超洁净轴承钢中夹杂物与滚动接触疲劳寿命的关系

以3种不同工艺工业生产的总O含量均≤6×10^-6的超洁净GCr15轴承钢为研究对象,通过推力片实验测试这3种钢的滚动接触疲劳寿命并获得额定寿命(L₁₀)和中值寿命(L₅₀),通过ASPEX扫描电镜获得各工艺下的夹杂物样本数据并进行统计分析,使用极值法(SEV)和广义Pareto分布法(GPD)估算出样品中最大夹杂物特征尺(CSMI),然后将其与实测L₁₀和L₅₀进行对比和分析。结果表明,SEV法仅检测每个样品的最大夹杂物,无法通过其获得的CSMI来合理解释3种钢L₁₀和L₅₀的变化,2者之间相关性较差;而GPD法分析夹杂物时,需要对阈值尺寸以上的所有夹杂物进行表征和统计分析,可以获得夹杂物的数量密度以及不同类型夹杂物的CSMI,GPD法所预测出的最危险类型TiN夹杂物的CSMI可以合理解释L₁₀的变化,2者之间有较好相关性,但无法据此解释L₅₀的变化;但将总的夹杂物数量密度与TiN夹杂物最大...     

含有纳米级夹杂物的滚动体的应力分析

在滚动轴承工作状态下,滚动接触过程中通常会遇到滚动体内表面含有纳米级夹杂物的情况,纳米级夹杂物会影响滚动体的疲劳寿命。利用TLP3接触疲劳试验机对滚动体的疲劳寿命进行研究,发现纳米级夹杂物是滚动体疲劳寿命的主要影响因素,并基于此问题进行有限元仿真验证。以2μm夹杂物为模型,突破性地实现了网格局部极细划分,网格最小为0.125μm。以有限元软件Abaqus为基础,对滚动接触过程中滚动体以及纳米级夹杂物周围进行应力分析。研究发现,在夹杂物处应力集中,最大等效应力为1634 MPa。     

GCr15钢旋转弯曲超长寿命疲劳性能分析

轴承钢GCr15旋转弯曲超长寿命疲劳实验获得的应力-寿命(S-N)曲线数据分散性较大且呈连续下降趋势,不能用台阶下降的S-N曲线描述.断口分析表明,在高应力幅区疲劳破坏主要起始于试样表面的加工划痕或夹杂物;随着应力幅的降低,疲劳破坏主要起始于试样内部的夹杂物.内部破坏均带有鱼眼特征,大部分的内部夹杂物周围带有颗粒亮区(GBF区).夹杂物尺寸的较大分散程度和小尺寸夹杂物的簇集是引起GCr15钢疲劳寿命分散性较大的因素.使用推定的GBF区成长率能够定量分析夹杂物尺寸对疲劳寿命分散程度的影响.     

应用极值分析法推测车轮钢中最大夹杂物尺寸

随着钢纯净度的提高，钢中大尺寸脆性非金属夹杂物出现概率逐渐降低，常规的夹杂物检测方法很难捕捉到，但这些大尺寸脆性夹杂物对其疲劳寿命有重要影响。介绍了一种钢中最大夹杂物尺寸的分析方法--极值分析法，采用该方法推测车轮钢中的最大脆性夹杂物尺寸，并用能谱仪分析了大尺寸脆性夹杂物的元素成分。结果表明：基于Gumbel分布函数的极值分析法可以作为估计车轮钢中最大夹杂物尺寸的一种方法；当该方法用在实际大生产检验中，应注意累积分布概率F(x)的选取，即样本总量对评估结果影响较大；车轮钢中大尺寸B类夹杂物的化学成分一般为CaO+Al₂O₃。     

应用极值分析法推测车轮钢中最大夹杂物尺寸

随着钢纯净度的提高,钢中大尺寸脆性非金属夹杂物出现概率逐渐降低,常规的夹杂物检测方法很难捕捉到,但这些大尺寸脆性夹杂物对其疲劳寿命有重要影响。介绍了一种钢中最大夹杂物尺寸的分析方法——极值分析法,采用该方法推测车轮钢中的最大脆性夹杂物尺寸,并用能谱仪分析了大尺寸脆性夹杂物的元素成分。结果表明：基于Gumbel分布函数的极值分析法可以作为估计车轮钢中最大夹杂物尺寸的一种方法;当该方法用在实际大生产检验中,应注意累积分布概率F(x)的选取,即样本总量对评估结果影响较大;车轮钢中大尺寸B类夹杂物的化学成分一般为CaO+Al₂O₃。     

