JP3620707B2

JP3620707B2 - Rolling element for continuously variable transmission

Info

Publication number: JP3620707B2
Application number: JP2000148074A
Authority: JP
Inventors: 野伸郎木; 谷敬造尾
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2020-05-19
Also published as: JP2001330101A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トロイダル式無段変速機等の無段変速機の構成部品として使用される金属製転動体に関し、とくに金属製転動体の転動疲労強度向上に寄与する無段変速機用転動体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のトロイダル式無段変速機としては、例えば、図１に示すようなものがある。このトロイダル式無段変速機１は、図外のハウジング内に、入力ディスク２と出力ディスク３が同軸上に対向設置されている。この入力ディスク２および出力ディスク３を有するトロイダル変速部の軸心部分には、入力軸４が貫通しており、入力軸４の一端には、ローディングカム５が配設されている。そして、このローディングカム５が、カムローラを介して入力ディスク２に入力軸４の動力（回転力）を伝達する構造となっている。
【０００３】
入力ディスク２および出力ディスク３は、略同一形状を有して対称に配置され、それらの対向面が協働して軸方向断面でみて略半円形となるようにトロイダル面に形成されている。そして、入力ディスク２および出力ディスク３のトロイダル面で形成されるトロイダルキャビティ内に、入力ディスク２および出力ディスク３に接して一対の運動伝達用のパワーローラ６および７が配設されている。
【０００４】
この場合、パワーローラ６および７は、枢軸８および９を介してトラニオン１１および１２に回転自在に枢着され、且つ入力ディスク２および出力ディスク３のトロイダル面の中心となるピボット軸を中心として、傾転自在に支持されている。そして、入力ディスク２および出力ディスク３、パワーローラ６および７との接触面には、粘性摩擦抵抗の大きい潤滑油（トラクション油）が供給され、入力ディスク２に入力される動力を潤滑油膜およびパワーローラ６，７を介して出力ディスク３に伝達する構造となっている。
【０００５】
なお、入力ディスク２および出力ディスク３は、ニードルを介して、入力軸４とは、独立した状態（入力軸４の動力に直接影響されない状態）となっている。そして、出力ディスク３には、入力軸４と平行に配設され、且つアンギュラ軸受を介してハウジングに回転自在に支持された出力軸１３が配設されている。
【０００６】
このトロイダル式無段変速機１は、入力軸４の動力が、ローディングカム５に伝達される。この動力の伝達により、ローディングカム５が回転すると、この動力がカムローラを介して入力ディスク２に伝達され、入力ディスク２が回転する。この入力ディスク２の回転により発生した動力は、パワーローラ６および７を介して、出力ディスク３に伝達される。そして、出力ディスク３は、出力軸１３と一体となって回転する。
【０００７】
変速時には、２つのトラニオン１１，１２をピボット軸方向に微小距離移動させる。即ち、このトラニオン１１，１２の軸方向移動で、パワーローラ６および７の回転軸と、入力ディスク２および出力ディスク３の軸との交差が外れる。このため、パワーローラ６および７が、入力ディスク２および出力ディスク３の曲面上を傾転し、その結果、速度比が変わり減速または増速が行われる。
【０００８】
このような無段変速機に使用される転動体としては、例えば、特開平７−７１５５５号公報、特開平１０−１０３４４０号公報等に開示された従来例が存在する。また、転動体として、浸炭用鋼に研削仕上げ加工した従来例（特開平７−７１５５５号公報、特開平１０−１０３４４０号公報等）がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記トロイダル式無段変速機（図１）はディスクおよびパワーローラがトラクション油の油膜を介して、トラクションドライブをすることにより動力を伝達しており、これを駆動した場合に、ディスクとパワーローラとの間には高い押し付け荷重が加わるため、トラクション面やパワーローラベアリング溝部は、例えば、最大接触面圧が最大３ＧＰａ以上にまで達する高面圧下で転動することになる。
【００１０】
これまで、転動体として、浸炭または浸炭窒化焼入れを施し、研削仕上げ加工を行ったものとして、その有効硬化層深さを規定したもの（特開平７−７１５５５号公報）や、転動部表層の全炭素濃度を規定したもの（特開平１０−１０３４４０号公報等）があるが、変速機の小型化、あるいは大容量化のためには、更なる耐高面圧化、転動疲労強度の向上が必要である。
【００１１】
【発明の目的】
本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたものであって、トロイダル式無段変速機等の無段変速機用転動体の転動疲労強度をより一層向上することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る無段変速機用転動体は、請求項１に記載しているように、潤滑油を介して接触する複数個の金属製転動体を用いて構成した無段変速機において、転動体の転動部表層の金属組織がマルテンサイト組織を主体とした組織であり且つマルテンサイト組織のマルテンサイト中の固溶炭素濃度が０．７５ｗｔ％以上０．８ｗｔ％以下であり、マルテンサイト結晶粒の平均結晶粒径が０．５μｍ以下であるものとしたことを特徴としている。
【００１４】
また、本発明に係る無段変速機用転動体においては、請求項２に記載しているように、転動体の転動部表層の全炭素濃度が０．８ｗｔ％以上であり、かつ、擬球状炭化物が分散析出しているものとすることができる。
【００１５】
