铁素体对大型调质齿轮钢疲劳点蚀性能的影响

针对大模数齿轮常用钢种45CrMnMo及42CrMo进行亚温淬火得到铁素体/马氏体复柑组织,通过系统的接触疲劳试验,研究了铁素体量与中碳合金钢疲劳点蚀寿命之间的关系。结果表明,在中硬度HRC37下,铁素体量对45CrMnMo及42CrMo钢的点蚀寿命有着明显的影响。随铁素体量增加疲劳点蚀寿命提高,但存在一个最佳峰值,对应的铁素体量,42CrMo为10%,45CrMnMo则为12%。     

喷丸对25CrNi2MoV钢滚动接触疲劳性能的影响

目的提高25CrNi2MoV钢的滚动接触疲劳性能。方法对25CrNi2MoV钢进行表面喷丸处理,并采用3D形貌仪、光学显微镜、显微硬度仪、X射线应力分析仪与滚动接触疲劳试验机等仪器,对试样表面形貌、表面显微组织、显微硬度、表面残余压应力与滚动接触疲劳性能等进行测试分析。结果与未处理试样相比,经喷丸处理后,试样表面形貌由磨削加工槽型向酒窝状的弹坑转变,表面粗糙度增大,表面显微硬度由503HV0.2增大到577HV0.2,增加了14.7%,表面残余压应力由-90.0 MPa增大到-758.0 MPa。当喷丸强度为0.445 mmA时,试样具有最好的滚动接触疲劳寿命,其额定寿命(L10)、中值寿命(L50)、特征寿命(L63.2)分别为4.973×10^6次、6.578×10^6次和6.945×10^6次,分别是未处理试样对应寿命的11.1倍、7.3倍和7.0倍,试样滚动接触疲劳失效形式主要为疲劳剥落。当喷丸强度为0.596 mmA时,试样表面出现微裂纹,导致滚动接触疲劳寿命降低,此时试样疲劳失效形式主要为点蚀与疲劳剥落。未处理试样疲劳失效形式主要为分层。结论喷丸处理能细化试样表层晶粒组织,增大试样表面粗糙度、表面硬度与表面残余压应力。合适强度的喷丸处理可以抑制试样表面与次表面裂纹的萌生与扩展,显著提高滚动接触疲劳性能。     

齿轮齿条机构多点蚀形貌应力及疲劳寿命分析

针对齿轮齿条式抽油机疲劳寿命不足的问题，对齿轮齿条点蚀产生的接触应力和疲劳寿命进行了研究。首先，采用参数方程建立了实体模型，结合赫兹接触理论对模型进行了精度对比；其次，分析了不同工况下多点蚀形状对于应力产生的影响；最后，计算了多种点蚀对于齿轮齿条机构疲劳寿命的影响。结果显示，低速重载工况下，各点蚀形貌的最大接触应力和最小疲劳寿命都出现在点蚀缺陷的接触长度改变最大处，椭圆形和正六边形点蚀受形貌影响最大。     

CL60车轮钢热处理后的接触疲劳寿命

研究了CL60钢在830 ℃保温30 min后马上放入水中冷却3~5 s,然后在500 ℃回火40 min,最后空冷至室温后的显微组织、力学性能及接触疲劳寿命,分析了夹杂物和残余应力对其接触疲劳寿命的影响。结果表明,热处理后,CL60车轮钢组织为细小均匀的索氏体,强塑性得到提高。径向载荷F＞1500 N时,随着径向载荷的增大,接触疲劳寿命呈几何倍数下降。组织中氧化铝夹杂降低车轮钢的接触疲劳强度,而硫化物对接触疲劳寿命影响较小。热处理后残余压应力增加,从而延长CL60钢接触疲劳寿命。     

