(57)【要約】【課題】ＨＲＣ６４以上の表面硬さを有する異物が混入した潤滑油が用いられたさいの長寿命化を図ることができる転がり、すべり接触部品およびその製造方法を提供する。【解決手段】転がり、すべり接触部品は、軸受鋼より所定の形状に形成された加工済み転がり、接触部品素材に、浸炭処理が施すことにより得られる。転がり、すべり接触部品における表面から最大せん断応力が作用する深さまでの範囲の表層部の全炭素量を１．０〜１．６質量％とするとともに、前記表層部のマトリックス中の固溶炭素量を０．６〜１．０質量％とする。また、前記表層部に球状炭化物を析出させ、前記球状炭化物の量を面積率で５〜２０％でかつその粒径を３μｍ以下とする。さらに、前記表層部の表面硬さをロックウェルＣ硬さで６７〜６９とする。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受鋼よりなり、浸炭処理が施されて、表面から最大せん断応力が作用する深さまでの範囲の表層部の全炭素量が１．０〜１．６質量％となされるとともに、前記表層部のマトリックス中の固溶炭素量が０．６〜１．０質量％となされ、前記表層部に球状炭化物が析出しているとともに、前記球状炭化物の量が面積率で５〜２０％でかつその粒径が３μｍ以下となされ、さらに前記表層部の表面硬さがロックウェルＣ硬さで６７〜６９となされていることを特徴とする転がり、すべり接触部品。
【請求項２】
前記軸受鋼が、Ｃ０．８０〜１．２０質量％、Ｓｉ０．１５〜０．７０質量％、Ｍｎ０．２５〜１．１５質量％、Ｃｒ０．９０〜１．６０質量％、Ｍｏ０．２５質量％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物よりなる鋼であって、かつこの鋼を用いた転がり軸受の下記式▲１▼で表されるスラスト寿命試験機における推定Ｌ１０寿命が１０７以下である鋼からなる請求項１の転がり、すべり接触部品。
Ｌ１０ｅ＝２６．１８０１１・ＥＸＰ｛−０．５３２・Ｆ１＊（ｘ１、ｘ２）−０．１４３・Ｆ２＊（ｘ３、ｘ４）−０．５０３・Ｆ３＊（ｘ５）｝　…▲１▼
ここで、
Ｆ１＊（ｘ１、ｘ２）：（ｘ１・ｘ２−０．０１１４３５）／０．００４７３１
Ｆ２＊（ｘ３、ｘ４）：（ｘ３・ｘ４−０．０２７８９５）／０．０１３２７８
Ｆ３＊（ｘ５）：（ｘ５−０．００２６４６）／０．００１５０３
ｘ１：Ｏ含有量、質量％
ｘ２：酸化物系介在物の予測最大径、μｍ
ｘ３：Ｔｉ含有量、質量％
ｘ４：チタン系介在物の予測最大径、μｍ
ｘ５：Ｓ含有量、質量％
【請求項３】
前記球状炭化物の量が面積率で５〜１５％となされている請求項１または２の転がり、すべり接触部品。
【請求項４】
前記球状炭化物の量が面積率で１０〜２０％でかつその粒径が２μｍ以下となされている請求項１または２の転がり、すべり接触部品。
【請求項５】
前記表層部の残留オーステナイト量が５〜２０ｖｏｌ％、同じく圧縮残留応力が１００ＭＰａ以上となされている請求項１〜４のうちのいずれかの転がり、すべり接触部品。
【請求項６】
軸受鋼より所定の形状に形成された加工済み転がり、接触部品素材を、カーボンポテンシャルが１．２％以上である浸炭雰囲気中において８４０〜８７０℃で３時間以上加熱することにより浸炭処理を施した後急冷し、ついでサブゼロ処理を施すことにより、表面から最大せん断応力が作用する深さまでの範囲の表層部の全炭素量を１．０〜１．６質量％とするとともに、前記表層部のマトリックス中の固溶炭素量を０．６〜１．０質量％とし、前記表層部に球状炭化物を析出させて球状炭化物の量を面積率で５〜２０％でかつその粒径を３μｍ以下とし、さらに前記表層部の表面硬さをロックウェルＣ硬さで６４〜６９とすることを特徴とする転がり、すべり接触部品の製造方法。
【請求項７】
