YB T 5345-2006 金属材料滚动接触疲劳试验方法.pdf
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1、中华人民共和国黑色冶金行业标准YB/T 5345-2006 金属材料滚动接触疲劳试验方法CGB/T 10622-1989调整)Metallic materials卢Rollingcontact fatigue test 金属材料滚动接触疲劳试验是一种模拟轴承、齿轮、轧辑、轮箍等滚动接触零件工况的失效试验。它可为这些零件的设计、选材、制订冷、热加工工艺提供依据。1 主题内容与适用范围本标准规定了金属材料滚动接触疲劳试验方法的试验原理、术语定义、试验机、试样、试验方法、数据处理、试验结果数值的修约和试验报告。本标准适用于测定金属材料滚动接触疲劳性能。2 引用标准GB 230 金属洛氏硬度试验方法G
2、B 443 机械油GB 8170 数字修约规则3试验原理将一恒载荷施加于滚动或滚动加滑动接触的试样,使其接触表面受到循环接触应力的作用,测定试样发生接触疲劳失效的应力循环次数。4 术语定义4. 1 接触应力:接触物体之间集中于局部接触区的相互压力而产生的应力(亦称赫兹应力)。4.2 接触疲劳:材料在循环接触应力作用下,产生局部永久性累积损伤,经一定循环次数后,接触表面发生麻点、浅层或深层剥落的过程。4.3 接触疲劳寿命:试样接触表面在循环接触应力作用下直至疲劳失效时所经受的应力循环次数。4.4 特征寿命:服从威布尔分布,失效概率为63.2%时的子样接触疲劳寿命。4.5 额定寿命:服从威布尔分布
3、,失效概率为10%时的子样接触疲劳寿命。4. 6 中值寿命:服从威布尔分布,失效概率为50%时的子样接触疲劳寿命。4. 7斜率参数:服从威布尔分布,叫l-)CN)s对叫卖)或叫l-)CN)s对叫花)直线的斜率。它表示接触疲劳寿命的离散程度或试样接触疲劳寿命的稳定性。4.8 滑差率z陪试件滚动速度与试样滚动速度之差与陪试件滚动速度之比的百分率。4.9 N次循环的中值接触疲劳强度:母体的50%能经受N次循环的接触应力水平的估计值。5试验机5. 1 安装条件:试验机应安装在无冲击、元强烈振动、无腐蚀的干燥试验室内。试验机安装水平度应在中华人民共和国国家发展和改革委员会2006-07-27批准2006
4、-10-11实施331 0.5/1 000以内。5.2 技术要求YB/T 5345-2006 5.2.1 试样、陪试件轴线在铅垂平面内,平行度应不大于0.02mm。5.2.2 试样、陪试件轴线在水平平面内,平行度应不大于0.02mm。5.2.3主轴在安装试样和陪试件位置处的径向跳动量应不大于O.Olmm,端面跳动量应不大于O.Olmm 5.2.4静态载荷误差应不大于土1%。5.2.5试验机迁移安装、更换主轴或轴承后应按照5.1条和5.2.15.2.4进行校验。不更换主轴或轴承,其载荷系统每年校验一次。特殊情况随时抽查,超差者应及时修复。5.2.6试验机应配备自动停机装置,试样发生疲劳失效时能及
5、时自动报警停机,无误停和滞停现象,试样疲劳点的检测灵敏度可调。5.2.7 计数器和计时器应准确可靠。5.3 润滑5.3.1 试验机的轴承、齿轮和试样,应采用符合GB443规定的20号机油,如有特殊要求,可采用其他符合零件工况的润滑油进行循环润滑。5.3.2试验过程中试样润滑出口油温不应超过550C。对油温有特殊要求且具备设备条件的,油温应予以控制,其偏差应在士40C以内。5.3.3 润滑油应定期抽样进行粘度、机械杂质和水分检查,不符合技术条件要求者不应继续使用。应严防灰尘及金属杂质和水分进人润滑油及润滑系统。试验连续工作,每半年至少换油一次;间断工作,每年至少换油一次。6 试样、陪试件6. 1
