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。     

超长疲劳寿命轴承钢的质量评价

目前普遍用来评价轴承钢洁净度和均质化程度的方法难以满足对超长疲劳寿命轴承钢的质量评估。提出了一种更科学直观地评判轴承钢的质量水平的方法。利用扫描电子显微镜进行多维度和全定量的微观夹杂物的检测,较为详细准确地分析微观夹杂物的类型和尺寸。通过原位分析技术进行均质化的定量分析,能准确分析各元素的偏析和材料的致密度,这些先进方法的应用为超长疲劳寿命轴承钢的质量评价提供了技术基础。兴澄公司生产的轴承钢,旋转弯曲疲劳性能大于1 000 MPa,滚动接触疲劳性能全面大于2×107次。     

高氮不锈轴承钢组织表征与滚动接触疲劳失效机制

高氮不锈轴承钢作为第三代轴承钢材料,被广泛应用于航天飞机燃料泵轴承、飞机发动机主轴轴承等领域,现已经成为航空航天关键基础材料。而国内关于高氮不锈轴承钢滚动接触疲劳性能研究几乎空白,因此对加压电渣冶炼工艺制备的高氮不锈轴承钢采用不同回火温度热处理,进行力学性能测试、微观结构表征和滚动接触疲劳性能测试。结果表明,试验钢1 030℃淬火+180℃回火热处理工艺抗拉强度为1 899.7 MPa、硬度为60.7HRC,500℃回火后硬度与180℃相当,抗拉强度提升至2 213.5 MPa;通过对500℃高温回火试样基体表征,发现基体内纳米级Cr-N第二相析出是二次硬化现象产生的主要原因。180℃回火试样滚动接触疲劳寿命L10为1.67×107,500℃回火试样L₁₀为2.85×10⁷,提高了70%;通过对2组试样疲劳剥落坑深入表征,发现180℃回火试样次表层沿晶断裂是引起滚动接触疲劳失效的主要原因;结合基体残余应力测量结果分析,500℃高温回火残余拉应力为41 MPa,低于180℃回火的101 MPa。高温回火基体内析出的纳米级Cr-N第二相可以降低位...     

奥氏体化温度对51CrV4钢组织及疲劳性能的影响北大核心CSCD

利用拉-拉疲劳试验方法对比研究了51CrV4钢不同奥氏体化温度下试样的疲劳性能,并采用扫描电镜(SEM)对其微观组织变化和疲劳断口进行了分析。结果表明,当奥氏体化温度由850℃升高至900℃后,疲劳强度由840 MPa增加到883 MPa,疲劳断口表面二次裂纹数量增多,且主裂纹扩展路径更曲折,裂纹扩展速率降低。且随着奥氏体化温度的升高,组织中合金渗碳体得到细化,部分碳和合金元素从大尺寸合金渗碳体中回溶到基体中,增加了固溶强化,强度和硬度分别增加约32 MPa和20HV。通过分析发现,合金渗碳体细化及碳和合金元素的回溶是疲劳性能改善的主要因素。     

奥氏体化温度对51CrV4钢组织及疲劳性能的影响

利用拉-拉疲劳试验方法对比研究了51CrV4钢不同奥氏体化温度下试样的疲劳性能,并采用扫描电镜(SEM)对其微观组织变化和疲劳断口进行了分析。结果表明,当奥氏体化温度由850℃升高至900℃后,疲劳强度由840 MPa增加到883 MPa,疲劳断口表面二次裂纹数量增多,且主裂纹扩展路径更曲折,裂纹扩展速率降低。且随着奥氏体化温度的升高,组织中合金渗碳体得到细化,部分碳和合金元素从大尺寸合金渗碳体中回溶到基体中,增加了固溶强化,强度和硬度分别增加约32 MPa和20HV。通过分析发现,合金渗碳体细化及碳和合金元素的回溶是疲劳性能改善的主要因素。     

