(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定輪と回転輪との間に複数の転動体を配置して用いられる転がり軸受において、前記固定輪、回転輪、転動体のうちの少なくとも一つが、重量比でＣ＝０．６５〜１．２０％、Ｓｉ＝０．０５〜０．７０％、Ｍｎ＝０．２〜１．５％、Ｃｒ＝０．１５〜２．０％、Ｔｉ＝０．０５〜０．４０％、Ｎ≦０．０１％、並びに不可避的不純物元素を含有し、かつ、１１５０〜１３５０℃の温度域に加熱して溶体化処理され、平均粒径が２０ｎｍ以下のＴｉ炭化物およびＴｉ炭窒化物のうちの少なくとも一方が少なくとも表面近傍に面積率で０．５〜２０．１％分散析出され、残留オーステナイト量を２０％以下とした鋼からなることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記Ｔｉ炭化物又はＴｉ炭窒化物の平均粒径が１０ｎｍ以下である鋼からなることを特徴とする請求項１の転がり軸受。
【請求項３】
前記Ｔｉ炭化物又はＴｉ炭窒化物の平均粒径が５ｎｍ以下である鋼からなることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項４】
平均粒径２０ｎｍ以下のＴｉ炭化物又はＴｉ炭窒化物が１００個／１μｍ2以上析出された鋼からなることを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項５】
前記鋼の残留オーステナイト量を５〜２０％とした請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受に係わり、特に、自動車、農業機械、建設機械および鉄鋼機械等のトランスミッション、エンジン用等に使用される転がり軸受の寿命向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、転がり軸受用の材料としてはＪＩＳに規定された高炭素クロム軸受鋼があげられるが、このうちＳＵＪ２が一般的に用いられている。ＳＵＪ２は焼入れ、焼戻し処理され、表面硬さをＨＲＣ６２程度とし、残留オーステナイト量を約１０％として用いられている。
【０００３】
しかしながら、軸受潤滑油中には金属の切粉、削り屑、バリおよび摩耗粉などの様々な異物が混入しやすく、潤滑油中に異物が混入すると、クリーン潤滑下と比べて転がり寿命が著しく低下する。このような異物が混入した転がり軸受の使用環境下では、転がり軸受の軌道輪および転動体の軌道面に圧痕（損傷）を生じてしまい、これを起点としてフレーキングが発生するので、軸受の寿命が著しく短くなる。
【０００４】
これらの実験的研究として、「異物混入条件と転がり疲れ寿命」（ＮＳＫテクニカルジャーナルＮｏ．６５５，ｐ１７〜２４、１９９３年）に示されているように、異物の量、異物の硬さ、異物の大きさにより、クリーン潤滑下と比較して、約１／８まで低下するということが挙げられる。これは、自動車の変速機用歯車などにみられるピッチングのように、軸受の軌道面が異物の侵入および転がり疲れの影響により、軌道面に数十から数百μｍ以上の微小圧痕を生じ、この圧痕を起点としてフレーキングへ進展し、転がり疲れを低下させている現象を再現している。
【０００５】
特開平１−２５５６５０号公報は、Ｃを１．１〜１．５重量％、Ｓｉを１．０〜２．０重量％、Ｃｒを０．７〜１．３重量％含有する鋼の硬さをＨＲＣ６４以上とすることにより、焼戻し軟化抵抗性を高め、短寿命要因となる塑性変形を起こしにくくした軸受鋼を開示している。
【０００６】
