JP3605276B2

JP3605276B2 - Induction hardened steel and linear motion device for foreign matter resistant environment

Info

Publication number: JP3605276B2
Application number: JP01256398A
Authority: JP
Inventors: 斎木下; 兼彰濱田; 弦二郎伊勢; 純三新部
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd; THK Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd; THK Co Ltd
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2018-01-26
Also published as: JPH11209844A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異物が混入する環境下において、異物の食い込みが生じても疲労寿命の低下が起きにくい焼入れ後の高周波焼入鋼、さらにかかる高周波焼入鋼によって製造された構成部材をその一部に含む直線運動装置に関する。但し、この直線運動装置とは、図１に示す直線案内装置や、図示しないボールスプラインやボールねじなど、ボールまたはローラ等の転動体を介して軌道軸とスライド部材とを相対的に移動自在に組み付けてなるものの総称とする。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、例えば工作機械に組み込まれて工作物担持用のテーブル等を案内する直線案内装置を示すものである。この直線案内装置は、長手方向に沿ってボール転走面１ａが形成された軌道レール（軌道軸）１と、転動体としての多数のボール２を介してこの軌道レール１に嵌合すると共に内部に該ボール２の無限循環路を備えた摺動台（スライド部材）３とから構成されており、ボール２の循環に伴って摺動台３が軌道レール１上を往復運動する。但し、摺動台３を固定側として軌道レール１を往復運動させる場合もある。
【０００３】
上記摺動台３は、テーブル等（図示せず）を取り付けるための取付面５ａを有する略サドル状のブロック５と、このブロック５の前後両端面に固定された一対のエンドプレート６とから構成されている。上記無限循環路は、このブロック５に軌道レール１のボール転走面１ａに対応して形成された負荷ボール転走面５ｂおよびボール戻し孔５ｃと、両エンドプレート６に形成されて該負荷ボール転走面５ｂおよびボール戻し孔５ｃを連通する方向転換路（図示せず）とからなる。
【０００４】
このような直線案内装置において、ボール２と軌道レール１およびボール２と摺動台３とは、ほぼ点に近い状態で接触し、この接触部分が同じ軌道上を繰り返し移動するため、軌道レール１および摺動台３には転動負荷がかかる。
【０００５】
直線案内装置が良好な環境下で使用される場合には、ボール２と軌道レール１およびボール２と摺動台３の接触部分において問題は生じないが、一般の工場等の開放された環境下で使用される場合には、使用環境中の塵、埃または加工時に工作機械等から発生する切り粉などの異物が接触部分に付着する場合がある。接触部分に付着した異物は、摺動台３が作動することにより、ボール転走面１ａに食い込み、異物が食い込んだ軌道レール１は、疲労寿命が大きく低下するという問題が起こる。
【０００６】
従来、この問題に対しては、ＳＵＪ２等の軸受鋼を塩水焼入れして、軌道レールの構成材料の硬度を高める方法、炭素鋼を浸炭焼入れして浸炭硬化層を深くし、硬さを増して異物圧痕を付きにくくする方法、ＳＵＪ３やＳＵＪ５などの軸受鋼を用いてマルテンパー等の高温熱処理を施し、軌道レールの構成材料の亀裂靱性を高める方法等が行なわれていた。
【０００７】
しかしながら、軸受鋼を塩水焼入れする方法では、硬度が高くなりすぎて靱性が乏しくなり、異物の混入によって引き起こされる損傷箇所から早期にクラックが生じ、このクラックの伝播によって剥離が生じ易く、その寿命を向上させることができなかった。また、浸炭焼入れする方法や高温熱処理する方法は、生産性が低下してコストアップの原因となっていたため、実用上の大きな問題があった。
【０００８】
また、特開昭６４−５５４２３号公報には、軌道表面層が２０〜４５容量％の残留オーステナイトを有するように浸炭焼入れ等を行うことによって、異物混入潤滑下における軸受の寿命が長くなることが開示されている。しかし、この場合においても、その処理時間に長時間を要する浸炭焼入れが行われるため、生産性が低下してコストアップの原因になっていた。
【０００９】
また、特開平８−８１７３５号公報には、残留オーステナイト量を１５〜３０容量％とした高周波焼入用直動案内用鋼が開示されている。この高周波焼入用鋼によれば、靱性を向上させる効果を有する残留オーステナイト量を上記範囲内にすることにより、異物が混入する悪条件の環境下においてより優れた転動寿命が得られる。しかし、この高周波焼入用鋼は、高価なニッケル等の材料を含み尚且つ被削性に乏しいので、材料コストおよび加工コストが高くなるという問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題を解決するため、本発明は、塵、埃、切り粉等の異物が存在する環境下において、異物の食い込みが生じても疲労寿命の低下が起きにくく、かつ低コストで得られ且つ高硬度と高靱性を有する耐異物環境用高周波焼入鋼、さらに、かかる耐異物環境用高周波焼入鋼によって製造された構成部材をその一部に含む直線運動装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の耐異物環境用高周波焼入鋼は、少なくとも炭素：０．６０〜０．９０重量％、マンガン：０．５０〜１．７０重量％、クロム：０．２０〜１．２０重量％、珪素：０．２７重量％以下、リン：０．０３重量％以下、硫黄：０．０３重量％以下、モリブデン：０．０３重量％以下、酸素：０．００２０重量％以下および不可避不純物を含有し、高周波焼入れ層が、２０〜４０容量％の残留オーステナイトを有して６１ＨＲＣ以上の硬さであることに特徴を有する。
【００１６】
この発明によれば、高周波焼入れ層が２０〜４０容量％の残留オーステナイトを有するので、靱性に優れ、異物の混入によって引き起こされる損傷箇所からクラックが生じにくい。また、クラックが生じたとしても、生じたクラックが伝播しにくく、剥離が生じにくいので、その寿命を向上させることができる。さらに、高周波焼入れ層の硬度が６１ＨＲＣ以上という高い硬度であることは、直線案内装置の軌道レールとして好ましく、高靱性で高硬度を兼ね備えた点において優れた高周波焼入鋼である。また、この耐異物環境用高周波焼入鋼は、浸炭処理を必要としないので、低コストで高硬度で高靱性の鋼を製造できるという実用上特に好ましい効果を有している。
【００１８】
この発明によれば、炭素、マンガン、クロムに加えて、さらに、リン、硫黄、モリブデン、酸素、窒素を各々含有するので、得られた高周波焼入鋼は、高い硬度と高い靱性を有するので、異物環境下でも長寿命で使用することができるとともに、得られた鋼は安価で被削性や冷間加工性に優れている。
【００１９】
請求項２の発明の直線運動装置は、請求項１に記載の耐異物環境用高周波焼入鋼によって製造される構成部材をその一部に含むことに特徴を有する。
【００２０】
この発明によれば、高い硬度と高い靱性を有し、異物環境下でも長寿命で使用することができる耐異物環境用高周波焼入鋼により直線運動装置の構成部材が製造されるので、得られた直線運動装置が、異物環境中で使用されたとしても、異物が原因で引き起こされる損傷箇所からクラックが生じにくく、また、クラックが生じたとしても、生じたクラックが伝播しにくく、剥離が生じにくい直線運動装置とすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
高周波焼入用鋼、および本発明の耐異物環境用高周波焼入鋼、およびかかる高周波焼入鋼から製造される直線運動装置について具体的に説明する。
【００２２】
