碳氮共渗及离子氮化H13钢的抗热疲劳性能

分别制备了调质、离子氮化和碳氮共渗处理的H13钢试样,借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪对其渗层进行了分析,检测了不同处理后H13钢的抗热疲劳性能.结果表明:经过1000次18℃→700℃热疲劳试验后,碳氮共渗H13钢表面萌生了少量的热裂纹;而离子氮化H13钢表面的热裂纹已经形成网状,并且穿透渗氮层扩展到基体内约300 μm;经调质处理的H13钢表面的热裂纹有轻微的发展,扩展到基体内约100μm;三种试样中碳氮共渗处理H13钢的抗热疲劳性能最好.     

一种超高碳型轴承钢的组织及性能研究

介绍了一种含碳量高达1.4%的超高碳轴承钢(UHCBS),并与传统GCr15轴承钢进行了组织及性能对比分析。结果表明：该钢的淬回火组织细小且含有较多的位错亚结构;淬火硬度、回火稳定性及耐磨性均优于GCr15,接触疲劳寿命L₁₀和L₅₀均为GCr15钢的5倍;轴承台架试验寿命为GCr15钢的3～5倍,且试验过程中轴承发热量小,温升低。     

搅拌摩擦修复2A12铝合金的疲劳性能和裂纹扩展行为

对含预制裂纹的2A12铝合金板进行搅拌摩擦修复试验,并对修复后的试样进行热处理。对修复试样与修复后热处理试样分别进行疲劳寿命与裂纹扩展试验,研究其疲劳性能的变化。结果表明:热处理可使修复试样疲劳寿命延长34.79%,修复试样与修复后热处理试样分别达到母材寿命的36.98%和49.89%,裂纹扩展速率均比母材的快,但修复后热处理试样裂纹扩展速率较修复试样低。疲劳断口显示,母材裂纹源多萌生于表面或亚表面夹杂相,修复试样与修复后热处理试样裂纹源多萌生于修复区和母材的界面,且裂纹源通常不止一处。稳定扩展区修复试样的修复区没有河流花样的解理面,而热处理后试样出现与母材类似的致密紧凑疲劳条带。修复试样瞬断区中由大量细小的等轴韧窝组成,而修复后热处理试样韧窝大小不等,但分布均匀。     

前混合水射流喷丸强化表面力学特性及疲劳寿命试验

为获得前混合水射流喷丸强化增益效果,研究前混合水射流喷丸对2A 11铝合金和45钢的表面显微硬度、表面残余压应力和疲劳寿命的影响.采用显微硬度计和X射线应力分析仪分别测定喷丸表面显微硬度和表面残余应力,利用扫描电镜观察疲劳断口形貌,获得喷丸表面显微硬度和表面残余压应力随喷丸压力、扫描速度及靶距的变化规律,指出射流喷丸可以大幅度地提高2A11铝合金和45钢的疲劳寿命,当2A11铝合金和45钢的应力振幅分别为155.7 MPa和282MPa时,喷丸试样疲劳寿命比未喷丸试样疲劳寿命分别提高25.31倍和18.56倍,且未喷丸试样疲劳裂纹萌生于试样表面,喷丸试样疲劳裂纹有的萌生于试样表面,有的萌生于试样内部,当疲劳源在试样内部时,裂纹在夹杂物处萌生.因此,前混合水射流喷丸是一种提高金属零构件疲劳寿命的有效方法.     

25Cr2Ni2MoV钢焊接接头的超高周疲劳特性

对25Cr2Ni2MoV钢焊接接头开展常温拉压条件下的超高周疲劳试验,并对失效试样进行断口分析,研究焊接接头的疲劳失效机理。结果表明,疲劳寿命曲线呈现阶梯状:在高应力短寿命区,疲劳断裂发生在试样母材区较多,多为表面或次表面夹杂物裂纹萌生;在低应力长寿命区,疲劳断裂发生在试样焊缝区较多,多为内部气孔裂纹萌生。断口分析发现:缺陷(裂纹源)尺寸较小或者越靠近试样内部,疲劳寿命越长,且较小缺陷同内部较大缺陷具有相似的裂纹萌生潜力。通过有限元模拟疲劳试样内部微缺陷处的应力分布得出,焊缝区气孔和夹杂物周围的应力集中程度大于母材区夹杂物。结合断口分析发现,母材区弥散分布的粒状颗粒夹杂物数量较多,并且聚集起来会形成更大的缺陷,相比焊缝区夹杂物更容易萌生疲劳裂纹。     

