M50NiL轴承钢渗层碳化物特征与滑动磨损行为的研究

摘要：研究了M50NiL轴承钢在不同磨损时间和外加应力作用下的磨损行为和机制。结果表明：渗碳层组织为孪晶马氏体和近球状MC、M23C6和棒状M2C型碳化物。外加应力对钢的磨损形式与形貌具有显著影响,钢的磨损形式为轻微粘着磨损和磨料磨损,摩擦因数较快保持稳定到0.02。延长磨损时间对钢的磨损性能与机制具有明显作用,磨损时间达到3万s,MC、M23C6、M2C脱落,部分碳化物破碎形成磨料磨损。磨损时间与外加应力耦合作用显著影响钢的磨损性能与质量,磨损时间为3000s,外加应力由0306MPa增至1530MPa,碳化物导致磨料磨损,磨损质量由025mg增至038mg;外加应力增至2142MPa,更多大尺寸碳化物脱落,导致钢的摩擦因数逐渐升高至0037,磨损质量达到033mg。     

脱氧剂对M50NiL钢中非金属夹杂物的影响

在航空发动机用轴承钢M50NiL的真空冶炼过程中使用不同脱氧剂进行脱氧,重点研究了不同脱氧剂类型对钢中夹杂物形貌、类型、尺寸及数量密度的影响。结果表明,未添加脱氧剂时,钢中夹杂物主要为Al₂O₃和铝镁尖晶石;使用Al-RE作为脱氧剂后,钢中夹杂物的主要类型为稀土夹杂物;而使用Al-RE-Si-Mn作为脱氧剂后,钢中夹杂物类型、尺寸及分布特征与Al-RE脱氧剂基本相当。稀土元素的加入能明显改善钢中夹杂物的类型及形貌,使主要夹杂物类型由带有棱角且形状不规则的富Al₂O₃型夹杂物转变为近球形的稀土夹杂物,同时降低了钢中夹杂物的最大尺寸,以及大尺寸的Al₂O₃夹杂物数量,但过量的稀土使得钢中出现了稀土夹杂物的团聚。     

32Cr3MoVE轴承钢旋弯疲劳特性及裂纹萌生扩展行为

摘要：采用光滑漏斗状试样对32Cr3MoVE轴承钢进行旋转弯曲疲劳测试,研究了32Cr3MoVE轴承钢旋转弯曲疲劳性能及裂纹萌生扩展行为。采用升降法测得其疲劳极限为860MPa,疲劳断口SEM观察并统计破断试样结果表明：疲劳破坏68.7%是由于非金属夹杂起裂,18.8%由表面加工缺陷起裂,125%为表面粗糙度起裂。当加载应力低于980MPa时,疲劳断裂主要是由于内部非金属夹杂引起的,高于980MPa时,疲劳断裂主要是由于表面粗糙度引起的。表面加工缺陷和表面粗糙度引起的最大应力强度因子分别为3.05和2.97MPa·m1/2,容易引发疲劳裂纹。非金属夹杂物尺寸在5.30～5.90μm范围内,局部应力从859.35MPa升至977.75MPa时,疲劳寿命从1.96×105降低到1.58×105;非金属夹杂物局部应力在840～900MPa范围内,夹杂物尺寸从2.28μm升至5.83μm时,疲劳寿命从1.10×106降低到1.96×105。     

大型客机用300M钢疲劳破坏行为

 结合显微组织观察和力学性能测试,对国产大型客机用300M钢应力比[R＝－1]的轴向光滑疲劳性能进行了研究,分析了大型客机用300M钢的高周轴向疲劳断口形貌及起裂原因,重点研究了非金属夹杂物裂纹源的特性。结果表明,国产大型客机用300M钢冶炼纯净度较高,最终热处理后具有良好的综合力学性能,其应力集中系数[Kt＝1,]应力比[R＝－1]的高周轴向疲劳极限[σ－1]为907 MPa;通过断口SEM观察发现非金属夹杂物引起的应力集中是导致高周轴向疲劳开裂的主要原因,该类起裂源为复杂氧化物和硫化钙的复合非金属夹杂物,尺寸在5.5～20.5 μm之间,主要成分为铝、钙、硅、氧和硫等。     

M50NiL钢磨削表面完整性特征及变质层厚度表征方法

通过透射电子显微镜确定了M50NiL钢渗碳后磨削表面变质层厚度,同时利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、显微维氏硬度计、X射线残余应力测定仪等设备表征了M50NiL钢磨削表面完整性特征.结果表明:磨削在渗碳硬化层表面构建了一个表面变质层,该变质层组织的基本特征是晶粒细化和变形,在选区电子衍射图上显示为拉长模糊的多晶环;变质层厚度约0.5μm,残余压应力和硬度略有升高,表面应力集中系数较低.     

