專利名稱：滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價方法、采用它的疲勞極限面壓力的推算方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價方法，采用它的疲勞極限面壓力的推算方法以及裝置，本發明涉及比如，快速地評價軸承用鋼這樣的滾動軸承用的高 強度金屬材料的剪切疲勞特性的方法和裝置。
背景技術：
在剪切疲勞特性的評價中，具有液壓伺服型扭轉疲勞試驗機，)工O式扭轉疲勞試驗機。對于負荷頻率，前者最高為IOHz程度，后者為30Hz程度，在求出疲勞極限的場合等的情況下，為了評價到超長壽命區域處的的剪切疲勞特性，需要許多的時間。作為滾動軸承用的高強度金屬材料，目前最常使用的是高碳素鉻軸承鋼JIS-SUJ2，在還原氣氛中，力口熱到Al轉變點以上的溫度(850°C程度)，然后淬火，在較低的溫度(180°C程度)回火，硬度為750HV程度。在滾動軸承的場合，人們認為，對于在良好的潤滑條件下確保壽命的內部起點型剝離，因在表層內部，振幅最大的交替剪切應力(基本為雙振)的反復，產生裂縫，該裂縫進展，由此產生上述剝離。在張拉壓縮疲勞試驗(軸荷載疲勞試驗，旋轉彎曲疲勞試驗)的場合，習慣上將IO7次的疲勞強度作為疲勞極限。相對該情況，對于滾動軸承，在潤滑條件良好的場合，即使施加非常高的負荷，在IO7次程度的負荷次數的場合，仍不產生內部起點型剝離。作為通過剪切應力而產生疲勞破壞的試驗，具有扭轉疲勞試驗，但液壓伺服型扭轉疲勞試驗的負荷頻率最高為10Hz，比如，為了達到IO9次的負荷次數，需要3年以上的時間。為此,求出到超長壽命區域時的剪切疲勞特性這一點實質上是不可能的。代替上述方式，由于非金屬夾雜物處于內部起點型剝離的起點的狀態的觀點，所述非金屬夾雜物是鋼中不可避免地包含的，成為了體系的不連續的蓄積應力集中源，故考慮了通過極限值統計分析，推算任意的體積中包含的非金屬夾雜物的最大尺寸的方法，形成將非金屬夾雜物的最大尺寸作為鋼的品質的指標的方法(比如，專利文獻I 4)。現有技術文獻特許文獻專利文獻I :日本特開2004-251898號公報
專利文獻2 :日本特開2005-105363號公報專利文獻3 :日本特開2006-138865號公報專利文獻4 日本特開2006-349698號公報專利文獻5 :日本特開2004-176156號公報專利文獻6 :日本特開2005-133768號公報專利文獻7 :日本特開2006-308019號公報專利文獻8 :日本特開2008-008419號公報專利文獻9 日本特開2006-138376號公報 非特許文獻非專利文獻I :藤井幸生，前田喜久男，大塚昭夫，NTN Technical Review,69(2001)53—60。非專利文獻2:7 4.力S、； 一 ·寸力工、工>·廠7夕'著(Y. Murakami,C. Sakae and S. Hamada),疲勞工學(Engineering Against Fatigue) ,Univ. ofSheffield,UK, (1997)，473p.非專利文獻3:7 4 ·工一 · ^、1J 7 (T. A. Harris),滾動軸承解析(Rolling Bearing Analysis)(Third Edition), ffiley-Interscience, New York, (1991),147p非專利文獻4 :日本材料學會，修訂材料強度學，日本材料學會，京都，(2006)，94p.非專利文獻5 :日本材料學會，修訂材料強度學，日本材料學會，京都，(2006)，211ρ·非專利文獻6 : 7 -i . I '、，弓、工 '、，午· ,、7 夕'著(Y. Matsubara and H. Hamada),軸承鋼技術(Bearing Steel Technology), ASTM STP1465, J. M. Beswick Ed. , (2007)，153-166.非專利文獻7 M. A. Devanathan and Z. Stachurski, Proc. Royal Soc.,A270 (1962)90-102.
