20Cr2Ni4A钢的滚动接触疲劳行为及失效机制研究

摘要

20Cr2Ni4A钢作为一种韧性很高、淬透性很好的渗碳钢被广泛用来制造高速齿轮及重载齿轮,这种齿轮的主要失效形式是接触疲劳损伤.本文利用数理统计法对高载荷下的20Cr2Ni4A钢的接触疲劳寿命进行了分析,研究了渗碳层的疲劳失效机理.20Cr2Ni4A钢经过渗碳及随后的淬火并低温回火后,表面硬度可达60HRC.用滚动接触疲劳试验机在2000N载荷下考察了20Cr2Ni4A钢的接触疲劳寿命,进行了10组平行试验,发现其疲劳寿命符合Weibull分布,疲劳寿命较为稳定.对失效后的形貌进行观察发现,20Cr2Ni4A钢渗碳层的失效模式均为浅层剥落,主要发生在渗碳层的表面或次表面.剥落坑呈现出典型的逐层剥落的阶梯状形貌.此外,本文建立了疲劳失效理论模型,体现了裂纹的萌生、扩展、裂纹之间的相互连接以及最终形成剥落坑而失效的整个过程.