轴承钢滚动接触疲劳诱发白蚀区的研究进展

白蚀区是轴承钢在滚动接触疲劳条件下出现的一种由夹杂物和碳化物诱发的特殊且重要的显微组织变化,与轴承钢的寿命密切相关。白蚀区已经被深入研究了70多年且取得了相当的进展,但关于白蚀区仍有许多关键科学问题有待解答。对白蚀区形成的应力环境进行了阐释,并对白蚀区中纳米晶粒、碳化物溶解、整体贫碳等显微结构特点和基于剧烈塑性变形的显微组织演变机理的研究进展进行了总结,基于当前的研究进展,认为应减少对白蚀区进行过量的显微组织表征,更多关注白蚀区形成过程的若干关键科学问题和悖论。白蚀区的研究对轴承钢加工制造及热处理过程具有重要指导意义,通过优化轴承钢的生产工艺,调控抑制白蚀区形成的显微组织,从而实现轴承钢的长寿命目标。

电渣重熔GCr15SiMn轴承钢轧材夹杂物特征研究

以转炉-LF精炼-VD-模铸－轧机开坯－电渣重熔为工艺流程生产的GCr15SiMn轧材为对象，利用扫描电镜和能谱仪（SEM-EDS）分别对钢材垂直和平行轧制方向边缘、112半径处和中心部位夹杂物的类型、形貌、数量和尺寸进行了分析和讨论。结果表明，轴承钢GCr15SiMn轧材中夹杂物主要为单一镁铝尖晶石夹杂物、单一氮化钛夹杂物以及以镁铝尖晶石为核心，以氮化钛为外围的复合夹杂物和少量的钙铝酸盐夹杂物等；垂直轧制方向夹杂物数量在边缘部位分布最多，在1／2半径处分布最少，夹杂物总体尺寸由边缘部位到中心部位逐渐增大，夹杂物长宽比多分布在1～2之间；平行轧制方向夹杂物数量也是在边缘部位分布最多，在1／2半径处分布最少，相比边缘和中心部位，1／2半径处夹杂物总体尺寸在≥4μm范围内的比例以及夹杂物长宽比在≥3范围内的比例都最大。

GCr15轴承钢滚动接触疲劳失效分析

采用自主研发的滚动接触疲劳试验机,对GCr15轴承钢进行滚动接触疲劳寿命测试。采用光学显微镜及扫描电镜,观察分析了轴承钢疲劳损伤形貌及其疲劳失效原因。结果表明:在三组试样中,夹杂物的种类越多、级别越高其滚动接触疲劳寿命越低。非金属夹杂物容易成为疲劳裂纹源,疲劳裂纹沿着材料本身所含有的缺陷(非金属夹杂、碳化物)延伸扩展,当裂纹扩展至轴承钢的表面则发生剥离,形成剥落凹坑,导致GCr15轴承钢疲劳寿命失效。

高性能GCr15轴承钢中夹杂物控制与疲劳性能

GCr15轴承钢的冶炼工艺对钢的疲劳性能具有显著影响。研究了LF＋VD、电渣重熔（ESR）和真空感应＋真空自耗（VIM＋VAR）冶炼工艺对钢中氧、氮、硫的质量分数和非金属夹杂物的分布特征以及疲劳性能的影响规律。结果表明,VIM＋VAR冶炼钢中氧和氮的质量分数分别为0.000 5%和0.001 6%,夹杂物总数量仅为1.54个/mm^2。ESR冶炼钢中氧和氮的质量分数分别为0.001 8%和0.011 0%,夹杂总数量为17.78个/mm^2,夹杂物尺寸均小于13μm。LF＋VD冶炼钢中硫的质量分数为0.002 6%,钢中硫和氧的质量比为3.7,夹杂总数量最多为20.73个/mm^2,大于13μm的夹杂物中CaS和CaS与Oxide复合夹杂比例较高。旋转弯曲疲劳试验结果表明,LF＋VD、ESR和VIM＋VAR冶炼钢的安全疲劳极限分别为980、1 164和1 158 MPa,引起疲劳破坏的夹杂物类型与制备工艺有关,LF＋VD冶炼钢的夹杂物有CaS、CaS（Oxide）和CaO·Al2O3,ESR冶炼钢的夹杂物有Al2O3和CaO·Al2O3,VIM＋VAR冶炼钢的夹杂物有TiN、MgO·Al2O3和CaS（Oxide）。依据真实应力因素和疲劳寿命,钢中夹杂物的危害程度由大到小依次为TiN、CaO·Al2O3、MgO·Al2O3、Al2O3、CaS（Oxide）和CaS,夹杂物类型和尺寸的不同导致了GCr15轴承钢安全疲劳极限的差异。