JP7202129B2 - Test piece, manufacturing method of the test piece, and test method using the test piece - Google Patents
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Description
本発明は、試験片、その試験片の製造方法、及び、その試験片を用いた試験方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a test piece, a method for manufacturing the test piece, and a test method using the test piece.
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ている。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、部品の表面ではなく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。 Despite being used under proper lubrication conditions, short-life flaking, which causes bearings to break earlier than expected, may occur, hindering the realization of smaller and lighter bearing designs. Such flaking is caused by non-metallic inclusions contained in steel. Non-metallic inclusions are inevitably generated during the refining, casting, and solidification processes of steel, and those that cannot be completely removed during these processes will be included in the bearing material that has undergone subsequent rolling, forging, and the like. This inclusion-initiated delamination usually originates somewhat inside the part rather than on the surface. This is because a high shear stress is generated slightly inside the bearing ring when the bearing ring and rolling elements (balls, rollers, etc.) are in rolling contact with each other.
このように疲労が部品内部で進行するという特徴から、転がり疲れの直接的な観察は困難となっている。また、はく離後にその起点となった介在物が破面上に見付かることも稀であった。そのために、介在物が軸受寿命を左右すること自体には疑いがないにも関わらず、介在物と寿命との直接的な関係は未だ明らかとはなっていない。なお、転がり軸受の寿命指標としては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、介在物と寿命や転がり疲れとの関係を直接的に検証することが、短寿命はく離を回避可能な鋼を実現するために必要とみられる。 Due to the fact that fatigue progresses inside the parts, it is difficult to directly observe rolling fatigue. In addition, it was rare to find inclusions on the fractured surface that were the origin of the flaking after delamination. Therefore, although there is no doubt that inclusions influence bearing life, the direct relationship between inclusions and life has not yet been clarified. The L10 life is often used as a life index for rolling bearings. L10 life refers to the life that 90% of test pieces do not flake when multiple samples are tested under the same conditions. That is, bearing life is usually evaluated probabilistically. Breaking through this and directly verifying the relationship between inclusions, service life, and rolling fatigue is necessary in order to realize steel that can avoid short-life flaking.
他方で、本発明者らは、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を見出している(例えば、非特許文献1参照)。 On the other hand, the present inventors artificially produced SUJ2 steel in which many cavities remain and are dispersed in the steel, and observed the rolling fatigue crack behavior of these cavities. From the result of comparing the stress simulation for the object, it is found that the harmfulness is promoted when there is a gap (void) between the inclusion and the matrix (see, for example, Non-Patent Document 1).
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)。 In relation to this, it has been confirmed that rolling fatigue life can be significantly improved by applying hot isostatic pressing (HIP) to steel to close the gap between inclusions and the matrix. (For example, see Non-Patent Document 2).
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かった。 According to Non-Patent Document 2, it is clear that the state of the inclusion-mother phase interface is a factor in changing the life. However, it was practically difficult to verify the presence or absence of gaps around inclusions after flaking had occurred, and it was not possible to estimate the contribution of gaps to the length of life.
したがって、実用上の介在物大きさと寿命や転がり疲れとの関係を解き明かすにあたり、鋼中の介在物と母相の間の隙間の影響を加味して転がり疲れ試験を行うための試験片の作製方法およびそれを用いた転がり疲れ試験方法の考案が求められていた。 Therefore, in clarifying the relationship between the size of inclusions in practical use and life and rolling fatigue, there is a method for preparing test pieces for conducting rolling fatigue tests, taking into account the effect of gaps between inclusions in steel and the matrix phase. And the invention of the rolling fatigue test method using it was demanded.
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の製造過程を経た鋼の中に残存して分布している非金属介在物について、その周囲に製造過程において生じる場合があるものの、生成度合いを事前に推し量ることが困難な介在物と周囲母相との隙間の状況、には頼らない新たな転がり疲れ試験方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems. To provide a new rolling fatigue test method that does not rely on the condition of the gap between inclusions and the surrounding matrix, which may occur in the surroundings during the manufacturing process, but whose degree of formation is difficult to estimate in advance. aim.
