イオン窒化した接触面の面圧強度とトラクション特性に関する研究

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最近注目されている"イオン窒化法"により表面硬化した表面の超精密加工法の開発とその超精密仕上げしたイオン窒化ローラの面圧強度とトラクション特性に関する調査研究を行なった。イオン窒化法は、従来のガス窒化などにより生産コストが割高であるが、無公害であり、今まで困難とされてきたチタンなどの難窒化材にも窒化が可能とされている。研究実施計画に従って調査研究を行ない、以下の研究成果を得ることができた。1.イオン窒化処理 2種類の鋼材(SCM440,SCM415)とチタン合金(Ti-6Al-4V)および研究開発中の高清浄レール鋼に対して、イオン窒化処理を行ない、表面硬化することができた。2.表面硬化したローラ材の超精密表面仕上法の開発的研究 イオン窒化処理した表面硬化ローラを試作した超精密表面仕上装置を用いて超精密鏡面仕上(粗さRmax≒0.03μm,真円度0.2μm)することができた。チタン合金は、イオン窒化処理温度(約800℃)が他の鋼材の処理温度(530℃)よりも非常に高い為、表面に焼傷が残る場合のあることがわかった。3.超精密鏡面仕上したローラの面圧強度とトラクション特性 動力循環型2円筒試験機を用いて表面の変化や油膜形成状態,トラクション特性などについて基礎試験を行なった。イオン窒化処理後に超精密鏡面仕上したローラは、普通荷重(p_<max>=1.0GPa)において良好な油膜形成状態を示し、トラクション係数も同じか少し小さくなることがわかった。少し厳しい荷重条件(p_<max>=1.5GPa)において、高清浄レール鋼以外の材料は、表面に亀裂が入ることがわかった。チタン合金は、イオン窒化処理を施しても転走面に応用することが非常に困難であることがわかった。今後は高抗張力鋼(ハイテン)について追加実験を行なう予定である。