30Cr3WVE轴承钢疲劳裂纹形成与扩展行为

通过力学性能测试以及微观组织和疲劳断口形貌分析等系统研究了一种采用双真空冶炼的高洁净度轴承钢30Cr3WVE的高周旋转弯曲疲劳破坏特性及非金属夹杂物对其疲劳性能的影响。结果表明:30Cr3WVE轴承钢经870℃淬火和550℃回火后具有优异的综合力学性能,旋转弯曲疲劳极限强度达到732MPa;通过疲劳断口的SEM观察,疲劳裂纹起源于试样的表面缺陷和内部的非金属夹杂物。表面缺陷为非金属夹杂物脱落形成的凹坑和机加工留下的刀痕,内部非金属夹杂物主要为Al、Mg、Si和Ca的氧化物。夹杂物对30Cr3WVE轴承钢旋转弯曲疲劳极限强度的影响与其尺寸和至表面的距离密切相关。构建了夹杂物尺寸和分布对30Cr3WVE轴承钢旋转弯曲疲劳极限强度影响的模型,通过控制夹杂物尺寸和数量可显著提高该钢的旋转弯曲疲劳极限强度。     

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。     

抗磨锰钛白口铸铁

研究了钛对抗磨锰钛白口铸铁显微组织和力学性能的影响，钛在显微组织中主要以TiC的形式存在，TiC的数量、尺寸和形态随钛含量的增加而改变，钛能细化奥氏体枝晶，促进渗碳体断网，降低材料硬度，提高冲击韧性和抗磨性，钛含量为0.28%的锰钛白口铸铁，能达到力学性能与抗磨性的最佳配合，正火处理可进一步提高材料性能。     

GCr15轴承钢双淬火对组织性能影响

 为了提高GCr15轴承钢强韧性,设计了一种GCr15轴承钢双淬火工艺,与常规热处理工艺对比研究发现,采用双淬火工艺处理的GCr15轴承抗拉强度从2 139.5 MPa提高到2 654.5 MPa,旋转弯曲中值疲劳强度从1 000 MPa提高到1 029 MPa。对基体组织定性表征发现,2种热处理后的组织均为针状马氏体,通过定量计算发现,残余奥氏体体积分数从8.33%增加至11.26%,同时位错密度由2.45×1012/cm2增加至3.09×1012/cm2。利用扫描电镜对旋弯断口夹杂物成分分析发现,双淬火处理工艺不改变夹杂物的尺寸、数量和类型。通过微观组织结构与力学性能关系分析发现,双淬火导致抗拉强度、伸长率和高周疲劳强度提升主要归因于缓慢的残余奥氏体TRIP效应以及细晶化带来的变形均匀性。通过微观组织结构与疲劳性能关系分析,发现双淬火引起的低周次疲劳强度降低和高周次疲劳强度提高主要归因于不同疲劳周次下残余奥氏体转变速率不同。快速奥氏体转变导致低周次应力集中增大而疲劳强度降低。相反,高周次的奥氏体TRIP缓解了应力集中,提高了疲劳强度。     

高性能渗碳轴承钢的组织与性能

 研究了热处理工艺对渗碳轴承钢组织、力学性能的影响规律,并探讨了强韧化机制。研究表明,随着淬回火温度升高和回火次数增加以及采用深冷工艺,渗碳轴承钢的强度与硬度增加,冲击韧性值下降。采用910℃淬火和180℃二次回火,轴承钢材料性能可达到硬度HRC452,抗拉强度Rm为1450MPa,屈服强度ReL为1240MPa,AKU为105J,残余奥氏体的体积分数控制在1%以下。试验钢良好的强韧性配合主要来自于晶粒的细化、超细马氏体板条和均匀弥散的细小碳化物的析出;尺寸稳定性的效果主要是残余奥氏体量的控制。     

轴承钢珠光体球化的研究现状及发展趋势

概述了轴承钢球化退火在轴承生产中的作用,分析了珠光体由片层状转变为颗粒状的变化规律,讨论了片层渗碳体的打断、短棒状向颗粒状转变以及颗粒状熟化长大的热力学机制。结果认为珠光体球化工艺的不足,一是存在碳化物分布不均匀、尺寸大小存在差异等问题;二是退火工艺固定化、格式化等问题,未能适应轴承钢的发展;三是球化退火后的组织检验粗糙化、不够细致。球化工艺的发展趋势,一是要在轧钢或锻压生产阶段通过引入塑性变形或增大冷却过冷度等方法来保证片层组织更加均匀、细化,无网状渗碳体;二是要开发新的球化工艺,例如在有可能的条件内引入电场、磁场以及高温高压应力场等方法来改善球化工艺;三是要将球化组织的定量化检验标准化。     