軸受鋼より所定の形状に形成された加工済み転がり、接触部品素材を、カーボンポテンシャルが０．９〜１．１％の雰囲気中において９３０〜９７０℃で１時間以上加熱することにより既存の炭化物をマトリックス中に溶け込ませる処理を施した後急冷し、ついでカーボンポテンシャルが１．２％以上の雰囲気中において８４０〜８７０℃で３時間以上加熱することにより浸炭処理を施した後急冷し、ついでサブゼロ処理を施すことにより、表面から最大せん断応力が作用する深さまでの範囲の表層部の全炭素量を１．０〜１．６質量％とするとともに、前記表層部のマトリックス中の固溶炭素量を０．６〜１．０質量％とし、前記表層部に球状炭化物を析出させて球状炭化物の量を面積率で５〜２０％でかつその粒径を３μｍ以下とし、さらに前記表層部の表面硬さをロックウェルＣ硬さで６４〜６９とすることを特徴とする転がり接触またはすべり接触の製造方法。
【請求項８】
軸受鋼として、Ｃ０．８０〜１．２０質量％、Ｓｉ０．１５〜０．７０質量％、Ｍｎ０．２５〜１．１５質量％、Ｃｒ０．９０〜１．６０質量％、Ｍｏ０．２５質量％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物よりなる鋼であって、かつこの鋼を用いた転がり軸受の下記式▲１▼で表されるスラスト寿命試験機における推定Ｌ１０寿命が１０７以下である鋼を用いる請求項６または７の転がり、すべり接触部品の製造方法。
Ｌ１０ｅ＝２６．１８０１１・ＥＸＰ｛−０．５３２・Ｆ１＊（ｘ１、ｘ２）−０．１４３・Ｆ２＊（ｘ３、ｘ４）−０．５０３・Ｆ３＊（ｘ５）｝　…▲１▼
ここで、
Ｆ１＊（ｘ１、ｘ２）：（ｘ１・ｘ２−０．０１１４３５）／０．００４７３１
Ｆ２＊（ｘ３、ｘ４）：（ｘ３・ｘ４−０．０２７８９５）／０．０１３２７８
Ｆ３＊（ｘ５）：（ｘ５−０．００２６４６）／０．００１５０３
ｘ１：Ｏ含有量、質量％
ｘ２：酸化物系介在物の予測最大径、μｍ
ｘ３：Ｔｉ含有量、質量％
ｘ４：チタン系介在物の予測最大径、μｍ
ｘ５：Ｓ含有量、質量％
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は転がり、すべり接触部品およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、転がり軸受部品、ローラカムフォロワなどの転がり接触部品、またはすべり軸受部品、自動車エンジン用ロッカアームのローラ支持軸、自動車エンジン用カムリフタ、一方向クラッチの内外両輪のうちのカム面が形成される部品などのすべり接触部品に関する。
【０００２】
なお、この明細書において、「転がり接触」という語には、純然たる転がり接触だけではなく、すべり接触を伴う転がり接触を含むものとする。
【０００３】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
たとえば、異物が混入した潤滑油を用いて使用される転がり軸受の軌道輪および転動体としては、従来、転がり軸受の長寿命化を図るために、表面硬さを増大させ、たとえばロックウェルＣ硬さ（以下、ＨＲＣという）で６２〜６６としたものが用いられている。
【０００４】
しかしながら、従来の転がり軸受の軌道輪および転動体は、潤滑油に混入した異物として、ＨＲＣ５８〜６２程度の表面硬さを有する金属粉や鋳物砂を想定したものであり、研磨砥粒などのＨＲＣ６４以上の表面硬さを有する異物が混入した潤滑油を用いた場合には、転がり軸受の長寿命化を図ることができないことが判明した。研磨砥粒などのＨＲＣ６４以上の異物が混入した潤滑油の場合には、転がり軸受部品の表面硬さをさらに増大させることが有効であることは分かっており、表面硬さを増大させるためには、軌道輪および転動体の材料である鋼中の炭素量を増加させることが簡単な方法であることも分かっている。ところが、鋼中の炭素量を増加させると、粒界への微細炭化物の析出に起因する粒界強度の低下を招き不適切である。
【０００５】
また、上述したような従来の転がり軸受部品としては、肌焼き鋼により所定の形状に形成された軸受部品素材に、浸炭処理や浸炭窒化処理が施すことにより製造されたものが用いられていた。
【０００６】
