D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1982.s1.008 北京纲铁学院学报 1082年增刊2 淬火温度对冷轧辊用 86 CrMoV7钢接触疲劳性能的影响 北京钢铁学院 王绪 章守华· 钢铁研究总院 崔佩庸 表层疲劳剥落是冷轧辊失效的主要方式之一。剥落是在接触负荷下表层裂纹萌生、扩展 的断裂过程，与其组织结构及残余应力状态有关。 本文研究了淬火温度对86CMoV7钢接触疲劳性能的影响。在840℃~950℃温度范围内 淬火时，840℃淬火试样接触疲劳寿命最高，870℃淬火寿命最低。淬火温度不同，硬度在 62.564.5HRC,残余应力在-46.7~~82.48Kgf/mm范围内。接触疲劳试验后硬度和 残余应力都有升高，低硬度、低残余应力值的试样升高较多。具有最低硬度的试样接触疲劳 寿命最高。 金相观察表明，板条状马氏体的接触疲劳性能优于片状李晶马氏体，适量残余奥氏体能 改善钢的接触疲劳性能。并发现疲劳寿命高时，剥落断口较浅，裂纹多穿晶慢速扩展，反之， 剥落断口较深，裂纹多沿晶块速扩展。 前 言 凡以滚压接触形式运转的机件，如齿轮、滚动轴承、轧辊等，工作时相互接触的表面都 要承受脉动压缩负荷的作用。其表面因接触疲劳而发生低应力脆性破坏，产生斑点状或块状 剥落，使机件失效〔1.2)。 从微观组织角度分析，接触疲劳剥落就是机件表面接触疲劳层内裂纹萌生、扩展的断 裂过程。这一过程既决定于负荷大小及加荷方式，又决定于金属表层中的组织结构及内应 力状态〔3,4)。研究钢件接触疲劳寿命与组织结构之间的关系，对提高其接触疲劳性能，增强 抗剥落能力是很重要的。 冷轧工作辊是在滚压接触条件下经受脉动压缩负荷作用的精密压延工具。轧制过程中接 触疲劳剥落，极大地降低轧辊的使用寿命〔5.6)、为提高冷轧辊的质量，我们研究了不同淬 火温度的组织结构对冷轧辊用86CMoV7钢接触疲劳性能的影响，借以阐明钢的不同淬火组 织及应力状态对改善其接触疲劳性能的作用。 ·北京钢铁学院金相七六级学生张金和、刘贵春参加部分实验工作 -69一
北 京 纲 铁 学 院 学 报 二 年 增刊 淬火温度对冷轧辊用 钢接触疲劳性能的影响 湘 京钢铁 学院 钢 铁研 究总 院 康守华 表层疲劳剥落是冷轧辊 失效的主要方式 之一 。 剥落是在接触负荷下表 层裂纹萌生 、 扩展 的断裂 过 程 ， 与其组织结 构及残余应力 状态有关 。 本文研究 了淬火温度 对 钢接触疲劳性能的影响 。 在 。 ℃ ℃ 温度 范 围内 淬火时 ， ℃ 淬火试样接触疲劳寿命最 高， ℃ 淬火寿命最 低 。 淬火温度 不 同 ， 硬度在 ， 残余应力在 一 一 名 范 围内 。 接触疲劳试验后硬度和 残余应力都有升高 ， 低硬度 、 低残余应力值的试样升高较多 。 具有最低硬度的试样接触疲劳 寿命最 高 。 金相观察表 明 ， 板条状马 氏体的接触疲劳性能优 于片状孪晶马 氏体 ， 适量残余奥 氏体能 改善钢 的 接触疲劳性能 。 并发现 疲劳寿命 高时 ，剥落 断 口 较浅 ，裂 纹 多穿 晶慢速扩展 ， 反 之 ， 剥落断 口 较深 ， 裂纹 多沿 晶块速扩展 。 启斤 创去 ， 目幼 巨 凡 以滚压 接触形式运 转的机件 ， 如齿轮 、 滚动轴承 、 轧辊等 ， 工 作时相 互接触的表面都 要承受脉动压 缩负荷的作用 。 其表面 因接触疲劳而发生低应力脆性破坏 ， 产生斑点状或 块状 剥落 ， 使机件失效〔 〕 。 从微观组织 角度 分析 ， 接触疲劳剥落就是 机件表面 接触疲劳层 内裂 纹萌生 、 扩 展 的 断 裂过 程 。 