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JP7330459B2 - machine parts - Google Patents
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Description

この発明は、機械部品に関する。 The present invention relates to mechanical parts.

従来、機械部品を構成する材料の1つとしてチタン合金が知られている。当該チタン合金については、酸素(0)や窒素(N)などの元素を結晶構造中に侵入させて固溶強化することが知られている(たとえば、特開2012-132057号公報参照)。 Conventionally, titanium alloys are known as one of the materials constituting machine parts. As for the titanium alloy, it is known that elements such as oxygen (0) and nitrogen (N) are introduced into the crystal structure to strengthen the solid solution (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-132057).

特開2012-132057号公報JP 2012-132057 A

上記のように、機械部品を構成するチタン合金に対する強化手法として酸素や窒素による固溶強化は知られている一方、上述した元素以外の元素、たとえば硼素をチタン合金に侵入させて表面硬さを向上させることは従来知られていない。 As described above, solid-solution strengthening with oxygen or nitrogen is known as a method for strengthening titanium alloys that constitute machine parts. It is not known heretofore to improve

この発明の目的は、表面硬さが向上されたチタン合金からなる機械部品を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a mechanical component made of a titanium alloy with improved surface hardness.

本開示に係る機械部品は、チタン合金からなり、表面層を有する機械部品であって、表面層は硼素が侵入した硼化領域を含む。硼化領域の表面における硼素の濃度は4質量%以上10質量%以下である。 A mechanical component according to the present disclosure is a mechanical component made of a titanium alloy and having a surface layer, the surface layer including a boron-infiltrated boride region. The concentration of boron on the surface of the boride region is 4% by mass or more and 10% by mass or less.

上記によれば、硼化領域を形成することにより表面硬さが向上されたチタン合金からなる機械部品が得られる。 According to the above, it is possible to obtain a machine part made of a titanium alloy having improved surface hardness by forming a boride region.

本発明の実施の形態に係る深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the deep groove ball bearing which concerns on embodiment of this invention. 図1の領域II部の構成を示す拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view showing the configuration of region II in FIG. 1; 浸硼処理後の試験片のビッカース硬さと表面からの深さとの関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between Vickers hardness and depth from the surface of a test piece after immersion treatment. 浸硼処理後の試験片の硼素濃度と表面からの深さとの関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the boron concentration of a test piece after boron immersion treatment and the depth from the surface. 浸硼処理後の試験片の断面における結晶層マップである。It is a crystal layer map in the cross section of the test piece after the immersion treatment. 試験片における硼素濃度とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the boron concentration and Vickers hardness in a test piece.

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings below, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

(実施の形態)
<転動装置(転がり軸受)の構成>
まず、本発明の実施の形態の機械部品の一例である軸受部品を用いた転がり軸受の構成について説明する。転がり軸受は転動装置の一例である。本実施の形態では、転がり軸受の一例として深溝玉軸受について説明する。
(Embodiment)
<Configuration of rolling device (rolling bearing)>
First, the configuration of a rolling bearing using a bearing component, which is an example of a mechanical component according to an embodiment of the present invention, will be described. A rolling bearing is an example of a rolling device. In this embodiment, a deep groove ball bearing will be described as an example of a rolling bearing.