しかしながら、肌焼き鋼は、軸受に適用される量が少なく、軸受用としては大量生産されていないので材料コストが高く、しかも肌焼き鋼の浸炭処理や浸炭窒化処理の熱処理コストも高くなる。したがって、転がり軸受部品のトータルの製造コストが高くなるという問題がある。
【０００７】
そこで、ＪＩＳ　ＳＵＪ２などの軸受鋼より所定形状に形成された軸受部品素材に、浸炭処理や浸炭窒化処理を施すことにより、転がり軸受部品を製造することが考えられるが、この場合、表面硬さの増大と炭化物微細化の両者を同時に達成することができず、たとえば元々高炭素で炭化物が存在するＪＩＳ　ＳＵＪ２に浸炭処理を施して表面硬さを増大させると、既存の炭化物がさらに成長し、巨大炭化物に成長するため、結局のところ異物が混入した潤滑油を使用した場合の寿命が低下するという問題がある。
【０００８】
この発明の目的は、上記問題を解決し、ＨＲＣ６４以上の表面硬さを有する異物が混入した潤滑油が用いられたさいの長寿命化を図ることができる転がり、すべり接触部品およびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段と発明の効果】
請求項１の発明による転がり、すべり接触部品は、軸受鋼よりなり、浸炭処理が施されて、表面から最大せん断応力が作用する深さまでの範囲の表層部の全炭素量が１．０〜１．６質量％となされるとともに、前記表層部のマトリックス中の固溶炭素量が０．６〜１．０質量％となされ、前記表層部に球状炭化物が析出しているとともに、前記球状炭化物の量が面積率で５〜２０％でかつその粒径が３μｍ以下となされ、さらに前記表層部の表面硬さがロックウェルＣ硬さで６７〜６９となされていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項１の発明において、各数値の限定理由は次の通りである。
【００１１】
表層部の全炭素量
この全炭素量を１．０〜１．６質量％に限定したのは、上限値を越えると炭化物が極めて粗大になり、微細化できないからである。なお、下限値はＪＩＳ　ＳＵＪ２等の軸受鋼がベースとなっていることから必然的に決まる。
【００１２】
表層部のマトリックス中の固溶炭素量
この固溶炭素量を０．６〜１．０質量％に限定したのは、下限値未満であると所望の表面硬さを得ることができなくて、潤滑油中に混入した異物により圧痕が生成し、上限値を越えると表層部の微細球状炭化物の量が面積率で５％未満になって、耐摩耗性が低下するからである。
【００１３】
表層部の微細球状炭化物の量
この微細球状炭化物の量を面積率で５〜２０％に限定したのは、下限値未満であると耐摩耗性が低下し、上限値を越えると粗大な炭化物が発生し、この粗大炭化物が疲労亀裂の起点となって転がり接触部品またはすべり接触部品の短寿命化につながるからである。
【００１４】
表層部の微細球状炭化物の粒径
この粒径を３μｍ以下に限定したのは、３μｍを越えると、非金属介在物と同様に疲労亀裂の起点となるとともに、靭性を確保することができないからである。
【００１５】
表層部の表面硬さ
この表面硬さがＨＲＣで６７〜６９であると、潤滑油中に混入した異物の硬さが６４ＨＲＣ以上であっても、異物により圧痕が生成することが防止される。この表面硬さは６７を越えていることが好ましい。しかしながら、表面硬さがＨＲＣ６９を越えると、材料自体の靭性が損なわれる。特に、転がり軸受部品の場合、軌道面あるいは転動面の表面硬さがＨＲＣ６９を越えると転がり疲れ強さがかえって低下し、圧痕の生成は防止されるものの、転がり疲れ寿命が低下する。したがって、この表面硬さの上限はＨＲＣ６９とする。
【００１６】
請求項１の発明によれば、表面硬さが増大して潤滑油中に混入したＨＲＣ６４以上の表面硬さを有する異物により圧痕が生成しなくなるとともに、耐摩耗性が向上し、その結果転がり接触部品またはすべり接触部品を用いた製品の長寿命化を図ることができる。しかも、軸受用として大量生産される軸受鋼よりなるので、材料コストが安くなり、その結果トータルの製造コストが安くなる。軸受鋼の中でもＪＩＳ　ＳＵＪ２は特に大量生産されるため、これを用いると材料コストが極めて安くなるので、好ましい。
