JP2016041955A - 転動部品およびその材料並びに転動部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この発明の他の目的は、鋼に水素が侵入する環境下で使用される転動部品において、せん断型き裂が発生することのない転動部品材料を選定することができる選定方法、並びにこの選定方法を用いた転動部品の製造方法、転がり軸受の軌道輪および転動体を提供することである。
鋼材料の非金属の介在物の半径が、次式(1)で定まる半径d以下であり、かつ1.0μm以上であることを特徴とする。
d=64729(Pmax/4)-1.441 …(1)
d=64729τ0 -1.441 ・・・(2)
最大接触応力Pmaxと最大せん断応力τ0との関係は、図7の関係がある(非特許文献1)。一定接触面圧のとき、線接触状態(b/a=0,a;接触楕円長軸半径,b;接触楕円短軸半径)が最もせん断応力が高くなる。そのときの関係は、式(3)である。
τo=Pmax/4 ・・・(3)
式(2)と(3)から、水素侵入下での任意面圧における破壊臨界の介在物半径が式(1)のように求められる。
d=64729(Pmax/4)-1.441 ・・・(1)
介在物のdを1.0μm以上としたのは、炭化物が起点となることはなく、炭化物の大きさは1.0μm未満であるためである。
転がり軸受の軌道輪では、用途に応じて最大接触面圧Pmaxが定まっており、例えば、電装補機の用途では、最大接触面圧Pmaxは1.0GPaとなる。このように最大接触面圧Pmaxが定まっていると、上記(1)式の介在物の半径dは、一義的に定まり、介在物の半径が、この定まった半径d以下であると、水素侵入環境下であっても、特定の用途において、せん断型き裂が進展することがなく、転がり疲労では破壊されない。
軌道輪につき説明したと同様に、介在物の半径が、上記半径d以下であると、水素侵入環境下であっても、特定の用途において、せん断型き裂が発生することがなく、せん断型き裂が進展することがなく、転がり疲労では破壊されない。
転動部品の転動面に作用する最大接触面圧Pmaxを定め、
介在物の半径が、次式(1)で定まる半径d以下であり、かつ1.0μm以上である材料を前記転動部品の材料として用いることを特徴とする。
d=64729(Pmax/4)-1.441 …(1)
なお、介在物の半径d以下の鋼材を選ぶ方法は、例えば、ロット毎の抜き取り検査等により、切断面の顕微鏡写真等で介在物の半径を調べることで行える。
このため、この製造方法で製造された転動部品は、水素侵入環境下で使用されても、転がり疲労では破壊されない。
転がり軸受の軌道輪では、用途に応じて最大接触面圧Pmaxが定まっており、例えば、電装補機の用途では、最大接触面圧Pmaxは1.0GPaとなる。このように最大接触面圧Pmaxが定まっていると、上記(1)式の介在物の半径dは、一義的に定まり、介在物の半径が、この定まった半径d以下であると、水素侵入環境下であっても、特定の用途において、転がり疲労では破壊されない。
軌道輪の製造方法につき説明したと同様に、介在物の半径が、上記半径d以下であると、水素侵入環境下であっても、特定の用途において、転がり疲労では破壊されない。
d=64729(Pmax/4)-1.441
で定まる半径d以下であり、かつ1.0μm以上であるため、
水素侵入環境下で使用されても、転がり疲労では破壊されない。
この発明の転がり軸受の軌道輪および転動体は、この発明の転動部品であって、最大接触面圧Pmaxを1.0GPaとするため、水素侵入環境下で使用されても、転がり疲労では破壊されない。
d=64729(Pmax/4)-1.441
で定まる半径d以下であり、かつ1.0μm以上である材料を前記転動部品の材料として用いるため、この転動部品材料を用いた転動部品は、水素侵入環境下で使用されても、転がり疲労では破壊されない。
この発明の転がり軸受の軌道輪の製造方法および転動体の製造方法は、鋼に水素が侵入する環境下で使用される転がり軸受の軌道輪を製造する方法であって、前記軌道輪となる鋼材料の選定をこの発明の転動部品材料の選定方法で行い、Pmax=1.0GPaとするため、この製造方法で製造された軌道輪および転動体は、水素侵入環境下で使用されても、転がり疲労では破壊されない。
この転動部品材料は、鋼に水素が侵入する環境下で使用される転動部品の鋼材料であって、鋼材料の非金属の介在物の半径が、次式(1)で定まる半径d以下であり、かつ1.0μm以上とする。
d=64729(Pmax/4)-1.441・・・(1)