润滑条件下中低碳空碳空冷贝体钢的滚动滑动接触疲劳行为

研究了三种高强度或超高强度高韧性空冷贝氏体钢在油润滑条件下的接触疲劳行为。发现引起麻点剥落的疲劳裂纹不仅可在接触表面,也可以在距表面一定深度下的亚表面萌生,亚表面萌生裂纹的深度比理论计算最大剪切应力所在深度小近一个数量级,裂纹萌生由塑性变形和剪应力共同作用产生,一端向接触表面扩展,到达表面后润滑油被挤压进入裂纹中产生支点效果,另一端向最大剪应力深度扩展,最后在外力和润滑油支点共同作用下,由裂纹包围的金属屑被折断,形成疲劳剥落坑,钢的初始硬度或强度在低接触应力下对接触疲劳寿命影响不明显,在高接触应力下影响显著,初始硬度越高,接触疲劳寿命越长。     

润滑条件下中低碳空冷贝氏体钢的滚动滑动接触疲劳行为

研究了三种高强度或超高强度高韧性空冷贝氏体钢在油润滑条件下的接触疲劳行为。发现引起麻点剥落的疲劳裂纹不仅可在接触表面 ,也可以在距表面一定深度下的亚表面萌生 ,亚表面萌生裂纹的深度比理论计算最大剪切应力所在深度小近一个数量级 ,裂纹萌生由塑性变形和剪应力共同作用产生 ,一端向接触表面扩展 ,到达表面后润滑油被挤压进入裂纹中产生支点效果 ,另一端向最大剪应力深度扩展 ,最后在外力和润滑油支点共同作用下 ,由裂纹包围的金属屑被折断 ,形成疲劳剥落坑。钢的初始硬度或强度在低接触应力下对接触疲劳寿命影响不明显 ,在高接触应力下影响显著 ,初始硬度越高 ,接触疲劳寿命越长。     

GCr15钢碳氮共渗与马氏体淬火组织及性能试验对比研究

对碳氮共渗及常规马氏体淬回火的轴承零件及寿命试样进行了组织、硬度、晶粒度、变形量、回火稳定性及接触疲劳寿命试验的对比检测分析,结果表明:晶粒度及变形量控制两者基本一致,但碳氮共渗的表层硬度、回火稳定性及疲劳寿命均明显优于马氏体淬火.     

G13Cr4Mo4Ni4V轴承钢的拉压疲劳性能与失效过程研究

对G13Cr4Mo4Ni4V轴承钢微观组织和轴向拉压疲劳试验结果进行分析,揭示了疲劳裂纹的萌生与扩展机理,并对比分析了渗碳处理对该钢拉压疲劳性能的影响。结果表明：G13Cr4Mo4Ni4V轴承钢轴向拉压疲劳强度为610 MPa,起裂源于表面滑移带、内部团簇碳化物和夹杂物;渗碳处理影响轴承钢的疲劳寿命,当引起裂纹萌生的缺陷位于渗碳层时,缺陷位置所承受的应力大于平均拉应力,渗碳处理会降低试样的疲劳寿命;当引起裂纹萌生的缺陷位于试样内部时,缺陷位置所承受的应力小于平均拉应力,渗碳处理会显著提高试样的疲劳寿命。     

高强韧性奥氏体—贝氏体双相钢接触疲劳特性

考察了新型高强韧性奥氏体-贝氏体组织的低合金超高强度钢(简称奥-贝钢)的接触疲劳性能,并与20CrMnTi钢碳、氮共渗淬火回火组织进行对比研究;探讨了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。研究结果表明,奥-贝钢280℃等温形成的硬度只有HRC50～52的奥-贝组织接触疲劳寿命是硬度HRC58～62的回火马氏体组织和20CrMnTi钢碳氮共渗淬火回火组织的2～4倍,奥-贝钢具有优异的抗接触疲劳性能。     