（１）高周波焼入用鋼
本発明の高周波焼入鋼を得るための高周波焼入用鋼は、耐異物環境用の高周波焼入鋼を得るための鋼として好適に用いられるものであって、少なくとも炭素：０．６０〜０．９０重量％、マンガン：０．５０〜１．７０重量％、クロム：０．２０〜１．２０重量％、珪素：１．００重量％以下を含有し、２５０℃以下のＭｓ点を有するものである。
【００２３】
Ｍｓ点は、マルテンサイト変態において、過冷オーステナイトからマルテンサイト組織が生成し始める温度であり、下記の公知の実験式であらわされるように、鋼の組成によって定まる一定の温度である。
【００２４】
Ｍｓ（℃）＝５５０−３５０×％Ｃ−４０×％Ｍｎ−３５×％Ｖ−２０×％Ｃｒ−１７×％Ｎｉ−１０×（％Ｃｕ＋％Ｍｏ）−５×％Ｗ＋１５×％Ｃｏ＋３０×％Ａｌ
ここで、％Ｃは炭素含有量、％Ｍｎはマンガン含有量、％Ｖはバナジウム含有量、％Ｃｒはクロム含有量、％Ｎｉはニッケル含有量、％Ｃｕは銅含有量、％Ｍｏはモリブデン含有量、％Ｗはタングステン含有量、％Ｃｏはコバルト含有量、％Ａｌはアルミニウム含有量である。
【００２５】
Ｍｓ点の温度決定に影響する成分元素としては、炭素、マンガン、バナジウム、クロム、ニッケル、銅、モリブデン、タングステン、コバルト、アルミニウムが挙げられる。Ｍｓ点を下げるのに特に有効な元素としては、炭素、マンガン、バナジウム、クロム、ニッケルであり、これらの内でも炭素が最も影響することが知られている。この鋼においては、バナジウム、ニッケル、銅、モリブデン、タングステン、コバルトは不可避不純物として鋼中に含有される量であるので、Ｍｓ点の温度には大きく影響しない。また、アルミニウムは脱酸剤として添加される元素であるが、およそ０．０５重量％以下であるため、Ｍｓ点の温度決定には大きく影響しない。このＭｓ点の温度が低いほど、高周波焼入れした鋼中に未変態のまま残存しているオーステナイト、いわゆる残留オーステナイトを多く生成させることができる。
【００２６】
残留オーステナイトは、既に知られているように、靱性を向上させる効果を有するので、塵、埃、切り粉等の異物が存在する環境下において、例えば直線案内装置の軌道レールに異物の食い込みが生じても、その疲労寿命の低下を起きにくくするという作用を有している。生成する残留オーステナイト量は、２０〜４０容量％であることが疲労寿命の観点から好ましい。高周波焼入用鋼のＭｓ点が２５０℃以下であることは、上記の範囲の残留オーステナイト量を得るのに好ましい。
【００２７】
この高周波焼入用鋼のＭｓ点が２５０℃以下であるので、９５０〜１０５０℃で６〜８秒間高周波加熱した後、ポリマー焼入れし、その後、低温焼戻しすることによって、上記範囲の残留オーステナイト量を得ることができる。Ｍｓ点が２５０℃を超える場合には、Ｍｆ点が常温付近になるという理由で、高周波焼入れによっても上記範囲の残留オーステナイト量を得ることができず、耐異物環境用の高周波焼入鋼を得ることができない。
【００２８】
したがって、高周波焼入用鋼は、２５０℃以下のＭｓ点を有するので、当該鋼を高周波焼入れすることによって、上記範囲の残留オーステナイトが生成した本発明の高周波焼入鋼を容易に得ることができる。このとき得られた高周波焼入鋼は、高い硬度と高い靱性を有するので、異物環境下でも長寿命で使用することができる。
【００２９】
高周波焼入用鋼は、少なくとも炭素：０．６０〜０．９０重量％、マンガン：０．５０〜１．７０重量％、クロム：０．２０〜１．２０重量％、珪素：１．００重量％以下を含有し、さらに、リン：０．０３重量％以下、硫黄：０．０３重量％以下、モリブデン：０．０３重量％以下、酸素：０．００２０重量％以下および不可避不純物を含有していることが好ましい。
【００３０】
本発明は、耐異物環境用高周波焼入鋼のコストの低減および加工性の向上も目的の一つとするものであるから、ニッケルのように高価な材料、およびバナジウムのように炭素との親和力が大きく被削性を低下させる材料を使用しないことによってその目的を達成することができる。しかし、バナジウムとニッケルを使用しないことは、Ｍｓ点を下げにくくし、残留オーステナイトの生成を抑制する。そのため、他の安価な元素である炭素、マンガンおよびクロムの含有量を、加工性を阻害しない範囲内で多く含有させることによって、高周波焼入用鋼を所望のＭｓ点とすることができ、この高周波焼入用鋼を高周波焼入れによって上記範囲の残留オーステナイトを生成させることができるので、耐異物環境用性に優れ、コストの低減および良好な加工性を有する高周波焼入鋼を得るという本発明の目的を達成することができる。
【００３１】
以下に、ここに挙げた成分組成とその範囲を限定した理由を説明する。
【００３２】
炭素（Ｃ）は、高周波焼入れによって炭化物を形成し、高周波焼入れ層の焼戻し後の硬さを６１ＨＲＣ以上にするために必要な元素であると共に、Ｍｓ点を２５０℃以下とし、高周波焼入れ層に２０〜４０容量％の残留オーステナイトを生成させるために特に有効な元素として作用する。しかし、炭素が０．６０重量％未満では、高周波焼入れ層においてこのような硬さが得られず、さらに、Ｍｓ点を２５０℃以下にすることが困難となって所望量の残留オーステナイトを生成することができない。従って、炭素含有量の下限は、０．６０重量％以上、特に０．６５重量％以上とすることが好ましい。また、炭素含有量が０．９０重量％を超えると、被削性や冷間加工性が劣り、さらには高周波焼入れ時に焼き割れが生じ易くなる。従って、炭素含有量の上限は、０．９０重量％以下、特に０．８５重量％以下とすることが好ましい。
【００３３】
マンガン（Ｍｎ）は、高周波焼入れ性を向上させる効果の大きい元素であると共に、Ｍｓ点を下げ、高周波焼入れ層に残留オーステナイトを多く生成させるために有効な元素として作用する。マンガン含有量が０．５０重量％未満では、高周波焼入れした後に得られる高周波焼入鋼において、十分な焼入性を確保することができず、Ｍｓ点を十分に下げることができない。従って、マンガン含有量の下限は、０．５０重量％以上、特に０．７０重量％以上とすることが好ましい。また、マンガン含有量が１．７０重量％を超えると、被削性や冷間加工性が劣る。従って、マンガン含有量の上限は、１．７０重量％以下、特に１．５０重量％以下とすることが好ましい。
【００３４】
クロム（Ｃｒ）は、鋼の高周波焼入性および靱性を向上させる効果を有する元素であると共に、Ｍｓ点を下げ、高周波焼入れ層に残留オーステナイトを多く生成させるために有効な元素として作用する。クロム含有量が０．２０重量％未満では、高周波焼入性および靱性の向上が十分でなく、Ｍｓ点を十分に下げることができない。従って、クロム含有量の下限は、０．２０重量％以上、特に０．５０重量％以上とすることが好ましい。また、クロム含有量が１．２０重量％を超えると、高周波焼入れ後の硬さが６１ＨＲＣ以上を確保しにくい場合があった。従って、クロム含有量の上限は、１．２０重量％以下、特に１．００重量％以下とすることが好ましい。
【００３５】
以下の元素は、Ｍｓ点を下げて所望の残留オーステナイトを生成する点においては直接的に影響する元素ではないが、加工性、被削性および鋼として要求される性質を付与するために必要である。
【００３６】
珪素（Ｓｉ）は、脱酸剤として添加される。炭素との親和力が小さいので炭化物を作らず、フェライトに固溶して硬さおよび強さを高めると共に、被削性や冷間加工性に影響する元素である。珪素含有量が１．００重量％を超えると被削性と冷間加工性が悪くなる。従って、珪素含有量の上限は、１．００重量％以下とすることが好ましい。
【００３７】
リン（Ｐ）は、耐食性を向上させるという効果がある。しかし、０．０３重量％を超えて添加した場合、粒界に偏析して粒界脆化を促進し易くなる。従って、リン含有量の上限は、０．０３重量％以下とすることが好ましい。
【００３８】
硫黄（Ｓ）は、マンガンと結合してＭｎＳとなり、赤熱脆さを防ぐ。しかし、ＭｎＳは非金属介在物を構成し、疲労寿命を低下させる原因でもある。硫黄含有量が０．０３重量％を超えると、疲労寿命の低下が起こりやすくなるため、硫黄含有量の上限は、０．０３重量％以下とすることが好ましい。尚、ＭｎＳは被削性を改善する効果を有するため、０．０１０％以上としておくことが望ましい。
【００３９】