そしてまた、本発明に係る無段変速機用転動体においては、請求項３に記載しているように、擬球状炭化物の析出量が２面積％以上であるものとすることができる。
【００１６】
また、本発明に係る無段変速機用転動体においては、請求項４に記載しているように、擬球状炭化物の平均炭化物粒径が０．３μｍ以下であるものとすることができる。
【００１７】
さらにまた、本発明に係る無段変速機用転動体においては、請求項５に記載しているように、転動体の転動部表層の金属組織中に残留オーステナイトが存在し、残留オーステナイト量が３０面積％以上であるものとすることができる。
【００１８】
さらにまた、本発明に係る無段変速機用転動体においては、請求項６に記載しているように、金属製転動体がトロイダル式無段変速機のパワーローラであるものとすることができる。
【００１９】
【発明の作用】
本発明に係る無段変速機用転動体の構成およびそれらの限定理由について説明する。
【００２０】
先に説明したように、本発明において、転動体の転動部表層の金属組織がマルテンサイト組織を主体とした組織であり、マルテンサイト結晶粒の平均結晶粒径が０．５μｍ以下と規定したものである。
【００２１】
内部起点型の転動疲労剥離の場合、転動部直下の基地組織であるマルテンサイト組織が転動による発熱とせん断応力の繰り返しにより分解され、強度や靭性が低下し、そこから亀裂が発生しそして伝播していく。このとき、マルテンサイト結晶粒が小さいと、マルテンサイト結晶粒の分断・分解抵抗が増し、疲労を受ける基地組織が強靭化することにより、転動疲労強度が向上する。
【００２２】
また、前記マルテンサイト組織のマルテンサイト中の固溶炭素濃度は０．７５ｗｔ％以上０．８ｗｔ％以下である。
【００２３】
マルテンサイト中の固溶炭素濃度が０．６ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下の範囲ではマルテンサイトはラスマルテンサイトとレンズ状マルテンサイトの混合組織となり、０．６ｗｔ％未満ではラスマルテンサイトのみ、１．０ｗｔ％超過ではレンズ状マルテンサイトのみとなる（参考文献：Ａ．Ｒ．ＭａｒｄｅｒａｎｄＧ．Ｋｒａｕｓｓ，ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＡＳＭ，Ｖｏｌ．６０，（１９６７），ｐ．６５１）。
【００２４】
このうち、ラスマルテンサイトは固溶炭素濃度が上昇するにつれ、その結晶粒が小さくなっていき、その面積率も減少する傾向にある。一方レンズ状マルテンサイトは固溶炭素濃度が高い場合に形成し、その結晶粒はラスマルテンサイトに比べて大きく、その面積率は固溶炭素濃度が上昇するにつれ増加する傾向にある（参考文献：Ｔ．Ｍａｋｉ，Ｋ．ＴｓｕｚａｋｉａｎｄＩ．Ｔａｍｕｒａ，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪａｐａｎｓｏｃｉｅｔｙｆｏｒＩｒｏｎ＆
Ｓｔｅｅｌ，Ｖｏｌ．６５，Ｎｏ．５，（１９６９），ｐ．５１５（ｉｎＪａｐａｎｅｓｅ））。また、レンズ状マルテンサイトはラスマルテンサイトに比べて、硬いが脆い性質を持ち、ラスマルテンサイトは硬さはやや低いがねばい性質を持つ。以上をまとめて、図２に示す。
【００２５】
図２に示すように、マルテンサイト中の固溶炭素濃度は０．７５ｗｔ％以上０．８ｗｔ％以下であると、ラスマルテンサイトとレンズ状マルテンサイトが最適な比率で混合した組織となり、強靭な組織を形成する。また、マルテンサイト結晶粒の平均結晶粒径もこの範囲で最小となり、結晶粒の観点からも高い靭性が得られる。したがって、この範囲を外れると、平均結晶粒径が大きくなってしまい、靭性が損なわれる。
【００２６】
また、前記転動体の転動部表層の全炭素濃度が０．８ｗｔ％以上であり、かつ、擬球状炭化物が分散析出しているものとすることが好ましい。前述したように、転動体は高温下で転動するため、高温軟化抵抗性が必要である。この高温軟化抵抗性は全炭素濃度の増加と共に向上する。そして、０．８ｗｔ％を下回ると、十分な高温軟化抵抗性が確保しにくくなるので、０．８ｗｔ％以上とするのが良い。また、熱に対して安定な擬球状の炭化物を微細分散させることにより、高温軟化抵抗性向上および常温における硬さを向上することができる。
【００２７】
さらにまた、前記擬球状炭化物の析出量は２面積％以上あることが好ましく、２％面積以上であると、前述の効果が更に高くなる。
【００２８】
また、前記擬球状炭化物の平均炭化物粒径が０．３μｍ以下であることが好ましく、０．３μｍを上回ると、その中に巨大な炭化物が含まれる可能性が高く、その巨大炭化物が応力集中源として作用し、剥離に至る確率が高くなるので好ましくない。
【００２９】
そしてまた、前記転動体の転動部表層の金属組織中には残留オーステナイトが存在し、残留オーステナイト量が３０面積％以上であることが好ましい。この残留オーステナイトは、表面の異物噬み込み等により形成された圧痕周辺への応力集中を緩和する効果、亀裂先端においてクッションの役目を果たし、亀裂伝播抵抗を高める効果がある。そして、残留オーステナイト量が３０面積％以上あると、これらの効果が更に高くなる。
【００３０】
次に、本発明で特定されているマルテンサイト結晶粒の平均結晶粒径、マルテンサイト中の固溶炭素濃度、炭化物の析出量（面積率）および平均粒径の測定方法について、以下に説明する。
【００３１】
（マルテンサイト結晶粒の平均結晶粒径）
マルテンサイト結晶粒の平均結晶粒径は、表層組織のＴＥＭ観察を行い、ＴＥＭ写真を以下の手法で画像解析することにより求める（図３）。
【００３２】
ＴＥＭ写真は、倍率２００００倍で撮影し、１試料につき、場所を変えて６視野撮影する。
【００３３】
次に、ＴＥＭ写真上に透明なシートを載せ、マルテンサイト粒に沿って線を描き、そのシートを用いて画像処理を行う。各結晶粒について、その等価円直径を算出し、６枚の写真から統計処理により、マルテンサイト結晶粒の平均等価円直径を求める。このようにして求めた平均等価円直径をマルテンサイト結晶粒の平均結晶粒径と定義する。
【００３４】
（マルテンサイト中の固溶炭素濃度）
マルテンサイト中の固溶炭素濃度（Ｃ_Ｍ）は下記式を用いて求める。
【００３５】
【数式１】