図1は、本発明の実施の形態に係る深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。図2は、図1の領域II部の構成を示す拡大図である。図1を参照して、本実施の形態の深溝玉軸受1は、環状の外輪11と、外輪11の内側に配置された環状の内輪12と、外輪11と内輪12との間に配置され、円環状の保持器14に保持された転動体としての複数の玉13とを備えている。外輪11は内周面に外輪軌道面11Aを有している。内輪12は外周面に内輪軌道面12Aを有している。つまり、外輪11の内周面には外輪軌道面11Aが形成されており、内輪12の外周面には内輪軌道面12Aが形成されている。外輪軌道面11Aと内輪軌道面12Aとが互いに対向するように、外輪11と内輪12は配置されている。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a deep groove ball bearing according to an embodiment of the invention. FIG. 2 is an enlarged view showing the configuration of region II in FIG. Referring to FIG. 1, a deep groove ball bearing 1 of the present embodiment includes an annular outer ring 11, an annular inner ring 12 arranged inside the outer ring 11, and arranged between the outer ring 11 and the inner ring 12, A plurality of balls 13 as rolling elements held in an annular retainer 14 are provided. The outer ring 11 has an outer ring raceway surface 11A on its inner peripheral surface. The inner ring 12 has an inner ring raceway surface 12A on its outer peripheral surface. That is, the inner peripheral surface of the outer ring 11 is formed with an outer ring raceway surface 11A, and the outer peripheral surface of the inner ring 12 is formed with an inner ring raceway surface 12A. The outer ring 11 and the inner ring 12 are arranged such that the outer ring raceway surface 11A and the inner ring raceway surface 12A face each other.

外輪11と内輪12とは、本実施の形態の機械部品の一例であり、チタン合金からなる。外輪11と内輪12を構成するチタン合金は、α+β型のチタン合金であり、たとえばTi-6%Al-4%Vである。 The outer ring 11 and the inner ring 12 are examples of mechanical parts of the present embodiment, and are made of a titanium alloy. The titanium alloy forming the outer ring 11 and the inner ring 12 is an α+β type titanium alloy such as Ti-6%Al-4%V.

複数の玉13は外輪軌道面11Aと内輪軌道面12Aとの間で転動するように構成されている。複数の玉13は、外輪軌道面11Aおよび内輪軌道面12Aに玉転動面13Aにおいて接触する。複数の玉13は、保持器14により周方向に所定のピッチで配置されることにより、円環状の軌道上に転動自在に保持されている。また、玉13においては、その表面全体が玉転動面13Aである。以上の構成により、深溝玉軸受1の外輪11および内輪12は、互いに相対的に回転可能となっている。 The plurality of balls 13 are configured to roll between the outer ring raceway surface 11A and the inner ring raceway surface 12A. The plurality of balls 13 contact the outer ring raceway surface 11A and the inner ring raceway surface 12A at the ball rolling surface 13A. The plurality of balls 13 are arranged by the retainer 14 at a predetermined pitch in the circumferential direction, so that they are rotatably retained on an annular orbit. Moreover, in the ball 13, the entire surface is the ball rolling surface 13A. With the above configuration, the outer ring 11 and the inner ring 12 of the deep groove ball bearing 1 are rotatable relative to each other.

保持器14を構成する材料としては、鋼、チタン合金、あるいは樹脂など任意の材料を用いることができる。玉13を構成する材料としては、鋼、チタン合金、セラミックスなど任意の材料を用いることができる。たとえば、玉13を構成する材料は、たとえばJIS規格のJIS G 4805:2008に規定されている高炭素クロム軸受鋼であってもよい。 Any material such as steel, titanium alloy, or resin can be used as the material for forming the retainer 14 . Any material such as steel, titanium alloy, ceramics, or the like can be used as the material for forming the ball 13 . For example, the material forming ball 13 may be high carbon chromium bearing steel specified in JIS standard JIS G 4805:2008.

外輪11および内輪12に挟まれる空間、より具体的には外輪軌道面11Aおよび内輪軌道面12Aに挟まれる空間である軌道空間には、たとえば図示しないグリース組成物が封入されてもよい。このグリース組成物により外輪11および内輪12の各々と玉13との間に油膜が形成されてもよい。 A space sandwiched between the outer ring 11 and the inner ring 12, more specifically, a space sandwiched between the outer ring raceway surface 11A and the inner ring raceway surface 12A may be filled with, for example, a grease composition (not shown). This grease composition may form an oil film between each of outer ring 11 and inner ring 12 and ball 13 .

