Page 41 - 理化检验-物理分册2024年第七期

崔少璞，等：高碳铬轴承钢的旋转弯曲疲劳性能

表1 SUJ2S1高碳铬轴承钢化学成分 %

质量分数
项目
C Si Mn P S Cr Ni Cu Al Mo
实测值 0.995 0.284 0.388 0.015 0.002 3 1.47 0.023 0.064 0.017 0.040

生断裂。
2.2 试样旋转弯曲疲劳S-N曲线
S-N曲线是以材料标准试样疲劳强度为纵坐标，
疲劳寿命为横坐标，表示一定循环特征下标准试样
的疲劳强度与疲劳寿命之间关系的曲线，也称应力-
寿命曲线。根据轴承钢在载荷条件下的应力-循环
次数曲线和S-N曲线，可以计算出轴承钢的安全系
数、损伤率和疲劳寿命。根据轴承钢应力-循环次
图 1 疲劳试样尺寸示意
数曲线相对S-N曲线的位置，可以直观判断轴承材
2 试验结果与分析
料选取的好坏以及疲劳寿命是否达到设计要求。图
2.1 升降法测试疲劳极限 3a）为SUJ2S1高碳铬轴承钢的S-N曲线，存活率（P）
采用升降法测试材料的疲劳极限。根据钢种的 为90%的P-S-N曲线如图3b）所示，补充了轴承钢
抗拉强度和屈服强度来确定初始应力强度，将初始 疲劳数据不足的问题，为汽车厂疲劳仿真分析提供
应力强度作为第1根试样的加载应力，若第1根试样 可靠的数据基础，预测零部件的设计寿命。
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通过设定的循环次数（10 次）以20 MPa作为应力台
阶，提高第2根试样的加载应力，若第2根试样在10 7
循环次数前断裂，则降低第3根试样加载应力，并继
续试验。疲劳极限σ如式（1）所示。

σ = 1 ∑ a i= a （1）
i
a 1
式中：a为有效试样总个数；a 为第 i 个试样所处的
i
i
应力，=1，2，3，…，a。
根据式（1）可以得出室温下SUJ2S1高碳铬轴
承钢的疲劳极限为484 MPa，标准差为16.81 MPa。
根据疲劳极限计算结果，绘制SUJ2S1 高碳铬
轴承钢疲劳试验升降图，结果如图2所示，其中“×”
表示试样断裂，“○” 表示通过。由图2可知：当设定
应力为460 MPa时，试样循环次数为10 次，即试样
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均为通过状态；当设定应力为520 MPa时， 试样均发

图 3 SUJ2S1 高碳铬轴承钢的 S-N 曲线及 P-S-N 曲线
2.3 试样旋转弯曲疲劳断口分析
用扫描电镜对旋转弯曲疲劳断口进行观察，分
析疲劳断裂的原因。大量研究表明 ，疲劳裂纹的
[3]
起源主要来自于内部的非金属夹杂物和表面缺陷。
图 2 SUJ2S1 高碳铬轴承钢疲劳试验升降图 SUJ2S1钢断口的SEM形貌如图4所示。由图4
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