回火温度对低碳高合金轴承钢组织及冲击性能的影响

以低碳高合金轴承钢为研究对象,通过OM、SEM、XRD等手段,研究了回火温度对显微组织和冲击韧性的影响。结果表明,低碳高合金轴承钢分别经过200、300、400、500℃回火处理后,金相显微组织均为回火马氏体+残余奥氏体;600℃和700℃回火处理后,马氏体组织发生退化,金相显微组织均为回火索氏体+残余奥氏体。低碳高合金轴承钢在200～700℃温度区间回火处理后,300℃回火冲击韧性最高,600℃回火冲击韧性最低,回火温度不宜超过500℃。低碳高合金轴承钢在200～500℃回火后断口特征均为准解离断裂,600℃和700℃回火表现为明显的脆性断裂特征。     

奥氏体化温度对51CrV4钢组织及疲劳性能的影响北大核心CSCD

利用拉-拉疲劳试验方法对比研究了51CrV4钢不同奥氏体化温度下试样的疲劳性能,并采用扫描电镜(SEM)对其微观组织变化和疲劳断口进行了分析。结果表明,当奥氏体化温度由850℃升高至900℃后,疲劳强度由840 MPa增加到883 MPa,疲劳断口表面二次裂纹数量增多,且主裂纹扩展路径更曲折,裂纹扩展速率降低。且随着奥氏体化温度的升高,组织中合金渗碳体得到细化,部分碳和合金元素从大尺寸合金渗碳体中回溶到基体中,增加了固溶强化,强度和硬度分别增加约32 MPa和20HV。通过分析发现,合金渗碳体细化及碳和合金元素的回溶是疲劳性能改善的主要因素。     

夹杂物在P/M镍基高温合金中的变形行为及对低周疲劳性能的影响

通过在 5 0～ 10 0 μm粒度范围FGH95合金粉末中预先加入夹杂物的方法 ,系统研究了5 0～ 5 0 0 μm有机和无机不同类型的夹杂物 ,经过热等静压和热等静压加锻造后的形态变化 ,及其与合金基体的相互作用特点 ,以及对P/M盘件径向试样低周疲劳寿命的影响。     

不同组织特征对X80管线钢粗晶区冲击韧性及裂纹萌生行为的影响

通过对X80管线钢的焊接热模拟试验(Gleeble 3500),获得了不同热输入下的粗晶热影响区(CGHAZ)试样.采用夏比冲击试验和多尺度表征相结合的方法,研究了不同显微组织特征对冲击韧性和裂纹萌生行为的影响.结果表明:随着热输入的增加,M/A组元含量增加,导致韧性下降,硬度增加.同时,更多的M/A组元倾向于聚集在原奥氏体晶界上,M/A的总体尺寸和M/A岛内部板条马氏体亚结构的宽度、体积分数也会增加.这些变化使得M/A组元边界和原始奥氏体边界之间的交叉点成为裂纹萌生的首选位置之一.此外,还发现只有大尺寸的奇形夹杂物才是裂纹萌生的直接诱因.     

