CN112639430A - 氢环境度判定方法以及白色组织破损可能性预测方法 - Google Patents

Abstract

提供判定滚动装置运转时的氢环境度的方法以及预测由于运转而滚动装置发生白色组织破损的可能性的方法。氢环境度判定方法是对具有相互滚动接触的两个滚动部件并且两个滚动部件中的至少一个为钢制滚动部件的滚动装置的运转条件中的作为表示从氢受到的影响的大小的指标的氢环境度进行判定的方法。而且，氢环境度判定方法具有如下的步骤：测定步骤，对在上述运转条件下运转的滚动装置的钢制滚动部件中的因滚动接触而滚动疲劳的部位即滚动疲劳部位所含有的常温非扩散性氢的量进行测定；以及判定步骤，根据测定步骤中的测定结果，判定氢环境度。

Description

氢环境度判定方法以及白色组织破损可能性预测方法

技术领域

本发明涉及氢环境度判定方法以及白色组织破损可能性预测方法。

背景技术

当氢侵入到形成滚动装置的滚动部件的钢中时，由于因滚动接触而作用于钢的内部的剪切应力与氢的相互作用，有时钢的金属组织会发生变化。该金属组织的变化是作为钢的基体组织的马氏体变化为微细的铁素体晶粒的现象。如果进行蚀刻来观察组织变化部，则看起来发白，因此由于氢的侵入而变化后的金属组织被称为“白色组织”。如果在钢中产生白色组织，则从组织变化部与正常部(组织非变化部)的界面发生疲劳龟裂而剥离，因此滚动部件的滚动疲劳寿命有可能显著降低。以下，有时也将上述那样的伴随向白色组织的组织变化的剥离记为“白色组织剥离”。另外，有时也将起因于白色组织的破损(包括白色组织剥离)记为“白色组织破损”。

通过对在滚动装置运转时侵入滚动部件的氢中的常温扩散性氢的量进行定量，能够判定滚动装置运转时的氢环境的严峻程度(以下，有时记为“氢环境度”)，或者预测基于白色组织剥离的寿命(例如参照专利文献1)。

但是，在实际机器(例如汽车用交流发电机)中使用的滚动装置的情况下，即使想要对滚动部件中所含有的常温扩散性氢的量进行定量，也有时在测定之前从滚动部件释放常温扩散性氢，因此难以进行准确的定量。因此，难以判定在实际机器中使用时的滚动装置的氢环境度，或者难以预测在实际机器中使用时的滚动装置中发生白色组织剥离等白色组织破损的可能性。

另外，在实际机器中，测定滚动装置运转时所处的气氛中的氢气的浓度、滚动装置中使用的润滑剂的分解引起的氢的产生容易度并不容易。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许公报第6072504号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明的课题在于，提供判定滚动装置运转时的氢环境度的方法以及预测由于运转而在滚动装置中发生白色组织破损的可能性的方法。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式的氢环境度判定方法是对具有相互滚动接触的两个滚动部件并且两个滚动部件中的至少一方为钢制滚动部件的滚动装置的运转条件中的作为表示从氢受到的影响的大小的指标的氢环境度进行判定的方法。而且，本发明的一个方式的氢环境度判定方法的主旨在于具有如下的步骤：测定步骤，对在上述运转条件下运转的滚动装置的钢制滚动部件中的因滚动接触而发生滚动疲劳的部位即滚动疲劳部位所含有的常温非扩散性氢的量进行测定；以及判定步骤，根据测定步骤中的测定结果，判定氢环境度。

本发明的另一方式的白色组织破损可能性预测方法是利用上述一个方式的氢环境度判定方法来预测在滚动装置运转时钢制滚动部件发生白色组织破损的可能性的方法。

在本发明的另一方式的白色组织破损可能性预测方法中，首先，准备与待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置同种的滚动装置作为数据库生成用滚动装置，在因滚动接触而作用于钢制滚动部件的滚动疲劳部位的应力的大小和重复数以及运转时的温度和运转时的数据库生成用滚动装置的氢环境中的至少一个不同的多个运转条件下分别使数据库生成用滚动装置运转。而且，之后，测定数据库生成用滚动装置的钢制滚动部件的滚动疲劳部位所含有的常温非扩散性氢的量，计算数据库生成用滚动装置的钢制滚动部件的滚动疲劳部位所含有的常温非扩散性氢的量的增加速度，并且确认数据库生成用滚动装置的钢制滚动部件是否发生了白色组织破损，预先生成将该计算结果和确认结果按照多个运转条件各自进行分类并存储而得到的数据库。

接着，从数据库取得或估计因滚动接触而作用于钢制滚动部件的滚动疲劳部位的应力的大小和重复数以及运转时的温度与待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置的运转条件全部相同的情况下的计算结果和确认结果，使用取得或估计出的计算结果和确认结果来计算成为发生白色组织破损的临界值的常温非扩散性氢的量的增加速度。

然后，在判定步骤中，通过将针对待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置计算出的常温非扩散性氢的量的增加速度与临界值进行比较，预测在待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置运转时钢制滚动部件发生白色组织破损的可能性。