本発明は、試験片本体部と、試験片本体部の内部の所定位置に位置した非金属介在物と、非金属介在物の周囲と試験片本体部との間に位置した隙間と、を有し、非金属介在物は、スラスト型転がり疲れ試験に使用する場合の軌道下にあり、スラスト型転がり疲れ試験に使用する場合の軌道下の任意の位置に、隙間を周囲に有さない他の非金属介在物が存在する試験片である。
The present invention has a test strip body, a non-metallic inclusion located at a predetermined position inside the test strip body, and a gap located between the periphery of the non-metallic inclusion and the test strip body. However, the non-metallic inclusion is located under the raceway when used for the thrust type rolling fatigue test, and is located at any position under the raceway when used for the thrust type rolling fatigue test, other This is a test piece with non-metallic inclusions .
本発明は、非金属介在物を含有する鋼からなる試料を溶製し、試料を熱間加工し延伸して、中間材を作製し、中間材を、所定の方向に引張加工して、スラスト型転がり疲れ試験に使用する場合の軌道下の所定位置に所定応力を負荷し、所定位置の非金属介在物の周囲の少なくとも一部に隙間を形成し、スラスト型転がり疲れ試験に使用する場合の軌道下の任意の位置に所定応力を負荷せず、任意の位置の他の非金属介在物の周囲に隙間を形成しない、試験片の製造方法である。 In the present invention, a sample made of steel containing non-metallic inclusions is melted, the sample is hot-worked and drawn to produce an intermediate material, and the intermediate material is stretch-worked in a predetermined direction to thrust. When used for type rolling fatigue test Apply a predetermined stress to a predetermined position under the raceway, form a gap around at least a part of the non-metallic inclusion at the predetermined position, and use it for a thrust type rolling fatigue test. A test piece manufacturing method that does not apply a predetermined stress to an arbitrary position under a track and does not form a gap around other non-metallic inclusions in an arbitrary position .
本発明の試験片、試験片の製造方法、及び、その試験片を用いた転がり疲れ試験方法によれば、隙間の影響を加味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。 According to the test piece of the present invention, the test piece manufacturing method, and the rolling fatigue test method using the test piece, the harmfulness of inclusions (effect on life and rolling fatigue) considering the effect of gaps is elaborated. can be verified.
以下、本発明の実施形態である、試験片、その試験片の製造方法及び、その試験片を用いた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。 Hereinafter, a test piece, a method for manufacturing the test piece, and a rolling fatigue test method using the test piece, which are embodiments of the present invention, will be described in detail with reference to the drawings.
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、左側面図(A部断面拡大図含む)であり、図1(b)は、正面図であり、図1(c)は右側面図(B部断面拡大図含む)であり、図1(d)は、底面図(A部とB部の断面拡大図含む)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。 FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the test piece of this embodiment. 1(a) is a left side view (including an enlarged cross-sectional view of part A), FIG. 1(b) is a front view, and FIG. 1(c) is a right side view (including an enlarged cross-sectional view of part B). , and FIG. 1D is a bottom view (including cross-sectional enlarged views of parts A and B). In addition, in order to facilitate the explanation, FIG. 1 partially exaggerates the dimensional relationship.
実施形態の試験片100は、中心部に内径穴部101を有する中空楕円盤状の部材である試験片本体部102と、試験片本体部102の研磨面のスラスト試験軌道C下の相当位置Aに非金属介在物103と、非金属介在物103の周囲の母相との間に付与された隙間104とを有する。なお、図1中で非金属介在物103は単体で示しているが、周辺にも同様の隙間を付与された複数個の非金属介在物が分布していても良い。特に、後述の通り、意図的に硫黄(S)含有量や酸素含有量を高めた場合には、近接して複数の非金属介在物が分布するようになる。
The
実施形態の試験片本体部102は、後述する引張方向Xに平行な方向を長軸とする略楕円盤形状を有する。ただし、試験片本体部102の形状はこれに限られず、試験に応じて適当な形状(例えば、円盤形状)に加工してもよい。
The test piece
実施形態の非金属介在物103は、隙間104を介して、試験片本体部102に含有される。試験片本体部102の研磨面のスラスト試験軌道C下の位置Aに存在する非金属介在物103は、引張方向Xの前後に隙間104を有する。一方、試験片本体部102の研磨面下のスラスト試験軌道C下の位置Bに存在する非金属介在物103は、周囲に隙間104を介さず試験片本体部102に含有される。この位置Aと位置Bを規定可能な試験片の製造方法については後述する。
The
実施形態の非金属介在物103はMnSである。ただし、非金属介在物103は、これに限られず、酸化物や他の硫化物でもよい。
The
図2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。 FIG. 2 is a flow chart showing the manufacturing process of the test piece of this embodiment.