【００３６】
式（１）の中で、全炭素濃度（Ｃ_{ｔｏｔａｌ}）は蛍光発光分析により測定した値を用いる。また、炭化物中およびマルテンサイト中の炭素濃度（Ｃｃ，Ｃ_Ｍ）はＴＥＭ−ＥＤＸを用いて測定した値を用いる。さらに、炭化物の面積率（ｆｃ）は以下の方法で求めた値を用いる。
【００３７】
（炭化物の面積率および平均粒径）
炭化物の面積率および平均粒径は表層組織のＳＥＭ観察を行い、ＳＥＭ写真を以下の手法で画像解析することにより求める。
【００３８】
ＳＥＭ写真は、倍率１００００倍で撮影し、１試料につき、場所を変えて５視野以上撮影する。写真は炭化物が白色、基地が黒色となるようにコントラストを強調する。次いで、それらの写真を用いて、画像処理を行い、統計処理により、炭化物の平均等価円直径および面積率を算出する。このようにして求めた値を炭化物の平均粒径および面積率と定義する。
【００３９】
【発明の効果】
本発明による無段変速機用転動体では、請求項１に記載しているように、潤滑油を介して接触する複数個の金属製転動体を用いて構成した無段変速機において、転動体の転動部表層の金属組織がマルテンサイト組織を主体とした組織であり且つマルテンサイト組織のマルテンサイト中の固溶炭素濃度が０．７５ｗｔ％以上０．８ｗｔ％以下であり、マルテンサイト結晶粒の平均結晶粒径が０．５μｍ以下であるものとしたから、トロイダル式無段変速機等の無段変速機用転動体の転動疲労強度をより一層向上することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。また、ラスマルテンサイトとレンズ状マルテンサイトとが最適な比率で混合した組織となり、強靭な組織を形成して無段変速機用転動体の転動疲労強度をより一層向上したものにできるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００４１】
また、請求項２に記載のように、転動体の転動部表層の全炭素濃度が０．８ｗｔ％以上であり、かつ、擬球状炭化物が分散析出しているものとすることによって、転動体が高温下で摺動する場合であっても十分な高温軟化抵抗を有するものとなすことができるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００４２】
さらにまた、請求項３に記載しているように、擬球状炭化物の析出量が２面積％以上であるものとすることによって、熱に対して安定な擬球状の炭化物を微細分散させることが可能となって高温軟化抵抗性および常温における硬さをより一層向上することができるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００４３】
さらにまた、請求項４に記載しているように、擬球状炭化物の平均炭化物粒径が０．３μｍ以下であるものとすることによって、巨大な炭化物が含まれる可能性が小さくなり、その巨大な炭化物が応力集中源として作用することによる剥離の発生を防止することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００４４】
さらにまた、請求項５に記載しているように、転動体の転動部表層の金属組織中に残留オーステナイトが存在し、残留オーステナイト量が３０面積％以上であるものとすることによって、この残留オーステナイトが亀裂先端においてクッションの役目を果たし、亀裂伝播抵抗を高めることにより亀裂の進展を防止することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００４５】
さらにまた、請求項６に記載しているように、金属製転動体がトロイダル式無段変速機のパワーローラであるものとすることによって、トロイダル式無段変速機用転動体であるパワーローラの転動疲労寿命をより一層向上したものにすることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００４６】
【実施例】
以下に、本発明の転動体に関し、いくつかの実施例を挙げて、その有用性を比較例と対比して示すが、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことはいうまでもない。
【００４７】
なお、本発明に係る各測定値は前述の方法で測定した値を用いた。
【００４８】
まず、本実施例に係る試験片の転動疲労強度評価方法について説明する。
【００４９】
本発明品の転動疲労強度の評価は、図４に示すスラスト型転動疲労試験機２１を用いて行った。試験は油温１００℃のトラクション油浴２２中で、最大接触面圧５．２ＧＰａ、回転数２０００ｒｐｍで試験片２３に対し鋼球２４を介し加圧しながら行った。また、転動疲労寿命は、振動センサーにて検知し、試験片が剥離するまでの総繰り返し数を寿命とした。
【００５０】
次に、本実施例に係る試験片の製造方法について説明する。
【００５１】
以下に示す実施例および比較例のいずれの試験片も、表１に示す組成の素材を粗加工後、図５および表２に示す熱処理条件にて浸炭窒化焼入れ焼もどしを行った。熱処理後の試験片は取り代０．２〜０．５ｍｍの範囲で研削加工後、超仕上げを施し、表面粗さがＲａ０．０３となるようにした。
【００５２】
なお、本実施例では浸炭窒化焼入れについて記載しているが、浸炭焼入れ焼もどし、軸受鋼等の焼入れ焼もどしでも構わない。
【００５３】
【表１】

