[表面强化及损伤机理]硌伤形貌对车轮材料滚动接触疲劳特性的影响

采用重力摆锤在车轮试样表面冲击出不同形貌的硌伤坑,基于改进后的MMS-2A 型微机控制摩擦磨损试验平台,研究了未硌伤车轮以及两种硌伤形貌车轮的滚动接触疲劳特性。结合ABAQUS仿真分析的车轮硌伤后残余应力分布情况,探讨了硌伤坑附近裂纹的萌生及扩展机制。结果表明：与未硌伤车轮相比,车轮硌伤处次表层材料沿踏面垂直方向上出现的残余拉应力有助于促进裂纹的萌生和扩展。相同冲击能下,球形硌伤坑附近裂纹长度和角度均大于道砟形硌伤坑附近裂纹长度和角度。球形硌伤坑边缘次表层裂纹的裂纹面较宽,并沿着45°的扩展角度向内部扩展。     

Predicting Material Performance in Rolling Contact Fatigue via Torsional Fatigue

Abstract

Evaluating new materials for rolling element bearings (REBs) is an expensive, time-consuming, and difficult process. This work presents a continuum damage mechanics (CDM)-based finite element model (FEM) that incorporates gradual material degradation under cyclic loading and discrete material representation to predict rolling contact fatigue (RCF) failure. The fully reversed orthogonal shear stress was considered the critical stress for the CDM RCF modeling. Torsional fatigue results available from the open literature were used to determine the critical parameters for CDM FEM. In contrast to previous modeling approaches, in this investigation the CDM material parameters were considered probabilistic in nature to represent variations in material strength or resistance to fatigue. This modification to the modeling procedure resulted in RCF life predictions that capture life scatter characteristic of the RCF phenomena for REBs. Based on the model results, a fatigue life equation was developed to corroborate the Lundberg and Palmgren (LP) theory. The results obtained from the predictive life equation generated from the CDM-based FEM using material parameters obtained from torsional fatigue results are in good agreement with the LP model.     

滚动轴承疲劳破坏机理和疲劳寿命模型综述

延长轴承疲劳寿命,尤其是滚动轴承的接触疲劳寿命.一直是轴承工作者十分重视的研究课题.本文概括了滚动轴承接触疲劳破坏机理的主要形式和形成原因,总结了不同阶段的滚动轴承接触疲劳寿命计算公式,分析了不同滚动轴承接触疲劳寿命模型的区别.介绍了表面涂层的摩擦学性能在滚动轴承中的应用.     

钢轨滚动接触疲劳研究

介绍了滚动接触疲劳裂纹的萌生及扩展的形成机理、钢轨滚动接触疲劳的破坏分类、影响因素,从钢轨新材料的开发、轮轨接触几何型面的优化和铁路工况的改善等几个方面提出了减缓钢轨滚动接触疲劳的措施。     

滚动接触疲劳试验机的研究现状

滚动接触疲劳试验机主要用于研究材料在模拟工况条件下的接触疲劳性能。本文就国内外已经实际应用的滚动接触疲劳试验机的现状及接触疲劳试验基本工作原理加以介绍,并就滚动接触疲劳试验机的发展方向作了探讨。     

轴承用球三点接触纯滚动接触疲劳寿命试验机

介绍了一种新型的轴承用球三点接触式纯滚动疲劳寿命试验机。试验机主要包括驱动装置、从动装置和加载装置3部分,附加装置中的热电偶、加速度传感器和计数器分别测量温度、振动和转动圈数。被测试样球仅在同一最大圆截面上受到3次非等间隔但等强度的循环接触载荷作用,并沿此圆周作纯滚动,试样球的最大转速为23 000 r/min,最大赫兹接触应力可达7 GPa。该试验机可用于评定各种材料轴承用球的滚动接触疲劳性能。     

弯矩作用下钢轨滚动疲劳裂纹扩展行为研究

在JD-1轮轨模拟试验机上,通过设计模拟小轮的结构,对钢轨试样在弯矩作用下的裂纹扩展行为进行研究.试验结果表明:裂纹一般在应力集中处萌生,当裂纹扩展到一定程度后容易产生变向甚至分叉;在其他参数相同的情况下,预制裂纹尺寸对疲劳裂纹扩展有较大影响,预制裂纹较宽时裂纹扩展速率明显加快.     

润滑油添加剂对陶瓷球接触疲劳的影响

利用自制的球-棒疲劳试验机研究了4种润滑油添加剂对Si3N4与GCr15钢摩擦副接触疲劳性能的影响，并借助于扫描电镜(SEM)和X射线能量色散谱(EDAX)分析了Si3N4陶瓷球表面疲劳成因及不同添加剂的抗疲劳机理。结果表明，4种添加剂都不同程度地提高了Si3N4陶瓷球的接触疲劳寿命，其中以极压抗磨剂效果较好；点蚀剥落是Si3N4陶瓷球的主要失效形式；添加剂抗疲劳的主要原因是在钢表面形成反应膜，在陶瓷球表面形成转移膜，降低了滑动摩擦力。     

超硬涂层零件滚动接触疲劳加速实验方法研究

提出了一种新的加速超硬涂层零件滚动接触疲劳失效的实验方法,并给出了机制模型及机制分析;采用该方法,在超硬涂层材料滚动接触疲劳实验机上,对纳米超硬材料涂层轴承滚动接触疲劳失效行为开展了加速疲劳实验和常规疲劳实验的对比实验研究。实验结果表明:该方法能取得与常规疲劳实验方法疲劳行为相同的实验结果;加速疲劳实验加速比约为3,加速疲劳实验方法十分有效地节省了疲劳实验中消耗的时间。该方法是一个适应于评价超硬涂层零件滚动接触疲劳性能及研究其失效机制的新方法。     

氮化硅陶瓷球显微结构与滚动接触疲劳性能

利用扫描电子显微技术分析了4种氮化硅陶瓷球的显微结构，用新研制的三点接触纯滚动加速疲劳试验机，试验研究了4种陶瓷球的接触疲劳性能，并对疲劳球表面进行了显微观察。研究表明，相同试验工况下，不同的显微结构，其韧性、强度、寿命和温升明显不同。细小致密的等轴状晶粒、玻璃相少的陶瓷球的滚动接触疲劳性能优于长针状晶粒、玻璃相多的陶瓷球。