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7Cr14Mo双真空不锈轴承钢的组织和接触疲劳寿命的研究

作　者: 谢璞石
导　师: 刘翔；俞峰
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料学
关键词: 不锈轴承钢纯净度非金属夹杂物组织碳化物接触疲劳寿命
分类号: TG142.71
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

高精度中小型灵敏不锈轴承在要求高的可靠性和长的寿命的同时,要求低的噪音值和高的精度。国内常用的不锈轴承钢G95Cr18,由于钢中含有高的碳含量和高的铬含量,容易产生大块的共晶碳化物,影响轴承的精度和寿命。通过降低碳和铬的含量开发出了7Cr14Mo不锈轴承钢,在保证硬度和耐蚀性的同时,大块共晶碳化物大大减少。以往不锈轴承钢的冶炼工艺多采用电渣重熔工艺进行生产,为获得更高质量的材料,本文研究采用真空感应炉+真空自耗炉(双真空)工艺生产7Cr14Mo不锈轴承钢。并用真空感应炉+氩气保护电渣炉(氩保电渣)和中频感应炉+大气气氛电渣炉(普通电渣)二种冶炼工艺进行对比研究,探讨获得高冶金质量和长寿命7Cr14Mo不锈轴承钢的途径。通过对双真空冶炼7Cr14Mo不锈轴承钢的纯净度、组织、碳化物和接触疲劳寿命的研究,结果表明：1、双真空冶炼7Cr14Mo不锈轴承钢具有高的纯净度：其中氧含量为0.0005%,氩保电渣钢和普通电渣钢分别是它的3.2倍和5.8倍；双真空钢的氧化物夹杂含量为0.00244%,氩保电渣钢和普通电渣钢分别是双真空钢的1.73倍和2.19倍；双真空钢的氧化物夹杂数量少、颗粒尺寸细小。2、双真空冶炼7Cr14Mo不锈轴承钢的淬-回火组织由隐晶马氏体+残留碳化物+残留奥氏体组成,通过透射电子显微镜的观察分析,马氏体基体亚结构是位错马氏体和孪晶状马氏体的混合。该组织具有高的硬度和接触疲劳性能。3、双真空冶炼7Cr14Mo不锈轴承钢的碳化物主要是M23C6型碳化物；最大碳化物尺寸纵向为25.5μm、横向为23.4μm,长宽比平均1.461,钢中碳化物的尺寸小,碳化物的形态好。4、双真空冶炼7Cr14Mo不锈轴承钢具有高的接触疲劳寿命,其接触疲劳额定寿命L10为0.66×107,分别是氩保电渣钢的1.5倍和普通电渣钢的1.65倍。5、接触疲劳破坏机理研究表明,接触疲劳破坏是表面起源型疲劳和次表面起源型疲劳机理共同存在,二者是竞争的关系。夹杂物和碳化物都可成为疲劳裂纹源,影响钢的接触疲劳寿命。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-10
第一章绪论  10-29
  1.1 引言  10-11
  1.2 不锈轴承钢简介  11
  1.3 国内外不锈轴承钢的研究和发展  11-17
    1.3.1 不锈轴承钢的开发  11-14
    1.3.2 不锈轴承钢冶炼技术的发展  14-17
      1.3.2.1 电渣炉冶炼  15-16
      1.3.2.2 真空感应炉十真空自耗炉冶炼  16-17
  1.4 合金元素在不锈轴承钢中的作用  17-19
    1.4.1 碳  17-18
    1.4.2 铬  18-19
    1.4.3 钼  19
  1.5 冶金质量对疲劳寿命的影响  19-25
    1.5.1 非金属夹杂物、气体和有害元素的影响  20-23
      1.5.1.1 钢中氧含量及氧化物夹杂物的影响  20-22
      1.5.1.2 硫含量及硫化物的影响  22-23
      1.5.1.3 钛、氮含量及TiN夹杂的影响  23
    1.5.2 组织和碳化物的影响  23-25
  1.6 接触疲劳破坏机理及组织变化  25-28
    1.6.1 接触疲劳破坏机理  25-26
    1.6.2 组织变化  26-28
  1.7 本文研究的意义及主要内容  28-29
    1.7.1 本文研究的意义  28
