JPH0719252A - 高温高速回転用転がり軸受 - Google Patents
高温高速回転用転がり軸受Info
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- JPH0719252A JPH0719252A JP5159674A JP15967493A JPH0719252A JP H0719252 A JPH0719252 A JP H0719252A JP 5159674 A JP5159674 A JP 5159674A JP 15967493 A JP15967493 A JP 15967493A JP H0719252 A JPH0719252 A JP H0719252A
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
- F16C33/58—Raceways; Race rings
- F16C33/62—Selection of substances
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/36—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for balls; for rollers
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ３００°〜４００℃の高温で高速回転する転
がり軸受の高温かたさと芯部靱性を確保するとともに、
表面近傍圧縮残留応力を高くして長寿命化を図る。 【構成】 転がり軸の内輪、外輪及び転動体の少なくと
も一つを、0.27≦％Ｃ≦2.3 ％、Ｓｉ≦1.0 ％、Ｍｎ≦
1.0 ％、2.0 ％≦Ｃｒ≦7.0 ％、4.07％≦Ｗ≦22.0％、
ＭO ≦10.0％、0.5 ％≦Ｖ≦6.0 ％、Ｃo ≦18.0％、残
部Ｆｅ不可避不純物からなる高速度鋼に８００℃以上１
２００℃未満の温度域で浸炭または浸炭窒化が施され引
き続いて焼入れ焼戻しされた軸受材料により構成する。 【効果】 高速度鋼を１２００℃未満の低温で浸炭また
は浸炭窒化することで芯部靱性を確保するとともに、表
面の固溶Ｃまたは固溶Ｎを補って高温かたさを高くして
いるので、熱処理後の表面圧縮残留応力が大きくなる。
がり軸受の高温かたさと芯部靱性を確保するとともに、
表面近傍圧縮残留応力を高くして長寿命化を図る。 【構成】 転がり軸の内輪、外輪及び転動体の少なくと
も一つを、0.27≦％Ｃ≦2.3 ％、Ｓｉ≦1.0 ％、Ｍｎ≦
1.0 ％、2.0 ％≦Ｃｒ≦7.0 ％、4.07％≦Ｗ≦22.0％、
ＭO ≦10.0％、0.5 ％≦Ｖ≦6.0 ％、Ｃo ≦18.0％、残
部Ｆｅ不可避不純物からなる高速度鋼に８００℃以上１
２００℃未満の温度域で浸炭または浸炭窒化が施され引
き続いて焼入れ焼戻しされた軸受材料により構成する。 【効果】 高速度鋼を１２００℃未満の低温で浸炭また
は浸炭窒化することで芯部靱性を確保するとともに、表
面の固溶Ｃまたは固溶Ｎを補って高温かたさを高くして
いるので、熱処理後の表面圧縮残留応力が大きくなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、航空機ジェットエンジ
ン，ガスタービン等の高温高速回転用軸受として用いら
れる転動用部材用鋼及び該転動用部材を用いて製造され
た外輪，内輪及び転動体からなる転がり軸受に係わり、
該軸受の長寿命化に関するものである。
ン，ガスタービン等の高温高速回転用軸受として用いら
れる転動用部材用鋼及び該転動用部材を用いて製造され
た外輪，内輪及び転動体からなる転がり軸受に係わり、
