常用大轴材料旋转弯曲疲劳行为研究

GCr15轴承钢旋转弯曲疲劳性能研究本文选择四种不同冶炼工艺——真空脱气、电渣重熔、真空自耗和双真空工艺制备的GCr15轴承钢作为试验原料,进行了旋转弯曲疲劳试验和ASPEX夹杂物表征。

对四种工艺制备的GCr15轴承钢进行了高周机械疲劳试验研究,发现在10~7次疲劳寿命条件下,真空自耗轴承钢旋弯疲劳强度最高1131MPa,双真空与电渣工艺次之,分别为1087和1085MPa,由真空脱气制备的GCr15轴承钢旋弯疲劳强度最低为1000MPa和1029MPa(新型热处理工艺)。

对比其力学数据发现,疲劳强度与拉伸极限有良好的正相关关系。

利用扫描电镜对疲劳断口进行表征和分析,结果显示由真空脱气工艺制备的试样起裂夹杂物平均尺寸为27.1和24.67μm,而导致电渣、真空自耗、双真空钢疲劳断裂的平均夹杂物尺寸分别为13.3、13.83和13.89μm。

通过对旋弯疲劳断口的起裂核心夹杂物、裂纹扩展鱼眼以及瞬间断裂区等疲劳全过程特征参数与旋弯疲劳强度以及寿命间关系研究,发现了大颗粒夹杂物尺寸(DS)及分布是影响轴承钢旋弯疲劳强度与寿命的关键因素。

同时对所有断口夹杂物成分进行分析发现,电渣轴承钢由TiN作为裂纹源引起疲劳断裂的试样约占总数的50%,而其余试样大多数裂纹源为Al-Ca-O-S-Mn组成的复合球型、类球形夹杂物。

利用ASPEX扫描电镜对四组试验钢进行夹杂物整体检测和大尺寸夹杂物检测。

整体夹杂物检测中,单位检测面积真空脱气制备的GCr15轴承钢中大尺寸夹杂物含量高于其余三组试样;电渣钢中夹杂物总数量最多,但是小尺寸夹杂物占比较高;真空自耗与双真空工艺中夹杂物数量与大小均好于其余两组工艺。

对于大尺寸夹杂物检测,每种工艺制备的轴承钢分别进行了24块最大夹杂物搜寻扫描,并将结果带入威布尔分布坐标纸中,发现真空脱气制备的轴承钢基体中最大夹杂物分布高于其余三组试样,这与其疲劳断口夹杂物良好对应。

为了对比疲劳断口和ASPEX检测夹杂物之间的关系,分别将疲劳断口夹杂物和ASPEX 夹杂物进行极值统计法计算,发现,两种方法表征出的夹杂物在整体尺寸区域位置分布基本相同。

No. 2Feb.2021第2期2021年2月组合机床与自动化加工技术Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique文章编号 #1001 -2265(2021)02 -0136 -04DOI ： 10.13462^. .nki. mmtamt. 2021.02. 03318CrNiMo7-6钢旋转弯曲疲劳试样磨削工艺优化"王 栋a #b ，李 宁b ,张锦涛b(郑州大学a.机械与动力工程学院;b.河南省资源与材料工业技术研究院，郑州450001)摘要：渗碳淬火可以提高材料的疲劳性能,但在对热处理后旋转弯曲疲劳试样的磨削加工中存在废 Q 率高、效率低等问题，为了高效高质量磨削出标准疲劳试样，提出一种径向圆跳动变形量检测方 法以衡量热处理后变形程度，基于国标GB/T4337-2015中尺寸、形位公差以及表面质量要求，提出 两种磨削加工方案，并进行同轴度误差检测与比较,对渗碳淬火后18CrNiMo7-6钢旋转弯曲疲劳试 样毛坯在外圆磨床上的磨削加工工艺进行优化，确定最终磨削方案。

磨削后试样同轴度误差为9.3 &叫表面残余应力为-233.84 MPa ，表面算术平均偏差S-为0.208 &m ，符合国标要求，为疲劳试验 中标准旋转弯曲疲劳试样磨削加工提供依据。