发明效果

根据本发明，能够判定滚动装置运转时的氢环境度。并且，根据本发明，能够预测由于运转而在滚动装置中发生白色组织破损的可能性。

附图说明

图1是示出钢中的充氢量与滚动疲劳氢量的增加速度的关系的曲线图。

图2是示出滚动疲劳寿命试验中的表面压力与滚动疲劳氢量的增加速度的关系的曲线图。

图3是对白色组织破损可能性预测方法进行说明的曲线图。

具体实施方式

首先，概括说明在本说明书中使用的语句的定义。

“白色组织剥离”是指如上所述伴随着向白色组织的组织变化而在滚动装置的钢制滚动部件中发生的剥离。

“白色组织破损”是指如上所述由于白色组织而在滚动装置的钢制滚动部件中发生的破损，包括白色组织剥离。

“氢环境”是指滚动装置在运转时所处的各种环境(例如，作用于钢制滚动部件的应力的大小(表面压力)、作用于钢制滚动部件的应力的重复数、滚动装置的气氛、温度)中的与氢相关的环境。例如，滚动装置在运转时所处的气氛或滚动装置中使用的润滑油等润滑剂包含在“氢环境”中。润滑油等润滑剂在滚动装置运转时分解而产生氢，因此包含在“氢环境”中。

“氢环境度”是指滚动装置运转时的氢环境的严峻程度，是表示钢制滚动部件从周边的氢受到的影响的大小的指标。例如，滚动装置在运转时所处的气氛中的氢气的浓度、因滚动装置中使用的润滑剂的分解而引起的氢的产生容易度包含在“氢环境度”中。

“白色组织破损可能性”是指在滚动装置运转时钢制滚动部件发生白色组织破损的可能性的大小。白色组织破损可能性由氢环境度(例如，滚动装置的气氛的氢气浓度、滚动装置中使用的润滑剂的种类)、作用于钢制滚动部件的应力的大小(表面压力)、作用于钢制滚动部件的应力的重复数、形成钢制滚动部件的钢的种类、钢制滚动部件的表面粗糙度、温度等决定。

“常温扩散性氢”是指在钢中被较弱地捕集，能够在钢制滚动部件中比较自由地移动的氢。该常温扩散性氢在常温下能够随时间经过而从钢制滚动部件向外部释放。

“常温非扩散性氢”是指在钢中被较强地捕集，不能在钢制滚动部件中自由移动的氢。该常温非扩散性氢在常温下不从钢制滚动部件向外部释放。

“常温”是指JIS Z8703中规定的温度，具体而言为5℃以上且35℃以下的范围内的温度。

“滚动装置”是指具有相互滚动接触的两个滚动部件的装置，例如包括滚动轴承、滚珠丝杠、直动导向装置(直线导轨装置)、直动轴承等。

“滚动部件”是指构成滚动装置的部件，是相互滚动接触的部件。具体地说，在滚动装置是滚动轴承的情况下是指内圈、外圈、滚动体，同样地在滚动装置是滚珠丝杠的情况下是指丝杠轴、螺母、滚动体，同样地在滚动装置是指直动导向装置的情况下是导轨、滑块、滚动体，同样地在滚动装置是直动轴承时是指轴、外筒、滚动体。

接着，对本发明的一个实施方式进行说明。本发明人等进行深刻研究的结果是对钢和氢发现了新的见解，因此以下进行详细说明。

在引起钢的强度降低的氢脆化的研究中，一般认为在常温下能够在钢中移动的常温扩散性氢对氢脆化而言是有害的，在常温下不在钢中移动的常温非扩散性氢对氢脆化而言是无害的。因此，为了使滚动装置的氢环境度定量化，原本希望测定在钢制滚动部件中引起白色组织剥离等白色组织破损的常温扩散性氢的量。

但是，由于运转中的滚动装置的钢制滚动部件的温度通常比常温高，所以从运转后的滚动装置的钢制滚动部件立即向外部释放常温扩散性氢，从而难以准确地测定常温扩散性氢的量。

另一方面，已知在由于滚动疲劳而发生了白色组织剥离等白色组织破损的滚动装置的钢制滚动部件中，常温非扩散性氢的量增加。另外，已知即使是未使用的滚动装置的钢制滚动部件，也存在热处理时等侵入的常温非扩散性氢。

因此，本发明人等研究了代替与氢环境度具有相关性但测定困难的常温扩散性氢而使用能够测定的常温非扩散性氢来对使用滚动装置的氢环境度进行定量化的方法。其结果发现，滚动装置的钢制滚动部件所含有的常温非扩散性氢的量的增加速度与氢环境度具有相关性，从而完成了本发明。以下详细说明本发明人等的研究内容。

首先，对发生白色组织剥离的过程的一例进行说明。当在滚动装置的运转中发生摩擦化学反应时，润滑油等润滑剂分解而产生氢。产生的氢从钢制滚动部件的轨道面以氢原子的状态侵入钢中。推测侵入的氢作为常温扩散性氢在钢中扩散，在剪切应力高的区域中，由于氢脆化，金属疲劳加速，引起组织变化，其结果是形成白色组织，并导致伴随龟裂、缺损、裂纹的剥离。

当停止滚动装置的运转时，由于氢从钢制滚动部件的轨道面的侵入停止，所以只从钢制滚动部件向外部释放氢，在比较短的时间内，所有的常温扩散性氢从钢制滚动部件释放。因此，难以通过仅单纯地测定运转后的滚动装置的钢制滚动部件中所含有的氢的量来对运转中的滚动装置的钢制滚动部件中所存在的常温扩散性氢的量进行定量。

但是，在滚动疲劳中，在上述的滚动疲劳过程中由于疲劳而生成新的捕集点。在该滚动疲劳过程中新生成的捕集点的捕集能量强，因此，当常温扩散性氢接近时，其一部分成为常温非扩散性氢，在运转后也不释放而是残留在钢制滚动部件中。以下，有时将在运转前后增加的常温非扩散性氢也记为“滚动疲劳氢”。

