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。     

氮碳共渗45钢的滚动接触疲劳失效机理

利用盐浴氮碳共渗对45钢进行表面改性,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和光学显微镜(OM)等测试手段对改性层的显微结构和组织性能进行了表征。基于球盘式接触疲劳试验机研究了改性层在不同状态下的接触疲劳性能,并采用扫描电子显微镜(SEM)对失效形貌进行了分析。结果表明:45钢氮碳共渗改性层的疲劳裂纹萌生于表面和次表面,失效形式以剥落和表面磨损为主;疏松的白亮层降低了改性层的抗接触疲劳性能,扩散层上保留的5～8μm致密白亮层能有效提高改性层的抗接触疲劳性能。     

高合金表面硬化轴承钢的滚动接触疲劳行为研究

目的 探究高合金表面硬化轴承钢的滚动接触疲劳失效机理,以提高钢的疲劳寿命.方法 在球棒滚动接触疲劳试验机上进行滚动接触疲劳试验,测试试验钢的疲劳寿命,其中,滚动体为GCr15钢,钢棒为高合金表面硬化轴承钢.采用显微硬度仪、光学显微镜、扫描电子显微镜和Thermo-Calc热力学计算软件等,分析了失效钢棒的渗碳层深度、碳化物类型、碳化物分布,研究钢棒表面磨损行为和滚动接触疲劳的失效类型、裂纹起裂原因、裂纹扩展机理.结果 试验钢棒经表面渗碳处理后,渗碳层深度达到1.6 mm,表面硬度最高为827HV.渗碳层碳化物为M23C6、M7C3、M6C,其中,M23C6主要分布在渗碳层晶界上,M7C3和M6C主要分布在晶体内部.试验钢棒在5 GPa接触应力下循环1.02×109周次后,其滚道深度为9.3μm,压入量为0.093％.球棒润滑状态为部分膜弹流润滑,随着疲劳周次的增加,表面磨损加剧,磨损类型为疲劳磨损.循环2.76×108周次后,钢棒发生剥落失效,失效类型为渗碳层碳化物引起的表面起裂失效和次表面剪切应力引起的次表面起裂失效.在剥落坑下部,发现白蚀区(white etching area,WEA),WEA的硬度为684HV,比基体的硬度升高了25.4％.在WEA内,与滚动方向呈一定角度的小裂纹汇聚形成主裂纹,主裂纹穿过渗碳层,终止于距表面1.5 mm处.在距表面560μm处,发现宽度为610μm的黑蚀区(dark etching regions,DER),DER的硬度为612HV,比基体的硬度降低了10.5％.结论 控制渗碳层的碳化物尺寸和形状,可以进一步提高高合金表面硬化轴承钢滚动接触疲劳寿命.     

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。     

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。     

深层滚压加工对高碳铬轴承钢超长寿命疲劳行为的影响

深层滚压加工对高碳铬轴承钢超长寿命疲劳行为的研究表明：与深层滚压加工前相同，在高应力幅短寿命区，疲劳裂纹萌生于试样表面；由于表面压缩残余应力的影响，疲劳强度有所提高．在低应力幅长寿命区，疲劳裂纹萌生位置从未经深层滚压加工试样的次表面向深层滚压加工试样内部没有压缩残余应力和硬化层的位置转移；因弯曲应力梯度的影响，疲劳强度有了较大的提高．深层滚压加工可以提高高碳铬轴承钢在超长寿命区的旋转弯曲疲劳强度．     

直升机主减速器用离合器自由轮表面铬碳相渗层 失效分析

直升机主减速器用离合器自由轮在使用过程中出现了表面渗层剥落失效问题,本研究采用体式显微镜观察、扫描电镜观察、金相分析、硬度分析、XRD分析等方法,对铬碳相渗层的剥落原因进行了分析。分析结果表明,渗层剥落的机理为接触疲劳剥落,渗层内部存在的显微孔洞在循环载荷的作用下产生的微裂纹扩展,是造成渗层剥落产生的主要原因,随着微裂纹的扩展,表面出现轻微剥落区域,剥落区域的出现造成了邻近区域的的应力集中,促进了剥落区域边缘贯穿裂纹的形成,加剧了剥落。同时,渗层的局部剥落,造成的承载区域减小,应力上升,促进了新剥落区域的产生,最终多个剥落区域扩展,形成贯穿性渗层剥落。     

热轧辊轴承失效分析

通过对热轧辊轴承失效件的化学成分，金相组织，夹杂物观察，表层碳浓度和表面硬度测量，剥落块显微形貌分析，结果表明轴承工作面产生早期失效的原因是：较大尺寸的夹杂物在切应力的作用下萌生微型纹成为疲劳源，疲劳裂纹倾斜扩展至表面从而导致轴承圈工作面产生剥落损伤。     

航空发动机轴承钢高温碳氮共渗的渗层组织与性能

航空发动机轴承用Ｍ５０ＮｉＬ钢高温碳氮共渗,可获得均匀细小的淬火,回火组织,其疲劳裂纹扩展抗力和高温硬度高于Ｍ５０钢。分析认为,疲劳裂纹沿渗层的扩展行 残余奥氏体的诱发裂纹闭合效应,残余压应力,以及渗层塑性,韧性对断裂机制的影响有在;     

表面纳米化对工业纯锆四点弯曲疲劳性能的影响

采用表面机械研磨工艺对工业纯锆进行处理,利用四点弯曲疲劳试验对试样的疲劳性能进行测试。通过对试样微观组织观察、显微硬度和残余应力表征,并结合有限元方法对四点弯曲试样应力分布的模拟,分析表面纳米化对工业纯锆四点弯曲疲劳性能的影响机理。研究表明,表面纳米化工业纯锆相对于原始试样疲劳极限提高约23%。这是由于原始工业纯锆在加载时最大拉应力位于试样表层,导致疲劳裂纹在表层萌生,而表面纳米化工业纯锆由于组织强化及残余压应力作用,使疲劳强度得到提高,并且使裂纹在次表层萌生,从而获得较好的疲劳性能。     