碳氮共渗与磁化电解渗硫复合处理后20CrMnTi钢的摩擦磨损性能

研究了20CrMnTi钢经碳氮共渗与磁化电解渗硫复合处理后的摩擦磨损性能,利用扫描电镜、电子探针和硬度仪观察分析了试样经不同时间磨损后的表面形貌和硬度变化,并与碳氮共渗、碳氮共渗后低温电解渗硫复合处理的进行了对比。结果表明:碳氮共渗与磁化电解渗硫复合处理后试样的摩擦因数、磨损量和磨损速率均最小,碳氮共渗后低温电解渗硫的次之,而碳氮共渗的均最大;与碳氮共渗相比,碳氮共渗与磁化电解渗硫复合处理后试样的磨损量可减少近50%,摩擦因数仅为它的1/3~1/5,显示了良好的减摩性及耐磨性能,且磨损前后表面硬度基本不变;三种工艺处理后试样的磨损机理基本相同,由短时间的麻点剥落向长时间的深层剥落转化,属于表面疲劳磨损,伴随有粘着磨损。     

拖拉机二轴齿轮热处理工艺的改进

为了提高齿轮的接触疲劳寿命,缩短热处理生产周期及降低废品率,对拖拉机变速箱二轴20CrMnTi钢齿轮气体碳氮共渗复合催渗热处理工艺进行改进,并进行了试样性能试验和齿轮台架试验。结果表明:改进后的二轴齿轮热处理工艺共渗温度从930℃降至860℃,共渗时间从7h缩短至4.5 h,提高了产品耐磨性、表面硬度,正品率达92%,平均使用寿命提高50%,新工艺已应用于工业生产中。     

H10Cr4Ni4Mo4V钢表面渗碳层硬度对接触疲劳寿命的影响

进行了H10Cr4Ni4Mo4V钢经渗碳热处理后，渗层表面硬度值的大小及均匀性对接触疲劳寿命的影响试验。结果表明，在渗碳表面硬度低或极其不均匀的情况下，其疲劳寿命远远低于渗层表面硬度高且均匀的试样寿命。在渗碳热处理时，渗层表面硬度值应控制在60．0～65．0HRC，且同一零件硬度差不大于2HRC。     

喷丸表面强化处理Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C材料的弯曲疲劳性能及断口分析

由于孔隙的存在,粉末冶金材料的性能较差,尤其是疲劳性能,而喷丸后续处理工艺可显著降低材料表面的孔隙率,对疲劳性能起到明显的强化效果。因此,采用超声弯曲疲劳试验方法研究喷丸后续处理工艺对Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C粉末冶金烧结材料的疲劳性能的影响。结果显示,喷丸处理可以明显提高Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C烧结钢的疲劳性能,在106、107、108循环周次条件下,喷丸前试样的条件疲劳极限分别为424 MPa、311 MPa和229 MPa,喷丸后的分别为513 MPa、421 MPa和346 MPa,依次提高了21.0%、35.2%和51.0%。断口分析发现,喷丸处理对Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C材料的疲劳断口的影响主要在裂纹萌生阶段,未经过喷丸处理的试样裂纹源集中在应力最大的试样喷丸表面棱角处,喷丸强化后的试样疲劳裂纹在喷丸表面的亚表面萌生,裂纹源有向试样亚表面移动的趋势。     

镍磷化学镀对40Cr钢疲劳损伤行为的影响

用系统分析的方法，通过三点弯曲疲劳试验，跟踪监测40Cr钢及经镍磷化学镀处理试样的疲劳过程，对镀层在疲劳损伤过程的影响进行数值度量。实验结果表明，经镍磷化学镀处理40Cr钢的三点弯曲总体疲劳寿命有明显下降，且镍磷化学镀层显著影响着40Cr钢的疲劳裂纹萌生阶段和疲劳裂纹扩展的损伤过程，40Cr钢经处理后的疲劳裂纹萌生寿命和疲劳寿命下降33％以上。     