该滚动疲劳氢为常温非扩散性氢，因此认为不是氢脆化的直接原因。但是，本发明人等认为上述的被推测为白色组织形成的原因的常温扩散性氢的量和滚动疲劳氢的量存在某种关系，从而实施了如下的调查。

使用标称编号6206的深槽滚珠轴承进行了滚动寿命试验。内圈和外圈由SUJ2制成，滚珠由经过碳氮共渗处理的SUJ2制成。试验条件是动态等效载荷P/基本动态额定载荷C为0.46，转速为3000min^-1，温度为110℃。在对润滑油的种类进行各种变更而进行了滚动寿命试验之后，得到下述见解。

·滚动疲劳氢的量随着滚动寿命试验的试验时间的增加而增加。

·根据润滑油的种类，滚动疲劳氢的量的增加速度或到发生白色组织剥离为止的试验时间不同。

·滚动疲劳氢的量的增加速度越快，到发生白色组织剥离为止的试验时间(白色组织剥离寿命)越短。

·即使在滚动疲劳氢的量的增加速度慢的情况下，当进行长时间试验时，滚动疲劳氢的量也增多，但有时不会发生白色组织剥离。

从这些见解可知，滚动疲劳氢的绝对量与白色组织剥离寿命之间没有相关性。因此，仅单纯地测定钢中的滚动疲劳氢(常温非扩散性氢)的量，无法对运转中的氢环境的严峻程度进行定量化。推测这是因为滚动疲劳氢为常温非扩散性氢，所以是对氢脆化没有影响的氢。

但是，可知不是滚动疲劳氢的绝对量，而是滚动疲劳氢的增加速度与白色组织剥离寿命之间具有相关性。在侵入到钢中的常温扩散性氢的量多的状态下，在滚动疲劳中新生成的捕集点容易捕集常温扩散性氢，因此推测滚动疲劳氢的增加速度变快。即，能够将滚动疲劳氢的量的增加速度用作滚动装置的运转中的常温扩散性氢的量的代替指标。

作为影响滚动疲劳氢的增加的因素，主要考虑下述3个因素。

(1)滚动装置的运转时间、即由于滚动接触而对钢制滚动部件的滚动疲劳部位作用应力的次数(应力的重复数)

(2)通过滚动接触而对钢制滚动部件的滚动疲劳部位作用的应力的大小(表面压力)

(3)滚动装置的运转中的常温扩散性氢的量

此外，可认为其他因素例如温度等也影响滚动疲劳氢的增加。

在图1的曲线图中示出对上述(1)进行验证的试验的结果。该试验是在对钢制的圆板状试样进行充氢而人为地使氢侵入之后进行滚动寿命试验的试验。充氢是通过将圆板状试样在50℃的硫氰酸铵水溶液中浸渍24小时来进行的。通过改变硫氰酸氨水溶液的浓度，将充氢量调整为曲线图所示的值(0ppm～1.8ppm)。

滚动寿命试验的内容、条件如下。将标称编号51305的推力球轴承的轨道圈作为旋转圈，将上述的圆板状试样作为固定圈，在这两圈之间配置6个滚动体(直径3/8英寸的钢球)和钢制的保持器，从而制造出推力球轴承。然后，一边施加轴向载荷一边在润滑油中使推力球轴承旋转，从而进行了推力型滚动寿命试验。所使用的润滑油是ISO粘度等级为ISOVG68的润滑油。试验结束后，测定圆板状试样中所含有的常温非扩散性氢的量。

向圆板状试样充入的充氢量相当于滚动装置的运转中的常温扩散性氢的量。另外，图1的曲线图的纵轴的滚动疲劳氢量是在试验前后增加的常温非扩散性氢的量。

从图1的曲线图中描绘的滚动疲劳氢量的曲线可知，随着应力的重复数增加，圆板状试样中所含有的滚动疲劳氢量增加。

另外，从图1的曲线图可知，充氢量即滚动寿命试验的初期的常温扩散性氢的量越多，滚动疲劳氢量的增加速度(滚动疲劳氢量的曲线的斜率)越大。滚动寿命试验的初期的常温扩散性氢的量表示该试验中的氢环境的严峻程度(氢环境度)，因此图1的曲线图表示氢环境越严峻，滚动疲劳氢量的增加速度越大。

接着，在图2的曲线图中示出对上述(2)进行验证的试验的结果。该试验是与对上述(1)进行验证的试验大致相同的试验，向圆板状试样充入的充氢量统一为0.7ppm，将表面压力设为图2的曲线图所示的值(3.0GPa～4.9GPa)。

从图2的曲线图可知，表面压力越高，滚动疲劳氢量的增加速度(滚动疲劳氢量的曲线的斜率)越大。推测这是因为表面压力越高，圆板状试样的内部的应力体积(承受由剪切应力引起的疲劳的区域)越大，因此发生向白色组织的组织变化的区域的体积增加，滚动疲劳氢的量的增加速度上升。

另外，由于表面压力越高，圆板状试样的内部的剪切应力越高，所以疲劳加速，推测在短时间内发生向白色组织的组织变化。

根据这些结果，发现滚动疲劳氢的量(试验前后的常温非扩散性氢的增加量)可以由氢环境的严峻程度、应力的重复数以及表面压力的函数来表示。换言之，氢环境的严峻程度(氢环境度)可以由滚动疲劳氢的量、应力的重复数以及表面压力的函数来表示。

