JP7292991B2 - 転がり疲れ試験片、転がり疲れ試験片の製造方法、及び、転がり疲れ試験方法 - Google Patents

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特許法第３０条第２項適用 発行者 山陽特殊製鋼株式会社 刊行物名 山陽特殊製鋼技報 第２５巻第１号（通巻第２５号）ｐｐ．３１－３７ 発行日 ２０１８年６月２０日

本発明は、試験片、試験片の製造方法、及び、転がり疲れ試験方法に関する。

適正な潤滑条件下で使用されているにも関わらず、軸受が想定よりも早期に破損する短寿命はく離が起こる場合があり、軸受の小型・軽量化設計の実現への妨げとなっている。このようなはく離は、鋼に含まれる非金属介在物によって引き起こされる。非金属介在物は鋼の精錬・鋳造・凝固の過程で不可避的に生成し、その過程で除去しきれないものが以降の圧延や鍛造等を経た軸受素材中に含まれることになる。この介在物を起点としたはく離は通常、部品のやや内部に端を発する。これは軸受の軌道輪と転動体（球、ころ等）が転がり接触する際に軌道輪のやや内部に高いせん断応力が生じることによる。

他方で、この介在物を起点とした剥離に関し、鋼中に存在しているものと軌道の表面（軌道上）に一部が露出しているものとでは、疲労寿命に対して異なる結果が生じることが考えられる。また昨今の軸受使用環境の過酷化により部品表面に対する損傷増大が懸念されていることから、軸受軌道面に介在物が表出した場合の有害性に注目した検証を行う必要が生じている。

しかしながら、通常の溶製鋼材を利用して、試験片軌道面に介在物の一部が露出した試験片を作製しようとしても、試験片軌道位置に偶発的に介在物が露出する可能性は高くなく、また、介在物が露出していたとしても軌道下にどのような大きさの介在物が存在しているかを知る手段はなかった。また、偶然、そのような試料から剥離させることができたとしても、はく離とともに起点となった介在物が脱落する可能性が高く、転がり疲れ寿命と軌道上に露出した介在物との関係性を知ることは極めて困難である。そのために、軌道上に露出した介在物の大きさ、種類、形態、あるいは表出した介在物と母相との界面状態が寿命に与える定量的な影響は未だ明らかではない。

なお、転がり軸受の寿命指標としては依然としてL₁₀寿命が重用されている。L₁₀寿命とは、同じ条件で複数個のサンプルの寿命試験をした場合に、そのうちの90%の試験片がはく離しない寿命を指す。すなわち、軸受の寿命は確率論的に評価されることが通例となっている。それを打破して、軌道上に露出した介在物と寿命あるいは転がり疲れとの関係を直接的に確認検証することは、短寿命はく離を回避可能な鋼を明らかにし、それを実現するために必要なことである。

他方で、鋼中に多数の空洞を残存・分散させたSUJ2鋼を人工的に作製し、これらの空洞に対する転がり疲れき裂挙動を観察し、その挙動と空洞あるいは一般介在物に対する応力シミュレーションとを対比させた結果から、介在物と母相間に隙間（空隙）がある場合に有害性が助長されることが確認されている（例えば、非特許文献１参照）。

これに関連して、介在物－母相間の隙間を閉塞させるための熱間等方圧加圧（HIP（Hot Isostatic Pressing））加工を鋼材に施すと転がり疲れ寿命が大幅に向上することが確認されている（例えば、非特許文献２参照）。

藤松威史、平岡和彦、山本厚之、「高炭素クロム軸受鋼の転がり疲れにおける内部欠陥からのき裂発生挙動」、鉄と鋼、一般社団法人日本鉄鋼協会、Vol. 94、 No. 1 (2008年)、p. 13-20.

