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JP7516295B2 - Test piece for rolling fatigue test, rolling fatigue test method using said test piece, and method for manufacturing test piece - Google Patents
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Test piece for rolling fatigue test, rolling fatigue test method using said test piece, and method for manufacturing test piece Download PDF

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本発明は、転がり疲れ試験に用いられる試験片等に関する。 The present invention relates to test pieces and the like used in rolling fatigue tests.

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報告されており、軸受の小型・軽量化設計の実現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ことが知られている。非金属介在物は鋼の精錬工程・鋳造工程・凝固工程で不可避的に生成され、これらの工程で除去しきれないものが鋼の中に含有される。そして、さらに下工程の圧延や鍛造等を経た軸受素材の中にも非金属介在物が残存して、含有されることになる。この非金属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を起点として発生する。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ものである。 Despite being used under proper lubrication conditions, there have been reports of short-life flaking, in which bearings fail earlier than expected, and this is an obstacle to the realization of smaller, lighter bearing designs. It is known that this type of flaking is caused by non-metallic inclusions in the steel. Non-metallic inclusions are inevitably produced during the refining, casting, and solidification processes of steel, and any that cannot be completely removed during these processes are contained in the steel. Furthermore, non-metallic inclusions remain and are contained in the bearing material after further downstream processes such as rolling and forging. Flaking that originates from these non-metallic inclusions usually begins slightly inside the part, rather than on the surface. This is due to high shear stress occurring slightly inside the bearing race when the bearing race and rolling elements (balls, rollers, etc.) come into rolling contact.

このように疲労によるはく離は、部品内部で進行するため、転がり疲れの直接的な観察は困難である。また、はく離後にはく離の起点となった介在物が破面上に見つかることも稀である。そのため、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、介在物の大きさ、形状、分散状態、化学組成など(以下、「介在物の性状」ともいう)と寿命との直接的な関係は未だ明らかにされていない。 As described above, because flaking due to fatigue progresses inside the component, direct observation of rolling fatigue is difficult. Furthermore, it is rare for the inclusions that caused the flaking to be found on the fracture surface after flaking has occurred. Therefore, although there is no doubt that inclusions affect bearing life, the direct relationship between the size, shape, dispersion state, chemical composition, etc. of the inclusions (hereinafter referred to as "properties of inclusions") and life has not yet been clarified.

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、サンプルの90%の試験片がはく離しない場合の寿命を指す。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。確率論ではなく、介在物の性状と寿命や転がり疲れとの関係を直接的に検証し、両者の定量的な関係を明らかにすることが、短寿命はく離を起こさない鋼を実現するために必要である。 The L10 life is widely used as a life indicator for rolling bearings. The L10 life refers to the life when 90% of the test pieces do not flake when a life test is performed on multiple samples under the same conditions. In other words, the life of a bearing is usually evaluated probabilistically. In order to realize a steel that does not cause short-life flakes, it is necessary to directly verify the relationship between the properties of inclusions and life or rolling fatigue, rather than relying on probability theory, and to clarify the quantitative relationship between the two.

他方で、非特許文献1では、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が見出されている。 On the other hand, in Non-Patent Document 1, SUJ2 steel was artificially created with many cavities remaining and dispersed within the steel, the rolling fatigue crack behavior for these cavities was observed, and the results of comparing this behavior with stress simulations for cavities or general inclusions showed that harmfulness is aggravated when there are gaps (voids) between the inclusions and the matrix.

これに関連して、非特許文献2には介在物-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)加工を鋼材に施すことによって、転がり疲れ寿命を大幅に向上する技術が開示されている。 In this regard, Non-Patent Document 2 discloses a technology that significantly improves rolling fatigue life by subjecting steel to hot isostatic pressing (HIP) processing to close the gaps between inclusions and the parent phase.

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測す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-parent phase interface is a factor in changing the lifespan. However, after spalling has occurred, it is practically difficult to verify whether there was a gap around the inclusion beforehand, and it was not possible to estimate the contribution of the gap to the length of the lifespan.

したがって、介在物の性状と寿命や転がり疲れとの関係を把握するためには、転がり疲れ試験に先立って、寿命に強く関与する介在物-母相界面の状態を一定の状態に揃えておく、すなわち界面の条件を固定しておくことが必須である。また、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、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考慮する必要がある。 Therefore, in order to understand the relationship between the properties of inclusions and life or rolling fatigue, it is essential to align the state of the inclusion-parent phase interface, which has a strong influence on life, in a constant state prior to rolling fatigue testing, i.e., to fix the interface conditions. In addition, it is presumed that it is relatively large inclusions that cause short-life spalling in bearings, and it is also necessary to consider that such inclusions are unlikely to exist in the extremely small stress-loaded volume within the limited number of evaluation rolling fatigue test pieces.

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、介在物の性状と寿命の関係を明確にし、短寿命はく離の起点となる介在物の性状を知ることが課題になる。 In recent years, there has been a demand for bearing steel that not only pursues longer life, but also improves the reliability of parts by suppressing sudden short-life flaking. Therefore, in order to realize such bearing products, it is necessary to clarify the relationship between the properties of inclusions and life, and to understand the properties of inclusions that are the starting point of short-life flaking.

ただし、それには転がり疲れに影響を及ぼす因子である介在物の性状、母相と介在物との界面状態、鋼中での存在位置を事前に把握し、その介在物を対象として転がり疲れ試験を行い、介在物の性状と寿命、あるいは未はく離の場合であれば介在物の性状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である。 However, to do this, it is necessary to understand in advance the properties of the inclusions, which are factors that affect rolling fatigue, the state of the interface between the parent phase and the inclusion, and their location in the steel, and then to conduct rolling fatigue tests on the inclusions and verify the properties of the inclusions and their lifespan, or, if they have not spalled, the properties of the inclusions and the fatigue state around them, in a one-to-one comparison.

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。これまでに対象介在物の性状が予め判明した状態で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技術として、特許文献1が知られている。 This is because, although the various factors mentioned above are highly likely to affect the life span, it is difficult to isolate and verify their effects after testing. Patent Document 1 is known as a technique for conducting rolling fatigue tests with the properties of the target inclusions known in advance, and verifying their effects on life span and rolling fatigue through one-to-one comparison.

この特許では、人工介在物を人工的な手段により試験片内に包含した試験片を作製した後、その介在物の位置を調整し、転がり疲れ試験を行っている。実施形態では、球形のAlを用いた試験片の作製方法と転がり疲れ試験方法を示しており、これは実鋼材中の介在物のなかでも球形の介在物を想定している(JIS規格JIS G 0555での分類におけるD系介在物のうち、球形の介在物)。 In this patent, a test piece is prepared in which an artificial inclusion is artificially contained therein, and then the position of the inclusion is adjusted and a rolling fatigue test is performed. In the embodiment, a method for preparing a test piece using spherical Al2O3 and a rolling fatigue test method are shown, which assumes spherical inclusions among inclusions in actual steel materials (spherical inclusions among D-type inclusions in the classification of JIS standard JIS G 0555).

特開2018-102759号公報JP 2018-102759 A

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、Vol1.94、No.1(2008年)、p.13-20Takeshi Fujimatsu, Kazuhiko Hiraoka, and Atsuyuki Yamamoto, "Crack Initiation Behavior from Internal Defects in Rolling Contact Fatigue of High Carbon Chromium Bearing Steel," Iron and Steel Institute of Japan, Vol. 1.94, No. 1 (2008), pp. 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. 4980-4985K. Hashimoto, T. Fujimatsu, N. Tsunekage, K. Hiraoka, K. Kida, and E. C. Santos, "Effect of inclusion/matrix interface cavities on internal-fracture-type rolling contact fatigue life," Materials & Design, Elsevier B.V. (Netherlands), Vol. 32, Issue 10, December 2011, pp. 4980-4985

しかしながら、特許文献1は、単純形状である球状介在物を含有した試験片に関する知見を開示しており、球形とは異なる介在物の性状及び配置等を考慮した転がり疲労試験方法については具体的に検討されていない。 However, Patent Document 1 discloses findings related to test specimens containing spherical inclusions, which are simple in shape, and does not specifically consider rolling fatigue test methods that take into account the properties and arrangement of inclusions that are not spherical.

本発明は、球形とは異なる介在物の性状及び配置等を考慮した転がり疲労試験方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a rolling fatigue testing method that takes into account the properties and arrangement of inclusions that are not spherical.

上記課題を解決するために、本発明の転がり疲れ試験に用いられる試験片は、(1)試験片本体部と、前記試験片本体部の表面から所定の深さに埋め込まれた、JIS G 0555に規定するA系介在物、B系介在物、C系介在物及びD系介在物のうち少なくとも一つの介在物であって、かつ、球形とは異なる形状の介在物と、を有する。 In order to solve the above problems, the test piece used in the rolling fatigue test of the present invention has (1) a test piece main body and at least one inclusion of type A, type B, type C, or type D inclusion as specified in JIS G 0555, embedded to a predetermined depth from the surface of the test piece main body, and having a shape other than spherical.

(2)前記試験片本体部における前記介在物とは異なる位置に、前記試験片本体部の母相との識別が可能な目印部材が埋め込まれていることを特徴とする上記(1)に記載の試験片。 (2) The test piece described in (1) above, characterized in that a marking member that can be distinguished from the parent phase of the test piece main body is embedded in a position in the test piece main body different from the inclusion.