該軸受の長寿命化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、省エネルギー及び環境問題の観点
から、航空機ジェットエンジン，ガスタービン等の高効
率化が目指され、それに伴い、軸受の使用条件がより一
層厳しくなり、高温高速回転化しつつある。該高温高速
回転用軸受材料として従来セミハイス系のＡＩＳＩＭ５
０が用いられてきたが、現状の使用温度２００℃では軸
受として必要なかたさＨR Ｃ６０をほぼ確保できるもの
の、それ以上の高温化に対してはかたさが不足してい
る。近い将来、航空機ジェットエンジン，ガスタービン
等の軸受は３００℃から４００℃で使用されることが予
測されるが、ＡＩＳＩＭ５０ではこの温度範囲ではＨR
Ｃ５５からＨR Ｃ５９のかたさしか得られず、非常に短
寿命となってしまう。また、高温高速回転化すると軸受
自体の精度も向上させなければならず、僅かなくるいが
大きな事故をもたらすが、ジェットエンジンの事故は人
命にかかわり、発電用タービンの事故は大きな社会問題
となるなど安全面でもさらに注意を払わなければならな
い。したがって、軸受表面のわずかな圧痕および割れ等
が直ちに軸受全体の破壊につながるようなことがあって
はならない。すなわち転がり軸受の内輪，外輪及び転動
体等の転動用部材の芯部は靱性が高いことが望ましく、
また、高速回転に伴う高フープ応力に耐えるだけの表面
近傍圧縮応力を備えていることが望ましい。しかしＡＩ
ＳＩＭ５０は巨大炭化物が基地組織中に散在するため靱
性が低く、研磨等の最終表面加工により表面残留圧縮応
力域が存在するが、その深さは非常に浅い。
から、航空機ジェットエンジン，ガスタービン等の高効
率化が目指され、それに伴い、軸受の使用条件がより一
層厳しくなり、高温高速回転化しつつある。該高温高速
回転用軸受材料として従来セミハイス系のＡＩＳＩＭ５
０が用いられてきたが、現状の使用温度２００℃では軸
受として必要なかたさＨR Ｃ６０をほぼ確保できるもの
の、それ以上の高温化に対してはかたさが不足してい
る。近い将来、航空機ジェットエンジン，ガスタービン
等の軸受は３００℃から４００℃で使用されることが予
測されるが、ＡＩＳＩＭ５０ではこの温度範囲ではＨR
Ｃ５５からＨR Ｃ５９のかたさしか得られず、非常に短
寿命となってしまう。また、高温高速回転化すると軸受
自体の精度も向上させなければならず、僅かなくるいが
大きな事故をもたらすが、ジェットエンジンの事故は人
命にかかわり、発電用タービンの事故は大きな社会問題
となるなど安全面でもさらに注意を払わなければならな
い。したがって、軸受表面のわずかな圧痕および割れ等
が直ちに軸受全体の破壊につながるようなことがあって
はならない。すなわち転がり軸受の内輪，外輪及び転動
体等の転動用部材の芯部は靱性が高いことが望ましく、
また、高速回転に伴う高フープ応力に耐えるだけの表面
近傍圧縮応力を備えていることが望ましい。しかしＡＩ
ＳＩＭ５０は巨大炭化物が基地組織中に散在するため靱
性が低く、研磨等の最終表面加工により表面残留圧縮応
力域が存在するが、その深さは非常に浅い。
【０００３】そこで、ＡＩＳＩＭ５０の粉末焼結鋼化が
行われている。この粉末焼結鋼は、粉末材料の圧粉成形
体を焼結した後、ＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ
Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）による加圧焼結を行って緻密化処
理したものであり、芯部の靱性は改善されるが、高温か
たさが不足することおよび表面圧縮応力域が非常に浅い
ことは改善されない。また、特開平１−２０１４２２で
はＡＩＳＩＭ５０の炭化物を微細化するために鍛錬比２