橋本（K. Hashimoto）、藤松（T. Fujimatsu）、常陰（N. Tsunekage）、平岡（K. Hiraoka）、木田（K. Kida）、サントス（E. C. Santos）、「内部破壊タイプ転がり疲労寿命における介在物/母相境界空洞の影響（Effect of inclusion/matrix interface cavities on internal-fracture-type rolling contact fatigue life）」、マテリアルズ アンド デザイン（Materials & Design）、エルゼビア・ベーフェー（Elsevier B.V.）、（オランダ）、Vol. 32, Issue 10, 2011年12月、p. 4980-4985

非特許文献２によれば、介在物－母相界面の状態が寿命の変化要因になることは明らかである。ただし、はく離が発生した後に、事前の介在物周囲の隙間の有無を検証することは事実上難しく、寿命の長短に対する隙間の寄与を推し量ることはできない。また、そもそも介在物が表面に露出した介在物を用いた転がり疲れ試験の実現自体が困難であった。

さらには、試験片表面に露出した介在物の大きさと寿命や転がり疲れとの関係を解き明かすには、転がり疲れ試験に先立って寿命に強く関与することが判明している介在物－母相界面の状態を一定の状態に管理し、界面の状態が事前（試験を行う前）に明らかになっていなければならない。

また、近年の軸受鋼に対するニーズとして長寿命化を追求するだけではなく、突発的に発生する短寿命はく離を抑制して部品の信頼性を向上させることが望まれている。したがって、そのような軸受製品の実現にあたり、軌道上に露出した介在物が寿命に及ぼす有害性、とりわけ大きさと寿命との関係を明確にして、定量的な影響を知るための手段を得ることが課題となっていた。軸受の短寿命はく離をもたらすのは、比較的大きな介在物と推定されるが、そのような介在物が限られた評価数量の転がり疲れ試験片内のごく小さい応力負荷体積中に存在する可能性が低いことも検証を困難としていた。

以上より、軌道上に露出した介在物が寿命や転がり疲れに及ぼす影響の検証を実現するにあたり、転がり疲れに影響を及ぼす因子である介在物の大きさや組成、形状、母相と介在物との界面状態、鋼中での存在位置が事前に判明した状態で、介在物を軌道面に露出させた後、その介在物を対象として転がり疲れ試験を行い、介在物大きさと寿命、あるいは未はく離の場合であれば介在物大きさとその周囲の疲労の状況とを、一対一に対照させた検証を行うことが必要と考えられる。

なぜなら、先に挙げた各種因子が寿命に対して影響を及ぼす可能性が高いにも関わらず、試験後にはその影響を分離して検証することが困難なためである。しかしながら、これまでに対象介在物の情報が予め判明した状態で、その介在物を試験片表面に露出させ、転がり疲れ試験を行い、寿命や転がり疲れに及ぼす影響を一対一に対照させて検証するための試験方法は確立されていなかった。

本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、鋼の製鋼過程で生成し、その後の圧延や鍛造などを経た鋼の中に残存して分布している非金属介在物に関し、軌道上に露出した介在物が寿命や転がり疲れに及ぼす影響の検証を実現することが可能な転がり疲れ試験方法を提供することを目的とする。

本発明は、試験片本体部と、試験本体部の表面に一部露出し、予め大きさ、組成、形状が選定されており、試験片本体部に隙間を有して埋め込まれた、単体もしくは複数の非金属介在物もしくは非金属介在物に類似した組成を有する化合物である粒子(粒子、もしくは、単一物体粒子ともいうことがある)と、を有する転がり疲れ試験片である。この粒子は鋼中の非金属介在物の代わりとして利用するものである。

本発明は、試験片本体部の表面の所定位置に、予め大きさ、組成、形状が選定された、単体もしくは複数の非金属介在物もしくは非金属介在物に類似した組成を有する化合物である粒子を埋設し、試験片本体部を所定の方向に引張加工して、試験片本体部と粒子との間に隙間を形成し、試験片本体部の表面の所定位置を局所加工して、粒子を試験片本体部の表面に露出させる、転がり疲れ試験片製造方法である。

本発明の人工的な欠陥導入による転がり疲れ試験方法によれば、試験片表面に露出した介在物の有害性（寿命や転がり疲れへの影響）を精緻に検証することが可能となる。

介在物が埋設された試験片の構成を示す図である。 図１（ｂ）のＹ部の拡大図である。 実施形態の試験片の製造工程を示すフローチャートである。 加工途中の試験片の構成を示す図である。 マイクロピペット先端に保持した球形Al₂O₃単体粒子をドリルホールの位置に移動させた様子を示す模式図である。 図４（ｂ）のＹ部の拡大図である。 人工的に埋設した欠陥位置の精密目印となるスラスト試験片上の微小Si系酸化物粒子群を特定した写真である。 スパッタ時間に伴うAl発光強度推移を示す概念図である。 スパッタ面(左図)と試験片表面に露出したAl₂O₃の模式図(右図)である。