図2を参照して、深溝玉軸受1を構成する転動部品としての外輪11、内輪12および玉13について説明する。第1の転動部材としての外輪11および内輪12の各々に第2の転動部材としての玉13は接触している。 The outer ring 11, the inner ring 12 and the balls 13 as rolling parts constituting the deep groove ball bearing 1 will be described with reference to FIG. A ball 13 as a second rolling member is in contact with each of the outer ring 11 and the inner ring 12 as the first rolling member.

外輪11および内輪12の表面は、硼化領域11B、12Bを含む。チタン合金に硼素が侵入した領域である硼化領域11B,12Bは、外輪11および内輪12の表面の少なくとも一部に形成されている。図2に示すように硼化領域11B、12Bは、外輪11および内輪12の表面の全てに形成されていてもよい。また、硼化領域11B、12Bは、外輪11および内輪12において少なくとも外輪軌道面11Aおよび内輪軌道面12Aに形成されていればよい。一般的な硼化処理では、チタン合金の表面に化合物が形成された機械部品となる。一方、本実施形態における浸硼処理では化合物層を取り除くため、チタン合金表面には化合物層がない機械部品となる。 The surfaces of outer ring 11 and inner ring 12 include boride regions 11B and 12B. Boroned regions 11B and 12B, which are regions in which boron has penetrated into the titanium alloy, are formed on at least part of the surface of outer ring 11 and inner ring 12 . Bored regions 11B and 12B may be formed on all surfaces of the outer ring 11 and the inner ring 12 as shown in FIG. Moreover, the boron regions 11B and 12B may be formed at least on the outer ring raceway surface 11A and the inner ring raceway surface 12A of the outer ring 11 and the inner ring 12, respectively. A general boriding treatment results in a machine part in which a compound is formed on the surface of a titanium alloy. On the other hand, since the compound layer is removed in the boron immersion treatment in the present embodiment, the machine part has no compound layer on the surface of the titanium alloy.

硼化領域11B,12Bの表面における硼素の濃度は4質量%以上10質量%以下である。また、硼化領域11B、12Bの表面の硬さは650HV以上1200HV以下である。硼化領域11Bの厚さ、つまり外輪11の表面からの硼化領域11Bの深さT1は0.02mm以上0.03mm以下である。硼化領域12Bの厚さ、つまり内輪12の表面からの硼化領域12Bの深さT2は0.02mm以上0.03mm以下である。 The concentration of boron on the surface of boride regions 11B and 12B is 4% by mass or more and 10% by mass or less. The surface hardness of the boride regions 11B and 12B is 650HV or more and 1200HV or less. The thickness of the boride region 11B, that is, the depth T1 of the boride region 11B from the surface of the outer ring 11 is 0.02 mm or more and 0.03 mm or less. The thickness of the boride region 12B, that is, the depth T2 of the boride region 12B from the surface of the inner ring 12 is 0.02 mm or more and 0.03 mm or less.

<機械部品の製造方法>
本実施の形態に係る機械部品の製造方法を説明する。
<Manufacturing method of machine parts>
A method for manufacturing a mechanical component according to this embodiment will be described.

本実施の形態に係る機械部品の製造方法では、まず準備工程を実施する。この準備工程では、機械部品となるべきチタン合金製の加工対象材を準備する。たとえば、図1および図2に示した外輪11および内輪12と概略形状が同じにされているリング状の部材を加工対象材として準備する。 In the method of manufacturing a mechanical component according to the present embodiment, first, a preparatory step is performed. In this preparatory step, a titanium alloy workpiece to be machined is prepared. For example, a ring-shaped member having substantially the same shape as the outer ring 11 and the inner ring 12 shown in FIGS. 1 and 2 is prepared as a workpiece.