特開平３−２４２４６号公報は、Ｎを０．０１５〜０．１０重量％、Ｔｉを０．００１重量％以下とする高炭素クロム軸受鋼を開示している。この高炭素クロム軸受鋼ではＮを多く添加することにより焼入れの際の残留オーステナイト量を増加させ、また転がり寿命に有害となる介在物ＴｉＮの生成を抑制している。
【０００７】
特開平９−５３１６９号公報は、Ｃを０．１〜０．２５％、Ｓｉを０．２〜０．４％、Ｍｎを０．３〜０．９％、Ｃｒを０．５〜０．９％含有し、さらにＮｉを０．３〜４．０％、Ｔｉを０．０１〜０．３％、Ｎｂを０．０１〜０．３％、Ｖを０．０１〜０．３％、Ｚｒを０．０１〜０．３％のうち少なくとも１種以上を含み、かつ、表面硬度をＨｖ６５０〜８００とした肌焼用鋼管を開示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特開平１−２５５６５０号公報に記載の軸受においては、表面硬さをＨＲＣ６４以上とすることにより、マトリックスが強化され、更に異物をかみ込んでも表面に圧痕を小さくするとあるが、硬度の高い異物が侵入した場合や大きな圧痕が侵入した場合では、逆にシビアな圧痕が軌道面に生じやすくなり、また、表面硬度が高いため圧痕縁から発生するき裂の進展が速くなるという逆の効果もあり、寿命向上が期待できない。
【０００９】
また、特開平３−２４２４６号公報に記載の軸受においては、材料の靭性が高くなるため、き裂の伝ぱを遅らせることが期待できるが、異物などが軸受軌道面内に侵入した場合は、圧痕が生じやすくなるため、寿命向上が期待できない。またクリーン潤滑下でもＴｉＮの生成を成果させるのみで、高接触面圧下にて発生する組織変化を遅らせることはできないため、長寿命を期待できない。
【００１０】
さらに、特開平９−５３１６９号公報に記載の浸炭焼入部品においては、単純にＴｉやＶなどの合金元素を添加しているため、材料自体の耐衝撃性や高靭性を有するが、上記添加の組み合わせでは微細な炭化物の生成が期待できず、異物が軌道面に侵入した場合は圧痕が軌道面生じやすくなり、早期はくりを十分に防止することができない。
【００１１】
また、軸受に高接触応力が作用した場合では、Ｈ．Ｓｗａｈｎらの「Ｍｅｔａｌｌｕｇｉｃａｌ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  Ａ  ｖｏｌｕｍｅ  ７Ａ，Ａｕｇｕｓｔ（１９７６）１０９９−１１１０，Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ  ＤｅｃａｙＤｕｒｉｎｇ  Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｆａｔｉｇｕｅ  ｉｎ  Ｂａｌｌ  Ｂｅａｒｉｎｇ」の報告にみられるように、軸受軌道面下の約１００〜３００μｍに組織変化と呼ばれる腐食液にて腐食されにくい層が発生し、この組織変化を起因としてフレーキングに至るという問題があった。
【００１２】
転がり軸受に水が混入した場合の寿命低下の事例として、Ｊ．Ａ．Ｃｉｒｕｒａらの「Ｗｅａｒ，２４（１９７３）１０７−１１８，Ｔｈｅ  Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｒｏｌｌｉｎｇ  Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｆａｔｉｇｕｅ  Ｌｉｆｅ  ｏｆ  ＡＩＳＩ  ５２１００  ａｎｄ  ４４０Ｃ  Ｓｔｅｅｌ  Ｂａｌｌｓ」によると、４球転がり試験において、潤滑油に水を混入させた試験では混入前と比較して寿命が約１／１０に低下した試験や、また水素チャージを行った鋼球での転がり疲労試験では、ステンレス鋼鋼球が軸受鋼２種鋼球より長寿命であるとある。