冶金纯度对轴承钢接触疲劳的影响与控制

综述残余元素，有害元素以及不同类型的非金属夹杂物对轴承钢接触疲劳性能的影响及其在冶金过程中的控制。     

氧含量对轴承钢疲劳寿命的影响

通过对不同冶炼工艺、不同氧含量的高碳铬轴承钢材的对比试验,结果表明随着氧含量的降低,钢中氧化物夹杂含量随之降低,疲劳寿命提高。近10年来,大冶钢厂从冶炼方法和冶炼技术着手,通过一系列的试验研究,确立了适合于本厂条件的低真空度或非真空状态下的二次精炼方法,钢中氧含量已由电弧炉大气下熔炼的30ppm降到11ppm,材质的疲劳寿命提高两倍以上。与SKF轴承钢相比,无明显差异,接近ESR钢的水平。     

轴承钢滚动接触疲劳中显微组织与性能的变化

轴承钢在保持高清洁度和长寿命方面最近取得了快速的进展。因此，促进了在高接触应力下的应用，并由此而产生了发生显微组织改变的问题。本研究对显微组织的这类特性作了研究，结果发现，在滚动接触疲劳中，在最大剪切应力深度处，有板条状显微组织、白色侵略区和“条带状的”显微组织。酸浸蚀白亮带有铁素体，在板条和“条带状”的显微组织是伪珠光体结构。在半值宽度疲劳下所发生的显微组织改变时看到了Ｘ－射线分析的峰值明显下降，上述现象大概是由于剪切应变及其伴生热过于集中的缘故，估计白色浸蚀区总体可达到的温度为３００℃、局部超过６００℃。     

轴承钢滚动接触疲劳研究进展

对轴承钢的滚动接触疲劳领域的研究重点、研究方法和研究进展进行了综合性的阐述。首先分析了滚动接触条件下材料内赫兹应力的分布以及轴承钢对循环应力的响应,解释了轴承钢发生次表面疲劳的根本原因;接着对轴承钢疲劳测试的方法进行了总结,分析了各种测试方法的优劣势;然后讨论了影响轴承钢滚动接触疲劳寿命的关键因素;最后,对轴承钢次表面诱发的滚动接触疲劳的两大表现形式,即疲劳裂纹生长和显微组织退化,进行了系统性阐释,介绍了重要的疲劳机理并提出了未来的重点研究方向。     

GCr15轴承钢的接触疲劳寿命影响因素

本文分析了GCr15轴承钢的接触疲劳寿命,对钢中氮化物、氧化物、硫化物、残余奥氏体对轴承钢接触疲劳寿命的影响进行了研究。     

高淬透性轴承钢GCr15SiMo接触疲劳寿命

对GCr15SiMo钢与GCr15SiMn钢的接触疲劳寿命进行了对比试验,高淬透性轴承钢GCr15SiMo的疲劳寿命(L_(10)、L_(50))分别是GCr15SiMn钢的疲劳寿命(L_(10)、L_(50))的1.73倍和1.68倍;初步讨论了合金元素Mo、Si提高轴承钢疲劳寿命的作用。     

超纯轴承钢的精炼工艺

通过控制电炉(供氧强度、渣中氧化铁比例、出钢挡渣率、出钢钢液的氧活度)、钢包炉(精炼渣系、脱氧剂、钢液温度、精炼时间、底吹氩压力、精炼钢包耐火材料的选择、铁合金种类的选择)、真空脱气(真空度、真空时间、底吹氩压力)的工艺参数以及真空后的软吹氩搅拌、并采用IPAS系统和控制钢液浇铸速度,使超纯轴承钢(SFGCr15)的w(S)、w(Ti)、w(O)分别达到0.003%、0.001 2%和0.000 7%以下,钢中非金属夹杂物也处于较好水平,满足了国际顶尖轴承厂家对轴承钢的超纯要求.     

轴承钢的滚动接触疲劳与寿命预测模型

轴承是现代工业中最重要的钢铁部件之一,而次表面滚动接触疲劳(RCF)是轴承主要的失效模式。为了深入理解轴承钢的RCF失效过程,首先从力学和材料学两个角度对轴承钢的RCF过程进行了描述,提出RCF过程的实质是由位错和碳原子的交互作用造成的次表面组织演变过程;然后介绍了预测轴承RCF寿命的工程模型和理论模型,指出将工程模型与理论模型相结合、将在循环载荷作用下微观组织的演变与RCF寿命相结合是未来工作的两个重要方向;最后对全流程、多尺度的轴承钢设计问题进行了展望,提出耦合物理冶金学算法与人工智能算法以及多学科交叉的重要工作思路。     