以下、本発明の実施形態である、試験片、試験片の製造方法、及び、転がり疲れ試験方法について、図を参照して詳細に説明をする。

図１は、本実施形態の試験片の構成を示す図である。図１（ａ）は、正面図であり、図１（ｂ）は、側面図（Ｘ-Ｘ断面図）である。なお、説明を容易にするため、図１は寸法関係を一部誇張している。

実施形態の試験片１００は、中心部に内径穴部１０１を有する中空円盤状の部材である。試験片１００は、研磨面１０２下の軌道相当位置に粒子（Al₂O₃粒子等）１０４が埋設されるとともに、その一部が試験片の表面１０２に露出している。ここでの軌道相当位置とは、後述のスラスト型転がり疲れ試験における転動体が通る軌道の位置のことを指す。なお、図１では、説明の便宜上、粒子１０４及びドリルホール１０３を実線にて記載しているが、後述する熱間等方圧加圧加工により、粒子１０４は試験片内に埋設され、ドリルホール１０３は消滅している。なお、試験片１００から粒子１０４を除いた本体部分を試験片本体部ともいう。

図２は、図１のＹ部の拡大図である。図に示すように粒子１０４の一部が試験片の表面１０２に露出している。

図３は、本実施形態の試験片の製造工程を示すフローチャートである。図４は、後述する熱間等方圧加圧加工工程後の製造途中の試験片１００´の構成を示す図である。

まず、試験片の作製を行う（ＳＴＥＰ１）。試験片１００（試験片本体部）の素材としてはSUJ2鋼のφ65mm圧延材を使用した。この鋼材に865℃で1h保持後に空冷する焼ならし、および最高点加熱温度を800℃とし、その温度で保持後に徐冷を行う球状化焼なましを施した。そこから、外径60mm（図４中のＡ）、内径20mm（図４中のＢ）、厚さ8mm（図４中のＣ´）で片面１０２´をバフ研磨仕上げした試験片１００´を作製した。なお、試験片の上記外径、内径、及び、厚さについては、試験条件に応じて、適宜変更されうる。

その後、この試験片１００´のバフ研磨面１０２´側の軌道相当位置に直径0.35mmで深さ1.2mmの単穴のドリルホール１０３の加工を施した（ＳＴＥＰ２）。なお、ドリルホールの上記直径、及び、深さについては、試験条件及び粒子の形状や大きさに応じて、適宜変更されうる。

なお、ここでは一例としてSUJ2鋼を用いた事例を説明したが、それ以外の鋼も利用することができる。その場合、ＳＴＥＰ１の焼ならしや球状化焼なましや後述の試験片再加工時の焼ならしや球状化焼なましはその選定した鋼種にあった条件を選定するか、鋼種によっては省略しても良いものとする。

転がり疲れ試験片１００に人工的に導入する欠陥には、鋼中の介在物組成として代表的なAl₂O₃を想定し、代替物質として人工化合物のAl₂O₃粒子（粒子１０４）を用意した。それらの中から、球形状を有するAl₂O₃粒子を1粒選定し、CCDカメラ付き実体顕微鏡と組み合わせた単粒子の精密操作を自在に行うための制御装置を使い、選定した粒子１０４をドリルホール１０３内に投入した（ＳＴＥＰ３）。

このときの粒子１０４のピックアップとリリースは精密制御装置に接続した先端部内径20μmのマイクロピペットを介して行った。このマイクロピペットの先端部内径はピックアップする粒子の大きさに応じて適宜サイズを変更して良い。図５は、粒子１０４をピペット先端に吸着してピックアップし、そのまま試験片上のドリルホール１０３の位置にピペット先端を移動させたときの保持状況を模式的に示したものである。なお、粒子１０４をドリルホール１０３内に投入するにはピペット先端での吸着を解除して行う。

