建設機械の主要部品である旋回ベアリングは、現在市場で1000万個近く使用されている。旋回リングの主な故障モードは、軌道面の摩耗、歯面の摩耗、軌道面の亀裂、歯面の破断などです。歯面の亀裂や破断は直接旋回輪の廃却の原因となり、軌道面の亀裂は旋回輪の損傷を加速し、旋回輪の設計寿命を大幅に低下させる。本稿では、旋回輪軌道面の軟質ベルト使用中に発生する初期亀裂を選定し、分析・予防対策を提案する。
1.クラック製品の説明
本論文の割れ品は、旋回中心径730、転がり径22mmの6tショベルの旋回軸受に使用されている。旋回輪の寿命を調べるため、図1に示すような実際の作業条件を模擬した負荷試験を行った。30,000回転負荷後、ソフトゾーンに亀裂が発生した。
本製品の工程は走査型高周波焼入れを採用し、焼入れ後、180~200℃の低温で焼戻しを行い、その後、MT疵検査を行う。本製品は走査型高周波焼入れを採用しているため、図2の2本の線の間に示すように、閉塞部には工程軟化部を確保しなければならない。欠陥検出後、この製品に亀裂は見つからず、その後の加工が行われた。
2.亀裂解析
前述したように、焼き入れと焼き戻しの後、ワークピースの総合的なMT検査が実施された。ワークピースに亀裂は見つからなかった。ワークピースに荷重をかけた後、肉眼でクラックが確認された。このクラックは支承力に起因するものであることが確認できる。
亀裂の原因分析1：図4では、亀裂は母相と焼入れの間の遷移帯に位置している。母材組織部は塑性変形が激しく（図9参照）、遷移帯に少量のマルテンサイトが現れ（図4参照）、徐々に焼入れとなる。硬質ゾーンはマルテンサイトゾーンに遷移し（図7参照）、降伏強度は徐々に上昇する。マトリックスと遷移帯の間では、圧延を繰り返す間に応力集中が生じやすい。このゾーンで極限降伏強度に達した後、亀裂が発生し、遷移層に沿って広がる。
き裂の原因分析2：ワークに高周波焼入れを施すと、図5の工程で焼戻し部が確保され、組織は焼入れなしの母材組織となる。図からわかるように、負荷方向と走行方向に一致した塑性変形があり、組織の深刻な流線変形が発生する。ワークピースに荷重をかけた後、焼き入れ前の降伏強度は低い。応力が材料の降伏限界を超えると塑性変形を起こす。圧延を繰り返すと、応力の作用で結晶粒が滑り、滑り面に沿って分離する。表面を動かして亀裂を分離する。
3.予防措置
上記の分析を通じて、製品で発生したクラックは、ワークのソフトゾーンに負荷がかかった後のワークの負荷破壊クラックによるものであると結論づけることができる。業界の実験研究クラスによると、ソフトゾーンのクラックを防止するために、以下の対策を採用している：