42CrMo钢亚温淬火未溶铁素体含量对接触疲劳性能的影响

本文研究了42CrMo钢经亚温淬火后未溶铁素体含量对接触疲劳性能的影响。试验结果表明,M+F双相组织的接触疲劳寿命比单一M组织的疲劳寿命高,接触疲劳寿命随未溶铁素体含量的增加而相应提高,在本试验条件下,当铁素体含量约为10%时,接触疲劳寿命为最佳。     

深淬硬层冷轧辊用钢的端淬曲线

测定了不同冷轧辊用钢的端淬曲线、奥氏体晶粒度和接触疲劳寿命，结果表明：新型冷轧辊用钢的淬透深度达35-40mm，且具有低的过热敏感性和高的接触疲劳寿命。     

陶瓷润滑油添加剂对钢/钢摩擦副摩擦学性能的影响

研究了金属陶瓷润滑油添加剂在球（销）盘磨损试验机上对钢/钢摩擦副摩擦学性能的影响及其作用机理,采用扫描电镜,原子力显微镜,纳米压痕仪,X光衍射仪等仪器对摩擦表面形成的金属陶瓷修复层进行了分析.结果表明,该添加剂对钢/钢摩擦副具有很好的抗磨作用,试验中反复出现的负磨损现象体现了其显著的动态自修复功能;在钢/钢摩擦副表面形成的金属陶瓷修复层,粗糙度可低至十几个纳米,硬度高达16GPa,对改善摩擦学性能发挥了重要作用;但XRD广角衍射和小角掠射的分析都只发现基体α-Fe相,没有发现其它新相.陶瓷润滑油添加剂代表当前添加剂领域中一种最新发展趋势,其作用机理有待进一步深入系统的研究.     

稀土氮碳硼共渗对45钢疲劳性能的影响

研究了稀土氮碳硼共渗对45钢疲劳性能的影响。结果表明，稀土氮碳硼共渗处理后，45钢疲劳寿命显著提高，裂纹形成延迟，裂纹扩展速度降低。表面出现残余压应力和表面硬度提高是稀土氮碳硼共渗处理改善45钢疲劳性能的主要原因。     

高强韧性奥氏体—贝氏体双相钢接触疲劳特性研究

考察了具有奥氏体—贝氏体组织的新型低合金超高强度钢的组织结构及力学性能与接触疲劳性能的关系,提出了获得高接触疲劳性能要求的组织、性能合理匹配。结果表现:具有奥—贝组织的低合金超高强度钢(HRC50～52)的接触疲劳寿命是经碳、氮共渗处理的20CrMnTi和SCM420H钢(HRC 58～62)的2～4倍。     

16Cr2Ni2A高速重载机车齿轮钢磨损、疲劳性能的研究

研究了１６Ｃｒ２Ｎｉ２Ａ高速重载大功率机车齿轮钢在定载和变载条例下的磨损性能的变化规律。根据Ｍｉｎｅｒ累积损伤理论,应用Ｌｏｃａｔｉ方法测定了该钢的接触疲劳极限,为了更好地吻合服役条件,测定了该钢的实物单齿弯曲疲劳寿命。     

Rolling contact fatigue and mechanical properties of titanium carbide film synthesized on bearing steel surface

The effect of plasma immersion ion implantation and deposition (PIII&D) titanium carbide (TiC) film on the rolling contact fatigue (RCF) life of coated on AISI52100 bearing steel surface is studied experimentally. Testing include plan-view optical microscopy (OM), X-ray diffraction (XRD), friction and wear behaviors, rolling contact fatigue life and nano-indentation measurements. XRD patterns show that titanium carbide phase is formed in the film, and the microhardness of treated samples is higher than that of substrate. Rolling contact fatigue failure tracks were observed using conventional light microscope. Surface wear and adhesive delamination existed. Results indicate that the maximum RCF life of the treated sample prolong by 6.5 times at a Hertzian stress level of 5.1 GPa and 90% confidence level, respectively. Comparison with the substrate, the maximum microhardness of treated specimen is increased by 28.4%. The friction coefficient decreased from 0.95 to 0.15 under identical wear conditions. This remarkable fatigue performance appears to be due to a combination of improved microstructure, adhesion, hardness and surface topography. Therefore, the PIII&D is regarded as one of the promising technologies for improving the RCF life of bearing.     