(3)前記目印部材は、円柱状に形成され、前記試験片本体部の母相とは組成が異なることを特徴とする上記(2)に記載の試験片。 (3) The test piece described in (2) above, characterized in that the marking member is formed in a cylindrical shape and has a composition different from that of the parent phase of the test piece main body.

(4)前記試験片の硬さが55HRC以上であることを特徴とする上記(1)から(3)のうちいずれか一つに記載の試験片。 (4) A test piece according to any one of (1) to (3) above, characterized in that the hardness of the test piece is 55 HRC or more.

(5)上記(1)から(4)のうちいずれか一つに記載の試験片を用いてスラスト型転がり疲れ試験を行うことを特徴とする転がり疲れ試験方法。 (5) A rolling fatigue test method, comprising performing a thrust rolling fatigue test using a test piece according to any one of (1) to (4) above.

(6)上記(3)又は(4)に記載の試験片を用い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であって、前記目印部材の位置から前記介在物の直上における前記試験片本体部の表面位置を特定し、この特定した表面位置を転動体が通るように軌道を設定することにより前記のスラスト型転がり疲れ試験を行うことを特徴とする転がり疲れ試験方法。 (6) A rolling fatigue test method for performing a thrust type rolling fatigue test using the test piece described in (3) or (4) above, characterized in that the rolling fatigue test is performed by identifying the surface position of the test piece body directly above the inclusion from the position of the marker member, and setting a track so that the rolling element passes through this identified surface position.

(7)前記の特定した表面位置を、超音波探傷試験の試験結果に基づき補正することを特徴とする上記(6)に記載の転がり疲れ試験方法。 (7) The rolling fatigue test method described in (6) above, characterized in that the identified surface position is corrected based on the test results of an ultrasonic flaw detection test.

(8)上記(1)に記載の試験片の製造方法であって、前記介在物の抽出工程として、鋼材を圧延または鍛造する工程と、前記圧延する工程で圧延された圧延材または前記鍛造する工程で鍛造された鍛造材から、軸疲労のための試験片を採取し、その試験片の軸方向の超音波振動による疲労試験を行うことにより、試験片を破断させる破断工程と、前記試験片の破断面に発現した介在物の性状に関する情報を取得するとともに、前記試験片の破断面ごと介在物を取り出す介在物取り出し工程と、を有することを特徴とする。 (8) The method for manufacturing the test piece described in (1) above, characterized in that the inclusion extraction process includes a process of rolling or forging a steel material, a process of taking a test piece for axial fatigue from the rolled material rolled in the rolling process or the forged material forged in the forging process, and a process of fracturing the test piece by subjecting the test piece to a fatigue test using ultrasonic vibration in the axial direction, and a process of obtaining information on the properties of the inclusions manifested on the fracture surface of the test piece and removing the inclusions together with the fracture surface of the test piece.

(9)前記の超音波振動による疲労試験を行う前に、前記圧延材または鍛造材に対して水素をチャージすることによる鋼の脆化工程を実施することを特徴とする上記(8)に記載の試験片の製造方法。 (9) A method for manufacturing a test piece as described in (8) above, characterized in that a steel embrittlement process is carried out by charging the rolled or forged material with hydrogen before carrying out the fatigue test using ultrasonic vibration.

本発明によれば、鋼の製造過程で生成し、その後の圧延や鍛造などを経た鋼の中にも残存して分布している非球状の介在物(非金属)を抽出し、その性状を特定した後、この抽出した介在物を転がり疲れ試験片内のごく小さい応力負荷体積中に配置し、転がり疲れ試験を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to extract non-spherical inclusions (non-metallic) that are generated during the steel manufacturing process and remain distributed in the steel even after it has undergone subsequent rolling, forging, etc., identify their properties, and then place the extracted inclusions in a very small stress-loaded volume within a rolling fatigue test piece to perform a rolling fatigue test.

実施形態の試験片の構造図である。FIG. 2 is a structural diagram of a test piece according to an embodiment. 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。4 is a flowchart showing a manufacturing process of a test piece according to an embodiment. 介在物抽出用試験片の形状の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the shape of a test piece for inclusion extraction. 超音波疲労試験後に破断した試験片破面を示す、光学顕微鏡像である。1 is an optical microscope image showing the fracture surface of a test piece that broke after ultrasonic fatigue testing. 図4の一部拡大し、破壊起点として現出した介在物部分をSEMで撮像した二次電子像である。This is an enlarged secondary electron image of a portion of Figure 4, taken by SEM, of the inclusion that emerged as the fracture origin.

以下、本発明の実施形態である試験片および転がり疲れ試験方法等について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Below, the test specimen and rolling fatigue test method according to the embodiment 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造図である。図1(a)は、正面図であり、図1(b)は、図1(a)の試験片をX-X断面に沿って切断したX矢視図である。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図示する。 Figure 1 is a structural diagram of the test piece of this embodiment. Figure 1(a) is a front view, and Figure 1(b) is a view of the test piece of Figure 1(a) cut along the X-X cross section as seen from the X arrow. Note that, for ease of explanation, some dimensional relationships are exaggerated in Figure 1.

本実施形態の試験片100は、中心部に内径穴部101を有する中空円盤状の試験片本体部100Aを含む。試験片本体部100Aにおける鏡面研磨面上の後述のスラスト型転がり疲れ試験における軌道相当位置の下に、介在物105が埋設されている。
介在物105は、非金属介在物であり、 JIS規格に示される鋼、あるいはJIS規格から逸脱する様々な鋼種において、それらの中に鋼の製造過程に由来して生成した介在物のことである。JIS規格(JIS G 0555:鋼の非金属介在物の顕微鏡試験方法)には、棒鋼から採取された試料に対し、鋼材圧延方向(または鋼材鍛伸方向)と平行な断面を鏡面研磨して、その研磨面に現れる非金属介在物を光学顕微鏡で観察し、その分布状態を評価する方法が提示されている。これらは、鋼材の品質確認の手段として利用されている。非金属介在物は、その形状や種類により、A系(硫化物系)、B系(アルミナ系、鋼材の変形方向に整列した単体粒子からなる粒子群)、C系(シリケート系、アスペクト比(長さ/厚さ)が一般に3を超える延伸した個別の粒子)、D系(粒状酸化物系、変形しない角状ないし円形で3未満の低アスペクト比をとる単独粒子)に大別されている。これらのうち、本発明では、球形を除いたいずれの種別の非金属介在物も利用が可能である。また、A~D系介在物のうち一種類の介在物だけを埋設してもよいし、複数の種類の介在物が複合した介在物(例えば、D系介在物及びA系介在物の複合介在物)を埋設してもよい。
The test specimen 100 of this embodiment includes a hollow disk-shaped test specimen body 100A having an inner diameter hole 101 at the center. An inclusion 105 is embedded below a position corresponding to a raceway in a thrust type rolling fatigue test described later on a mirror-polished surface of the test specimen body 100A.
The inclusions 105 are nonmetallic inclusions, which are inclusions that are generated in the steels specified in the JIS standard or various steels that deviate from the JIS standard due to the steel manufacturing process. The JIS standard (JIS G 0555: Microscopic test method for nonmetallic inclusions in steel) presents a method in which a cross section parallel to the rolling direction (or forging direction) of a sample taken from a steel bar is mirror-polished, and the nonmetallic inclusions that appear on the polished surface are observed with an optical microscope to evaluate their distribution. These are used as a means of confirming the quality of steel. Nonmetallic inclusions are roughly classified according to their shape and type into type A (sulfide type), type B (alumina type, particle group consisting of single particles aligned in the deformation direction of the steel), type C (silicate type, elongated individual particles with an aspect ratio (length/thickness) generally exceeding 3), and type D (granular oxide type, single particles that are not deformed and have a low aspect ratio of less than 3 in an angular or circular shape). Of these, in the present invention, any type of nonmetallic inclusions except for spherical inclusions can be used. Also, only one type of inclusion among the A to D type inclusions may be embedded, or an inclusion that is a combination of multiple types of inclusions (for example, a combination of D type inclusions and A type inclusions) may be embedded.

X-X線は試験片100の径方向に延びており、X-X線上で底面が平坦に加工された穴103の中心から所定距離離れた位置に円柱状に形成された一対の目印部材107が埋設されている。目印部材107は、試験片本体部100Aの母相に対する穴103の位置を明確に特定するために配設されている。具体的には、目印部材107と試験片本体部100Aの母相とを異なる組成の材料によって構成することにより、界面を明確に判別することができる。詳細については後述するが、試験片本体部100AをSUJ2鋼(JIS G 4805参照)、目印部材107をステンレス鋼で構成することによって、試験片本体部100Aの母相と目印部材107との界面を明確に判別することができる。 The X-X line extends in the radial direction of the test piece 100, and a pair of cylindrical marker members 107 are embedded at a position on the X-X line that is a predetermined distance away from the center of the hole 103, whose bottom surface is machined to be flat. The marker members 107 are arranged to clearly identify the position of the hole 103 relative to the parent phase of the test piece main body 100A. Specifically, by making the marker members 107 and the parent phase of the test piece main body 100A from materials with different compositions, the interface can be clearly identified. Details will be described later, but by making the test piece main body 100A from SUJ2 steel (see JIS G 4805) and the marker members 107 from stainless steel, the interface between the parent phase of the test piece main body 100A and the marker members 107 can be clearly identified.

