高周波焼入れ鋼の転がり疲れき裂に及ぼす研削加工の影響

大場宏明; 松山晋作; 山本隆司

摘要

鉄道用電気車の駆動装置に使用される歯車では，歯車の加工精度2級以上が要求されるため高周波焼入れ後に最終仕上げとして研削加工が施される．研削加工は，砥石と工作物の接触領域では機械的エネルギー損失や熱的エネルギー損失が発生し，これによって工作物表面に素地とは異なる加工変質層が発生する．このときに研削加工条件によっては研削焼けを生じる可能性があり，表面層の硬さの低下や残留応力の変化を起こす．研削焼けは最高研削加工温度とその後の冷却速度に依存するから，砥石切込み，砥石周速度，工作物速度が大きいほど厳しく発生する．研削焼けの有無については加工後に検査が施されているが，万が一見落としにより実用に供された時に，研削焼けを生じた箇所で転がり接触下で発生する転がり疲れき裂（以下では，研削焼けに基因する転がり疲れき裂とする）が問題となる場合がまれに起こる．このき裂が転がり疲れ過程において停留するか，進展してはく離発生までに至るのかを見極めることは，その歯車の残余寿命を評価して使用可否を判断する上で必要となる．これまでに，研削焼けそのものの表面加工層の残留応力状態を評価した研究は数多く行われ，相変態に伴う相応力と熱冷却による体積膨張変化により残留応力が生ずると言われているが，研削焼けに基因する転がり疲れき裂についてはほとんど報告がなされてない．そこで，本研究では実際の歯車で生じる研削焼けの状態を円筒試験片で模擬して，二円筒試験によるき裂挙動の把握を目的とした．それにはまず人為的な研削焼け発生の条件を求め，次に，転がり疲れ過程におけるき裂の発生および進展挙動を観察し，転がり接触面下の残留応力を考慮に入れて評価を行った．

高周波焼入れ鋼の転がり疲れき裂に及ぼす研削加工の影響

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