这 一过 程既决定于负荷大小 及加荷方式 ， 又决定于金属表 层 中的组织结构及 内 应 力状态 〔毛 〕 。 研究钢件接触疲劳寿命 与组织结 构 之间的关系 ， 对提高其 接触疲劳性能 ， 增强 抗剥落 能力是 很重 要 的 。 冷 轧工作辊是在滚压 接触条件下经受脉动压 缩负荷 作用 的精密压延工具 。 轧制过 程 中接 触疲劳剥落 ， 极大地降低轧辊的使用 寿 命 〔 〕 、 为提 高冷轧辊的质量 ， 我们研究 了不 同淬 火温度 的组织 结 构对冷轧辊用 钢 接触疲劳性能 的影响 ， 借以 阐 明钢的不 同淬火组 织及应力状态对改善其接触疲劳 性能 的 作用 。 北京钢铁学院金 相七六级学生张金和 、 刘贵春参加部分 实验工作 一 一 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1982．s1．008
一、试验工作 86CMoV7钢试验料经炉外钢包精炼，锻成必80毫米棒料，球化退火后加工成接触疲劳 试样。并经谇火，低温回火处理。钢的化学成分见表1，试样的原始组织见图1。 表1 86 CrMoV7钢的化学成分 化学成分 Si Mo P Mo % 0.84 0.42 0.42 0.014 0.006 1.81 0.35 0.09 为比较不同淬火温度对钢的接触疲芳性能的影响，选择四个淬火温度：840℃、870℃、 910℃、950℃。试样淬火后均经150℃回火。 接触成劳试验用国产JMP一1型接触疲劳试验机。试验条件是负荷两千公斤，转速每分 钟两千转，滑差为零（即纯滚动）。试验机能自动计时、计数，试样发生剥落时自动停车。 接触疲劳试验选用线接触试样，见图2。每套两个试样对滚。按不同的淬火温度把试样 分为四组，每组六套，共二十四套试样进行试验。 77 8 翠 20 20 图1，试样的原始组织a一Fo+粒状善碳体1000X 图2、接触瘦劳线接触试样 除了接触疲劳寿命试验外，还测定了接触疲劳试验前后的硬度，残余应力和残余奥氏体 量，并对试样的金相组织，裂纹及断口的形貌进行了研究。 二，结果和讨论 1、接触瘦劳寿命： 在接触疲劳试验机上测出各组试样运转到表层发生剥落、试验机自动停车时的转数为该 试样的接触疲劳寿命。各组试样的运转时间和转数（周次)的范围列于表2。 所有试样的接触疲劳寿命均在10~10·周次范围内，对于菠劳寿命试验属于中、长寿命 区。各组试样疲劳寿命值有一定的分散度，进行了以下的统计分析： 一70一
一 、 试验工 作 钢 试验料经炉 外钢包精炼 ， 锻成万 毫米捧料 ， 球化退 火后加工成接触疲劳 试样 。 井经淬火 ， 低温 回 火处理 。 钢的 化学成分 见表 ， 试样的原始组织 见图 。 表 钢 的 一 化 学 成 分 一八 一七九 内﹄一甘 一︸ 化学 成分 。 · 。 。 】 。 。 。 。 。 牙 为 比较不 同滓火温度 对钢的 接触疲劳性能的影响 ， 选择四 个淬火温度 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 。 试样淬火后均经 ℃ 回 火 。 接触 疲劳 试验用 国产 一 型 接触疲劳 试验机 。 试验 条件是 负荷两千公斤 ， 转速每 分 钟两千转 ， 滑 差 为零 即纯 滚 动 。 试验机能 自动 计时 、 计数 ， 试样发生剥落时 自动停车 。 接触疲劳 试验 选用线 接触 试样 ， 见图 。 每套两 个试样对滚 。 按不 同的淬火温度把 试样 分为四组 ， 每组六套 ， 共二十四 套试样进行 试验 。 日 ， 拭样 的原 始 组织 一 。 较 状 诊碳 体 。 。 。 