しかしながら、長寿命化対策としてステンレス鋼鋼球を用いることは、軸受鋼２種鋼球使用と比較して高価であるため実用的ではないという問題があった。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、軌道面に圧痕を生じにくく、また転動疲労中の組織変化を抑制し、焼入れ時の結晶粒の粗大化を抑制することができ、異物混入潤滑下から更に清浄潤滑下におかれた場合であっても長寿命で高信頼性であり、さらに水侵入による腐食ピッチング発生下の条件においても腐食ピッチング（水素誘起割れ含む）を起こしにくい長寿命の転がり軸受を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として本発明に係る転がり軸受は、固定輪と回転輪との間に複数の転動体を配置して用いられる転がり軸受において、前記固定輪、回転輪、転動体のうちの少なくとも一つが、重量比でＣ＝０．６５〜１．２０％、Ｓｉ＝０．０５〜０．７０％、Ｍｎ＝０．２〜１．５％、Ｃｒ＝０．１５〜２．０％、Ｔｉ＝０．０５〜０．４０％、Ｎ≦０．０１％、並びに不可避的不純物元素を含有し、かつ、１１５０〜１３５０℃の温度域に加熱して溶体化処理され、平均粒径が２０ｎｍ以下のＴｉ炭化物およびＴｉ炭窒化物のうちの少なくとも一方が少なくとも表面近傍に面積率で０．５〜２０．１％分散析出され、残留オーステナイト量を２０％以下とした鋼からなることを特徴とする。
【００１５】
本発明の転がり軸受においては、Ｔｉを０．０５〜０．４０重量％添加することにより鋼中に平均粒径２０ｎｍ以下の微細なＴｉ炭化物およびＴｉ炭窒化物を分散析出させているので、合金のマトリックスがこれにより強化されて硬くなり、軌道面に圧痕が生じにくくなる。
【００１６】
また、微細なＴｉ炭化物やＴｉ炭窒化物などの分散析出によって靭性を高めているので、き裂が発生した場合であってもき裂の伝播を遅らせることができ、さらにマトリックス疲労による組織変化を抑制し又は遅延させることにより転がり寿命が大幅に向上する。
【００１７】
さらに、水が侵入した潤滑環境下であっても、平均粒径２０ｎｍ以下のＴｉＣおよびＴｉＣＮが水素トラップサイトとしてＴｉＣ界面およびＴｉＣＮ界面で水素を分散吸着し、欠陥をつくりにくくし、また、き裂先端の塑性変形域の水素濃度を低下させるため、腐食ピッチング（水素誘起割れ含む）を遅延させることができる。
【００１８】
以下、軸受鋼の各成分の限定理由についてそれぞれ述べる。
【００１９】
１）Ｃ；０．６５〜１．２０％
Ｃは転がり軸受として要求される硬さを付与する元素である。Ｃ含有量が０．６５％を下回ると、転がり軸受として要求される硬さＨＲＣ５９以上を確保できない場合がある。一方、Ｃ含有量が１．２０％を上回ると、巨大炭化物が生成しやすくなり、疲労寿命及び衝撃荷重が低下する場合がある。
【００２０】
２）Ｓｉ；０．０５〜０．７０％
Ｓｉは組織変化の遅延、及び焼入れ性を向上させる元素である。Ｓｉ含有量が０．０５％を下回ると鋼の脱酸処理が不十分になり、一方、これが０．７０％を上回ると加工性が著しく低下する。
【００２１】
３）Ｍｎ；０．２〜１．５％
Ｍｎは鋼の焼入れ性に効果のある元素である。Ｍｎ含有量が０．２％を下回ると焼入れ性が不足し、一方、これが１．５％を上回ると加工性が低下する。
【００２２】
４）Ｃｒ；０．１５〜２．０％
