高洁净轴承钢夹杂物评价与滚动接触疲劳寿命

为了探讨低氧高洁净轴承钢的夹杂物评判标准,对相同工艺下生产的T.[O]≤5μg/g的高洁净轴承钢,使用夹杂物评级和统计极值法进行了评价。并对试验钢的滚动接触疲劳(RCF)寿命进行了测定。结果表明,两组试验钢的滚动接触疲劳寿命存在明显差异,使用统计极值法可以对高洁净轴承钢进行有效区分,两组试验钢在30 000 mm~2参考区域内最大夹杂物尺寸预测值分别为41和27μm;当最大接触应力为4.5 GPa时,两组试验钢所对应的RCF寿命(L_(10))分别为6.58×10~6和7.41×10~6r。当氧含量很低时,硫含量较高所导致的硫化物增多将使夹杂物的预测尺寸偏大。     

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.     

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。     

夹杂物对2Cr13钢疲劳性能的影响

研究了2Cr13钢的硬度、屈服强度和疲劳寿命;用SEM(扫描电镜)测量了2Cr13中夹杂物的化学成分.实验发现,材料的疲劳寿命因合金中的夹杂物而显著降低,约为不含夹杂物合金疲劳寿命的一半.     

高氮马氏体不锈轴承钢的组织与性能

对比分析了无氮钢和高氮钢热处理后的微观组织和力学性能。结果表明:氮元素的加入导致马氏体不锈钢奥氏体区扩大、大量弥散分布的细小碳氮化物M_2(CN)析出,这有利于钢强度和硬度的改善,相比无氮钢,高氮钢的抗拉强度提高了441 MPa(提高20%),规定塑性延伸强度提高了474 MPa(提高26%),硬度提高了11.9 HRC(提高21%)。接触疲劳试验发现,高氮钢接触疲劳额定寿命L_(10)=0.97×10~7次,中值疲劳寿命L_(50)=1.14×10~7次,起裂方式为夹杂物起裂和大碳化物起裂,其中夹杂物起裂为主要起裂方式,疲劳裂纹的扩展主要是沿着应力方向上的碳化物进行。     

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。     

示踪法研究轴承钢中混渣夹杂物的出没规律

利用放射性同位素Ca~(45)作为示踪元素,研究了轴承钢冶炼过程中混渣夹杂物的形成和上浮规律,以及钢中混渣夹杂物的残留量与其分布于钢中的状况、颗粒大小、形貌和组成。实验结果表明,混渣是造成轴承钢中点状夹杂物的来源之一。但是,通过适当的工艺措施,大部分夹杂物特别是大颗粒夹杂物可以排除。     

AN INVESTIGATION OF SLAG INCLUSIONS IN BEARING STEEL BY MEANS OF RADIOACTIVE TRACER

利用放射性同位素Ca~(45)作为示踪元素,研究了轴承钢冶炼过程中混渣夹杂物的形成和上浮规律,以及钢中混渣夹杂物的残留量与其分布于钢中的状况、颗粒大小、形貌和组成。实验结果表明,混渣是造成轴承钢中点状夹杂物的来源之一。但是,通过适当的工艺措施,大部分夹杂物特别是大颗粒夹杂物可以排除。     

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。     

诱发Cr-Ni-W钢内部失效的夹杂尺寸评估及强度预测

鉴于非金属夹杂诱发Cr-Ni-W高强度钢超长寿命(107周次)内部疲劳失效的行为,使用4种统计方法(statistics of extreme values,SEV;generalized extreme values,GEV;generalized Pareto distribution,GPD;exponential generalized Pareto distribution,EXPGPD)对其特征夹杂尺寸进行了评估,并基于Murakami方程预测了其超长寿命疲劳强度。结果表明,SEV和EXPGPD预测的夹杂尺寸会随钢体积的增加而无限增大,而GPD和GEV预测的尺寸会逐渐增加并趋于一定值,其中EXPGPD和GPD分别给出了其上下限值。与实验寿命等于108的结果相比较,基于EXPGPD方法的疲劳强度预测结果偏低,而其它方法的预测结果均偏高;从抗疲劳断裂角度出发,对于体积大于1 mm3的Cr-Ni-W钢而言,采用基于EXPGPD方法的夹杂尺寸评估和强度预测是适合的。     

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。     

高强钢中最大夹杂物的尺寸估计与疲劳强度预测

描述了两种估计高强钢中最大尺寸夹杂物的方法——统计极值(SEV)和广义Pareto分布(GPD)统计方法，分别利用上述两种方法估计了不同体积的ADFl钢中最大夹杂物的特征尺寸，并根据估计的夹杂物尺寸预测了不同体积的ADF1钢疲劳强度，同时与实验结果进行了对比．     

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。     

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。     

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。     

稀土改善轴承钢性能的试验

为了减少和消除Al_2O_3和CaO·Al_2O_3等类型夹杂物对轴承钢性能的有害影响,采用稀土部分地取代Al,在脱氧后形成RE夹杂物,以期改善轴承钢的接触疲劳性能。为了比较,以完全按普通轴承钢生产的工艺(Ⅰ)作为参照。试验分别采用终脱氧插Al0.5和0.25kg/t钢并在盛钢桶中加入RE0.08wt-％(Ⅱ,Ⅲ),以及终脱氧插RE     

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。     

A NOTE ON IMPROVEMENT OF CONTACT FATIGUE LIFE OF BEARING STEEL BY RARE EARTH

<正> 为了减少和消除Al_2O_3和CaO·Al_2O_3等类型夹杂物对轴承钢性能的有害影响,采用稀土部分地取代Al,在脱氧后形成RE夹杂物,以期改善轴承钢的接触疲劳性能。 为了比较,以完全按普通轴承钢生产的工艺(Ⅰ)作为参照。试验分别采用终脱氧插Al0.5和0.25kg/t钢并在盛钢桶中加入RE0.08wt-％(Ⅱ,Ⅲ),以及终脱氧插RE