目印部材107は、例えば直径0.5mm×高さ3mmの円柱形状に形成することができる。
なお、図1では、説明の便宜上、介在物105が底面上に現出した円柱状試料104(作製方法は後述)と底面が平坦に加工された穴103および目印部材107と小ドリル穴106を実線で示しているが、後述する熱間等方圧加圧加工を実施することにより、介在物105、円柱状試料104と底面が平坦に加工された穴103の界面は互いに密着し、目印部材107と小ドリル穴106の界面も互いに密着する。
The mark member 107 can be formed in a cylindrical shape, for example, with a diameter of 0.5 mm and a height of 3 mm.
In Figure 1, for the sake of convenience, cylindrical sample 104 (the preparation method of which will be described later) with inclusion 105 exposed on its bottom surface, hole 103 with a flat bottom surface, marker member 107, and small drill hole 106 are shown with solid lines; however, by performing the hot isostatic pressing process described later, the interfaces between inclusion 105, cylindrical sample 104, and hole 103 with a flat bottom surface come into close contact with each other, and the interface between marker member 107 and small drill hole 106 also come into close contact with each other.

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。実施例としての試験片100を製造したときの具体的条件に言及しながら、前記の製造工程について詳細に説明する。
(ステップS1)
ステップS1において、試験片本体部100Aを作製する。試験片本体部100Aは、試験片100のうち円柱状試料104、介在物105及び目印部材107を除いた残りの部分のことである。試験片本体部100A、円柱状試料104(後述する疲労破壊により底面部に介在物105の最大径部が現出している)の素材には、例えば、軸受鋼の素材として広く知られたSUJ2鋼(JIS G 4805参照)を用いることができる。ただし、これに限らず、疲労特性を取得しようとする鋼種を適宜選定することができる。試験片本体部100Aを作製する工程は、SUJ2鋼を圧延する圧延工程と、その圧延材に対して焼ならし処理を行う焼ならし工程と、焼ならし処理した圧延材に対して球状化焼なまし処理を行う球状化焼なまし工程と、試験片形状(つまり、両面が互いに平行な中空円盤状)に加工する形状加工工程とを含む。圧延工程は鍛造工程で代用されても良い。前記に関して、SUJ2のような過共析鋼を用いる場合には、後述の焼入工程で適切な焼入組織を得るための前処理として球状化焼なまし工程が実施される。一方、亜共析鋼を用いる場合には、焼入れに代わって浸炭焼入れ処理を行うため、球状化焼なまし工程を実施する必要はない。形状加工工程において、片面102を平滑に研磨しておくことが望ましい。後述するように、片面102に対して穴開け加工(穴103等の加工)を行うためである。ただし、バフ研磨仕上げ加工を行うことは要しない。
2 is a flow chart showing the manufacturing process of the test piece of this embodiment. The manufacturing process will be described in detail with reference to the specific conditions under which the test piece 100 was manufactured as an example.
(Step S1)
In step S1, the test piece body 100A is prepared. The test piece body 100A is the remaining part of the test piece 100 excluding the cylindrical sample 104, the inclusion 105, and the marker member 107. For the material of the test piece body 100A and the cylindrical sample 104 (wherein the maximum diameter part of the inclusion 105 is exposed at the bottom surface due to fatigue fracture described later), for example, SUJ2 steel (see JIS G 4805), which is widely known as a material for bearing steel, can be used. However, the present invention is not limited to this, and any type of steel for which fatigue characteristics are to be obtained can be appropriately selected. The process for preparing the test piece main body 100A includes a rolling process for rolling SUJ2 steel, a normalizing process for performing normalizing treatment on the rolled material, a spheroidizing annealing process for performing spheroidizing annealing on the normalized rolled material, and a shaping process for processing the material into a test piece shape (i.e., a hollow disk shape with both sides parallel to each other). The rolling process may be substituted by a forging process. In the above, when a hypereutectoid steel such as SUJ2 is used, a spheroidizing annealing process is performed as a pretreatment for obtaining an appropriate quenched structure in the quenching process described later. On the other hand, when a hypoeutectoid steel is used, a carburizing quenching process is performed instead of quenching, so there is no need to perform the spheroidizing annealing process. In the shaping process, it is desirable to polish one side 102 smoothly. This is because, as described later, one side 102 is drilled (hole 103, etc.). However, it is not necessary to perform a buffing finish process.

実施例における圧延工程では、SUJ2鋼をφ65mmに圧延する処理を実施した。実施例における焼ならし工程では、圧延材を865℃の加熱温度で1h保持した後空冷する焼ならし処理を実施した。実施例における球状化焼なまし工程では、最高点加熱温度を800℃とする加熱処理を実施し、その温度にて所定時間保持した後徐冷する球状化焼なまし処理を実施した。 In the rolling process in the examples, SUJ2 steel was rolled to a diameter of 65 mm. In the normalizing process in the examples, the rolled material was held at a heating temperature of 865°C for 1 hour, followed by air cooling as a normalizing treatment. In the spheroidizing annealing process in the examples, a heat treatment was carried out with a maximum heating temperature of 800°C, and the material was held at that temperature for a specified time, followed by slow cooling as a spheroidizing annealing treatment.

本実施形態では一例としてSUJ2鋼を使用したが、本発明はこれに限るものではなく他の鋼を用いることもできる。この場合、ステップS1の焼ならし処理及び球状化焼なまし処理、後述する試験片再加工時の焼ならし処理及び球状化焼なまし処理は、選定した鋼種に適合した条件を選択するか、或いは鋼種によっては省略することができる。 In this embodiment, SUJ2 steel is used as an example, but the present invention is not limited to this, and other steels can be used. In this case, the normalizing treatment and spheroidizing annealing treatment in step S1, and the normalizing treatment and spheroidizing annealing treatment when reprocessing the test piece described below, can be performed under conditions suitable for the selected steel type, or can be omitted depending on the steel type.

続いて、実施例における形状加工工程では、外径60mm(図1中の寸法Aに相当する)、内径20mm(図1中の寸法Bに相当する)、厚さ8mm(図1中の寸法Cに相当する)の中空円盤状の試験片本体部100Aを作製した。試験片本体部100Aの両面は平行に加工した。片面102は平滑に研磨した。
言うまでもないが、試験片本体部100Aの外径、内径、および、厚さについては、上記数値に限定するものではなく、試験条件に応じて適宜変更することができる。
Next, in the shape processing step in the embodiment, a hollow disk-shaped test piece body 100A was produced with an outer diameter of 60 mm (corresponding to dimension A in FIG. 1), an inner diameter of 20 mm (corresponding to dimension B in FIG. 1), and a thickness of 8 mm (corresponding to dimension C in FIG. 1). Both sides of the test piece body 100A were processed to be parallel. One side 102 was polished smoothly.
Needless to say, the outer diameter, inner diameter, and thickness of the test piece body 100A are not limited to the above values, and can be changed as appropriate depending on the test conditions.

(ステップS2)
ステップS2では、試験片本体部100Aに対して底面が平坦(つまり、有底筒状)な穴103(その加工手段には例えばエンドミル加工を用いることができる)及び一対の小ドリル穴106を形成する。穴103は、試験片本体部100Aの研磨面102における軌道相当位置に加工することができる。実施例では、穴103の寸法を、直径2.6mm、深さ2mmとした。
小ドリル穴106は、試験片本体部100Aの径方向において穴103を挟む位置に、有底筒状に形成される。実施例では、小ドリル穴106の寸法は、直径0.6mm、深さ3mmとした。
言うまでもないが、穴103,106の直径、および、深さについては、試験条件および後述する円柱状試料104の形状や目印部材107の大きさに応じて、適宜変更することができる。穴103については、図1に例示した本実施形態の試験片の構造図において、上面側に形成されているが、下面側を上述の片面102と同様の要領で平滑に研磨してから形成しても良い。この場合も、一対の小ドリル穴106は上面側に加工する。このときの介在物105を含む円柱状試料104の長さや穴103の深さは、片面102の表面からの目印部材107の深さ範囲内に収まるようにする。円柱状試料104の外径部から目印部材107までの径方向の距離(上述の所定距離)を例えば1mm以上に設定することによって、円柱状試料104と成分の異なる材料から構成される目印部材107を後述する熱間等方圧加圧加工で密着させた際に、目印部材107の化学成分が円柱状試料104の疲労特性に影響を及ぼさないようにすることができる。
(Step S2)
In step S2, a hole 103 (which can be machined by end milling, for example) with a flat bottom (i.e., cylindrical with a bottom) and a pair of small drill holes 106 are formed in the test piece body 100A. The hole 103 can be machined at a position corresponding to the orbit on the polished surface 102 of the test piece body 100A. In the embodiment, the dimensions of the hole 103 are 2.6 mm in diameter and 2 mm in depth.
The small drilled holes 106 are formed in a cylindrical shape with a bottom at positions on either side of the hole 103 in the radial direction of the test piece body 100A. In the embodiment, the dimensions of the small drilled holes 106 were 0.6 mm in diameter and 3 mm in depth.
Needless to say, the diameter and depth of the holes 103 and 106 can be appropriately changed depending on the test conditions and the shape of the cylindrical sample 104 and the size of the marker member 107 described later. The hole 103 is formed on the upper surface side in the structural diagram of the test piece of this embodiment illustrated in FIG. 1, but it may be formed after the lower surface side is polished smoothly in the same manner as the above-mentioned one side 102. In this case, the pair of small drill holes 106 are also machined on the upper surface side. In this case, the length of the cylindrical sample 104 including the inclusion 105 and the depth of the hole 103 are set to be within the depth range of the marker member 107 from the surface of the one side 102. By setting the radial distance (the above-mentioned specified distance) from the outer diameter portion of the cylindrical sample 104 to the marker member 107 to, for example, 1 mm or more, it is possible to prevent the chemical components of the marker member 107 from affecting the fatigue characteristics of the cylindrical sample 104 when the marker member 107, which is made of a material with a different composition from the cylindrical sample 104, is tightly attached to the cylindrical sample 104 by hot isostatic pressing processing described below.