以上に加工後１１５０℃から１２２０℃で２hr以上の灼
熱を行う高温均質化が提案されていが、やはり高温かた
さが不足することおよび表面圧縮応力域が非常に浅いこ
とは改善されない。特開昭６３−６２８４７ではＡＩＳ
ＩＭ５０の介在物量の制限によるクリーンな環境下での
長寿命下が提案されているが、高温かたさは改善されず
高温環境下での寿命延長はほとんど期待できない。ま
た、芯部の靱性および表面圧縮応力域が非常に浅いこと
は改善されない。近年ＡＩＳＩＭ５０のＣ量を減らし、
組織のバランスを取るためにＮｉを添加したＭ５０Ｎｉ
Ｌが提案されて使用されつつあるが、芯部の靱性及び表
面圧縮応力域の深さは改善されるものの高温かたさは不
足することは改善されていない。
行われている。この粉末焼結鋼は、粉末材料の圧粉成形
体を焼結した後、ＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ
Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）による加圧焼結を行って緻密化処
理したものであり、芯部の靱性は改善されるが、高温か
たさが不足することおよび表面圧縮応力域が非常に浅い
ことは改善されない。また、特開平１−２０１４２２で
はＡＩＳＩＭ５０の炭化物を微細化するために鍛錬比２
以上に加工後１１５０℃から１２２０℃で２hr以上の灼
熱を行う高温均質化が提案されていが、やはり高温かた
さが不足することおよび表面圧縮応力域が非常に浅いこ
とは改善されない。特開昭６３−６２８４７ではＡＩＳ
ＩＭ５０の介在物量の制限によるクリーンな環境下での
長寿命下が提案されているが、高温かたさは改善されず
高温環境下での寿命延長はほとんど期待できない。ま
た、芯部の靱性および表面圧縮応力域が非常に浅いこと
は改善されない。近年ＡＩＳＩＭ５０のＣ量を減らし、
組織のバランスを取るためにＮｉを添加したＭ５０Ｎｉ
Ｌが提案されて使用されつつあるが、芯部の靱性及び表
面圧縮応力域の深さは改善されるものの高温かたさは不
足することは改善されていない。
【０００４】以上のように、現状では今後の高温高速化
に十分対応できる、芯部靱性が高く、表面残留応力域が
十分に深く、かつ高温かたさがより高い材料は開発され
ていない。
に十分対応できる、芯部靱性が高く、表面残留応力域が
十分に深く、かつ高温かたさがより高い材料は開発され
ていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来高温高速回転用軸
受材料として用いられてきたＡＩＳＩＭ５０は基礎組織
中に巨大炭素が存在するため靱性が劣り、今後軸受がよ
り高温で使用されることを考えると高温かたさが不十分
である。また、高温高速回転時に発生するフープ応力に
対しても十分な表面近傍圧縮残留応力を有しない。そこ
で本発明は、ＡＩＳＩＭ５０よりも高温かたさに優れ、
近い将来における予測使用温度である３００℃から４０
０℃でも軸受の長寿命化に必要なかたさＨR Ｃ６０以上
を確保し、ＡＩＳＩＭ５０の２倍以上の高い芯部靱性を
有し、さらに高い表面圧縮応力域を有し、その領域も深
い高温高速回転用軸受材料を用いた転がり軸受を提供す
ることを目的とする。
受材料として用いられてきたＡＩＳＩＭ５０は基礎組織
中に巨大炭素が存在するため靱性が劣り、今後軸受がよ
り高温で使用されることを考えると高温かたさが不十分
である。また、高温高速回転時に発生するフープ応力に
対しても十分な表面近傍圧縮残留応力を有しない。そこ
で本発明は、ＡＩＳＩＭ５０よりも高温かたさに優れ、
近い将来における予測使用温度である３００℃から４０
０℃でも軸受の長寿命化に必要なかたさＨR Ｃ６０以上
を確保し、ＡＩＳＩＭ５０の２倍以上の高い芯部靱性を
