(57)【要約】【課題】異物が混入した潤滑油を用いたさいの一層の長寿命化を図ることができる転がり、すべり接触部品を提供する。【解決手段】鋼より所定の形状に形成された加工済み転がり、すべり接触部品素材を、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１．０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。ついで、８３０〜９００℃に降温するとともに、雰囲気中のカーボンポテンシャルを０．６〜０．８％として０．５時間以上加熱した後急冷する。ついで、カーボンポテンシャルが１．１〜１．６％の浸炭雰囲気中において８３０〜８７０℃で加熱することにより浸炭処理を施した後急冷する。これにより、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旧オーステナイト結晶粒の粒度番号を１１以上とする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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旧オーステナイト結晶粒の粒度番号が１１以上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】
鋼より所定の形状に形成された加工済み転がり、すべり接触部品素材を、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１．０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、ついで８３０〜９００℃に降温するとともに、雰囲気中のカーボンポテンシャルを０．６〜０．８％として０．５時間以上加熱した後急冷し、ついでカーボンポテンシャルが１．１〜１．６％の浸炭雰囲気中において８３０〜８７０℃で加熱することにより浸炭処理を施した後急冷し、これ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旧オーステナイト結晶粒の粒度番号を１１以上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３】
鋼より所定の形状に形成された加工済み転がり、すべり接触部品素材を、カーボンポテンシャルが０．８〜１．０％の雰囲気中において８７０〜９２５℃で１．０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１．１〜１．６％の浸炭雰囲気中において８３０〜８７０℃で加熱することにより浸炭処理を施した後急冷し、これ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旧オーステナイト結晶粒の粒度番号を１１以上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。
【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】
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においては、転がり軸受の長寿命化を図るために、軌道輪の軌道面および転動体の転動面の表面硬さを増大させること、軌道輪の軌道面および転動体の転動面における表層部に所定量の微細球状炭化物を分散して析出させること、ならびに軌道輪の軌道面および転動体の転動面の表層部に所定の圧縮残留応力を付与することが要求される。ここで、表面硬さの増大は、異物による圧痕の生成を防止することを目的とするものであり、微細球状炭化物の分散析出は、耐摩耗性の向上や、鋼中に炭化物等の硬い第２相を析出させて材料を強化する分散強化や、降伏強さおよび変形抵抗の増大や、靭性の向上を目的とするものであり、所定の圧縮残留応力の付与は、異物により発生する亀裂の進展の抑制を目的とするものである。
そして、本出願人は、先に、ＪＩＳ　ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼より所定の形状に形成された加工済み軸受部品素材を、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、これ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１．０〜１．６ｗｔ％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０．６〜１．０ｗｔ％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５〜１５％でかつその粒径を３μｍ以下とすることを特徴とする転がり軸受部品の製造方法と、軸受鋼より所定の形状に形成された加工済み軸受部品素材を、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、これ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１．０〜１．６ｗｔ％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０．６〜１．０ｗｔ％とし、さらに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１０〜２０％でかつその粒径を２μｍ以下とすることを特徴とする転がり軸受部品の製造方法とを提案している（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特願２００２−１５８８８７号（請求項５、請求項６）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者等が、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一層の長寿命化を図る目的で研究を重ねた結果、次の知見を得た。
【０００６】
すなわち、特許文献１記載の２つの製造方法は、主として、析出した球状炭化物を微細化して結晶粒内の強度を増大させることにより長寿命化を図っているのであるが、転がり軸受の転がり疲労や圧壊による破損起点においては、しばしば結晶粒界で破壊が生じていることが判明した。この結晶粒界での破壊は、浸炭の際にオーステナイト粒界に沿って炭化物が偏析し、結晶粒界強度が結晶粒内強度に対して相対的に弱くなっていることが原因であると考えられる。
【０００７】
この発明は、上述した知見に基づいてなされたものであって、異物が混入した潤滑油を用いた際の一層の長寿命化を図ることができる転がり、すべり接触部品を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、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旧オーステナイト結晶粒の粒度番号が１１以上となされていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１の発明において、旧オーステナイト結晶粒の粒度番号は、ＪＩＳ　Ｇ０５５１に記載されている方法に基づき、腐食液として、たとえばＡＧＳエッチング液（山本化学工具研究社製）を用いることによって知ることができる。