根据以上的研究结果，本发明人等在具有相互滚动接触的两个滚动部件且两个滚动部件的至少一方是钢制滚动部件的滚动装置的运转条件中，发现了判定作为表示从氢受到的影响的大小的指标的氢环境度的方法。即，本实施方式的氢环境度判定方法具有：测定步骤，对在上述运转条件下运转的滚动装置的钢制滚动部件中的因滚动接触而发生滚动疲劳的部位即滚动疲劳部位所含有的常温非扩散性氢的量进行测定；以及判定步骤，根据测定步骤中的测定结果来判定氢环境度。

在判定步骤中，根据在测定步骤中测定的常温非扩散性氢的量，计算滚动装置运转时的钢制滚动部件的滚动疲劳部位所含有的常温非扩散性氢的量的增加速度，能够基于该计算结果来判定氢环境度。

如上所述，常温扩散性氢在常温下扩散，难以测定准确的含有量，但作为其替代，通过将“常温非扩散性氢的量的增加速度”作为指标，能够判定氢环境度(例如气氛中的氢气浓度、因润滑油等润滑剂的分解而产生氢的容易度)。

在滚动装置运转前后，测定钢制滚动部件的滚动疲劳部位所含有的常温非扩散性氢的量，取得在滚动装置的运转中增加的常温非扩散性氢的量，计算常温非扩散性氢的增加速度。根据该常温非扩散性氢的增加速度，能够判定滚动装置的运转时的氢环境度。并且，即使是通常难以评价的实际机器的滚动装置的运转时的氢环境度，也能够进行判定。此外，即使在钢制滚动部件未发生白色组织或白色组织破损的阶段，也能够判定氢环境度。

氢环境度的判定可以定量地进行，也可以定性地进行。作为氢环境度的定量判定，例如可举出表示氢环境度的指数的计算。另外，作为氢环境度的定性判定，例如可举出“根据好坏来判定氢环境的严峻程度”、“根据A、B、C、D等多个等级来判定氢环境的严峻程度”、“根据与规定的基准值的比较来判定氢环境的严峻程度”等。作为该比较对照的基准值，例如可以举出其他样品的氢环境度、作为是否发生白色组织破损的临界值的氢环境度。

在测定常温非扩散性氢的量时，对运转后的滚动装置的钢制滚动部件中的因滚动接触而滚动疲劳的部位即滚动疲劳部位所含有的常温非扩散性氢的量进行测定(将其称为“运转后的测定值”)。作为具体例，将钢制滚动部件中的滚动接触的部分(例如在滚动装置为滚动轴承的情况下为轨道圈的负载圈的轨道面)的正下部切下而测定常温非扩散性氢的含有量。

另外，对运转前的滚动装置的钢制滚动部件中的在运转时成为滚动疲劳部位的部位所含有的常温非扩散性氢的量进行测定，或者将运转后的滚动装置的钢制滚动部件中的没有滚动疲劳的部分(例如，在滚动装置为滚动轴承的情况下为轨道圈的非负载圈的轨道面)的正下部切下而测定常温非扩散性氢的含有量(将其称为“运转前的测定值”)。然后，通过从运转后的测定值减去运转前的测定值，从运转前减去钢制滚动部件中所含有的常温非扩散性氢(例如热处理氢)的量，计算运转时的常温非扩散性氢的增加量。进而，通过将计算出的常温非扩散性氢的增加量除以应力的重复数或运转时间，计算运转时的常温非扩散性氢的量的增加速度。并且，根据该计算出的常温非扩散性氢的量的增加速度，能够判定氢环境度。

如果使用升温脱离分析装置等，则能够一边升温一边对钢制滚动部件进行加热，因此，能够使钢制滚动部件中的常温扩散性氢和常温非扩散性氢分别释放而测定各自的量。在常温非扩散性氢中，有时存在好几个峰，因此也可以进行峰分离而挑选影响度高的峰等，从而提高测定的精度。

另外，在该测定步骤中，在运转后的测定值和运转前的测定值的任意测定中，也可以在通过保持为100℃以下的温度而从钢制滚动部件释放常温扩散性氢之后，测定常温非扩散性氢的量。这样，由于成为常温扩散性氢已从钢制滚动部件可靠地释放的状态，所以能够更准确地测定常温非扩散性氢的量。另外，如果进行前述的100℃以下的温度下的钢制滚动部件的保持，则不使用升温脱离分析装置就能够容易地仅测定常温非扩散性氢。

保持钢制滚动部件的温度只要在100℃以下就没有特别限定，但为了抑制常温非扩散性氢的释放，更准确地测定常温非扩散性氢的量，更优选为80℃以下。另外，保持钢制滚动部件的温度只要是比常温高的温度即可，没有特别限定，但为了可靠地释放常温扩散性氢而更准确地测定常温非扩散性氢的量，更优选为35℃以上。

接着，在该测定步骤中，也可以在对作为测定样品的钢制滚动部件人为地进行了充氢之后，进行上述的测定，将该测定值作为上述“运转后的测定值”。在进行测定步骤中的常温非扩散性氢的量的测定之前，即使在作为测定样品的钢制滚动部件的温度因某种原因而上升从而使常温非扩散性氢的一部分或全部被释放的情况下，只要在测定前进行充氢，则能够在滚动疲劳中生成的捕集点再次捕集氢。由此，能够更准确地测定常温非扩散性氢的量。

这样，根据计算出的常温非扩散性氢的量的增加速度，能够判定氢环境度。而且，在滚动装置的运转条件(应力的大小、应力的重复数、温度等)、滚动装置的种类以及形成滚动装置的钢制滚动部件的钢的种类全部相同的情况下，通过直接比较常温非扩散性氢的量的增加速度的数值，能够判定滚动装置运转时的氢环境度。即，能够将常温非扩散性氢的量的增加速度的数值作为表示氢环境度的指数。

