高洁净轴承钢GCr15滚动接触疲劳机制研究

通过对真空脱气工艺制备的高洁净轴承钢的化学成分、低倍组织、碳化物不均匀性、非金属夹杂物等冶金质量进行标准检测及评级,并利用Aspex扫描分析仪对钢中的非金属夹杂物的数量、类型、尺寸及洁净度指数等进行定量分析,结合滚动接触疲劳寿命试验结果,建立了非金属夹杂物与轴承钢接触疲劳寿命的关系。研究结果表明,高洁净轴承钢的w[O]≤0.0005%,w[Ti]≤0.0008%,大颗粒夹杂物DS≤0.5级,但仍是以夹杂物为主导的接触疲劳破坏机制,其中,氧化物类夹杂尺寸较大,并在夹杂物周围存在孔洞缺陷,易于造成应力集中形成疲劳裂纹。高洁净轴承钢中氧化物类夹杂的最大尺寸控制在10μm以下,4.5 GPa高接触应力下的额定寿命L_(10)达到1×10^(7)次以上,有望取代电渣重熔轴承钢用于高铁、高速机床主轴、风电主轴等高端装备领域。

高洁净轴承钢夹杂物评价与滚动接触疲劳寿命

为了探讨低氧高洁净轴承钢的夹杂物评判标准,对相同工艺下生产的T.[O]≤5μg/g的高洁净轴承钢,使用夹杂物评级和统计极值法进行了评价。并对试验钢的滚动接触疲劳(RCF)寿命进行了测定。结果表明,两组试验钢的滚动接触疲劳寿命存在明显差异,使用统计极值法可以对高洁净轴承钢进行有效区分,两组试验钢在30 000 mm^2参考区域内最大夹杂物尺寸预测值分别为41和27μm;当最大接触应力为4.5 GPa时,两组试验钢所对应的RCF寿命(L_(10))分别为6.58×10~6和7.41×10~6r。当氧含量很低时,硫含量较高所导致的硫化物增多将使夹杂物的预测尺寸偏大。

稀土变质高洁净轴承钢中夹杂物的行为分析

为了阐明稀土变质高洁净轴承钢中夹杂物的行为,进而优化轴承钢的稀土处理过程,通过向高洁净轴承钢中加入高纯稀土的方法,借助SEM和EDS等观察和分析手段,重点对不同稀土含量轴承钢中夹杂物类型和析出行为进行了表征和分析。结果表明,稀土能够变质高洁净轴承钢中的Al2O3和MnS而形成稀土夹杂物,RE-S-As-P夹杂物可以作为RE-O-S-As-P-C夹杂物的形核核心促进其析出。随稀土含量的增加,稀土元素与夹杂物的形成元素的结合序列依次为O、S、As、P和C,稀土夹杂物类型演化序列主要为RE2O3、RE2O2S、RES、RE-O-S-As、RE-S-As、RE-S-As-P、RE-O-S-As-P-C、RE-O-As-P-C、RE-O-P-C和RE-O-C。

高洁净轴承钢中稀土变质夹杂物行为分析

为了阐明稀土变质高洁净轴承钢中夹杂物的行为,进而优化轴承钢的稀土处理过程,通过向高洁净轴承钢中加入高纯稀土的方法,借助SEM、EDS和EPMA等观察和分析手段,重点对不同稀土含量轴承钢中夹杂物类型和析出行为进行表征和分析。研究结果表明,在不完全变质条件下,微量稀土能够优先变质钢中长条状MnS为RE3S4颗粒,RE3S4可在冶炼时独立析出或以Al2O3为核心析出,也能在凝固时与MnS以RE3S4·yMnS(y<1)复杂夹杂物的形式共同在Al2O3基底上形成。随着稀土含量的增加,在完全变质条件下,稀土元素与夹杂物的形成元素的结合序列依次为O、S、As、P和C,夹杂物类型演化序列为RE2O3、RE2O2S、RES、RE-S-As、RE-As(-P)/RE-O-As(-P)、RE-P-C/RE-O-P(-C)和RE-O-C。