超えたＣｒ添加
では、塑性加工性を低下させることと、高価になること
からである。

Ｍｏ含有量を０．１〜１．０％とした理由を述べる。

Ｍｏは焼入後の到達硬さと焼戻軟化抵抗を高め、転がり
疲労寿命を向上させるに有効な元素である。

Ｍｏ含有量の下限を０．１％としたのは、それ以下では
添加効果が少なく、また、上限を１．０％としたのはそ
れを超えると高価となるためである。

次に浸炭による炭化物または浸炭窒化による炭窒化物の
面積率を規定した理由を述べる。

面積率２０％以下では異物の噛込みによる軌道面の塑性
変形を阻止する効果が小さく、また上限を３５％にした
のは、それ以上の炭化物または炭窒化物が生成してもか
えって靭性が損なわれ転がり疲労寿命の向上の効果が期
待できないからである。従って、炭化物または炭窒化物
の面積率を２０′〜３５％とすることによって対異物圧
痕特性と耐亀裂伝播性を高めることができる。

〈実施例〉 実施例の化学成分は第１表に示す。材料は熱間圧延にて
φ６５に加工して試験材とした。また、比較従来例には
ＪＩＳｆｉ種５ＵＪ２を用いた。なお、熱処理は本発明
の実施例では９００〜９５０°Ｃで３〜４時間浸炭窒化
処理を施しそのまま焼入したものである。また、比較例
では８２０〜８６０°Ｃで３〜４時間浸炭窒化処理を施
しそのまま焼入したものである。更に従来例では８４０
°Ｃから塩浴焼入を行なった後、それぞれ１８０℃で１
．５時間の焼戻を行ったものを用いた。

第１表 ○転がり疲労寿命特性 転がり疲労寿命試験には森式スラスト型転がり寿命試験
機を使用した。試験条件として最大接触面圧を５００　
Ｋｇｆ／ｌｌ１ｍ”　、回転数１８０Ｏｒｐｍ、異物混
入は４５〜１００μｍのセメンタイト系粉末ヲ０．２　
ｇ　／　ｌの割合で＃６０スピンドル油中に混入させた
潤滑油中で行った。

また、Ｌｌ。寿命は試料の累積破損率が１０％となるの
に要する前記最大接触面圧の繰返し回数で示す。

試験結果を第２表に示す。

第２表においてＮｌ１５の比較例では、表面浸炭窒化に
よって炭窒化物量が増加し、Ｌ、。寿命は従来例に比較
して約２．５倍向上する。しかし、転がり疲労の長寿命
化にはまだ不十分である。

実施例１は、Ｃｒを約４．５％としＳｉ、　Ｍｏを添加
したもので、主たる生成炭窒化物はＭ７Ｃ３型となり炭
窒化物の成長を抑え粒状の微細な炭窒化物を生成し、ま
た基地を固溶強化して、焼戻軟化抵抗を高めることによ
り、転がり疲労寿命を向上させたものである。実施例２
は、Ｃｒを約６％高めたものであるが、更に転がり疲労
寿命の向上が認められた。

実施例３は、Ｃｒを約７．５％に高め、Ｍｏを高くした
ものであるが、実施例２同様の転がり疲労寿命の向上が
認められた。１ｌｋＬ４の比較例では、Ｃｒを約６％と
高めたものであるが、表面のクロム酸化物皮膜がＣ，Ｎ
浸透を阻害したため、転がり疲労寿命の向上は認められ
なかった。

Ｏ浸炭窒化層の炭窒化物量 浸炭窒化層の０．１ａ＋ｍ内部の炭窒化物量は第２表に
面積率で示す。

すなわち、本発明鋼の炭窒化物量は面積率で２０〜３５
％で従来網より格段に多（、転がり疲労寿命に優れる。

Ｑシャルピー衝撃試験 １０Ｒノツチ試験片によるシャルピー衝撃値を第２表に
示す。

Ｎα５，６に示されるように、表面浸炭窒化層を形成す
ると衝撃値に低下が認められるが、本発明例では、従来
例と遜色がないかそれ以上の値を示し、靭性が高いこと
が示されている。

〈発明の効果〉 本発明によれば、高クロム系軸受鋼は配合成分を中炭素
、高Ｃｒに、Ｓ１＋　Ｍｏを添加することにより基地の
強度、靭性と焼戻軟化抵抗を高め、更に表面に浸炭また
は浸炭窒化処理を施すことによって、微細なＭ７Ｃ３型
の炭化物または炭窒化物を分散析出させることにより表
層を強化して、特に高負荷の下で異物が混入した潤滑環
境下の転がり軸受として、転がり疲労寿命に優れた特性
を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図はＦｅ−Ｃｒ−Ｃ系の９００°Ｃにおける等温切
断状態図である。 代理人　弁理士　　河　内　潤　二 Ｃ（’１０） ４１図 手続補正書（自発） 平成３年１月（０日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　重量％で、Ｃ含有量が０．４〜０．８未満、Ｓｉ含有
   量が０．３〜１．２％、Ｍｎ含有量が１．０％以下、Ｃ
   ｒ含有量が４．０〜８．０％、Ｍｏ含有量が０．１〜１
   ．０％、残りがＦｅおよび不可避な不純成分からなり、
   浸炭または浸炭窒化処理をして、表面に面積率で２０〜
   ３５％の炭化物または炭窒化物を有する転がり疲労寿命
   特性の優れた高クロム系軸受鋼。