Ｃｒは焼入れを向上させ且つ炭化物球状化を促進させる元素である。Ｃｒは少なくとも０．１５％以上を含有させる必要があるが、２．０％を超えて含有させると、析出炭化物が粗大化して平均結晶粒が大きくなりすぎ、また被削性を劣化させる場合がある。
【００２３】
５）Ｔｉ；０．０５〜０．４０％
Ｔｉは鋼中にＴｉ炭化物およびＴｉ炭窒化物の形態で微細に分散析出し、軸受の転がり寿命を向上させる重要な添加元素である。また、Ｔｉは焼入れ時の結晶粒の粗大化を抑制する効果があり、さらに水素トラップサイトとしての効果もある。Ｔｉ含有量が０．０５％を下回ると、その多くは１μｍ以上のＴｉ窒化物及び又はＴｉ炭窒化物の形態で析出してしまうので、Ｔｉ炭化物やＴｉ炭窒化物の形態での分散析出効果が不十分になる。一方、Ｔｉ含有量が０．４０％を上回ると、加工性が低下するとともに、転がり寿命を低下させる５μｍ以上の介在物（ＴｉＮ），（ＴｉＳ）の個数が増加し、軸受の転がり寿命を低下させる。
【００２４】
６）Ｎ；０．０１％以下
Ｎは転がり寿命向上に、Ｔｉ炭化物、Ｔｉ炭窒化物の微細分散による分散強化効果が大きいが、Ｎ量が増加すると１μｍ以上のＴｉ炭窒化物やＴｉ窒化物が増加し、２０ｎｍ以上のＴｉ炭化物、Ｔｉ炭窒化物量が減少してしまう。
【００２５】
７）その他の不可避的不純物元素
Ｐ≦０．０２％
不可避的不純物元素のうちＰは、軸受の転がり寿命及び靭性を低下させる元素であるため、その上限値を０．０２％とした。
【００２６】
Ｓ≦０．０２％
不可避的不純物元素のうちＳは、被削性を向上させる元素であるが、Ｍｎ及びＴｉと結合して軸受の転がり寿命を低下させる硫化物系介在物を生成するため、その上限値を０．０２％とした。
【００２７】
Ｏ≦０．００１６％
不可避的不純物元素のうち酸素は、鋼中において酸化物系の介在物を生成し、軸受の転がり寿命を低下させる元素であるので、その上限値を０．００１６％とした。
【００２８】
８）Ｔｉ系析出物の平均粒径；２０ｎｍ以下
Ｔｉ炭化物およびＴｉ炭窒化物は、鋼中に分散析出して合金の基地を強化し、耐疲労性及び耐摩耗性を向上させるので、これらの析出物は微細であればあるほどその効果が増大する。
【００２９】
図２に示すように、析出ＴｉＣ，ＴｉＣＮの平均粒径が２０ｎｍ以下となる領域では軸受のＬ10寿命が飛躍的に延びることが判明した。
【００３０】
また、Ｔｉ炭化物およびＴｉ炭窒化物の析出密度は大きくなればなるほど耐疲労性及び耐摩耗性が増大する。
【００３１】
図３に示すように、本発明の転がり軸受を構成する鋼からレプリカを抽出し、それをＴＥＭ観察したところによれば１μｍ2 （０．２０μｍ2 ×５視野）あたりに平均粒径２０ｎｍ以下の析出ＴｉＣ又はＴｉＣＮが１００個以上も観察された。表２にその面積率を示す。この表２から明らかなように、粒径２０ｎｍ以下の析出ＴｉＣ又はＴｉＣＮの面積率が約０．５〜２０％程度にあることが好ましい。なお、この観察法としては画像解析装置にそのＴｉＣ，ＴｉＣＮの像を取り込み、単位面積当りの面積率で求めた。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面及び表を参照しながら本発明の好ましい実施の形態につきそれぞれ説明する。
【００３３】
実施例１〜１５及び比較例１〜１５として用いた供試材の化学成分を表１にそれぞれ示す。実施例１〜１５の供試材は本発明の範囲の組成をいずれも満たしているが、比較例１〜１５の供試材は本発明の範囲の組成から外れており、とくに成分中Ｔｉ及びＮのいずれか一方又は両方が外れている。このような表１に示す組成の鋼を用いて軸受内輪を製作し、各内輪を組み込んだ軸受を寿命試験にそれぞれ供試し、寿命を評価した結果につき説明する。
