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《河北科技大学》 2016年
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高氮马氏体不锈轴承钢组织特征及耐磨和疲劳性能研究

郝宏伟  
【摘要】:本文采用40Cr_(15)Mo_2VN高氮马氏体不锈轴承钢作为试验材料,研究了试验钢的组织特征,并对试验钢进行了滑动摩擦磨损试验、旋转弯曲疲劳试验和接触疲劳试验,研究结果如下:试验钢最终热处理态的组织为隐晶马氏体+残留奥氏体+碳氮化物;其中马氏体板条宽度集中在50-200nm之间,残留奥氏体的体积分数为4.66%,呈薄膜状,薄膜厚度为50-100nm;析出相为M_(23)C_6(尺寸250nnm)和Cr_2(CN)(尺寸≈50nim)两种类型。试验钢中的夹杂物有链状和分散态两种形式,视场中链状夹杂物出现的概率约为10%,夹杂物主要是A1203和CaO。试验钢在磨损阶段的摩擦系数随载荷和频率的增加而减小;磨损率随载荷和频率的增加而增加。PV值(PV=压应力×线速度),表示轴承工况的严重程度,当Pv=1.27MPa-m/s,开始出现粘着磨损;1.27≤PV1.65MPa-m/s时,磨损呈加速状态,磨损机理为粘着磨损;1.65≤PV3.53MPa-m/s时,粘着磨损的磨屑增多,磨屑碾压层起到了一定的缓解作用,磨损率逐渐放缓;PF≥3.53MPa-m/s时,为严重磨损,该阶段主要是磨粒磨损和塑性挤出磨损。试验钢的旋转弯曲中值疲劳强度为957MPa。试样断裂主要是由表面加工缺陷和表层及次表层的夹杂物引起,夹杂物起裂概率高达82.4%,表面加工缺陷起裂占17.6%,引起断裂的夹杂物尺寸为14.3~36.3μm之间,距表面的距离为12.2-224.6gm之间。试验钢接触疲劳额定寿命L10=0.97x107次,中值疲劳寿命Lso-=1.14x107次。接触疲劳失效方式为:夹杂物起裂和聚集的大碳化物起裂。其中夹杂物起裂为主要起裂方式,疲劳裂纹沿碳化物进行扩展,次表层区尺寸在2μm左右,间距小于5μm的碳化物之间形成裂纹的可能性较大。
【关键词】:高氮马氏体不锈轴承钢 微观组织 摩擦磨损 旋转弯曲疲劳 接触疲劳
【学位授予单位】:河北科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG142.71
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 第1章 绪论9-21
  • 1.1 引言9-10
  • 1.2 高氮轴承钢的发展10-13
  • 1.2.1 高氮钢简介10-11
  • 1.2.2 高氮轴承钢的研究进展11-13
  • 1.3 高氮轴承钢中氮元素的影响作用13-15
  • 1.3.1 氮对高氮轴承钢力学性能的影响13-14
  • 1.3.2 氮对高氮轴承钢组织的影响14-15
  • 1.4 轴承钢的摩擦磨损性能15-16
  • 1.4.1 钢的摩擦磨损研究现状15-16
  • 1.4.2 钢的摩擦磨损类型与机理16
  • 1.5 轴承钢的旋转弯曲疲劳性能16-17
  • 1.6 轴承钢的接触疲劳性能17-19
  • 1.7 课题研究的目的、意义和主要内容19-21
  • 1.7.1 课题研究的目的和意义19
  • 1.7.2 课题研究的主要内容19-21
  • 第2章 试验材料及方法21-29
  • 2.1 试验材料21
  • 2.2 试验仪器及试验方法21-27
  • 2.2.1 试样的制备及热处理工艺21-22
  • 2.2.2 力学性能试验22-23
  • 2.2.3 摩擦磨损试验23-24
  • 2.2.4 旋转弯曲疲劳试验24-25
  • 2.2.5 接触疲劳试验25
  • 2.2.6 微观组织分析25-27
  • 2.3 本章小结27-29
  • 第3章 高氮马氏体不锈轴承钢洁净度及组织特征29-39
  • 3.1 引言29
  • 3.2 试验内容及方法29-30
  • 3.3 试验钢中的夹杂物30-32
  • 3.4 试验钢的组织特征32-36
  • 3.5 本章小结36-39
  • 第4章 高氮马氏体不锈轴承钢滑动磨损性能研究39-51
  • 4.1 引言39
  • 4.2 试验内容及方法39-40
  • 4.3 滑动磨损特性分析40-49
  • 4.3.1 滑动摩擦摩擦系数测试分析40-42
  • 4.3.2 磨斑形貌的观察分析42-49
  • 4.4 本章小结49-51
  • 第5章 高氮马氏体不锈轴承钢旋转弯曲疲劳性能研究51-61
  • 5.1 引言51
  • 5.2 试验内容及方法51
  • 5.3 钢的旋转弯曲疲劳性能51-53
  • 5.4 旋转弯曲疲劳断口形貌分析53-55
  • 5.5 旋转弯曲疲劳断口夹杂物分析55-58
  • 5.6 旋转弯曲疲劳机理分析58-59
  • 5.7 本章小结59-61
  • 第6章 高氮马氏体不锈轴承钢接触疲劳性能研究61-71
  • 6.1 引言61
  • 6.2 试验内容及方法61
  • 6.3 接触疲劳性能测试分析61-63
  • 6.4 疲劳剥落坑形貌分析63-66
  • 6.5 疲劳剥落起裂和扩展分析66-69
  • 6.6 本章小结69-71
  • 结论71-73
  • 参考文献73-77
  • 攻读硕士学位期间所发表的论文77-79
  • 致谢79

【参考文献】
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