图 、 接触 演劳 线 接触 试 样 除 了接触疲劳寿命试验外 ， 还测 定 了接触疲劳 试验前后的硬度 ， 残余应力和 残余奥 氏体 ， 并对试样的金相 组织 ， 裂纹 及断 口 的形貌进行 了研究 。 二 ， 结果和讨论 、 接触应 劳寿命 在接触 疲劳 试验机上测 出各组 试样运 转到 表层发 生剥落 、 试验机 自动停车时的 转数 为该 试样的 接触疲劳 寿命 。 各组试样的运 转时间和转数 周次 的范围列于表 。 所有试样的 接触疲劳寿命均 在 ’ 周次范 围内 ， 对于疲劳寿命试验属千中 、 长 寿命 区 。 各组试样疲劳寿 命值 有一定 的分散度 ， 进行 了以下的 统计分析
表2 各组试样运转时间及转数范围 淬火温度 840℃ 870℃ 910℃ 960℃ 运转时间 18°32′ 44'48 11°/ 145′ 范围（时、分） 27°44' 628' 37° 36°6 运转周次 2224 83.9 1320 2130 范围（千周） 3248 777 4480 4320 分子为下限值，分母为高限值。 (1)可疑值的取舍：计算证明各组数据分散度在允许范围之内，无舍弃值： (2)计算证明各组试禅的疲劳寿命值服从正态分布，并可估算出存活率为95%时的安 全菠劳寿命(N),作为各组试验的正式结果（表8）， (3)方差分析证明各组试验结果有显著差异，并确定840℃淬火的一组试样有最高的接 触疲劳寿命。 根据表3所列试验结果，分析接触疲劳寿命与淬火温度及其它测定值之间的关系。 表3 各组试样安全疲劳寿命、硬度、残余应力和残余奥氏体量 淬火温度 840℃ 870℃ 910℃ 950℃ 疲劳寿命（千周） 2058 83 841 1161 硬 RCF前· 62.5 64.5 64 63 度 RCF后 64.8 65.3 65 65.2 HRC △HRC 2.3 0.8 1.0 2.2 残我 RCF前 -46.7 -58.12 -66.28 -82.48 RCF后 -103.8 -106.12 -125.06 -105.38 力 Or △ar -67.1 -58.0 -58.78 -22.90 公斤 r(后) 2.80 1.82 1.86 1.28 毫米2 or(前) 我 RCF前 9 18.4 25.9 余 RCF后 13.5 18.3 体 '% △A′% -4.9 -7.6 RCF表示滚压接触疲劳。 -71一
表 各组 试样运 转时 间及转数范围 淬 火 温 度 ℃ ℃ ℃ ℃ ‘一甘 ︸ 一几任峥‘ 一目上一二 一，白任 运 转 时 间 范 围 时 、 分 ， 一 云 。 ‘ ， ， 些乡“ ， 瞥丫丫丫 ‘ ﹃ ‘ 曰， ︸ 运 转 周 次 范围 千 周 分子 为下限值 ， 分母 为高限值 。 可疑值 的取舍 计算证 明各组 数据 分散度 在允许范围 之内 ， 无舍弃值 ， 计算证 明各组 试样的疲劳 寿 命值服从正态 分布 ， 并可估算 出存活率 为 时的安 全疲劳寿命 ， 作 为各组试验 的正 式结果 表 ， 方差分析证 明各组试验结果有显著差 异 ， 并确定 ℃淬火的一组试样有最 高的 接 触疲劳寿命 。 根据表 所 列试验结果 ， 分析接触 疲劳寿命与淬火温度及其它测 定值之间的关系 。 表 各组试样安 全疲 劳寿命 、 硬度 、 残余应力和 残余奥氏 体量 拌 火 温 度 ‘ 。 ℃ ‘ 。 。 ” ‘ 。 ℃ 一 子 琴 举… 一 ‘月愈一…… 方一 少 二了一手… 一 几吧 一 … 卜 布 竺旦些一…… 努 … 一 任互里 一 一 一 一几竺 竺一 一 二三卫竺二王竺一…一 一二三兰里竺一 “ … 一 全竺一 一 一 一竺二 ‘一 一 兰竺一卜二竺竺 一 公 斤 一 后 一一一一丁 · · 多 米 ‘ “ ‘前 ， … 一 蒸 一 二 … … … … ℃ 。 。 一 一 。 一 。 。 。 表示滚压 接触疲 劳 。 。 · 。 一 一