【００３４】
先ず、実施例１〜１５及び比較例１〜１５の供試材を１１５０〜１３５０℃の温度域に加熱して溶体化処理し、Ｔｉを合金基地中に完全固溶させた。その後、８５０〜９５０℃の温度域にて焼ならしを行ない球状化焼鈍を経て、ＴｉＣを微細に分散析出させた。この内輪と外輪は、表１の材料を冷間加工し、通常熱処理（８４０℃で焼入れ加熱、油冷却後、１８０℃にて焼戻し）を行った。
【００３５】
鋼中に分散析出したＴｉＣ及びＴｉＣＮの確認には次の方法を用いた。
【００３６】
熱処理後の軸受を切断し、この断面をバフ研磨し、ナイタール腐食を行った後、アセチルセルロースにてＴｉ炭化物等を抽出し、その後カーボン蒸着を行い、抽出レプリカ観察をおこなった。ＴｉＣ又はＴｉＣＮの平均粒径ならびに面積率を求めるために、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて倍率２０万倍の視野で観察した。このＴＥＭ観察においては１視野が０．２０μｍ2 にあたるので、合計５視野（合計視野１μｍ2 ）につき観察し、析出物の平均粒径および個数をそれぞれ求めた。その結果、図３に示すように、実施例１〜１５の組成の軸受鋼において、平均粒径が２０ｎｍ以下のＴｉＣ及びＴｉＣＮが合計視野１μｍ2 につき１００個以上も観察された。表２に平均粒径２０ｎｍ以下の析出ＴｉＣ，ＴｉＣＮの面積率（％）の結果を示す。
【００３７】
なお、内輪の表面硬さはＨＲＣ５９〜６４、残留オーステナイト量は５〜２０％、軌道表面粗さは０．０１〜０．０３μｍＲａである。さらに、本実施例および比較例ともに外輪と転動体は同じ軸受鋼として熱処理を施し、外輪および転動体の表面硬さをともにＨＲＣ５９〜６４、外輪は表面粗さを０．０１〜０．０３μｍＲａ、転動体は表面粗さを０．００３〜０．０１０μｍＲａとした。
【００３８】
次に、実施例１〜１５の軸受と比較例１〜１５の軸受とにつき下記条件の実験１〜３を通して寿命試験した結果につき説明する。
【００３９】
実験１〜３では図１に示す片もち型寿命試験機１をそれぞれ用いた。この片もち型寿命試験機１においては、被験体となる軸受１０はハウジング３内に収納され、外輪１１はハウジング３に固定され、内輪１２は回転シャフト４に嵌め込まれている。回転シャフト４を図示しないモータで回転させると、内輪１２が回転するとともに、ボール１３が転動するようになっている。ハウジング３には負荷シャフト６が連結され、さらに負荷シャフト６には負荷レバー５が連結されている。負荷レバー５を水平支軸５ａまわりに揺動させると、負荷シャフト６を介してハウジング３に固定された外輪１１に所定の荷重が負荷されるようになっている。
【００４０】
ハウジング３内には潤滑油供給回路２１に連通する油吐出部２５が導入され、潤滑油８が軸受１０に向けて吐出供給されるようになっている。油吐出部２５の供給回路２１は油槽２０に連通し、油槽２０は潤滑油８としてタービン油ＶＧ６８を収容している。油槽２０には補給回路２７を介して潤滑油８が毎時５ｃｃの割合で補給されるようになっている。
【００４１】
なお、この補給回路２７を介して鉄粉や水などの異物を油槽２０内の潤滑油８のなかに故意に添加混入するようにしてもよい。供給回路２１には下流側から順に流量計２２、ポンプ２３、フィルタ２４ａ，２４ｂが設けられている。また、ハウジング３及び油吐出部２５はチャンバ２によって取り囲まれ、チャンバ２内に落下した余剰の潤滑油８が回収回路２６を介して油槽２０に回収されるようになっている。