まず、試料の溶製を行う(STEP1)。これは、図1に示した試験片100の材料であり、図3に示した、試験片の加工工程途中の引張加工用の中間材100aの素材である。試料としては量産工程で溶製される鋼塊や連続鋳造された鋼片を用いることもできるし、真空溶解した試験鋼塊を用いることもできる。
First, a sample is melted (STEP 1). This is the material of the
ここでは、SUJ2鋼のベース成分を有する鋼に対して、量産鋼であれば0.010%以下程度の含有量に調整される硫黄(S)量について0.06%に増量した鋼塊を真空誘導溶解により溶製した。鋼塊の凝固状態において、硫黄(S)はSUJ2に含まれるMnと化合して硫化物(MnS)の状態で存在している。なお、本実施形態において、硫化物(MnS)は、非金属介在物103に相当する。
Here, a steel ingot with the base composition of SUJ2 steel was melted by vacuum induction melting with the amount of sulfur (S) increased to 0.06%, which is adjusted to 0.010% or less in mass-produced steel. made. In the solidified state of the steel ingot, sulfur (S) combines with Mn contained in SUJ2 and exists in the form of sulfide (MnS). In addition, in this embodiment, sulfide (MnS) corresponds to the
そののち、試料を1150℃に加熱後に直径65mmに熱間鍛伸した(STEP2)。この工程は熱間圧延によって代用しても良い。このときの鍛錬成形比は、元の鋼塊に対して7sである。ただし、本実施形態における鍛錬成形比はこれに限るものではない。この熱間の鍛伸工程において、硫化物(MnS)(非金属介在物103)は材料の延伸方向(圧延による場合は圧延方向)に延伸して紡錘状の形態をとる。この形状は鍛錬成形比に依存し、鍛錬成形比が小さければ硫化物の延伸方向の長さとそれと直行する方向の幅の差は小さく、逆に鍛錬成形比が大きければ、その程度に応じて延伸方向の長さが幅に比して大きくなる。 After that, the sample was heated to 1150° C. and hot-stretched to a diameter of 65 mm (STEP 2). This step may be substituted by hot rolling. The forging ratio at this time is 7s with respect to the original steel ingot. However, the forging ratio in the present embodiment is not limited to this. In this hot forging process, the sulfide (MnS) (non-metallic inclusions 103) is stretched in the stretching direction of the material (rolling direction in the case of rolling) to take a spindle shape. This shape depends on the forging ratio. If the forging ratio is small, the difference between the length of the sulfide in the stretching direction and the width in the direction perpendicular to it is small. The length of the direction becomes larger than the width.
この試料に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等の熱処理を施した(STEP3)。 This sample was subjected to heat treatment such as normalizing by air cooling after being held at 865°C for 1 hour, and spheroidizing annealing by setting the maximum heating temperature to 800°C and slowly cooling after being held at that temperature (STEP 3).
なお、ここでは試料の一例としてSを増量添加したSUJ2鋼を用いた事例を説明したが、このような意図的にS含有量を高めた鋼を用いる場合や、それ以外の鋼も利用することができる。その場合、例えば意図的に酸素含有量の高い鋼を溶製して用いても良い。その場合は、非金属介在物として酸化物が多く分散した鋼となる。硫化物や酸化物を多く含む鋼を利用するのは、介在物の分布頻度を増やすことによって、非金属介在物周囲の転がり疲れ挙動の観察の頻度を高め、現象を精緻に調査できるようにするためである。 As an example of the sample, we explained the case of using SUJ2 steel with an increased amount of S added, but it is possible to use a steel with an intentionally increased S content like this, or use other steels. can be done. In that case, for example, steel with a high oxygen content may be intentionally melted and used. In that case, the steel has a large amount of oxides dispersed as non-metallic inclusions. The use of steel containing a large amount of sulfides and oxides increases the frequency of observation of rolling fatigue behavior around non-metallic inclusions by increasing the distribution frequency of inclusions, enabling detailed investigation of the phenomenon. It's for.