安全疲劳寿命(N:)与淬火温度之间的关系如图8所示。试验表明，840℃淬火试样具 有高的N,值，而870℃淬火则N:值突然下降。随后淬火温度升高到910℃和950℃，N:值又 有提高。使图8呈现一个有最小值的关系曲线。这一现象后面进一步讨论。 图4是钢的硬度与淬火温度的关系曲线。随淬 火温度的升高，碳化物不断溶解，奥氏体含碳量增 2000 高，淬火后马氏体硬度也随之增高。870℃淬火并 低温回火试样达到很高的硬度(HRC64.5)。但 都1500 是，随淬火温度的继续升高，钢中残余奥氏体量 出1000 (A'%)显著增加（见图5），钢的硬度就下降了。 值得注意的是在本试验条件下，淬火钢的硬度 500 与其疲劳寿命之间有一特定的关系。当硬度为 62.5~63HRC时，具有高的疲劳寿命，这相当于 820840860880900920940960 840℃和950淬火，而硬度在64~64.5HRC时却 C 淬火温度TQ 有低的疲劳寿命，这相当于870℃和910℃淬火的 图3安全成劳寿命(NF)与淬火 试样。说明在一定的硬度范围内，N值与硬度有 温度(TQ)的关系曲线。 反比关系，过高的硬度会使N:值下降。接触疲劳性能对硬度的变化是敏感的。 65 RCF 64 ⑧ RCF 2·G RCF前 63 RCF后 HRC 出 15 62 10 米 △HRC 5 820840860880900920940960T0 C 淬火温度 820840860880900920940960T0 oC 淬火温度 图4硬度HRC与淬火温度TQ的关系曲线 图5残余奥氏体量A/%与碎火温度Q的关系曲线 从图4还可看出，在接触疲劳试验后(RCF后)各组试样的硬度值都有升高。但不同 淬火温度硬度提高的幅度不同。RCF前硬度较低的，RCF后硬度值升高的多些，约为△HR C≈2，（相当于840℃和950℃淬火的情况）。而RCF前硬度较高的，RCF后则提高的要小 些（△HRC~1)(870℃和910℃淬火试样）。说明前者淬火（并低温回火）组织在接触疲 劳试验过程中有一定的塑性变形和形变硬化效果，所以疲劳寿命（值）也高。而后者则 塑变能力低，硬化效果差，疲劳寿命也低。可见在一定的硬度的基础上，提高钢的塑变能力可 提高钢的接触疲劳性能。 当然，对950℃淬火试样还要考虑到在接触疲劳试验过程中有残余奥氏体转变为马氏体 所提供的硬度。试验证实，在接触疲劳试验过程中确有残余奥氏体向马氏体的转变，如图5 所示。 残余应力与淬火温度的关系如图6示。这一关系曲线可进一步说明图3中疲劳寿命与淬 火温度的关系曲线。试验证实，各淬火温度试样的表面都存在有周向的残余压应力。较高的 一72一
安全疲劳寿命 ， 与淬火温度之间的关系如图 所示 。 试验 表 明 ， ℃淬火试样具 有高的 ，值 ， 而 ℃淬火则 值突然下降 。 随后淬火温度升 高到 。 ℃和 ℃ ， 值 又 有提 高 。 使图 呈现 一个有最小值的关系 曲线 。 这 一现 象后面进 一步讨论 。 图 是钢的硬 度与淬火温度的 关系 曲线 。 随淬 火温度的升高 ， 碳化物不断溶解 ， 奥 氏体 含碳量 增 高 ， 淬火后马氏体硬度也随之增高 。 ℃ 淬火并 低温回 火试样达到很 高 的 硬 度 。 但 是 ， 随淬 火温度的继续升高 ， 钢 中残余 奥 氏 体 量 尹 显著增加 见图 ， 钢 的硬度 就下降了 。 值得注意的是在本试验条件下 ， 淬 火钢的 硬 度 与其疲 劳寿命之 间有 一特 定 的 关 系 。 