真空脱气轴承钢的疲劳寿命及影响因素

本文介绍了滚动轴承用钢经真空脱气处理和钢包喷粉处理后的接触疲劳寿命。对钢中气体含量,非金属夹杂物含量和碳化物颗粒大小对疲劳寿命的影响进行了分析。同时对如何提高轴承钢的疲劳寿命提出了看法。     

轴承钢洁净度对轴承疲劳寿命的影响

介绍了轴承钢中氧含量及各种非金属夹杂物对接触疲劳寿命的影响。钢中含氧量及脆性夹杂物增多 ,疲劳寿命显著下降 ,硫化物的影响取决于其分布形态。附图 4幅。     

表面爆炸喷涂WC涂层对GCr15轴承钢抗疲劳性能的影响

采用爆炸喷涂技术在GCr15轴承钢表面制备一层WC涂层,通过疲劳试验研究了爆炸喷涂后轴承钢的抗疲劳性能,并与未喷涂轴承钢进行对比。结果表明:爆炸喷涂后GCr15轴承钢的疲劳寿命缩短、抗疲劳性能降低;未喷涂轴承钢的疲劳裂纹源为其表面因机械加工产生的微小划痕、非金属夹杂物以及晶体滑移带,爆炸喷涂后轴承钢的疲劳裂纹源为WC涂层中的孔状缺陷和界面附近轴承钢中的非金属夹杂物。     

轴承钢生产过程中夹杂物控制的研究进展

分析了轴承钢中夹杂物的类型及其来源,讨论了国内轴承钢冶炼过程中夹杂物控制存在的问题;轴承钢中最有害的夹杂物是大尺寸的以脱氧产物Al2O3为核心的复合氧化物或氧硫氮复合物。合理控制初炼炉终点碳含量、选择合适的脱氧剂提高脱氧能力或使夹杂物变性、优化精炼渣成分提高其吸收夹杂物的能力、优化熔炼工艺减少大尺寸夹杂物并改善其在钢中的分布是当前降低轴承钢中氧化物夹杂的主要措施。指出了钢中夹杂物控制技术的发展方向。     

夹杂物尺寸及位置对51CrV4弹簧钢疲劳寿命的影响

用能谱仪、扫描电镜分析了51CrV4弹簧钢的疲劳断口,研究了夹杂物尺寸及位置对该钢疲劳寿命的影响规律。结果表明:51CrV4试验钢的疲劳强度为702.5MPa,在保证试样表面没有划痕和麻点的情况下,疲劳裂纹主要起裂于椭球状且塑性较低的复杂氧化铝夹杂;在夹杂物尺寸越大和距离表面越近的情况下,其疲劳寿命越低;在710MPa应力水平下近表面夹杂物的临界尺寸为5.47μm。     

25Cr2Ni2MoV钢焊接接头的超高周疲劳特性

对25Cr2Ni2MoV钢焊接接头开展常温拉压条件下的超高周疲劳试验,并对失效试样进行断口分析,研究焊接接头的疲劳失效机理。结果表明,疲劳寿命曲线呈现阶梯状:在高应力短寿命区,疲劳断裂发生在试样母材区较多,多为表面或次表面夹杂物裂纹萌生;在低应力长寿命区,疲劳断裂发生在试样焊缝区较多,多为内部气孔裂纹萌生。断口分析发现:缺陷(裂纹源)尺寸较小或者越靠近试样内部,疲劳寿命越长,且较小缺陷同内部较大缺陷具有相似的裂纹萌生潜力。通过有限元模拟疲劳试样内部微缺陷处的应力分布得出,焊缝区气孔和夹杂物周围的应力集中程度大于母材区夹杂物。结合断口分析发现,母材区弥散分布的粒状颗粒夹杂物数量较多,并且聚集起来会形成更大的缺陷,相比焊缝区夹杂物更容易萌生疲劳裂纹。     

基于两种不同缺陷形式的FV520B-Ⅰ疲劳寿命预测

表面粗糙度和内部非金属夹杂物这两种缺陷形式都会明显影响高强度钢FV520B-Ⅰ的疲劳寿命。以FV520B-Ⅰ的超声疲劳实验数据为基础,结合根据经典的断裂力学,将表面粗糙度以及内部非金属夹杂物与FV520B-Ⅰ疲劳寿命联系起来得到疲劳寿命预测基础模型。从实验数据中选取合适的疲劳数据对基础模型进行拟合,确定与FV520B-Ⅰ相关参数,从而分别建立了针对两种不同缺陷情况下FV520B-Ⅰ的疲劳寿命预测模型。疲劳寿命预测模型的建立为FV520B-Ⅰ的疲劳寿命研究作出了贡献,准确并有针对性的预测疲劳寿命对保障设备的正常生产运行有重要的意义。     