滚动轴承钢冶金质量与疲劳性能现状及高端轴承钢发展方向

本文首先介绍了以GCr15为代表的第一代轴承钢、以M50和M50NiL为代表的第二代轴承钢、以Cronidur30和CSS-42L为代表的第三代轴承钢的发展历程,提出了以轻质化为特征的第四代轴承合金发展方向;通过对传统轴承钢的冶金质量和疲劳性能等归纳分析,提出了大颗粒夹杂物和碳化物细质化与均匀化的轴承钢冶金质量控制方向,揭示了轴承钢接触疲劳的夹杂物控制机制和碳化物控制的2种不同抗疲劳机制;通过对传统轴承钢GCr15的超高纯冶金质量控制工艺技术与定量表征技术的国内外最新进展,提出了超高纯与等向性的高端轴承钢冶金质量控制发展方向;通过对轴承钢GCr15和CSS-42L的基体和碳化物超细化的整体热处理技术与表面渗碳技术研究,创新研发出双细化热处理和表面超硬化热处理,从而将轴承钢GCr15的室温接触疲劳寿命提高到5倍和10倍以上。文章最后针对轴承钢的冶金质量与性能进行了检验检测技术分析,指出定量检验检测技术的应用是高性能轴承钢的重要保障。     

低碳钢电弧熔覆增材层摩擦磨损及抗腐蚀性能

目的 针对低碳钢零件的破损失效采用TIG焊电弧熔覆增材制造工艺，研究低碳钢电弧熔覆修复使其达到再制造零件性能要求的可行性，为实现TIG焊修复应用提供保证。方法 通过TIG焊熔覆在低碳钢坡口处，对熔覆接头的显微组织进行分析，并测试修复后的增材层表面硬度性能。使用Nanovea Tribometer摩擦磨损仪和NanoveaPS50表面轮廓仪，对基体和增材层进行摩擦性能测试，并表征摩擦磨损后的表面形貌，探究磨损机理。采用电化学工作站对基体和增材层的腐蚀性能进行分析。结果 修复后的增材层显微硬度（220.17HV）高于基体且其摩擦性能和腐蚀性能优于基体，随着磨损载荷的增加，增材层的摩擦系数逐渐降低，磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损。增材层表面组织均匀细小，在NaCl溶液中点蚀坑小且分散，增材层的腐蚀电流密度（1.8349×10-6 A/cm2）小于基体的腐蚀电流密度（6.5251×10-5 A/cm2），增材层表面的抗腐蚀能力明显提高。结论 电弧熔覆低碳钢可满足低碳钢零部件现场电弧快速修复对再制造性能的要求，实现了低碳钢破损零部件的表面修复与强化。     

Microstructure and rolling contact fatigue life of austenitic nitrocarburized STB 2 high carbon chromium bearing steel

Microstructures and rolling contact fatigue properties of STB 2 high carbon chromium bearing steel were investigated by means of electron microscopy, hardness tests and rolling contact fatigue tests. In order to examine the influence of the heat treatment process on microstructures and rolling contact fatigue, two kinds of heat treatment processes, quenching/tempering (QT) and austenitic nitrocarburizing were performed on STB 2 steel. Rolling contact fatigue life of the nitrocarburized steel was 3.7 times longer than that of the QT treated steel under a clean lubrication condition and was 1.5 times longer under a contaminated lubrication condition. The amount of retained austenite in the nitrocarburized steel was found to be larger than that in the QT treated steel. As the tempering temperature was increased from 150°C to 300°C, the decrease in hardness for the nitrocarburized steel was smaller than that of the QT treated steel. This means that the nitrocarburized steel is suitable as bearing material for high temperature applications. Very fine Fe₄(Fe(CN)₆)₃ carbonitride of less than l00nm in diameter was found in the nitrocarburized steel. An improvement in rolling contact fatigue life in the nitrocarburized steel was attributed to the combination of the formation of very fine Fe₄(Fe(CN)₆)₃ and retained austenite.     