【００１７】
また、請求項１の発明において、前記浸炭処理温度が８４０〜８７０℃であることが好ましい。この場合、従来の肌焼き鋼に施す浸炭処理や浸炭窒化処理の加熱温度よりも低くなり、熱処理コストが安くなる。したがって、トータルの製造コストが安くなる。
【００１８】
請求項２の発明による転がり、すべり接触部品は、請求項１の発明において、前記軸受鋼が、Ｃ０．８０〜１．２０質量％、Ｓｉ０．１５〜０．７０質量％、Ｍｎ０．２５〜１．１５質量％、Ｃｒ０．９０〜１．６０質量％、Ｍｏ０．２５質量％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物よりなる鋼であって、かつこの鋼を用いた転がり軸受の下記式▲１▼で表されるスラスト寿命試験機における推定Ｌ１０寿命が１０７以下である鋼からなるものである。
【００１９】
Ｌ１０ｅ＝２６．１８０１１・ＥＸＰ｛−０．５３２・Ｆ１＊（ｘ１、ｘ２）−０．１４３・Ｆ２＊（ｘ３、ｘ４）−０．５０３・Ｆ３＊（ｘ５）｝　…▲１▼
ここで、
Ｆ１＊（ｘ１、ｘ２）：（ｘ１・ｘ２−０．０１１４３５）／０．００４７３１
Ｆ２＊（ｘ３、ｘ４）：（ｘ３・ｘ４−０．０２７８９５）／０．０１３２７８
Ｆ３＊（ｘ５）：（ｘ５−０．００２６４６）／０．００１５０３
ｘ１：Ｏ含有量、質量％
ｘ２：酸化物系介在物の予測最大径、μｍ
ｘ３：Ｔｉ含有量、質量％
ｘ４：チタン系介在物の予測最大径、μｍ
ｘ５：Ｓ含有量、質量％
請求項２の発明において、チタン系介在物はＴｉＮである。また、酸化物系介在物およびチタン系介在物の予測最大径（予測面積１００００ｍｍ２）は、画像解析装置を用いて介在物の投影面を表１に示す条件により測定し、極値統計法によって求める。また、予測最大径を算出する介在物の投影面は、寿命試験片とボールとの接触面に対して垂直な断面とする。ここで、酸化物系介在物およびチタン系介在物はほぼ球状であるから、投影面形状は寿命試験片のどの断面で測定してもほぼ同等となるので、予測最大径は、介在物投影面積を求めて円換算により直径を求める。
【００２０】
【表１】
2004059994.tif 000002
【００２１】
極値統計法は、「金属疲労　微少欠陥と介在物の影響」（村上敬宜著、養賢堂発行、第２３３〜２４０頁）に記載されているように、以下に述べるような方法である。すなわち、ある基本分布関数に従うデータの集合から一定の数のデータの集合取り出した時、各集合の極値（最大値、最小値）が従う分布を極値分布という。基本分布関数が正規分布や指数分布であってもその極値分布は異なった分布となるが、この極値分布について解析するのが極値統計法である。基本分布関数のすそ野が指数的に減少すると見なせる基本分布関数（たとえば正規分布、指数分布）を極値分布では２重指数分布と呼び、２重指数分布は極値分布上では直線となるため任意の予測領域内での最大値を推定できる。軸受鋼中の介在物分布も指数分布となるため、極値統計法を用いて任意の予測面積（体積）中の予測最大径（ａｒｅａｍａｘ）１／２を算出することが可能となる。ここで、極値統計法を用いて予測最大径を求める時に必要となるパラメータを表２に示す。表２により表３の最大介在物分布直線を求めて予測最大径を算出する。このときの極値統計グラフの例を図１に示す。
【００２２】
【表２】
2004059994.tif 000003
【００２３】
【表３】
2004059994.tif 000004
【００２４】
さらに、請求項２の発明において、上記式▲１▼は、軸受鋼に含まれる不純物の含有量や非金属介在物の大きさから複数の寿命支配パラメータ候補を選択し、全ての寿命支配パラメータ候補を説明変数とし、目的変数を寿命試験における実際の寿命として重回帰分析を行って予備寿命推定式を導出し、前記寿命支配パラメータ候補の中から自由度２重調整済み寄与率が最大になる説明変数を求めるとともに、この説明変数を用いて再度重回帰分析を行って求められたものである。