例如，在对多个滚动装置运转时的氢环境度进行比较的情况下，如果该多个滚动装置的运转条件、滚动装置的种类以及形成钢制滚动部件的钢的种类全部相同，则通过直接对计算出的常温非扩散性氢的量的增加速度的数值进行比较，能够决定多个滚动装置运转时的氢环境度的排序，或者计算出氢环境度的程度的差异。

另外，如果具有存储了在各种运转条件(氢环境、应力的大小、应力的重复数、温度等)下运转的滚动装置中的常温非扩散性氢的量的增加速度的数据库，则通过对待判定氢环境度的滚动装置中的常温非扩散性氢的量的增加速度和数据库中存储的常温非扩散性氢的量的增加速度进行比较，能够简单地判定待判定氢环境度的滚动装置的氢环境度。

以下，对使用了该数据库的氢环境度判定方法进行详细说明。首先，准备与待判定氢环境度的滚动装置同种(类型、形状、尺寸、材质(形成钢制滚动部件的钢的种类)等全部相同)的滚动装置作为数据库生成用滚动装置。然后，在因滚动接触而作用于钢制滚动部件的滚动疲劳部位的应力的大小和重复数以及运转时的温度和运转时的数据库生成用滚动装置的氢环境中的至少一个不同的多个运转条件下分别使数据库生成用滚动装置运转。

在数据库生成用滚动装置的运转结束之后，测定数据库生成用滚动装置的钢制滚动部件的滚动疲劳部位中所含有的常温非扩散性氢的量，计算数据库生成用滚动装置的钢制滚动部件的滚动疲劳部位中所含有的常温非扩散性氢的量的增加速度。然后，生成将该计算结果按照多个运转条件分类而存储的数据库。

在该数据库中，优选存储有尽可能多的计算结果，因此，对于一种滚动装置，当然可以在较多的运转条件下运转而得到较多的计算结果，优选得到种类尽可能多的滚动装置的计算结果而创建数据库。即，优选针对类型、形状、尺寸、材质(形成钢制滚动部件的钢的种类)中的至少一个不同的多种滚动装置，在较多的运转条件下进行运转而得到较多的计算结果，生成将该计算结果按照这些条件分类而存储的数据库。

接着，对于待判定氢环境度的滚动装置，在运转后，测定钢制滚动部件的滚动疲劳部位中所含有的常温非扩散性氢的量，计算常温非扩散性氢的量的增加速度。另外，确认待判定氢环境度的滚动装置的运转条件。即，确认因滚动接触而作用于钢制滚动部件的滚动疲劳部位的应力的大小和重复数以及运转时的温度。

然后，检索预先生成的数据库，提取因滚动接触而作用于钢制滚动部件的滚动疲劳部位的应力的大小和重复数以及运转时的温度与待判定氢环境度的滚动装置的运转条件完全相同的情况下的数据(以下，记为“运转条件完全相同的情况下的数据”)。即，取得钢制滚动部件的滚动疲劳部位中所含有的常温非扩散性氢的量的增加速度的计算结果。

作为检索数据库后的结果，在不存在“运转条件全部相同的情况下的数据”的情况下，从数据库中提取任意的多个数据，根据这些提取出的数据，通过线性插值等方法来估计上述“运转条件全部相同的情况下的数据”。

从数据库提取的多个数据例如可以是因滚动接触而作用于钢制滚动部件的滚动疲劳部位的应力的大小和重复数以及运转时的温度与待判定氢环境度的滚动装置的运转条件一部分相同而其他部分不同的情况下的数据，或者与待判定氢环境度的滚动装置的运转条件全部接近的情况下的数据。以下，有时将从数据库取得或估计出的常温非扩散性氢的量的增加速度的计算结果也记为“数据库值”。

由于在数据库中存储有氢环境各不相同的多个计算结果，因此取得该多个计算结果。然后，对从数据库取得的该多个计算结果和对待判定氢环境度的滚动装置计算出的常温非扩散性氢的量的增加速度的计算结果进行对比。

在对比的结果是多个数据库值中存在数值与待判定氢环境度的滚动装置的计算结果一致的数据库值的情况下，检索数据库，确认计算出该一致的数据库值的数据库生成用滚动装置的氢环境。例如，确认计算出一致的数据库值的数据库生成用滚动装置的气氛中的氢气浓度或在数据库生成用滚动装置中使用的润滑剂的种类。

然后，根据计算出一致的数据库值的数据库生成用滚动装置的氢环境，判定待判定氢环境度的滚动装置的氢环境度。例如，由于能够判定为待判定氢环境度的滚动装置的氢环境度与计算出一致的数据库值的数据库生成用滚动装置的氢环境度相同，所以滚动装置的气氛中的氢气浓度或在滚动装置中使用的润滑剂的种类也可以判定为相同。因此，能够将计算出一致的数据库值的数据库生成用滚动装置的气氛中的氢气浓度或所使用的润滑剂的种类判定为待判定氢环境度的滚动装置的氢环境度。

另外，在多个数据库值中，不存在数值与待判定氢环境度的滚动装置的计算结果一致的数据库值的情况下，通过使用上述多个数据库值进行线性插值等的方法，能够判定待判定氢环境度的滚动装置的氢环境度。

如以上说明的那样，如果使用本实施方式的氢环境度判定方法，则例如即使在实际机器中使用的滚动装置的运转时的氢环境度不清楚，也能够使用上述数据库来容易地判定氢环境度。另外，本实施方式的氢环境度判定方法也可以用于评价由润滑剂的分解引起的氢的产生容易度的程度。

