【摘要】：應用表面輪廓儀、維氏硬度計、殘余應力X射線測定儀、光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)、滾動接觸疲勞試驗機等,對比研究表層超硬化M50NiL鋼和M50鋼制圓棒試樣的硬度梯度、殘余應力梯度以及組織結構,實測各自滾動接觸疲勞壽命,并對比分析失效過程,探討表層超硬化M50NiL鋼的疲勞失效機理。結果表明:表層超硬化M50NiL鋼失效機理回歸赫茲理論,為典型的接觸疲勞失效特征,接觸疲勞壽命大幅提高;高的表面硬度和表面殘余壓應力,良好的組織結構,能夠完全抑制表面起始裂紋的形成,是失效機理回歸赫茲理論的主要原因。
【圖文】：

第6期表層超硬化M50NiL鋼接觸疲勞失效機理圖1滾動接觸疲勞試件示意圖Fig．1Diagramofrollingcontactfatiguetestspecimen2結果與分析2．1實驗結果圖2(a)為表層超硬化M50NiL鋼維氏硬度梯度曲線，滲層由內往外，鋼的硬度增加，在表面達到最高968HV，與M50鋼的硬度720HV相比提高了248HV。圖2(b)給出了表層超硬化M50NiL鋼的殘余應力常最大值在亞表面，約為-370MPa，隨深度增加而減小，表層超硬化滲氮工藝影響殘余應力深度約為0．85mm，M50鋼表層則幾乎沒有殘余應力。圖2(c)為滲層的金相照片，表層為疊加于滲碳層上的滲氮層，即超硬化層，大約100μm，滲碳層的深度遠大于滲氮層。圖3(a)為M50NiL超硬化層光學顯微照片，超硬化層主要為隱晶馬氏體和細密分布的白點，為了定性分析這些白點，用掃描電鏡進一步放大截面試樣(圖3(b))，對圖3(b)中黑圓圈中白點進行能譜點掃描，結果如圖3(c)，碳的原子分數(shù)約為19%，氮的原子分數(shù)約為15%，考慮到點掃描的測量誤差，可確定白點為碳(氮)化物。M50NiL超硬化層碳(氮)化物分布較密，呈細粒狀，尺寸很小，且彌散分布。為了比較，圖3(d)給出了M50光學顯微照片，M50的碳化物粗大，呈聚集狀分布。表1為滾動接觸疲勞實驗數(shù)據(jù)。從表1可以看出，表層超硬化M50NiL鋼疲勞壽命達到107循環(huán)周次以上，平均壽命是M50的4．6倍。圖4為表層超硬化M50NiL鋼滾道和M50鋼滾道失效過程照片，圖4(a)～(c)為表層超硬化M50NiL不同周次滾道掃描電鏡照片，圖4(d)～(f)為M50NiL不同周次滾道掃描電鏡照片。由圖4可以看出，失效過程均為從早期的輕微犁溝磨損，到微剝落，最后出現(xiàn)主剝落坑。不同的是M50在104周次時即出現(xiàn)微剝落，106周次出現(xiàn)失效(失效判據(jù)為圖2表層超硬化M50NiL(a)硬度梯度;(b)殘余應力場;

第6期表層超硬化M50NiL鋼接觸疲勞失效機理圖1滾動接觸疲勞試件示意圖Fig．1Diagramofrollingcontactfatiguetestspecimen2結果與分析2．1實驗結果圖2(a)為表層超硬化M50NiL鋼維氏硬度梯度曲線，滲層由內往外，鋼的硬度增加，在表面達到最高968HV，與M50鋼的硬度720HV相比提高了248HV。圖2(b)給出了表層超硬化M50NiL鋼的殘余應力常最大值在亞表面，約為-370MPa，隨深度增加而減小，表層超硬化滲氮工藝影響殘余應力深度約為0．85mm，M50鋼表層則幾乎沒有殘余應力。圖2(c)為滲層的金相照片，表層為疊加于滲碳層上的滲氮層，即超硬化層，大約100μm，滲碳層的深度遠大于滲氮層。圖3(a)為M50NiL超硬化層光學顯微照片，超硬化層主要為隱晶馬氏體和細密分布的白點，為了定性分析這些白點，用掃描電鏡進一步放大截面試樣(圖3(b))，對圖3(b)中黑圓圈中白點進行能譜點掃描，結果如圖3(c)，碳的原子分數(shù)約為19%，氮的原子分數(shù)約為15%，考慮到點掃描的測量誤差，可確定白點為碳(氮)化物。M50NiL超硬化層碳(氮)化物分布較密，呈細粒狀，，尺寸很小，且彌散分布。為了比較，圖3(d)給出了M50光學顯微照片，M50的碳化物粗大，呈聚集狀分布。表1為滾動接觸疲勞實驗數(shù)據(jù)。從表1可以看出，表層超硬化M50NiL鋼疲勞壽命達到107循環(huán)周次以上，平均壽命是M50的4．6倍。圖4為表層超硬化M50NiL鋼滾道和M50鋼滾道失效過程照片，圖4(a)～(c)為表層超硬化M50NiL不同周次滾道掃描電鏡照片，圖4(d)～(f)為M50NiL不同周次滾道掃描電鏡照片。由圖4可以看出，失效過程均為從早期的輕微犁溝磨損，到微剝落，最后出現(xiàn)主剝落坑。不同的是M50在104周次時即出現(xiàn)微剝落，106周次出現(xiàn)失效(失效判據(jù)為圖2表層超硬化M50NiL(a)硬度梯度;(b)殘余應力場;
【作者單位】： 中國航發(fā)北京航空材料研究院;
【基金】：973項目資助
【分類號】：TG142.12

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 胡怡;接觸疲勞形貌與組織的關系[J];燕山大學學報;2001年02期

2 溫詩鑄;對于接觸疲勞各種強度準則的評價[J];清華大學學報(自然科學版);1982年04期

3 朱敦倫 ,李植 ,趙繼忠 ,陳生;滲碳件接觸疲勞試驗結果的數(shù)學分析[J];中國礦業(yè)學院學報;1986年01期

4 朱法義;姚枚;;關于接觸疲勞破壞分類的討論[J];金屬科學與工藝;1983年02期

5 范鶴立,叢家瑞,李隆盛;奧貝球鐵接觸疲勞破壞形式的研究[J];大連理工大學學報;1989年03期

6 陳逸華;陳繼直;孫廣錫;;深層滲碳齒輪材料接觸疲勞試驗方法的研究[J];西安理工大學學報;1986年02期

7 張同俊;胡鎮(zhèn)華;沈關學;崔];;接觸疲勞過程中的誘發(fā)相變和冷作硬化[J];金屬學報;1991年02期

8 馬騰,朱桂蘭;稀土對軌鋼接觸疲勞行為的影響[J];中國稀土學報;2000年02期

9 江志華;李志;佟小軍;李志明;;深氮化硬化鋼的接觸疲勞試驗研究[J];航空材料學報;2006年03期

10 朱躍 ,張平和;齒輪線接觸疲勞的模擬性研究——試樣的正確設計與點蝕的力學成因[J];江蘇工學院學報;1989年02期

相關碩士學位論文 前1條

1 戴薇薇;高性能軸承鋼接觸疲勞及診斷系統(tǒng)的研究[D];北京交通大學;2016年

本文編號：2552849