高性能渗碳钢的抗氢脆性能与疲劳性能研究
发布时间：2017-09-09 07:04
本文关键词：高性能渗碳钢的抗氢脆性能与疲劳性能研究
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【摘要】：高性能渗碳钢因其特殊的工作条件和结构特点要求材料必须具有高的强度、硬度、旋转弯曲疲劳强度、接触疲劳强度、良好的韧性、优异的抗氢脆性能等,本文以双真空冶炼Cr-Ni-Mo轴承钢为研究材料,通过控制热处理工艺使得试验钢获得良好的强韧性,在此基础上通过了TDS试验与慢应变速率拉伸试验研究了试验钢的抗氢脆性能,分析了试验钢的抗氢脆机理;另外,研究了试验钢渗碳后的旋转弯曲疲劳性能及接触疲劳性能,并分析了试验钢疲劳破坏机理。试验钢抗氢脆性能研究表明,当试验钢的氢含量为1ppm时,试验钢塑性下降不明显,仍为韧性断裂,说明抗氢脆性能比较好;氢的扩散行为研究表明,充氢后放置12h,试样内部的氢含量由1ppm降低到0.36ppm,下降比为64%;试验钢抗氢脆性能优异的原因一方面是由于氢陷阱数量少,另一方面是由于细小的晶粒将进入钢中的氢均匀分散,最终使得应力集中处的氢聚集量达不到使材料发生脆性断裂的临界氢含量。试验钢渗碳后渗层组织为隐晶马氏体、残余奥氏体及少量碳化物,渗层深度为1.71mm,表层硬度为727HV,心部获得超细板条马氏体、大量细小弥散的碳化物、少量残余奥氏体,优异的组织特征是保证疲劳性能的关键。旋转旋弯疲劳试验表明,当试样表面粗糙度为800nm时,旋转弯曲中值疲劳极限为921MPa,当试样表面粗糙度降低到300nm以下时,旋转弯曲疲劳极限可高达1000MPa,试验钢的疲劳起裂主要是由表面粗糙度较高及钢次表面的氧化物夹杂引起。通过降低表面粗糙度,并控制冶金工艺,严格控制钢中的夹杂物尺寸和数量,可以提高钢的旋转弯曲疲劳性能。接触疲劳试验表明,试验钢具有较高的接触疲劳寿命,疲劳裂纹起裂是由于次表层最大剪切应力处夹杂物周围应力集中导致裂纹优先从此处开裂,并向表面扩展、剥落,通过双真空冶炼工艺严格控制钢中夹杂物的尺寸及分布,可以提高钢的接触疲劳寿命。
【关键词】：渗碳钢 强韧性 抗氢脆性 旋转弯曲疲劳强度 接触疲劳寿命
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.33
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-9
- 第1章 绪论9-17
- 1.1 引言9-10
- 1.2 国内外研究现状及发展趋势10
- 1.3 高性能渗碳钢中合金元素作用10-12
- 1.4 高性能渗碳钢抗氢脆性能研究12-13
- 1.5 高性能渗碳钢旋转弯曲疲劳性能研究13-14
- 1.6 高性能渗碳钢接触疲劳性能研究14-15
- 1.7 课题研究的内容，，意义及设计的思路15-17
- 第2章 试验方案与内容17-25
- 2.1 试验材料17
- 2.2 试验方法17-23
- 2.2.1 试验钢的热处理17
- 2.2.2 力学性能测试17-18
- 2.2.3 抗氢脆试验18-20
- 2.2.4 组织分析20
- 2.2.5 旋转弯曲疲劳试验20-21
- 2.2.6 接触疲劳试验21-23
- 2.3 本章小结23-25
- 第3章 试验钢组织特征与抗氢脆性能研究25-47
- 3.1 引言25
- 3.2 试验内容与方法25-27
- 3.3 试验结果27-34
- 3.3.1 试验钢充氢后的力学性能变化规律27-30
- 3.3.2 充氢曲线30-31
- 3.3.3 放置曲线31-32
- 3.3.4 氢脆断口观察32-34
- 3.4 分析与讨论34-46
- 3.4.1 试验钢晶粒尺寸观察34-37
- 3.4.2 板条马氏体组织结构观察37-38
- 3.4.3 残余奥氏体的测量与分析38-40
- 3.4.4 试验钢第二相的观察与分析40-45
- 3.4.5 试验钢抗氢脆机理分析45-46
- 3.5 本章小结46-47
- 第4章 试验钢旋转弯曲疲劳性能研究47-59
- 4.1 引言47
- 4.2 试验内容与方法47-48
- 4.3 表层组织特征48-50
- 4.3.1 组织观察48
- 4.3.2 渗层第二相定性与定量分析48-49
- 4.3.3 表层硬度49-50
- 4.4 试验结果及分析50-57
- 4.4.1 疲劳性能及断裂方式50-51
- 4.4.2 表面粗糙度对疲劳性能的影响51-52
- 4.4.3 疲劳断口观察52-53
- 4.4.4 疲劳裂纹起源及夹杂物统计53-56
- 4.4.5 抗疲劳机理分析56-57
- 4.5 本章小结57-59
- 第5章 试验钢接触疲劳性能研究59-69
- 5.1 引言59
- 5.2 试验内容与方法59
- 5.3 试验结果59-60
- 5.4 分析与讨论60-67
- 5.4.1 疲劳坑与形貌60-61
- 5.4.2 接触疲劳裂纹形成研究61-66
- 5.4.3 接触疲劳机理研究66-67
- 5.5 本章小结67-69
- 结论69-71
- 参考文献71-75
- 攻读硕士学位期间所发表的论文75-77
- 致谢77
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