【００５４】
【表２】

【００５５】
このようにして作成された各試料の熱処理品質を分析した結果の一覧および転動疲労寿命評価結果の一覧を表３に示す。
【００５６】
【表３】

【００５７】
転動疲労寿命試験の結果、本実施例１〜４は、比較例１〜７に対して、大幅に転動疲労寿命が向上していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】トロイダル式無段変速機の構造例を示す断面説明図である。
【図２】炭素含有量とマルテンサイト結晶粒の平均結晶粒径、マルテンサイト面積率およびＭｓ点（マルテンサイト変態開始温度）との関係を示すグラフである。
【図３】マルテンサイト結晶粒の平均結晶粒径を測定する要領を示す説明図である。
【図４】スラスト型転動疲労試験機の概要を示す説明図である。
【図５】本発明の実施例および比較例で用いた熱処理パターンＡ，Ｂの説明図である。
【符号の説明】
１トロイダル式無段変速機
２入力ディスク（金属製転動体）
３出力ディスク（金属製転動体）
４入力軸
６パワーローラ（金属製転動体）
７パワーローラ（金属製転動体）
１３出力軸
２１スラスト型転動疲労試験機
２２トラクション油浴
２３試験片[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal rolling element used as a component of a continuously variable transmission such as a toroidal continuously variable transmission, and more particularly to a rolling element for a continuously variable transmission that contributes to improving the rolling fatigue strength of the metal rolling element. It is about.
[0002]
[Prior art]
An example of a conventional toroidal continuously variable transmission is shown in FIG. In this toroidal continuously variable transmission 1, an input disk 2 and an output disk 3 are coaxially opposed to each other in a housing (not shown). An input shaft 4 passes through an axial center portion of the toroidal transmission unit having the input disk 2 and the output disk 3, and a loading cam 5 is disposed at one end of the input shaft 4. The loading cam 5 is configured to transmit the power (rotational force) of the input shaft 4 to the input disk 2 via a cam roller.
[0003]
The input disk 2 and the output disk 3 have substantially the same shape and are arranged symmetrically, and are formed on a toroidal surface so that their opposing surfaces cooperate to form a substantially semicircular shape when viewed in the axial cross section. A pair of power transmission rollers 6 and 7 are disposed in contact with the input disk 2 and the output disk 3 in a toroidal cavity formed by the toroidal surfaces of the input disk 2 and the output disk 3.
[0004]
In this case, the power rollers 6 and 7 are pivotally attached to the

trunnions

11 and 12 via the pivot shafts 8 and 9, and are centered on a pivot shaft that is the center of the toroidal surfaces of the input disk 2 and the output disk 3. It is supported to tilt freely. Then, lubricating oil (traction oil) having a large viscous frictional resistance is supplied to the contact surfaces of the input disk 2 and the output disk 3 and the power rollers 6 and 7, and the power input to the input disk 2 is supplied to the lubricating oil film and the power. The structure is such that it is transmitted to the output disk 3 via rollers 6 and 7.
[0005]
In addition, the input disk 2 and the output disk 3 are in a state independent of the input shaft 4 via the needle (a state that is not directly influenced by the power of the input shaft 4). The output disk 3 is provided with an output shaft 13 that is disposed in parallel with the input shaft 4 and is rotatably supported by the housing via an angular bearing.
[0006]
In the toroidal continuously variable transmission 1, the power of the input shaft 4 is transmitted to the loading cam 5. When the loading cam 5 rotates due to the transmission of this power, this power is transmitted to the input disk 2 via the cam roller, and the input disk 2 rotates. The power generated by the rotation of the input disk 2 is transmitted to the output disk 3 via the power rollers 6 and 7. The output disk 3 rotates integrally with the output shaft 13.
[0007]
At the time of shifting, the two

trunnions

11 and 12 are moved by a minute distance in the pivot axis direction. That is, by the axial movement of the