(ステップS3)
ステップS3では、試験片本体部100Aに導入される介在物105を得るための介在物抽出用試験片を作製する。この介在物105は、試験片本体部100Aに導入する欠陥として利用する。そのために、評価対象とする鋼材から介在物抽出用試験片を作製し、疲労試験を行い、試験後の破面の起点部に現出した介在物(抽出された介在物)を試験片本体部100Aに導入する介在物105として用いることができる。この場合の介在物は、任意に採取した鋼製の試験片中に偶発的に含まれていた介在物である。なお、疲労試験の方法は特に限定しないが、試験時間を短縮したい場合には、超音波疲労試験を選択するとよい。また、評価対象とする鋼材について、超音波探傷試験などの方法により、介在物であることが期待される欠陥を検出し、その欠陥を含むように試験片を作製して、疲労試験により破断させ、その試験後の破面の起点部に介在物が現出していた場合に、その介在物を用いる場合があっても良い。
(Step S3)
In step S3, a test piece for inclusion extraction is prepared to obtain the inclusion 105 to be introduced into the test piece body 100A. This inclusion 105 is used as a defect to be introduced into the test piece body 100A. For this purpose, a test piece for inclusion extraction is prepared from the steel material to be evaluated, a fatigue test is performed, and an inclusion (extracted inclusion) that appears at the origin of the fracture surface after the test can be used as the inclusion 105 to be introduced into the test piece body 100A. In this case, the inclusion is an inclusion that was accidentally included in a steel test piece randomly collected. The method of the fatigue test is not particularly limited, but if it is desired to shorten the test time, ultrasonic fatigue testing may be selected. In addition, for the steel material to be evaluated, a defect that is expected to be an inclusion is detected by a method such as ultrasonic flaw detection testing, a test piece is prepared to include the defect, and the steel material is fractured by a fatigue test. If an inclusion appears at the origin of the fracture surface after the test, the inclusion may be used.

図3は、介在物抽出用試験片をその長手方向に沿って切断した断面図である。ここでは、実施の一例として介在物抽出用試験片の寸法情報についても併せて示している。ただし、寸法はこの限りではなく、適宜調整できる。介在物抽出用試験片は、介在物抽出試験に供される試験片の母材となる母材試験片をまず準備し(母材試験片の作製工程)、続いて母材試験片に対して形状加工処理を施す(形状加工工程)ことにより製造することができる。以下、ステップS3に含まれる各工程について詳細に説明する。 Figure 3 is a cross-sectional view of the inclusion extraction test piece cut along its longitudinal direction. Here, dimensional information of the inclusion extraction test piece is also shown as an example. However, the dimensions are not limited to these and can be adjusted as appropriate. The inclusion extraction test piece can be manufactured by first preparing a base material test piece that will be the base material of the test piece to be used in the inclusion extraction test (base material test piece preparation process), and then subjecting the base material test piece to a shape processing process (shape processing process). Each process included in step S3 will be described in detail below.

(ステップS3の母材試験片の作製工程について)
母材試験片の作製工程を、SUJ2鋼を例に取り、説明する。この工程は、SUJ2鋼を圧延する圧延工程と、その圧延材に対して焼ならし処理を行う焼ならし工程と、焼ならし処理した圧延材に対して球状化焼なまし処理を行う球状化焼なまし工程とを含む。実施例における圧延工程では、SUJ2鋼を熱間圧延によりφ65mmに加工した。実施例における焼きならし工程では、865℃の加熱温度で1h保持した後空冷する焼ならし処理を実施した。実施例における球状化焼なまし工程では、最高点加熱温度を800℃とする加熱処理を実施し、その温度にて所定時間保持後に徐冷する球状化焼なまし処理を実施した。SUJ2鋼以外の鋼を用いる場合は、本ステップ以降の加工方法を踏まえてそれぞれの鋼種に適合した方法で、母材試験片を作製すればよい。例えば亜共析鋼の場合には、焼ならし処理をした後に球状化焼なまし処理を行う必要はない。なお、本ステップにおける圧延工程に代えて鍛造工程を採用してもよい。
(Regarding the process of preparing the base material test piece in step S3)
The manufacturing process of the base material test piece will be described by taking SUJ2 steel as an example. This process includes a rolling process in which SUJ2 steel is rolled, a normalizing process in which the rolled material is normalized, and a spheroidizing annealing process in which the normalized rolled material is spheroidized. In the rolling process in the example, SUJ2 steel was processed to φ65 mm by hot rolling. In the normalizing process in the example, a normalizing process was performed in which the material was held at a heating temperature of 865°C for 1 h and then air-cooled. In the spheroidizing annealing process in the example, a heat treatment was performed with a maximum heating temperature of 800°C, and a spheroidizing annealing process was performed in which the material was held at that temperature for a predetermined time and then slowly cooled. When using steel other than SUJ2 steel, the base material test piece may be manufactured by a method suitable for each steel type, taking into account the processing method after this step. For example, in the case of hypoeutectoid steel, it is not necessary to perform spheroidizing annealing after normalizing. In addition, a forging process may be adopted instead of the rolling process in this step.

(ステップS3の形状加工工程について)
前述した介在物の区分をもとに、以下説明を行う。D系介在物を疲労試験により抽出して利用する場合、例えば評価体積が300mm以上となる軸疲労試験(試験片への繰り返し応力負荷方向が軸方向であり、この場合の破断面は軸方向と直交する)を行うことが望ましい。さらに、このときの介在物抽出用試験片は、その長軸方向が圧延材の圧延方向と概ね平行となるように取るのが良い。A系、B系、C系介在物のように圧延方向に延伸もしくは圧延方向に整列した介在物を抽出して利用したい場合、介在物の断面積が最大となる方向、すなわち圧延方向に対して直交する方向を介在物抽出用試験片の長軸方向とするように採取するのが良い。なお、鍛造材の場合は圧延方向に代わって鍛伸方向を基準として、圧延材における上記記載の方法に準じて試験片採取を行えば良い。このとき複数本の試験を行ったにもかかわらず、抽出された介在物がD系となるような母材については、介在物抽出用試験片の評価体積を小さくすることで、A系、B系、C系が検出されやすくなる場合がある。なお、本発明はあくまでも鋼材に含まれている介在物を抽出して、それを利用するものであるため、その介在物の種類や大きさは評価しようとする鋼材の履歴(鋼材の製造過程)に由来することとなる。
実施例では、一例として圧延方向に伸長した介在物(上記分類のD系介在物以外)を抽出することを狙いとして、母材試験片を図3に示す介在物抽出用試験片の形状に加工する際に、超音波疲労試験片の長手方向が圧延材の圧延方向に対して直交する方向になるように荒加工(言い換えると、粗加工)を施し、この荒加工された介在物抽出用試験片に対して焼入焼戻し処理を行った後、仕上げ加工を施した。
(Regarding the shape processing step S3)
The following explanation will be given based on the above-mentioned classification of inclusions. When D-type inclusions are extracted and used by fatigue testing, it is desirable to perform an axial fatigue test (the direction of repeated stress loading on the test piece is the axial direction, and the fracture surface in this case is perpendicular to the axial direction) in which the evaluation volume is 300 mm3 or more. Furthermore, it is preferable to take the test piece for inclusion extraction so that its long axis direction is approximately parallel to the rolling direction of the rolled material. When it is desired to extract and use inclusions that are elongated in the rolling direction or aligned in the rolling direction, such as A-type, B-type, and C-type inclusions, it is preferable to take the test piece for inclusion extraction so that the long axis direction is the direction in which the cross-sectional area of the inclusion is maximum, that is, the direction perpendicular to the rolling direction. In the case of forged material, the forging direction is used as the reference instead of the rolling direction, and test pieces can be taken in accordance with the above-mentioned method for rolled material. In this case, in the case of a base material in which the extracted inclusions are type D despite multiple tests being performed, it may be easier to detect types A, B, and C by reducing the evaluation volume of the test piece for inclusion extraction. Note that, since the present invention is merely directed to extracting and utilizing inclusions contained in steel material, the type and size of the inclusions will be derived from the history of the steel material to be evaluated (the manufacturing process of the steel material).
In the examples, as an example, aiming at extracting inclusions elongated in the rolling direction (other than the D-type inclusions in the above classification), when processing the base material test piece into the shape of the inclusion extraction test piece shown in Figure 3, rough processing (in other words, rough processing) was performed so that the longitudinal direction of the ultrasonic fatigue test piece was perpendicular to the rolling direction of the rolled material, and this roughly processed inclusion extraction test piece was subjected to quenching and tempering treatment and then finish processing.