有し、さらに高い表面圧縮応力域を有し、その領域も深
い高温高速回転用軸受材料を用いた転がり軸受を提供す
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の高温高速回転用転がり軸受は、内輪，外輪
及び転動体の少なくとも一つを、０．２％≦Ｃ≦２．３
％，Ｓｉ≦１．０％，Ｍｎ≦１．０％，２．０％≦Ｃｒ
≦７．０％，４．０％≦Ｗ≦２２．０％Ｍｏ≦１０．０
％，０．５％≦Ｖ≦６．０％，Ｃｏ≦１８．０％、残部
Ｆｅ及び不可避不純物からなる高速度鋼に８００℃以上
１２００℃未満の温度域で浸炭または浸炭窒化が施され
引き続いて焼入れ焼戻しされた軸受材料により構成して
いる。
に、本発明の高温高速回転用転がり軸受は、内輪，外輪
及び転動体の少なくとも一つを、０．２％≦Ｃ≦２．３
％，Ｓｉ≦１．０％，Ｍｎ≦１．０％，２．０％≦Ｃｒ
≦７．０％，４．０％≦Ｗ≦２２．０％Ｍｏ≦１０．０
％，０．５％≦Ｖ≦６．０％，Ｃｏ≦１８．０％、残部
Ｆｅ及び不可避不純物からなる高速度鋼に８００℃以上
１２００℃未満の温度域で浸炭または浸炭窒化が施され
引き続いて焼入れ焼戻しされた軸受材料により構成して
いる。
【０００７】
【作用】本発明者らは、先ず近い将来の予測使用温度範
囲である３００℃から４００℃という高温においても軸
受に必要とされるＨR Ｃ６０以上のかたさを確保できる
信頼性のある材料という観点から高速度鋼を選択した。
図１に示すように成分を限定すれば高速度鋼は従来高温
高速度軸受用鋼 として用いられてきたＡＩＳＩＭ５０
及びＭ５０ＮｉＬでは得ることのできない４００℃でＨ
R Ｃ６０という高い高温かたさを確保できる。
囲である３００℃から４００℃という高温においても軸
受に必要とされるＨR Ｃ６０以上のかたさを確保できる
信頼性のある材料という観点から高速度鋼を選択した。
図１に示すように成分を限定すれば高速度鋼は従来高温
高速度軸受用鋼 として用いられてきたＡＩＳＩＭ５０
及びＭ５０ＮｉＬでは得ることのできない４００℃でＨ
R Ｃ６０という高い高温かたさを確保できる。
【０００８】本発明において高速度鋼及び粉末焼結高速
度鋼について成分組織を限定した理由を述べる。 Ｃ：０．２％≦Ｃ≦２．３％ Ｃは炭化物を形成し基地をマルテンサイト化することに
より強度を増加させる元素であり本発明では、表面部分
においてはその一部分、とくにマルテンサイトを強化す
るための侵入型固溶元素であるＣおよびＮの多くの部分
は浸炭あるいは浸炭窒化によって与えられるが、十分な
芯部強度を得るためには０．２％以上必要である。一方
２．３％を超えて含有すると炭化物の量が多くなりす
ぎ、靱性が低下する。 Ｓｉ：Ｓｉ≦１．０％ Ｓｉは脱酸剤として必要であるが、あまり多く含有する
と浸炭性および鍛造性を阻害し、靱性を低下させるので
１．０％以下とした。 Ｍｎ：Ｍｎ≦１．０％ Ｍｎは脱酸剤として必要であり焼入れ性を向上させる
が、多量に添加すると靱性を低下させるので１．０％と
した。 Ｃｒ：２．０％≦Ｃｒ≦７．０％ Ｃｒは炭化物を形成し耐摩耗性を向上させるが、その多
くは基地に固溶し焼入れ性を増加させるが、その効果は
２．０％未満では不十分であり７．０％を超えて含有し
ても効果は飽和し、添加効果は上がらない。また、あま
りに多量に含有すると耐焼付き性が低下するので７．０
％以下とした。 Ｗ：４．０％≦Ｗ≦２２．０％ Ｗは硬い炭化物を形成し一部は基地に固溶して焼戻し軟
化抵抗を増大するため高温かたさを増加し、耐摩耗性を
向上させるが、４．０％未満ではその効果は少なく２
２．０％を超えて添加しても効果は飽和して添加効果は
上がらない。 Ｍｏ：Ｍｏ≦１０．０％ ＭｏはＷと同様の性質を示し、Ｍｏ１％はＷ２％に匹敵