这样，在滚动装置的运转条件(应力的大小、应力的重复数、温度等)、滚动装置的种类以及形成滚动装置的钢制滚动部件的钢的种类全部相同的情况下，通过直接比较常温非扩散性氢的量的增加速度的数值，能够判定滚动装置运转时的氢环境度。

但是，在滚动装置的运转条件、滚动装置的种类以及形成滚动装置的钢制滚动部件的钢的种类中的一个不同的情况下，便不能直接比较常温非扩散性氢的量的增加速度。因此，在滚动装置的运转条件中的至少一个不同的情况下，可以使用下述数学式来计算氢环境度。

关于使用下述数学式计算出的氢环境度，如果滚动装置的种类以及形成滚动装置的钢制滚动部件的钢的种类相同，则即使在滚动装置的运转条件不同的情况下，也能够直接比较计算出的氢环境度的数值。即，下述的数学式是根据应力的大小和应力的重复数的条件对常温非扩散性氢的量的增加速度进行校正而定量化的数学式。

以下，对数学式进行说明。如上所述，氢环境度能够用滚动疲劳氢的量、应力的重复数以及表面压力的函数来表示，因此，例如能够用下述数学式来表示。

[氢环境度]＝A×[应力的大小(表面压力)]^α+B×[应力的重复数]^β+C×[滚动疲劳氢量(常温非扩散性氢的增加量)]^γ

[滚动疲劳氢量(常温非扩散性氢的增加量)]＝(D×[氢环境度]+E×[应力的大小(表面压力等)])×[应力的重复数]+F

[滚动疲劳氢量(常温非扩散性氢的增加量)]＝G×[应力的重复数]^(H×[氢环境度]+I×[应力的大小(表面压力等)])

如果通过存储多个数据并根据这些数据生成回归式，得到上述数学式中的系数A～I、α、β、γ，则能够完成上述数学式。这样，通过将常温非扩散性氢的增加量的测定值和滚动装置的运转条件即应力的大小及重复数代入上述数学式，能够计算出表示氢环境度的指数。而且，能够通过该指数来评价滚动装置运转时的氢环境度，即使在滚动装置的运转条件不同的情况下，也能够通过对多个滚动装置直接比较指数，从而对各滚动装置运转时的氢环境度进行比较。

接着，对预测在滚动装置运转时钢制滚动部件发生白色组织破损的可能性的白色组织破损可能性预测方法进行说明。如果利用本实施方式的氢环境度判定方法，则能够容易且定量地预测滚动装置的白色组织破损可能性。

首先，生成与用于判定氢环境度的上述数据库相同的数据库。但是，用于判定氢环境度的上述数据库是将在钢制滚动部件的滚动疲劳部位中所含有的常温非扩散性氢的量的增加速度的计算结果按照多个运转条件进行分类而存储的数据库，但用于预测白色组织破损可能性的数据库是将在钢制滚动部件的滚动疲劳部位中所含有的常温非扩散性氢的量的增加速度的计算结果和确认了在钢制滚动部件中是否产生了白色组织破损的确认结果按照多个运转条件进行分类而存储的数据库。

即，准备与待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置同种(类型、形状、尺寸、材质(形成钢制滚动部件的钢的种类)等全部相同)的滚动装置作为数据库生成用滚动装置。然后，在因滚动接触而作用于钢制滚动部件的滚动疲劳部位的应力的大小和重复数以及运转时的温度和运转时的数据库生成用滚动装置的氢环境中的至少一个不同的多个运转条件下分别使数据库生成用滚动装置运转。

在数据库生成用滚动装置的运转结束之后，测定数据库生成用滚动装置的钢制滚动部件的滚动疲劳部位中所含有的常温非扩散性氢的量，计算数据库生成用滚动装置的钢制滚动部件的滚动疲劳部位中所含有的常温非扩散性氢的量的增加速度。另外，确认数据库生成用滚动装置的钢制滚动部件是否发生了白色组织破损。然后，生成将该计算结果和确认结果按照多个运转条件分类而存储的数据库。

在该数据库中，优选存储尽可能多的计算结果，因此，对于一种滚动装置，当然可以在较多的运转条件下运转而得到较多的计算结果和确认结果，优选得到种类尽可能多的滚动装置的计算结果和确认结果而生成数据库。即，优选针对类型、形状、尺寸、材质(形成钢制滚动部件的钢的种类)中的至少一个不同的多种滚动装置，在较多的运转条件下进行运转而得到较多的计算结果和确认结果，生成将该计算结果和确认结果按照这些条件分类而存储的数据库。

接着，对于待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置，在运转后，测定钢制滚动部件的滚动疲劳部位中所含有的常温非扩散性氢的量，计算常温非扩散性氢的量的增加速度。对于待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置的钢制滚动部件是否发生了白色组织破损，可以确认也可以不确认。另外，确认待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置的运转条件。即，确认因滚动接触而作用于钢制滚动部件的滚动疲劳部位的应力的大小和重复数以及运转时的温度。

然后，检索预先生成的数据库，提取因滚动接触而作用于钢制滚动部件的滚动疲劳部位的应力的大小和重复数以及运转时的温度与待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置的运转条件完全相同的情况下的数据(以下，记为“运转条件完全相同的情况下的数据”)。即，取得钢制滚动部件的滚动疲劳部位中所含有的常温非扩散性氢的量的增加速度的计算结果和钢制滚动部件是否产生了白色组织破损的确认结果。

在检索了数据库的结果是不存在“运转条件全部相同的情况下的数据”的情况下，与上述的氢环境度判定方法的情况相同，从数据库中提取任意的多个数据，根据这些提取的数据，通过线性插值等方法，估计上述“运转条件全部相同的情况下的数据”。