trunnions

11 and 12, the rotation axis of the power rollers 6 and 7 and the axis of the input disk 2 and the output disk 3 are disconnected. For this reason, the power rollers 6 and 7 are tilted on the curved surfaces of the input disk 2 and the output disk 3, and as a result, the speed ratio is changed and deceleration or acceleration is performed.
[0008]
As rolling elements used in such a continuously variable transmission, there are conventional examples disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-71555 and 10-103440. Further, as rolling elements, there are conventional examples (Japanese Patent Laid-Open Nos. 7-71555, 10-103440, etc.) in which carburizing steel is ground and finished.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the toroidal-type continuously variable transmission (FIG. 1), the disk and the power roller transmit power by performing traction drive through an oil film of traction oil. When this is driven, the disk and the power roller Since a high pressing load is applied between the traction surface and the power roller bearing groove portion, for example, the maximum contact surface pressure rolls under a high surface pressure reaching a maximum of 3 GPa or more.
[0010]
Up to now, as rolling elements, carburizing or carbonitriding and quenching were performed, and grinding finishing was performed, and the effective hardened layer depth was defined (Japanese Patent Laid-Open No. 7-71555), or the rolling part surface layer There are those that define the total carbon concentration (Japanese Patent Laid-Open No. 10-103440, etc.), but in order to reduce the size or increase the capacity of the transmission, the surface pressure is further increased and the rolling fatigue strength is improved. is required.
[0011]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made to solve such conventional problems, and further improves the rolling fatigue strength of a rolling element for a continuously variable transmission such as a toroidal continuously variable transmission. It is aimed.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
A rolling element for a continuously variable transmission according to the present invention is a continuously variable transmission constituted by using a plurality of metal rolling elements that are in contact with each other via lubricating oil. The metal structure of the rolling part surface layer of the moving body is a structure mainly composed of a martensite structure, and the solid solution carbon concentration in the martensite of the martensite structure is 0.75 wt% or more and 0.8 wt% or less, and the martensite crystal The average crystal grain size of the grains is 0.5 μm or less.
[0014]
Moreover, in the rolling element for continuously variable transmission according to the present invention, as described in claim 2, the total carbon concentration of the rolling member surface layer of the rolling element is 0.8 wt% or more, and Spherical carbide may be dispersed and precipitated.
[0015]
Further, in the rolling element for continuously variable transmission according to the present invention, as described in claim 3, the precipitation amount of the pseudospherical carbide may be 2 area% or more.
[0016]
Moreover, in the rolling element for continuously variable transmission which concerns on this invention, as described in Claim 4, the average carbide particle diameter of pseudo-spherical carbide shall be 0.3 micrometer or less.
[0017]
Furthermore, in the rolling element for continuously variable transmission according to the present invention, as described in claim 5, residual austenite is present in the metal structure of the rolling part surface layer of the rolling element, and the amount of residual austenite is It may be 30 area% or more.
[0018]
Furthermore, in the rolling element for continuously variable transmission according to the present invention, as described in claim 6, the metal rolling element may be a power roller of a toroidal continuously variable transmission. .
[0019]
[Effects of the Invention]
The structure of the rolling element for continuously variable transmission which concerns on this invention and those reasons for limitation are demonstrated.
[0020]
As described above, in the present invention, the metal structure of the rolling part surface layer of the rolling element is a structure mainly composed of a martensite structure, and the average crystal grain size of the martensite crystal grains is defined as 0.5 μm or less. Is.
[0021]
In the case of internal-origin type rolling fatigue delamination, the martensite structure, which is the base structure directly under the rolling part, is decomposed by repeated heat generation and shear stress due to rolling, resulting in a decrease in strength and toughness, resulting in cracks. And it propagates. At this time, if the martensite crystal grains are small, the division / decomposition resistance of the martensite crystal grains is increased, and the base structure subjected to fatigue is toughened, thereby improving the rolling fatigue strength.