なお、酸化物は熱間加工の際には変形しにくいため、熱間での鍛伸や圧延を行っても球形に近い状態や塊状の状態のままで存在しやすい。ただし、シリケート系の酸化物が生じるような精錬工程で製造した場合は、酸化物に熱可塑性が生じて、上述の硫化物(MnS)のように加工中に変形して紡錘状を取る場合がある。また、硫化物についても、MnSにCaやMgが含有されている(Mn,Ca)Sや(Mn、Ca、Mg)Sの場合は、MnSに比べて熱可塑性が低く、MnSほどには延伸していない形態をとる場合がある。 Since oxides are difficult to deform during hot working, they tend to remain in a state close to a sphere or in a massive state even after hot forging or rolling. However, if it is produced in a refining process that produces silicate-based oxides, the oxides will become thermoplastic and may deform during processing and take on a spindle shape, like the sulfide (MnS) mentioned above. be. Regarding sulfides, in the case of (Mn, Ca) S and (Mn, Ca, Mg) S, which contain Ca and Mg in MnS, their thermoplasticity is lower than that of MnS, and they are not as stretchable as MnS. It may take a form that is not
なお、熱可塑性に乏しい酸化物や硫化物が鋼中に含有されるとき、熱間での鍛伸や圧延時に非金属介在物と周囲母相との間に隙間が形成される場合があるが、これは後述する人工的に導入した隙間が転がり疲れ挙動や転がり疲れ寿命に及ぼす影響の見極めを阻害する可能性がある。 When oxides or sulfides with poor thermoplasticity are contained in the steel, gaps may be formed between the nonmetallic inclusions and the surrounding matrix during hot forging or rolling. , this may hinder the determination of the effects of artificially introduced clearances on rolling fatigue behavior and rolling fatigue life, which will be described later.
そこで、そのような非金属介在物が含まれている場合には、鍛伸(または圧延)(STEP2)に引き続いて、STEP3を行う前に隙間を閉塞させるために熱間等方圧加圧加工を追加して施しても良い。その条件としては、1160℃以上の温度で110MPa以上の熱間等方圧加圧加工を加えればよい。より望ましい熱間等方圧加圧の圧力は140MPa以上である。
Therefore, when such non-metallic inclusions are included, following forging (or rolling) (STEP 2), hot isostatic pressing is performed to close the gap before performing
STEP3の焼ならしや球状化焼なましに関しては、SUJ2かそれに類似したSUJ2ベース鋼以外の鋼種を用いる場合、その選定した鋼種に合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。
Regarding normalizing and spheroidizing annealing in
続いて、試料から図3に示す形状の中間材100aを作製した(STEP4)。これは鋼中の非金属介在物103の周囲の一部に人工的に隙間104を形成させるための引張加工を行うための形状となっている。このときの中間材100aの幅広面に対して、MnSの延伸方向(圧延方向に一致)が垂直となるように採取しているが、この向きは目的に応じて変更しても良いものとする。実施形態の中間材100aは、中心部に内径穴部105を有する中空円盤状の部材である。内径穴部105は、その後の引張加工の引張方向(図中のX)に平行な方向において、内径穴部105を中心とした対称位置に突起105aと突起105bを有する。また、内径穴部105は、引張加工の引張方向Xに垂直な方向において、内径穴部105を中心とした対称位置に突起105cと突起105dを有する。
Subsequently, an intermediate member 100a having a shape shown in FIG. 3 was produced from the sample (STEP 4). This is a shape for performing tensile work to artificially form a
引張加工については、本実施例では高硬度鋼製ピンを使って中間材100aの内径部105を径方向に引っ張る方式により行った(STEP5)。
As for the pulling process, in this embodiment, a high-hardness steel pin is used to radially pull the
ピンは、直径12mmのSUJ2の丸棒の一部を長手方向に研削したのち、焼入れ焼き戻しにより60HRC程度に調整したものを一組み作製した。図3の中間材100aの突起105aと突起105bの位置にそれぞれピンを通し、そのピンをサーボ試験機に取り付けた引張加工用の冷間ダイス鋼製治具(治具にはピンの断面形状に合わせた孔加工を付与)に固定したのち、ダイスに固定したピンを介して冷間で引張加工を加えた。 A set of pins was prepared by grinding part of a SUJ2 round bar with a diameter of 12 mm in the longitudinal direction and then adjusting it to about 60 HRC by quenching and tempering. Pins are passed through the positions of the protrusions 105a and 105b of the intermediate member 100a shown in FIG. After being fixed in a die (to which a matching hole is applied), cold drawing was applied via a pin fixed to the die.