鋼に水素が侵入する環境下で用いられる転動部品の例を挙げると、電装補機(照明、空調、ワイパー、パワーウインドなど)、建機(特にその旋回座および旋回部品)、CVT(無断変速機)のボールねじ、工作機械、風車、増減速機等である。
この試験により、図1(B)に示すようなせん断き裂が発生したときの、負荷回数とせん断応力振幅(MPa)の結果を図1(A)に示す。同図において、白三角の各プロットは水素チャージ有りで内部起点のせん断き裂が発生した場合を、▲印の各プロットは水素チャージ有りで表面起点のせん断き裂が発生した場合をそれぞれ示す。比較のため、水素チャージなしでせん断き裂が発生した場合を黒丸のプロットで示す。
このように求めた各破損起点位置の応力τと介在物の大きさdとの関係を図3に示す。破壊しない下限界が
d=64729(Pmax/4)-1.441 ・・・(1)
であることがわかった。
電装補機(照明、空調、ワイパー、パワーウインド)に用いられる転がり軸受の軌道輪および転動体、
最大接触面圧Pmax:2.0GPa、介在物の半径dの最大値:8.4μm 。
建機の旋回座軸受の軌道輪および転動体、
最大接触面圧Pmax:3.5GPa、介在物の半径dの最大値:3.7μm
CVT(無断変速機)のボールねじのねじ軸、ナット、ボール、
最大接触面圧Pmax:2.7GPa、介在物の半径dの最大値:5.4μm 。
工作機械の主軸軸受の軌道輪および転動体、
最大接触面圧Pmax:2.0GPa、介在物の半径dの最大値:8.4μm。
風車の主軸軸受に用いられる転がり軸受の軌道輪および転動体、
最大接触面圧Pmax:2.5GPa、介在物の半径dの最大値:6.1μm。
風車の発電機における増減速機に用いられる転がり軸受の軌道輪および転動体、
最大接触面圧Pmax:2.5GPa、介在物の半径dの最大値:6.1μm。
この試験は、図4(A)のように、転動部品材料の試験片1に水素チャージする水素チャージ過程と、この水素チャージ後に、図4(B)の試験装置により、試験片1に完全両振りの超音波ねじり振動を与えて前記転動部品材料の水素侵入下でデータを採取する超音波ねじり疲労試験過程とでなる。
振幅拡大ホーン8は、先細り形状に形成されて先端面に同心に試験片を取付ける雌ねじ孔からなる取付部を有し、基端でねじり振動コンバータ7に固定される。振幅拡大ホーン8は、基端に与えられた振動コンバータ7のねじり振動の振幅を、先端部で拡大した振幅とする。振幅拡大ホーン8の素材はチタン合金である。
2…水素チャージ手段
4…発振器
6…フレーム
7…ねじり振動コンバータ
8…振動拡大ホーン
Claims (8)
- 鋼に水素が侵入する環境下で使用される転動部品の鋼材料であって、
鋼材料の非金属の介在物の半径が、次式(1)で定まる半径d以下であり、かつ1.0μm以上であることを特徴とする転動部品材料。
d=64729(Pmax/4)-1.441 …(1) - 請求項1に記載の転動部品材料からなる転動部品。
- 請求項2に記載の転動部品である転がり軸受の軌道輪であって、前記最大接触面圧Pmaxを1.0GPaとした転がり軸受の軌道輪。
- 請求項2に記載の転動部品である転がり軸受の転動体であって、前記最大接触面圧Pmaxを1.0GPaとした転がり軸受の転動体。
- 鋼に水素が侵入する環境下で使用される転動部品の鋼材料を選定する方法であって、
転動部品の転動面に作用する最大接触面圧Pmaxを定め、
介在物の半径が、次式(1)で定まる半径d以下であり、かつ1.0μm以上である材料を前記転動部品の材料として用いることを特徴とする転動部品材料の選定方法。
d=64729(Pmax/4)-1.441 …(1) - 鋼に水素が侵入する環境下で使用される鋼材料の転動部品を製造する方法であって、
前記鋼材料の選定を請求項5に記載の転動部品材料の選定方法を行いる転動部品の製造方法。 - 鋼に水素が侵入する環境下で使用される転がり軸受の軌道輪を製造する方法であって、前記軌道輪となる鋼材料の選定を請求項5に記載の転動部品材料の選定方法で行い、前記最大接触面圧Pmaxを1.0GPaとする転がり軸受の軌道輪の製造方法。
- 鋼に水素が侵入する環境下で使用される転がり軸受の転動体を製造する方法であって、前記転動輪となる鋼材料の選定を請求項5に記載の転動部品材料の選定方法で行い、前記い、最大接触面圧Pmaxを1.0GPaとする転がり軸受の転動体の製造方法。
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