【００４２】
このような片もち型寿命試験機は、「異物混入条件と転がり疲れ寿命」（ＮＳＫテクニカルジャーナルＮｏ．６５５，ｐ１７〜２４、１９９３年）に記載されたものと実質的に同じ構成をなすものである。なお、試験軸受としては深溝玉軸受（６２０６タイプ）を、試験荷重としてはＦｒ＝９００ｋｇｆを、試験回転数は３９００ｒｐｍを、潤滑油としてはタービン油ＶＧ６８を使用した。
【００４３】
（実験１）
異物の種類としてＨｖ７３０の１％スチールビーズ（大きさ４４〜７４μｍ）を０．００５ｇだけ潤滑油に添加混入し、軸受を異物混入潤滑条件下で回転させて軌道輪に初期圧痕をつけた。その軸受を洗浄分解し、外輪および転動体のみを新品に交換し、圧痕の付いた内輪をもつ軸受を製作した。次いで、この軸受を異物混入無しのクリーン潤滑条件下で耐久試験を行った。
【００４４】
実験１の耐久試験は各々１０回ずつおこなった。耐久試験では初期振動値の５倍となった時点で試験を中断し、フレーキングを確認することにより試験終了の判定をおこなった。このときの軸受の計算寿命は約４５時間であった。よって、試験打ち切り時間を計算寿命の約３倍の１５０時間に設定した。
【００４５】
表２に、鋼中に析出したＴｉ炭化物とＴｉ炭窒化物の平均粒径（ｎｍ）、その面積率及び実験１の試験結果を示す。この表２より明らかなように、実施例１〜５は鋼中のＴｉ炭化物、Ｔｉ炭窒化物の平均粒径は２０ｎｍ以下であり、また軸受寿命Ｌ10は、すべて計算寿命より長く、５０時間以上となっている。これは比較例１〜１５のＬ10寿命よりも長寿命である。また、実施例６〜１０は鋼中のＴｉ炭化物、Ｔｉ炭窒化物の平均粒径が１０ｎｍ以下であり、また軸受寿命Ｌ10は１００時間程度であり、比較例１〜１５と比べ長寿命となった。さらに、実施例１１〜１５は鋼中のＴｉ炭化物、Ｔｉ炭窒化物の平均粒径が５ｎｍ以下であり、試験時間が１５０時間を超えても軸受各部に剥離をまったく生じないので、その後の試験を打ち切った。
【００４６】
比較例１〜１５においては、すべての軸受のＬ10寿命が計算寿命以下となっており、はくり部位はすべて異物による圧痕起点であった。比較例３に関しては、Ｔｉ量が０．１２重量％であったが、溶体化処理を行っていないため、微細なＴｉＣ又はＴｉＣＮが分散しなかったため、短寿命であった。その他の比較例は、ＴｉとＮの量が適当でなかったため、２０ｎｍ以下の微細なＴｉＣ，ＴｉＣＮが分散しなかった。従って、比較例１〜１５に関して、鋼中に２０ｎｍ以下のＴｉ炭化物、Ｔｉ炭窒化物を生成することができなかったため、シビアな圧痕が軌道面に生じやすくなり、またき裂の伝ぱも速く、長寿命とはならなかった。
【００４７】
（実験２）
実験２は、異物を混入しない油潤滑（ＶＧ６８）のみのクリーン潤滑条件下で行なった。試験機と試験軸受型番及び試験荷重と回転数は上記の実験１と同じである。試験に用いた軸受としては、表１に示した実施例１、７、１４と、比較例１、８、１５の化学成分の軸受内外輪を用い、転動体のみ通常の軸受鋼２種を用いた。実験２の耐久試験は各々１０回ずつおこなった。さらに、試験の終了の判定は、初期振動値の５倍となった時点にて試験を中断し、フレーキングを確認することによりおこなった。試験打ち切り時間は１０００時間とした。
【００４８】
表３に示すように、実験２の結果において、実施例１ではＬ10寿命が９８７時間（うち、２／１０内輪はくり）となり、実施例７ではＬ10寿命が１０００時間（うち、１／１０内輪はくり）を超えた。さらに、実施例１４では１５００時間に達しても軸受各部に剥離をまったく生じなかった。これに対して比較例１ではＬ10寿命が４２７時間（うち、５／１０内輪はくり）であり、比較例８では、Ｌ10寿命が４５６時間（うち、４／１０内輪はくり）であり、さらに比較例１５ではＬ10寿命が４７８時間（うち、４／１０内輪はくり）であった。