Effect of Residual Stress on Fatigue Failure of Carbonitrided Low-Carbon Steel

The effect of residual stress on fatigue behavior and mechanisms of carbonitrided AISI 1015 steel under uniaxial cyclic loading has been experimentally studied. By progressive removal of thin surface layers using an electropolishing technique and subsequent residual stress measurements using an x-ray diffraction technique, the compressive residual stress at the surface was approximately 900 MPa. The stress decreased toward the center, and became stable tensile residual stress of approximately 20 MPa. The fatigue resistance of carbonitrided AISI 1015 steel was higher than that of AISI 1015 steel due to the presence of compressive residual stress in case layer. The fatigue limit of AISI 1015 steels with and without carbonitriding was 340 and 300 MPa, respectively. Subsurface cracks initiated at the case-core interface, i.e. approximately 400 μm from the surface. With increasing number of stress cycles, the subsurface cracks coalesced and propagated intergranularly through the case layer. After some incubation cycles, the subsurface cracks reached the surface of specimen, and became a main crack. During this stage, the stress increased, and caused the formation of voids in core material. Consequently, the crack propagated through the core material, interacted with voids, and caused complete fracture.     

碳氮共渗后的组织对应力及性能的影响

研究了25MnTiBR碳氮共渗后的组织对应力及性能的影响。结果表明:碳氮共渗后,如果热处理不当,在表面形成非马氏体黑色组织,则此层即为拉应力,使多冲疲劳性能大幅度下降。     

自保护碳氮共渗膏剂的工艺特性研究

研究了一种自保护碳氮共渗膏剂，探讨了该膏剂的自保护机理、碳热变化和碳扩散距离，测定了碳氮共渗层的成分、相组成、显微组织及性能。试验表明，经该膏剂碳氮共渗处理试样的表面硬度、耐磨性及渗速均优于气体碳氮共渗，该工艺适用于工件的局部碳氮共渗。     

16Cr3NiWMoVNbE齿轮钢的疲劳性能与裂纹萌生

采用真空感应熔炼+真空自耗重熔(VIM+VAR)工艺制备16Cr3NiWMoVNbE齿轮钢。测定了试验钢的疲劳极限和S-N曲线。通过观察断口,分析疲劳萌生类型和影响因素。结果表明:疲劳极限强度达到773 MPa,疲劳裂纹萌生于表面驻留滑移带、表面缺陷、近表面夹杂物和次表面夹杂物。表面驻留滑移带萌生疲劳裂纹占13%,表面缺陷萌生裂纹占33.3%,近表面夹杂物萌生占40%,次表面夹杂物萌生占13%。当疲劳裂纹萌生于内部夹杂物时,疲劳寿命随应力的增大而减小;在一定实际应力作用下,疲劳寿命随夹杂物尺寸的增大而减小。随着实际应力增加,疲劳裂纹萌生的夹杂物临界尺寸减小。     

UCM轧机中间辊接触疲劳硬化层深度研究

通过现场跟踪、形貌观测、硬度检测和理论计算的方法，对UCM轧机中间辊在正常轧制周期内辊身表面接触疲劳硬化层深度进行研究，给出了正常轧制下机后中间辊磨削运维的建议，降低了该类轧机中间辊失效的风险。UCM轧机中间辊在正常轧制周期内，在轧制力和辊间循环接触应力的叠加下，其辊身表面产生接触疲劳硬化，辊身中部硬度可提升HSD 1~2，相应操作侧硬度与新辊相比变化不大，但传动侧由于轴向窜入受轧制力和循环接触应力的作用在距端部100 mm左右位置硬度会增加HSD 5~6，接触疲劳硬化明显。根据Hertz接触疲劳理论计算得出，在此工况下中间辊辊身表面最大剪切应力出现在轧辊表面以下0.3 mm左右（半径方向），通过设计直径方向0.6 mm的修磨量可有效去除疲劳硬化层，使辊身表面硬度恢复至新辊硬度值，随后继续上机使用可有效降低轧辊失效的风险。     

低碳钢在滚压过程中的强化和损伤

20Cr钢低碳马氏体试样表面滚压后,同时存在强化和损伤两个对立的因素。本文讨论了这两个因素对疲劳性能的影响,随滚压力的增加疲劳极限出现一个最佳值,它和疲劳源、残余应力分布及表面损伤有关。出现表下源并不一定和最佳滚压力相对应。     

碳氮共渗-深层稀土硼碳氮共渗复合处理在20Cr钢耐火砖模具中的应用

在20Cr钢耐火砖模具表面进行了碳氮共渗-深层稀土硼碳氮共渗复合处理的生产试验研究.结果表明,复合处理硬化层的硬度梯度较平缓,稀土硼碳氮共渗层、碳氮共渗层以及基体形成了冶金结合,使模具寿命提高了80%以上.     

自攻螺钉碳氮共渗黑色组织的产生及防止

对集装箱自攻螺钉在１８０ＫＷ无马弗网带炉机组上进行碳氮共渗后,出现渗层表面硬度分散的现象,进行金相分析,发现在离表面４０μｍ的范围内存在着点状黑色组织,导致渗层表面硬度偏低。检验证明点状黑色组织属孔洞,通过工艺试验找到可有效防止黑色组织产生的措施,使碳氮共渗表面硬度趋向集中并服从正态规律分布,使产品的质量更加稳定。