【００２５】
ここで、スラスト型寿命試験器を用いて行った実際の転動疲労寿命Ｌ１０と、上記式▲１▼で求められたＬ１０ｅ（推定Ｌ１０寿命）との関係を図２に示す。
【００２６】
請求項２の発明の場合、前記鋼は低清浄度品で安価に手に入れることができるので、転がり接触部品またはすべり接触部品の製造コストが安くなる。
【００２７】
請求項３の発明による転がり、すべり接触部品は、請求項１または２の発明において、前記球状炭化物の量が面積率で５〜１５％となされているものである。球状炭化物の量の上限を面積率で１５％にするのは、次の理由による。すなわち、球状炭化物の量を面積率で１５％を越えたものにするには浸炭処理時間を長くしなければならず、その結果熱処理コストが高くなって、面積率が１５％以下の場合に比べてトータルの製造コストが高くなるからである。
【００２８】
請求項４の発明による転がり、すべり接触部品は、請求項１または２の発明において、前記球状炭化物の量が面積率で１０〜２０％でかつその粒径が２μｍ以下となされているものである。球状炭化物の量の下限を面積率で１０％としたのは、１０％未満になると、ミクロンオーダおよびサブミクロンオーダの炭化物の量が不足して寿命を向上させる効果が不十分になるおそれがあるからである。ここで、ミクロンオーダの炭化物は、疲労の原因となるすべり帯の形成を防止する効果があり、サブミクロンオーダの炭化物は、すべり帯の形成を防止する効果はないが、すべり帯を分散させる効果がある。また、球状炭化物の粒径を２μｍ以下としたのは、２μｍを越えると、非金属介在物と同様に疲労亀裂の起点となるとともに、靭性が不十分になるおそれがあるからである。
【００２９】
請求項５の発明による転がり、すべり接触部品は、請求項１〜４のうちのいずれかの発明において、前記表層部の残留オーステナイト量が５〜２０ｖｏｌ％、同じく圧縮残留応力が１００ＭＰａ以上となされているものである。転がり接触部品またはすべり接触部品の表面硬さをＨＲＣ６７以上とするには、表層部の残留オーステナイト量を２０ｖｏｌ％以下、好ましくは２０ｖｏｌ％未満とする。また、靭性を考慮して残留オーステナイト量の下限は５ｖｏｌ％とする。さらに、表層部の圧縮残留応力が１００ＭＰａ以上であると、亀裂の進展を抑制することができ、その結果転がり接触部品またはすべり接触部品を用いた製品の一層の長寿命化を図ることができる。
【００３０】
請求項６の発明による転がり、すべり接触部品の製造方法は、軸受鋼より所定の形状に形成された加工済み転がり、接触部品素材を、カーボンポテンシャルが１．２％以上である浸炭雰囲気中において８４０〜８７０℃で３時間以上加熱することにより浸炭処理を施した後急冷し、ついでサブゼロ処理を施すことにより、表面から最大せん断応力が作用する深さまでの範囲の表層部の全炭素量を１．０〜１．６質量％とするとともに、前記表層部のマトリックス中の固溶炭素量を０．６〜１．０質量％とし、前記表層部に球状炭化物を析出させて球状炭化物の量を面積率で５〜２０％でかつその粒径を３μｍ以下とし、さらに前記表層部の表面硬さをロックウェルＣ硬さで６４〜６９とすることを特徴とするものである。
【００３１】
請求項６の発明において、浸炭処理における各数値の限定理由は次の通りである。なお、表層部の全炭素量、表層部のマトリックス中の固溶炭素量、表層部の球状炭化物の量、表層部の球状炭化物の粒径および表層部の表面硬さの上限については、限定理由は請求項１の発明の場合と同じである。また、表層部の表面硬さの下限は、潤滑油中に混入した異物の硬さがＨＲＣ６４以上の場合にも異物による圧痕の生成を抑制し、寿命向上効果を得るために、ＨＲＣ６４とする。
【００３２】
浸炭処理雰囲気のカーボンポテンシャル
このカーボンポテンシャルを１．２％以上に限定したのは、１．２％未満では、炭素含有量が１質量％程度である軸受鋼に対してほとんど浸炭されないことになり、表層部の硬さおよび炭化物の面積率を所望のものにすることができず、しかも炭化物の微細化を図ることができないからである。