关键词：18CrNiMo7-6 ；旋转弯曲疲劳试样；复合磨削工艺；径向圆跳动；同轴度中图分类号:TH162: TG506 文献标识码：AOptimization of Grinding Proces s of 18CrNiMo7-6 Steel Rotating Reeding Fatigue SampleWANG Dong tb ,LI Ning b , ZHANG Jin-tao b(a. School of Mechanical Power Engineering ； b. Henan Province Industi/ Technoloae Research Institure ofResources and Materials , Zhengzhou Univvrsity , Zhengzhou 450001, China)Abstract : Carburizing and quenching can improve the fatigue performance of materials , but there are prob-kms such as high scrap rate and low effciency in the grinding process of rotating bending ftigue samples after heat heatment. In order to efficienhy grind standard fatigue samples with high quality , a method isproposed the radial circular runout deformation detection method i used to measure the degree of deforma ­tion after heat heatment. Based on the size , shape and position tolrance and surface quality requiements of GB/T 4337-2015, two grinding processing schemes are proposed , and the coaxiality error detection Incomparison , the grinding process of the 18CrNiMo 7 -6 steel rotating bending fatigue specimen blank on thecylindrical grinder after carburizing and quenching was optimized to determine the final grinding plan. Af ­ter grinding , the coaxiality error of the sample is 9. 3 &m , the surface residual stress is -233.84 MPa , andthe average deviation Sa of the surface ari.thmeti.z is 0. 208 &m.Keywords ： 18CrNi.Mo 7-6 ； rotating bending fatigue test specimen ； compound grinding process ； radial beating ； concenhicity0引言目前,高端装备零部件存在寿命短、可靠性差、结 构重等三大问题，我国总体仍处于成形制造阶段[1]$在齿轮、轴等零件破坏中有50% -90%属于疲劳断 裂,是最常见的破坏形式⑵。

常用大轴材料旋转弯曲疲劳行为研究
本文旨在研究常用大轴材料的旋转弯曲疲劳行为。

研究目标是：
一、常用大轴材料的旋转弯曲疲劳行为；
1、疲劳强度因子：包括材料疲劳强度因子和载荷应力；
2、旋转弯曲：研究该类材料在旋转弯曲疲劳下的性能；
3、失效机理：探讨材料旋转弯曲疲劳失效机理。

二、实验设计：
1、试验材料：选取45钢和20#碳钢两种材料；
2、试验装置：采用可加载的转轮机构，不断改变不同的作用转矩；
3、试验方法：进行精细的恒载荷实验，不断重复拉力过程，测量启动和断裂时的应力应变关系；
三、主要结论：
1、常用大轴材料的旋转弯曲疲劳行为：随着旋转弯曲疲劳应力的增加，45钢平均疲劳强度值大于20#碳钢；
2、旋转弯曲：采用恒载荷实验发现，45钢抗旋转弯曲疲劳更强，且当应力等级大于材料设计疲劳强度值时，45钢容易发生断裂，20#碳钢则需要较高应力才能发生断裂；
3、失效机理：通过实验发现，45钢采用旋转弯曲疲劳时容易产生破坏，主要失效机理为疲劳断裂；20#碳钢的旋转弯曲疲劳产生的断裂主要为脆性断裂。