モリブデン（Ｍｏ）は、クロムと同様に、炭化物形成元素として作用する。そのため、０．０３重量％を超えると高周波焼入れ性を悪化させる場合がある。従って、モリブデン含有量の上限は、０．０３重量％以下とすることが好ましい。
【００４０】
酸素（Ｏ）は、他の金属元素と酸化物を生じて粒界に偏析して赤熱脆さの要因となる。酸素含有量が０．００２０重量％を超えると、疲労寿命が低下する場合があるので、０．００２０重量％以下、特に０．００１５重量％以下が好ましい。
【００４１】
尚、上述した元素のほかに、更に窒素（Ｎ）を含有させてもよい。窒素は、鋼に一部固溶して強さを高める反面、あまり多く含有すると低温脆さを著しく助長する。従って、窒素含有量は、適宜適量に含有させることが好ましいが、好ましくは、０．０１重量％以下とすることが好ましい。
【００４２】
以上述べた高周波焼入用鋼は、Ｍｓ点を２５０℃以下とするのに有効な炭素、マンガン、クロムに加え、さらに上記の成分範囲の元素を含有しているので、高周波焼入・焼戻しすることによって、高い硬度と高い靱性を有し、加工性やコストパフォーマンスに優れている。さらに、Ｍｓ点が低いので、２０〜４０容量％の残留オーステナイトの生成が容易となり、塵、埃、切り粉等の異物が存在する環境下において、異物の食い込みが生じても疲労寿命の低下を起きにくくするという好ましい高周波焼入鋼を得ることができる。また、浸炭焼入処理を行なわなくてもよいので、製造コストが安価で、被削性および冷間加工性に優れた高周波焼入鋼を得ることができため、実用上において極めて好ましい。
【００４３】
（２）耐異物環境用高周波焼入鋼
本発明の耐異物環境用高周波焼入鋼は、少なくとも炭素：０．６０〜０．９０重量％、マンガン：０．５０〜１．７０重量％、クロム：０．２０〜１．２０重量％、珪素：１．００重量％以下を含有し、高周波焼入れ層が２０〜４０容量％の残留オーステナイトを有して６１ＨＲＣ以上の硬さのものである。
【００４４】
すなわち、この耐異物環境用高周波焼入鋼は、上述したＭｓ点が２５０℃以下で、少なくとも炭素：０．６０〜０．９０重量％、マンガン：０．５０〜１．７０重量％、クロム：０．２０〜１．２０重量％、珪素：１．００重量％以下を含有する高周波焼入用鋼を、高周波焼入れ・焼戻しすることによって得られるものである。
【００４５】
高周波焼入れ層の残留オーステナイトが２０容量％未満では、異物環境下で異物の食い込みが生じた際に疲労寿命が低下する場合があり、寿命改善効果が十分でなかった。従って、高周波焼入れ層における残留オーステナイト量の下限は２０容量％以上、特に２５容量％以上とすることが好ましい。一方、残留オーステナイトは軟らかいので、高周波焼入れ層の残留オーステナイトが４０容量％を超えると、疲労寿命の低下は起こらなかったが、高周波焼入鋼の表面硬さが６１ＨＲＣ以上を確保しにくい場合があった。従って、高周波焼入れ層における残留オーステナイト量の上限は４０容量％以下、特に３５容量％以下とすることが好ましい。
【００４６】
したがって、本発明の耐異物環境用高周波焼入鋼は、２０〜４０容量％の残留オーステナイトを有し、その表面硬さが６１ＨＲＣ以上であるので、高い靱性と高い硬度を有し、異物環境下でも長寿命で使用することができる。
【００４７】
耐異物環境用高周波焼入鋼は、少なくとも炭素：０．６０〜０．９０重量％、マンガン：０．５０〜１．７０重量％、クロム：０．２０〜１．２０重量％、珪素：１．００重量％以下を含有し、さらに、リン：０．０３重量％以下、硫黄：０．０３重量％以下、モリブデン：０．０３重量％以下、酸素：０．００２０重量％以下および不可避不純物を含有していることが好ましい。
【００４８】
ここに挙げた成分組成とその範囲を限定した理由は、上述した高周波焼入用鋼と同じである。
【００４９】
耐異物環境用高周波焼入鋼を得るための高周波焼入れ・焼戻しは、従来公知の方法で行なうことができるので、直線案内装置の一つである軌道レールのような長尺品に対しても処理が容易であり、処理コストが安く、安価な耐異物環境用高周波焼入鋼を得ることができる。これに関しては、浸炭処理する従来の耐異物環境用の鋼に比べて、特に優れた点であり、実用上において極めて効果的である。
【００５０】
高周波焼入れ・焼戻しを下記の条件で行なうことによって、高硬度、高靱性を有し、疲労寿命を向上させるのに好ましい２０〜４０容量％の残留オーステナイトを高周波焼入れ層に有する耐異物環境用高周波焼入鋼を容易に得ることができる。
【００５１】
高周波焼入れ時の表面加熱温度は、上限を１０５０℃、下限を９５０℃とすることが好ましい。表面加熱温度が１０５０℃を超えると、焼き割れが起こりやすくなる。一方、表面加熱温度が９５０℃未満では、２０容量％以上の残留オーステナイトを確保することができない場合があること、および、高周波焼入れのような短時間加熱の場合には炭化物を十分に固溶させることが難しくなり、不完全焼入れになり易いことなどの不都合が生じる。加熱後、ポリマー焼入れし、その後、低温焼戻しすることによって上記範囲の残留オーステナイト量を得ることができる。高周波焼入れ後の焼戻し温度は１３０〜１８０℃、好ましくは１５０℃、また、焼戻し時間は６０〜１８０分間、好ましくは８０分間程度である。
【００５２】
以上述べた耐異物環境用高周波焼入鋼は、２５０℃以下のＭｓ点を有する高周波焼入用鋼を高周波焼入れ・焼戻しすることによって、高周波焼入れ層の残留オーステナイト量を２０〜４０容量％とし、その表面硬度を６１ＨＲＣ以上にすることができるので、靱性に優れ、塵、埃、切り粉等の異物の混入によって引き起こされる損傷箇所からクラックが生じにくい。また、クラックが生じたとしても、生じたクラックが伝播しにくく、剥離が生じにくいので、その寿命を向上させることができる。さらに、高周波焼入れ層の硬度が６１ＨＲＣ以上という高い硬度であることは、直線案内装置の軌道レールとして好ましく、高靱性で高硬度を兼ね備えた点において優れた高周波焼入鋼である。また、この耐異物環境用高周波焼入鋼は、浸炭処理を必要としないので、低コストで高硬度で高靱性の鋼を製造できるという実用上特に好ましい効果を有している。
【００５３】
（３）直線運動装置
本発明の直線運動装置は、上述の耐異物環境用高周波焼入鋼から製造される。すなわち、少なくとも炭素：０．６０〜０．９０重量％、マンガン：０．５０〜１．７０重量％、クロム：０．２０〜１．２０重量％、珪素：１．００重量％以下を含有し、高周波焼入れ層の残留オーステナイト量が２０〜４０容量％で、その表面硬度が６１ＨＲＣ以上の耐異物環境用高周波焼入鋼を用いて製造される。この時、さらに、リン：０．０３重量％以下、硫黄：０．０３重量％以下、モリブデン：０．０３重量％以下、酸素：０．００２０重量％以下および不可避不純物を含有する耐異物環境用高周波焼入鋼を用いて製造することもできる。
【００５４】
上述した耐異物環境用高周波焼入鋼によって、図１に示す直線案内装置に、その構成部材として製造された軌道レール１または軌道レール１上に設けられた摺動台３として使用することができ、本発明の直線運動装置を得ることができる。
【００５５】
得られた直線運動装置は、高い硬度と高い靱性を有し、異物環境下でも長寿命で使用することができる耐異物環境用高周波焼入鋼をその一部、特に軌道レール１または摺動台３として構成されるので、この装置が異物環境中で使用されたとしても、異物が原因で引き起こされる損傷箇所からクラックが生じにくく、また、クラックが生じたとしても、生じたクラックが伝播しにくく、剥離が生じにくい。また、高価な材料や加工性を阻害する材料を含有しないので、長寿命でコストパフォーマンスに優れた直線案内装置とすることができる。
【００５６】
【実施例】
次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００５７】
表１に示す化学成分の鋼を、１００ｋｇＶＩＭ（真空誘導溶解）炉にて真空溶製した後、１１５０〜１２００℃で熱間鍛造によってφ６５ｍｍとφ２０ｍｍの丸棒に鍛伸した。表１におけるＮｏ．１〜４は、本発明の高周波焼入鋼（以下、実施鋼という）である。Ｎｏ．５〜８は、本発明で規定する範囲から外れた比較鋼である。比較鋼のうちＮｏ．５は従来品として主に用いられているものであり、Ｎｏ．８はＪＩＳ規格のＳＣＭ４２０に相当するもので浸炭処理を行なって使用されるものである。また、表１には前記した計算式により求めたＭｓ点も示してある。