稀土对GCr15轴承钢夹杂物和疲劳性能的影响

为深入探究稀土(La/Ce)对GCr15轴承钢中夹杂物和疲劳性能的影响,采取聚焦离子束技术(FIB)、X射线能谱分析(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、夹杂物无损提取、纳米压痕试验等多种不同的分析测试手段对不同稀土含量的GCr15轴承钢中夹杂物进行了剖析和表征,并通过超高周疲劳试验,对比分析了加入稀土(La/Ce)前后GCr15轴承钢疲劳性能的变化。结果表明,稀土优先与钢中的O、S元素反应,形成稀土氧硫化物,其可以单独存在或与其他夹杂物共生,呈细小颗粒弥散分布在钢中,尺寸在10μm以下;稀土氧硫化物还可将其他硬质夹杂物如镁铝尖晶石等包裹,改变了夹杂物形貌的不规则性。此外,稀土夹杂物与基体的等效弹性模量和硬度值更为接近,在载荷下变形差异缩小,与基体的协调性增强。稀土变质改性夹杂物改善了轴承钢的抗疲劳性能,在10⁷周次、50%的失效概率条件下,加稀土的GCr15-RE轴承钢疲劳极限比未加稀土的GCr15轴承钢高125 MPa,具有更高的抗疲劳可靠性。以上结论为稀土对轴承钢夹杂物的改性研究及GCr15轴承钢性能优化提供了理论基础。     

连铸和模铸轴承钢的冶金质量及接触疲劳寿命

连铸和模铸轴承钢的低倍组织相似;连铸轴承钢的纯洁度优于模铸轴承钢;连铸工艺生产的Φ３５ｍｍ和Φ５０ｍｍ轴承钢材的接触疲劳寿命Ｌ１０分值是相同规格的模铸材的１．３０倍以上和１．８７倍以上。     

硅对含钼轴承钢组织与性能的影响

研究了硅对含0.3%钼轴承钢的组织和性能的影响,硅不仅对抗回火稳定性、抗弯强度,接触疲劳寿命有良好作用,当含硅1.0%以下,可提高轴承钢的淬透性和韧性。     

冶炼工艺对新型不锈轴承钢的冶金质量和接触疲劳寿命的影响

介绍了采用双真空冶炼工艺和电渣重熔冶炼工艺生产新型不锈轴承钢的研究情况。研究结果表明,采用真空感应炉＋真空自耗炉（双真空）冶炼工艺生产的新型不锈轴承钢6Cr14Mo,钢中氧含量为0．0005％,而电渣钢的氧含量为0．0029％。双真空钢的氧化物夹杂数量较少、颗粒尺寸也比较细小。双真空钢的碳化物尺寸、形态及分布均优于电渣钢。双真空钢和电渣钢的接触疲劳额定寿命L10分别为0．66×10^7和0．40×10^7,前者是后者的1．65倍。     

碳、铬含量对不锈轴承钢的组织和接触疲劳寿命的影响

通过试验研究了不同碳、铬含量对不锈轴承钢的显微组织、碳化物、硬度和接触疲劳寿命的影响。试验结果表明，随着钢中碳、铬含量的增加，碳化物逐渐变得粗大、链状碳化物增多并且弥散度变差。碳含量在0．67％，铬含量13．58％时，钢的硬度≥HRC58，接触疲劳寿命L10最长。     

精炼渣系对钢中夹杂物的影响

对纯净度要求高的轴承钢GCr15用6种精炼渣系在50kg感应炉上进行对比试验,并在大生产上得到了证实。结果表明,RS—4—2渣系生产轴承钢,既去除了钢中点状夹杂物,又能控制硫含量在标准范围内,是一种较好的精炼渣系。     

高洁净轴承钢GCr15滚动接触疲劳机制研究

通过对真空脱气工艺制备的高洁净轴承钢的化学成分、低倍组织、碳化物不均匀性、非金属夹杂物等冶金质量进行标准检测及评级,并利用Aspex扫描分析仪对钢中的非金属夹杂物的数量、类型、尺寸及洁净度指数等进行定量分析,结合滚动接触疲劳寿命试验结果,建立了非金属夹杂物与轴承钢接触疲劳寿命的关系。研究结果表明,高洁净轴承钢的w[O]≤0.000 5%,w[Ti]≤0.000 8%,大颗粒夹杂物DS≤0.5级,但仍是以夹杂物为主导的接触疲劳破坏机制,其中,氧化物类夹杂尺寸较大,并在夹杂物周围存在孔洞缺陷,易于造成应力集中形成疲劳裂纹。高洁净轴承钢中氧化物类夹杂的最大尺寸控制在10μm以下,4.5 GPa高接触应力下的额定寿命L10达到1×107次以上,有望取代电渣重熔轴承钢用于高铁、高速机床主轴、风电主轴等高端装备领域。