【００３３】
浸炭処理温度
この温度を８４０〜８７０℃に限定したのは、下限値未満であるとカーボンポテンシャルのところで述べたような必要な浸炭を行うことができず、上限値を越えると表層部の結晶粒度が大きくなりすぎるとともに巨大炭化物が析出して強度が低下するからである。すなわち、降伏強さは結晶粒度の−１／２乗に比例するので、結晶粒度が大きくなりすぎると強度が低下する。
【００３４】
浸炭処理時間
この時間を３時間以上に限定したのは、３時間未満であると浸炭深さが不足するからである。
【００３５】
請求項６の発明において、サブゼロ処理は−５０〜−１００℃に１時間以上冷却することにより行うのがよい。
【００３６】
請求項６の発明によれば、軸受用として多く用いられる軸受鋼よりなる素材を用いるので、材料コストが安くなる。しかも、浸炭処理温度が８４０〜８７０℃であるとともに、１度の浸炭処理の後急冷し、ついでサブゼロ処理を行うだけであるから、熱処理コストが安くなる。したがって、軸受部品のトータルの製造コストが安くなる。また、浸炭処理の後急冷し、ついでサブゼロ処理を施しているので、表層部の表面硬さをＨＲＣ６４〜６９にすることができる。したがって、転がり接触部品またはすべり接触部品の長寿命化を図ることが可能になる。軸受鋼の中でもＪＩＳ　ＳＵＪ２は特に大量生産されるため、これを用いると材料コストが極めて安くなるので、好ましい。
【００３７】
請求項６の発明において、カーボンポテンシャルを１．２〜１．４％とすることが好ましい。カーボンポテンシャルが１．４％を越えると、大量の煤が発生するという問題があるからである。
【００３８】
さらに、請求項６の発明において、加熱時間を３．５〜５時間とすることが好ましい。加熱時間が５時間を超えると、熱処理コストが高くなるとともに、炭化物が巨大化するという問題があるからである。
【００３９】
請求項７の発明による転がり、すべり接触部品の製造方法は、軸受鋼より所定の形状に形成された加工済み転がり、接触部品素材を、カーボンポテンシャルが０．９〜１．１％の雰囲気中において９３０〜９７０℃で１時間以上加熱することにより既存の炭化物をマトリックス中に溶け込ませる処理を施した後急冷し、ついでカーボンポテンシャルが１．２％以上の雰囲気中において８４０〜８７０℃で３時間以上加熱することにより浸炭処理を施した後急冷し、ついでサブゼロ処理を施すことにより、表面から最大せん断応力が作用する深さまでの範囲の表層部の全炭素量を１．０〜１．６質量％とするとともに、前記表層部のマトリックス中の固溶炭素量を０．６〜１．０質量％とし、前記表層部に球状炭化物を析出させて球状炭化物の量を面積率で５〜２０％でかつその粒径を３μｍ以下とし、さらに前記表層部の表面硬さをロックウェルＣ硬さで６４〜６９とすることを特徴とするものである。
【００４０】
請求項７の発明において、熱処理における各数値の限定理由は次の通りである。なお、表層部の全炭素量、表層部のマトリックス中の固溶炭素量、表層部の球状炭化物の量、表層部の球状炭化物の粒径および表層部の表面硬さの上限については、限定理由は請求項１の発明の場合と同じである。また、表層部の表面硬さの下限は、潤滑油中に混入した異物の硬さがＨＲＣ６４以上の場合にも異物による圧痕の生成を抑制し、寿命向上効果を得るために、ＨＲＣ６４とする。
【００４１】
既存の炭化物をマトリックス中に溶け込ませる工程
この工程における雰囲気中のカーボンポテンシャルを０．９〜１．１％に限定したのは、転がり接触部品またはすべり接触部品に対して浸炭および脱炭を起こさせないためである。１．１％を越えると炭素含有量が１質量％程度である軸受鋼に対して浸炭が起こり、０．９％未満であると脱炭が起こる。
【００４２】
この工程における加熱温度を９３０〜９７０℃に限定したのは、９３０℃未満であると球状焼鈍後存在している第２相としての炭化物のマトリックス中への固溶が不十分であり、９７０℃を越えると焼割れを起こす可能性があるからである。