6、 试样、陪试件形状与尺寸6.1.1 推荐的试样和陪试件的形状和尺寸见表1和图1图6。可根据试验目的和试验机类型进行选用。建议JP-1号和JP-2号试样用于点接触的试验;JP-3号和JP-4号试样用于线接触的试验。表1试样陪试件试样号接触方式陪试件号形状lP-1(图1)点接触lP-2(图2)点接触P5-l(图5)圆柱形lP-3(图3)点接触lP-4(图的线接触P5-2(图的圆盘形L_一6.1.2 亦可根据试验目的和试验机类型另行设计试样和陪试件。6.1.3 对比试验应采用形状、尺寸和表面粗糙度相同的试样和陪试件。6.2 ,试样和陪试件的制备6.2.1 选材适用试验机型号lP岛i-llP-BD 1
7、500 试验材料要进行检验,必须符合有关标准要求。不同工艺的对比试验,应采用同一炉号同一批次,同一规格的材料F不同材料的对比试验,应采用同一规格或接近相应规格的材料。陪试件的材料及技术条件要求应与试样材料的相同,特殊情况可根据试验目的确定。6.2.2 机加工332 国叫88-Nog肘。-OU啊。咱电寸m电mgHon-全部倒角lX45。其余VNOeo钊。咀电-ym电maHOS 全部倒角lX45。其余V0,8 0.8 lP-2号试样图2图1lP-l号试样 h -0 0宁o v、电量比hd-益。导【破28插创334 非想巾叩甘l已寸4图非报晰的l已c3 图YB/T臼45-2006立捏捏即NLE因91
8、0 il+ U: 8v AWT F、dn 1 0 I L ZOO丰09生捏捏即同仇【问| 335 盯圄。80 ?8g:0( 【益。m寸-m吐白恩福川响YB/T 5345-2006 机加工试样和陪试件的工序,一般先进行粗车,精车,然后毛坯热处理(根据不同材料及要求而定), 再进行粗磨和精磨。6.2.3 热处理6.2.3.1 试样、陪试件按有关标准或协议要求进行热处理。6.2.3.2 硬度大于等于40HRC情况,同一批试样、陪试件的硬度差应不大于2HRC,同一试样、陪试件本身的硬度差应不大于1.5HRC,组与组之间的试样、陪试件的硬度差可根据试验目的确定。低硬度(j于4OHRC)情况,可根据试验要
9、求确定硬度差的允许范围。6.2.4试样、陪试件的检验。6.2.4.1 尺寸精度试样的内直径、外直径、球面(或凸度)半径和陪试件的内直径、外直径均百分之百检查。形位公差抽检20%。必须均符合技术条件要求。6.2.4.2 表面粗糙度将同一批机加工的试样和陪试件随机地抽检30%或按附录B的规定抽检。如发现不合格者,则该批试样和陪试件必须全部检查。6.2:4.3表面缺陆用5倍放大镜对试样和陪试件的工作表面和定位面进行百分之百检查,不得有压痕、划伤、锈蚀、烧伤和裂纹等缺陷。6.2.4.4硬度将尺寸精度和表面质量合格的试样和陪试件进行百分之百硬度检验。每个试样和陪试件均在非定位端面每隔120。角的方向上进
10、行测试,其硬度应符合6.2.3.1和6.2. 3. 2规定的要求。硬度的测定方法按照GB230。6.2.5试样和陪试件应采取防锈措施,存放于元腐蚀介质的室温环境中。7 试验方法7. 1 参数的选择与计算7.1.1 试验应力的选择7. 1. 1. 1 同一应力水平下的对比试验,试验应力应选择偏于零件实际工作应力范围的上限。对于轴承钢、渗碳钢及其他高强度材料,推荐:JP-1号试样的接触应力选择5000N/mm2左右;JP-2号试样的接触应力选择3500N/mm2左右;JP-3号和JP-4号试样的接触应力选择2500N/mm2左右。低强度钢和软表面试样的试验应力需根据材料实际强度调试确定。7.1.