本実施例のようにSUJ2の球状化焼なまし状態の中間材100aに対して引張加工を加えて、非金属介在物103粒子周囲の母相との間の一部に隙間104を形成させようとすれば、球状化焼なましされた中間材100aの引張強さを1とした場合に、非金属介在物103が存在する箇所の近傍に少なくとも、その0.85倍程度以上の応力が負荷されるように引張加工を行うのが好ましい。
As in the present embodiment, the intermediate material 100a in the spheroidized and annealed state of SUJ2 is subjected to tensile work to form a
これは、例えば図3の中間材100a形状を用いる場合には、引張加工のストローク量を少なくとも5.3mm以上とすれば良い。なお、引張加工時点での中間材の引張強さを1とした場合に、その0.85倍程度以上の応力を必要とした点に関して、非金属介在物の存在によってもたらされる応力集中作用は考慮していない。ただし、実際上は、非金属介在物周囲の応力集中作用のアシストによって、非金属介在物周囲には引張強さを超える応力が作用することを通じ、非金属介在物粒子103の周囲にのみ隙間104を形成させることが可能になる。
For example, when the shape of the intermediate member 100a shown in FIG. 3 is used, the stroke amount of the stretching process should be at least 5.3 mm or more. Assuming that the tensile strength of the intermediate material at the time of stretching is 1, the stress concentration effect caused by the presence of non-metallic inclusions was not taken into consideration in the point that a stress of about 0.85 times or more was required. Absent. However, in practice, the
図4は、図1のA部の拡大図であり、鋼中の非金属介在物周囲に形成させる隙間の様態を示す模式図である。図4の上側の面は、図1の試験片100の幅広面にあたる。隙間104の程度を調整したい場合に、上記以上のストローク量で加工することも本発明の範囲に含まれるが、その場合に粒子近傍に負荷される応力は高くとも引張加工時点での中間材の引張強さを1とした場合の0.95倍以下とする必要がある。より望ましくは0.93倍以下である。引張加工で付与される応力に上限を設けるのは、非金属介在物103の周囲以外の箇所にもボイドが形成され、それらが転がり疲れ挙動や寿命に及ぼす影響を避けるためである。
FIG. 4 is an enlarged view of part A in FIG. 1, and is a schematic diagram showing the state of a gap formed around non-metallic inclusions in steel. The upper surface of FIG. 4 corresponds to the wide surface of the
本実施例においては、引張加工のストローク量を7mmとして行った。また、このとき図3の中間材100a形状の突起部105c、105dについて、R7の外径に関して図3に例示している寸法である3mmのところを、4.5mmとして行った。また、中間材100aの厚みは6.2mmとした。引張加工ののち、後述のスラスト試験における軌道位置調整を行い易くするため、必須の工程では無いが、引張加工後の中間材100aの内径穴部105を再び円形状(直径27mm)に加工した。
In this example, the stroke amount of the stretching process was set to 7 mm. At this time, the protrusions 105c and 105d of the shape of the intermediate member 100a shown in FIG. 3 were changed to 4.5 mm instead of the 3 mm shown in FIG. 3 for the outer diameter of R7. Also, the thickness of the intermediate member 100a was set to 6.2 mm. After the tensioning, the
なお、中間材100aの形状は図3に例示した形状のみならず、上記した非金属介在物103の周囲の隙間104の形成に必要な応力付与が担保されるようであれば必要に応じて変更しても良いものとする。また、中間材100aの厚みについても本実施例の厚みに限定されるものでは無い。ただし、中間材100aの形状や厚みに対し、引張加工時に加工用のピンが塑性変形しないようにする必要がある。 The shape of the intermediate member 100a is not limited to the shape illustrated in FIG. It shall be allowed to do so. Also, the thickness of the intermediate member 100a is not limited to the thickness of this embodiment. However, the shape and thickness of the intermediate member 100a must be such that the processing pin is not plastically deformed during the tensile processing.