[0022]
The solid solution carbon concentration in the martensite of the martensite structure is 0.75 wt% or more and 0.8 wt% or less.
[0023]
Martensite has a mixed structure of lath martensite and lenticular martensite in the range where the solid solution carbon concentration in martensite is 0.6 wt% or more and 1.0 wt% or less, and if it is less than 0.6 wt%, only lath martensite is 1 If it exceeds 0.0 wt%, only lenticular martensite is obtained (reference: AR Marder and G. Krauss, Transactions of the ASM, Vol. 60, (1967), p. 651).
[0024]
Among these, as for the lath martensite, as the solute carbon concentration increases, the crystal grains become smaller and the area ratio also tends to decrease. On the other hand, lenticular martensite is formed when the solute carbon concentration is high, the crystal grains are larger than that of lath martensite, and the area ratio tends to increase as the solute carbon concentration increases (references: T. Maki, K. Tsuzaki and I. Tamura, Journal of Japan society for Iron &
Steel, Vol. 65, no. 5, (1969), p. 515 (in Japan)). In addition, lenticular martensite is harder and more brittle than lath martensite, and lath martensite has a slightly lower hardness but a harsh nature. The above is summarized in FIG.
[0025]
As shown in FIG. 2, when the solid solution carbon concentration in martensite is 0.75 wt% or more and 0.8 wt% or less, a structure in which lath martensite and lenticular martensite are mixed at an optimum ratio is obtained, and is tough. Form an organization. Further, the average crystal grain size of the martensite crystal grains is minimized within this range, and high toughness can be obtained from the viewpoint of crystal grains. Therefore, outside this range, the average crystal grain size becomes large and the toughness is impaired.
[0026]
Moreover, it is preferable that the total carbon concentration of the rolling part surface layer of the rolling element is 0.8 wt% or more, and the pseudospherical carbide is dispersed and precipitated. As described above, since the rolling elements roll at a high temperature, high-temperature softening resistance is required. This high temperature softening resistance improves with increasing total carbon concentration. And if it is less than 0.8 wt%, it is difficult to ensure sufficient high-temperature softening resistance, so 0.8 wt% or more is preferable. Further, by finely dispersing pseudo-spherical carbide that is stable against heat, high-temperature softening resistance can be improved and hardness at room temperature can be improved.
[0027]
Furthermore, the amount of the quasi-spherical carbide deposited is preferably 2% by area or more, and if it is 2% or more, the above-described effect is further enhanced.
[0028]
The average carbide particle size of the pseudospherical carbide is preferably 0.3 μm or less, and if it exceeds 0.3 μm, there is a high possibility that huge carbides are contained therein, and the large carbides are a stress concentration source. This is not preferable because the probability of peeling becomes high.
[0029]
And it is preferable that a retained austenite exists in the metal structure of the rolling part surface layer of the said rolling element, and the amount of retained austenites is 30 area% or more. This retained austenite has the effect of relaxing stress concentration around the indentation formed by the penetration of foreign matter on the surface, the effect of acting as a cushion at the crack tip, and the effect of increasing crack propagation resistance. When the amount of retained austenite is 30% by area or more, these effects are further enhanced.
[0030]
Next, the measurement method of the average grain size of the martensite crystal grains specified in the present invention, the solid solution carbon concentration in the martensite, the amount of precipitated carbide (area ratio), and the average grain size will be described below. .
[0031]
(Average grain size of martensite grains)
The average grain size of the martensite crystal grains is obtained by TEM observation of the surface layer structure and image analysis of the TEM photograph by the following method (FIG. 3).
[0032]
TEM photographs are taken at a magnification of 20000 times, and 6 fields of view are taken for each sample at different locations.
[0033]
Next, a transparent sheet is placed on the TEM photograph, lines are drawn along the martensite grains, and image processing is performed using the sheet. For each crystal grain, the equivalent circle diameter is calculated, and the average equivalent circle diameter of the martensite crystal grain is obtained by statistical processing from six photographs. The average equivalent circular diameter thus determined is defined as the average crystal grain size of the martensite crystal grains.
[0034]
(Solution of carbon in martensite)
The solid solution carbon concentration (C _M ) in martensite is determined using the following formula.
[0035]
[Formula 1]