Microstructure and Abrasive Wear Behavior of Medium Carbon Low Alloy Martensitic Abrasion Resistant Steel

The effect of processing parameters such as hot rolling and heat treatment on microstructure and mechanical properties was investigated for a new 0.27mass% C and Ni,Mo-free low alloy martensitic abrasion resistant steel.The three-body impact abrasive wear behavior was also analyzed.The results showed that two-step controlled rolling besides quenching at 880℃and tempering at 170℃could result in optimal mechanical property:the Brinell hardness,tensile strength,elongation and-40 ℃impact toughness were 531,1 530 MPa,11.8% and 58J,respectively.The microstructure was of fine lath martensite with little retained austenite.Three-body impact abrasive wear results showed that wear mechanism was mainly of plastic deformation fatigue when the impact energy was 2J, and the relative wear resistance was 1.04times higher than that of the same grade compared steel under the same working condition.The optimal hardness and toughness match was the main reason of higher wear resistance.     

国外高性能轨钢最新进展

介绍了国外珠光体型和贝氏体型高性能轨钢的最新研究进展,列举了它们的化学成分、工艺参数和力学性能。JFE公司开发了重载铁路用高耐磨性和抗滚动接触疲劳性珠光体钢轨(SP3)。美国通过控制先共析渗碳体和初始奥氏体晶粒尺寸开发了新型珠光体轨钢。印度开发了高耐蚀性Cr-Cu-Ni珠光体轨钢。波兰和美国分别开发了新型空冷贝氏体轨钢。英国利用热力学极限解决了贝氏体钢耐磨性较珠光体钢差的问题,设计出无碳化物的贝氏体钢轨。     

新型耐高温磨损钢板组织性能与高温磨损行为研究

摘要：随着低合金耐磨钢应用领域逐渐增加,对其中高温条件下的耐磨性能提出了要求。通过成分设计、控制轧制和离线热处理工艺制备了一种Mo、V合金化新型低合金高温耐磨钢。初步探索了其在300~500℃温度范围的高温磨损行为和组织演变,并与同硬度级别的商用常规耐磨钢NM450进行了对比分析。结果表明：通过添加Mo和V等元素可以抑制位错密度降低、板条合并以及渗碳体析出、长大过程,提高了高温耐磨钢的高温强度等力学性能,从而提高了其高温磨损性能。300、400、500℃温度的磨损性能分别是常规NM450的1.5、1.4和2.2倍左右。300到500℃的磨损机制由磨料磨损向氧化磨损和塑性变形转变。高温耐磨钢高温屈服强度相对更高,塑性变形更小。     

受热不均匀对低碳钢SAE1010板材组织及成形性能的影响

为了研究退火过程受热不均匀对板材组织及成形性能的影响规律,对热轧态SAE1010低碳钢板进行冷轧及连续退火,分析热轧态、冷硬态及退火态钢板边部和芯部的显微组织,分别对退火态钢板边部和芯部试样进行拉伸和折弯试验。结果表明,热轧态试样少量岛状珠光体分布在铁素体晶界处,边部组织晶粒尺寸小于芯部,珠光体中部分片层渗碳体退化为球状。冷硬态板材组织沿轧制方向呈现明显的晶粒破碎特征,退火态边部组织存在较多的大晶粒和粒状渗碳体团,芯部组织较为均匀细小。退火态板材芯部材料伸长率高于边部而强度低于边部,经180°折弯后芯部钢板无开裂而边部出现裂纹。退火温度均匀性对于SAE1010低碳钢板组织和性能具有重要的影响。     