次に、後述のスラスト試験のために、中間材の硬さを調整した。本実施例におけるSUJ2製スラスト試験片の場合には、焼入焼戻し(835℃-0.5h、油冷→180℃-1.5h、空冷)を行って試験片の硬さを62HRC程度に調整した(STEP6)。 Next, the hardness of the intermediate material was adjusted for the thrust test described later. In the case of the SUJ2 thrust test piece in this example, quenching and tempering (835 ° C - 0.5 h, oil cooling → 180 ° C - 1.5 h, air cooling) was performed to adjust the hardness of the test piece to about 62 HRC ( STEP6).
このとき、非金属介在物103の周囲に人工的に導入した隙間104の影響を加味した転がり疲れ挙動を調査するための本実施形態の目的のため、試験片100(STEP6の硬さ調整後の中間材100a)の硬さが、55HRC以上であることが好ましい。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。さらに望ましくは60HRC以上である。
At this time, for the purpose of this embodiment for investigating the rolling fatigue behavior taking into account the effect of the
続いて、熱処理時の中間材100a表面の酸化スケールを平面研削で除去してから、試料のバフ研磨仕上げを行った。これにより、試験片100が完成する。
Subsequently, the oxide scale on the surface of the intermediate material 100a during the heat treatment was removed by surface grinding, and then the sample was finished by buffing. Thereby, the
試験片100を用いたスラスト型転がり疲れ試験を行うにあたっては、スラスト試験軌道Cの調整が必要である(STEP7)。それは、上述のバフ研磨仕上げされた試料、すなわち試験片作製工程中に引張加工を加えてから内径を直径27mmに再加工し、焼入焼戻しして硬さ調整を行った試料においては、上記したように引張加工のストローク量を少なくとも5.3mm以上として、引張加工時点での試料の引張強さを1とした場合に、その0.85倍程度以上の応力が加わる位置は、試験片100の中心を通り、かつ引張方向に対して直交する方向であり、なおかつ直径Bを27mmに加工した内径側表面から4mm位置付近(図1のA部)となっているからである。
In conducting a thrust type rolling fatigue test using the
したがって、スラスト型転がり疲れ試験を行う場合には、スラスト型転がり疲れ試験機への試験片100の固定位置を調整して、その位置(図1のA部)付近をスラスト試験軌道Cが通るようにする。
Therefore, when conducting a thrust type rolling fatigue test, the fixed position of the
また、実施するスラスト試験の軌道Cの直径を38.5mmとした場合、スラスト試験軌道Cが内径側表面から4mm程度の箇所を通るようにすることで、必然的にその位置(図1のB部)と試験片の中心を通って相対する側の内径側表面からの位置は4mmより遠ざかることになる。これにより、その位置(図1のB部)においては引張加工のストローク量を少なくとも5.3mmとして、引張強さを1とした場合に、その0.85倍を下回る応力が加わることになるため、非金属介在物周りの隙間は生じない。 In addition, when the diameter of the track C in the thrust test to be carried out is 38.5 mm, by making the thrust test track C pass through a point about 4 mm from the inner diameter side surface, the position (B part in Fig. 1 ) and the opposite side through the center of the test piece will be more than 4 mm away from the inner diameter surface. As a result, at that position (part B in Fig. 1), if the stroke amount of the tensile processing is at least 5.3 mm and the tensile strength is 1, a stress less than 0.85 times that is applied. A gap around inclusions does not occur.
