Cr4Mo4V轴承钢滚动接触疲劳和磨损性能研究

通过球棒滚动接触疲劳(RCF)试验机,研究了Cr4Mo4V轴承钢在4050润滑油润滑和0.18滑滚比条件下的滚动接触疲劳和磨损性能.结果表明:Cr4Mo4V钢的应力-寿命(S-N)曲线数据分散性较大,疲劳寿命随着应力增加呈下降趋势.Cr4Mo4V钢滚动接触磨损主要为磨料磨损,黏着磨损和疲劳磨损,随着应力和时间增加磨损体积增加,滚道凹槽深度达到17μm.通过光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察试样棒剖面与滚道交界处疲劳裂纹,发现疲劳破坏类型主要有两种:起源于表面的剥落(SOF)和起源于白蚀区的剥落(WSF).通过滚道径向切割抛光酸蚀显示Cr4Mo4V钢滚动接触疲劳影响区,随着应力和循环接触次数的增加,在次表层依次发现黑蚀区(DER)、白蚀区(WEA)和蝴蝶组织(BW).表面碳化物的剥落坑,黏着磨损和疲劳磨损的凹坑导致了表面起裂、白蚀区和蝴蝶组织中的碳化物和夹杂导致微裂纹的产生,链状碳化物使裂纹往深处扩展.

Cr4Mo4V高温轴承钢滚动接触表面特征与疲劳损伤机制

通过球棒滚动接触疲劳试验和有限元分析研究4050润滑油润滑和不同接触应力下的航空高温轴承钢Cr4Mo4V的滚动接触表面特征以及疲劳损伤机制。接触表面特征包括滚动接触应力和润滑情况两部分,滚动接触疲劳试验中表面特征对表面质量影响显著。通过分析表面、次表面裂纹萌生、扩展、断裂过程,发现接触疲劳破坏类型主要有表面起裂和次表层起裂。表面碳化物的剥落坑、黏着磨损和疲劳磨损的凹坑导致了表面起裂;次表面发现“黑蚀区”、“白蚀区”和“蝴蝶组织”,白蚀区导致了次表面起裂。球棒接触有限元模拟结果发现,在接触应力为4.0 GPa时,次表面剪切应力在表面下100~150μm达到最大值,有发生局部屈服的可能性,累计塑性变形使次表面组织发生退化。轴承钢中碳化物的存在导致应力集中,使累计塑性变形进一步加剧,并发生疲劳。