以3種不同工藝工業(yè)生產(chǎn)的總O含量均≤6×10^-6的超潔凈GCr15軸承鋼為研究對象,通過推力片實驗測試這3種鋼的滾動接觸疲勞壽命并獲得額定壽命(L₁₀)和中值壽命(L₅₀),通過ASPEX掃描電鏡獲得各工藝下的夾雜物樣本數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計分析,使用極值法（SEV）和廣義Pareto分布法（GPD）估算出樣品中最大夾雜物特征尺（CSMI）,然后將其與實測L₁₀和L₅₀進(jìn)行對比和分析。結(jié)果表明,SEV法僅檢測每個樣品的最大夾雜物,無法通過其獲得的CSMI來合理解釋3種鋼L₁₀和L₅₀的變化,2者之間相關(guān)性較差;而GPD法分析夾雜物時,需要對閾值尺寸以上的所有夾雜物進(jìn)行表征和統(tǒng)計分析,可以獲得夾雜物的數(shù)量密度以及不同類型夾雜物的CSMI,GPD法所預(yù)測出的最危險類型TiN夾雜物的CSMI可以合理解釋L₁₀的變化,2者之間有較好相關(guān)性,但無法據(jù)此解釋L₅₀的變化;但將總的夾雜物數(shù)量密度與TiN夾雜物最大... 

【文章來源】：金屬學(xué)報. 2020,56(05)北大核心EISCICSCD

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【部分圖文】：

ASPEX檢測出的No.1～No.3鋼中1μm以上夾雜物的統(tǒng)計分析結(jié)果

圖2 ASPEX檢測出的No.1～No.3鋼中1μm以上夾雜物的統(tǒng)計分析結(jié)果注意到表2列出的SEV法檢測出的No.1～No.3鋼中最大TiN尺寸分別約22、12和17μm,GPD法所預(yù)測No.1鋼中TiN的xv和xlim分別為16和16.5μm，均顯著小于720 mm2面積下檢出的最大TiN尺寸(22μm)。這說明GPD法預(yù)測存在誤差，尤其是當(dāng)樣本數(shù)據(jù)較少且數(shù)據(jù)離散度較高時，未來需要量化GPD法預(yù)測值的誤差范圍；而要減小誤差，只有增加統(tǒng)計樣本數(shù)，即獲得更多夾雜物數(shù)據(jù)才能達(dá)到目的。

根據(jù)檢測結(jié)果，可以采用GPD法對不同類型的夾雜物進(jìn)行分析。由于不同類型夾雜物作為疲勞裂紋萌生核心的能力不同，通常認(rèn)為不易變形、尺寸較大的、具有尖銳棱角的TiN最容易啟裂，有實驗結(jié)果[22,23]表明，7μm的Ti N與25μm的氧化物夾雜對疲勞壽命的危害程度相當(dāng)；其次是點狀氧化物、氧硫化夾雜物，最后是易變形的硫化物夾雜，且夾雜物越大產(chǎn)生裂紋的可能性越大[24]。而表2和圖2的夾雜物檢測結(jié)果均顯示，最大尺寸夾雜物多為Ti N。因此超潔凈軸承鋼在Ti N處萌生裂紋的可能性最大，故本工作著重對TiN夾雜物進(jìn)行GPD分析，其超額均值圖如圖4所示。以臨界閾值u0為閾值u的最終估計值，得到No.1～No.3鋼TiN夾雜物的閾值u分別為3.1、2.6和2.6μm，然后通過本團(tuán)隊所開發(fā)的計算機(jī)軟件[25]，計算出最大夾雜物的特征尺寸xv和尺寸上限xlim，其它類型的夾雜物也按照同樣的方法進(jìn)行分析計算，結(jié)果列于表4，表中xmax表示實際檢測到的最大夾雜物的尺寸。其中，No.1鋼的硫化物夾雜和No.2、No.3鋼的球狀氧化物夾雜進(jìn)行GPD分析時，由于形狀參數(shù)ξ>0而無法進(jìn)行預(yù)測，推測是因為它們之中存在偶然性大尺寸夾雜物，導(dǎo)致夾雜物尺寸分布不符合預(yù)期的規(guī)律所致[26]。需要指出的是，GPD法計算得到的xv不僅僅與實際檢測到的最大值相關(guān)，也與夾雜物尺寸分布有關(guān)，其分布越離散，預(yù)測出的最大特征尺寸和尺寸上限也越趨于保守，即預(yù)測值越高，但所包含誤差也越大。由圖2f知，No.3鋼在每個尺寸范圍內(nèi)均有數(shù)量較多的TiN，尺寸分布集中，離散程度最低，而No.2鋼TiN尺寸分布離散程度最高，尤其是尺寸大于4μm后，出現(xiàn)夾雜物數(shù)量反復(fù)增減的情況，No.1鋼Ti N尺寸分布離散程度居中，當(dāng)尺寸大于4μm后，夾雜物逐漸減少，符合夾雜物尺寸越大數(shù)量越少的規(guī)律。因此，通過GPD法預(yù)測得到的No.2鋼的xv和xlim均顯著高于實檢的最大TiN尺寸，且No.2鋼的xlim還超過了含有較大實檢尺寸TiN的No.1和No.3鋼，這充分說明了GPD法的預(yù)測結(jié)果是嚴(yán)格根據(jù)實際夾雜物的數(shù)據(jù)，通過科學(xué)的概率理論分析而得到的。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3221811