これによって、鋼中の非金属介在物の分布状況が同様となる同一試験片100において、非金属介在物103周囲の一部に隙間104を形成させた場合と、隙間104を形成させない場合の転がり疲れ挙動の違いを同時に確認することができるため、非金属介在物周りの隙間の影響を明確化できるという従来には無い転がり疲れ試験片ならびに試験方法を獲得することとなる。
As a result, in the
実際にスラスト型転がり疲れ試験を行う場合においては、試験片100の配置に関して、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すれば良い。試験時の転動体の個数については、3個であっても良いし、スラスト試験機の負荷能力に応じてさらに増やすことも選択して良いものとする。
When actually conducting a thrust type rolling fatigue test, regarding the arrangement of the
なお、軌道の配置に関しては、試験可能な範囲で上記の推奨位置からずらしても良いものとする。その場合は、引張加工時に試験片内に付与される応力は試験片の場所に応じて変動するため、FEMによる応力シミュレーション等でスラスト試験の軌道に相当する箇所の作用応力を推定すれば良い。さらに、必要に応じて実際に試験片の断面観察を行って隙間の状況を確認したり、観察情報のフィードバックを元に別の引張加工用試験片を用いて非金属介在物周りの隙間量が調整されるように引張加工のストローク量を調整することも選択して良い。 Regarding the layout of the track, it is acceptable to deviate from the above recommended position within the testable range. In that case, since the stress applied to the test piece during tensile processing varies depending on the location of the test piece, it is sufficient to estimate the acting stress at the point corresponding to the trajectory of the thrust test by stress simulation using FEM. Furthermore, if necessary, we actually observe the cross section of the test piece to check the condition of the gap, and based on the feedback of the observation information, we use another test piece for tensile processing to determine the amount of gap around the non-metallic inclusion. You may also choose to adjust the stroke amount of the drawing process so that it is adjusted.
図5は完成したS量を増量したSUJ2ベース鋼製のスラスト試験片の断面を観察して、硫化物(MnS)周囲の母相との間に引張加工により人為的に形成させた隙間の状況を観察したものである。内径側表面から4mm付近(図1のA部)の断面の硫化物周囲には隙間が形成されていることが明白であり、対してそれとは相対する側でなおかつスラスト試験の本実施例においては直径38.5mmの同一軌道下相当位置となる内径側表面から8mm付近(図1のB部)の断面の硫化物周囲には隙間が一切見られない。すなわち、本発明手法により、鋼中に含有される非金属介在物周囲の一部に人工的に隙間を形成させることができるのと同時に、その箇所と相対する同一のスラスト試験軌道下の硫化物には隙間を形成させないようにすることが可能であることが確認される。 Figure 5 shows the cross section of the completed SUJ2 base steel thrust test piece with increased S content, and the state of the gap artificially formed by tensile working between the matrix around the sulfide (MnS) and the was observed. It is clear that a gap is formed around the sulfide in the cross section around 4 mm from the inner diameter side surface (part A in FIG. 1). No gaps are seen around the sulfide in the cross section about 8 mm from the inner diameter side surface (part B in Fig. 1), which is equivalent to the position under the same orbit with a diameter of 38.5 mm. That is, by the method of the present invention, it is possible to artificially form a gap in a part around the non-metallic inclusion contained in the steel, and at the same time, the sulfide under the same thrust test track opposite to that part It is confirmed that it is possible to prevent the formation of gaps in the
以上の通り、本実施形態では鋼中の非金属介在物周囲に人工的な隙間を付与する試験片の作製方法ならびに転がり疲れ試験方法を説明した。本方法では、予め用意した鋼試料(断面観察時に非金属介在物を観察しやすいように意図的に非金属介在物を多く含有するような試料を選定あるいは作製しても良い)を用いて、その中に含有される非金属介在物の周囲の一部に隙間が形成された箇所と、隙間が形成されていない箇所とを同時に造り出すことができる。 As described above, in the present embodiment, a method for producing a test piece in which artificial gaps are provided around non-metallic inclusions in steel and a method for testing rolling fatigue have been described. In this method, a steel sample prepared in advance (a sample that intentionally contains a large amount of nonmetallic inclusions may be selected or produced so that the nonmetallic inclusions can be easily observed when observing the cross section), It is possible to simultaneously create a portion where a gap is formed and a portion where a gap is not formed in a portion of the periphery of the non-metallic inclusions contained therein.