し焼戻し軟化抵抗を著しく増大する。しかしあまりに多
く含有すると脱炭や脱Ｍｏが生じやすく、また靱性，耐
摩耗性を低下させるので１０．０％以下とした。 Ｖ：０．５％≦Ｖ≦６．０％ Ｖは焼戻し軟化抵抗を増大し、高硬度炭化物を生成し高
温かたさを増大するが、０．５％未満の含有では効果が
小さい。また、あまりに添加量が多いと研削が困難にな
るので６．０％未満とした。 Ｃｏ：Ｃｏ≦１８．０％ Ｃｏは基地に固溶しＣの固溶量を増加し高温かたさを増
大するが、あまりに多量に含有すると靱性を低下させる
ので１８．０％以下とした。 浸炭及び浸炭窒化温度 該高速度鋼は、焼入れの際に、炭化物が基地に溶解する
ことにより、基地にＣ、Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ等の元素を
多量に固溶させたまま常温に持ち来たらされ、これが５
００℃〜６００℃で行われる焼戻しの際に、極微細な合
金炭化物として析出し、二次硬化現象を起こすことを利
用して開発された高い高温かたさを示す鋼種である。し
たがって、Ｃ、Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ等の元素が多量に添
加されており、これらの元素によって形成された合金炭
化物は安定で容易には基地に溶け込み難い。そこで高速
度鋼は溶融相を生じる温度の少し下の温度である１２０
０℃〜１３５０℃の非常に高温から焼入れされる。しか
し、このうように高い温度で焼入れると、図２に示すよ
うにかたは増すがオーステナイト結晶粒が粗大化するこ
とも影響して、塑性が劣化してしまう。したがって，塑
性を重視するならば１２００℃未満の温度で焼入れるこ
とが必要であるが、これでは逆に固溶Ｃが足りずに高温
かたさが低下してしまう。そこで本発明は固溶Ｃは浸炭
あるいは浸炭窒化で与えることにした。浸炭温度および
浸炭窒化温度は軸受芯部の靱性を確保するために１２０
０℃未満とした。また、８００℃未満では浸炭速度およ
び浸炭窒化速度が非常に遅くなるために１２００℃未満
とした。また、８００℃未満では浸炭速度及び浸炭窒化
速度が非常に遅くなるため、コスト上昇を招くので浸炭
温度および浸炭窒化温度の下限を８００℃とした。ただ
し、浸炭をプラズマ浸炭することにより、更に迅速な浸
炭速度を得ることも可能である。浸炭あるいは浸炭窒化
で固溶Ｃあるいは固溶Ｎを与えることにしたため、芯部
と表面の固溶Ｃ及び固溶Ｎの差が大きくなり、熱処理後
の表面圧縮残留応力が大きくなる。また、表面圧縮残留
応力域の深さもＡＩＳＩＭ５０に比べ非常に大きくな
る。したがって、高温高速回転時に発生する高フープ応
力に対する抵抗力を増大する。
度鋼について成分組織を限定した理由を述べる。 Ｃ：０．２％≦Ｃ≦２．３％ Ｃは炭化物を形成し基地をマルテンサイト化することに
より強度を増加させる元素であり本発明では、表面部分
においてはその一部分、とくにマルテンサイトを強化す
るための侵入型固溶元素であるＣおよびＮの多くの部分
は浸炭あるいは浸炭窒化によって与えられるが、十分な
芯部強度を得るためには０．２％以上必要である。一方
２．３％を超えて含有すると炭化物の量が多くなりす
ぎ、靱性が低下する。 Ｓｉ：Ｓｉ≦１．０％ Ｓｉは脱酸剤として必要であるが、あまり多く含有する
と浸炭性および鍛造性を阻害し、靱性を低下させるので
１．０％以下とした。 Ｍｎ：Ｍｎ≦１．０％ Ｍｎは脱酸剤として必要であり焼入れ性を向上させる
が、多量に添加すると靱性を低下させるので１．０％と
した。 Ｃｒ：２．０％≦Ｃｒ≦７．０％ Ｃｒは炭化物を形成し耐摩耗性を向上させるが、その多
くは基地に固溶し焼入れ性を増加させるが、その効果は
２．０％未満では不十分であり７．０％を超えて含有し
ても効果は飽和し、添加効果は上がらない。また、あま