[0036]
In formula (1), the total carbon concentration (C _total ) is a value measured by fluorescence emission analysis. Moreover, the value measured using TEM-EDX is used for the carbon concentration (Cc, C _M ) in carbide and martensite. Furthermore, the value calculated | required with the following method is used for the area ratio (fc) of a carbide | carbonized_material.
[0037]
(Carbide area ratio and average particle size)
The area ratio and average particle diameter of the carbide are obtained by performing SEM observation of the surface layer structure and analyzing the image of the SEM photograph by the following method.
[0038]
SEM photographs are taken at a magnification of 10000 times, and 5 or more fields are taken for each sample at different locations. The photo emphasizes the contrast so that the carbides are white and the base is black. Next, image processing is performed using these photographs, and the average equivalent circular diameter and area ratio of carbides are calculated by statistical processing. The values thus determined are defined as the average particle size and area ratio of carbides.
[0039]
【The invention's effect】
According to the rolling element for a continuously variable transmission according to the present invention, as described in claim 1, in the continuously variable transmission configured using a plurality of metal rolling elements that are in contact with each other via lubricating oil, The metal structure of the rolling part surface layer is a structure mainly composed of a martensite structure, and the solid solution carbon concentration in the martensite of the martensite structure is 0.75 wt% or more and 0.8 wt% or less, and the martensite crystal grains Since the average crystal grain size is 0.5 μm or less, the rolling fatigue strength of a rolling element for a continuously variable transmission such as a toroidal continuously variable transmission can be further improved. Effect. In addition, it becomes a structure in which lath martensite and lenticular martensite are mixed in an optimal ratio, and it is possible to form a tough structure to further improve the rolling fatigue strength of the rolling element for continuously variable transmission. Excellent effect.
[0041]
Further, as described in claim 2, the rolling element surface layer has a total carbon concentration of 0.8 wt% or more and pseudospherical carbides are dispersed and precipitated. Even if it slides at a high temperature, it has a remarkably excellent effect that it can be made to have sufficient high-temperature softening resistance.
[0042]
Furthermore, as described in claim 3, it is possible to finely disperse heat-stable pseudospherical carbide by setting the precipitation amount of pseudospherical carbide to 2 area% or more. Thus, the remarkably excellent effect that the high temperature softening resistance and the hardness at normal temperature can be further improved is brought about.
[0043]
Furthermore, as described in claim 4, by setting the average carbide particle size of the pseudospherical carbide to be 0.3 μm or less, the possibility that a huge carbide is included is reduced, and the A remarkable effect is obtained that it is possible to prevent the occurrence of peeling due to the carbide acting as a stress concentration source.
[0044]
Furthermore, as described in claim 5, residual austenite is present in the metal structure of the rolling part surface layer of the rolling element, and the residual austenite amount is 30% by area or more. Austenite plays the role of a cushion at the crack tip, and has the remarkable effect that it is possible to prevent the progress of the crack by increasing the crack propagation resistance.
[0045]
Furthermore, as described in claim 6, the metal rolling element is a power roller of a toroidal-type continuously variable transmission, whereby a power roller that is a rolling element for a toroidal-type continuously variable transmission is provided. The remarkably excellent effect that it is possible to further improve the rolling fatigue life is brought about.
[0046]
【Example】
In the following, with respect to the rolling elements of the present invention, some examples will be given and their usefulness will be shown in comparison with comparative examples, but it goes without saying that the present invention is not limited only to the examples shown below. .
[0047]
In addition, the value measured by the above-mentioned method was used for each measured value which concerns on this invention.
[0048]
First, a method for evaluating the rolling fatigue strength of the test piece according to this example will be described.
[0049]
The rolling fatigue strength of the product of the present invention was evaluated using a thrust type rolling fatigue testing machine 21 shown in FIG. The test was performed in a traction oil bath 22 having an oil temperature of 100 ° C. while pressing the test piece 23 through a steel ball 24 at a maximum contact surface pressure of 5.2 GPa and a rotation speed of 2000 rpm. The rolling fatigue life was detected by a vibration sensor, and the total number of repetitions until the test piece peeled was regarded as the life.
[0050]
Next, the manufacturing method of the test piece which concerns on a present Example is demonstrated.
[0051]
In any of the test pieces of Examples and Comparative Examples shown below, the raw materials having the compositions shown in Table 1 were subjected to carbonitriding and quenching and tempering under the heat treatment conditions shown in FIGS. The test piece after the heat treatment was ground in the range of 0.2 to 0.5 mm, and then superfinished so that the surface roughness was Ra 0.03.
[0052]
In this embodiment, carbonitriding and quenching are described. However, carburizing and quenching and quenching and quenching of bearing steel or the like may be used.
[0053]
[Table 1]