镁铝合金处理GCr15轴承钢夹杂物的变质

分别采用3种不同镁含量的镁铝合金对GCr15轴承钢液进行了夹杂物变质处理，分析了实验过程中全氧值的变化，并利用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪分析了试样中夹杂物的尺寸、形貌和化学成分。结果表明：经镁铝合金处理后，GCr15轴承钢中的全氧值显著降低，夹杂物由大尺寸、形状不定的氧化铝颗粒转变为尺寸细小、球形的镁铝尖晶石颗粒。含镁量为16．55％的3。镁铝合金夹杂物变质效果最明显，钢中夹杂物多为镁铝尖晶石和氧化镁，其中96．23％的夹杂物直径小于3μm。因此，镁铝合金夹杂物变质处理有利于改善轴承钢浇注和提高轴承钢疲劳寿命。     

夹杂物对工程机械用钢Q345FCA疲劳寿命的影响

采用QBWP-6000J型简支梁旋转弯曲疲劳试验机测定了高疲劳寿命工程机械用钢Q345FCA的疲劳寿命;采用扫描电镜(SEM)对疲劳断口形貌进行了观察,并用附带的能谱仪(EDS)寻找断口上的夹杂物;借助夹杂物自动分析系统对钢中的夹杂物进行了分析。通过对试验数据的分析,计算得出了Q345FCA钢和Q345钢夹杂物的表面临界尺寸、次表面临界尺寸和内部临界尺寸。结果表明,Q345FCA钢的疲劳极限为273 MPa,Q345钢的疲劳极限为266 MPa。Q345FCA钢和Q345钢中夹杂物尺寸均小于临界夹杂物尺寸,且断口形貌显示所有疲劳断裂均不是由夹杂物所引起,夹杂物不是疲劳源。     

汽车用高强度弹簧钢54SiCrV6和54SiCr6 的超高周疲劳行为

研究了54SiCrV6和54SiCr6两种洁净高强弹簧钢的超高周疲劳行为,并利用FESEM和EPMA对疲劳断口进行了观察．实验结果表明,在高应力幅区,两种弹簧钢的疲劳破坏均起源于表面基体;而在低应力幅长寿命区,疲劳开裂均发生在试样内部．54SiCrV6钢的S-N曲线为典型的台阶式曲线,在10^9循环周次内,其疲劳极限消失;而54SiCr6钢存在疲劳极限．疲劳断口分析表明,54SiCrV6钢内部破坏是由钢中小夹杂物聚集引起的,而在54SiCr6钢中则起源于碳化物的偏聚．临界夹杂物尺寸的估算表明,当高强弹簧钢中的夹杂物尺寸大于临界夹杂物尺寸时,其疲劳极限消失．     

进口与国产轴承钢夹杂物特征的对比研究

为研究进口与国产高端轴承钢的夹杂物特征差异,使用ASPEX-explorer和光学显微镜分别对一种进口各向同性轴承钢和一种国产高端轴承钢的夹杂物尺寸、形态进行了多尺度评价。并使用扫描电镜对大尺寸夹杂物的元素分布进行了研究,分析了夹杂物复合化模型。结果表明,与相同生产流程的国产高端轴承钢相比,进口各向同性轴承钢夹杂物更加细小,形态椭球化,可降低各向异性;进口钢的夹杂物尺寸及形态控制均优于国产钢。进口各向同性轴承钢中大尺寸夹杂物以复合化形式出现,复合方式是以Ca S颗粒包覆刚性夹杂物,实现了夹杂物的低害化。     

夹杂物对FGH96合金低周疲劳寿命的影响

通过人工植入夹杂物的方法,制备含不同尺寸Al_2O_3和SiO_2夹杂物的FGH96合金低周疲劳试样,在650℃下进行不同应变幅的低周疲劳试验,对试样断口进行观察、统计分析,定量研究了夹杂物的尺寸、位置、种类和外加载荷应变幅对低周疲劳寿命的影响,建立了低周疲劳寿命与夹杂物特性的关系。结果表明,应变幅为0.8%时,疲劳源区以内部夹杂物为主;当应变幅为0.9%时,疲劳源区内部夹杂物占比降低,而表面夹杂物和不含夹杂物的试样表面的占比增大;当应变幅为1.0%和1.2%时,疲劳源区全部为不含夹杂物试样表面;随应变幅自0.8%增至1.2%,源区位置逐渐由内部夹杂物向表面夹杂物、不含夹杂物的试样表面转移。在较低应变幅下,随夹杂物面积的增大,低周疲劳寿命降低。在一定夹杂物尺寸范围内,SiO_2夹杂物比Al_2O_3夹杂物对低周疲劳寿命危害更大,其原因在于SiO_2夹杂物周围由于γ'相贫化区的存在而产生的粗大晶粒降低了合金的低周疲劳寿命。当不考虑夹杂物面积时,夹杂物距试样表面距离对低周疲劳寿命的影响无明显规律;当夹杂物面积相同时,低周疲劳寿命随夹杂物距试样表面距离的增大而线性增大。其影响相对较小。     

