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稀土轴承钢超高周疲劳断裂机制研究

信息来源:SYNL更新时间:2021-03-05阅读:355

      轴承是机械装备的核心零部件,接触疲劳破坏为其服役失效的主要形式。由于轴承的疲劳失效主要起源于非金属夹杂物,轴承钢中非金属夹杂物的优化控制至关重要。先进钢铁材料研究部自主开发了高纯稀土金属制备技术和高洁净轴承钢稀土处理技术,制订了轴承钢稀土处理生产工艺规范,显著细化、改性了钢中的夹杂物,突破了以往稀土处理存在的水口结瘤和性能波动的技术瓶颈,实现了高质量稀土轴承钢的稳定工业化生产。稀土处理能够变质轴承钢中存在的大尺寸夹杂物形成细小的稀土夹杂物,进而提升轴承钢的疲劳性能,其超高周拉压疲劳寿命延长10倍以上。在疲劳加载条件下,常规的氧化铝夹杂物附近组织中易于形成胞状亚结构和微裂纹,而硬脆性较低的稀土夹杂物能够协调基体的变形,缓解夹杂物与基体界面处的应力集中,迟滞基体中位错亚结构的演化和微裂纹的萌生。同时,小尺寸稀土夹杂物协调变形降低了裂纹扩展的驱动力,马氏体基体中位错演化和裂纹扩展通道形成缓慢,细晶区得以充分发展,从而抑制裂纹扩展,延长疲劳寿命。相关研究从微观组织演化和细晶区形成角度阐明了稀土轴承钢的超高周疲劳断裂行为及其疲劳性能改善的机制。

图1 GCr-15轴承钢中(a-c) 循环载荷下不同类型夹杂物周围基体微观组织演化;(d)疲劳寿命与√(area_FGA ) /√(area_inc )关联规律。