【００４９】
また、実施例１、７、１４及び比較例１、８、１５とも４００時間までで試験を打ち切り、軸受軌道輪中心を円周方向に切断し、腐食後ミクロ組織の観察を行った結果、実施例には組織変化は発生していなかったのに対し、比較例ではすべて組織変化が観察された。
【００５０】
（実験３）
実験３は、潤滑油ＶＧ６８中に水を１％混入させた潤滑下にて行った。試験機と試験軸受型番及び試験荷重・回転数は実験１と同一である。試験に用いた軸受としては、表１に示した実施例１、７、１４と、比較例１、８、１５の化学成分の軸受内外輪を用い、転動体のみ通常の軸受鋼２種を用いた。実験３の耐久試験は各々１０回ずつおこなった。さらに、試験の終了の判定は、初期振動値の５倍となった時点にて試験を中断し、フレーキングを確認することによりおこなった。
【００５１】
表４に示すように、実験３の結果において、実施例１ではＬ10寿命が４１２時間（うち４個内輪、４個外輪、計８／１０はくり）であり、実施例７ではＬ10寿命が５０１時間（うち３個内輪、３個外輪、計６／１０はくり）であり、さらに実施例１４ではＬ10寿命が６２５時間（うち３個内輪、３個外輪、計６／１０はくり）であった。これに対し、比較例１ではＬ10寿命が１６２時間（うち、５個内輪、５個外輪、計１０／１０内輪はくり）であり、比較例８ではＬ10寿命が１７８時間（うち、５個内輪、５個外輪、計１０／１０内輪はくり）であり、さらに比較例１５ではＬ10寿命が１８５時間（うち、５個内輪、５個外輪、計１０／１０内輪はくり）であった。
【００５２】
実施例１，７，１４ではＴｉＣ又はＴｉＣＮの平均粒径がそれぞれ１７ｎｍ，８ｎｍ，５ｎｍであったのに対し、比較例１ではＴｉＣ又はＴｉＣＮが生成しておらず、また、比較例８、１５ではＴｉＣ又はＴｉＣＮの平均粒径が１２９ｎｍ，９６ｎｍと実施例と比較して大きかった。このため、比較例１，８，１５では水素を分散吸着することができず、長寿命とならなかった。
【００５３】
図２は、横軸に鋼中に分散析出したＴｉ系析出物の平均粒径（ｎｍ）をとり、縦軸に軸受のＬ10寿命（時間）をとって析出物の平均粒径がＬ10寿命に及ぼす影響について調べた結果をプロットした特性相関図である。この図から明らかなように、析出ＴｉＣ，ＴｉＣＮの平均粒径が２０ｎｍ以下となる領域では軸受のＬ10寿命が飛躍的に延びることが判明した。
【００５４】
このように鋼中に平均粒径２０ｎｍ以下のＴｉ炭化物、Ｔｉ炭窒化物等を微細に分散させることにより、軸受の軌道面に圧痕が生じにくくなる。また、圧痕を起点としてき裂が生じた場合であってもき裂の伝播が遅くなる。さらに、マトリックス疲労による組織変化を抑制し遅延させるため、異物混入潤滑条件下からさらにクリーン潤滑条件下においても、比較例の従来型軸受に比べて大幅に転がり寿命を延長することができた。
【００５５】
また、水侵入下においても、２０ｎｍ以下のＴｉＣ，ＴｉＣＮが水素トラップサイトとしてＴｉＣ界面又はＴｉＣＮ界面で水素を分散吸着し、欠陥をつくりにくくし、またき裂先端の塑性変形域の水素濃度を低下させるため、腐食ピッチング（水素誘起割れ含む）を遅延させることができた。
【００５６】
今回、実施例１〜１５に用いた材料は、軸受鋼の通常熱処理を行い、軸受の残留オーステナイト量を５〜２０％としたが、さらに軸受の残留オーステナイト量を５％以下とした寸法安定処理を施した軸受に関しても同様な効果が得られる。