轴承钢的接触疲劳性能研究

对国产GCr15、美国AISI52100、日本SUJ2轴承钢进行了低温回火处理,并测试了其力学性能,同时在球棒试验机上考察了3种钢的接触疲劳磨损性能。结果表明:经回火处理后3种钢的强度、硬度、冲击韧性等力学性能差别不大,而日本SUJ2轴承钢、美国AISI52100轴承钢的接触疲劳特征寿命分别为GCr15轴承钢接触疲劳特征寿命的1.83倍和1.66倍。其主要原因是:相对于美国AISI52100轴承钢、日本SUJ2轴承钢而言,国产GCr15轴承钢中的A类硫化物夹杂含量更多、链更长、更宽,且其D类铝酸钙复合夹杂物含量更多。     

次表面缺陷对滚动接触应力分布的影响

一般认为，次表面缺陷如轴承钢中的夹杂物或微孔对滚动接触疲劳的剥落型失效有着不利的影响。为了用机械的方法来探讨次表面缺陷和滚动接触疲劳寿命之间的关系，就一定要研究次表面夹杂物或微孔对应力分布的影响。在本文中，对夹杂物和微孔周围的应力分布做了三维有限元分析。当微孔存在于基体时，应力分布变得最集中，而且产生的影响也最大。然而，实际上不含缺陷的基体和距微孔中心2．3a（a：微孔半径）远的基体之间的应力分布几乎没有差异。     

多夹杂物对重载铁路钢轨疲劳寿命的影响

非金属夹杂物容易引起钢轨疲劳损伤,为了探究非金属夹杂物特征参数对重载钢轨疲劳性能的影响规律,文中采用ABAQUS有限元软件建立重载钢轨分析模型,对外载荷作用下含夹杂物钢轨的应力状态进行仿真计算,通过FE-SAFE疲劳仿真软件对含多夹杂物钢轨进行疲劳寿命预测。结果表明：相比于软质塑性MnS夹杂物,硬质脆性Al₂O₃夹杂物对钢轨最大应力的影响更大;夹杂物位于钢轨的高应力区时,在外部载荷作用下,曲线段钢轨的最大应力大于直线段钢轨的最大应力;相邻夹杂物相距临界距离时,多夹杂物水平分布时比其垂向分布时对钢轨应力的影响更大,且随着相邻夹杂物距离变小,钢轨基体的最大应力变小;相邻多夹杂物会使钢轨疲劳寿命骤减,含4个相邻夹杂物的钢轨比含2个夹杂物钢轨的疲劳寿命短。     

非金属夹杂物对滚动接触疲劳裂纹萌生及扩展的影响

为提高机械设备结构部件的疲劳寿命,研究材料中非金属夹杂物对滚动接触疲劳的影响,综述了非金属夹杂物的类型、形状及尺度,分析了非金属夹杂物相对表面深度、应力集中与热膨胀系数对裂纹产生的影响。阐述了疲劳裂纹的扩展和疲劳失效,分别介绍了基于动态剪应力、Mises应力和裂纹尖端应力的裂纹扩展模型。介绍了疲劳剥落失效的有限元法和基于弹塑性力学的理论分析法,以及试验技术如磁场检测、超声波检测、声发射、X射线和辐射分层成像技术等,分析了这些方法的优缺点,最后,提出了需要进一步研究的问题,以期为滚动轴承的疲劳寿命预测与提高提供基础。     

夹杂物随机分布特征对齿轮接触疲劳性能的影响研究

齿轮材料中存在非金属夹杂物会显著降低齿轮的接触疲劳强度,其作用机理研究可为生产质量的控制和服役性能的评价提供重要指导。为此,建立了含随机分布非金属夹杂物的齿轮副有限元接触分析模型,并基于Brown-Miller多轴疲劳准则研究了夹杂物分布特征对齿轮接触疲劳性能的影响,预测了3种不同可靠度下的齿轮接触疲劳R-S-N曲线。结果表明,次表面夹杂物的存在,尤其是夹杂物的聚集,会产生相当大的应力集中,并造成接触疲劳寿命的显著降低;最小疲劳寿命深度主要位于0.35bH到0.75bH的范围内,其统计分布与对数正态函数的符合度最高,其次为三参数威布尔分布函数;接触疲劳寿命较好地符合三参数威布尔分布。     