夹杂物对FGH96合金低周疲劳寿命的影响及寿命预测

本文通过人工植入Al2O3 和SiO2夹杂物的方法,制备含不同尺寸夹杂物的FGH96合金低周疲劳试样,在650℃下进行不同应变幅的低周疲劳试验,对试样断口进行观察、统计分析,定量分析了夹杂物的尺寸、位置、种类和外加载荷应变幅对低周疲劳寿命的影响,建立了夹杂物特性与低周疲劳寿命的关系。结果表明,应变幅为0.8%,疲劳源区以内部夹杂物为主;当应变幅为0.9%时,疲劳源区为表面夹杂物和不含夹杂物的试样表面的占比增大;当应变幅为1.0%和1.2%时,疲劳源区全部为不含夹杂物试样表面;随应变幅自0.8%增至1.2%,源区位置逐渐由内部夹杂物向表面夹杂物、不含夹杂物的试样表面转移。在应变幅为0.8%时,建立了内部和表面夹杂物面积与低周疲劳寿命的定量关系式,研究了夹杂物种类对低周疲劳寿命的影响,在一定夹杂物尺寸范围内,SiO2夹杂物比Al2O3夹杂物对低周疲劳寿命危害更大,其原因在于SiO2夹杂物周围由于γ’相贫化区的存在而产生的粗大晶粒降低了合金的低周疲劳寿命,同时,研究了夹杂物距试样表面距离与低周疲劳寿命的关系。     

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。     

硫对超高强度钢300M高周疲劳性能的影响

对高硫和低硫300M钢的显微组织和力学性能进行了系统研究,重点分析了硫含量对300M钢中夹杂物特征及高周疲劳寿命的影响机理。研究发现,硫含量的增加会大大降低300M钢的高周疲劳寿命。硫含量的增加会提高MnS夹杂物的析出温度及析出数量,提高试样次表层出现大尺寸MnS夹杂物的概率,大大降低高周疲劳裂纹萌生的难度,进而降低300M钢的高周疲劳寿命。     

轴承钢连铸过程中非金属夹杂物群迁移行为的分析

为了研究轴承钢方坯连铸过程中存在的非金属夹杂物聚集问题,建立了凝固过程的流-固耦合模型,采用数值模拟和现场试验相结合的方法,研究了浇注过程中夹杂物族群的迁移行为。结果表明,在断面、结晶器搅拌强度和浸入式水口对比方面,较大断面、较强搅拌和带侧孔的水口对改善铸坯中10 μm以下的夹杂物比较有利,5～10 μm级别夹杂物最易被初生坯壳捕捉。结果显示,5 μm以下的中间包钢液中微观夹杂物数量过大,在浇注过程中会促进夹杂物族群间的碰撞迁移,导致铸坯中20～30 μm级别夹杂物数量增多,但对50 μm以上的大尺寸夹杂物影响甚微;铸坯中该大尺寸级别的夹杂物主要直接来源于中间包。这些研究结果对弄清夹杂物的来源,改善轴承钢疲劳寿命具有重要意义。     

两种工艺流程生产GCr15轴承钢的夹杂物对比研究

对本钢生产GCr15轴承钢的转炉流程和电炉流程产品分别进行取样,分析其化学组成。采用EVO18-INCASteel全自动夹杂物分析仪,对两种工艺流程生产的GCr15轴承钢试样进行夹杂物种类、成分、尺寸分布和构成等进行全面检测对比。结果表明:电炉工艺去硫效果稍好于转炉,转炉去氮效果好于电炉。转炉试样的夹杂物密度要高于电炉试样。5μm以内的小尺寸夹杂物电炉试样比例高于转炉试样,大于10μm的较大尺寸夹杂物转炉试样所占比例稍高于电炉试样。转炉试样中较大尺寸夹杂主要为硫化物。电炉试样中主要为氧化物、硫化物和氮化物,其中氮化物夹杂高于转炉试样,虽然其夹杂物总体尺寸分布优于转炉工艺,但在大尺寸夹杂物对比上,危害比硫化物大的氮化物夹杂物比例比转炉高2倍。     