由于在数据库中存储有氢环境各不相同的多个计算结果和确认结果，因此取得该多个计算结果和确认结果。

在从数据库取得计算结果和确认结果之后，使用取得的计算结果和确认结果，计算成为发生白色组织破损的临界值的常温非扩散性氢的量的增加速度。然后，将对待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置计算出的常温非扩散性氢的量的增加速度的计算结果与上述的临界值进行比较。根据该比较结果，能够预测在待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置的运转时在钢制滚动部件中发生白色组织破损的可能性。

例如，在对待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置计算出的常温非扩散性氢的量的增加速度的计算结果比临界值大的情况下，可以预测为待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置发生白色组织破损的可能性高。

另一方面，在对待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置计算出的常温非扩散性氢的量的增加速度的计算结果比临界值小的情况下，可以预测为待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置发生白色组织破损的可能性低。

另外，对待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置计算出的常温非扩散性氢的量的增加速度的计算结果比临界值大且其差越大，可以预测为发生白色组织破损的可能性越高，比临界值小且其差越大，可以预测为发生白色组织破损的可能性越低。

进而，在从数据库取得的多个数据库值中，在存在数值与对待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置计算出的常温非扩散性氢的量的增加速度的计算结果一致的数据库值的情况下，待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置的白色组织破损可能性能够预测为与计算出该一致的数据库值的数据库生成用滚动装置同等。因此，根据计算出该一致的数据库值的数据库生成用滚动装置的寿命，还可以预测待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置的基于白色组织破损的寿命。

使用图3对临界值的计算方法的一例进行说明。在图3的例子中，通过对在数据库生成用滚动装置中使用的润滑油的种类进行各种变更，设定不同的氢环境。

首先，对为了生成图3的曲线图而进行的滚动寿命试验(相当于数据库生成用滚动装置的运转)进行说明。对内圈和外圈为SUJ2制并且滚珠为实施了碳氮共渗处理的SUJ2制的标称编号6206的深槽滚珠轴承(相当于数据库生成用滚动装置)，分别使用6种润滑油A～F进行了滚动寿命试验。试验条件是动态等效载荷P/基本动态额定载荷C为0.46，转速为3000min^-1，温度为110℃。

在进行了规定时间的滚动寿命试验之后，测定轨道圈(内圈或外圈)的滚动疲劳部位中所含有的常温非扩散性氢的量，计算滚动疲劳部位中所含有的常温非扩散性氢的量的增加速度，并且确认在轨道圈的滚动疲劳部位是否发生了白色组织破损。然后，使用该计算结果和确认结果，生成图3的曲线图(相当于数据库的生成)。

另外，滚动疲劳部位中所含有的常温非扩散性氢的量通过如下的方式来测定：使用电子科学株式会社制造的升温脱离分析装置EMD-WA1000S在真空中对轨道圈进行加热而使常温非扩散性氢脱离，利用四极质谱仪检测脱离的氢。对滚动寿命试验后的轨道圈的常温非扩散性氢的量和未使用的轨道圈的常温非扩散性氢的量进行测定，计算运转时的常温非扩散性氢的增加量。另外，通过对轨道圈的轨道面的正下方部的截面组织进行观察来判定是否发生了白色组织破损。

图3所示的曲线图是在以试验时间为横轴以常温非扩散性氢的增加量为纵轴的曲线图中在标绘了各试验时间的常温非扩散性氢的增加量之后对氢环境为同一条件的标绘点通过最小二乘法等计算出回归直线而描绘出的。该回归直线相当于常温非扩散性氢的量的增加速度。常温非扩散性氢的增加量也可以在每次根据存储在数据库中的常温非扩散性氢的量的增加速度的计算结果和试验时间(应力的重复数)来预测发生白色组织破损的可能性时进行计算，也可以预先存储在数据库中。

在标绘了该计算结果的曲线图中，当匹配是否发生了白色组织破损的确认结果(相当于从数据库取得的确认结果)时，分成配置有具有发生了白色组织剥离的深槽滚珠轴承(数据库生成用滚动装置)的标绘点的回归直线的区域和配置有仅具有未发生白色组织剥离的深槽滚珠轴承(数据库生成用滚动装置)的标绘点的回归直线的区域这两个区域。然后，如图3所示，能够在2个区域的边界划出直线(相当于发生白色组织破损的临界值的计算)。由该直线的斜率表示的常温非扩散性氢的量的增加速度成为是否发生白色组织破损的临界值。

接着，将对待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置计算出的常温非扩散性氢的量的增加速度的计算结果与上述临界值进行比较。根据该比较结果，能够预测在待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置的运转时在钢制滚动部件中发生白色组织破损的可能性。

例如，在图3的曲线图中，在对待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置计算出的常温非扩散性氢的量的增加速度的计算结果位于比临界值靠上方的区域(即，配置有具有发生了白色组织剥离的深槽滚珠轴承的标绘点的回归直线的区域)上的情况下，能够预测为待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置发生白色组织破损的可能性高。

另一方面，在对待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置计算出的常温非扩散性氢的量的增加速度的计算结果位于比临界值靠下方的区域(即，配置有仅具有未发生白色组织剥离的深槽滚动轴承的标绘点的回归直线的区域)上的情况下，能够预测为待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置发生白色组织破损的可能性低。

另外，对待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置计算出的常温非扩散性氢的量的增加速度的计算结果越从临界值向上方偏离，可以预测为发生白色组织破损的可能性越高，越从临界值向下方偏离，可以预测为发生白色组织破损的可能性越低。