    1.7.2 本文研究的主要内容  28-29
第二章试验材料和试验方法  29-36
  2.1 试验材料  29
  2.2 试验方法  29-35
    2.2.1 试验钢的热处理  29-31
    2.2.2 力学性能测试试验  31
    2.2.3 金相组织观察  31-32
    2.2.4 Formastor热膨胀试验  32
    2.2.5 化学定性相分析  32-33
    2.2.6 接触疲劳寿命试验  33-35
      2.2.6.1 接触疲劳寿命试验原理  33-34
      2.2.6.2 接触疲劳试样的加工、热处理和硬度  34
      2.2.6.3 接触疲劳寿命试验  34-35
  2.3 本章小结  35-36
第三章 7Cr14Mo不锈轴承钢纯净度的研究  36-44
  3.1 引言  36
  3.2 试验内容与方法  36-37
  3.3 试验结果和分析  37-43
    3.3.1 气体含量和有害元素含量研究  37
    3.3.2 非金属夹杂物的研究  37-42
      3.3.2.1 非金属夹杂物的类型  37-40
      3.3.2.2 氧化物夹杂的类型和数量  40-41
      3.3.2.3 氧化物夹杂的尺寸和分布  41-42
    3.3.3 钢中气体和有害元素含量与非金属夹杂物的关系  42-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章 7Cr14Mo不锈轴承钢的组织和碳化物的研究  44-59
  4.1 引言  44
  4.2 试验内容与方法  44-46
  4.3 不锈轴承钢7CR14Mo的组织  46-53
    4.3.1 不锈轴承钢7Cr14Mo的组织转变  46-48
    4.3.2 退火组织研究  48-49
    4.3.3 淬火组织研究  49-51
    4.3.4 淬-回火组织研究  51-53
      4.3.4.1 显微组织研究  51-52
      4.3.4.2 显微组织亚结构的研究  52-53
  4.4 碳化物的研究  53-57
    4.4.1 碳化物的类型  53-54
    4.4.2 碳化物的显微分布  54-56
    4.4.3 碳化物的高倍显微研究  56-57
  4.5 本章小结  57-59
第五章 7Cr14Mo不锈轴承钢接触疲劳寿命研究  59-79
  5.1 引言  59
  5.2 试验内容与方法  59-60
  5.3 试验结果和分析  60-70
    5.3.1 接触疲劳寿命实验  60-63
      5.3.1.1 试验结果  60-61
      5.3.1.2 数据处理  61-63
    5.3.2 钢中纯净度和碳化物对接触疲劳寿命的影响  63-64
    5.3.3 疲劳坑和滚道的研究  64-70
      5.3.3.1 滚道形貌  64-65
      5.3.3.2 表面起源型疲劳剥落  65-68
      5.3.3.3 次表面起源型疲劳剥落  68-70
  5.4 接触疲劳破坏机理分析  70-78
    5.4.1 应力分析  70-73
      5.4.1.1 最大静态切应力和最大动态切应力  71-72
      5.4.1.2 附加摩擦力  72-73
    5.4.2 接触疲劳破坏机理  73-78
      5.4.2.1 表面起源型疲劳  73-76
      5.4.2.2 次表面起源型疲劳  76-77
      5.4.2.3 表面起源型疲劳和次表面起源型疲劳的对比  77-78
  5.5 本章小结  78-79
第六章结论  79-80
致谢  80-81
参考文献  81-84
攻读硕士期间发表的论文  84

7Cr14Mo双真空不锈轴承钢的组织和接触疲劳寿命的研究

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