(ステップS4)
ステップS4において、介在物抽出用試験片に対して疲労試験を行うことにより、介在物を取得する。ここでは超音波疲労試験を例にとり、説明する。
介在物抽出用の超音波疲労試験片に超音波疲労を付与するためには、超音波疲労試験片が所定の共振周波数を満足する必要がある。したがって、超音波疲労試験を実施する前に、加工された介在物抽出用試験片の共振周波数を確認しておく。なお、今回用いた超音波疲労試験機の共振周波数は20,000Hz±500Hzであるが、試験片の共振周波数は、好ましくは20000Hz±200Hz以内であり、より好ましくは20,000Hz±30Hz以内である。介在物抽出用試験片の共振周波数がこれらの好ましい範囲を満足しない場合には、介在物抽出用試験片の長さを調節することによって、当該範囲に共振周波数を調整することができる。実施例で使用した介在物抽出用試験片の共振周波数は19,980Hzであり、前述の条件内を満たしている。
ところで、超音波疲労試験機の出力可能範囲に対して、介在物抽出用試験片のサイズを大きくして危険体積を増大させると、介在物抽出用試験片に負荷できる最大応力は危険体積の大きさに伴って低下する。そこで、次に示す水素チャージを利用して鋼材を脆化させることで破断を促進することもできる。
(Step S4)
In step S4, a fatigue test is performed on the test piece for inclusion extraction to obtain inclusions. Here, an ultrasonic fatigue test is taken as an example to explain the method.
In order to apply ultrasonic fatigue to the ultrasonic fatigue test piece for inclusion extraction, it is necessary for the ultrasonic fatigue test piece to satisfy a predetermined resonance frequency. Therefore, before carrying out the ultrasonic fatigue test, the resonance frequency of the processed test piece for inclusion extraction is confirmed. The resonance frequency of the ultrasonic fatigue tester used in this example is 20,000 Hz ± 500 Hz, but the resonance frequency of the test piece is preferably within 20000 Hz ± 200 Hz, more preferably within 20,000 Hz ± 30 Hz. If the resonance frequency of the test piece for inclusion extraction does not satisfy these preferred ranges, the resonance frequency can be adjusted to the range by adjusting the length of the test piece for inclusion extraction. The resonance frequency of the test piece for inclusion extraction used in the examples is 19,980 Hz, which satisfies the above-mentioned conditions.
However, if the size of the test piece for inclusion extraction is increased to increase the risk volume within the output range of the ultrasonic fatigue testing machine, the maximum stress that can be applied to the test piece for inclusion extraction decreases with the size of the risk volume. Therefore, it is possible to promote fracture by embrittling the steel material using hydrogen charging as described below.

共振周波数を確認した後、超音波疲労試験の実施に先立ち、介在物抽出用試験片をより迅速に破断させるために、介在物抽出用試験片に対して水素チャージを行うことができる。これにより、鋼材の水素脆化が起こり、介在物抽出用試験片の破断応力を低下させることができる。また、このとき脆性破壊となることで破壊起点となった介在物周辺の性状が平坦になり、後述する熱間等方圧加圧加工による起点の介在物105を含む円柱状試料104と試験片本体部100Aに加工された穴103との密着が行いやすくなる。水素チャージの方法は、特に限定しないが、例えば、種々の電解液に浸漬させる方法、高圧の水素ガス中に曝露する方法、電解液中にて試験片を陰極とする電気分解を行う方法等を用いることができる。 After confirming the resonant frequency, prior to carrying out the ultrasonic fatigue test, hydrogen charging can be performed on the test piece for inclusion extraction in order to break the test piece for inclusion extraction more quickly. This causes hydrogen embrittlement of the steel material, and the breaking stress of the test piece for inclusion extraction can be reduced. In addition, the brittle fracture at this time makes the characteristics around the inclusion that is the fracture origin flat, and the cylindrical sample 104 containing the inclusion 105 that is the origin of the fracture by hot isostatic pressing processing described later and the hole 103 machined in the test piece main body 100A can be easily attached. The method of hydrogen charging is not particularly limited, but can be, for example, a method of immersing the test piece in various electrolytes, a method of exposing the test piece to high-pressure hydrogen gas, or a method of performing electrolysis in an electrolyte with the test piece as the cathode.

実施例では、電解液中にて介在物抽出用試験片を陰極とする電気分解を行う陰極チャージ法により水素チャージを実施した。電解液には、純水に塩化ナトリウム及びチオシアン酸アンモニウムを添加した電解液を使用した。電解液を100質量%としたとき、塩化ナトリウムの濃度は3質量%、チオシアン酸アンモニウムの濃度は0.3質量%とした。また、水素チャージの時間は、6時間連続とした。介在物抽出用試験片に流れる平均電流密度は1.0mA/cm、試験温度は50℃とした。 In the examples, hydrogen charging was performed by a cathode charging method in which electrolysis was performed in an electrolyte solution using the test piece for inclusion extraction as the cathode. An electrolyte solution containing sodium chloride and ammonium thiocyanate added to pure water was used. When the electrolyte solution was 100 mass%, the concentration of sodium chloride was 3 mass% and the concentration of ammonium thiocyanate was 0.3 mass%. The hydrogen charging time was 6 continuous hours. The average current density flowing through the test piece for inclusion extraction was 1.0 mA/ cm2 , and the test temperature was 50°C.

鋼中への水素拡散係数は温度依存性を示すことから、電解液温度を高くすることで水素チャージを効率化することができる。そこで、電解液を例えば室温よりも高い温度に温度調整することにより、水素チャージを効率的に行ってもよい。 Since the hydrogen diffusion coefficient into steel is temperature dependent, hydrogen charging can be made more efficient by increasing the temperature of the electrolyte. Therefore, hydrogen charging can be made more efficient by adjusting the temperature of the electrolyte to a temperature higher than room temperature, for example.

なお、介在物抽出用試験片にチャージされた水素は、介在物抽出用試験片を大気中に取り出した後、徐々に放出されるため、水素チャージ後に速やかに超音波疲労試験に供することが望ましい。 The hydrogen charged into the inclusion extraction test specimen is gradually released after the inclusion extraction test specimen is taken out into the atmosphere, so it is desirable to subject the specimen to ultrasonic fatigue testing immediately after hydrogen charging.

超音波疲労試験は、試験片に対して超音波振動により引張・圧縮の繰り返し軸加重を負荷する試験である。超音波により試験片を連続的に加振すると、引張と圧縮とを高速で繰り返すことによる内部摩擦によって試験片が発熱することが知られている。この発熱は、試験片の延性を向上させ、それにより介在物からの破断が阻害される。そこで、適切な試験を実施するためには、必要に応じて例えばチラーで冷却した圧縮エアーを介在物抽出用試験片に吹き付けたり、超音波の発振と停止を繰り返す間欠運転を実施したりすることによって、介在物抽出用試験片の発熱を抑制する必要がある。実施例では、介在物抽出用試験片の発熱を抑制する手段として、圧縮エアーの吹きつけ、ならびに0.11secの超音波加振と0.40secの停止を繰返す間欠運転のいずれも実施した。 The ultrasonic fatigue test is a test in which a test piece is subjected to repeated axial loads of tension and compression by ultrasonic vibration. It is known that when a test piece is continuously vibrated by ultrasonic waves, the test piece heats up due to internal friction caused by repeated tension and compression at high speed. This heat increases the ductility of the test piece, thereby preventing it from breaking from the inclusions. Therefore, in order to perform an appropriate test, it is necessary to suppress the heat generation of the test piece for inclusion extraction, for example, by blowing compressed air cooled by a chiller onto the test piece for inclusion extraction as necessary, or by performing intermittent operation in which ultrasonic oscillation is repeated and stopped. In the examples, as a means of suppressing the heat generation of the test piece for inclusion extraction, both the blowing of compressed air and intermittent operation in which ultrasonic oscillation is repeated for 0.11 sec and stopped for 0.40 sec were performed.

さらに、硬度が低い材料は、硬度が高い鋼材に比べて同一負荷応力下における試験片内の内部摩擦が大きくなり、発熱しやすくなる。すなわち、試験の迅速化のため単純に超音波疲労試験機の出力を大きくすると、硬度が低い材料は発熱が顕著になり、適切な疲労試験が行えなくなる。したがって、超音波疲労試験機の出力は、介在物抽出用試験片の焼入焼戻状態もしくは浸炭焼入焼戻状態の硬さ(これらは鋼材の種類により変化)に応じて、適切に選定するのが望ましい。実施例においては、900MPaの試験応力にて超音波疲労試験を行い、破断寿命は5×105サイクルであり、合理的な時間内に試験片を破断しうることを確認した。 Furthermore, materials with low hardness tend to generate heat more easily due to the internal friction in the test piece under the same load stress compared to steels with high hardness. In other words, if the output of the ultrasonic fatigue tester is simply increased to speed up the test, materials with low hardness will generate significant heat, making it impossible to perform an appropriate fatigue test. Therefore, it is desirable to select the output of the ultrasonic fatigue tester appropriately according to the hardness of the inclusion extraction test piece in the quenched and tempered state or the carburized, quenched and tempered state (which varies depending on the type of steel). In the embodiment, ultrasonic fatigue tests were performed at a test stress of 900 MPa, and it was confirmed that the fracture life was 5 x 105 cycles, and the test piece could be fractured within a reasonable time.

