(57)【要約】【課題】熱処理時間の短い浸炭、窒化又は浸炭窒化方法を提供する。【解決手段】切削後の鋼を５００℃以上の高温とした状態で、炭化物粉末、窒化物粉末、及び、炭窒化物粉末のうちの少なくともいずれかからなる投射材をショットピーニング機で鋼表面に投射して、その表面に投射材を埋め込み、その後、焼入れを施す。これにより、ガスを用いた浸炭、窒化又は浸炭窒化処理よりも短い加熱時間で、同等の浸炭、窒化又は浸炭窒化特性を得ることができ、省エネルギー、低コスト、高効率で長寿命な転動装置を製造できる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削後の鋼を５００℃以上の高温とした状態で、炭化物粉末、窒化物粉末、及び、炭窒化物粉末のうちの少なくともいずれかからなる投射材をショットピーニング機で鋼表面に投射して、その表面に投射材を埋め込む前処理と、
前記前処理を施した鋼に焼入れを施す後処理と、
からなることを特徴とする浸炭、窒化又は浸炭窒化方法。
【請求項２】
前記投射材は、平均粒径が２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の浸炭、窒化又は浸炭窒化方法。
【請求項３】
前記投射材は、鉄系炭化物粉末、鉄系窒化物粉末、及び、鉄系炭窒化物粉末のうちの少なくともいずれかからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の浸炭、窒化又は浸炭窒化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は浸炭、窒化又は浸炭窒化方法に関し、特に製鋼ローラの支持軸受の内外輪、射出成型用ボールねじのねじ軸、玉軸受やニードル軸受等を製造する際に好適に用いることができる浸炭、窒化又は浸炭窒化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の浸炭、窒化又は浸炭窒化方法は、鋼を所定の形状に切削した後に、浸炭性ガス（ＣＯ，ＣＨ４等を含有するガス）や窒化性ガス（ＮＨ３等を含有するガス）中で鋼を加熱するというものであった。そして、軸受を製造する場合には、浸炭性ガスや窒化性ガス中で軌道輪等を加熱してその表面に長寿命化に有効な残留オーステナイトや硬化層を設けていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−１００１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、例えば製鋼ローラの支持軸受のような比較的大きな硬化深さが要求される大形軸受等の場合は、十分な深さの硬化層を設けるためには、数十時間という長時間にわたって浸炭処理を施す必要があった。このような長時間にわたる浸炭処理は、加熱のために多くのエネルギーを必要としかつ生産効率が低くなるので、コストの上昇を招くという問題があった。さらに、多量の排ガス（ＣＯ２等）の排出により、環境に悪影響を及ぼすおそれがあった。また、比較的小さな硬化深さでよい小中径の軸受軌道輪については、数時間の処理で済むものの、やはりコストや環境の面から処理時間の短縮が望まれていた。
そこで、本発明は上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、処理時間の短縮化が可能な浸炭、窒化又は浸炭窒化方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の浸炭、窒化又は浸炭窒化方法は、切削後の鋼を５００℃以上の高温とした状態で、炭化物粉末、窒化物粉末、及び、炭窒化物粉末のうちの少なくともいずれかからなる投射材をショットピーニング機で鋼表面に投射して、その表面に投射材を埋め込む前処理と、前記前処理を施した鋼に焼入れを施す後処理と、からなることを特徴とする。
【０００５】
このように、浸炭、窒化又は浸炭窒化の種となるよう炭化物や窒化物が濃化した層を形成して炭素や窒素の濃度勾配をつけると、その濃度勾配を駆動力として拡散スピードが向上するため、ガスを使用する浸炭等に比べて同等の浸炭特性等を得るのに必要な拡散時間が短縮化される。したがって、通常の焼入れ時間程度の短時間での処理が可能となり、生産効率の向上、コスト及び環境負荷の低減を実現できる。
【０００６】
また、本発明によれば、ガスを使用する浸炭や浸炭窒化より低温で処理が可能であり、鋼の変形を小さくすることができる。
さらに、本発明の浸炭、窒化又は浸炭窒化方法は、前記投射材は、平均粒径が２００μｍ以下であることを特徴とする。
このように、２００μｍ以下の投射材を用いることで、より緻密な炭化物層、炭窒化物層又は窒化物層を形成可能である。
さらに、本発明の浸炭、窒化又は浸炭窒化方法は、前記投射材は、鉄系炭化物粉末、鉄系窒化物粉末、及び、鉄系炭窒化物粉末のうちの少なくともいずれかからなることを特徴とする。
このように、投射材が鉄系粉末であれば、焼入れ時に熱的に分解しやすいので好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の浸炭、窒化又は浸炭窒化方法によれば、ガスを使用する場合に比べて拡散に必要な加熱時間を短縮できるので、製造の低コスト化、省エネルギー化、及び、高効率化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明の一実施例として、転がり軸受の軌道輪に浸炭処理を施した方法について説明する。
まず、ＪＩＳ規格のＳＵＪ２鋼材（組成は、Ｃ：１．０質量％、Ｃｒ：１．５質量％である）を機械加工して、深溝玉軸受（呼び番号６２０６）の軌道輪（内輪及び外輪）を製造した。
【０００９】