当 硬 度 为 时 ， 具 有 高的 疲劳寿命 ， 这相 当于 ℃ 和 淬火 ， 而 硬 度在 时却 有低的疲 劳寿命 ， 这相 当于 ℃ 和 ℃ 淬火的 试样 。 说 明在一定的 硬 度范围内 ， 值与硬 度有 门曰目一 口门厂「「 口口口口口 入 尸声， 、， 、 厂 了 专带娜板叮右幸十︶ 。 淬 火温 度 图 安全 疲 劳 寿命 目 与淬火 很度 的关 系 曲线 。 反 比关系 ， 过高的硬 度会使 值下降 。 接触疲劳性 能对硬 度的变化是 敏感的 。 浴 日州口侧「网「‘ 曰 以 甲蔽 、 咋 ’ 曰。 丫 一尸， ’ 洲目二丁 一 】 牙 ，门心卜 ’ 开 万 月了 ， 、 、 曰声、 、 、 ‘ ‘ 日 沪 尸辛产宁 卫甘 子 尸愉后彭 尸「日翩 广 一 后 声 已 已 “ ︵︶ 、 召工划甲 咪丧碱喇公溉 图 硬 度 与淬火 退 度丁。 的关 系 曲线 图 残余奥 氏 体 量 肠 与 淬火 温 度 的关 系 曲 线 从 图 还可看 出 ， 在 接触疲劳试验后 后 各组 试样的 硬 度值都有升 高 。 但 不 同 淬火温度硬度提高的 幅度不 同 。 前硬度较低的 ， 后硬 度值升 高的 多些 ， 约 为 △ 二 ，‘ 相 当于 ℃ 和 。 ℃淬火的 情况 。 而 前硬度较 高的 ， 后则提高的 要小 些 《△ 二 ℃ 和 ℃ 淬 火试样 。 说 明前者淬火 并低温回 火 组 织在接触疲 劳试验过 程 中有 一定的塑性变形和形 变硬 化效果 ， 所 以疲劳寿命 「值 也高 。 而后者则 塑变 能力低 ， 硬 化效果差 ， 疲 劳寿 命也低 。 可见在一定的硬 度的 基础 上 ， 提 高钢的 塑变 能力可 提高钢的 接触疲劳性能 。 当然 ， 对 ℃ 淬火试样还要考虑到在接触疲 劳试验 过程中有残余奥 氏体转变 为 马氏 体 所提供的硬 度 。 试验证实 ， 在 接触疲劳试验过程 中确 有残余奥氏体 向马氏体的 转变 ， 如图 所 示 。 残余应力与淬火温度的关系如图 示 。 这 一关系 曲线可进一步说 明图 中疲劳寿 命与淬 火提度的 关系曲线 。 试验证实 ， 各淬火温度试样的 表面都存在有周向的残余压应力 。 较 高的 一 一
谇火温度如910℃和950℃谇火的试样有较高的压应力值。它的存在改善了接触应力场的分 布，削弱了负荷应力的幅值。这也是910℃和950℃淬火N:值有所升高的原因。 由图6进一步分析还可以看出，各组试样在 C 浮火温度TQ 接触疲劳试验后残余应力都有提高，但提高的幅 820840860880900920940960 郴 度不同。840℃淬火试样在接触疲劳试验后残余 应力大幅度提高(2.8倍)，说明这种淬火（并低 RCF的 温回火)组织有较好的微区塑变能力。因而疲苏 寿命也高。870℃淬火试样在接触疲劳试验后残 ② 余应力的提高却少的多。 RCF 由以上分析可认为，凡具有较好塑变能力的 政 品 淬火（并低温回火）组织，接触疲芳寿命要高些。 2、金相组织的观察与分析： 对不同淬火温度的86 CrMoV7钢的接触疲 [图6我余应力6F岁撑火湿度1仿关系的线. 芳试祥进行了奥氏体晶粒度的测定（见表5）和金相组织观察。 山金相组织观察和晶粒度测定的结果来看，840℃淬火时，具有隐品马氏体织（图7）， 奥氏体晶粒细小(~10级)。此时马氏体含碳量低，基体组织中大的是板尔马氏体（图8）。 钢的强韧性较好，疲劳寿命也高。 表5 各淬火温度试样的奥氏体晶粒度 淬火温度 840℃ 870℃ 910℃ 950℃ 奥氏体 9.8 9.3 8.8 7.5 晶粒度（级) 函7840℃淬火组织，喻岳马氏体，500X 图8840济火试样，透射电偏组织，板条马氏体，18000X 870℃淬火组织中出现加温时奥氏体晶粒的不均匀长大，如图9所示。组织中出现多量 的片状的马氏体（图10）。透射电镜观察进一步证实，在870℃淬火的试样中有大量的片状 一73一