(ステップS5)
ステップS5では、介在物抽出用試験片の破面に現出する介在物の性状に関する情報を取得する。介在物の性状には、上述の通り、介在物の大きさ、形状、分散状態、化学組成が含まれる。これらの情報は、例えばEDS搭載型走査型電子顕微鏡(SEM―EDS)を用いた観察と分析により取得することができる。
例えば、EDS搭載型走査型電子顕微鏡によって介在物抽出用試験片の破面を撮像したSEM画像を取得し、この取得したSEM画像を解析することによって、介在物の投影面積の平方根(√area)として介在物の大きさを求めることができる。また、同様に画像解析により、介在物の大きさを円相当径として求めても良い。さらに、電子線で励起された介在物の特性X線を検出することによって介在物の化学組成を把握することができる。形状や分散状態についても同様に走査型電子顕微鏡による観察によって情報を得ることができる。本ステップS5を実施することにより、抽出した介在物の区分(A系、B系、C系、D系の区別、あるいはそれらのものが複合しているかどうかの区別)を判別することができる。
(Step S5)
In step S5, information regarding the properties of the inclusions appearing on the fracture surface of the inclusion extraction test piece is obtained. As described above, the properties of the inclusions include the size, shape, dispersion state, and chemical composition of the inclusions. This information can be obtained, for example, by observation and analysis using an EDS-equipped scanning electron microscope (SEM-EDS).
For example, an SEM image of the fracture surface of the test piece for inclusion extraction is obtained by an EDS-equipped scanning electron microscope, and the obtained SEM image is analyzed to obtain the size of the inclusion as the square root (√area) of the projected area of the inclusion. Similarly, the size of the inclusion may be obtained as a circle equivalent diameter by image analysis. Furthermore, the chemical composition of the inclusion can be grasped by detecting the characteristic X-rays of the inclusion excited by the electron beam. Information on the shape and dispersion state can also be obtained by observation with a scanning electron microscope. By carrying out this step S5, the classification of the extracted inclusions (classification of A, B, C, and D, or classification of whether they are combined) can be determined.

図4は、超音波疲労試験実施後に、介在物抽出用試験片の破面を撮影することによって取得した光学顕微鏡画像の一例である。その破面の起点付近は、図中の破線領域で示されるようなフィッシュアイ模様を呈し、その中心付近には破断の起点となった介在物(非金属介在物)が抽出されている。 Figure 4 shows an example of an optical microscope image taken by photographing the fracture surface of a test piece for inclusion extraction after an ultrasonic fatigue test. The area near the origin of the fracture surface exhibits a fish-eye pattern as shown by the dashed area in the figure, and the inclusion (non-metallic inclusion) that was the origin of the fracture has been extracted near the center.

図5は、図4で示した介在物を拡大したSEM画像であり、本例ではこのSEM画像からB系介在物であることが確認される。必要な介在物が得られなかった場合は、必要な介在物が得られるまで以上の介在物の抽出ステップを繰り返せばよい。 Figure 5 is an enlarged SEM image of the inclusion shown in Figure 4, and in this example, it is confirmed that it is a B-type inclusion. If the required inclusion is not obtained, the above inclusion extraction steps can be repeated until the required inclusion is obtained.

(ステップS6)
ステップS6において、上記のように抽出された介在物抽出用試験片の破面上の介在物について、それを含むように切断して、介在物105を含んだ円柱状試料104を作製する。このとき、介在物抽出用試験片の破面上の介在物105の位置は、円柱状試験片104の中心に位置するとは限らないので、その位置情報も取得しておき、この後の介在物配置の際にその情報を利用するとよい。なお、介在物の長径及び短径が明確に異なる場合には、介在物の向きに関する情報も取得しておくとよい。そして、この円柱状試料104において介在物105が存在する破面側が、底面が平坦に加工された穴103の底面と向き合うように、円柱状試料104を穴103の内部に収納する。ここで、底面が平坦に加工された穴103の底面における介在物105の配置方向は、疲労試験の目的に応じて変更することができる。実施例では、介在物105の伸長方向と図1のX-X方向(一対の目印部材107を通過する試験片100の径方向)とが一致するように介在物105を配設した。このとき、これ以降に行う熱間等方圧加圧加工までに試験片の収納位置がずれることがないように、円柱状試験片104と穴103の界面の一部をスポット溶接しておくこともできる。
(Step S6)
In step S6, the inclusions on the fracture surface of the inclusion extraction test piece extracted as described above are cut so as to include the inclusions, to prepare a cylindrical sample 104 including the inclusions 105. At this time, since the position of the inclusions 105 on the fracture surface of the inclusion extraction test piece is not necessarily located at the center of the cylindrical test piece 104, it is advisable to obtain the position information and use the information when arranging the inclusions later. In addition, when the major axis and minor axis of the inclusions are clearly different, it is advisable to obtain information on the orientation of the inclusions. Then, the cylindrical sample 104 is placed inside the hole 103 so that the fracture surface side on which the inclusions 105 are present in the cylindrical sample 104 faces the bottom surface of the hole 103 whose bottom surface has been machined to be flat. Here, the arrangement direction of the inclusions 105 on the bottom surface of the hole 103 whose bottom surface has been machined to be flat can be changed according to the purpose of the fatigue test. In the embodiment, the inclusions 105 were disposed so that the extension direction of the inclusions 105 coincided with the X-X direction in Fig. 1 (the radial direction of the test piece 100 passing through the pair of marker members 107). At this time, a part of the interface between the cylindrical test piece 104 and the hole 103 may be spot welded so that the storage position of the test piece does not shift before the hot isostatic pressing process performed thereafter.

また小ドリル穴106に対して、ステンレス鋼製の目印部材107を埋設する。埋設後の熱間等方圧加圧加工により試験片本体部100Aの母相と目印部材107とを接合するが、母相と目印部材107の界面が識別できる状態であることを利用して、介在物105の埋設位置を特定するために用いることができる。すなわち、試験片100の研磨面102側に沿った平面を、互いに直交するX軸及びY軸からなる座標平面で定義したときに、目印部材107の識別された座標位置をもとに、介在物105が存在する位置を特定することができる。これにより、後述のスラスト型転がり疲れ試験時の転動体の軌道下に介在物105を配置することができるようになる。 In addition, a stainless steel marker member 107 is embedded in the small drill hole 106. After embedding, the parent phase of the test piece main body 100A and the marker member 107 are joined by hot isostatic pressing, and the interface between the parent phase and the marker member 107 can be identified, which can be used to identify the embedded position of the inclusion 105. In other words, when the plane along the polished surface 102 side of the test piece 100 is defined as a coordinate plane consisting of mutually orthogonal X-axis and Y-axis, the position where the inclusion 105 exists can be identified based on the identified coordinate position of the marker member 107. This makes it possible to place the inclusion 105 under the track of the rolling element during the thrust type rolling fatigue test described later.

(ステップS7)
ステップS7では、試験片100に対して熱間等方圧加圧加工(HIP:Hot Isostatic Pressing)を実施する。熱間等方圧加圧加工を行うための前処理として、試験片100を別途用意した低炭素鋼製のケース(不図示)に収め、試験片100の内径穴部101に芯金(不図示)を挿通した後、該ケースを密閉する。ケース密閉後に、ケース内部を真空脱気して熱間等方圧加圧加工を実施し、その後ケースごと冷却する。熱間等方圧加圧加工における加熱温度は、1150℃以上、好ましくは1160℃以上である。熱間等方圧加圧加工における圧力は、好ましくは110MPa以上、より好ましくは140MPa以上である。実施例では、圧力を147MPa、加熱温度を1170℃に設定し、当該加熱温度における保持時間を5hとした。
(Step S7)
In step S7, hot isostatic pressing (HIP) is performed on the test piece 100. As a pretreatment for hot isostatic pressing, the test piece 100 is placed in a separately prepared low carbon steel case (not shown), a core bar (not shown) is inserted into the inner diameter hole 101 of the test piece 100, and the case is then sealed. After sealing the case, the inside of the case is evacuated and hot isostatic pressing is performed, and then the case is cooled. The heating temperature in the hot isostatic pressing is 1150°C or higher, preferably 1160°C or higher. The pressure in the hot isostatic pressing is preferably 110 MPa or higher, more preferably 140 MPa or higher. In the embodiment, the pressure is set to 147 MPa, the heating temperature is set to 1170°C, and the holding time at the heating temperature is 5 hours.