11、t 2 测定P-S-N曲线的试验应力,应在零件实际工作应力范围内选择45级应力水平。最低试验应力应选择实际工作应力的下限,然后逐级上升确定各试验应力。相邻两级应力的级差根据接触方式确定。点接触应力级差宜比线接触的大,点接触的应力级差选择250400N/mm勺线接触的应力级差选择180300N/mm2为宜。7.1.2 接触应力的计算点接触和线接触最大应力分别按公式(1)和(2)计算:336 1 n一肌max一.-max 3 F(.J;)2 2 ,1-,uT , 1-,u、2(1) 飞E1E2 J F(.J;) . (2) ,1-,uT , 1-,u、L(-一一十一一一El E2 式中:max一一
12、最大接触应力,N/mm2;一一常数,取3.1416; J一一点接触变形系数;F一一施加于试样上的载荷,N;1 试样的泊松比;2一一陪试件的泊松比;E1 试样的弹性模量,N/mm2;YB/T 5345-2006 E2一一一陪试件的弹性模量,N/mm2;L一一一试样接触长度,nm;p-试样与陪试件接触处的主曲率,mml; 1:,(T一一试样、陪试件主曲率之和,mm-1。三=u+向2十01+ 02 1 , 1 , 1 , 1 =一一+一-+一+一Ru I R12 I R21 I R22 式中:Ru一一试样垂直于滚动方向的曲率半径,mm;R12一一试样沿滚动方向的曲率半径,mm;R21一一陪试件垂直于
13、滚动方向的曲率半径,mm;R22一陪试件沿滚动方向的曲率半径,mm。如试样和陪试件均为钢时,其泊松比和弹性模量分别取值为o.3和2.06X 105N/mm2,则点接触和线接触最大应力分别按公式(3)和(4)计算z852. 6 叮有7寸7=一一歹页言万.(3) . /:1 /P(立)= 189.8 /二主三五二.(的一、L公式(1)和(3)中的、卢值由辅助参数cos决定:cos= I (11一12)十(21一22)1/p根据计算得cos值从附录A中查得相应的J值。7.1.3 试样接触应力循环次数按公式(5)计算:N=n.t. (5) 式中:N一一接触应力循环次数;一一试样转速,r/min;t 试
14、验时间,min。7.1.4 油膜参数的选择和计算7.1.4.1 油膜参数的选择对于材料因素的对比试验,油膜参数推荐,1.8,使试样工作表面处于部分弹流或接近弹流润滑状态。对于考核其他因素的试验,油膜参数应根据试验目的确定。7.1.4.2 油膜参数的计算点接触和线接触的油膜参数分别按公式(6)和(7)计算:=是7 ,E0.074 =是X2. 04伊凡(7JoBv)0.74 RO 407 (F ) 337 YB/T 5345-2006 =是=是X2叫7VO.7 BO咽43俨吧03. (7) 式中:一一油膜参数;ho-最小油膜厚度,m;Ra -试样表面综合粗糙度,m;R. = JR;l +R 式中:
15、Rl一一试样表面粗糙度,mRa2一一陪试件表面粗糙度,m。户一一漏泄修正系数/2,R、一1; NngN; _ n ?可n)-322lgNz-U孚29= 0 2: N ,. il u 民=tZNfl/b定数截尾试验,按公式(14)或(15)计算z2:NnnNi + (n -r)NlnNr 2:N + (n -r)N -fzlnlVz-t=。vs=(7EM+(n-r)川J l/b 2:NlgN;十(n-r)NlgNr 2:N十(n-r)N1迂飞0.434 29 -; 1gN;一一一=0几=手ENf十(n-r)Nf)1局当r=n时,即为完全失效试验。8.2.1.3 修偏系数斜率参数b的最大似然估计值
16、应按公式(16)进行.修正偏差,其修偏系数g从附录C中查得:b = g. b 式中:b-一修偏前斜率参数的估计值。8.2.2 最佳线性不变估计8.2.2.1 完全失效试验,按公式。7)或(18)计算:b= 1 . (12) . (13) . (14) . (15) (16) 2: c1 (n ,r ,i)lnNi ). . (17) lr讯或342 YB/T 5345-2006 b= 2. 302 62: C1(n,r ,i)lgN; 1 i=l . (8) 19Vs = 2: D1(n,r ,i)lgN; i=l 8.2.2.2定数截尾试验,按公式(19)或(20)计算:b = r 1 1
17、三2二C1(n,r川,卢,i)川ln丘川l . . . . . . . . . . (19) ln.爪l几1或b= r 2. 030 262: C1(n ,r ,i)lgN; 1 i=l . (20) 19Vs = 2:D1(,r,i)lgN; i=l 当r=时,即为完全失效试验。式中G和D1为最佳线性不变估计系数,从附录D中查得。8.3用8.2.1或8.2.2得到的斜率参数b和特征寿命民的估计值,根据公式(8)绘出P-N曲线,并将试验数据点亦绘于曲线图上。见图10。5 i L . .L 11 JL 区i . l!. -1事-t . 子J . / P y F y . / 1/ J民Ss /SI