通过钛脱氧细化低碳高锰钢显微组织以及二次脱氧颗粒的特征和作用

本文研究了脱氧夹杂物对低碳（0．07％wt％）、高锰（0．9wt％）碳钢显微组织的影响。通过在容量400g真空炉中的熔铁添加铝（0．05wt％）或钛（0．05wt％、0．03wt％或0．015wt％）完成脱氧试验。通过对凝固试样的再熔化和凝固过程中淬火,采用共焦激光扫描显微镜（CSLM）评价冷却速率的影响。在钛镇静钢试样中获得了细小二次脱氧粒子,粒子密度随氧含量的增加而增加,尺寸随凝固过程中的冷却速率增加而减小。发现了二次钛脱氧颗粒对显微组织演变的影响,例如凝固显微组织、奥氏体晶粒长大和奥氏体分解。通过FE—TEM检测脱氧颗粒,并分别在低氧（[O]=7×10^-6）和高氧（[O]=56．81×10^-6）钛镇静钢中确定为TiO、MnTiO3和Mn2TiO4,与那些通过热力学计算预测的结果定性相同。TiO、MnTiO3和Mn2TiO4的稳定性受Mn存在影响,通过热力学计算估算组成变化和氧化物分解。通过热机械处理评价了粒子对铁素体的形成影响,TiO最能有效通过异相形核促进铁素体的形成。粒子对铁素体形成的作用依如下顺序,TiO〉TiN〉MnS〉MnTiO3〉Ti2O3。结果发现二次钛脱氧颗粒产品通过凝固过程中前进的固相被卷吸,以PET（推进卷吸转变）速度、粒子尺寸和凝固速率为基础。枝晶末端和枝晶间区域的粒子很可能受钢水流动抑制,导致细小的凝固显微组织,     

Research on carbide characteristics and sliding wear behavior of carburized layer of M50NiL bearing steel

The wear behavior and wear mechanism of M50NiL bearing steel under different wear times and applied stresses were studied. The results show that the microstructure of the carburized layer is composed of twin martensite, nearly spherical MC, M23C6 and rod like M2C carbides. The applied stress has a significant effect on the wear form and morphology of steel. The wear forms of the steel are slight adhesive wear and abrasive wear. The friction coefficient of the steel keeps stable to 002. Prolonged wear time has an obvious effect on the wear property and mechanism of steel. When the wear time reaches 30000s, MC, M23C6 and M2C carbides rub off. Some carbides are broken and subsequently formed abrasive wear. The coupling effect of wear time and applied stress significantly affect the wear property and quality of steel. When the wear time is 3000s, the applied stress increases from 0306MPa to 1530MPa. The wear weight loss increases from 025mg to 038mg due to carbides abrasive wear. When the applied stress increases to 2142MPa, large scale carbides rub off. This leads to the increasing of the friction coefficient to 0037 and the wear mass to 033mg.     

High temperature fatigue properties and crack initiation and its expansion mechanism of high nitrogen bearing steel

The flexural fatigue properties of 40Cr15Mo2VN high nitrogen bearing steel at 200?? was 883MPa, which was 17% lower than that at room temperature. The results show that the types of fatigue failure are surface failure initiation and internal non- metallic inclusion. Compared with room temperature, the threshold value of fatigue stress intensity factor ??Kth at 200?? decreases by 20%, leading to the reduction of the critical non- metallic inclusion size at the start of fatigue crack initiation. The interaction of small cracks near the fatigue source in the surface initiation cracks at 200?? increases the stress intensity factor KI and accelerates the initial surface crack propagation. At the same time, according to the ratio of the nominal stress amplitude and the ultimate fatigue strength of the non- metallic inclusions in the high- nitrogen bearing steel, the influence of the size, position and temperature of the non- metallic inclusions on the fatigue life was analyzed.     

低合金高强钢微观组织转变机制

摘要：通过高温激光共聚焦显微镜原位观察低合金高强钢（Q345R）在热循环过程中微观组织演变规律,并结合扫描电镜和纳米压痕,研究不同类型铁素体形核、长大机制及硬度。结果表明,铁素体可在晶界、亚晶界及夹杂物上形核,多边形铁素体及链状晶界铁素体主要在晶界上形核,而侧板条铁素体可在晶界及亚晶界上形核,而针状铁素体则主要在夹杂物及已形成的铁素体上形核,且奥氏体晶界及晶内亚结构尺寸控制了铁素体尺寸;讨论了夹杂物特征参数对针状铁素体形核的影响规律,Al、Mg、Ca、S等元素的含量达到一定比值且尺寸在5μm以下的复合夹杂物更容易成为针状铁素体的诱导核心;硬度实验结果表明,不同类型铁素体组织硬度存在差别,针状铁素体硬度最大可达到4GPa。     