次に、浸硼処理工程を実施する。この浸硼工程では、加工対象材の表面から内部に硼素を侵入させて硼化領域を形成する。硼化領域を形成する方法は、任意の方法を用いることができるが、たとえば硼素を含むガス雰囲気中に加工対象材を配置して加熱処理する方法、または加工対象材の表面に硼素を含む粉末などの固体を接触させて加熱処理する方法などを用いることができる。この浸硼工程では、加工対象材の表面に硼化領域が形成されるとともに、当該表面に硼素とチタンとの化合物が形成される。 Next, an immersion treatment step is performed. In this boron immersion step, boron is introduced from the surface of the material to be processed into the inside to form a boride region. Any method can be used to form the boride region. For example, a method of placing the material to be processed in a gas atmosphere containing boron and heat-treating it, or a method of applying powder containing boron on the surface of the material to be processed. A method of heat-treating by bringing a solid into contact with such as can be used. In this boron immersion step, a boride region is formed on the surface of the material to be processed, and a compound of boron and titanium is formed on the surface.

次に、研削工程を実施する。この研削工程では、加工対象材の表面をたとえば深さ0.01mm程度研削して除去する。この工程により、上記浸硼工程において加工対象材の表面に形成されていた硼素とチタンとの化合物を除去する。 Next, a grinding process is implemented. In this grinding step, the surface of the material to be processed is removed by grinding to a depth of about 0.01 mm, for example. This step removes the compound of boron and titanium formed on the surface of the material to be processed in the above-described boron immersion step.

次に、後処理工程を実施する。この後処理工程では、形状や表面粗さなどを整えるための研磨工程、洗浄工程などを実施する。このようにして、本実施の形態に係る機械部品を得ることができる。 Next, a post-treatment process is performed. In this post-treatment process, a polishing process, a cleaning process, and the like are performed for adjusting the shape, surface roughness, and the like. Thus, the mechanical component according to this embodiment can be obtained.

<作用効果>
本開示に係る機械部品としての外輪11および内輪12は、チタン合金からなり、表面層を有する機械部品であって、表面層は硼素が侵入した硼化領域11B、12Bを含む。硼化領域11B、12Bの表面における硼素の濃度は4質量%以上10質量%以下である。
<Effect>
The outer ring 11 and the inner ring 12 as mechanical parts according to the present disclosure are machine parts made of a titanium alloy and having a surface layer, and the surface layer includes boride regions 11B and 12B in which boron is infiltrated. The concentration of boron on the surfaces of the boride regions 11B and 12B is 4% by mass or more and 10% by mass or less.

このようにすれば、チタン合金からなる機械部品としての外輪11および内輪12の表面層に硼素が侵入した硼化領域11B、12Bを形成することで、機械部品の表面硬さを向上させることができる。この結果、耐摩耗性に優れた機械部品を得ることができる。 By doing so, the surface hardness of the machine part can be improved by forming the boride regions 11B and 12B in which boron penetrates into the surface layers of the outer ring 11 and the inner ring 12 as the machine part made of titanium alloy. can. As a result, it is possible to obtain a mechanical component having excellent wear resistance.

ここで、硼化領域11B、12Bとは、チタン合金の結晶中に硼素が侵入した領域を意味する。チタン合金中の硼素は、たとえばEPMA(Electron Probe Micro Analyzer)により測定できる。本実施形態における硼化領域11B、12Bでは、硼素の大部分はチタンとの化合物として析出した状態では存在していない。つまり、硼素はチタン合金の結晶組織中に格子間原子として、あるいはチタン合金の結晶格子を構成する原子の一部を置換した状態で存在する。硼化領域11B,12Bでは、硼素の存在に起因して硬さが相対的に高くなっている。 Here, the boride regions 11B and 12B mean regions in which boron penetrates into the crystal of the titanium alloy. Boron in the titanium alloy can be measured, for example, by EPMA (Electron Probe Micro Analyzer). In the boride regions 11B and 12B in this embodiment, most of boron does not exist in a precipitated state as a compound with titanium. In other words, boron exists in the crystal structure of the titanium alloy as an interstitial atom or in a state in which some of the atoms forming the crystal lattice of the titanium alloy are substituted. The boron regions 11B and 12B have relatively high hardness due to the presence of boron.