综上，本文以实验方法，研究了45钢和20#碳钢这两种常用大轴材料在旋转弯曲疲劳载荷作用下的性能。

研究表明：在旋转弯曲疲劳加载下，45钢具有更高的工作疲劳寿命，而20#碳钢则具有较高的抗疲劳强度。

结合实测数据，可为相关设计和应用提供重要参考。

金属材料疲劳试验旋转弯曲方法金属材料疲劳试验旋转弯曲方法是一种常用的疲劳试验方法，旨在评估金属材料在不同应力水平下的疲劳寿命和破坏机理。

本文将介绍旋转弯曲试验的原理、实验装置、实验步骤和一些应注意的问题。

旋转弯曲试验的原理是通过在金属试样上施加交变弯曲载荷，使其产生疲劳破坏。

与拉伸、压缩等加载方式相比，弯曲加载更接近实际工作条件下的应力状态，因此旋转弯曲试验更加符合实际应用。

通过控制试样的几何尺寸和加载条件，可以得到金属材料在一定应力水平下的疲劳寿命和疲劳曲线。

实验装置的主要组成部分包括试样夹持装置、负载装置和数据采集系统。

试样夹持装置通常采用夹具或夹具+滚动装置的方式，以确保试样在加载过程中不产生滑动。

负载装置通过电机驱动试样产生旋转弯曲载荷，可利用电机的控制系统调节载荷大小和频率。

数据采集系统用来记录试验过程中的试样应变和载荷变化，以便后续分析。

旋转弯曲试验的实验步骤如下：1.准备试样：根据实验要求，根据标准规范或自定义设计制作试样。

试样的几何形状和尺寸要符合实验要求，通常为长条形或圆柱形。

2.安装试样：将试样固定在试样夹持装置中，并确保试样的几何形状和尺寸不会发生变形或损坏。

3.设置实验参数：根据实验目的和要求，设置加载频率、载荷幅值和载荷比等参数，可以在实验中逐步增加载荷或设置不同的载荷比，以得到不同应力水平下的疲劳寿命和曲线。

4.开始实验：启动负载装置，使试样产生旋转弯曲载荷。

在实验过程中，连续记录试样的应变和载荷变化，并查看试样的破坏情况。

5.终止实验：当试样出现破坏或达到预设的实验次数时，停止负载装置，结束实验。

记录试样的破坏形态和位置，以便进一步分析。

在进行旋转弯曲试验时，还需要注意以下几个问题：1.试样的几何尺寸和材料特性应符合实验要求，避免试样在实验加载过程中出现松动、变形或损坏的情况。

2.实验过程中要及时记录试样的应变和载荷变化，以便后续分析。

可以使用应变计、力传感器等装置进行实时监测和数据采集。

S38C车轴钢的旋转弯曲和超声振动疲劳性能李亚波;杨凯;陈一萍;姜青青;孙成奇;洪友士【摘要】选取经硬化(强化)处理的S38C车轴钢小试样,分别采用旋转弯曲疲劳试验机和超声振动疲劳试验机进行疲劳试验,研究其旋转弯曲和超声振动疲劳性能.研究表明,对于具有低温回火马氏体组织的S38C车轴材料,若以4×108周次不发生疲劳破坏的最大应力为疲劳极限,旋转弯曲疲劳试验得到的疲劳极限为775 MPa,超声疲劳试验得到的疲劳极限为675 MPa.通过升降法试验得到(旋转弯曲加载)的具有低温回火马氏体组织的S38C材料在108周次的疲劳极限:对应失效概率10％、置信度95％的疲劳强度下极限为707MPa;对应失效概率1％、置信度95％的疲劳强度下极限为647 MPa.%The hardening treatment of axle steel S38C small samples were tested by using rotating bending fatigue testing machine and ultrasonic fatigue testing machine to investigate the rotating bending and ultrasonic vibration fatigue properties.The experimental results show that if the maximum value of the stress level at which the fatigue failure does not occur until 4×108 cycles is defined as the fatigue limit,the fatigue limit of S38C sample with the low temperature tempering Martensite microstructure is 775 MPa from rotating bending fatigue test,and 675 MPa from ultrasonic fatigue test.When the cycles is 108,the lower-bound limit of fatigue strength for the S38C by using staircase method is 707 MPa associated with the failure probability 10％ and the confidence level 95％,and 647 MPa associated with the failure probability 1％ and the confidence level 95％.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2017(042)003【总页数】6页(P124-128,140)【关键词】S38C钢;旋转弯曲;超声振动;疲劳性能【作者】李亚波;杨凯;陈一萍;姜青青;孙成奇;洪友士【作者单位】中车青岛四方机车车辆股份有限公司工程实验室山东青岛266111;中车青岛四方机车车辆股份有限公司工程实验室山东青岛266111;中车青岛四方机车车辆股份有限公司工程实验室山东青岛266111;中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100190;中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100190;中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100190【正文语种】中文【中图分类】TG113.25车轴是机车车辆中涉及安全的最重要部件，轮轴通过过盈配合连接，承受机车车辆的全部质量[1]。

