高氮轴承钢高温疲劳性能与裂纹萌生扩展机理

张志慧¹，杨卯生¹，孙世清²，李建新³，罗志强¹，李南¹

1. 钢铁研究总院特钢所2. 河北科技大学材料科学与工程学院3. 抚顺特殊钢股份有限公司技术中心

摘 要：200℃下,40Cr15Mo2VN高氮轴承钢旋转弯曲疲劳性能测试结果表明其安全疲劳极限强度为883MPa,较室温条件下降了17%。通过SEM疲劳断口观察发现,疲劳破坏类型主要为表面缺陷起裂和内部非金属夹杂物起裂。与室温相比,200℃条件下疲劳应力强度因子门槛值ΔKth下降了20%,导致疲劳裂纹起始的临界非金属夹杂物尺寸减小;200℃条件下表面起裂中疲劳源附近细小裂纹的相互作用使得应力强度因子KI增加,加速表面初始裂纹扩展。同时,根据高氮轴承钢中非金属夹杂物所在位置的名义应力幅度与缺陷疲劳极限强度的比值,分析了非金属夹杂物尺寸、位置及温度对疲劳寿命的影响。

关键词：高氮轴承钢;旋转弯曲疲劳;高温;非金属夹杂物;表面缺陷;