【００５８】
【表１】

このようにして得られた各丸棒について、以下の特性を評価した。
【００５９】
［異物環境スラスト型転動疲労試験］
φ６５ｍｍに鍛伸された各丸棒について、比較鋼Ｎｏ．８以外は、８３５℃で焼きなましを行った後、厚さ１０ｍｍの円盤状の平板を切りだし、高周波焼入れ時の表面加熱を１０００℃、７秒間で処理した後、ポリマー焼入れし、さらに１５０℃、８０分間の焼戻しを行ない、研削および研磨加工により表面を鏡面状態とし試験片を作製した。
【００６０】
また、比較鋼Ｎｏ．８は、９００℃で焼ならしを行なった後、厚さ１０ｍｍの円盤状の平板を切りだし、９３０℃で６００分間浸炭処理し、８４０℃から焼入れし、その後１７０℃で１２０分間焼戻し処理を行なった。これを、研削および研磨加工により表面を鏡面状態とし試験片を作製した。また、この試験片の試験面の硬度をロックウェル硬度計で測定した。
【００６１】
異物環境スラスト型転動疲労試験とは、森式スラスト型転動疲労試験機において、潤滑油中に異物を投入して転動疲労試験を行なう方法である。以下に示す条件で試験を行ない、Ｌ_５０（５０％累積破損確率）で耐異物環境の転動疲労寿命を評価した。
【００６２】
試験温度：常温
最大ヘルツ圧縮応力（Ｐ_ｍａｘ）：５４０ｋｇｆ／ｍｍ^２
応力繰返し速度：１８００ｃｐｍ
潤滑油：スピンドル油（＃６０）
異物：粒度１０５〜１５０μｍで硬さ７６０〜８００ＨＶの高速度工具鋼（ＳＫＨ５１）を、１ｇ／ｌの割合で潤滑油に投入した。
【００６３】
異物環境転動疲労寿命は、比較鋼Ｎｏ．５のＬ_５０（５０％累積破損確率）を１としたときの比をもって表した。
【００６４】
［残留オーステナイト量測定］
異物環境スラスト型転動疲労試験に用いた試験片と同様に作製された試験片において、高周波焼入面または浸炭面の残留オーステナイト量を測定した。測定方法は、通常のＸ線回折法であり、体積比（％）で試験結果を表示した。
【００６５】
［冷間加工性］
φ２０ｍｍに鍛伸された各丸棒について、比較鋼Ｎｏ．８以外は７７５℃で球状化焼なましを行ない、比較鋼Ｎｏ．８は９００℃で焼ならしを行なった。この丸棒を、「塑性と加工、Ｐ１３９、２２−２４１（１９８１）」に示されている冷間据込み性試験方法に従い、φ１４ｍｍ×２１ｍｍ（切欠無し）の円筒状の試験片を作製した後、圧縮試験機により拘束圧縮を行なった。４０％圧縮時の変形抵抗を測定し、変形抵抗が１２００Ｎ／ｍｍ^２未満のときを「○」、１２００Ｎ／ｍｍ^２以上のときを「×」として評価した。
【００６６】
［結果］
このようにして測定された種々の特性結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】

Ｎｏ．１〜４は本発明の規定要件を全て満足する実施例であり、高周波焼入れによって残留オーステナイトを２０〜４０容量％含み、６１ＨＲＣ以上の硬さであった。また、冷間加工性、異物環境転動疲労性は、何れも優れた結果を示しており、耐異物環境用に用いられる鋼として十分な特性であった。
【００６８】
一方、比較鋼であるＮｏ．５〜７は、本発明の要件を満たしていないものであり、冷間加工性、異物環境転動疲労性の何れかの特性が劣っている。
【００６９】
実施鋼は、比較鋼Ｎｏ．８の浸炭鋼と同等またはそれ以上の優れた特性であった。実施鋼は、浸炭処理を行なわないので、浸炭炉のように処理できる長さ等の制限がなく、また、長尺の軌道レール等を効率のよい高周波焼入法によって焼入れすることができる。このため、製造コストにおいては比較鋼Ｎｏ．１１に比べ、明らかな優位性を示すことができた。
【００７１】
【発明の効果】
また、本発明の耐異物環境用高周波焼入鋼によれば、高周波焼入れ層の残留オーステナイト量が２０〜４０容量％であるので、靱性に優れ、塵、埃、切り粉等の異物の混入によって引き起こされる損傷箇所からクラックが生じにくい。また、クラックが生じたとしても、生じたクラックが伝播しにくく、剥離が生じにくいので、その寿命を向上させることができる。さらに、高周波焼入れ層の硬度が６１ＨＲＣ以上という高い硬度であるので、直線運動装置の軌道軸として好ましく、高靱性で高硬度を兼ね備えた点において優れた高周波焼入鋼である。また、浸炭焼入処理されないので、安価で、冷間加工性および被削性に優れた耐異物環境用高周波焼入鋼を得ることができるという実用上特に好ましい効果を有している。
【００７２】
さらに、本発明の直線運動装置によれば、高い硬度と高い靱性を有し、異物環境下でも長寿命で使用することができる耐異物環境用高周波焼入鋼により製造されるので、この装置が異物環境中で使用されたとしても、異物が原因で引き起こされる損傷箇所からクラックが生じにくく、また、クラックが生じたとしても、生じたクラックが伝播しにくく、剥離が生じにくい。また、高価な材料や加工性を阻害する材料を含有しないので、長寿命でコストパフォーマンスに優れた直線運動装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】直線案内装置の概略図である。
【符号の説明】
１軌道レール
１ａボール転走面
２ボール
３摺動台
５ブロック
５ａ取付面
５ｂ負荷ボール転走面
５ｃボール戻し孔
６エンドプレート[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
In the present invention, in an environment where foreign matter is mixed, even if the foreign matter bites, the fatigue life is reduced.Induction hardened steel after hardening that is difficult to occurFurther, the present invention relates to a linear motion device including a part made of such induction hardened steel as a part thereof. However, the linear motion device is a linear guide device shown in FIG. 1 or a track spline and a slide member that are relatively movable via rolling elements such as balls or rollers, such as a ball spline and a ball screw (not shown). It is a generic term for those assembled.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 shows a linear guide device incorporated in a machine tool, for example, for guiding a table or the like for carrying a workpiece. This linear guide device fits inside the track rail 1 via a plurality of balls 2 as rolling elements and a track rail (track axis) 1 having a ball rolling surface 1a formed in the longitudinal direction. And a slide table (slide member) 3 having an infinite circulation path for the ball 2. The slide table 3 reciprocates on the track rail 1 as the ball 2 circulates. However, the track rail 1 may be reciprocated with the slide table 3 as a fixed side.