なお、硼素の濃度の下限を4質量%としたのは、当該濃度以上とすればチタン合金の硬さを650HV以上とできるためである。なお、硼素の濃度の下限は5質量%でもよく、7質量%でもよい。また、硼素の濃度の上限は9質量%でもよく、8質量%でもよい。 The reason why the lower limit of the boron concentration is set to 4% by mass is that the hardness of the titanium alloy can be increased to 650 HV or more by increasing the concentration to 4% by mass or more. The lower limit of the boron concentration may be 5% by mass or 7% by mass. Moreover , the upper limit of the boron concentration may be 9% by mass or 8% by mass.

上記機械部品としての外輪11および内輪12において、表面の硬さは650HV以上1200HV以下であってもよい。この場合、軸受部品としての外輪11および内輪12の表面硬さを、軸受部品として必要な値とすることができる。なお、硬さの測定方法としては、JIS規格(JIS Z 2244:2009)に規定するビッカース硬さ試験法を用いることができる。 The surface hardness of the outer ring 11 and the inner ring 12 as the mechanical parts may be 650 HV or more and 1200 HV or less. In this case, the surface hardness of the outer ring 11 and the inner ring 12 as bearing parts can be set to the values necessary for the bearing parts. As a method for measuring hardness, the Vickers hardness test method specified in JIS (JIS Z 2244:2009) can be used.

上記機械部品としての外輪11および内輪12において、表面からの硼化領域11B、12Bの深さT1、T2は0.02mm以上0.03mm以下であってもよい。この場合、機械部品としての外輪11および内輪12の表面から深さ0.03mm程度の領域まで硬さを向上させることができる。なお、硼化領域の深さは、たとえば加工対象材の断面において表面から硬さを測定し、当該硬さの値が加工対象材の深さ方向の中央部における硬さの値(基準値)より50HV以上高くなる位置として決定できる。硬さの測定方法としては、JIS規格(JIS Z 2244:2009)に規定するビッカース硬さ試験法を用いることができる。 In the outer ring 11 and the inner ring 12 as the mechanical parts, the depths T1 and T2 of the boride regions 11B and 12B from the surface may be 0.02 mm or more and 0.03 mm or less. In this case, the hardness can be improved up to a depth of about 0.03 mm from the surfaces of the outer ring 11 and the inner ring 12 as mechanical parts. The depth of the boride region is, for example, the hardness measured from the surface in the cross section of the material to be processed, and the hardness value is the hardness value (reference value) at the central portion in the depth direction of the material to be processed. can be determined as a position higher by 50 HV or more. As a method for measuring hardness, the Vickers hardness test method specified in JIS (JIS Z 2244:2009) can be used.

上記機械部品としての外輪11および内輪12において、チタン合金はα+β型のチタン合金であってもよい。α+β型のチタン合金は、たとえばASTM規格(B348-13 GR.5)に規定されるTi-6Al-4V合金(以下においては、「64チタン」という)であってもよい。α+β型のチタン合金の例としては、たとえばASTM規格に定められるTi-3Al-2.5V合金、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo合金、Ti-6Al-6V-2Sn(Cu+Fe)合金などが挙げられる。この場合、上記機械部品としての外輪11および内輪12を含む軸受を、たとえば医療、化学工業、航空宇宙産業、原子力産業など様々な分野において利用できる。 In the outer ring 11 and the inner ring 12 as the machine parts, the titanium alloy may be an α+β type titanium alloy. The α+β type titanium alloy may be, for example, a Ti-6Al-4V alloy (hereinafter referred to as "64 titanium") defined in ASTM standard (B348-13 GR.5). Examples of α + β type titanium alloys include Ti-3Al-2.5V alloy, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo alloy, Ti-6Al-6V-2Sn (Cu+Fe) alloy, etc., which are defined in ASTM standards. be done. In this case, the bearing including the outer ring 11 and the inner ring 12 as mechanical parts can be used in various fields such as medical, chemical, aerospace, and nuclear power industries.

