32Cr3MoVE轴承钢旋弯疲劳特性及裂纹萌生扩展行为
发布时间：2021-11-10 08:25
采用光滑漏斗状试样对32Cr3MoVE轴承钢进行旋转弯曲疲劳测试,研究了32Cr3MoVE轴承钢旋转弯曲疲劳性能及裂纹萌生扩展行为。采用升降法测得其疲劳极限为860 MPa,疲劳断口SEM观察并统计破断试样结果表明:疲劳破坏68.7%是由于非金属夹杂起裂,18.8%由表面加工缺陷起裂,12.5%为表面粗糙度起裂。当加载应力低于980 MPa时,疲劳断裂主要是由于内部非金属夹杂引起的,高于980 MPa时,疲劳断裂主要是由于表面粗糙度引起的。表面加工缺陷和表面粗糙度引起的最大应力强度因子分别为3.05和2.97 MPa·m1/2,容易引发疲劳裂纹。非金属夹杂物尺寸在5.30～5.90μm范围内,局部应力从859.35 MPa升至977.75 MPa时,疲劳寿命从1.96×105降低到1.58×105;非金属夹杂物局部应力在840～900 MPa范围内,夹杂物尺寸从2.28μm升至5.83μm时,疲劳寿命从1.10×106降低到1.96×105。
【文章来源】：钢铁研究学报. 2020,32(10)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
32Cr3MoVE轴承钢疲劳性能
如图6所示,为非金属夹杂、试样表面加工缺口以及表面粗糙度引起疲劳断裂的断口形貌图。图6(a)为内部非金属夹杂引起疲劳断裂断口疲劳源区形貌图,疲劳裂纹由非金属夹杂处起裂扩展;图6(b)为夹杂物的放大图,经SEM和EDS分析表明该非金属夹杂物为带尖角型的CaO,其面积约为28.2 μm2。非金属夹杂物在试样的靠近表面位置,使该处应力较为集中形成疲劳源,从而导致疲劳破断。图6(c)为表面加工缺陷引起的疲劳断裂,疲劳裂纹在加工缺陷较宽的范围内开始起裂;图6(d)为由于表面加工缺陷断裂的疲劳试样断口侧面SEM形貌图,加工缺陷平均宽度为11.4 μm,平均深度为2.8 μm。这些缺陷在试样的表面使得表面结构不连续从而导致该处应力集中形成疲劳源,降低钢的疲劳强度。图6(e)为表面加工沟壑即表面粗糙度引起的疲劳断裂,在起裂源处未发现非金属夹杂,疲劳裂纹从试样表面向内部扩展;图6(f)为表面粗糙度引起的疲劳断裂试样断口侧面形貌图,可清晰地观察到试样表面加工沟壑,导致疲劳断裂使试样疲劳强度降低。2.4 疲劳裂纹的扩展
表2 32Cr3MoVE轴承钢中夹杂物类型及面积分数Table 2 Types and area percentage of inclusions in 32Cr3MoVE bearing steel 夹杂物种类 Al2O3-MgO Al2O3 Al2O3-MnS Al2O3-MgO-SiO2 CaS MgO-CaO CaO Al2O3-CaO-SiO2 面积分数/% 26.86 16.63 13.09 10.67 10.11 9.61 6.59 6.43所有试样均沿棒料纵向切取,对毛坯试样进行调质处理(930 ℃×1 h,油冷,550 ℃×2 h,空冷),旋转弯曲疲劳试样图如图2所示。采用HITACHI-H800型透射电子显微镜(TEM)对调质试样的析出物进行表征。透射试样粘贴在毛玻璃上磨至厚度40～50 μm,然后冲出直径为3 mm的小圆片,最后用双喷电解仪对直径为3 mm的圆片减薄出小孔,电解液为8%的高氯酸溶液。将热处理后的试样精磨、纵抛工艺加工成漏斗型旋转弯曲疲劳试样,试样最小直径为3 mm。旋转弯曲疲劳试验采用QBWP-1000 x型旋转弯曲疲劳试验机,应力比R=-1,试验频率为80 Hz,试验按照国家标准GB/T 4337—2015《金属材料疲劳试验旋转弯曲方法》进行,用升降法测得其疲劳强度,用成组法测得其S-N曲线。利用扫描电镜对断口进行观察引起疲劳断裂的原因以及夹杂物的种类,并利用Image-Pro 6.0软件统计疲劳断裂试样夹杂物的尺寸及位置参数。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高钴钼不锈轴承钢疲劳裂纹萌生及扩展行为[J]. 耿思远,杨卯生,赵昆渝. 钢铁研究学报. 2018(11)
[2]30Cr3WVE轴承钢疲劳裂纹形成与扩展行为[J]. 王艳江,杨卯生,孙世清,张志慧. 钢铁研究学报. 2018(03)