一种船用低温钢板在干态室温下的往复摩擦特性研究

目的研究新型船用低温钢板的摩擦磨损性能。方法采用UMT-2型多功能摩擦磨损实验机,测试了船用低温钢板在室温干态环境、不同载荷(10、20、30 N)、不同频率(2、5 Hz)下的往复摩擦试验行为。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)分析了船用低温钢板的磨痕表面形貌,用光学轮廓仪分析了磨损表面轮廓,用EDS对试样磨损表面进行了成分分析。结果随着试验法向载荷从10 N增加到30 N时,船用低温钢板的摩擦系数从0.51逐渐增加到0.63,磨损率先增加后降低,再逐渐增加。在相同载荷下,摩擦系数随着往复频率的提高而降低。载荷为30 N时,往复频率为5 Hz,摩擦2 h后,磨损断面轮廓宽度和深度分别为750μm和3871 nm。接触面从磨粒磨损转向疲劳磨损,接触面出现氧化层、表面硬化层和转移层。结论载荷较低时,船用低温钢磨损主要为氧化磨损和疲劳磨损;载荷增大时,接触面磨损出现疲劳磨损。同等载荷下,摩擦系数会随着移动速度的提高有所下降,接触面在摩擦热作用下形成的金属膜有助于降低表面粗糙度,减小摩擦系数。     

8Cr4Mo4V材料钢球滚动接触疲劳试验研究

为了评价当前工艺水平航空主轴承用8Cr4Mo4V材料钢球滚动接触疲劳性能,以9.525 mm直径的8Cr4Mo4V材料钢球为研究载体,采用五球疲劳试验机开展不同应力水平下接触疲劳试验,对试验失效钢球通过失效模式与失效断口演变形式分析,确定试验数据有效性,同时提出简单程序数据处理方法对试验数据进行分析,获得不同失效概率下的钢球疲劳寿命并形成P-N疲劳曲线。结果表明:当前工艺水平航空主轴承用8Cr4Mo4V材料钢球滚动接触疲劳寿命是国外1992年试验国外材料钢球疲劳寿命的3倍以上;通过对9.525 mm直径8Cr4Mo4V材料钢球疲劳试验数据分析,求解出应力寿命函数的待定系数,可预测出不同应力水平下的接触疲劳寿命。     

改性纳米坡缕石在油润滑中的减摩抗磨性能研究

目的探索不同改性剂对纳米坡缕石的表面修饰效果,探究其在油润滑中的减摩抗磨和自修复机理。方法以油酸和钛酸酯作为改性剂对纳米坡缕石进行表面修饰,采用沉降法和透射电子显微镜(TEM)表征改性效果。将选择的改性剂和纳米坡缕石放入球磨机内在线修饰,制备成润滑油添加剂并将其超声分散于纯基础油150N中,形成润滑油分散体系。采用环-盘式摩擦磨损试验机对其摩擦性能进行考察,通过金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)进行微观结构观察与分析,并探究其润滑及自修复机理。结果采用油酸修饰的纳米坡缕石满足润滑油行业的要求,可显著改善润滑油的摩擦学性能。与纯基础油相比,当添加剂含量为3.0%时,45#钢摩擦副磨损表面形成了一层含多种元素的复合陶瓷自修复膜,平均摩擦系数降低了31.3%,磨损量减少了16.0%。结论纳米坡缕石添加剂可随油液流动智能吸附于摩擦界面,阻止摩擦副之间的直接接触,产生纳米滚珠效应。同时,随着界面滑动发生摩擦化学反应生成自修复膜,填补犁沟和划痕,在纳米滚珠和自修复膜共同作用下达到减摩抗磨的效果。     