なお、α+β型のチタン合金とは、常温においてα相およびβ相で構成される2相組織を呈するチタン合金である。α相とは、hcp(hexagonal closed pack)構造のチタンンの低温相であり、β相とはfcc(face centered cubic)構造のチタンの高温相である。 Note that the α+β type titanium alloy is a titanium alloy exhibiting a two-phase structure composed of an α phase and a β phase at room temperature. The α-phase is a low-temperature phase of titanium with an hcp (hexagonal closed pack) structure, and the β-phase is a high-temperature phase of titanium with an fcc (face centered cubic) structure.

(実施例)
<試験片の作成>
試験片として、64チタン製の試験片を準備した。なお、試験片を構成する64チタンの組成は、Al:5.50質量%以上6.75質量%以下、V:3.50質量%以上4.50質量%以下、Fe:0.40質量%以下、O:0.20質量%以下、C:0.08質量%以下、N:0.05質量%以下、H:0.015質量%以下である。試験片の寸法は、外径が19mm、厚さが5mmの円盤状である。
(Example)
<Preparation of test piece>
As a test piece, a test piece made of 64 titanium was prepared. The composition of 64 titanium constituting the test piece is Al: 5.50% by mass or more and 6.75% by mass or less, V: 3.50% by mass or more and 4.50% by mass or less, Fe: 0.40% by mass. Below, O: 0.20% by mass or less, C: 0.08% by mass or less, N: 0.05% by mass or less, and H: 0.015% by mass or less. The size of the test piece is disc-shaped with an outer diameter of 19 mm and a thickness of 5 mm.

当該試験片に、浸硼処理を実施した。具体的には、当該試験片にBC粉末を接触させた状態で加熱処理した。試験片の加熱温度は1000℃、均熱保持時間は100時間とした。当該均熱保持時間経過後、炉冷により室温まで試験片を冷却した。 An immersion treatment was performed on the test piece. Specifically, the heat treatment was performed while the B 4 C powder was in contact with the test piece. The heating temperature of the test piece was 1000° C., and the soaking holding time was 100 hours. After the soaking holding time had elapsed, the test piece was cooled to room temperature by furnace cooling.

<測定>
上記のようにして浸硼処理された試験片に対して、以下のような測定を行った。
<Measurement>
The following measurements were performed on the test pieces that had been subjected to the immersion treatment as described above.

硬さの測定:
試験片を切断し、切断面における硬さ分布測定を行った。硬さの測定方法としては、JIS規格(JIS Z 2244:2009)に規定するビッカース硬さ試験法を用いた。
Hardness measurement:
A test piece was cut and the hardness distribution on the cut surface was measured. As a method for measuring hardness, the Vickers hardness test method specified in JIS (JIS Z 2244:2009) was used.

硼素濃度の測定:
試験片の上記切断面において、EPMAにより硼素の元素濃度分布測定を行った。
Boron concentration measurement:
The elemental concentration distribution of boron was measured by EPMA on the cut surface of the test piece.

結晶層マップ:
EBSD(Electron Backscatter Diffraction)により、上記試験片の切断面における結晶層マップのデータを得た。
Crystal layer map:
EBSD (Electron Backscatter Diffraction) was used to obtain crystal layer map data on the cross section of the test piece.