發明內容
本發明要解決的課題在內部起點型剝離之前，滾動接觸面表層中的疲勞裂縫的進展樣式視為模式II型。作為根據上述非金屬夾雜物的最大尺寸，推算不產生內部起點型剝離的最大接觸面壓力的疲勞極限面壓力的方法，具有在非專利文獻I的考察中記載的想法。人們認為，像非專利文獻I的
圖13那樣，對于赫茨(Herz)接觸壓力移動的場合，在交替剪切應力振幅基本最大的深度b/2(b為接觸橢圓的短軸半徑)處，存在直徑2a的圓板狀裂縫。判斷該裂縫為最大夾雜物的直徑。在非專利文獻I中，進行獨自的模式II疲勞裂縫進展實驗，將疲勞裂縫不再進展的應力擴大系數的下限值求解為MTiw, =3ΜΡα‘。在非專利文獻I的圖14中，對于AKim =3ΜΡα—的場合，將裂縫面之間的摩擦系數假定為0. 5，則呈現最大接觸面壓力和疲勞裂縫是否進展的臨界裂縫直徑2a的關系。比如，如果2a=50 μ m,則經過推算，疲勞極限面壓力Pmaxlim = 2. 5GPa。但是，在該方法中，裂縫之間的摩擦系數是未知的，必須假定為某值。另外，在非專利文獻2中，進行獨自的模式II疲勞裂縫進展實驗，將疲勞裂縫不再進展的應力擴大系數的下限值求解為ΔΑ; 二 UMPah，大大不同于非專利文獻I中的AKllth。但是，如果滾動軸承在混入水的條件下、伴隨有滑動的條件下、產生通電的條件下等的場合使用，則水或潤滑劑分解，產生氫，其侵入鋼中，由此有早期產生剝離的情況。由于氫顯著地降低鋼的疲勞強度，故即使在接觸要素之間由油膜分隔的良好的潤滑條件下，仍在交替剪切應力大的表層內部產生裂縫，該裂縫進展，在提前導致剝離。于是，作為評價滾動軸承的耐氫性的方法，人們提出快速對滾動軸承進行加減速的試驗(專利文獻5);在對滾動軸承進行鹽水噴霧的同時，進行運轉的試驗(專利文獻6)；在水混入潤滑油中時，使滾動軸承運轉的試驗(專利文獻7);在流過一定電流的同時，使滾動軸承運轉的試驗(專利文獻8);進行在氫的充入后，可實現極極高速的垂直荷載的負荷的超聲波軸荷載疲勞試驗(交變振動)，在氫消散過程中發生疲勞的耐氫性評價方法(專利文獻9)等。另外，作為在改變電流密度，對軸承鋼SUJ2制的試驗片，按照一定時間進行陰極 電解氫的充入后，進行超聲波軸荷載疲勞試驗的結果，還報告到伴隨擴散性氫量的增加，IO7次的疲勞強度降低，在兩者之間具有直線關系(參照非專利文獻6)。該情況意味著擴散性氫量是疲勞強度降低的支配因素，表明控制侵入氫量的原來的耐氫性評價必須作為第I步驟。本發明的目的在于提供一種可通過試驗，快速而以良好的精度評價滾動接觸的金屬材料的剪切疲勞特性的方法和裝置。用于解決課題的技術方案本發明的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞強度的評價方法包括試驗過程，其中，通過超聲波扭轉疲勞試驗求出金屬材料的剪切應力振幅和負荷次數的關系；剪切疲勞強度確定過程，其中，根據該已求出的剪切應力振幅和負荷次數的關系，按照已確定的基準確定超長壽命區域的剪切疲勞強度Tlim。在這里，上述“超長壽命區域的剪切疲勞強度”與“剪切疲勞極限”同義，但是，在本說明書中，作為“超長壽命區域的剪切疲勞強度”而說明。在上述剪切疲勞強度確定過程中采用的上述“已確定的基準”指求出在比如，表示剪切疲勞強度的確立的理論曲線中適用試驗結果的剪切應力振幅和負荷次數的關系的曲線，根據該曲線，求出剪切疲勞強度的處理。具體來說，可采用符合日本材料學會的金屬材料疲勞可靠性評價標準JSMS-SD-6-02的疲勞極限型折線模型而求出的S-N曲線圖(破壞概率50%的疲勞強度曲線圖)。并不限于疲勞極限型折線模型，也可符合連續降低型曲線模型而求出S-N曲線圖。其中，在此場合，Tlim必須作為比如，“101(1次的S-N曲線圖上的值”等而定義。按照該方法，由于進行加振頻率在超聲波區域的極高速的超聲波扭轉疲勞試驗，故關于滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價，可在短時間達到必要的負荷次數，快速地評價剪切疲勞特性。