如以上说明的那样，如果使用本实施方式的白色组织破损可能性预测方法，则例如即使在实际机器中使用的滚动装置的运转时的氢环境度不清楚，也能够使用上述数据库容易且定量地预测白色组织破损可能性。另外，本实施方式的白色组织破损可能性预测方法也可以用于评价由润滑剂的分解引起的氢的产生容易度的程度。

这样，在滚动装置的运转条件(应力的大小、应力的重复数、温度等)、滚动装置的种类以及形成滚动装置的钢制滚动部件的钢的种类全部相同的情况下，通过直接比较常温非扩散性氢的量的增加速度的数值，能够预测滚动装置运转时的白色组织破损可能性。

另外，以上说明的实施方式表示本发明的一例，本发明并不限定于本实施方式。另外，可以对本实施方式施加各种变更或改良，施加了这样的变更或改良的方式也包含在本发明中。此外，虽然本发明是关于滚动装置的氢环境度判定方法以及白色组织破损可能性预测方法，但不限于滚动装置，也可以适用于相互滚动接触的两个滚动部件。

Claims (5)

1.一种氢环境度判定方法，对氢环境度进行判定，该氢环境度是滚动装置的运转条件中表示从氢受到的影响的大小的指标，所述滚动装置具有相互滚动接触的两个滚动部件，并且所述两个滚动部件中的至少一个为钢制滚动部件，所述氢环境度判定方法具有如下步骤：

测定步骤，对在所述运转条件下运转的所述滚动装置的所述钢制滚动部件中因所述滚动接触而发生滚动疲劳的部位即滚动疲劳部位所含有的常温非扩散性氢的量进行测定；以及

判定步骤，根据所述测定步骤中的测定结果，判定所述氢环境度。

2.根据权利要求1所述的氢环境度判定方法，其中，

在所述判定步骤中，根据在所述测定步骤中测定出的所述常温非扩散性氢的量，计算所述滚动装置运转时所述钢制滚动部件的滚动疲劳部位所含有的常温非扩散性氢的量的增加速度，基于该计算的结果来判定所述氢环境度。

3.根据权利要求2所述的氢环境度判定方法，其中，

准备与待判定氢环境度的滚动装置同种的滚动装置来作为数据库生成用滚动装置，在因滚动接触而作用于钢制滚动部件的滚动疲劳部位的应力的大小和重复数以及运转时的温度和运转时的所述数据库生成用滚动装置的氢环境中的至少一个不同的多个运转条件下分别使所述数据库生成用滚动装置运转之后，测定所述数据库生成用滚动装置的钢制滚动部件的滚动疲劳部位所含有的常温非扩散性氢的量，计算所述数据库生成用滚动装置的钢制滚动部件的滚动疲劳部位所含有的常温非扩散性氢的量的增加速度，预先生成将该计算的结果按照所述多个运转条件各自进行分类并存储而得到的数据库，

从所述数据库取得或估计因滚动接触而作用于钢制滚动部件的滚动疲劳部位的应力的大小和重复数以及运转时的温度与待判定所述氢环境度的滚动装置的运转条件全部相同的情况下的所述计算的结果，

在所述判定步骤中，将针对待判定所述氢环境度的滚动装置计算出的常温非扩散性氢的量的增加速度的计算结果与从所述数据库取得或估计出的所述计算的结果进行对比，

根据计算结果与针对待判定所述氢环境度的滚动装置的计算结果一致的数据库生成用滚动装置的氢环境，对待判定所述氢环境度的滚动装置的氢环境度进行判定。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的氢环境度判定方法，其中，

在所述测定步骤中，在通过保持为100℃以下的温度而从所述钢制滚动部件释放出常温扩散性氢之后，测定所述滚动疲劳部位所含有的常温非扩散性氢的量。

5.一种白色组织破损可能性预测方法，利用权利要求2所述的氢环境度判定方法，预测在滚动装置运转时所述钢制滚动部件发生白色组织破损的可能性，在所述白色组织破损可能性预测方法中，

准备与待预测发生白色组织破损的可能性的滚动装置同种的滚动装置作为数据库生成用滚动装置，在因滚动接触而作用于钢制滚动部件的滚动疲劳部位的应力的大小和重复数以及运转时的温度和运转时的所述数据库生成用滚动装置的氢环境中的至少一个不同的多个运转条件下分别使所述数据库生成用滚动装置运转之后，测定所述数据库生成用滚动装置的钢制滚动部件的滚动疲劳部位所含有的常温非扩散性氢的量，计算所述数据库生成用滚动装置的钢制滚动部件的滚动疲劳部位所含有的常温非扩散性氢的量的增加速度，并且确认所述数据库生成用滚动装置的钢制滚动部件是否发生了白色组织破损，预先生成将该计算的结果和确认的结果按照所述多个运转条件各自进行分类并存储而得到的数据库，

从所述数据库取得或估计因滚动接触而作用于钢制滚动部件的滚动疲劳部位的应力的大小和重复数以及运转时的温度与待预测发生所述白色组织破损的可能性的滚动装置的运转条件全部相同的情况下的所述计算的结果和所述确认的结果，使用取得或估计出的所述计算的结果和所述确认的结果来计算作为发生所述白色组织破损的临界值的常温非扩散性氢的量的增加速度，

在所述判定步骤中，通过将针对待预测发生所述白色组织破损的可能性的滚动装置计算出的常温非扩散性氢的量的增加速度与所述临界值进行比较，预测在待预测发生所述白色组织破损的可能性的滚动装置运转时所述钢制滚动部件发生白色组织破损的可能性。

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