続いて、これらの軌道輪を加熱炉で１５ｍｉｎ程度加熱して、表面温度を７７３Ｋ（５００℃）以上にした。ここで、５００℃以上としたのは、その後に炭化物をショットする工程で表面に炭化物層が形成されやすいように、ある程度高温にする必要があるためである。
その後、これらの軌道輪を加熱炉から取り出し、ショットピーニングにより表面に炭化物層を形成する前処理を行った。前処理の具体的な方法としては、汎用のショットピーニング機を用い、ＪＩＳ  Ｒ６００１による平均粒径７５μｍのセメンタイト粉をショット材（投射材）として、噴射圧力１９６〜８８２ＫＰａ（２．０〜９．０ｋｇｆ／ｃｍ２）、噴射時間５〜２０ｍｉｎで軌道輪表面に噴射した。１回の処理に供する軌道輪の重量は１〜２０ｋｇとした。
【００１０】
次に、前処理後の軌道輪を１１１３Ｋ（８４０℃）で６０ｍｉｎ保持した後、３３３Ｋ（６０℃）に油冷することによって油焼入れを施す後処理を行った。
以上のようにして浸炭処理を施した軌道輪の電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）による炭素濃度プロファイルを図１に、Ｘ線測定による残留オーステナイト量プロファイルを図２に、及び、硬度計測定による硬さプロファイルを図３に示す。なお、これらの測定における比較例は、５００℃以上に加熱後、ショットピーニング機によりセメンタイト粉を投射せず、焼入れ処理を行ったものである。
【００１１】
図１に示されるように、実施例では短時間の処理にもかかわらず表面に浸炭層が形成されたのが分かる。また、浸炭層が形成された結果として、図２及び図３に示されるように、長寿命化に有効な残留オーステナイト量や硬さが表面層で高くなっていることが分かる。特に、残留オーステナイト量は、最表面で約２５％と通常の焼入れでは得られないような値となっていることが分かる。
【００１２】
以上説明したように、鋼の表面に炭化物を投射して炭化物層を形成する前処理と、焼入れを施す後処理とを行うことで、従来のガスを使用した浸炭方法の約３分の１程度の短時間でかつ同等レベルの浸炭特性を得ることができる。このため、処理に要する時間や加熱に必要なエネルギーを削減することができ、また製造コストを低減できる。さらに、二酸化炭素などの排ガスの量も低減できるので、環境負荷も低減できる。
【００１３】
なお、上記実施例は本発明の一例であって、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、浸炭のみでなく、投射材として、窒化物粉末や炭窒化物粉末、炭化物粉末と窒化物粉末の混合物を用いることで、窒化や浸炭窒化を行うことができる。炭化物粉末や窒化物粉末、炭窒化物粉末としては、その後の焼入れで拡散しやすいように熱的に分解しやすい鉄系炭化物粉末や鉄系窒化物粉末、鉄系炭窒化物粉末であることが好ましい。また、粒径は、より緻密な炭化物層、窒化物層、炭窒化物層を形成させるために平均粒径が約２００μｍ以下であることが好ましく、さらに約６０μｍ以下であると好ましい。
【００１４】
また、炭化物粉末等を投射する際に５００℃以上に加熱する方法としては、本実施例以外にも高周波熱処理により行うことができ、この場合にはより短時間で処理が可能となる。同様に、焼入れ時の加熱の際にも加熱炉で加熱してもよいし、高周波熱処理によってもよい。また、焼入れ時の加熱保持時間は、投射したセメンタイト等が全てオーステナイトに変化する程度の時間であることが好ましい。
なお、投射材の投射速度や投射圧力については、特に限定されず浸炭等の対象になる鋼の硬さや種類等により適宜設定されるが、鋼表面に付着するのみでなく、高温条件下で投射材の衝突により鋼が塑性変形し、投射材が埋め込まれる程度の強さで投射することが好ましい。
【００１５】
また、上記実施例においては、深溝玉軸受の軌道輪に処理を施す方法について説明したが、本発明の適用対象はこれに限定されず、鋼で構成される部材であればどのような部材に対しても適用することができる。例えば、上記深溝玉軸受以外の玉軸受やころ軸受などの転がり軸受、リニアガイド、直動ベアリング、及び、ボールねじ等各種の転動装置の構成部材に適用できる。ここで、転動装置とは、外面に軌道面を有する内方部材と、内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し内方部材の外方に配された外方部材と、両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体とを備える装置である。これら内方部材、外方部材及び転動体の少なくともいずれかに本発明の処理を施すことで、軌道面や転動面に硬化層を形成して、装置を長寿命化でき、かつ、上述のように大型の装置であっても短時間で低コスト、低環境負荷で製造可能である。なお、内方部材は、転がり軸受では内輪に相当し、ボールねじではねじ軸に相当し、リニアガイドでは案内レールに相当し、直動ベアリングでは軸に相当する。同様に、外方部材は、転がり軸受では外輪に相当し、ボールねじではナットに相当し、リニアガイドではスライダに相当し、直動ベアリングでは外筒に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施例に係る軌道輪のＥＰＭＡによる炭素濃度プロファイルを示す図である。
【図２】本実施例に係る軌道輪のＸ線測定による残留オーステナイト量プロファイルを示す図である。
【図３】本実施例に係る軌道輪の硬度計測定による硬さプロファイルを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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