比如，如果按照20000Hz而連續加振，則以僅半天多一點的時間，達到IO9次的負荷次數。另外，實際上由于進行產生剪切疲勞破壞的試驗，故與過去的非金屬夾雜物的最大尺寸為鋼的品質的指標的方法相比較，可以良好的精度求出剪切疲勞特性。支配材料的疲勞破壞的應力為垂直應力、剪切應力中的某者。為了高速地評價垂直應力的疲勞特性，從市場上開始銷售超聲波軸荷載疲勞試驗機(交變振動)計算，已過了數年。相對該情況，用于高速地評價剪切疲勞特性的超聲波扭轉疲勞試驗的研究幾乎沒有進行，到目前為止，評價的材料為最大剪切應力振幅(交變振動)在250MPa以下的發生疲勞破壞的軟鋼和鋁合金。本發明在這樣的技術水平下，針對滾動軸承的軌道圈或滾動體的金屬材料，可通過成為超聲波區域的加振頻率的扭轉振動的施加，發生剪切疲勞破壞，實現快速的剪切疲勞特性的評價。上述超聲波扭轉疲勞試驗為交變扭轉疲勞試驗，在該試驗中，相對試驗片施加正旋轉方向和反旋轉方向的扭轉為對稱的扭轉振動。上述金屬材料可為構成滾動軸承的軌道圈或滾動體的滾動軸承用鋼。也可在該評價方法中按照下述方式確定上述超長壽命區域中的剪切疲勞強度τ lim，該方式為在上述試驗過程中，進行多次的上述超聲波扭轉疲勞試驗，多次求出金屬材料的剪切應力振幅和負荷次數的關系，在上述剪切疲勞強度確定過程中，根 據在上述多次的試驗過程中求出的剪切應力振幅和負荷次數的關系而求出任意的破壞概率的P— S— N曲線圖，根據該P— S— N曲線圖，確定上述超長壽命區域中的剪切疲勞強度Tlim。在具有上述應力梯度的疲勞試驗中出現的尺寸效果因應力梯度的力學上的因素，承受大的負荷的體積(危險體積)增加減少的統計因素而造成。可根據統計的因素的觀點，以多個應力水平進行多次的評價，獲得P— S— N曲線圖。也可在該場合，在上述剪切疲勞強度確定過程中，將根據上述P— S— N曲線圖確定的上述超長壽命區域中的剪切疲勞強度的85%的值，作為在上述疲勞極限面壓力計算過程中采用的剪切疲勞強度τ lim的值。為了最安全地評估，與上述情況相同，最好將根據上述P-S-N曲線圖確定的上述超長壽命區域中的剪切疲勞強度的85%的值，進一步地將80%的值作為在上述疲勞極限面壓力計算過程中采用的剪切疲勞強度τ lim的值。在該評價方法中，為了安全地評估剪切疲勞強度的絕對值，在上述試驗過程中進行了多次的上述超聲波扭轉疲勞試驗，多次地求出金屬材料的剪切應力振幅和負荷次數的關系，可組合下述3個補償中的任意2個以上的補償視求出的剪切疲勞強度τ lim為絕對值，該下述3個補償包括破壞概率補償，該補償指在上述剪切疲勞強度確定過程中，根據上述多次的試驗過程獲得的剪切應力振幅和負荷次數的關系而求出任意的破壞概率的P-S-N曲線圖，根據該P-S-N曲線圖確定上述超長壽命區域的剪切疲勞強度τ lim的補償；過大評價補償，該補償指在上述剪切疲勞強度確定過程中，將按照上述已確定的基準而確定的剪切疲勞強度的85%的值，作為在上述疲勞極限面壓力計算過程中采用的剪切疲勞強度τ lim的值的補償；尺寸效果補償，該補償指將在上述剪切疲勞強度確定過程中確定的上述超長壽命區域的剪切疲勞強度的80%的值，作為在上述疲勞極限面壓力計算過程中使用的剪切疲勞強度Tlim的值的補償。像這樣，將2個以上的補償組合，通過安全地評估剪切疲勞強度，可更加安全地推算疲勞極限面壓力。本發明采用可高速負荷的超聲波扭轉疲勞試驗，比如，進行加振頻率為20000Hz，極高速的超聲波扭轉疲勞試驗。由此，如果連續加振，則以僅半天多一點的時間，達到IO9次的負荷次數。但是，如果按照某種程度高的剪切應力振幅連續加振，則試驗片發熱，無法求出精度良好的剪切應力振幅和負荷次數的關系。由此，最好對試驗片進行強制空氣冷卻。在僅僅通過強制空氣冷卻，試驗片的發熱抑制不充分的場合，最好交替地反復進行加振和停頓。通過停頓，實質的負荷頻率變小，但是如果采用加振頻率為20000Hz的超聲波振動扭轉疲勞試驗機，則即使停頓時間為加振時間的10倍，依然是高速的，達到2000Hz，如果具有I周時間，可達到IO9次的負荷次數。