[3]国内外轴承钢的现状与发展趋势[J]. 李昭昆,雷建中,徐海峰,俞峰,董瀚,曹文全. 钢铁研究学报. 2016(03)
[4]钢中非金属夹杂物对疲劳性能的影响[J]. 张德堂,李淑媛,夏慧琴. 航空材料. 1982(S2)
硕士论文
[1]粗糙度对18CrNiMo7-6疲劳寿命的影响研究[D]. 律谱.郑州大学 2019
[2]32Cr3MoVE渗氮轴承钢微观组织与疲劳性能研究[D]. 张强.河北科技大学 2019
本文编号：3486926
【文章来源】：钢铁研究学报. 2020,32(10)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
32Cr3MoVE轴承钢疲劳性能
如图6所示,为非金属夹杂、试样表面加工缺口以及表面粗糙度引起疲劳断裂的断口形貌图。图6(a)为内部非金属夹杂引起疲劳断裂断口疲劳源区形貌图,疲劳裂纹由非金属夹杂处起裂扩展;图6(b)为夹杂物的放大图,经SEM和EDS分析表明该非金属夹杂物为带尖角型的CaO,其面积约为28.2 μm2。非金属夹杂物在试样的靠近表面位置,使该处应力较为集中形成疲劳源,从而导致疲劳破断。图6(c)为表面加工缺陷引起的疲劳断裂,疲劳裂纹在加工缺陷较宽的范围内开始起裂;图6(d)为由于表面加工缺陷断裂的疲劳试样断口侧面SEM形貌图,加工缺陷平均宽度为11.4 μm,平均深度为2.8 μm。这些缺陷在试样的表面使得表面结构不连续从而导致该处应力集中形成疲劳源,降低钢的疲劳强度。图6(e)为表面加工沟壑即表面粗糙度引起的疲劳断裂,在起裂源处未发现非金属夹杂,疲劳裂纹从试样表面向内部扩展;图6(f)为表面粗糙度引起的疲劳断裂试样断口侧面形貌图,可清晰地观察到试样表面加工沟壑,导致疲劳断裂使试样疲劳强度降低。2.4 疲劳裂纹的扩展
表2 32Cr3MoVE轴承钢中夹杂物类型及面积分数Table 2 Types and area percentage of inclusions in 32Cr3MoVE bearing steel 夹杂物种类 Al2O3-MgO Al2O3 Al2O3-MnS Al2O3-MgO-SiO2 CaS MgO-CaO CaO Al2O3-CaO-SiO2 面积分数/% 26.86 16.63 13.09 10.67 10.11 9.61 6.59 6.43所有试样均沿棒料纵向切取,对毛坯试样进行调质处理(930 ℃×1 h,油冷,550 ℃×2 h,空冷),旋转弯曲疲劳试样图如图2所示。采用HITACHI-H800型透射电子显微镜(TEM)对调质试样的析出物进行表征。透射试样粘贴在毛玻璃上磨至厚度40～50 μm,然后冲出直径为3 mm的小圆片,最后用双喷电解仪对直径为3 mm的圆片减薄出小孔,电解液为8%的高氯酸溶液。将热处理后的试样精磨、纵抛工艺加工成漏斗型旋转弯曲疲劳试样,试样最小直径为3 mm。旋转弯曲疲劳试验采用QBWP-1000 x型旋转弯曲疲劳试验机,应力比R=-1,试验频率为80 Hz,试验按照国家标准GB/T 4337—2015《金属材料疲劳试验旋转弯曲方法》进行,用升降法测得其疲劳强度,用成组法测得其S-N曲线。利用扫描电镜对断口进行观察引起疲劳断裂的原因以及夹杂物的种类,并利用Image-Pro 6.0软件统计疲劳断裂试样夹杂物的尺寸及位置参数。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高钴钼不锈轴承钢疲劳裂纹萌生及扩展行为[J]. 耿思远,杨卯生,赵昆渝. 钢铁研究学报. 2018(11)
[2]30Cr3WVE轴承钢疲劳裂纹形成与扩展行为[J]. 王艳江,杨卯生,孙世清,张志慧. 钢铁研究学报. 2018(03)
[3]国内外轴承钢的现状与发展趋势[J]. 李昭昆,雷建中,徐海峰,俞峰,董瀚,曹文全. 钢铁研究学报. 2016(03)
[4]钢中非金属夹杂物对疲劳性能的影响[J]. 张德堂,李淑媛,夏慧琴. 航空材料. 1982(S2)
硕士论文
[1]粗糙度对18CrNiMo7-6疲劳寿命的影响研究[D]. 律谱.郑州大学 2019
[2]32Cr3MoVE渗氮轴承钢微观组织与疲劳性能研究[D]. 张强.河北科技大学 2019
本文编号：3486926
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