本发明专利技术包括试验过程(S1)，其中，通过超声波扭转疲劳试验求出滚动接触金属材料的剪切应力振幅和负荷次数的关系；剪切疲劳强度确定过程(S2)，其中，根据在上述试验过程(S1)中已求出的剪切应力振幅和负荷次数的关系，按照已确定的基准，确定超长寿命区域的剪切疲劳强度τlim。上述超声波扭转疲劳试验为交变扭转疲劳试验，在该试验中，相对试验片(1)施加正旋转方向和反旋转方向的扭转对称的扭转振动。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法，采用它的疲劳极限面压力的推算方法以及装置，本专利技术涉及比如，快速地评价轴承用钢这样的滚动轴承用的高 强度金属材料的剪切疲劳特性的方法和装置。
技术介绍
在剪切疲劳特性的评价中，具有液压伺服型扭转疲劳试验机，)工O式扭转疲劳试验机。对于负荷频率，前者最高为IOHz程度，后者为30Hz程度，在求出疲劳极限的场合等的情况下，为了评价到超长寿命区域处的的剪切疲劳特性，需要许多的时间。作为滚动轴承用的高强度金属材料，目前最常使用的是高碳素铬轴承钢JIS-SUJ2，在还原气氛中，力口热到Al转变点以上的温度(850°C程度)，然后淬火，在较低的温度(180°C程度)回火，硬度为750HV程度。在滚动轴承的场合，人们认为，对于在良好的润滑条件下确保寿命的内部起点型剥离，因在表层内部，振幅最大的交替剪切应力(基本为双振)的反复，产生裂缝，该裂缝进展，由此产生上述剥离。在张拉压缩疲劳试验(轴荷载疲劳试验，旋转弯曲疲劳试验)的场合，习惯上将IO7次的疲劳强度作为疲劳极限。相对该情况，对于滚动轴承，在润滑条件良好的场合，即使施加非常高的负荷，在IO7次程度的负荷次数的场合，仍不产生内部起点型剥离。作为通过剪切应力而产生疲劳破坏的试验，具有扭转疲劳试验，但液压伺服型扭转疲劳试验的负荷频率最高为10Hz，比如，为了达到IO9次的负荷次数，需要3年以上的时间。为此,求出到超长寿命区域时的剪切疲劳特性这一点实质上是不可能的。代替上述方式，由于非金属夹杂物处于内部起点型剥离的起点的状态的观点，所述非金属夹杂物是钢中不可避免地包含的，成为了体系的不连续的蓄积应力集中源，故考虑了通过极限值统计分析，推算任意的体积中包含的非金属夹杂物的最大尺寸的方法，形成将非金属夹杂物的最大尺寸作为钢的品质的指标的方法(比如，专利文献I 4)。现有技术文献特许文献专利文献I :日本特开2004-251898号公报专利文献2 :日本特开2005-105363号公报专利文献3 :日本特开2006-138865号公报专利文献4 日本特开2006-349698号公报专利文献5 :日本特开2004-176156号公报专利文献6 :日本特开2005-133768号公报专利文献7 :日本特开2006-308019号公报专利文献8 :日本特开2008-008419号公报专利文献9 日本特开2006-138376号公报 非特许文献非专利文献I :藤井幸生，前田喜久男，大塚昭夫，NTN Technical Review,69(2001)53—60。非专利文献2:7 4.力S、； 一 ·寸力工、工>·厂7夕'著(Y. Murakami,C. Sakae and S. Hamada),疲劳工学(Engineering Against Fatigue) ,Univ. ofSheffield,UK, (1997)，473p.非专利文献3:7 4 ·工一 · ^、1J 7 (T. A. Harris),滚动轴承解析(Rolling Bearing Analysis)(Third Edition), ffiley-Interscience, New York, (1991),147p非专利文献4 :日本材料学会，修订材料强度学，日本材料学会，京都，(2006)，94p.非专利文献5 :日本材料学会，修订材料强度学，日本材料学会，京都，(2006)，211ρ·非专利文献6 : 7 -i . I '、，弓、工 '、，午· ,、7 夕'著(Y. Matsubara and H. Hamada),轴承钢技术(Bearing Steel Technology), ASTM STP1465, J. M. Beswick Ed. , (2007)，153-166.非专利文献7 M. A. Devanathan and Z. Stachurski, Proc. Royal Soc.,A270 (1962)90-102.