熱間等方圧加圧加工を施すことにより、円柱状試料104及び介在物105を穴103に対して密着させるとともに、目印部材107を小ドリル穴106に密着させることができる。これにより、介在物105と母相の界面における隙間を無くすることができるため、転がり疲れ試験に及ぼす界面の隙間の影響を排除することができる。 By applying hot isostatic pressing, the cylindrical sample 104 and the inclusion 105 can be brought into close contact with the hole 103, and the marker member 107 can be brought into close contact with the small drill hole 106. This makes it possible to eliminate gaps at the interface between the inclusion 105 and the parent phase, thereby eliminating the effect of gaps at the interface on the rolling fatigue test.

(ステップS8)
ステップS8において、試験片100に対して焼ならし工程と球状化焼なまし工程を実施し、SUJ2からなる部分を再び試験片の形状(中空円盤状)に加工する再加工工程を実施する。実施例における焼ならし工程では、865℃の加熱温度で1h保持した後空冷する焼ならし処理を実施した。実施例における球状化焼なまし工程では、最高点加熱温度を800℃とする加熱処理を実施し、その温度にて所定時間保持後に徐冷する球状化焼なまし処理を実施した。
実施例における再加工工程では、加工後の試験片100を、外径(図1の寸法Aに相当)58mm、内径(図1の寸法Bに相当)20mm、厚さ(図1の寸法Cに相当)6mmの中空円盤状に加工した。
(Step S8)
In step S8, a normalizing process and a spheroidizing process are performed on the test piece 100, and a re-processing process is performed in which the portion made of SUJ2 is again processed into the shape of the test piece (hollow disk shape). In the normalizing process in the example, a normalizing treatment was performed in which the test piece was held at a heating temperature of 865°C for 1 hour and then air-cooled. In the spheroidizing process in the example, a heat treatment was performed with a maximum heating temperature of 800°C, and the test piece was held at that temperature for a predetermined time and then slowly cooled, as a spheroidizing annealing treatment.
In the reprocessing step in the embodiment, the processed test piece 100 was processed into a hollow disk shape having an outer diameter (corresponding to dimension A in FIG. 1) of 58 mm, an inner diameter (corresponding to dimension B in FIG. 1) of 20 mm, and a thickness (corresponding to dimension C in FIG. 1) of 6 mm.

(ステップS9)
ステップS9において、試験片100を焼入焼戻しして、試験片100の硬さを調整する。焼入焼戻し後の、試験片100の硬さ(ロックウェル硬さ)は好ましくは55HRC以上であり、より好ましくは58HRC以上である。硬さがこれより低くなると、欠陥やその周辺のみならず、母相自体の転がり疲れが進行するため、欠陥そのものの有害性を区別して検証することが難しくなる。
実施例では、焼入れの加熱温度を835℃、加熱時間を0.5hとし、焼き入れのための急冷手段として油焼入れを用いた。また、焼戻し温度を180℃、焼戻し時間を1.5hとし、焼戻し温度到達後の冷却手段として空冷を利用した。焼入焼戻し後の試験片100の硬さは、62HRC程度であった。
(Step S9)
In step S9, the test piece 100 is quenched and tempered to adjust the hardness of the test piece 100. The hardness (Rockwell hardness) of the test piece 100 after quenching and tempering is preferably 55 HRC or more, and more preferably 58 HRC or more. If the hardness is lower than this, rolling fatigue will progress not only in the defect and its surroundings, but also in the parent phase itself, making it difficult to distinguish and verify the harmfulness of the defect itself.
In the embodiment, the heating temperature for quenching was 835°C, the heating time was 0.5h, and oil quenching was used as the quenching quenching method. The tempering temperature was 180°C, the tempering time was 1.5h, and air cooling was used as the cooling method after the tempering temperature was reached. The hardness of the test piece 100 after quenching and tempering was about 62HRC.

(ステップS10)
熱処理によって発生した試験片100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100中の介在物105の存在深さを特定し、この深さ情報をもとに試験片100のバフ研磨仕上げを行い、後述のスラスト型転がり疲れ試験条件における高せん断応力深さ域に介在物105が配置されるように調整する。超音波探傷試験の際に、介在物105の存在深さに加えて、介在物105の埋設箇所直上の座標位置も特定することができる。バフ研磨仕上げ工程では、表面に研磨材を塗布したバフを回転させながら当接させることによって表面研磨を行う。バフには、綿、フェルトなどを用いることができる。50MHzの超音波探傷試験では位置を特定できなかった場合は、さらに高周波の超音波探傷試験を利用して介在物105の存在深さを特定しても良い。
(Step S10)
After removing the oxide scale of the test piece 100 generated by the heat treatment by surface grinding, the depth of the inclusion 105 in the test piece 100 is identified by ultrasonic testing at a frequency of 50 MHz, and the test piece 100 is buffed and polished based on this depth information, so that the inclusion 105 is arranged in the high shear stress depth region under the thrust type rolling fatigue test conditions described below. During the ultrasonic testing, in addition to the depth of the inclusion 105, the coordinate position directly above the embedded portion of the inclusion 105 can also be identified. In the buffing and polishing process, the surface is polished by rotating a buff coated with an abrasive material and bringing it into contact with the surface. Cotton, felt, etc. can be used for the buff. If the position cannot be identified by the 50 MHz ultrasonic testing, the depth of the inclusion 105 may be identified by using ultrasonic testing at a higher frequency.

以上のステップS1~S10で説明した工程によって、スラスト型転がり疲れ試験に用いられる試験片100が完成する。そして、球形とは異なる性状の介在物を対象としたスラスト型転がり疲れ試験を実施することができる。これにより、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できる。 The test piece 100 used in thrust rolling fatigue testing is completed through the process described above in steps S1 to S10. Then, thrust rolling fatigue testing can be carried out on inclusions with properties other than spherical shapes. This allows precise verification of the harmfulness of the inclusions (their impact on lifespan and rolling fatigue).

スラスト型転がり疲れ試験について、実施例を示して詳細に説明する。スラスト型転がり疲れ試験を行う前の準備として、小ドリル穴106に埋めた精密な目印となる目印部材107の位置をバフ研磨面上を目視することによって特定した。続いて、一対の目印部材107の間を転動体が通るように軌道を配置した。試験片100と組み合わされる上板としてはSUJ2製の単式スラスト軸受のレース(型番51305)を使用した。試験片100と上板との間には転動体を配置した。転動体には、直径3/8インチのSUJ2製鋼球を使用した。これらの転動体を120°間隔で等分に3つ配置した。上述した通り、目印部材107の座標位置を活用することで介在物105の埋設箇所直上の位置を特定することができる。このとき、介在物105の超音波探傷試験における座標位置の情報も活用すれば、より精密な軌道位置の決定ができる。すなわち、目印部材107の座標位置を活用することによって特定した介在物105の埋設箇所直上の位置を、超音波探傷試験の試験結果に基づき補正することができる。軌道の配置については、軌道幅内での介在物の配置によって転がり疲れの挙動に変化が生じうることを考慮し、埋設箇所直上を軌道幅の中心が通るように設定してもよいし、また、敢えて軌道幅の中心から適宜ずらしてもよく、試験の目的に応じて適宜設定することができる。 The thrust type rolling fatigue test will be described in detail with reference to an example. As a preparation before performing the thrust type rolling fatigue test, the position of the marking member 107, which serves as a precise marking embedded in the small drill hole 106, was identified by visually inspecting the buffed surface. Next, a track was arranged so that the rolling element would pass between a pair of marking members 107. A single thrust bearing race (model number 51305) made of SUJ2 was used as the upper plate to be combined with the test piece 100. A rolling element was arranged between the test piece 100 and the upper plate. SUJ2 steel balls with a diameter of 3/8 inches were used as the rolling element. Three of these rolling elements were arranged equally spaced at 120° intervals. As described above, the position directly above the embedded portion of the inclusion 105 can be identified by utilizing the coordinate position of the marking member 107. At this time, if the coordinate position information of the ultrasonic flaw detection test of the inclusion 105 is also utilized, the track position can be determined more precisely. That is, the position directly above the embedded location of the inclusion 105, which is identified by utilizing the coordinate position of the marker member 107, can be corrected based on the test results of the ultrasonic flaw detection test. Regarding the layout of the track, taking into consideration that the behavior of rolling fatigue may change depending on the layout of the inclusion within the track width, the track may be set so that the center of the track width passes directly above the embedded location, or it may be intentionally shifted from the center of the track width as appropriate, and can be set appropriately according to the purpose of the test.

続いて転動体と試験片100の接触部に4.5GPaの最大ヘルツ接触応力が加わるように荷重を付与する。このときの負荷サイクル速度を例えば1800サイクル/min、潤滑はISO VG68油浴への浸漬方式とし、常温でスラスト型転がり疲れ試験を実施することで、介在物105を対象とする転がり疲れ挙動を評価することができる。これらのスラスト型転がり疲れ試験の条件は、評価したい環境に合わせて調整して良い。 Next, a load is applied so that a maximum Hertzian contact stress of 4.5 GPa is applied to the contact area between the rolling element and the test piece 100. The load cycle speed is, for example, 1800 cycles/min, and lubrication is by immersion in an ISO VG68 oil bath. By performing a thrust type rolling fatigue test at room temperature, the rolling fatigue behavior of the inclusion 105 can be evaluated. These conditions for the thrust type rolling fatigue test can be adjusted according to the environment to be evaluated.