淬 火温 度 如 ℃ 和 ℃ 淬火的 试样有较高的压 应力值 。 它的 存在改善 了接触应 力 场 的 分 布 ， 削弱 了负荷应 力的 幅值 。 这也是 ℃ 和 ℃ 淬 火 ，值有所 升 高的 原 因 。 呆御 。︵ 由图 进一步分析还 可以看 出 ， 各组试样在 接触疲 劳试验 后残余应力都 有提 高 ， 但提 高的 幅 度 不 同 。 ℃ 淬火试样在接触 疲 劳试验 后残余 应 力大 幅度提 高 倍 ， 说 明这 种淬 火 并低 温 回 火 组 织 有较 好的 微 区塑变能力 。 因而疲劳 寿命也 高 。 ℃ 淬火试样在接触疲 劳试验 后 残 余 应 力的 提 高却少的 多 。 由以 上分析可认 为 ， 凡具有较 好 塑 变能力的 淬火 并低温 回 火 组 织 ， 接触疲 劳寿 命要 高些 。 、 金 相组 织 的 观 察与分 析 对 不 同淬 火温 度的 钢的 接 触 疲 。 竿火温 度 早 」 一 ， ， 、 卜 肠匆， 匕 闷父 揣 竹 ‘卜肠 ， 《从 、 、 、 节 ，尸 月少砷 …又 云 日 丧群侧未匕﹄ 的 图 残 余 应 力 与 淬火 温 度 ’ ’ 中的 关系 曲 线 劳 试样迸行 了奥 氏体 晶粒度的 测 定 见表 和 金相 组织 观察 。 日金相 组 织 观察和 晶粒度测 定的 结果 来看 ， ℃ 淬火 时 ， 具 有隐 品马 氏体组 织 图 ， 奥 氏体 晶粒细 小 级 。 此时马 氏体含碳量低 ， 甚体组 织 中大 从的 是板 条马 氏 体 图 。 钢的 强 协性较好 ， 疲 劳寿命也 高 。 表 各淬火 温度试样的 奥氏体 晶粒度 淬 火 温 度 ℃ ℃ ℃ ℃ 奥氏 体 晶粒 度 级 图 。 ℃ 淬 火 组 织 ， 脸 晶 马 氏 体 ， 图 。 淬 火 试 样 ， 透 射 电 组 织 ， 板 条 马 氏体 ， ℃ 淬 火组 织 中出现加温时奥氏体 晶粒的 不均匀 长大 ， 如 图 所 示 。 组 织 中出现 多 的 片状的 马 氏体 图 。 透 射 电镜观察进 一步证 实 ， 在 ℃ 淬火的 试样 中有大 的片状 一 一
图9870℃粹火试样，类氏体品粒度，250X 西10870℃烨火组拼，@扇马氏体+片状马氏体50X 的孪晶马氏体的存在（图11）。这种淬火组织韧性较差，使得疲劳寿命显著降低。 910℃和950℃加温时奥氏体晶粒不断长大，金相组织中大部是粗片状马氏体（图12）， 则钢的韧性就很差了。但是，这两个温度淬火组织中都有约20%的残余奥氏体，分布于马氏体 片之间（图13）。使马氏体片间的微观应力得到松驰，减少裂纹萌生的机会，而且不利于裂 纹由一个马氏体片向另一个马氏体片的扩展。使钢的韧性得到改善，疲劳寿命也就有所提 高。 图1I870℃淬火组织，透射电情照片，片状李品马氏体48000X 图12910℃碎火组织，片状马氏体500X 3、裂纹形貌及剩落断口的观察： 对接触疲劳试验后试样中的裂纹进行观 察，发现不同淬火温度试样中裂纹形貌不 同。840℃淬火试样中裂纹多是由很多短小 裂纹扩展后相互沟通连接起来，成为较长的 裂纹（图14）。裂纹的走向与表面倾斜的角 度小。裂纹扩展大多沿着板条马氏体束轴方 向（图15）。 870℃淬火试样中裂纹有明显的沿品断 图13910℃淬火组织透射电镜服片， 裂的特征（图16），大多与表面倾斜角度大。 片状马氏体+残余奥氏体42000X 在粗大奥氏体晶粒和粗片状孪晶马氏体组织 -74一