【００１０】
請求項１の発明によれば、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旧オーステナイト結晶粒の粒度番号が１１以上となされているので、転がり、すべり接触部品の結晶粒内および結晶粒界の双方の強度を増大させることができる。すなわち、鋼を含めた多結晶体の降伏応力σｙと結晶粒度ｄとの関係は、σｙ＝σ０＋Ｋｙｄ−１／２となる。但し、σ０、Ｋｙ：材料によって異なる係数である。したがって、結晶粒度が小さくなれば、結晶粒内および結晶粒界の強度（≒転がり疲労強度）が向上する。
【００１１】
請求項１の発明の転がり、すべり接触部品において、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球状炭化物の量が面積率で５〜１５％でかつその粒径が３μｍ以下であることが好ましい。この場合、炭化物の面積率が通常より高く、かつ球状炭化物の粒径が小さいので、分散、析出硬化により、転がり、すべり接触部品の結晶粒内が強化される。
【００１２】
また、請求項１の発明の転がり、すべり接触部品において、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残留オーステナイト量が２０〜４０ｖｏｌ％であることが好ましい。この場合、潤滑油中に混入した異物により発生する表層部の圧縮応力を緩和することができるとともに、亀裂の進展を抑制することができ、その結果転がり、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。
【００１３】
請求項２の発明による転がり、すべり接触部品の製造方法は、鋼より所定の形状に形成された加工済み転がり、すべり接触部品素材を、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１．０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（第１処理）、ついで８３０〜９００℃に降温するとともに、雰囲気中のカーボンポテンシャルを０．６〜０．８％として０．５時間以上加熱した後急冷し（第２処理）、ついでカーボンポテンシャルが１．１〜１．６％の浸炭雰囲気中において８３０〜８７０℃で加熱することにより浸炭処理を施した後急冷し（第３処理）、これ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旧オーステナイト結晶粒の粒度番号を１１以上とすることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２の発明の熱処理条件について説明する。
【００１５】
第１処理
この処理は、粗大炭化物を全て消失させるものである。この処理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、すべり接触部品素材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１ｗｔ％程度である軸受鋼（例えば高炭素クロム軸受鋼）に対して浸炭が起こり、０．９％未満であると脱炭が起こる。
【００１６】
また、この処理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したり、結晶粒が粗大化したりする可能性があるからである。
【００１７】
さらに、この処理における加熱時間を１．０時間以上に限定したのは、１．０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。
【００１８】
第２処理
この処理は、後工程である浸炭処理の際に析出する炭化物が結晶粒界に偏析することを防止し、これにより浸炭前組織の結晶粒界に極微細炭化物が析出しないようにするものである。この処理における雰囲気中のカーボンポテンシャルを０．６〜０．８％に限定したのは、転がり、すべり接触部品素材に対して浸炭および脱炭を起こさせないためである。
【００１９】
また、この処理における加熱温度を８３０〜９００℃に限定したのは、８３０℃未満であると結晶粒界での炭化物の析出量が過剰になり、９００℃を越えると結晶粒微細化の効果がなく、旧オーステナイト結晶粒の粒度番号を１１以上にすることができないからである。
【００２０】
さらに、この処理における加熱時間を０．５時間以上に限定したのは、０．５時間未満であると後工程である浸炭処理で析出する炭化物の結晶粒界への偏析を防止することができず、その結果結晶粒界への極微細炭化物の析出を抑制することができないからである。
【００２１】
第３処理
この処理は、結晶粒内に微細球状炭化物を析出させるものである。この処理における雰囲気中のカーボンポテンシャルを１．１〜１．６％に限定したのは、１．１％未満では浸炭を行うことができず、１．６％を越えると大量の煤が発生するからである。
【００２２】
また、この処理における加熱温度を８３０〜８７０℃に限定したのは、８３０℃未満では浸炭を行うことができず、８７０℃を越えると粗大炭化物が発生するからである。
【００２３】
なお、この処理における加熱時間は１．０時間以上が好ましい。表面から深さ０．５ｍｍ程度まで浸炭するためには、これ以上の時間を要するからである。
【００２４】
請求項２の発明によれば、上記第２処理により、特に第１処理の加熱温度である９３０〜９７０℃から８３０〜９００℃に降温することにより旧オーステナイト結晶粒の粒度番号を１１以上にすることができる。したがって、結晶粒内および結晶粒界の双方の強度を増大させることが可能となり、異物が混入した潤滑油を用いた際の一層の長寿命化を図ることができる。
【００２５】
請求項３の発明による転がり、すべり接触部品の製造方法は、鋼より所定の形状に形成された加工済み転がり、すべり接触部品素材を、カーボンポテンシャルが０．８〜１．０％の雰囲気中において８７０〜９２５℃で１．０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（第１処理）、ついでカーボンポテンシャルが１．１〜１．６％の浸炭雰囲気中において８３０〜８７０℃で加熱することにより浸炭処理を施した後急冷し（第２処理）、これ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旧オーステナイト結晶粒の粒度番号を１１以上とすることを特徴とするものである。
【００２６】
請求項３の発明の熱処理条件について説明する。
【００２７】
第１処理
この処理は、粗大炭化物をほぼ全て消失させるものである。この処理における雰囲気中のカーボンポテンシャルを０．８〜１．０％に限定したのは、転がり、すべり接触部品素材に対して浸炭および脱炭を起こさせないためである。
【００２８】