りに多量に含有すると耐焼付き性が低下するので７．０
％以下とした。 Ｗ：４．０％≦Ｗ≦２２．０％ Ｗは硬い炭化物を形成し一部は基地に固溶して焼戻し軟
化抵抗を増大するため高温かたさを増加し、耐摩耗性を
向上させるが、４．０％未満ではその効果は少なく２
２．０％を超えて添加しても効果は飽和して添加効果は
上がらない。 Ｍｏ：Ｍｏ≦１０．０％ ＭｏはＷと同様の性質を示し、Ｍｏ１％はＷ２％に匹敵
し焼戻し軟化抵抗を著しく増大する。しかしあまりに多
く含有すると脱炭や脱Ｍｏが生じやすく、また靱性，耐
摩耗性を低下させるので１０．０％以下とした。 Ｖ：０．５％≦Ｖ≦６．０％ Ｖは焼戻し軟化抵抗を増大し、高硬度炭化物を生成し高
温かたさを増大するが、０．５％未満の含有では効果が
小さい。また、あまりに添加量が多いと研削が困難にな
るので６．０％未満とした。 Ｃｏ：Ｃｏ≦１８．０％ Ｃｏは基地に固溶しＣの固溶量を増加し高温かたさを増
大するが、あまりに多量に含有すると靱性を低下させる
ので１８．０％以下とした。 浸炭及び浸炭窒化温度 該高速度鋼は、焼入れの際に、炭化物が基地に溶解する
ことにより、基地にＣ、Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ等の元素を
多量に固溶させたまま常温に持ち来たらされ、これが５
００℃〜６００℃で行われる焼戻しの際に、極微細な合
金炭化物として析出し、二次硬化現象を起こすことを利
用して開発された高い高温かたさを示す鋼種である。し
たがって、Ｃ、Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ等の元素が多量に添
加されており、これらの元素によって形成された合金炭
化物は安定で容易には基地に溶け込み難い。そこで高速
度鋼は溶融相を生じる温度の少し下の温度である１２０
０℃〜１３５０℃の非常に高温から焼入れされる。しか
し、このうように高い温度で焼入れると、図２に示すよ
うにかたは増すがオーステナイト結晶粒が粗大化するこ
とも影響して、塑性が劣化してしまう。したがって，塑
性を重視するならば１２００℃未満の温度で焼入れるこ
とが必要であるが、これでは逆に固溶Ｃが足りずに高温
かたさが低下してしまう。そこで本発明は固溶Ｃは浸炭
あるいは浸炭窒化で与えることにした。浸炭温度および
浸炭窒化温度は軸受芯部の靱性を確保するために１２０
０℃未満とした。また、８００℃未満では浸炭速度およ
び浸炭窒化速度が非常に遅くなるために１２００℃未満
とした。また、８００℃未満では浸炭速度及び浸炭窒化
速度が非常に遅くなるため、コスト上昇を招くので浸炭
温度および浸炭窒化温度の下限を８００℃とした。ただ
し、浸炭をプラズマ浸炭することにより、更に迅速な浸
炭速度を得ることも可能である。浸炭あるいは浸炭窒化
で固溶Ｃあるいは固溶Ｎを与えることにしたため、芯部
と表面の固溶Ｃ及び固溶Ｎの差が大きくなり、熱処理後
の表面圧縮残留応力が大きくなる。また、表面圧縮残留
応力域の深さもＡＩＳＩＭ５０に比べ非常に大きくな
る。したがって、高温高速回転時に発生する高フープ応
力に対する抵抗力を増大する。
【０００９】焼入れ温度を低く押えたために炭化物の溶
解量が少なく、固溶金属元素が足りないために二次硬化
量が少ない場合は、該成分範囲内でＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ
等の含有量に対するＣの比率を少なくすればよい。また
粉末焼結化すれば、炭化物が微細化するのでさらに靱性
が増加する。
解量が少なく、固溶金属元素が足りないために二次硬化
量が少ない場合は、該成分範囲内でＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ
等の含有量に対するＣの比率を少なくすればよい。また
粉末焼結化すれば、炭化物が微細化するのでさらに靱性
が増加する。
【００１０】
【実施例】表１に示す高速度鋼、粉末焼結高速度鋼およ
び比較鋼であるＡＩＳＩＭ５０，Ｍ５０ＮｉＬを用いて
表２に示す浸炭等の熱処理を行った。また表２にその結
果得られた特性、すなわち試料表面から深さ０．１５ｍ
ｍの４００℃におけるかたさ、軸受芯部靱性に相当する
浸炭及び浸炭窒化が施されない部分の靱性（アイゾット
衝撃試験）、表面近傍平均残留応力を示した。表面近傍
平均残留圧縮応力は、表面から深さ２ｍｍまでを０．２
５ｍｍ間隔で９点の残留応力をＸ線法で測定し、その平
均値である。
び比較鋼であるＡＩＳＩＭ５０，Ｍ５０ＮｉＬを用いて
表２に示す浸炭等の熱処理を行った。また表２にその結
果得られた特性、すなわち試料表面から深さ０．１５ｍ
ｍの４００℃におけるかたさ、軸受芯部靱性に相当する
浸炭及び浸炭窒化が施されない部分の靱性（アイゾット
衝撃試験）、表面近傍平均残留応力を示した。表面近傍
平均残留圧縮応力は、表面から深さ２ｍｍまでを０．２
５ｍｍ間隔で９点の残留応力をＸ線法で測定し、その平
均値である。
【００１１】表面近傍平均残留応力は、比較鋼Ｘ（ＡＩ
ＳＩＭ５０）及び比較鋼Ｙ（Ｍ５０ＮｉＬ）がそれぞれ
−８２ＭＰａ，−２１８ＭＰａであるのに対し、発明鋼
はすべて−２２５ＭＰａから−３９３ＭＰａの間にあ
り、発明鋼は比較鋼に比べて大きな圧縮残留応力を有す
ることが解る。また発明鋼はＭ５０ＮｉＬに比べて短時
間浸炭処理でより大きな表面近傍平均残留応力を得られ
ることが解る。
ＳＩＭ５０）及び比較鋼Ｙ（Ｍ５０ＮｉＬ）がそれぞれ
−８２ＭＰａ，−２１８ＭＰａであるのに対し、発明鋼
はすべて−２２５ＭＰａから−３９３ＭＰａの間にあ
り、発明鋼は比較鋼に比べて大きな圧縮残留応力を有す
ることが解る。また発明鋼はＭ５０ＮｉＬに比べて短時
間浸炭処理でより大きな表面近傍平均残留応力を得られ
ることが解る。
【００１２】表２の軸受芯部靱性と試料表面から深さ
０．１５ｍｍの４００℃におけるかたさを図３にまとめ
た。比較鋼Ｘ（ＡＩＳＩＭ５０）および比較鋼Ｙ（Ｍ５
０ＮｉＬ）がＨR Ｃ５５程度のかたさしか示さないのに
対し、発明鋼はすべて軸受に必要なＨR Ｃ６０のかたさ
を４００℃においても維持し、また比較鋼Ｘ（ＡＩＳＩ
Ｍ５０）の２倍以上、比較鋼Ｙ（Ｍ５０ＮｉＬ）と同等
の軸受の芯部靱性を示すことが解る。
０．１５ｍｍの４００℃におけるかたさを図３にまとめ
た。比較鋼Ｘ（ＡＩＳＩＭ５０）および比較鋼Ｙ（Ｍ５
０ＮｉＬ）がＨR Ｃ５５程度のかたさしか示さないのに
対し、発明鋼はすべて軸受に必要なＨR Ｃ６０のかたさ
を４００℃においても維持し、また比較鋼Ｘ（ＡＩＳＩ
Ｍ５０）の２倍以上、比較鋼Ｙ（Ｍ５０ＮｉＬ）と同等
の軸受の芯部靱性を示すことが解る。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、近い将
来予想される４００℃という高温の使用条件にも耐え得
る、４００℃でＨR Ｃ６０以上という高い高温かたさを
有し、高い芯部靱性および大きな表面近傍圧縮残留応力
を有する軸受材料を用いた転がり軸受であるため、高温
で高速回転する転がり軸受の長寿命化が達成され、耐事
故性も向上する。
来予想される４００℃という高温の使用条件にも耐え得
る、４００℃でＨR Ｃ６０以上という高い高温かたさを
有し、高い芯部靱性および大きな表面近傍圧縮残留応力
を有する軸受材料を用いた転がり軸受であるため、高温
で高速回転する転がり軸受の長寿命化が達成され、耐事
故性も向上する。
【図１】従来鋼（ＡＩＳＩＭ５０，Ｍ５０ＮｉＬ）と高