非调质钢中MnS的析出与长大

摘要：在立式电阻炉内熔化45MnVS钢,分析了水冷和空冷2种冷却方式下试样中MnS的形貌特征,并对试样中MnS的析出与长大进行了热力学和动力学计算。结果表明：水冷试样中MnS的平均尺寸为1.14μm,最大尺寸为7.80μm;空冷试样中MnS的平均尺寸为2.19μm,最大尺寸为8.78μm。钢液凝固过程中,MnS在固相分率达到0.69时析出;在相同固相分率下,水冷试样比空冷试样中MnS的尺寸小。固相分率小于0.97时,S元素为MnS长大的控制元素,固相分率大于0.97时,Mn元素为MnS长大的控制元素。计算所得水冷试样和空冷试样中MnS最终尺寸分别为5.27和9.54μm。     

镁对非调质钢中组织及硫化物的影响

摘要：为了探究不同镁含量对非调质钢中组织和硫化物形态、尺寸、分布及成分的影响，采用蔡司金相显微镜、扫描电子显微镜、小样电解等方法，分析了经高温电阻炉冶炼不同镁添加量的49MnVS3非调质钢。结果表明，由于镁蒸气压较高，在实验室冶炼中大量挥发，导致钢中镁的实际平均收得率仅为310%；镁的质量分数为0～22×10-6时，随着镁的质量分数的增加，钢中硫化物形态由Ⅱ类逐渐向Ⅰ类、Ⅲ类转变；钢中硫化物尺寸增大，硫化物的分布均匀性得到显著改善；钢中复合夹杂物比例明显增加，但MnS的比例出现下降；形成了细小弥散的氧化物，增加了奥氏体形核质点，具有细化组织的趋势。     

GCr15轴承钢RH和VD真空精炼过程钢洁净度对比

摘要：对比了RH和VD真空精炼工艺生产的GCr15轴承钢精炼过程的洁净度水平,研究了钢液中总氧（TO）、总氮（TN）、总硫（TS）以及夹杂物变化规律。轴承钢对洁净度要求较高,RH精炼工艺在降低钢中TO、TN含量,固相夹杂物去除,循环效率上均具有优势。经过RH精炼后,钢液中TO含量下降了61%,TN含量下降了15%,夹杂物数密度降低了75%;VD精炼过程中,钢渣反应剧烈,脱硫效果优异,VD精炼后钢液中TS含量下降了50%,但钢液循环速率远落后于RH精炼,且更容易发生卷渣。不同液相分数的夹杂物与钢液的接触角不同,液相分数小于27%的夹杂物与钢液不润湿,容易碰撞长大和上浮去除,而液态夹杂物黏附功更大,难以从钢液中去除。     

Cleanliness of GCr15 bearing steel refined by RH and VD vacuum processes

The cleanliness of GCr15 bearing steels produced by RH and VD vacuum refining processes was compared. Evolutions of total oxygen (TO), total nitrogen (TN), total sulfur (TS), and inclusions were investigated. Bearing steel has high requirements for cleanliness. RH refining has advantages in reducing TO and TN content, removing solid inclusion, and circulating efficiency. After RH refining, the TO content in molten steel decreased by 61%, the TN content decreased by 15%, and the number density of inclusions decreased by 75%. The stirring of slag and steel was strong during the VD refining, which was beneficial to the desulfurization, the TS content in liquid steel decreased by 50%. The circulation rate of the liquid steel in the VD refining was much lower than that in RH refining. The stronger stirring of slag and steel during VD refining resulted in the slag entrainment. The contact angle between inclusions with different liquid phase fractions and liquid steel is different. Inclusions with liquid phase fraction less than 27% are not wetted with liquid steel and are easy to collide, grow and float up for removal, while the adhesion work of liquid inclusions is greater and difficult to remove from liquid steel.     

高氮不锈轴承钢高温旋弯疲劳性能及损伤机制

摘要：40Cr15Mo2VN高氮不锈钢在300、400℃条件下旋转弯曲疲劳试验，结果表明，300℃条件下安全疲劳极限强度为787MPa，400℃条件下疲劳极限强度为860MPa，300℃条件下安全疲劳极限较400℃下降85%。通过SEM观察断口发现，疲劳破坏类型均为表面缺陷起裂、夹杂物起裂及基体孔洞起裂。高温下，碳化物、晶界等在热力耦合作用下成为孔洞形核的位置，孔洞长大连接成微裂纹，成为裂纹萌生扩展的主要原因，300较400℃条件下安全疲劳极限下降的主要原因是蠕变孔洞聚集程度高，容易连接成微裂纹，导致疲劳失效。