それにより、その両箇所を同時に通るようにスラスト試験を行うこともできるため、実用鋼材においても圧延や加工の過程で非金属介在物周囲に形成されている場合がある隙間の影響に関して、非金属介在物周囲の隙間の影響を加味した転がり疲れ試験を行い、試験後に隙間を伴う非金属介在物、および隙間を伴わない非金属介在物の周辺のき裂の発生・伝ぱ等の転がり疲れ挙動の比較を同一試験条件のもとで行うことが可能となるため、従来には無い精緻な調査を実現することができるものである。 As a result, it is possible to conduct a thrust test that passes through both of these points at the same time. A rolling fatigue test was conducted taking into account the effect of the gaps around inclusions. Since the comparison can be performed under the same test conditions, it is possible to realize a precise investigation that has not been possible in the past.
したがって、スラスト型転がり疲れ試験をはく離するまで継続したり、そのはく離寿命を元にはく離しない寿命域での途中止めでの評価を行うことによって、非金属介在物周囲の転がり疲れ挙動や、付与した隙間の挙動について従来得ることが困難であった知見を容易に得ることも期待できる。なお、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る。 Therefore, the rolling fatigue behavior around non-metallic inclusions and the applied It can also be expected to easily obtain knowledge about the behavior of the gap, which has been difficult to obtain in the past. As an observation method, a conventional cross-sectional observation method can be used, or a non-destructive observation method can be applied.
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。 Although the embodiment has been described above, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. This novel embodiment can be embodied in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
100:試験片
101:内径穴部
102:試験片本体部
103:非金属介在物
104:隙間
100: test piece 101: inner diameter hole portion 102: test piece body portion 103: nonmetallic inclusion 104: gap
Claims (8)
前記試験片本体部の内部の所定位置に位置した非金属介在物と、
前記非金属介在物と前記試験片本体部との間に位置した隙間と、
を有し、
前記非金属介在物は、スラスト型転がり疲れ試験に使用する場合の軌道下にあり、
前記スラスト型転がり疲れ試験に使用する場合の軌道下の任意の位置に、前記隙間を周囲に有さない他の非金属介在物が存在する試験片。 a test piece main body;
a non-metallic inclusion positioned at a predetermined position inside the test piece main body;
a gap positioned between the non-metallic inclusion and the test piece main body;
has _
The non-metallic inclusion is under the raceway when used for a thrust type rolling fatigue test,
A test piece in which other non-metallic inclusions not having the above-mentioned gap exist at any position under the raceway when used for the above-mentioned thrust type rolling fatigue test .
前記試料を熱間加工し延伸して、中間材を作製し、
前記中間材を、所定の方向に引張加工して、スラスト型転がり疲れ試験に使用する場合の軌道下の所定位置に所定応力を負荷し、前記所定位置の前記非金属介在物の周囲の少なくとも一部に隙間を形成し、
前記スラスト型転がり疲れ試験に使用する場合の軌道下の任意の位置に前記所定応力を負荷せず、前記任意の位置の他の非金属介在物の周囲に隙間を形成しない、ことを特徴とする試験片の製造方法。 Melting a sample made of steel containing non-metallic inclusions,
Hot working and stretching the sample to produce an intermediate material,
The intermediate material is subjected to tensile processing in a predetermined direction, a predetermined stress is applied to a predetermined position under the raceway when used in a thrust type rolling fatigue test, and at least one portion around the nonmetallic inclusion at the predetermined position Form a gap in the part,
The predetermined stress is not applied to an arbitrary position under the raceway when used in the thrust type rolling fatigue test, and no gap is formed around other non-metallic inclusions at the arbitrary position. Method of manufacturing test pieces.
8. The method for producing a test piece according to claim 6 , further comprising the step of adjusting the hardness of said test piece to 55 HRC or more by quenching and tempering .
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| 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,日本,日本鉄鋼協会,2008年01月25日,Vol.94,No.1,pp.13-20,https://doi.org/10.2355/tetsutohagane.94.13 |
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