このとき、直径が既知であるドリルホール１０３の径（実施形態では0.35mm）を基準として、粒子１０４であるAl₂O₃の直径を精密に測定することができる。なお、粒子の上記直径については、試験条件に応じて、適宜変更されうる。

実際に鋼中に含まれている非金属介在物について、本実施形態の方法による転がり疲れ試験を行う場合には、例えば電解抽出などの手段を用いて鋼といったん分離して取り出してから本実施形態の方法を適用すれば良い。なお、本実施形態の粒子１０４の形状は球形であるが、これに限られず、非金属介在物やそれに類似した組成を有する化合物の形状に関しては、球形以外のものを選択することもできる。なお、鋼中に含まれる非金属介在物としては、Al₂O₃やMgO－Al₂O₃やCaO－Al₂O₃、CaO－Al₂O₃－SiO₂、SiO₂、TiNなどが知られるところであり、類似した組成を有する化合物とは、例えば例示した非金属介在物の組成構成範囲に調整されている化合物のことを指す。

粒子１０４に使用する化合物については、工業的に合成されたものであっても良く、また、実験室レベルで作製したものであっても良い。

また、本実施形態では、粒子１０４を１つとしているが、粒子１０４を複数として、複数の介在物もしくはそれに類似した組成を有する化合物についても本実施形態の試験片を利用して転がり疲れ試験を行うことができる。その場合には、試験片１００上にドリルホール１０３を一穴加工して、そのなかに複数個の介在物もしくはそれに類似した組成を有する化合物（粒子１０４）を投入する方法を取り得る。この場合、試験片本体部の表面に最も近い粒子を試験片表面１０２に露出させるものとし、それ以外の粒子は試験片本体内部に埋まっている状態となる。

もしくは、試験目的に応じて、ドリルホール１０３同士の相対的な配置や深さを定めて複数穴のドリルホール１０３を形成する加工を行ない、それぞれのドリルホール１０３に対して介在物もしくはそれに類似した組成を有する１以上の化合物（粒子１０４）を投入する方法も取り得る。この場合も、試験片本体部の表面１０２に最も近い粒子を試験片表面に露出させるものとし、それ以外の粒子は試験片本体内部に埋まっている状態となる。

続いて、粒子１０４であるAl₂O₃がドリルホール１０３内から脱落しないようにしながら、別途用意した低炭素鋼製のケースに試験片１００を収め、試験片１００の内径穴部１０１に芯金を入れてからケースを密閉し、ケース内部を真空脱気した後、圧力147MPa、温度1170℃で5h保持する熱間等方圧加圧加工を施してから、ケースごと徐冷した（ＳＴＥＰ４）。

この熱間等方圧加圧加工の条件は、非金属介在物もしくは非金属介在物に類似した組成を有する化合物と周囲の母相である鋼とを密着させる手段として、1160℃以上の温度で110MPa以上の熱間等方圧加圧加工を利用するのが良い。この工程を経由させることによって、Al₂O₃と母相の界面に隙間の無い状態を造ることができるので、転がり疲れに及ぼす隙間の影響を排除することができる。より望ましい熱間等方圧加圧の圧力は140MPa以上である。

図４は、熱間等方圧加圧加工工程後の製造途中の試験片の構成を示す図である。図４（ａ）は、正面図であり、図４（ｂ）は、側面図（Ｘ-Ｘ断面図）である。なお、説明を容易にするため、図４は寸法関係を一部誇張している。

試験片１００´は、中心部に内径穴部１０１を有する中空円盤状の部材である。試験片１００´は、研磨面下の軌道相当位置に粒子（Al₂O₃粒子等）１０４が埋設されている。ここでの軌道相当位置とは、後述のスラスト型転がり疲れ試験における転動体が通る軌道の位置のことを指す。なお、図４では、説明の便宜上、粒子１０４及びドリルホール１０３を実線にて記載しているが、熱間等方圧加圧加工により、粒子１０４は試験片内に埋設され、ドリルホール１０３は消滅する。

さらに、後述する方法により埋設した粒子１０４位置上を局所的に研削し、埋設した粒子１０４の一部が露出した後、片面１０２を表面仕上げすることによって介在物が軌道相当位置に露出した図１に示す試験片が完成する。