在該評價方法中，上述超聲波扭轉疲勞試驗比如，通過下述方式進行，該方式為采用扭轉振動變頻器，其通過外加交流電力，產生構成圍繞旋轉中心軸的正反的旋轉的扭轉振動；振幅放大喇叭，該振幅放大喇叭的前端具有同心地安裝試驗片的安裝部，該振幅放大喇叭通過基端被固定于扭轉振動變頻器上，將提供給基端的上述振幅變頻器的扭轉振動的振幅放大，將上述試驗片的形狀、尺寸設為由上述扭轉振動變頻器的驅動而來的與振幅放大喇叭的振動共振的形狀、尺寸，在超聲波區域的頻率范圍驅動上述扭轉振動變頻器，使上述試驗片與上述振幅放大喇叭的振動共振，使試驗片發生剪切疲勞破壞。上述放大器的輸出的值和導通、截止也可通過來自外部的輸入而控制。另外，在本說明書中，“超聲波區域的頻率范圍”指廣義的大于16000Hz的音波的頻率區域。驅動上述扭轉振動變頻器的頻率的下限值為(20000-500+α)Ηζ，上限值為(20000+500)Ηζ，其中，α表示相對試驗片的試驗中的性能的變化的緩沖值，為200Hz以下。在像這樣，頻率的下限值為(20000-500+a) Hz，上限值為(20000+500) Ηζ，以可實施的最大
輸出對扭轉振動變頻器進行試驗的場合，可不產生共振不穩定。在上述頻率的下限值和上限值為上述頻率的場合，上述緩沖值可為200Hz。另外，在進行使上述試驗片與上述振幅放大喇叭的振動共振，發生剪切疲勞破壞的試驗時，最好使上述振幅放大喇叭與上述扭轉振動變頻器的振動共振。在該場合，上述振幅放大喇叭的橫截面形狀為圓形，除了基端部以外的部分的縱截面形狀為前端尖細形。通過形成該形狀，有效地進行振幅放大。最好，在該評價方法中，上述試驗片為啞鈴狀，由兩端的圓柱形狀的肩部與中細部構成，該中細部與兩側的肩部連接，沿軸向的截面形狀為圓弧曲線。如果為上述啞鈴狀，則容易在中細部，產生剪切疲勞破壞。必須使試驗片共振，由此，必須適當地設計各部分的形狀、尺寸。在可設計、制作可共振的適合的形狀、尺寸時，最好為下述的方法。試驗片的上述肩部的長度設SL1，作為上述中細部的一半的長度的半弦長度設為L2，上述肩部的半徑設為R2，上述中細部的最小半徑設為R1，上述圓弧曲線的半徑設為R(它們的單位均為m，R根據Ri、R2、L2而求出)，共振頻率設為f (單位為Hz)，楊式模量設為E (單位為Pa),泊松比設為V (無次元)，密度設為P (單位為kg/m3)；上述L2、R1, R2為任意值，上述共振頻率f為上述振動變頻器可驅動的頻率范圍20000±500Hz的任意值，通過下述式(I) ￠)，用上述共振頻率f將L1作為理論解而求出試驗片進行扭轉共振的肩部的長度，制作稍稍縮短上述L2、R1, R2, R和作為理論解而求出的L1的多個試驗片形狀模型；針對這些形狀模型，將E、V、P作為構成試驗片的金屬材料的實測物理性質值，通過基于有限元分析的自由扭轉共振的固有值分析，求出按照上述共振頻率f而進行扭轉共振的分析值Lin，制作上述L2、Rp R2, R、Lin的尺寸的試驗片，用于試驗(數學式I)
權利要求
1.一種滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價方法，該方法對滾動接觸的金屬材料的剪切疲勞特性進行評價，該方法包括 試驗過程，其中，通過超聲波扭轉疲勞試驗求出金屬材料的剪切應力振幅和負荷次數的關系; 剪切疲勞強度確定過程，其中，根據該已求出的剪切應力振幅和負荷次數的關系，按照已確定的基準確定超長壽命區域的剪切疲勞強度τ lim。
2.根據權利要求I所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價方法，其中，上述超聲波扭轉疲勞試驗為交變扭轉疲勞試驗，在該試驗中，相對試驗片施加正旋轉方向和反旋轉方向的扭轉為對稱的扭轉振動。
3.根據權利要求I所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價方法，其中，上述金屬材料為構成滾動軸承的軌道圈或滾動體的滾動軸承用鋼。