速度鋼の高温かたさを示す線図である。
速度鋼の高温かたさを示す線図である。
【図２】高速度鋼（ＳＫＨ９）の靱性および焼戻しかた
さに及ぼす焼入れ温度の影響を示す線図である。
さに及ぼす焼入れ温度の影響を示す線図である。
【図３】発明鋼と比較鋼の芯部靱性と深さ０．１５ｍｍ
の４００℃におけるかたさを示す図である。
の４００℃におけるかたさを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山村 賢二 神奈川県藤沢市鵠沼神明３−６−10
Claims (1)
- 【請求項１】 内輪，外輪及び転動体からなる転がり軸
受において、前記内輪，外輪及び転動体の少なくとも一
つが、０．２％≦Ｃ≦２．３％，Ｓｉ≦１．０％，Ｍｎ
≦１．０％，２．０％≦Ｃｒ≦７．０％，４．０％≦Ｗ
≦２２．０％Ｍｏ≦１０．０％，０．５％≦Ｖ≦６．０
％，Ｃｏ≦１８．０％、残部Ｆｅ及び不可避不純物から
なる高速度鋼に８００℃以上１２００℃未満の温度域で
浸炭または浸炭窒化が施され引き続いて焼入れ焼戻しさ
れた軸受材料により構成されていることを特徴とする高
温高速回転用転がり軸受。
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|---|---|---|---|
| JP15967493A JP3241491B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 高温高速回転用転がり軸受 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15967493A JP3241491B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 高温高速回転用転がり軸受 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0719252A true JPH0719252A (ja) | 1995-01-20 |
| JP3241491B2 JP3241491B2 (ja) | 2001-12-25 |
Family
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|---|---|---|---|
| JP15967493A Expired - Fee Related JP3241491B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 高温高速回転用転がり軸受 |
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-
1993
- 1993-06-29 JP JP15967493A patent/JP3241491B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-06-28 GB GB9412953A patent/GB2284616B/en not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-07-26 US US08/507,748 patent/US5560787A/en not_active Expired - Fee Related
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| GB2284616A (en) | 1995-06-14 |
| GB9412953D0 (en) | 1994-08-17 |
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