図６は、図４（ｂ）のＹ部の拡大図である。図６に示すように、本実施形態の方法で試験片１００´を作製したことにより、ドリルホール１０３内に投入したAl₂O₃（粒子１０４）の直上方向のドリルホール最終閉塞部（図６中のＡ部）に、数μm程度の大きさの微小なSi系酸化物群が不可避的に形成して点在する。このSi系酸化物群は以下の手順（ＳＴＥＰ7）で示す埋設粒子上の局所研削を行う際の、位置決めのための精密な目印として利用できる。なお、これらの埋設粒子上に形成されるSi系酸化物は、局所研削によって介在物を軌道相当位置上に露出させる過程で取り除かれる。

熱間等方圧加圧加工に続いて、焼ならしと球状化焼なましを施してから、SUJ2の部分を再び試験片の形状（外径φ56×内径φ20×厚さ4.8mm）に加工し、焼入れ（835℃-0.5h、油冷）とそれに続いて焼戻し（180℃-1.5h、空冷）を行って試験片の硬さを62HRC程度に調整した（ＳＴＥＰ５）。

このとき、人工的に導入した内部の欠陥（単体粒子１０４）に対して転がり疲れを付与する本実施形態の目的のため、試験片１００の硬さは、55HRC以上必要である。これより硬さが低い場合は、欠陥やその周辺のみならず、母相の転がり疲れが進行するため、欠陥自体の有害性を区別して検証することが困難となる。より望ましい試験片１００の硬さは、58HRC以上である。

続いて、熱処理時の酸化スケールを平面研削で除去してから、周波数50MHzの超音波探傷試験により試験片中のAl₂O₃の深さを特定し、この深さ情報をもとに試験片の研削とバフ研磨を行い、後述の局所研削手段における研削可能な深さ領域である100μm以下にAl₂O₃（粒子１０４）が配置されるように調整した（ＳＴＥＰ６）。

続いてバフ研磨面上で試験片の局所研削箇所の目印をターゲットとして局所研削を行い、元素検出手段を利用して介在物が表面に露出したことを検知した(ＳＴＥＰ7)。まず、介在物埋設箇所の精密な目印となる微小Si系酸化物粒子群（図６中のＡ）の試験片１００上での位置を図７のように特定した。続いて、この目印を目標地点としてその位置上周辺のみを局所的に研削するとともに介在物の表出時点を確実に検出する工程が採られる。

本実施形態における局所的な研削と介在物が露出したことを検知するための手段の一つとして、グロー放電によるスパッタを利用した。市販されている装置として、Arガスなどをグロー放電でプラズマ化させ、それをさまざまな試料の表面に照射し、スパッタにより試料表面を除去しながら、スパッタによって取り除かれた原子のプラズマ内での発光を分光分析することによって、同時化学分析を行うことが可能なものがある。このような装置を用いることで、埋設箇所上の局所加工（スパッタによる）とその領域内に介在物（粒子１０４）が露出したことの検知とを同時に達成することができる。

また、この手法では、加工にともなう試料へのダメージを抑えつつ、加工速度の速い局所加工を行うことが可能であり、さらに加工条件（スパッタ条件）の適正化は必要であるがスパッタされる局所加工面積内を凹面状や凸面状でないフラットな面に加工することができる特徴がある。また、その加工面も光学顕微鏡観察が可能な程度に平滑になる。これらの特徴により、介在物を表面に露出させた後に介在物の状態を確認することは容易であり、またフラットな面に加工されるようにすることで、後述の試験片の表面バフ研磨仕上げにおける介在物の表出大きさ（もしくは軌道下の埋設深さ）の制御が容易となる。また、最少でppmオーダー程度の検出感度での元素分析を同時に行うことができる。

これ以外にも例えば研削ならびに鏡面研磨とその後の光学顕微鏡観察とを繰り返し行うことによっても作製は可能である。しかしながら、研磨には多くの時間を要し非効率的であり、加工量も不確定性に依存してしまうために目標とする介在物の露出状態にコントロールすることは難しい。対して、グロー放電によるプラズマを利用する上記手段の方が極めて効率的であり、かつ確実性が高い。