[0003]
The slide table 3 includes a substantially saddle-shaped block 5 having a mounting surface 5a for mounting a table or the like (not shown), and a pair of end plates 6 fixed to both front and rear end surfaces of the block 5. Have been. The infinite circulation path is formed on the block 5 with a load ball rolling surface 5b and a ball return hole 5c formed corresponding to the ball rolling surface 1a of the track rail 1, and with the load balls formed on both end plates 6. A turning path (not shown) communicating the rolling surface 5b and the ball return hole 5c.
[0004]
In such a linear guide device, the ball 2 and the track rail 1 and the ball 2 and the slide table 3 come into contact with each other in a state close to a point, and the contact portion repeatedly moves on the same track. In addition, a rolling load is applied to the slide 3.
[0005]
When the linear guide device is used in a favorable environment, no problem occurs in the contact portion between the ball 2 and the track rail 1 and between the ball 2 and the slide 3, but in an open environment such as a general factory. In the case of use in such a case, foreign matter such as dust and dirt in a use environment or cutting chips generated from a machine tool or the like during processing may adhere to the contact portion. The foreign matter adhering to the contact portion digs into the ball rolling surface 1a by the operation of the slide table 3, and the track rail 1 in which the foreign matter digs in has a problem that the fatigue life is greatly reduced.
[0006]
Conventionally, in order to solve this problem, a method of salt quenching bearing steel such as SUJ2 to increase the hardness of the constituent material of the track rail, and carburizing and quenching carbon steel to deepen the carburized hardened layer and increase the hardness. A method of making foreign material indentation less likely, and a method of performing high-temperature heat treatment such as martempering using bearing steel such as SUJ3 or SUJ5 to increase the crack toughness of the constituent material of the track rail have been performed.
[0007]
However, in the method of salt water quenching of the bearing steel, the hardness becomes too high and the toughness is poor, and cracks occur early from the damaged portion caused by the inclusion of foreign matter, and the cracks easily propagate, and the life tends to be shortened. Could not be improved. In addition, the carburizing and quenching methods and the high-temperature heat treatment methods have a serious problem in practical use because the productivity is reduced and the cost is increased.
[0008]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-55423 discloses that the life of a bearing under lubrication with contaminants is prolonged by performing carburizing and quenching so that the raceway surface layer has 20 to 45% by volume of retained austenite. It has been disclosed. However, even in this case, carburizing and quenching requiring a long processing time is performed, so that the productivity is reduced and the cost is increased.
[0009]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-81735 discloses a linear guide steel for induction hardening in which the amount of retained austenite is 15 to 30% by volume. According to this induction hardening steel, by setting the amount of retained austenite having the effect of improving the toughness in the above range, a more excellent rolling life can be obtained in an environment under adverse conditions in which foreign matter is mixed. However, since the induction hardening steel contains expensive nickel and the like and has poor machinability, there is a problem that the material cost and the processing cost are increased.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In order to solve the above problem, the present invention makes it difficult for the fatigue life to be reduced even in the presence of foreign matter such as dust, dirt, and swarf even in the presence of foreign matter.AndProvided is a low-cost, high hardness and high toughness induction hardened steel for foreign matter resistant environments, and a linear motion device including, as a part thereof, a component manufactured by the induction hardened steel for foreign matter resistant environments. The purpose is to do.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
Claim1In the hardened steel for foreign matter environment of the invention, carbon: 0.60 to 0.90% by weight, manganese: 0.50 to 1.70% by weight, chromium: 0.20 to 1.20% by weight, silicon:0.27Weight% or less, Phosphorus: 0.03% by weight or less, sulfur: 0.03% by weight or less, molybdenum: 0.03% by weight or less, oxygen: 0.0020% by weight or less and inevitable impuritiesAnd the induction hardened layer is characterized by having a retained austenite of 20 to 40% by volume and a hardness of 61 HRC or more.
[0016]
According to the present invention, since the induction hardened layer has a retained austenite of 20 to 40% by volume, the toughness is excellent, and cracks are unlikely to be generated from a damaged portion caused by the inclusion of foreign matter. Further, even if a crack is generated, the generated crack is not easily propagated and peeling is hardly generated, so that the life of the crack can be improved. Further, it is preferable that the hardness of the induction hardened layer is as high as 61 HRC or more as a track rail of a linear guide device, and the induction hardened steel is excellent in that it has both high toughness and high hardness. In addition, since the induction hardened steel for foreign matter resistant environment does not require carburizing treatment, it has a practically particularly advantageous effect that a high hardness and high toughness steel can be manufactured at low cost.
[0018]
According to the present invention, in addition to carbon, manganese, and chromium, each further contains phosphorus, sulfur, molybdenum, oxygen, and nitrogen, so the obtained induction hardened steel has high hardness and high toughness. The steel can be used for a long life even in a foreign substance environment, and the obtained steel is inexpensive and has excellent machinability and cold workability.
[0019]
Claim2The linear motion device of the invention of the inventionIn oneThe present invention is characterized in that a constituent member manufactured by the induction hardening steel for foreign matter environment described above is included in a part thereof.
[0020]
According to the present invention, since the components of the linear motion device are manufactured from the high-frequency hardened steel having a high hardness and a high toughness and which can be used for a long life even under a foreign material environment, the obtained product is obtained. Even if the linear motion device is used in a foreign material environment, cracks are less likely to occur from damage caused by foreign matter, and even if cracks do occur, the cracks are difficult to propagate and peeling occurs It can be a difficult linear motion device.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Steel for induction hardening,And of the present inventionInduction hardened steel for a foreign matter resistant environment and a linear motion device manufactured from such induction hardened steel will be specifically described.