4.根據權利要求I所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價方法，其中，在上述剪切疲勞強度確定過程中，確定上述超長壽命區域的剪切疲勞強度τ lim的上述已確定的基準為下述的處理，在該處理中，將試驗結果的剪切應力振幅和負荷次數的關系應用于表示剪切疲勞強度的疲勞限度型折線模型，求出曲線，根據該曲線求出剪切疲勞強度。
5.根據權利要求I所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價方法，其中，在上述剪切疲勞強度確定過程中，確定上述超長壽命區域的剪切疲勞強度τ lim的上述已確定的基準為下述的處理，在該處理中，將試驗結果的剪切應力振幅和負荷次數的關系應用于表示剪切疲勞強度的連續降低型曲線模型，求出曲線，根據該曲線求出剪切疲勞強度。
6.根據權利要求I所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價方法，其中，在上述試驗過程中，進行多次的上述超聲波扭轉疲勞試驗，按照多次求出金屬材料的剪切應力振幅和負荷次數的關系，在上述剪切疲勞強度確定過程中，根據在上述多次的試驗過程中求出的剪切應力振幅和負荷次數的關系，求出任意的破壞概率的P-S-N曲線圖，根據該P-S-N曲線圖確定上述超長壽命區域的剪切疲勞強度Tlim。
7.根據權利要求I所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價方法，其中，將下述的補償中的任意2種以上的補償進行組合的方式求出的值作為超長壽命區域的剪切疲勞強度τ lim，以用于評價剪切疲勞特性，該補償包括 破壞概率補償，該補償指根據通過上述試驗獲得的剪切應力振幅和負荷次數的關系而求出任意的破壞概率的P-S-N曲線圖，根據該P-S-N曲線圖，將超長壽命區域的剪切疲勞強度作為用于剪切疲勞強度的評價的超長壽命區域的剪切疲勞強度τ lim的補償； 過大評價補償，該補償指將下述值作為用于剪切疲勞特性的評價的超長壽命區域中的剪切疲勞強度τ lim的補償，該值根據通過上述試驗獲得的剪切應力振幅和負荷次數的關系而求出、為相對超長壽命區域的剪切疲勞強度的85%的值； 尺寸效果補償，該補償指將下述值作為用于剪切疲勞特性的評價的超長壽命區域中的剪切疲勞強度τ lim的補償，該值根據通過上述試驗獲得的負荷次數和剪切應力振幅的關系而求出、為相對超長壽命區域的剪切疲勞強度的80%的值。
8.根據權利要求I所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價方法，其中，采用扭轉振動變頻器，其通過外加交流電力以產生構成圍繞旋轉中心軸的正反的旋轉的扭轉振動；振幅放大喇叭，在其前端具有同心地安裝試驗片的安裝部，該振幅放大喇叭通過基端固定于扭轉振動變頻器上，將提供給基端的上述振幅變頻器的扭轉振動的振幅放大；振蕩器；放大器，其將該振蕩器的輸出放大，將其外加于上述扭轉振動變頻器上；控制機構，該機構將控制的輸入提供給該放大器， 上述振幅放大喇叭的形狀、尺寸為與上述扭轉振動變頻器的驅動產生的扭轉振動共振的形狀、尺寸， 上述試驗片的形狀、尺寸為與上述振幅放大喇叭的扭轉振動共振的形狀、尺寸， 進行使試驗片發生剪切疲勞破壞的試驗，在該試驗中，在超聲波區域的頻率范圍驅動上述振動變頻器，使上述振幅放大喇叭和上述試驗片共振， 采用通過試驗獲得的剪切應力振幅和負荷次數的關系，評價上述金屬材料的剪切疲勞強度。
9.根據權利要求8所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價方法，其中，上述放大器的輸出的值和導通、截止能通過來自外部的輸入而控制。
10.根據權利要求8所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價方法，其中，驅動上述扭轉振動變頻器的頻率的下限值為(20000-500+α )Hz，上限值為(20000+500+a ) Hz，其中，α表示相對試驗片的試驗中的性能的變化的緩沖值，為200Hz以下。