【００４３】
さらに、この工程における加熱時間を１時間以上に限定したのは、１時間未満であると球状焼鈍後存在している第２相としての炭化物のマトリックス中への固溶が不十分になるからである。
【００４４】
浸炭工程
この工程における雰囲気中のカーボンポテンシャルを１．２％以上に限定したのは、１．２％未満では、炭素含有量が１質量％程度である軸受鋼に対してほとんど浸炭されないことになり、表層部の硬さおよび炭化物の面積率を所望のものにすることができず、しかも炭化物の微細化を図ることができないからである。
なお、カーボンポテンシャルの上限は、大量の煤の発生を防止するために１．４％以下とすることが好ましい。
【００４５】
この工程における加熱温度を８４０〜８７０℃に限定したのは、下限値未満であるとカーボンポテンシャルのところで述べたような必要な浸炭を行うことができず、上限値を越えると表層部の結晶粒度が大きくなりすぎるとともに巨大炭化物が析出して強度が低下するからである。すなわち、降伏強さは結晶粒度の−１／２乗に比例するので、結晶粒度が大きくなりすぎると強度が低下する。
【００４６】
さらに、この工程における加熱時間を３時間以上に限定したのは、３時間未満であると必要な浸炭深さが得られないからである。
【００４７】
請求項７の発明において、サブゼロ処理は−５０〜−１００℃に１時間以上冷却することにより行うのがよい。
【００４８】
請求項７の発明によれば、軸受用として多く用いられる軸受鋼よりなる素材を用いるので、材料コストが安くなる。したがって、軸受部品のトータルの製造コストが安くなる。しかも、既存の炭化物をマトリックス中に溶け込ませる処理を施した後浸炭処理を施し、さらにサブゼロ処理を施しているので、表層部の表面硬さをＨＲＣ６４〜６９にすることができる。したがって、転がり接触部品またはすべり接触部品の長寿命化を図ることが可能になる。軸受鋼の中でもＪＩＳ　ＳＵＪ２は特に大量生産されるため、これを用いると材料コストが極めて安くなるので、好ましい。
【００４９】
請求項１、請求項６および請求項７の発明において、内部起点剥離の要因となる最大剪断応力が作用する表面からの深さは、接触条件によって異なるが、多くの転がり、すべり接触部品おいて０．５ｍｍ程度までである。そして、この範囲内において、全炭素量、マトリックス中の固溶炭素量、球状炭化物の量、表面硬さを上述したようにすることにより強度を向上させ、その結果所定の目的が達成されるからである。
【００５０】
請求項８の発明による転がり、すべり接触部品の製造方法は、請求項６または７の発明において、軸受鋼として、Ｃ０．８０〜１．２０質量％、Ｓｉ０．１５〜０．７０質量％、Ｍｎ０．２５〜１．１５質量％、Ｃｒ０．９０〜１．６０質量％、Ｍｏ０．２５質量％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物よりなる鋼であって、かつこの鋼を用いた転がり軸受の下記式▲１▼で表されるスラスト寿命試験機における推定Ｌ１０寿命が１０７以下である鋼を用いるものである。
【００５１】
Ｌ１０ｅ＝２６．１８０１１・ＥＸＰ｛−０．５３２・Ｆ１＊（ｘ１、ｘ２）−０．１４３・Ｆ２＊（ｘ３、ｘ４）−０．５０３・Ｆ３＊（ｘ５）｝　…▲１▼
ここで、
Ｆ１＊（ｘ１、ｘ２）：（ｘ１・ｘ２−０．０１１４３５）／０．００４７３１
Ｆ２＊（ｘ３、ｘ４）：（ｘ３・ｘ４−０．０２７８９５）／０．０１３２７８
Ｆ３＊（ｘ５）：（ｘ５−０．００２６４６）／０．００１５０３
ｘ１：Ｏ含有量、質量％
ｘ２：酸化物系介在物の予測最大径、μｍ
ｘ３：Ｔｉ含有量、質量％
ｘ４：チタン系介在物の予測最大径、μｍ
ｘ５：Ｓ含有量、質量％
請求項８の鋼は、低清浄度品で安価に手に入れることができるので、転がり接触部品またはすべり接触部品の製造コストが安くなる。しかも、請求項６または７の発明の方法によれば、このような低清浄度品を用いたとしても、所望の性能を持った転がり接触部品またはすべり接触部品を製造することができる。