[0022]
(1) Steel for induction hardening
Steel for induction hardening for obtaining induction hardened steel of the present inventionIs preferably used as a steel for obtaining an induction hardened steel for a foreign matter resistant environment, and at least carbon: 0.60 to 0.90% by weight and manganese: 0.50 to 1.70% by weight. , Chromium: 0.20 to 1.20% by weight, silicon: 1.00% by weight or less, and having an Ms point of 250 ° C. or less.
[0023]
The Ms point is a temperature at which a martensite structure starts to be formed from supercooled austenite in the martensitic transformation, and is a constant temperature determined by the composition of the steel as represented by the following known empirical formula.
[0024]
Ms (° C.) = 550-350 ×% C-40 ×% Mn-35 ×% V-20 ×% Cr-17 ×% Ni-10 × (% Cu +% Mo) -5 ×% W + 15 ×% Co + 30 ×% Al
Here,% C is the carbon content,% Mn is the manganese content,% V is the vanadium content,% Cr is the chromium content,% Ni is the nickel content,% Cu is the copper content, and% Mo is the molybdenum content. %, W is the tungsten content,% Co is the cobalt content, and% Al is the aluminum content.
[0025]
Component elements that affect the determination of the Ms point temperature include carbon, manganese, vanadium, chromium, nickel, copper, molybdenum, tungsten, cobalt, and aluminum. Particularly effective elements for lowering the Ms point are carbon, manganese, vanadium, chromium, and nickel. Of these, carbon is known to have the greatest effect.thisIn steel, vanadium, nickel, copper, molybdenum, tungsten, and cobalt are contained in steel as unavoidable impurities, and therefore do not significantly affect the temperature at the Ms point. Aluminum is an element added as a deoxidizing agent. However, since it is approximately 0.05% by weight or less, it does not significantly affect the determination of the Ms point temperature. The lower the temperature at the Ms point, the more austenite that remains untransformed in the induction hardened steel, that is, so-called residual austenite, can be generated.
[0026]
As already known, retained austenite has an effect of improving toughness, and therefore, in an environment in which foreign matters such as dust, dirt, and cuttings are present, for example, foreign matter may enter the track rail of the linear guide device. However, it has the effect of making the fatigue life less likely to decrease. The amount of generated retained austenite is preferably 20 to 40% by volume from the viewpoint of fatigue life. It is preferable that the Ms point of the steel for induction hardening is 250 ° C. or less in order to obtain the amount of retained austenite in the above range.
[0027]
Since the Ms point of the induction hardening steel is 250 ° C. or less, the steel is induction-heated at 950 to 1050 ° C. for 6 to 8 seconds, then quenched by polymer, and then tempered at low temperature to reduce the amount of retained austenite in the above range. Obtainable. When the Ms point exceeds 250 ° C., the amount of retained austenite in the above range cannot be obtained even by induction hardening because the Mf point becomes close to room temperature, and an induction hardened steel for a foreign matter resistant environment is obtained. I can't.
[0028]
Therefore,Steel for induction hardening isSince the steel has an Ms point of 250 ° C. or less, induction austenite quenching of the steel produced residual austenite in the above range.Of the present inventionInduction hardened steel can be easily obtained. Since the induction hardened steel obtained at this time has high hardness and high toughness, it can be used for a long life even in a foreign material environment.
[0029]
The steel for induction hardening contains at least 0.60 to 0.90% by weight of carbon, 0.50 to 1.70% by weight of manganese, 0.20 to 1.20% by weight of chromium, and 1.00% by weight of silicon. %, Phosphorus: 0.03% by weight or less, sulfur: 0.03% by weight or less, molybdenum: 0.03% by weight or less, oxygen: 0.0020% by weight or less, and unavoidable impurities. Is preferred.
[0030]
The present invention also aims to reduce the cost and improve the workability of the induction hardened steel for foreign matter resistant environments, so that it has an affinity with carbon such as expensive materials such as nickel and carbon such as vanadium. The purpose can be achieved by not using a material that greatly reduces machinability. However, not using vanadium and nickel makes it difficult to lower the Ms point and suppresses generation of retained austenite. Therefore, it is possible to make the steel for induction hardening a desired Ms point by adding the contents of carbon, manganese, and chromium, which are other inexpensive elements, in a range that does not impair workability. Since the retained austenite in the above range can be generated by induction quenching of the steel for induction hardening, the invention provides an induction hardened steel having excellent resistance to foreign matter environments, reduced cost and good workability. The goal can be achieved.
[0031]
Hereinafter, the reasons for limiting the component compositions and the ranges thereof will be described.
[0032]
Carbon (C) is an element necessary for forming a carbide by induction hardening and making the hardness of the induction hardened layer after tempering 61 HRC or more, and has an Ms point of 250 ° C. or less and 20% for the induction hardened layer. It acts as a particularly effective element for producing ~ 40% by volume of retained austenite. However, if the carbon content is less than 0.60% by weight, such hardness cannot be obtained in the induction hardened layer, and it is difficult to reduce the Ms point to 250 ° C. or less, and a desired amount of retained austenite is generated. I can't. Therefore, the lower limit of the carbon content is preferably 0.60% by weight or more, particularly preferably 0.65% by weight or more. On the other hand, when the carbon content exceeds 0.90% by weight, machinability and cold workability are inferior, and furthermore, quenching cracks are likely to occur during induction hardening. Therefore, the upper limit of the carbon content is preferably 0.90% by weight or less, particularly preferably 0.85% by weight or less.
[0033]
Manganese (Mn) is an element having a large effect of improving the induction hardenability, and also acts as an element effective to lower the Ms point and generate a large amount of retained austenite in the induction hardened layer. If the manganese content is less than 0.50% by weight, sufficient hardenability cannot be ensured in the induction hardened steel obtained after induction hardening, and the Ms point cannot be sufficiently lowered. Therefore, the lower limit of the manganese content is preferably 0.50% by weight or more, particularly preferably 0.70% by weight or more. If the manganese content exceeds 1.70% by weight, machinability and cold workability are poor. Therefore, the upper limit of the manganese content is preferably 1.70% by weight or less, particularly preferably 1.50% by weight or less.
[0034]
Chromium (Cr) is an element having the effect of improving the induction hardenability and toughness of steel, and also acts as an effective element for lowering the Ms point and generating a large amount of retained austenite in the induction hardened layer. If the chromium content is less than 0.20% by weight, the induction hardenability and the toughness are not sufficiently improved, and the Ms point cannot be sufficiently lowered. Therefore, the lower limit of the chromium content is preferably 0.20% by weight or more, particularly preferably 0.50% by weight or more. If the chromium content exceeds 1.20% by weight, it may be difficult to secure a hardness of 61 HRC or more after induction hardening. Therefore, the upper limit of the chromium content is preferably 1.20% by weight or less, particularly preferably 1.00% by weight or less.
[0035]
The following elements are not elements that directly affect the reduction of the Ms point to produce the desired retained austenite, but are necessary for imparting workability, machinability and properties required for steel. is there.
[0036]
Silicon (Si) is added as a deoxidizing agent. Since it has a low affinity for carbon, it does not form carbides, but forms a solid solution with ferrite to increase hardness and strength, and also affects machinability and cold workability. If the silicon content exceeds 1.00% by weight, machinability and cold workability deteriorate. Therefore, the upper limit of the silicon content is preferably set to 1.00% by weight or less.