11.根據權利要求8所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價方法，其中，上述振幅放大喇叭的橫截面形狀為圓形，除了基端部以外的部分的縱截面形狀為尖頭形狀。
12.根據權利要求8所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價方法，其中，上述試驗片為啞鈴狀，由兩端的圓柱形狀的肩部與中細部構成，該中細部與兩側的肩部連接，沿軸向的截面形狀為圓弧曲線， 上述肩部的長度設為L1，作為上述中細部的一半的長度的半弦長度設為L2，上述肩部的半徑設為R2，上述中細部的最小半徑設為R1，上述圓弧曲線的半徑設為R(它們的單位均為m，R根據Ri、R2、L2而求出)，共振頻率設為f (單位為Hz)，楊式模量設為E (單位為Pa)，泊松比設為V (無次元)，密度設為P (單位為kg/m3), 上述L2、R1, R2為任意值，上述共振頻率f為上述振動變頻器可驅動的頻率范圍20000±500Hz的任意值，通過下述式(I) (6)、用上述共振頻率f將L1作為理論解而求出試驗片進行扭轉共振的肩部的長度， 制作稍稍縮短上述L2、R1, R2, R和作為理論解而求出的L1的多個試驗片形狀模型， 針對這些形狀模型，將E、V、P作為構成試驗片的金屬材料的實測物理性質值，通過基于有限元分析的自由扭轉共振的固有值分析，求出按照上述共振頻率f而進行扭轉共振的分析值Lin，制作上述L2、R1, R2、R、Lin的尺寸的試驗片，用于試驗，
13.根據權利要求12所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價方法，其中，上述扭轉振動變頻器的額定輸出為300W，除了上述試驗片中的安裝于上述振幅放大喇叭前端上的外螺紋部、以及對于上述試驗片的加工來說必要的相反安裝部端面的中心孔部以外的體積為I. 2 X ΙΟ、3以下， 在上述試驗片的端面扭轉角為O. Olrad時，對于下述部分的試驗片形狀模型，將物理性質值設定為E = 2. 04X IO11Pa, v = O. 29、P = 7800kg/m3時，通過有限元分析的自由扭轉共振固有值分析而求出的作用于試驗片最小直徑部的表面的最大剪切應力為520Mpa以上，該部分的試驗片形狀模型為除了安裝于上述振幅放大喇叭前端上的外螺紋部、以及對于上述試驗片的加工來說必要的相反安裝部端面的中心孔部以外的試驗片形狀模型。
14.根據權利要求I所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價方法，其中，在對試驗片進行氫的充入后，針對該試驗片通過上述超聲波扭轉疲勞試驗，評價上述金屬材料的氫侵入下的剪切疲勞特性。
15.根據權利要求14所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價方法，其中，對氫進行陰極電解充入。
16.根據權利要求14所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的評價方法，其中，將氫浸潰于水溶液中，進行充入。
17.一種滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的推算裝置，其為推算滾動接觸的金屬材料的剪切疲勞強度的裝置，該裝置包括 輸入機構，其中，通過超聲波扭轉疲勞試驗求出的金屬材料的剪切應力振幅和負荷次數的關系存儲于已確定的存儲區域， 剪切疲勞強度確定機構，其中，根據該已存儲的剪切應力振幅和負荷次數的關系，按照已確定的基準來確定超長壽命區域的剪切疲勞強度τ lim。
18.根據權利要求17所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的推算裝置，其中，上述金屬材料為構成滾動軸承的軌道圈或滾動體的滾動軸承用鋼。