18、 / S2 fS4 V / / 旷/ v / 1/ 1/ / / / SIS2S3S4S5 nyJnunAU 99975 30 t. ) 民10 105 106 107 108 N 图10P-N曲线8.4用8.2.1或8.2. 2得到的斜率参数b和特征寿命民的估计值,按公式(21)和(22)分别计算额定寿命LIO和中值寿命L50: LIO = Vs(O. 105 36)l/b .D L50 = Vs(O. 693 15)l/b . (22) 8.5 P-S-N曲线的参数估计343 YB/T 5345-2006 滚动接触疲劳试验应力S与试样寿命N之间有如下函数关系。N = CS-m . (23)
19、 其对数形式为zlnS=-llnlV十.1.1nC(24)mz 或19S =一丰制十去原 式中C和m为试验待定参数。确定参数C和m的步骤如下:&根据8.1条和8.2条计算得各试验应力下的等概率寿命,得到n组数据对(Xi,Y;)。b.用最小二乘法确定参数C和m。按公式(26)或(27)计算:式中:Xi = lnNi ; Yi =lnSi ; n-一一数据对的数目。或式中:Xi = 19N; Yi =lgSi ; n一一数据对的数目。1 2xz-t二无二Yim 主x?一士(言无)2去lnC=士(Yi+!X;) i-EXzx-tzzzz m22-t(ZXJZ 去lgczt(ZZ+去BXi)(26)
20、(27) C.分别对各种失效概率求出相应的参数C和m,即可确定各种等概率试验应力与试样寿命的关系式,绘出相应的P-S-N曲线。见图11。9 试验结果数值的修约接触疲劳寿命的计算结果数值保留4位有效数字;失效概率、斜率参数、N次循环的中值接触疲劳强度的计算结果数值保留3位有效数字。有效数字以后的数字应进行修约,修约的方法按照GB8170进行。10 试验报告344 试验报告应包括下列内容:a.试验材料的原始状态t牌号、供货状态、炉号、规格等Fb.热处理工艺;C.试样与陪试件的状态:形状与尺寸、表面粗糙度、硬度等;YB/T 5345-2006 、s 飞1 1 P1P2P3P4 r 1. S L 队飞
21、 f-. S S3 |飞1-、k 飞产产马二f.!与I F主严r- P1 1-P2 飞卜、S4 卜飞卜 -产丰4二-?、S 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -jvX106 图11P-S-N曲线d.试验条件:试验机型号、转速、接触应力、滑差率、润滑等Fe.测定的接触疲劳性能结果:斜率参数b、特征寿命Vs、额定寿命LlO、中值寿命L50、N次循环的中值接触疲劳强度、P-N曲线、P-S-N曲线等;f.数据处理方法。试验报告的格式可参照附录F。 345 cosr R 0.999 5 23. 95 O. 163 0.9990 18.53 0.185 0.9985 15. 77 0.201 0.99
22、80 14.25 0.212 0.997 5 13. 15 0.220 0.9970 12.26 0.228 0.9965 11. 58 0.235 0.9960 11. 02 0.241 0.9955 10. 53 0.246 0.9950 10. 15 0.251 0.9945 9.77 0.256 0.9940 9.46 0.260 0.993 5 9.17 0.264 0.9930 8.92 0.268 0.9925 8. 68 0.271 0.9920 8.47 0.275 0.991 5 8.27 0.278 0.9910 8. 10 0.281 0.9905 7.93 0.284
23、 0.9900 7.76 0.287 0.9895 7.62 0.289 0.9890 7.49 0.292 0.9885 7.37 0.294 0.9880 7.25 0.297 0.9875 7. 13 0.299 0.9870 7.02 0.301 0.9865 6. 93 0.303 0.9860 6.84 O. 305 346 YB/T 5345-2006 附录A点接触的系数(补充件) cos 3. 91 0.9855 3.43 0.9850 3.17 0.9845 3.02 0.9840 2.89 0.9835 2.80 0.9830 2. 72 0.9825 2.65 0.982
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