[0037]
Phosphorus (P) has an effect of improving corrosion resistance. However, when added in excess of 0.03% by weight, segregation at the grain boundaries facilitates the promotion of grain boundary embrittlement. Therefore, the upper limit of the phosphorus content is preferably set to 0.03% by weight or less.
[0038]
Sulfur (S) combines with manganese to form MnS and prevents red hot embrittlement. However, MnS forms nonmetallic inclusions and is also a cause of reducing fatigue life. If the sulfur content exceeds 0.03% by weight, the fatigue life tends to decrease, so the upper limit of the sulfur content is preferably set to 0.03% by weight or less. Since MnS has an effect of improving machinability, it is preferable to set MnS to 0.010% or more.
[0039]
Molybdenum (Mo), like chromium, acts as a carbide-forming element. Therefore, if it exceeds 0.03% by weight, the induction hardening property may be deteriorated. Therefore, the upper limit of the molybdenum content is preferably set to 0.03% by weight or less.
[0040]
Oxygen (O) generates oxides with other metal elements, segregates at grain boundaries, and causes red hot embrittlement. If the oxygen content exceeds 0.0020% by weight, the fatigue life may be reduced. Therefore, the oxygen content is preferably 0.0020% by weight or less, particularly preferably 0.0015% by weight or less.
[0041]
Note that, in addition to the above-described elements, nitrogen (N) may be further contained. Nitrogen partially dissolves in steel to increase the strength, but when it is contained too much, it significantly promotes low-temperature brittleness. Therefore, the nitrogen content is preferably contained in an appropriate amount, but is preferably 0.01% by weight or less.
[0042]
The steel for induction hardening described above contains carbon, manganese, and chromium effective for reducing the Ms point to 250 ° C. or less, and further contains elements in the above component ranges. Thereby, it has high hardness and high toughness, and is excellent in workability and cost performance. Further, since the Ms point is low, it is easy to generate 20 to 40% by volume of retained austenite, and in an environment where foreign matter such as dust, dirt, and swarf is present, the fatigue life is reduced even if the foreign matter bites. It is possible to obtain a preferred induction hardened steel that is less likely to occur. In addition, since the carburizing and quenching treatment does not need to be performed, an induction hardened steel having a low manufacturing cost and excellent machinability and cold workability can be obtained, which is extremely preferable in practical use.
[0043]
(2) Induction hardened steel for foreign matter resistant environment
The induction hardened steel for foreign matter environment of the present invention has at least 0.60 to 0.90% by weight of carbon, 0.50 to 1.70% by weight of manganese, 0.20 to 1.20% by weight of chromium, Silicon: contains 1.00% by weight or less, the induction hardened layer has a retained austenite of 20 to 40% by volume, and has a hardness of 61 HRC or more.
[0044]
That is, this induction hardened steel for foreign matter environment has an Ms point of 250 ° C. or less and at least 0.60 to 0.90% by weight of carbon, 0.50 to 1.70% by weight of manganese, and chromium: It is obtained by induction hardening and tempering steel for induction hardening containing 0.20 to 1.20% by weight and silicon: 1.00% by weight or less.
[0045]
If the retained austenite of the induction hardened layer is less than 20% by volume, the fatigue life may be reduced when foreign matter bites in the foreign matter environment, and the life improvement effect is not sufficient. Therefore, the lower limit of the amount of retained austenite in the induction hardened layer is preferably 20% by volume or more, particularly preferably 25% by volume or more. On the other hand, since the retained austenite is soft, if the retained austenite in the induction hardened layer exceeds 40% by volume, the fatigue life does not decrease, but it may be difficult to secure the surface hardness of the induction hardened steel to 61 HRC or more. Was. Therefore, the upper limit of the amount of retained austenite in the induction hardened layer is preferably 40% by volume or less, particularly preferably 35% by volume or less.
[0046]
Therefore, the induction hardened steel for a foreign matter environment of the present invention has a retained austenite of 20 to 40% by volume and has a surface hardness of 61 HRC or more. But it can be used for a long life.
[0047]
The induction hardened steel for foreign matter resistant environment contains at least 0.60 to 0.90% by weight of carbon, 0.50 to 1.70% by weight of manganese, 0.20 to 1.20% by weight of chromium, and 1 of silicon. 0.000% by weight or less, phosphorus: 0.03% by weight or less, sulfur: 0.03% by weight or less, molybdenum: 0.03% by weight or less, oxygen: 0.0020% by weight or less, and unavoidable impurities. It is preferable that it is contained.
[0048]
The reasons for limiting the component compositions and ranges described here are the same as those of the induction hardening steel described above.
[0049]
Induction quenching and tempering to obtain induction hardened steel for foreign matter resistant environments can be performed by a conventionally known method, so it can be applied to long products such as track rails which are one of the linear guide devices. In addition, it is possible to obtain an induction hardened steel for an environment resistant to foreign matter at a low cost, with a low processing cost. This is a particularly excellent point as compared with the conventional carburizing steel for foreign matter environment, and is extremely effective in practical use.
[0050]
By performing induction hardening and tempering under the following conditions, high-hardness, high toughness, and preferably 20 to 40% by volume of retained austenite, which is preferable for improving fatigue life, are included in the induction hardened layer. Hardened steel can be easily obtained.
[0051]
It is preferable that the upper limit of the surface heating temperature during induction hardening is 1050 ° C. and the lower limit is 950 ° C. If the surface heating temperature exceeds 1050 ° C., burning cracks are likely to occur. On the other hand, if the surface heating temperature is lower than 950 ° C., it may not be possible to secure 20% by volume or more of retained austenite, and in the case of short-time heating such as induction hardening, the carbide is sufficiently dissolved. Quenching becomes difficult, resulting in inconveniences such as incomplete quenching. After heating, the polymer is quenched and then tempered at a low temperature, whereby the amount of retained austenite in the above range can be obtained. The tempering temperature after induction hardening is 130 to 180 ° C, preferably 150 ° C, and the tempering time is 60 to 180 minutes, preferably about 80 minutes.
[0052]
The above-described induction hardened steel for foreign matter environment is made of an induction hardened steel having an Ms point of 250 ° C. or less by induction hardening and tempering, thereby reducing the amount of retained austenite in the induction hardened layer to 20 to 40% by volume. Since the surface hardness can be set to 61 HRC or more, it is excellent in toughness, and cracks are less likely to occur from a damaged portion caused by entry of foreign matter such as dust, dirt, and cutting powder. Further, even if a crack is generated, the generated crack is not easily propagated and peeling is hardly generated, so that the life of the crack can be improved. Further, it is preferable that the hardness of the induction hardened layer is as high as 61 HRC or more as a track rail of a linear guide device, and the induction hardened steel is excellent in that it has both high toughness and high hardness. In addition, since the induction hardened steel for foreign matter resistant environment does not require carburizing treatment, it has a practically particularly advantageous effect that a high hardness and high toughness steel can be manufactured at low cost.
[0053]
(3) Linear motion device
The linear motion device of the present invention is manufactured from the above-described induction hardened steel for foreign matter resistant environments. That is, it contains at least 0.60 to 0.90% by weight of carbon, 0.50 to 1.70% by weight of manganese, 0.20 to 1.20% by weight of chromium, and 1.00% by weight or less of silicon. It is manufactured using induction hardened steel having a residual austenite amount of 20 to 40% by volume and a surface hardness of 61 HRC or more for a foreign matter resistant environment. At this time, phosphorus: 0.03% by weight or less; sulfur: 0.03% by weight or less; molybdenum: 0.03% by weight or less; oxygen: 0.0020% by weight or less; It can also be manufactured using induction hardened steel.