技术实现思路
本专利技术要解决的课题在内部起点型剥离之前，滚动接触面表层中的疲劳裂缝的进展样式视为模式II型。作为根据上述非金属夹杂物的最大尺寸，推算不产生内部起点型剥离的最大接触面压力的疲劳极限面压力的方法，具有在非专利文献I的考察中记载的想法。人们认为，像非专利文献I的附图说明图13那样，对于赫茨(Herz)接触压力移动的场合，在交替剪切应力振幅基本最大的深度b/2(b为接触椭圆的短轴半径)处，存在直径2a的圆板状裂缝。判断该裂缝为最大夹杂物的直径。在非专利文献I中，进行独自的模式II疲劳裂缝进展实验，将疲劳裂缝不再进展的应力扩大系数的下限值求解为MTiw, =3ΜΡα‘。在非专利文献I的图14中，对于AKim =3ΜΡα—的场合，将裂缝面之间的摩擦系数假定为0. 5，则呈现最大接触面压力和疲劳裂缝是否进展的临界裂缝直径2a的关系。比如，如果2a=50 μ m,则经过推算，疲劳极限面压力Pmaxlim = 2. 5GPa。但是，在该方法中，裂缝之间的摩擦系数是未知的，必须假定为某值。另外，在非专利文献2中，进行独自的模式II疲劳裂缝进展实验，将疲劳裂缝不再进展的应力扩大系数的下限值求解为ΔΑ; 二 UMPah，大大不同于非专利文献I中的AKllth。但是，如果滚动轴承在混入水的条件下、伴随有滑动的条件下、产生通电的条件下等的场合使用，则水或润滑剂分解，产生氢，其侵入钢中，由此有早期产生剥离的情况。由于氢显著地降低钢的疲劳强度，故即使在接触要素之间由油膜分隔的良好的润滑条件下，仍在交替剪切应力大的表层内部产生裂缝，该裂缝进展，在提前导致剥离。于是，作为评价滚动轴承的耐氢性的方法，人们提出快速对滚动轴承进行加减速的试验(专利文献5);在对滚动轴承进行盐水喷雾的同时，进行运转的试验(专利文献6)；在水混入润滑油中时，使滚动轴承运转的试验(专利文献7);在流过一定电流的同时，使滚动轴承运转的试验(专利文献8);进行在氢的充入后，可实现极极高速的垂直荷载的负荷的超声波轴荷载疲劳试验(交变振动)，在氢消散过程中发生疲劳的耐氢性评价方法(专利文献9)等。另外，作为在改变电流密度，对轴承钢SUJ2制的试验片，按照一定时间进行阴极 电解氢的充入后，进行超声波轴荷载疲劳试验的结果，还报告到伴随扩散性氢量的增加，IO7次的疲劳强度降低，在两者之间具有直线关系(参照非专利文献6)。该情况意味着扩散性氢量是疲劳强度降低的支配因素，表明控制侵入氢量的原来的耐氢性评价必须作为第I步骤。本专利技术的目的在于提供一种可通过试验，快速而以良好的精度评价滚动接触的金属材料的剪切疲劳特性的方法和装置。用于解决课题的技术方案本专利技术的滚动接触金属材料的剪切疲劳强度的评价方法包括试验过程，其中，通过超声波扭转疲劳试验求出金属材料的剪切应力振幅和负荷次数的关系；剪切疲劳强度确定过程，其中，根据该已求出的剪切应力振幅和负荷次数的关系，按照已确定的基准确定超长寿命区域的剪切疲劳强度Tlim。在这里，上述“超长寿命区域的剪切疲劳强度”与“剪切疲劳极限”同义，但是，在本说明书中，作为“超长寿命区域的剪切疲劳强度”而说明。在上述剪切疲劳强度确定过程中采用的上述“已确定的基准”指本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：松原幸生，坂中则晓，石井仁，
申请(专利权)人：NTN株式会社，
类型：发明
国别省市：
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