以上の通り、本実施形態の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、予め性状の判明した球形とは異なる介在物105を試験片本体部100Aの狙いの位置に導入し、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もと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可能になる。 As described above, by using the rolling fatigue testing method with defect introduction according to this embodiment, an inclusion 105 other than a sphere whose properties are known in advance can be introduced into a target position in the test piece body 100A, a rolling fatigue test can be performed on it, and the rolling fatigue behavior such as cracks around the inclusion embedding point can be reliably observed after the test based on the position information known in advance.

また、介在物105からはく離を生じさせることができれば、介在物105の大きさと寿命の関係についても検証することができる。また、本方法は、予め転がり疲れを付与する介在物105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。 Furthermore, if it is possible to induce spalling from the inclusions 105, it will also be possible to verify the relationship between the size of the inclusions 105 and the lifespan. Furthermore, with this method, tests are performed under conditions in which the composition and shape of the inclusions 105 that impart rolling fatigue and the state of the inclusion-parent phase interface are determined in advance, so it is easy to reflect these conditions in analysis using the finite element method, making it possible to perform more advanced verification than ever before.

以上説明したように、本実施形態は、鋼中にその製造過程に由来して生成し、包含されていた非球形の非金属介在物について、それを抽出する過程を通じて、予め大きさ、組成、形状が確定したものを軸受用鋼製の転がり疲れ試験片中に導入し、さらに介在物と母相をお互いに密着させた後、その介在物を対象として転がり疲れ試験を行い、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。 As explained above, this embodiment is a method in which non-spherical non-metallic inclusions that are generated and contained in steel during the manufacturing process are extracted, and the size, composition, and shape of the inclusions are determined in advance and then introduced into a rolling fatigue test piece made of bearing steel. The inclusions and the parent phase are then brought into close contact with each other, and a rolling fatigue test is then performed on the inclusions to precisely verify their harmful effects on rolling fatigue (effects on life and fatigue).

また、この方法では、はく離に至る前段階で試験を中断した場合であっても、鋼中の介在物の存在位置が予め精密に特定されているため、その周囲の疲労状況の断面観察を遂行することができる。 In addition, with this method, even if the test is stopped before delamination occurs, the location of the inclusion in the steel is precisely identified in advance, making it possible to carry out cross-sectional observation of the fatigue condition around it.

本実施形態の性状が判明した介在物導入による転がり疲れ試験方法は、寿命に関与する介在物の大きさ、形状、組成、母相との隙間の状況、鋼中の存在位置といった諸情報について予め判明した状態から試験を行うため、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。 The rolling fatigue testing method using inclusions, the properties of which have been identified in this embodiment, is performed from a state in which various information about the inclusions that affect life, such as their size, shape, composition, the state of the gap with the parent phase, and their location in the steel, is known in advance, making it possible to precisely verify the harmfulness of the inclusions (their impact on life and rolling fatigue).

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を利用したり、あるいは非破壊での観察手法を利用したりすることで、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。 When using this test method, the precise location of the inclusions is known in advance, making it easy to observe the fatigue condition around the inclusions. By using the traditional cross-sectional observation method or a non-destructive observation method, it is expected that more precise verification of the fatigue behavior around the inclusions can be achieved than ever before.

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 an embodiment has been described above, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. This new embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. This embodiment and its variations are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.

100 試験片
100A 試験片本体部
101 内径穴部
102 研磨面
103 底面が平坦に加工された穴
104 円柱状試料
105 介在物
106 小ドリル穴

Reference Signs List 100 Test piece 100A Test piece body 101 Inner diameter hole 102 Polished surface 103 Hole with flat bottom 104 Cylindrical sample 105 Inclusion 106 Small drill hole

Claims (9)

転がり疲れ試験に用いられる試験片であって、
試験片本体部と、
前記試験片本体部の表面から所定の深さに埋め込まれた、JIS G 0555に規定するA系介在物、B系介在物、C系介在物及びD系介在物のうち少なくとも一つの介在物であって、かつ、球形とは異なる形状の介在物と、
を有し、
前記試験片本体部における前記介在物とは異なる位置に、前記試験片本体部の母相との識別が可能な目印部材が埋め込まれていることを特徴とする試験片。
A test piece used in a rolling fatigue test,
A test piece main body portion,
at least one of type A inclusions, type B inclusions, type C inclusions and type D inclusions as defined in JIS G 0555, embedded to a predetermined depth from the surface of the test piece body, and having a shape other than a sphere;
having
A test piece , characterized in that a marker member that can be distinguished from the parent phase of the test piece body is embedded in a position in the test piece body different from the inclusions.
前記目印部材は、円柱状に形成され、前記試験片本体部の母相とは組成が異なることを特徴とする請求項に記載の試験片。 2. The test piece according to claim 1 , wherein the marker member is formed in a cylindrical shape and has a composition different from that of the parent phase of the test piece body. 前記試験片の硬さが55HRC以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の試験片。 3. The test piece according to claim 1, wherein the hardness of the test piece is 55 HRC or more. 請求項1からのうちいずれか一つに記載の試験片を用いてスラスト型転がり疲れ試験を行うことを特徴とする転がり疲れ試験方法。 4. A method for testing rolling fatigue, comprising the step of carrying out a thrust type rolling fatigue test using the test piece according to claim 1 . 請求項又はに記載の試験片を用い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であって、
前記目印部材の位置から前記介在物の直上における前記試験片本体部の表面位置を特定し、この特定した表面位置を転動体が通るように軌道を設定することにより前記のスラスト型転がり疲れ試験を行うことを特徴とする転がり疲れ試験方法。
A rolling fatigue testing method for performing a thrust type rolling fatigue test using the test piece according to claim 2 or 3 , comprising the steps of:
A rolling fatigue testing method characterized in that the surface position of the test piece main body directly above the inclusion is identified from the position of the marker member, and a track is set so that a rolling element passes through this identified surface position, thereby performing the thrust type rolling fatigue test.
前記の特定した表面位置を、超音波探傷試験の試験結果に基づき補正することを特徴とする請求項に記載の転がり疲れ試験方法。 6. The rolling fatigue testing method according to claim 5 , further comprising the step of correcting the specified surface position based on the results of an ultrasonic flaw detection test. 転がり疲れ試験に用いられる試験片の製造方法であって、
前記試験片は、試験片本体部と、前記試験片本体部の表面から所定の深さに埋め込まれた、JIS G 0555に規定するA系介在物、B系介在物、C系介在物及びD系介在物のうち少なくとも一つの介在物であって、かつ、球形とは異なる形状の介在物と、を有し、
前記介在物の抽出工程として、
鋼材を圧延または鍛造する工程と、
前記圧延する工程で圧延された圧延材または前記鍛造する工程で鍛造された鍛造材から、軸疲労のための試験片を採取し、その試験片の軸方向の超音波振動による疲労試験を行うことにより、試験片を破断させる破断工程と、
前記試験片の破断面に発現した介在物の性状に関する情報を取得するとともに、前記試験片の破断面ごと介在物を含む試料を取り出す介在物取り出し工程と、を含み、
前記試験片本体部の表面に形成された穴の底面に、介在物が存在する前記試料の破断面側が向き合うように、前記試料を前記穴に収納する収納工程と、
前記試料が収納された前記試験片本体部に対して熱間等方圧加圧加工を行うHIP工程と、を有する
ことを特徴とする試験片の製造方法。
A method for manufacturing a test piece used in a rolling fatigue test , comprising the steps of:
The test piece has a test piece main body and at least one of A-type inclusions, B-type inclusions, C-type inclusions and D-type inclusions as defined in JIS G 0555, embedded to a predetermined depth from the surface of the test piece main body, and having a shape other than a sphere;
As the inclusion extraction step,
A step of rolling or forging a steel material;
A fracture process in which a test piece for axial fatigue is taken from the rolled material obtained in the rolling process or the forged material obtained in the forging process, and a fatigue test is performed on the test piece by ultrasonic vibration in the axial direction, thereby fracture the test piece;
and an inclusion removal process for obtaining information regarding the properties of inclusions appearing on the fracture surface of the test piece and removing a sample including the inclusions from the fracture surface of the test piece ,
a step of placing the specimen in a hole formed in the surface of the test piece body such that a fractured surface side of the specimen having an inclusion faces a bottom surface of the hole;
and a HIP process for performing hot isostatic pressing on the test piece body in which the sample is housed.
A method for manufacturing a test piece comprising the steps of:
前記の超音波振動による疲労試験を行う前に、前記圧延材または鍛造材に対して水素をチャージすることによる鋼の脆化工程を実施することを特徴とする請求項に記載の試験片の製造方法。 8. The method for manufacturing a test piece according to claim 7 , further comprising the step of embrittling the steel by charging the rolled or forged material with hydrogen before carrying out the fatigue test using ultrasonic vibration. 前記収納工程は、前記介在物とは異なる位置に、前記試験片本体部の母相との識別が可能な目印部材を埋設する工程を含む、The housing step includes a step of embedding a marking member that can be distinguished from the parent phase of the test piece main body at a position different from the inclusions.
ことを特徴とする請求項7又は8に記載の試験片の製造方法。The method for producing a test piece according to claim 7 or 8.
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