<結果>
硬さの測定結果:
図3は、浸硼処理後の試験片のビッカース硬さと表面からの深さとの関係を示すグラフである。図3の横軸は試験片の表面からの深さ(単位:mm)を示し、縦軸はビッカース硬さを示す。試験片を構成する64チタン製の母材の硬さ(表面から0.08mmより深い領域での硬さ)は、約300~350HV程度である。図3からわかるように、試験片では表面から深さ0.04mm程度までの領域について、硬さが上述した母材の硬さより向上している。図3の線分Aで示される位置は、表面から深さ0.01mmである位置である。線分Aより表面側の領域には、後述するマップからもわかるようにチタンと硼素との化合物が形成された領域である化合物層となっている。また、線分Bで示される650HVという硬さレベルは、軸受部品などの機械部品に必要な硬さのレベルである。
<Results>
Hardness measurement results:
FIG. 3 is a graph showing the relationship between Vickers hardness and depth from the surface of the test piece after immersion treatment. The horizontal axis in FIG. 3 indicates the depth (unit: mm) from the surface of the test piece, and the vertical axis indicates the Vickers hardness. The hardness of the 64 titanium base material constituting the test piece (hardness in a region deeper than 0.08 mm from the surface) is about 300 to 350 HV. As can be seen from FIG. 3, in the test piece, the hardness of the region from the surface to a depth of about 0.04 mm is higher than that of the base material described above. The position indicated by line segment A in FIG. 3 is a position at a depth of 0.01 mm from the surface. The area on the surface side of the line segment A is a compound layer, which is an area in which a compound of titanium and boron is formed, as can be seen from the map described later. A hardness level of 650 HV indicated by line segment B is a hardness level required for mechanical parts such as bearing parts.

硼素濃度の測定結果:
図4は、浸硼処理後の試験片の硼素濃度と表面からの深さとの関係を示すグラフである。図4の横軸は試験片の表面からの深さ(単位:mm)を示し、縦軸は硼素濃度(単位:
質量%)を示す。試験片を構成する64チタン製の母材(表面から0.08mmより深い領域に位置する母材の部分)は、硼素を実質的に含有していないが、硬さと同様に表面から0.04mm程度の深さまでの領域では、硼素の侵入が認められた。なお、チタン中への硼素の固溶限度以上の硼素は最表面(深さが0.01mmより浅い領域)におけるTiBおよびTiBなどの化合物を形成すると考えられる。また、図3では、深さ0.01mmから0.04mmまでの領域を硼素が拡散した拡散層として示している。当該拡散層は図2に示した硼化領域11B、12Bに相当する。
Boron concentration measurement results:
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the boron concentration of the test piece after the boron immersion treatment and the depth from the surface. The horizontal axis in FIG. 4 indicates the depth from the surface of the test piece (unit: mm), and the vertical axis indicates the boron concentration (unit:
mass %). The 64 titanium base material (the part of the base material located deeper than 0.08 mm from the surface) that constitutes the test piece does not substantially contain boron, but the hardness is 0.04 mm from the surface. Boron intrusion was observed in regions up to a depth of about 100 mm. It is believed that boron in excess of the solid solubility limit of boron in titanium forms compounds such as TiB 2 and TiB on the outermost surface (region shallower than 0.01 mm in depth). In addition, FIG. 3 shows a diffusion layer in which boron is diffused in a region from 0.01 mm to 0.04 mm in depth. The diffusion layers correspond to the boride regions 11B and 12B shown in FIG.

結晶層マップの画像:
図5は、浸硼処理後の試験片の断面における結晶層マップである。図5に示すように、試験片の最表面にはTiBの析出物21およびTiBの析出物22が形成されている。また、図5には、硬さ測定を実施した測定位置23も示されている。当該析出物21、22が形成された化合物層は表面から0.01mm程度の深さまでの領域である。深さが0.01mm~0.04mmの領域は硼素が拡散された拡散層である。
Image of the crystal layer map:
FIG. 5 is a crystal layer map in the cross section of the test piece after the immersion treatment. As shown in FIG. 5, TiB2 precipitates 21 and TiB precipitates 22 are formed on the outermost surface of the test piece. Also shown in FIG. 5 is the measurement position 23 at which the hardness measurement was performed. The compound layer in which the precipitates 21 and 22 are formed is a region from the surface to a depth of about 0.01 mm. A region with a depth of 0.01 mm to 0.04 mm is a diffusion layer in which boron is diffused.