本実施形態では、代表してAl₂O₃を人工介在物として用いており、図８のようにArプラズマによるスパッタ中のAlの発光強度の推移を監視することでAl₂O₃が露出したタイミングを検知することができる。その時点でスパッタを停止しても良いし、さらにスパッタを継続させて介在物の露出する大きさを適宜コントロールしてからスパッタを停止しても良い。Al₂O₃以外の粒子を用いる場合には、その主要構成元素の発光強度推移に注目するとよい。

また、そのスパッタ条件に関し、プラズマ発生のための電極径、Arガス圧、高周波印加電圧を考慮した。本実施例では、電極径として、スパッタ装置に試料をセットする際の介在物埋設箇所上研削位置の多少のズレをカバーすることができて、なおかつスパッタ速度と元素検出感度とのバランスが良好なφ2mmの電極を用いた。また、スパッタ加工痕の底面の形状が平滑とならずに凸型や凹型になると、介在物が凹型のスパッタ面のいちばん深い場所に露出した場合を除き、仕上げ研磨工程で研削部を含めて試験片表面を平滑にバフ研磨仕上げする際に介在物が余分に研削されることになり、介在物の表面下深さの精密な制御が困難になるため、平滑なスパッタ面が得られる条件を選定した。

本実施例では、例えばArガス圧を600Pa、高周波印加電圧を35Wで行った。これらの条件は、スパッタならびに元素検出を行うための装置の仕様にも依存するため、それらに応じた調整は必要である。これにより、図９に模式的に示す通り、スパッタ面に対してAl₂O₃が表出している様子を直接観察可能である。通常バフ研磨面でなければ微小な介在物を光学顕微鏡で視認することは困難であるのに対し、本実施形態のArプラズマスパッタによれば介在物の観察のための追加の研磨工程は必要とせず、試験片作製工程の迅速化・簡略化に寄与する。

続いて、介在物が露出している局所加工面（スパッタ面）の深さについて、周辺の非加工面を基準として計測する。そして、その深さを考慮した仕上げ研磨量まで試験片表面をバフ研磨することにより、図１に示す介在物が露出した試験片１００が完成する（ＳＴＥＰ８）。

続いて、スラスト型転がり疲れ試験の実施要領を説明する。まず、介在物が試験片表面に露出した箇所の直上を転動体が通るように軌道を配置する。試験片１００の配置に関しては、上板にSUJ2製単式スラスト軸受のレース（型番51305）を使用し、下板をAl₂O₃埋設試験片１００とし、上板と下板の間に転動体として直径3/8インチのSUJ2製鋼球3個を120°ピッチで等分配置するようにした。なお、軌道の配置に関しては、介在物が試験片表面に露出した位置は明確に特定されるのであるから、その直上を軌道幅の中心が通るようにしても良く、敢えて軌道幅の中心から適宜ずらすようにすることも目的に応じて選択して良い。スラスト型転がり疲れ試験にあたっての試験面圧（最大ヘルツ接触応力）や負荷サイクル速度、潤滑条件、試験温度はやはり目的に応じて選択や調整を行うものとする。また、同試験における転動体の個数について、転動体を３個より多く配置することも目的に応じて選択されうる。

スラスト型転がり疲れ試験を実施したのちは、剥離が生じた場合には剥離までに要したサイクル数（寿命）や、剥離断面における疲労状態をミクロ観察することが可能である。また、剥離が生じていない場合には、試験片表面に露出した介在物の状態（例えば初期状態との変化）のミクロ観察、あるいは断面における介在物やその周辺における疲労状態のミクロ観察を行うことができる。いずれの観察においても、足がかりとなるAl₂O₃（粒子１０４）の埋設位置は事前に明確となっており、その場所を特定できるような目印を試験片に適宜付与しておくことで確実かつ精密な観察を行うことができる。

以上の通り、本実施形態の人工的な欠陥導入による転がり疲れ試験方法を用いることにより、予め選定した非金属介在物もしくはそれと類似した組成を有する化合物を人工的に導入し、それを試験片上に露出させ、それを対象として転がり疲れ試験を行い、事前に把握していた位置情報を元に試験後に介在物埋設箇所周辺のき裂等の転がり疲れ挙動を確実に観察することが実現可能である。