高强韧中锰钢CO2气体保护焊接头的疲劳性能

采用CO₂气体保护焊对30 mm厚高强韧中锰钢板进行对焊试验,通过圆棒拉压疲劳试验获得中锰钢焊接接头的应力幅-寿命曲线,测定了其高周疲劳极限并观察其断口形貌。结果表明：在应力比为-1、循环次数为10⁷周次条件下,中锰钢焊接接头的高周疲劳极限为353 MPa;当中锰钢焊接接头焊缝中存在明显的焊接缺陷时,疲劳裂纹萌生于微观缺陷处,而当焊缝中无焊接缺陷时,疲劳裂纹萌生于试样表面熔合线位置,疲劳裂纹扩展区表面粗糙,存在着明显的二次裂纹,瞬断区表面存在大量均匀细小的韧窝。     

锻造模具钢H13的热处理及氮碳共渗

研究了H13钢的热处理和氮碳共渗工艺,指出了H13钢适宜的热处理工艺为1030％淬火＋600％回火,然后再580％氮碳共渗4．5h。表面硬度可达900HV,渗氮层深0．2mm。采用H13钢的锻造模具在应用新工艺后,其寿命可提高1倍。     

32Cr3MoVE渗氮轴承钢的高应力滚动接触疲劳性能

对采用双真空熔炼制备的32Cr3MoVE轴承钢进行表面渗氮处理,利用滚动接触疲劳试验机在4.5GPa高应力下研究其滚动接触疲劳性能,分析其滚动接触疲劳破坏机制。结果表明:试验钢的有效渗氮层深度为350μm,随距表面距离的增大,渗氮层残余压应力呈先增大后减小趋势,距表面300μm处的残余压应力最大,为610 MPa;渗氮层中存在沿晶界分布的白色脉状组织;利用双参数Weibull分布计算得到其滚动接触疲劳特征寿命、额定疲劳寿命、中值疲劳寿命分别为3.040×10~8,0.357×10~8,2.083×10~8周次;试验钢的滚动接触疲劳破坏模式包括表面起裂和次表面起裂两种,表面起裂试样剥落坑的平均直径及深度均明显大于次表面起裂试样的;表面起裂试样沿表面点蚀坑或划痕处起裂,次表面起裂试样在长时间循环接触应力作用下,次表面材料性能退化,导致裂纹萌生。     

预滚压对含缺陷轮轨材料滚动接触疲劳性能的影响

对含缺陷的未预滚压和预滚压车轮钢试样分别进行滚动接触疲劳试验,观察表面缺陷的形貌变化过程,分析预滚压和缺陷尺寸对轮轨材料滚动接触疲劳性能的影响。通过有限元方法分析缺陷附近材料的应力状态,通过多轴疲劳模型分析缺陷尺寸对滚动接触疲劳裂纹萌生规律的影响。试验结果表明:由于表层材料的塑性变形,未滚压车轮试样的缺陷尺寸随滚动周次的增加而减小;超过一定周次后,由于塑性变形不再累积,缺陷尺寸基本保持不变;预滚压处理通过减小表层材料的塑性变形,可抑制缺陷尺寸的减小,从而降低车轮试样的疲劳寿命;缺陷尺寸的增加会进一步降低预滚压试样的疲劳寿命;在油润滑条件下,预滚压和表面缺陷对车轮材料摩擦磨损性能没有显著影响。仿真结果表明,当缺陷尺寸从200μm增加至400μm,最大剪应力幅值从缺陷底部转移至缺陷中部,疲劳裂纹萌生位置也随之改变。     

奥氏体─贝氏体复相组织疲劳断裂性能研究

中碳低合金钢经等温处理，获得奥氏体－贝氏体复相组织，具有很高的强韧性。本文研究了其疲劳寿命及疲劳断裂机理，并与AISI4340钢进行了比较；分析了残余奥氏体对疲劳性能的影响，探讨了复相组织中疲劳裂纹的萌生机理及扩展行为。