AF1410钢的旋转弯曲疲劳破坏行为超高强度AF1410钢以高强度、高断裂韧性以及优良的焊接和切削、成型性能而倍受青睐。

该钢在屈服强度不小于1482MPa的条件下，断裂韧度高达143MPa·m1/2，是一种广泛用于航空航天工程动载轴类件的超高强度钢。

多年来，人们对AF1410钢的研究大都集中在其组织、性能等方面，而对于其疲劳性能涉及很少。

为此，本工作着重研究AF1410钢的高周疲劳旋转弯曲特性和疲劳裂纹扩展性能，通过断口观察及疲劳裂纹起裂特性分析探讨疲劳断裂原因，为该钢动载轴类件的实际生产和应用提供理论依据。

试验所用AF1410钢采用真空感应熔炼＋真空自耗重熔的双真空冶炼方法熔炼，并加入一定量的稀土元素La，其化学成分（质量分数，%）为：C0.16，Cr1.91，Ni10.10，Mo1.04，Co14.06，La0.0032，S0.0009，P0.0021，O0.0005，N0.0005，其余为Fe。

从化学成分可以看出，经过双真空熔炼后，试验钢中的杂质元素S、P、O、N的质量分数降低到了40×10-6，具有很高的纯净度。

铸锭改锻后经过900℃正火和680℃温度高温软化退火后加工成力学性能和疲劳性能试样毛坯。

试样经860℃×1h油淬＋（-73℃×1h）深冷处理＋510℃×5h空冷的热处理后，加工成旋转弯曲疲劳（以下简称旋弯）试样。

试样加工过程不允许产生明显冷作硬化或过热，加工后试样表面不允许有任何划痕、损伤或锈蚀。

室温旋弯疲劳试验按照GB/T 4337-2008标准进行，试验在PQ1-6高频疲劳试验机上进行，加载波形为正弦波，试验频率为5000r/min，应力比R=-1。

试验完成后，将疲劳断口浸入丙酮中进行超声波清洗，再用带有EDAX附件的日立S-4300型场发射SEM进行疲劳断口形貌及夹杂物特性分析。

结果表明：AF1410钢经510℃回火5h后，具有优异的综合力学性能，其旋转弯曲疲劳极限强度达到826MPa；通过疲劳断口的SEM观察，试验用AF1410钢的旋转弯曲疲劳裂纹源均起裂于试样表面的加工缺陷，如刀痕、细微缺口等，这些表面缺陷引起的应力集中是导致其疲劳开裂的主要原因；稀土元素La的加入使得高纯AF1410钢弯曲疲劳断口中出现细小圆形的含La非金属夹杂物，但该类稀土夹杂并未成为旋转弯曲疲劳断裂的裂纹源。

旋转弯曲疲劳试验和拉伸弯曲试验下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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《铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金车轮因其轻量化、耐腐蚀性及良好的成形性等特点，逐渐成为现代汽车车轮的主流材料。