また、この処理における加熱温度を８７０〜９２５℃に限定したのは、８７０℃未満であると結晶粒界での炭化物の析出量が過剰になり、９２５℃を越えると結晶粒が粗大化し、旧オーステナイト結晶粒の粒度番号を１１以上にすることができないからである。
【００２９】
さらに、この処理における加熱時間を１．０時間以上に限定したのは、１．０時間未満であると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。
【００３０】
第２処理
この処理は、結晶粒内に微細球状炭化物を析出させるものである。この処理における雰囲気中のカーボンポテンシャルを１．１〜１．６％に限定したのは、１．１％未満では浸炭を行うことができず、１．６％を越えると大量の煤が発生するからである。
【００３１】
また、この処理における加熱温度を８３０〜８７０℃に限定したのは、８３０℃未満では浸炭を行うことができず、８７０℃を越えると粗大炭化物が発生するからである。
【００３２】
なお、この処理における加熱時間は１．０時間以上が好ましい。表面から深さ０．５ｍｍ程度まで浸炭するためには、これ以上の時間を要するからである。
【００３３】
請求項３の発明によれば、上記第１処理により、特に第１処理の加熱温度を９２５℃以下とすることにより旧オーステナイト結晶粒の粒度番号を１１以上にすることができる。したがって、結晶粒内および結晶粒界の双方の強度を増大させることが可能となり、異物が混入した潤滑油を用いた際の一層の長寿命化を図ることができる。
【００３４】
なお、請求項２および３の発明において、最後に焼戻し処理が施される。
【００３５】
請求項１〜３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、旧オーステナイト結晶粒の粒度番号を１１以上とすることにより、結晶粒内および結晶粒界の双方の強度を向上させ、その結果所定の目的が達成されるからである。
【００３６】
【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。
【００３７】
実施例１〜２および比較例１〜６
表１に示す２種の鋼を用意し、これらの鋼を用いて型番６２０６の転がり軸受に用いられる８種類の内輪素材を形成した。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
ついで、これらの内輪素材に、図１〜図８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１〜６）を製造した。
【００４０】
図１に示す熱処理条件１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、ついで８６０℃に降温するとともに雰囲気中のカーボンポテンシャルを０．７％として０．５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。
【００４１】
図２に示す熱処理条件２は、カーボンポテンシャル０．９％の雰囲気中において９００℃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。
【００４２】
図３に示す熱処理条件３は、カーボンポテンシャル０．６％の雰囲気中において８３０℃で０．７時間加熱した後８０℃に油冷するものである。
【００４３】
図４に示す熱処理条件４は、カーボンポテンシャル１．３％の雰囲気中において８５０℃で３．５時間加熱した後８０℃に油冷するものである。
【００４４】
図５に示す熱処理条件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。
【００４５】
図６に示す熱処理条件６は、カーボンポテンシャル０．８％の雰囲気中において９３０℃で５時間加熱し、ついで８５０℃に降温してカーボンポテンシャル０．８％の雰囲気中において０．７時間加熱した後８０℃に油冷するものである。
【００４６】
図７に示す熱処理条件７は、カーボンポテンシャル１．３％の雰囲気中において９３０℃で５時間加熱し、ついで８５０℃に降温するとともに雰囲気中のカーボンポテンシャルを１．１％として０．７時間加熱した後８０℃に油冷するものである。
【００４７】
図８に示す熱処理条件８は、カーボンポテンシャル１．３％の雰囲気中において９３０℃で５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。
【００４８】
なお、上述した全ての熱処理においては、図示は省略したが、最後に１６０℃で２時間加熱する焼戻し処理が施される。
【００４９】
実施例１〜２および比較例１〜６の内輪の鋼種、熱処理条件、軌道面の表面硬さ（ＨＲＣ）、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、および旧オーステナイト結晶粒のＪＩＳ　Ｇ０５５１に基づく、および腐食液としてＡＧＳエッチング液（山本化学工具研究社製）を用いることにより測定した粒度番号は、表２に示す通りである。
【００５０】
【表２】
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【００５１】
評価試験１
実施例１〜２および比較例１〜６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を用いて寿命試験を行った。試験条件は表３に示す通りである。
【００５２】
【表３】
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【００５３】
なお、表３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３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。
【００５４】
寿命試験の結果も表３に示す。
【００５５】
表３中のＬ１０寿命は、試験機に同じ内輪を備えた玉軸受を２個セットし、いずれかの玉軸受の内輪が破損するまでの時間を計測するという試験を５回繰り返し、破損までの時間の平均をとったものである。
【００５６】
以上の結果から明らかなように、本発明品である実施例１〜２は、軸受鋼の中でも最も大量生産されるＪＩＳ　ＳＵＪ２を用いているので、特に材料コストが安くなる。さらに、これを用いた軸受の長寿命化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱処理条件１を示す線図である。
【図２】熱処理条件２を示す線図である。
【図３】熱処理条件３を示す線図である。
【図４】熱処理条件４を示す線図である。
【図５】熱処理条件５を示す線図である。
【図６】熱処理条件６を示す線図である。
【図７】熱処理条件７を示す線図である。
【図８】熱処理条件８を示す線図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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