[0054]
[Table 2]

[0055]
Table 3 shows a list of the results of analyzing the heat treatment quality of each sample thus prepared and a list of the results of rolling fatigue life evaluation.
[0056]
[Table 3]

[0057]
As a result of the rolling fatigue life test, it was confirmed that in Examples 1-4, the rolling fatigue life was significantly improved as compared with Comparative Examples 1-7.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view showing a structural example of a toroidal continuously variable transmission.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between carbon content, average grain size of martensite crystal grains, martensite area ratio, and Ms point (martensite transformation start temperature).
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a procedure for measuring an average crystal grain size of martensite crystal grains.
FIG. 4 is an explanatory view showing an outline of a thrust type rolling fatigue tester.
FIG. 5 is an explanatory diagram of heat treatment patterns A and B used in Examples and Comparative Examples of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Toroidal continuously variable transmission 2 Input disc (metal rolling element)
3 Output disc (metal rolling element)
4 Input shaft 6 Power roller (Metal rolling element)
7 Power roller (Metal rolling element)
13 Output shaft 21 Thrust type rolling fatigue tester 22 Traction oil bath 23 Test piece

Claims

In a continuously variable transmission configured using a plurality of metal rolling elements that are in contact with each other via a lubricating oil, the metal structure of the rolling part surface layer of the rolling element is a structure mainly composed of a martensite structure and a martensite structure The solid solution carbon concentration in martensite is 0.75 wt% or more and 0.8 wt% or less, and the average crystal grain size of martensite crystal grains is 0.5 μm or less. Moving body.

The rolling element for a continuously variable transmission according to claim 1, wherein the total carbon concentration in the surface layer of the rolling part of the rolling element is 0.8 wt% or more, and pseudospherical carbide is dispersed and precipitated.

The rolling element for a continuously variable transmission according to claim 2, wherein the precipitation amount of the pseudospherical carbide is 2 area% or more.

The rolling element for a continuously variable transmission according to claim 2 or 3, wherein an average carbide particle size of the pseudospherical carbide is 0.3 µm or less.

The continuously variable transmission according to any one of claims 1 to 4, wherein residual austenite is present in a metal structure of a rolling part surface layer of the rolling element, and a residual austenite amount is 30 area% or more. Rolling elements for use.

The rolling element for a continuously variable transmission according to any one of claims 1 to 5, wherein the metal rolling element is a power roller of a toroidal-type continuously variable transmission.