19.根據權利要求17所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的推算裝置，其中，該推算裝置包括扭轉振動變頻器，其通過外加交流電力，產生構成圍繞旋轉中心軸的正反旋轉的扭轉振動；振幅放大喇叭，其具有安裝部，在其前端同心地安裝有試驗片，該振幅放大喇叭通過基端，固定于扭轉振動變頻器上，將提供給基端的上述振幅變頻器的扭轉角放大；振蕩器；放大器，其將該振蕩器的輸出放大，將其外加于上述扭轉振動變頻器上；控制、數據采取機構，該機構將上述控制的輸入提供給該放大器，并且采取包括試驗中的加振頻率、上述放大器的狀態、以及負荷次數的數據， 上述振幅放大喇叭的形狀、尺寸為與上述扭轉振動變頻器的驅動的扭轉振動共振的形狀、尺寸， 上述試驗片的形狀、尺寸為與上述振幅放大喇叭的扭轉振動共振的形狀、尺寸， 在超聲波區域的頻率范圍，驅動上述扭轉振動變頻器，使上述振幅放大喇叭和上述試驗片共振，使試驗片發生剪切疲勞破壞。
20.根據權利要求19所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的推算裝置，其中，驅動上述扭轉振動變頻器的頻率的下限值為(20000-500+α)Ηζ，上限值為(20000+500+α )Ηζ，其中，α表示相對試驗片的試驗中的性能的變化的緩沖值，為200Hz以下。
21.根據權利要求19所述的滾動接觸金屬材料的剪切疲勞特性的推算裝置，其中，在上述扭轉振動變頻器中，產生的扭轉振動為作為正旋轉方向和反旋轉方向對稱的振動的交變振動。
22.—種滾動接觸金屬材料的疲勞極限面壓力的推算方法，該方法為采用權利要求I所述的評價方法推算疲勞極限面壓力的方法，該方法包括疲勞極限面壓力計算過程，在該過程中，求出作用于上述金屬材料的物體的表層內部的最大交替剪切應力振幅τ。，其根據下述而確定通過上述金屬材料制造的物體和與該物體滾動接觸的物體的相互接觸的面的形狀、尺寸和提供接觸面壓力的負荷，該τ。為通過計算式而求出，該計算式中，確定與通過上述評價方法而求出的剪切疲勞強度τ lim相等的上述負荷被作用時的最大接觸面壓力Pmax，將該最大接觸面壓Ρ_作為疲勞極限面壓力Pmax iim的推算值。
23.根據權利要求22所述的滾動接觸金屬材料的疲勞極限面壓力的推算方法，上述疲勞極限面壓力計算過程中的上述已確定的計算式為下述式 (疲勞極限面壓力Pmax lim) = 4X (剪切疲勞強度τ lim)。
24.一種滾動接觸金屬材料的疲勞極限面壓力的推算裝置，其為采用權利要求17所述的推算裝置推算疲勞極限面壓力的裝置，其中，該疲勞極限面壓力的推算裝置還包括疲勞極限面壓力計算機構，在該機構中，作用于上述金屬材料的物體的表層內部的最大交替剪切應力振幅τ。根據下述而確定通過上述金屬材料制造的物體和與該物體滾動接觸的物體的相互接觸的面的形狀、尺寸和提供接觸面壓力的負荷，該τ。為通過計算式而求出，該計算式中，確定與上述剪切疲勞強度τ lim相等的上述負荷被作用時的最大接觸面壓力卩_，將該最大接觸面壓Pmax作為疲勞極限面壓力Pmax lim的推算值。
25.根據權利要求24所述的滾動接觸金屬材料的疲勞極限面壓力的推算裝置，其中，上述疲勞極限面壓力計算機構中的上述已確定的計算式為下述式 (疲勞極限面壓力Pmax lim) = 4X (剪切疲勞強度τ lim)。
全文摘要
本發明包括試驗過程(S1)，其中，通過超聲波扭轉疲勞試驗求出滾動接觸金屬材料的剪切應力振幅和負荷次數的關系；剪切疲勞強度確定過程(S2)，其中，根據在上述試驗過程(S1)中已求出的剪切應力振幅和負荷次數的關系，按照已確定的基準，確定超長壽命區域的剪切疲勞強度τlim。上述超聲波扭轉疲勞試驗為交變扭轉疲勞試驗，在該試驗中，相對試驗片(1)施加正旋轉方向和反旋轉方向的扭轉對稱的扭轉振動。
文檔編號G01N3/34GK102803922SQ201180013980
公開日2012年11月28日 申請日期2011年3月15日 優先權日2010年3月16日
發明者松原幸生, 坂中則曉, 石井仁 申請人:Ntn株式會社