金属接触疲劳

• b.热处理组织状态 • 1）马氏体含碳量 接触疲劳强度主要取决于材 料的抗剪强度，并要求有一定的韧性相配合。对 于轴承钢，在未溶碳化物状态相同的条件下，当 马氏体含碳量在0.4%~0.5%左右时，接触疲劳寿 命最高。 • 2）马氏体和残余奥氏体的级别 若残余奥氏体 越多，马氏体针越粗大，则表面有益的残余压应 力和渗碳层强度就越低，则越易产生显微裂纹， 故降低接触疲劳寿命。 • 3）未溶碳化物和带状碳化物 未溶碳化物越 粗大，则相邻马氏体边界处的含碳量就越高，该 处也就越易形成接触疲劳裂纹，故寿命较低。
金属接触疲劳
接触疲劳——机件两接触面作滚动或滚动加 滑动摩擦时，在交变接触压应力长期作用 下，材料表面因疲劳损伤，导致局部区域 产生小片或小块状金属剥落而使物质损失 的现象。解除疲劳的宏观形态特征是在接 触面上出现许多小针状或痘状凹坑，有时 凹坑很深，呈贝壳状，有疲劳裂纹扩展线 的痕迹。根据剥落裂纹起始位置及形态不 同，解除疲劳破坏分麻点剥落（点蚀）、 浅层剥落和深层剥落（表面压碎）三类。
球状不变形夹杂物（危害较大） 钙的铝酸盐 半塑性夹杂物（危害较小） 复合铝硅酸盐 轧后呈纺锤型
轴承钢按三项夹杂物评级，即脆性夹杂物、塑性夹杂物和球状不变形夹杂物 碳化物不均匀性： 碳化物液析：偏析时引起的伪共晶碳化物；（扩散退火） 带状碳化物为二次碳化物偏析，沿轧向呈带状； 网状碳化物：沿奥氏体晶界析出的二次碳化物； 大颗粒碳化物：正火或退火过程中长大的碳化物
• c.表面硬度和心部硬度 在一定硬度范围内， 解除疲劳强度随硬度升高而增大，但并不保持正 比关系。轴承钢表面硬度为62HRC时，其平均使 用寿命最高。表面脱碳降低表面硬度，又使表面 易形成非马氏体组织，并改变表面残余应力分布， 形成残余拉应力，故降低接触疲劳寿命。某些齿 轮早期接触疲劳失效分析表明，当脱碳层深度为 0.2mm时，表面含碳量0.3%~0.6%时， 70%~80%疲劳裂纹是从脱碳层内起源的。但若表 面形成一层极薄的(0.1~0.3mm)均匀脱碳层（或 残余奥氏体层）虽然降低表面硬度，但因使表面 产生微量塑性变形和磨损，增加了接触面积，减 小了应力集中，反能提高接触疲劳寿命。渗碳件 心部硬度太低，则表层硬度梯度过大，易在过渡 区内形成裂纹而产生深层剥落。实践表明，渗碳 齿轮心部硬度以35~40HRC为宜。
影响接触疲劳寿命的因素
接触疲劳是轴承和齿轮常见 的失效形式
1.内部因素
• • • • • • • • • • • • • • a.非金属夹杂物 轴承钢要求纯净和组织均匀。纯净就是杂质元素及非金属夹杂物要少，组织均匀是钢中碳化物要细 小，分布要均匀。轴承钢经热处理后要求高而均匀的硬度和耐磨性，高的弹性极限和高的接触疲劳 强度。 轴承钢有冶金质量缺陷造成的失效占总失效的65%。冶金缺陷是指非金属夹杂物和碳化物不均匀性。 非金属夹杂物主要来源：冶炼时产生的脱氧产物。 非金属夹杂物：可破坏基体的连续性，引起应力集中。 脆性夹杂物（危害最大） 刚玉（Al2O3)、尖晶石 沿轧制方向呈点链状分布，产生危害的临界尺 寸为6-8μm。 塑性夹杂物 （危害最小） MnS、铁锰硅酸盐 沿轧制方向呈连续条状分布
• d.表面硬化层深度 • 最佳的硬化层深度
t m(
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)
;或
t 3 . 15 b
式中 m--模数；b--接触面半宽。
• e.残余应力 • 残余压应力，可以提高接触疲劳寿命。 • 2.外部因素 • a.表面粗糙度与接触精度 • 减少表面冷、热加工缺陷，降低表面粗糙度，提 高接触疲劳精度，可以有效的增加接触疲劳寿命。 • b.硬度匹配 • 两个接触滚动体的硬度匹配恰当与否，会直接影 响接触疲劳寿命。实践表明，ZQ-400型减速器小 齿轮与大齿轮的硬度比保持1.4~1.7的匹配关系， 可使承载能力提高30%~50%。此外，两个接触滚 动件的装配质量及它们之间的润滑情况也影响接 触疲劳寿命。