轴承钢滚动接触疲劳亚表面夹杂处损伤分析

作     者：陈金华 李淑欣 鲁思渊 曹均 金永生 CHEN Jinhua;LI Shuxin;LU Siyuan;CAO Jun;JIN Yongsheng

作者机构：宁波大学机械工程与力学学院教育部冲击与安全工程重点实验室浙江宁波315211 浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室浙江宁波315211 宁波银球科技股份有限公司浙江宁波315207 

出 版 物：《摩擦学学报（中英文）》 (Tribology)

年 卷 期：2024年第44卷第3期

页      面：267-279页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52075271) 宁波市重大科技任务攻关项目(2022Z050) 宁波大学王宽诚幸福基金资助 

主　　题：轴承钢 滚动接触疲劳 白蚀区 应变局域化 剪切带 

摘      要：轴承钢在滚动接触疲劳(RCF)中失效的主要原因之一是亚表面白蚀区(WEA)的形成.本文中从塑性应变累积引起剪切局域化新的角度对WEA进行了研究.通过耦合晶体塑性和相场损伤理论建立了损伤演化本构模型,研究了非金属夹杂处塑性应变累积和损伤演化.研究表明,接触疲劳载荷引起的塑性应变局域化导致了剪切带的形成.剪切带的形貌、取向和应变与WEA的一致,表明WEA实际上是应变局域化的剪切带.晶体取向对WEA损伤的形成和发展有很大的影响,WEA仅在择优的晶体取向下形成.与软夹杂周围的剪切带和损伤演化不同,硬夹杂处的剪切带与夹杂相切,形成的4条剪切变形带将夹杂“包围.剪切带内部处于高应变和低应力的状态,带中心处应变达到最大,随带宽两侧急剧减小,而中心处应力却最小,几乎为零,沿带宽两侧增大,这说明裂纹在剪切带内萌生和扩展.该结论阐明了裂纹和WEA形成的关系,即裂纹是在WEA形成过程中因应变不协调产生,而非裂纹先产生,裂纹上下表面相互摩擦导致WEA形成.