[0054]
The above-described induction hardened steel for foreign matter environment can be used in the linear guide device shown in FIG. 1 as the track rail 1 manufactured as a component thereof or the slide 3 provided on the track rail 1. Thus, the linear motion device of the present invention can be obtained.
[0055]
The obtained linear motion device has a high hardness and a high toughness, and can be used for a long time even under a foreign material environment. Therefore, even if this device is used in a foreign material environment, cracks are unlikely to occur from a damaged portion caused by the foreign material, and even if cracks do occur, the cracks that have occurred are difficult to propagate. And peeling hardly occurs. In addition, since it does not contain expensive materials or materials that impair workability, a linear guide device having a long life and excellent cost performance can be provided.
[0056]
【Example】
Next, the present invention will be specifically described based on examples.
[0057]
Steel having the chemical components shown in Table 1 was vacuum-melted in a 100 kg VIM (vacuum induction melting) furnace, and then hot-forged at 1150 to 1200 ° C. into φ65 mm and φ20 mm round bars. No. 1 in Table 1. Nos. 1-4 are induction hardened steels of the present invention (hereinafter, referred to as working steels). No. Nos. 5 to 8 are comparative steels out of the range specified in the present invention. No. of the comparative steels. No. 5 is mainly used as a conventional product. Reference numeral 8 corresponds to JIS standard SCM420, which is used after carburizing. Table 1 also shows the Ms point obtained by the above-described formula.
[0058]
[Table 1]

The following characteristics were evaluated for each round bar thus obtained.
[0059]
[Foreign material environment thrust rolling fatigue test]
For each round bar forged to φ65 mm, the comparative steel No. Except for 8, after annealing at 835 ° C, a 10 mm-thick disc-shaped flat plate was cut out, and surface heating during induction hardening was performed at 1000 ° C for 7 seconds, followed by polymer quenching, and then 150 ° C, After tempering for 80 minutes, the surface was mirror-finished by grinding and polishing to produce a test piece.
[0060]
In addition, the comparative steel No. 8, after normalizing at 900 ° C., a 10 mm thick disk-shaped flat plate is cut out, carburized at 930 ° C. for 600 minutes, quenched from 840 ° C., and then tempered at 170 ° C. for 120 minutes. Done. This was ground and polished to make the surface a mirror surface, and a test piece was produced. The hardness of the test surface of the test piece was measured with a Rockwell hardness tester.
[0061]
The foreign material environment thrust rolling fatigue test is a method in which a foreign material is put into lubricating oil to perform a rolling fatigue test in a forest type thrust rolling fatigue testing machine. The test was conducted under the following conditions.₅₀(50% cumulative failure probability) was used to evaluate the rolling fatigue life in a foreign matter resistant environment.
[0062]
Test temperature: room temperature
Maximum Hertz compressive stress (P_max): 540 kgf / mm²
Stress repetition rate: 1800 cpm
Lubricating oil: spindle oil (# 60)
Foreign matter: High-speed tool steel (SKH51) having a particle size of 105 to 150 μm and a hardness of 760 to 800 HV was charged into the lubricating oil at a rate of 1 g / l.
[0063]
The foreign material environment rolling fatigue life is as shown in Comparative Steel No. L of 5₅₀(50% cumulative failure probability) was expressed as a ratio when 1 was set.
[0064]
[Remaining austenite amount measurement]
The amount of retained austenite on the induction hardened surface or the carburized surface was measured on a test piece prepared in the same manner as the test piece used in the foreign material environment thrust rolling fatigue test. The measurement method was a normal X-ray diffraction method, and the test results were indicated by volume ratio (%).
[0065]
[Cold workability]
For each round bar forged to φ20 mm, the comparative steel No. Except for Comparative Steel No. 8, spheroidizing annealing was performed at 775 ° C. Sample No. 8 was normalized at 900 ° C. After producing a cylindrical test piece of φ14 mm × 21 mm (no notch) from this round bar according to the cold upsetting test method shown in “Plasticity and Processing, P139, 22-241 (1981)”. Compressed with a compression tester. The deformation resistance at the time of 40% compression was measured, and the deformation resistance was 1200 N / mm.² Is less than “○”, 1200 N / mm² The above time was evaluated as "x".
[0066]
[result]
Table 2 shows various characteristic results measured in this manner.
[0067]
[Table 2]

No. Examples 1 to 4 satisfy all the requirements of the present invention, and contain 20 to 40% by volume of retained austenite by induction hardening and have a hardness of 61 HRC or more. In addition, the cold workability and the foreign matter environment rolling fatigue property all showed excellent results, and were sufficient properties as steel used for a foreign matter resistant environment.
[0068]
On the other hand, the comparative steel No. Nos. 5 to 7 do not satisfy the requirements of the present invention, and are inferior in any of the cold workability and the foreign matter environment rolling fatigue properties.
[0069]
The working steel is comparative steel No. The properties were equal to or better than those of the carburized steel No. 8. Since the working steel is not subjected to carburizing treatment, there is no limitation on the length that can be treated like a carburizing furnace, and a long track rail or the like can be hardened by an efficient induction hardening method. For this reason, the comparative steel No. Compared to No. 11, it was possible to show a clear advantage.
[0071]
【The invention's effect】
In addition, according to the induction hardened steel for foreign matter environment of the present invention, since the amount of retained austenite in the induction hardened layer is 20 to 40% by volume, the toughness is excellent, and foreign matter such as dust, dust, and cutting powder is mixed. Cracks are less likely to occur from the damage points caused. Further, even if a crack is generated, the generated crack is not easily propagated and peeling is hardly generated, so that the life of the crack can be improved. Further, since the hardness of the induction hardened layer is as high as 61 HRC or more, it is preferable as a track axis of a linear motion device, and is an excellent induction hardened steel in that it has both high toughness and high hardness. In addition, since it is not carburized and quenched, it has a practically particularly advantageous effect that it is possible to obtain an induction hardened steel that is inexpensive and has excellent cold workability and machinability for a foreign matter resistant environment.
[0072]
Furthermore, according to the linear motion device of the present invention, it has high hardness and high toughness and can be used for a long life even under a foreign material environment. Even when used in a foreign matter environment, cracks are unlikely to occur from damaged portions caused by the foreign matter, and even if cracks do occur, the cracks do not easily propagate and peel off. In addition, since it does not contain expensive materials or materials that impair workability, a linear motion device having a long life and excellent cost performance can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a linear guide device.
[Explanation of symbols]
1 Track rail
1a Ball rolling surface
2 balls
3 Slide table
5 blocks
5a Mounting surface
5b Loaded ball rolling surface
5c Ball return hole
6 End plate

Claims

Carbon: 0.60 to 0.90% by weight, manganese: 0.50 to 1.70% by weight, chromium: 0.20 to 1.20% by weight, silicon: 0.27 % by weight or less , phosphorus: 0.03 % By weight, sulfur: 0.03% by weight, molybdenum: 0.03% by weight, oxygen: 0.0020% by weight or less and inevitable impurities , and the induction hardened layer has 20 to 40% by volume of retained austenite. And a hardness of 61 HRC or more.

A linear motion device including a component member made of the induction hardened steel for foreign matter environment according to claim 1 as a part thereof.