【００５７】
本発明の転がり軸受においては、固定輪、回転輪、転動体のうちの少なくとも一つが上記の組成と組織をそれぞれ満たすものであればよく、このような範囲内で種々の変形が可能である。例えば、最も損傷を受けやすい内輪を、重量比でＣ＝０．６５〜１．２０％、Ｓｉ＝０．０５〜０．７０％、Ｍｎ＝０．２〜１．５％、Ｃｒ＝０．０１５〜２．０％、Ｔｉ＝０．０５〜０．４０％、Ｎ≦０．０１％の組成を満たし、かつ、平均粒径２０ｎｍ以下のＴｉ炭化物およびＴｉ炭窒化物を鋼中に分散析出させ、さらに、この平均粒径２０ｎｍ以下のＴｉ炭化物は１μｍ2 （０．２０μｍ2 ×５視野）あたり５００個以上の密度で分散させた組織の鋼とするだけで、軸受全体のＬ10寿命が大幅に延長される。
【００５８】
【表１】
0003728887.tif 000002
【００５９】
【表２】
0003728887.tif 000003
【００６０】
【表３】
0003728887.tif 000004
【００６１】
【表４】
0003728887.tif 000005
【００６２】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、Ｔｉを０．０５〜０．４０％添加することにより、軌道輪表面ならびに鋼中に平均粒径２０ｎｍ以下のＴｉ炭化物、Ｔｉ炭窒化物を図３に示すように１μｍ2（０．２０μｍ2×５視野）あたりに１００個以上を、その面積率が０．５〜２０．１％になるように微細に分散させることにより、潤滑油膜中に異物が侵入したときであっても軌道面に圧痕を生じにくい。
【００６３】
また、軌道面にき裂が発生したときであっても靭性が高いため、き裂の伝播を遅らせる作用がはたらき、それだけ寿命が延長される。
【００６４】
また、マトリックス疲労による組織変化を抑制し、遅延させることにより、軸受の寿命低下を防ぐことができ、従来品と比べて長寿命となる。
【００６５】
また、水侵入下においても、平均粒径２０ｎｍ以下のＴｉ炭化物やＴｉ炭窒化物が水素トラップサイトとしてＴｉＣ界面又はＴｉＣＮ界面で水素を分散吸着し、欠陥をつくりにくくし、またき裂先端の塑性変形域の水素濃度を低下させるため、腐食ピッチング（水素誘起割れ含む）を遅延させる効果がある。
【００６６】
さらに、平均粒径１０ｎｍ以下のＴｉ炭化物とＴｉ炭窒化物を微細に分散させることにより更なる寿命延長が見込まれる。
【００６７】
さらに、好ましくは平均粒径５ｎｍ以下のＴｉ炭化物とＴｉ炭窒化物を無数に微細に分散させることにより更なる寿命延長が見込まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】寿命試験機を示す概略図。
【図２】析出物の平均粒径とＬ10寿命との関係を示す特性相関図。
【図３】軸受鋼金属組織の抽出レプリカ像をＴＥＭ観察（倍率２０万倍）した写真を示す図。
【符号の説明】
１…片もち型寿命試験機、
２…チャンバ、
３…ハウジング、
４…回転シャフト、
５…負荷レバー、６…負荷シャフト、
８…潤滑油、
１０…軸受、１１…外輪、１２…内輪、１３…ボール、
２０…油槽、２１…潤滑油供給回路、２２…流量計、２３…ポンプ、
２４ａ，２４ｂ…フィルタ、２５…油吐出部、２６…回収回路、
２７…補給回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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