图 。 ℃ 淬火 试 样 ， 奥 氏 休晶 较 度 ， 图 。 ℃ 淬火 组 织 隐晶 马 氏 休 片状 马 氏体 的李 晶马 氏 体的 存在 图 。 这种淬火组织 韧性较差 ， 使得疲 劳寿命 显著降低 。 ℃和 ℃ 加温时奥氏体 晶粒 不断长大 ， 金相组织 中大部是粗 片状马 氏体 图 ， 则钢的 韧性就很差 了 。 但是 ， 这两个温 度淬火组 织 中都有约 的 残余奥 氏体 ， 分布于马 氏体 片 之 间 图 。 使马 氏体片间的 微观应力得 到松驰 ， 减少裂 纹 萌生的 机会 ， 而且 不利 于裂 纹由 一个马 氏 体片 向另一个马 氏体片的扩展 。 使钢的 韧性得到 改善 ， 疲 劳寿命也就有 所 提 日 盯。 ℃ 淬火 组帜 ， 进 射电倪照 片 ， 片状 李晶 马 氏体 圈 ℃ 淬火 组 织 ， 片 状 马 氏体 目 。 亡 淬火 组 织 透 射 电 服片 ， 片状 马 民体 残 余奥 氏 体 、 裂纹形魏及刹 落断 口 的 观 察 对接触疲 劳试验后试样 中的 裂纹 进行观 察 ， 发现不 同淬火温度试样 中裂 纹 形 貌 不 同 。 。 ℃ 淬火试样中裂纹 多是 由很 多短小 裂纹扩展 后相互沟通 连 接起来 ， 成 为较长的 裂纹 图 。 裂纹的走 向与表面倾斜的角 度小 。 裂纹扩展 大 多沿着板条马 氏体束轴 方 向 图 。 ℃ 淬火 试样中裂纹有 明显的 沿 品 断 裂的 特征 图 ， 大 多与表面倾斜角度大 。 在粗大奥 氏体晶粒和粗片状 孪 晶马 氏 体组 织 一 一
四1480℃怖火试样，裂航扩展形貌200X 图15840℃阵火试弹，要敏沿板条马氏体章 轴方向扩限，1000X 西18870℃摔火试样，裂蚁粉品体打减，200X 中裂纹多呈分叉高速扩展的特征（图17），裂纹大多横过马氏体片（图18）· 图17910淬火试样，裂纹分又高速扩展500X 从接触疲劳剥落断口形貌分析，疲劳寿命不同，断口特征有明显区别。疲劳寿命高的多 为浅层贝壳状断口（图19），菠劳寿命低的则多为深层的沿晶断口（图20）。 经扫描电镜观案，840℃淬火试样剥落断口有明显的疲劳裂纹扩展沟纹，其上分布有藏 劳纹和解理河流花样（图21、22）。这是具有一定塑变能力的组织疲劳裂纹扩展第二阶段的 特征，是在周期负荷下，裂纹缓慢扩展形成的。 870℃和910℃淬火试样的断口是由深处很快通向表面，大多为沿晶断口（图23、图24）。 .冬°。·75-一
赣 图 ℃停 火 试 祥 ， 裂故扩 展 形貌 图 。 ℃ 淬火 试禅 ， 救沿板条 马 氏休京 抽方向扩展 ， 又 即 。 ℃ 淬火 试 样 ， 裂 纹沿 晶体扩 展 ， 。 。 中裂纹 多呈 分叉 高速扩展的 特征 图 ， 裂纹大多横过马氏体片 图 “ 、丫 ， 尸汀卜仁 扮策’飞引， 圈 。 淬火 试 样 ， 裂 坟分叉 高速扩 展 。 。 从接触疲 劳剥落断 口形貌分析 ， 疲劳寿 命不 同 ， 断 口 特征有 明显 区别 。 疲 劳寿命高的 多 为浅 层 贝壳状 断 口 图 匀 ， 疲劳寿命低的 则 多为深层的 沿 晶断 口 图 。 经 扫描电镜观察 ， ℃淬火试样剥落 断 口有 明显的疲劳裂纹扩展沟纹 ， 其上分布有崔 劳纹和 解理河流花样 图 、 。 这是具有一定塑 变能力的组织疲劳裂纹扩展第二阶段的 特征 ， 是在周期负荷下 ， 裂纹缓慢扩展形 成的 。 介 ℃和 。 ℃淬火试样的 断 口是 由深处很快通 向表面 ， 大 多为沿 晶断口 留舫 、 日 。 卜 宁 猫一