300M钢表面喷丸强化工艺应用研究

目的 对比和研究300 M钢的铸钢丸和陶瓷丸喷丸强化后的效果,选择合适的300 M钢喷丸强化工艺.方法 采用铸钢弹丸和陶瓷弹丸以不同喷丸强度对300 M钢表面进行喷丸强化,研究对300M钢表面粗糙度、表面残余压应力及疲劳寿命的影响.结果 随着喷丸强度的增大,300 M钢表面粗糙度增大,但在相同或相当的喷丸强度下,采用陶瓷弹丸喷丸强化可获得更小的表面粗糙度;试样表面残余压应力均为先增大后减小,分别在喷丸强度为0.25A和0.2A时达到最大值.在大应力水平试验条件下,两种弹丸不同喷丸强度下的300M钢中值疲劳寿命增益均不明显;在小应力水平试验条件下,两种弹丸不同喷丸强度下的300 M钢中值疲劳寿命增益差异显著,铸钢弹丸喷丸强化最大值达到22,陶瓷弹丸喷丸强化最大值达到38.结论 铸钢丸和陶瓷丸喷丸均可以提高300 M钢的疲劳寿命.相对于铸钢丸喷丸,300M钢的陶瓷丸喷丸后的粗糙度水平更低,疲劳寿命更长.     

低温离子氮碳共渗温度对AerMet100钢摩擦学性能的影响

研究了不同温度对AerMet100钢渗氮层和氮碳共渗层的显微组织、表面硬度、渗层截面硬度梯度以及耐磨性的影响,并考察了渗层的磨损机理。结果表明,氮碳共渗层相较于渗氮层表面生成的化合物更加细小,表面更加平整光滑;离子渗氮、离子氮碳共渗处理都可显著提高AerMet100钢的表面硬度;随着温度的增加,共渗层厚度也明显增加;氮碳共渗层比渗氮层具有更低的摩擦因数,在共渗温度为480 ℃时氮碳共渗试样具有最低摩擦因数和磨损率,表现出最佳的耐磨性。渗氮层的磨损机理为氧化磨损和表面疲劳磨损,氮碳共渗层的磨损机理为氧化磨损、磨粒磨损以及表面疲劳磨损。     

Corrosion fatigue behavior of a steel with sprayed coatings

This paper describes the corrosion fatigue behavior and fracture mechanisms of a steel with different sprayed coatings. Rotating bending fatigue tests were conducted in 3% NaCl solution using specimens of a medium carbon steel with sprayed coatings of a ceramic (Cr₂O₃), a cermet (WC-12%Co) and two metals (Ni-11 % P and Al-2% Zn). The corrosion fatigue process was basically the same for ceramic, cermet, and Ni-11 % P sprayed specimens. That is, the corrosive media could be supplied from the specimen surface to the substrate through cracks initiated during fatigue cycling and/or pores in the coatings, and thus corrosion pits were generated followed by subsequent crack initiation and growth in the substrate. The corrosion fatigue strength of ceramic sprayed specimens was slightly improved compared to that of the substrate steel because the under-coating (Ni-5%A1) could impede the penetration of the corrosive media although the ceramic coating had a poor resistance to cracking under cyclic loading. Cermet sprayed specimens also exhibited improved corrosion fatigue strength because of the high resistance to cracking and the low volume fraction of pores of the coating. In Ni-11 % Psprayed specimens, cracks were initiated in the coating even at low stress levels; thus the corrosion fatigue strength was the same as that of the substrate. Anodic dissolution took place in Al-2 % Zn coating because the coating was electrochemically poor, and thus the substrate was cathodically protected. Therefore, the corrosion fatigue strength of Al-2 % Zn sprayed specimens was enhanced to as high as the fatigue strength of the substrate in room air. Based on the experimental results, a dual-layer coating consisting of WC-12%Co and Al-2%Zn was fatigue tested. The coating was effective at low stress levels and exhibited long life under conditions where corrosion fatigue strength was critical.