GCr15接觸疲勞亞表面損傷機制研究.pdf

1、GCr15軸承鋼是一種廣泛應用于制造軸承、齒輪等滾動零部件的高碳鉻鋼，通常情況下服役的軸承承受的是循環(huán)載荷，包括徑向壓縮應力和周向摩擦力。在這種復雜工況下的軸承實際壽命往往低于設計壽命。雖然對軸承鋼的接觸疲勞性能研究已久，但是對其失效機制仍存在分歧。由于機械設備常常在高溫、高速、高載荷的條件下運行，因此接觸疲勞又成為眾多學者研究的熱點問題。本文用試驗模擬軸承的工作環(huán)境，研究不同載荷和滾滑比下試樣接觸表面磨損形貌以及亞表面損傷機制，為追溯

2、疲勞本源和延長軸承的服役壽命提供理論依據(jù)。
　　本文以GCr15軸承鋼材料為試驗對象，采用MJP-20型滾動接觸疲勞試驗機進行線接觸滾動疲勞試驗，通過改變載荷、滾滑比等試驗參數(shù)研究材料接觸疲勞亞表面損傷機制。試驗前在同一熱處理狀態(tài)下獲得均勻的組織，對加工試樣材料的原始組織形貌以及成分含量進行了分析；試驗后利用光學顯微鏡（OM）和掃描電鏡（SEM）對接觸表面的磨損形貌、裂紋和亞表面組織形貌進行觀察，利用透射電鏡（TEM）觀察微區(qū)組織

3、結構變化，最后使用納米壓痕儀對白色蝕刻區(qū)（WEA）和附近基體材料的硬度進行測量對比。通過以上對接觸表面形貌、亞表面裂紋及微觀組織變化的分析。得到結論為：
　?。?）GCr15軸承鋼試樣在不同的接觸壓力和滾滑比下表面磨損形貌存在很大區(qū)別，試驗表明載荷和滾滑比是影響表面磨損程度的共同因素。裂紋是導致軸承等工件剝落失效的直接原因。裂紋的不定向擴展會使材料產生多種失效模式，如點蝕、剝落和斷裂等。
　?。?）滾動接觸疲勞是一個復雜的過

4、程，在多個因素的影響下，疲勞裂紋的長大是連續(xù)或不連續(xù)擴展的一個過程，并且疲勞裂紋的擴展方向隨著工況的改變而改變。裂紋內的磨屑是裂紋面相對運動及摩擦的結果。在裂紋內部還出現(xiàn)了扭曲和旋轉的微觀結構，因此赫茲接觸是一個復雜的多軸應力狀態(tài)。
　?。?）WEA在接觸壓力和滾滑比的共同作用下形成且WEA在不同的接觸壓力產生。在WEA中已不存在碳化物且WEA和基體之間存在明顯的界面。在靠近WEA的基體中出現(xiàn)拉長的晶粒和大量的位錯簇。越靠近界面的