また、介在物からはく離を生じさせることによっては、介在物大きさと寿命との関係についても検証が可能な方法である。また、本方法は、予め転がり疲れを付与する介在物の組成・形状、および介在物－母相界面の状態を定めた状態で試験を行うことから、それらの条件を有限要素法による解析に反映させることも容易であり、この観点からも従来以上に高度な検証が可能になる。

以上説明したように、本実施形態は、非金属介在物もしくはそれに類似した組成を有する化合物について、予め大きさ、組成、形状を選定したものを人工的な手段で軸受用鋼製の転がり疲れ試験片中に導入し、さらに介在物もしくは化合物と母相とをお互いに密着した状態に制御したのち、試験片上に介在物もしくは化合物を露出させ、その試験片状に露出した介在物もしくは化合物を対象として転がり疲れ試験を行い、転がり疲れに対する有害性（寿命や疲労への影響）を精緻に検証するという方法である。また、この発明の方法では、はく離に至る前段階で試験を中断した場合であっても、介在物が試験片上に露出した介在物や化合物の状態変化の観察や、その位置を基準とする当該位置の軌道断面における介在物や化合物の周囲の疲労状況の断面観察を確実に遂行できるようにするものである。

本実施形態の人工的な欠陥導入による転がり疲れ試験方法は、介在物の最大径、軌道上に露出した介在物の大きさや状態、軌道下（部品内部）における介在物の形状、介在物の組成、表面や内部での介在物と母相との隙間の状況、鋼中の存在位置といった寿命に関与しうる諸情報について予め判明した状態から試験を行うことによって、介在物の有害性（寿命や転がり疲れへの影響）を精緻に検証することを可能とする、これまでに無い新たな試験方法である。本試験方法を用いた場合、介在物の精密な位置情報が予め判明しているために、介在物周囲の疲労状況の観察を容易に行うことができる。その観察手法としては従来から良く用いられてきた断面観察による手法が利用可能であるし、あるいは非破壊での観察手法の適用も可能であり、介在物周囲の疲労挙動について従来以上に精緻な検証の実現が期待できるものとなる。

以上、実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００：試験片
１０１：内径穴部
１０４：粒子

Claims (9)

1. 試験片本体部と、
   前記試験片本体部の表面に一部露出して、予め大きさ、組成、形状が選定されており、前記試験片本体部に埋め込まれた、単体もしくは複数の、非金属介在物もしくは非金属介在物に類似した組成を有する化合物である粒子と、
   を有することを特徴とする転がり疲れ試験片。
2. 前記試験片の硬さは、55HRC以上である、請求項１に記載の転がり疲れ試験片。
3. 請求項１または２に記載の転がり疲れ試験片を用いて、前記試験片本体部の表面に露出した前記粒子の上部を転動体の軌道が通るように軌道を配置してスラスト型転がり疲れ試験を行う、転がり疲れ試験方法。
4. 前記試験片本体部の表面に露出した前記粒子の真上を転動体の軌道中央が通るように軌道を配置してスラスト型転がり疲れ試験を行う、請求項３に記載の転がり疲れ試験方法。
5. 試験片本体部の表面の所定位置に、予め大きさ、組成、形状が選定された、単体もしくは複数の、非金属介在物もしくは非金属介在物に類似した組成を有する化合物である粒子を埋設し、
   前記試験片本体部の表面の所定位置を局所加工して、前記粒子を前記試験片本体部の表面に露出させる、転がり疲れ試験片の製造方法。
6. 前記試験片本体部の表面の所定位置をグロー放電によるスパッタ加工により局所加工する、請求項５に記載の転がり疲れ試験片の製造方法。
7. 前記試験片本体部の表面の所定位置に穴加工し、当該穴に前記粒子を投入し、熱間等方圧加圧加工することにより、前記試験片本体部の表面の所定位置に粒子を埋設する、請求項５または６に記載の転がり疲れ試験片の製造方法。
8. 前記熱間等方圧加圧加工により生じた前記粒子上のSi系酸化物群を目標にして、前記局所加工を行う、請求項７に記載の転がり疲れ試験片の製造方法。
9. 前記埋設した粒子の深さを超音波探傷試験により計測し、前記局所加工が可能な深さまで前記試験片本体部の表面を研削又は研磨する、請求項５から８のいずれかに記載の転がり疲れ試験片の製造方法。
   

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