超洁净轴承钢中夹杂物与滚动接触疲劳寿命的关系

摘要

以3种不同工艺工业生产的总O含量均≤6×10^-6的超洁净GCr15轴承钢为研究对象,通过推力片实验测试这3种钢的滚动接触疲劳寿命并获得额定寿命(L10)和中值寿命(L50),通过ASPEX扫描电镜获得各工艺下的夹杂物样本数据并进行统计分析,使用极值法(SEV)和广义Pareto分布法(GPD)估算出样品中最大夹杂物特征尺(CSMI),然后将其与实测L10和L50进行对比和分析。结果表明,SEV法仅检测每个样品的最大夹杂物,无法通过其获得的CSMI来合理解释3种钢L10和L50的变化,2者之间相关性较差;而GPD法分析夹杂物时,需要对阈值尺寸以上的所有夹杂物进行表征和统计分析,可以获得夹杂物的数量密度以及不同类型夹杂物的CSMI,GPD法所预测出的最危险类型TiN夹杂物的CSMI可以合理解释L10的变化,2者之间有较好相关性,但无法据此解释L50的变化;但将总的夹杂物数量密度与TiN夹杂物最大特征尺寸相结合,能合理解释3种钢的L50差异,这是因为当更多样品失效时,裂纹萌生位置将不再仅仅局限于最危险类型夹杂物。因此,最危险类型夹杂物的CSMI与超纯净轴承钢中的早期疲劳失效的L10相关性最强,而夹杂物的数量密度对高概率的中值疲劳寿命L50也有重要影响。