機械部品に対して上述した浸硼処理を実施する場合、当該化合物層は研削などにより除去する必要がある。なお、機械部品の製品表面に必要な硬さを650HVとした場合、図1から、上記のように化合物層を除去した後の機械部品表面において、十分な硬さが得られることが分かる。 When the mechanical parts are subjected to the above-described boron immersion treatment, the compound layer must be removed by grinding or the like. When the hardness required for the product surface of the mechanical part is 650 HV, it can be seen from FIG. 1 that sufficient hardness can be obtained on the surface of the mechanical part after the compound layer is removed as described above.

硼化領域の表面における硼素濃度の検討:
図6は、試験片における硼素濃度とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。図6の横軸は硼素濃度を示し、縦軸はビッカース硬さを示す。図6は図3および図4のデータに基づき作成されている。
Investigation of boron concentration on the surface of boride region:
FIG. 6 is a graph showing the relationship between boron concentration and Vickers hardness in test pieces. The horizontal axis of FIG. 6 indicates the boron concentration, and the vertical axis indicates the Vickers hardness. FIG. 6 is created based on the data in FIGS. 3 and 4. FIG.

図6からわかるように、硼素濃度の上昇に比例し、硬さは向上している。硬さ650HVを得るためには、硼素濃度は約4質量%必要である。上述した本実施形態に係る機械部品の製造方法で用いた浸硼処理により、チタン合金中に上記4質量%以上の硼素を侵入させることができた。この結果、チタン合金製の機械部品の表面および内部を硬化することができた。 As can be seen from FIG. 6, the hardness is improved in proportion to the increase in boron concentration. To obtain a hardness of 650 HV, a boron concentration of about 4% by mass is required. By the boron immersion treatment used in the method of manufacturing the mechanical component according to the present embodiment described above, it was possible to infiltrate the above 4% by mass or more of boron into the titanium alloy. As a result, it was possible to harden the surface and the inside of the machine part made of titanium alloy.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。 It should be considered that the embodiments and examples disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and range of equivalents of the scope of the claims.

1 深溝玉軸受、11 外輪、11A 外輪軌道面、11B,12B 硼化領域、12 内輪、12A 内輪軌道面、13 玉、13A 玉転動面、14 保持器、21,22 析出物、23 測定位置。 Reference Signs List 1 deep groove ball bearing, 11 outer ring, 11A outer ring raceway surface, 11B, 12B boride region, 12 inner ring, 12A inner ring raceway surface, 13 ball, 13A ball rolling surface, 14 retainer, 21, 22 precipitates, 23 measurement position .

Claims (4)

チタン合金からなり、表面層を有する機械部品であって、
前記表面層は硼素が侵入した硼化領域を含み、
前記硼化領域の表面における前記硼素の濃度は4質量%以上10質量%以下であり、
前記硼化領域は前記チタン合金の結晶中に硼素が侵入した領域であり、
前記表面層の最表面に前記硼化領域が露出している、機械部品。
A mechanical part made of a titanium alloy and having a surface layer,
the surface layer comprises a boron-infiltrated boride region;
the boron concentration in the surface of the boride region is 4% by mass or more and 10% by mass or less;
The boride region is a region in which boron has penetrated into the crystal of the titanium alloy,
A mechanical component, wherein the boride region is exposed on the outermost surface of the surface layer .
前記表面の硬さは650HV以上1200HV以下である、請求項1に記載の機械部品。 2. The mechanical component according to claim 1, wherein said surface has a hardness of 650 HV or more and 1200 HV or less. 前記表面からの前記硼化領域の深さは0.02mm以上0.03mm以下である、請求項1または請求項2に記載の機械部品。 3. The mechanical component according to claim 1, wherein the boride region has a depth of 0.02 mm or more and 0.03 mm or less from the surface. 前記チタン合金はα+β型のチタン合金である、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の機械部品。 The mechanical component according to any one of claims 1 to 3, wherein the titanium alloy is an α+β type titanium alloy.
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