重大装备用高品质轴承用钢的发展及其质量控制

 随着汽车、高铁、精密机床、风电等重大装备的应用与建设,对轴承提出了高品质、长寿命和高可靠性的要求。除了轴承结构设计、制造精度外,轴承用钢对轴承产品的质量具有至关重要的影响。基于目前高端轴承应用需求,分析了高铁、风电、盾构机等重大装备领域轴承需求现状和性能要求,介绍了国内外轴承钢的发展方向和钢种开发情况,并讨论了轴承钢质量控制原理和思路。轴承钢产品质量控制的目标可归纳为纯净化、精细化和均匀化。其中冶金和凝固过程通过窄成分控制、低有害元素含量、碳化物液析、元素偏析带状、结晶组织缺陷、夹杂物控制等以获取洁净钢。后续轧制锻造工序通过控轧控冷实现组织的均匀化和精细化控制,以满足后续热处理等工序的加工性要求。     

不同屈强比的冷轧DP780钢工艺调控技术分析

采用不同的工艺调控技术,实现了一种成分体系可生产具有不同屈强比的经济型冷轧DP780钢,并通过分析力学性能测试结果、TEM和SEM组织形貌特征,得到热轧初始组织、冷轧压下量、连续退火工艺对屈强比的影响。结果表明,当热轧初始组织为F＋P(铁素体＋珠光体)时,随着平均晶粒尺寸细化至约7.5 μm,屈服强度增加了50 MPa,屈强比由0.48增至0.56;当热轧初始组织变为F＋B(铁素体＋贝氏体）、以贝氏体为主时,屈服强度达到532 MPa,屈强比增至0.65,同时有利于保证DP780钢的扩孔性和塑性,扩孔率达到86%,特别适用于有扩孔翻边要求的汽车结构件和加强件。此外,适当增加冷轧压下量和降低退火保温温度,均有利于增强基体的强化效应,从而提高屈强比。     

轧制压下量对低碳超细晶粒钢Q235B组织及性能的影响

低碳钢Q235B奥氏体化后淬火得到马氏体组织,然后在室温下进行多道次轧制,总压下量分别为50%与70%,随后在500～650℃退火2 min制备低碳超细晶粒钢,研究轧制压下量对超细晶粒钢组织及性能的影响。采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察显微组织演变,用能谱仪分析析出物颗粒化学成分,在Instron-5969拉伸试验机上进行拉伸实验。结果表明,冷轧+退火马氏体起始组织可以制备超细晶钢,强度相比原始钢强度提高近一倍。此外,随着压下量的增加,再结晶温度降低,渗碳体颗粒易长大,不利于超细晶钢机械性能的提高。相同退火工艺下,压下量增加,铁素体晶粒及渗碳体尺寸长大,其综合机械性能降低。     

国内外高氮马氏体不锈轴承钢研究现状与发展

 高碳铬不锈钢是应用最为广泛的不锈轴承钢,其具有较高的硬度和一定的耐蚀性,然而较高的碳、铬质量分数导致粗大碳化物的出现,轴承钢的疲劳和耐蚀性能将受到损害。相比之下,钢中添加氮元素能够减少粗大共晶碳化物的数量,同时析出大量细小的氮化物及碳氮化物,氮代碳既强化基体又改善耐蚀性,从而获得高强度与良好耐蚀性。介绍了含氮轴承钢及含氮马氏体轴承钢的发展历程,分析了不锈轴承钢中氮元素对组织结构、力学性能和耐蚀性能的作用机理;介绍国内外含氮轴承钢的研究现状并指出了含氮轴承钢研究的不足,需要在氮溶解模型、氮对组织演变及耐蚀机制等方面进行基础理论研究,同时不断研发不同系列的含氮马氏体轴承钢。     

聚磁介质用不锈导磁材料开发

为了改善现有强磁选机聚磁介质耐磨、耐腐蚀能力,提高其聚磁性能,开展了聚磁介质用不锈导磁材料制备、显微组织观察、力学性能测试、耐腐蚀性能及磁性能测试试验。结果表明,利用真空熔炼炉进行钢水熔炼、热轧、完全退火处理后可制备出屈服强度为287 MPa、显微硬度为148HV、腐蚀速率为10-8 A/cm~2、背景场强为35A条件下的磁化磁场强度为14 000Gs、剩磁强度为1 056Gs的不锈导磁聚磁介质用材料。