超低硫X65管线钢中非金属夹杂物研究

对本钢超低硫X65管线钢中夹杂物的研究结果表明,LF精炼初期,钢中夹杂物主要是球形、多边形和大量簇状的Al2O3夹杂物,99.1%的夹杂物尺寸小于20μm。微合金化后,部分Al2O3夹杂物中出现TiO、SiO2、MnS等成分。钙处理后,夹杂物的平均直径达到8.58μm,大量夹杂物为含有微量MgO、SiO2或MnS等的2~50μm的球形mCaO.nAl2O3,部分为Al2O3、MnS、CaS或CaS-MnS。铸坯中夹杂物数量最少且尺寸最小,96.9%的夹杂物尺寸小于10μm,未发现大于50μm的夹杂物,平均直径为3.71μm。铸坯中大部分为球形的以mCaO.nAl2O3为主要成分的复合夹杂物,还有少量的Al2O3、MnS和CaS夹杂物等。     

42CrMoVNb高强钢的夹杂物临界尺寸估算

对不同热处理工艺下得到的42CrMoVNb细晶高强钢进行了旋转弯曲疲劳试验。在旋转弯曲疲劳试验条件下,对试样中不同深度的夹杂物临界尺寸进行了定量估算,得到导致疲劳裂纹萌生的夹杂物临界尺寸不仅和钢的强度或硬度有关,和其所处的位置也有关,越靠近试样表面,夹杂物临界尺寸也越小。在SEM下断口上测得的作为疲劳裂纹源的非金属夹杂物的尺寸全部大于估算出的夹杂物临界尺寸,间接证明了估算公式的合理性。     

H82A硬线钢面缩率偏低的分析

针对近期生产H82A硬线钢面缩率偏低的问题,总结了影响其断面收缩率的因素,同时进行了对比试验分析。结果表明:本次生产的在H82A钢时效后拉伸断口夹杂物最大尺寸达到138μm,氧含量均值高于正常试样7×10~(-6),夹杂横向尺寸均值高于对比试样5.4μm,夹杂纵向尺寸高于对比试样4.9μm,面缩率偏低与大颗粒脆性夹杂物的存在有较大关系。并且讨论了拉伸过程中拉应力作用下大颗粒脆性夹杂物促使试样提前断裂,导致断面收缩率降低的机理。     

GCr18Mo轴承钢真空碳脱氧研究

研究了GCr18Mo轴承钢在不同真空度下碳脱氧的效果,建立了碳脱氧以及真空脱氮的热力学与动力学模型。结果表明:在1 873 K条件下,真空度为10、50、100 Pa时,碳脱氧可将原始钢中的氧含量从100μg/g降低至12. 8～25. 6μg/g;随着真空处理时间从10 min延长至60 min,钢中氧含量和氮含量不断降低,夹杂物的数量明显减少、尺寸减小;与铝脱氧相比,碳脱氧的钢夹杂物数量更少、尺寸更小。最后,根据试验结果建立了CGr18Mo轴承钢在不同真空度下碳脱氧的氧含量和氮含量随真空处理时间变化的关系式。     

LD-LF-RH工艺冶炼GCr15轴承钢调铝工艺对钢中氧含量与夹杂物的影响

在轴承钢冶炼过程中,铝是重要的脱氧元素。采用LD-LF-RH工艺冶炼GCr15轴承钢,通过分析冶炼过程中不同调铝方式对酸溶铝含量、氧含量和夹杂物的影响,并结合热力学计算,优化出了轴承钢冶炼过程中最佳的控铝方式。结果表明:成品钢中[Al]s含量控制在100×10~(-6)~200×10~(-6)时钢中全氧含量T[O]处于较低状态;过程采用LD出站加入铝粒1.2 kg/t.s,LF进站撒入铝粒0.1~0.3 kg/t.s脱氧的控铝方式效果最好。采用此调铝工艺,成品钢中全氧含量可降到6.5×10~(-6),酸溶铝含量稳定控制在100×10~(-6)~200×10~(-6),夹杂物含量低且尺寸细小,达到高纯净钢液水平。