图18910℃淬火试样，裂纹做过马氏体片800X 图19B40℃溶火试样，接触设劳剥落断口25X 图20870℃淬火试样，接触痘劳剩落断口25X 图21840℃淬火试样，剥落断口度劳裂纹扩展100X 图22840℃淬火试样，剥落断口解理和准解理断口600X 图23870℃淬火试样，剥落断口沿品断囊500X 可以看出，以上二种不同断口说明它们的 断裂方式是绝然不同的。 图24910℃淬火试样刺落断口，沿品断裂500X -76-
图 。 ℃ 碎火 试 样 ， 裂 纹 横过 马 氏 体片 图 ℃ 淬火 试 祥 ， 接触 疲劳 剥 落断 口 图 。 ℃ 碎火 试样 ， 接触 玻劳剥 落断 口 图 。 ℃ 摔火 试 样 ， 剥 落断 口 玻劳裂 坟扩展 。 。 图 。 ℃ 淬火 试样 剥 落断 口 解理 和 准 解 理 断 口 图 ℃ 悴火 试 样 ， 剥 落 断 口 沿 晶 断裂 可 以看 出 ， 以 上二 种不 同断 口 说 明它们 的 断裂方式是 绝然 不同的 。 图 ℃ 淬火 试 样剥 落断 口 ， 沿 晶 断裂 一 一
四，结 论 一、不同的谇火温度对86CMoV7钢的接触疲劳性能有明显的彩响。在840~950℃祖度 区间，840℃谇火钢具有最高的接触度劳寿命。 二、钢的接触疲劳寿命与其硬度之间有一对应关系。86CMoV7钢经淬火并低温回火， 硬度在62.5~64.5HRC范围时，低硬度值有高的接触疲劳寿命。 三、谇火组织有较好的塑变能力时，有较高的接触疲劳寿命。板条马氏体组织比片状马 氏休有高的接触疲劳寿命。适量的残余奥氏体可改善钢的接触疲劳性能。 四、断口具有疲劳裂纹扩展特征、裂纹扩展速度缓慢的组织，有高的接触疲劳寿命。 致 谢 本研究工作试验料由北京重型机器厂ASEA一SKF钢包精炼炉冶炼，北京第三轧钢厂 供料，并得到北京钢铁学院金相教研室、实验室，钢铁研究总院轧辊组等单位同志的协助， 在此一并致谢。 文 献 [1]AVERBACH,B.L,FRACTURE 1977.VOL.1 [2]K,FUJITA,A.YOSHIDA,WEAR 1978.11 [3]SWAHN.H,HELLNER.L,ANDERSSON.C.G,ZETTERLUND.B,VI- NGSBO+O, SCANDINAVIAN JOURNAL OF METALLURGY 4(1975) [4]TAKECHI.H,NAMBA.K,KAWASAKI MECHANICAL BEHAVIOR OF MATERIALS VoL.1(1974) [5]BORGESE.S,TRANSACTION OF THE ASME 1967.12 [6]A.MAGNEE REVUEDE METALLUGIE 1977.10 ◆ 一77一
四 ， 结 论 一 、 不 同的 淬火 温度对 钢的 接触疲 劳性能有 明显的 影响 。 在“ 。 ℃ 温度 区 间 ， ℃ 淬火钢 具 有最 离的 接触疲劳寿命 。 二 、 钢的 接触疲劳寿 命与其硬度之间有一对应关 系 。 钢经淬火并低温回 火 ， 硬度在 范围时 ， 低硬 度值有高的 接触疲 劳寿命 。 三 、 淬火组织有较好的 塑变能力时 ， 有较高的 接触疲 劳寿命 。 板条乌氏体组 织 比片状马 氏 体有 高的 接触疲 劳寿命 。 适量的残余奥氏体可改善钢的 接触疲劳性能 。 四 、 断 口 具有疲 劳裂 纹扩展特征 、 裂纹扩展速 度缓慢的组织 ， 有高的 接触疲 劳寿命 致 谢 本研究 工 作试验料由北京重 型机器厂 一 钢 包精炼炉冶炼 ， 北京第三轧钢 厂 供料， 并得到北京钢铁学 院金相教研室 、 实验室， 钢铁研究 总 院轧辊组等单位 同志的 协助 ， 在此 一并致谢 。 文 献 〔 ， ， ， 一 ， ， · 一 ， 一 ， 一 ， 一 ， 一 ， ， ， 。 了 危 。 一 一