然而，在汽车的实际使用过程中，铝合金车轮会受到各种复杂应力及环境因素的影响，其中弯曲疲劳是导致车轮失效的重要原因之一。

因此，对铝合金车轮的弯曲疲劳实验失效分析及工艺的研究显得尤为重要。

二、铝合金车轮弯曲疲劳实验失效分析1. 实验方法与步骤弯曲疲劳实验是一种常用的测试材料耐久性的方法，主要模拟车轮在实际使用过程中所承受的弯曲应力。

通过将铝合金车轮安装在特定设备上，并对其进行反复的弯曲应力加载，观察并记录其性能变化直至失效。

2. 失效模式及原因分析铝合金车轮的失效模式主要包括表面裂纹、形变、断裂等。

其根本原因在于在反复的弯曲应力作用下，材料内部产生的微裂纹不断扩展、汇聚，最终导致材料的断裂。

此外，材料的硬度、强度、韧性等内在属性，以及热处理工艺、表面处理工艺等也会影响其抗疲劳性能。

三、铝合金车轮工艺研究1. 材料选择与预处理选择合适的铝合金材料是制造高质量车轮的基础。

同时，对原材料进行预处理，如均匀化退火、固溶处理等，可以改善材料的组织结构，提高其抗疲劳性能。

2. 成形工艺铝合金车轮的成形工艺主要包括铸造、锻造等。

通过优化成形工艺参数，如温度、压力、速度等，可以获得组织均匀、性能优良的车轮毛坯。

3. 热处理工艺热处理工艺是提高铝合金车轮性能的关键步骤。

通过合理的热处理制度，如固溶处理、时效处理等，可以获得理想的力学性能和抗疲劳性能。

四、提高铝合金车轮抗疲劳性能的措施1. 优化材料成分与组织结构通过合理调整铝合金的成分，如添加适量的合金元素、调整晶粒尺寸等，可以改善其抗疲劳性能。

2. 改进制造工艺优化铸造、锻造等制造工艺，控制产品的微观组织结构，减少内应力，提高产品的整体性能。

3. 表面处理技术对铝合金车轮表面进行防腐、耐磨等处理，提高其耐腐蚀性和耐磨性，从而延长其使用寿命。

中碳铬钨渗氮轴承钢旋转弯曲疲劳性能研究程世超;魏慧君;孙世清;王松;王瑞阳;崔博帅;尉念伦【摘要】针对轴承钢失效形式主要为疲劳破坏的问题,对中碳铬钨渗氮轴承钢进行旋转弯曲疲劳(RBF)试验及分析.分析轴承钢经调质处理(880℃+540℃)后的组织,再经RBF试验后疲劳断口和渗氮处理的作用,还分析了非金属夹杂物对轴承钢RBF的影响,构建了非金属夹杂物深度和尺寸对中碳铬钨渗氮轴承钢RBF极限强度影响的模型.实验结果表明:试验钢调质处理后,组织为回火索氏体,主要析出M6C型和M23C6型碳化物,力学性能优良,RBF极限强度达到729 MPa;疲劳源分为表面缺陷和内部非金属夹杂物,表面缺陷主要包括非金属夹杂物脱落形成的凹坑以及机加工留下的刀痕,非金属夹杂物主要为镁铝酸盐;轴承钢在NH3渗氮气氛中560℃恒温保持25h,渗氮层厚度达360μm以上,渗氮工艺合适.研究结果对中碳铬钨渗氮轴承钢的发展及其疲劳性能的提高有一定的参考价值.【期刊名称】《河北科技大学学报》【年(卷),期】2018(039)004【总页数】7页(P365-371)【关键词】黑色金属及其合金;渗氮轴承钢;旋转弯曲疲劳;表面缺陷;非金属夹杂物【作者】程世超;魏慧君;孙世清;王松;王瑞阳;崔博帅;尉念伦【作者单位】河北科技大学材料科学与工程学院,河北石家庄 050018;河北省材料近净成形技术重点实验室,河北石家庄 050018;河北科技大学材料科学与工程学院,河北石家庄 050018;河北省材料近净成形技术重点实验室,河北石家庄 050018;河北科技大学材料科学与工程学院,河北石家庄 050018;河北省材料近净成形技术重点实验室,河北石家庄 050018;河北科技大学材料科学与工程学院,河北石家庄050018;河北省材料近净成形技术重点实验室,河北石家庄 050018;河北科技大学材料科学与工程学院,河北石家庄 050018;河北省材料近净成形技术重点实验室,河北石家庄 050018;河北科技大学材料科学与工程学院,河北石家庄 050018;河北省材料近净成形技术重点实验室,河北石家庄 050018;河北科技大学材料科学与工程学院,河北石家庄 050018;河北省材料近净成形技术重点实验室,河北石家庄050018【正文语种】中文【中图分类】TG156.8+2轴承钢被誉为钢中之王，质量要求高，是衡量国家工业化水平的标志之一［1－3］。