【００５２】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施例を比較例とともに説明する。
【００５３】
実施例１〜２および比較例１〜３
Ｃ１．０１質量％、Ｓｉ０．２４質量％、Ｍｎ０．３６質量％、Ｃｒ１．４６、Ｍｏ０．０１質量％を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼（ＪＩＳ　ＳＵＪ２）であって、前記式▲１▼で求められる推定Ｌ１０寿命（Ｌ１０ｅ）が１０７以下である鋼を用いて型番６２０６の転がり軸受に使用される５種類の内輪素材を形成した。
【００５４】
ついで、これらの内輪素材に、以下に示す熱処理条件で熱処理を施して内輪（実施例１〜２および比較例１〜３）を製造した。
【００５５】
熱処理条件１は、カーボンポテンシャル１．３％の雰囲気中において８５０℃で３．５時間加熱した後８０℃に油冷し、ついで−７５℃で１時間冷却してサブゼロ処理を施すものである（実施例１）。
【００５６】
熱処理条件２は、カーボンポテンシャル１．１％の雰囲気中において９５０℃で２時間加熱した後８０℃に油冷し、ついでカーボンポテンシャル１．３％の雰囲気中において８５０℃で３．５時間加熱した後８０℃に油冷し、ついで−７５℃で１時間冷却してサブゼロ処理を施すものである（実施例２）。
【００５７】
熱処理条件３は、カーボンポテンシャル０．６％の雰囲気中において、８５０℃で０．７時間加熱した後、８０℃に油冷するものである（比較例１）。
【００５８】
熱処理条件４は、カーボンポテンシャル１．３％の雰囲気中において３．５時間加熱した後８０度に油冷するものである（比較例２）。
【００５９】
熱処理条件５は、カーボンポテンシャル１．１％の雰囲気中において９５０℃で２時間加熱した後８０℃に油冷し、ついでカーボンポテンシャル１．３％の雰囲気中において８５０℃で３．５時間加熱した後８０℃に油冷するものである（比較例３）。
【００６０】
なお、上述した熱処理条件１〜５においては、いずれの場合も最後に１６０℃で２時間加熱する焼戻し処理が施される。
【００６１】
これら５種類の内輪の軌道面の表面硬さ（ＨＲＣ）、軌道最表面の全炭素量、軌道最表面のマトリックス中の固溶炭素量、軌道最表面に析出した球状炭化物の量（面積率）、軌道最表面に析出した球状炭化物の最大粒径、表面から深さ５０μｍの位置での残留オーステナイト量（γＲ量）、表面から深さ５０μｍの位置での圧縮残留応力は、表４に示す通りである。
【００６２】
【表４】
2004059994.tif 000005
【００６３】
評価試験
実施例１〜２および比較例１〜３の内輪を、ＪＩＳ　ＳＵＪ２からなりかつ通常の浸炭窒化処理が施されてなる外輪および玉と組み合わせて型番６２０６Ｃ３の玉軸受を組立てた。そして、これらの玉軸受を使用し、異物が混入した潤滑油、および清浄な潤滑油を用いてそれぞれ寿命試験を行った。異物が混入した潤滑油を用いた場合の試験条件は表５に示す通りであり、清浄な潤滑油を用いた場合の試験条件はこれから異物を除いたものである。
【００６４】
【表５】
2004059994.tif 000006
【００６５】
なお、表５に示す試験機は、同時に２個の玉軸受の試験を行うことが可能であり、表４中のラジアル荷重は、１つの玉軸受のラジアル荷重を意味する。
【００６６】
寿命試験の結果も表４に示す。
【００６７】
表４中のＬ１０寿命は、比較例１の場合を１とし、これを基準として表したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】表２により求めた表４の最大介在物分布直線を示すグラフである。
【図２】推定Ｌ１０寿命と実Ｌ１０寿命との関係を示すグラフである。
【図１】
2004059994.tif 000007
【図２】
2004059994.tif 000008