GCr15轴承钢冶炼工艺的选择与控制

一、概述 轴承素称为“工业的心脏”,由于轴承应具备长寿命、高精度、低发热量、高速性、高刚性、低噪声及高耐磨性等特性,这对轴承钢的化学成分均匀性、非金属夹杂物含量和类型、碳化物粒度和分布,以及脱碳等要求严格,因此轴承钢质量的好坏也成为一个国家钢铁冶炼水平的一个标志。     

冶炼方法对GCr15钢质量及接触疲劳寿命的影响

分析3种不同冶炼方法的GCr15钢的冶金质量、组织与硬度、碳化物颗粒大小及分布状态,接触疲劳寿命试验表明:电渣重熔钢的接触疲劳寿命最长,优质真空脱气钢次之,而一般真空脱气钢最短。     

轴承研究所一九六三年部分研究报告出版(续上期)

电渣重熔GCr-15轴承钢的弯曲疲劳S-N曲线——第二研究室,第一机械工业部轴承研究所研究报告,1964年4月(已出版)本文测定了电渣重熔和空气电炉熔炼GCr-15轴承钢的弯曲疲劳S-N曲线,采用了数理统计的韦布尔(Weibull)分布法处理试验数据,分析对比了两种轴承钢的弯曲疲劳S-N曲线和冶金质量.试验证实:在破坏概率P=0.50时,电渣重熔轴承钢的弯曲疲劳强度比普通钢提高16%左右,并证实了利用韦布尔分布法处理弯曲疲劳试验结果是比较适宜的.     

45钢中非金属夹杂物的鉴别

钢中的非金属夹杂物对钢的质量影响很大,钢中不同类型的夹杂物对钢的性能的影响也不同,在实践中必须区分开不同类型的夹杂物。 我厂生产的曲轴是用45钢经锻打成形的,金相分析时发现其中有一条粗大的非金属夹杂物,初看时,发现夹杂物太大,不敢肯定夹杂物的性质。为了     

NSK轴承公司高纯洁度轴承钢的发展

对ＮＳＫ轴承公司开发的长寿命轴承钢（Ｚ钢）、真空精炼钢（ＶＡＲ钢）和超长寿命、高可靠度轴承钢（ＥＰ钢）作了介绍。Ｚ钢对Ｐ、Ｎｉ和Ｃｕ的含量要求较严，还规定氧含量在９ｐｐｍ以内，硫含量少于０．００８％。钛含量小于０．００４％；采用ＮＳＫ公司研究的图像分析法和电子束溶解抽样法测定钢中氧化物的数量，ＥＰ钢的主要特点是对杂质的规格、分布和大杂质的大小作了严格规定；疲劳寿命试验结果表明，ＥＰ钢的额定寿命比Ｚ     

国内外高品质轴承钢洁净化与均质化控制技术的进展

介绍了国内外典型钢铁企业生产高品质轴承钢产品指标及装备工艺,通过超低氧含量、微量元素、碳化物偏析和非金属夹杂物等控制技术,应用出钢除渣、高碱度精炼渣系、大断面垂直连铸、大颗粒Ds夹杂物控制工艺,结合合理先进的生产流程,可以生产出能够满足高铁用高品质轴承钢,为国内相关企业产品的开发及生产工艺的改进提供参考。     

G20CrNi2MoA钢的接触疲劳寿命及渗碳层特性

研究了用真空脱气法（ＥＦ－ＶＬＦ）和电渣重熔法（ＥＦ－ＥＳＲ）冶炼的渗碳轴承钢Ｇ２０ＣｒＮｉ２ＭｏＡ的接触疲劳寿命和渗碳层特性。结果表明，两种不同冶炼方法的渗碳轴承钢，其接触疲劳寿命相当，渗碳层特性基本一致。附图毛幅，表５个，参考文献５篇。     

电化学充氢条件下夹杂物对管线钢氢致开裂敏感性的影响

对X52、20、X70管线钢在0.5mol·L-1H2SO4溶液中进行电化学充氢试验,研究了钢中夹杂物形态、大小、数量、分布对管线钢氢致开裂(HIC)的影响。结果表明:X52钢的HIC敏感性远小于20钢和X70钢的;20钢中的MnS夹杂物并不是氢致裂纹的必然形核位置,而Al2O3、复合氧化物/铁的碳化物、硅夹杂物则是更为有害的氢致裂纹源;X70钢中以Al2O3、铁的碳化物造成的氢致开裂危害最大;相邻夹杂物形成的裂纹源不断扩展并合成了更大的裂纹。