博研论坛_GB10622-89 金属材料滚动接触疲劳试验方法

中华人民共和国国家 UDC 肺9.2/二 : 620.178.3 金属材料滚动接触疲劳试验方法 GB 10622一so Metallic materials-Rolli呢 contact fatigue test 金属材料滚动接触疲劳试验是一种模拟轴承、齿轮、轧辊、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 G B 23。 金属洛氏硬度试验方法 G 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 芍起循环次数后，接触表 面发生庶点、浅层或深层剥落的过程。 :::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。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。 额定寿命:服从威布尔分布，失效概率为10%时的子样接触疲劳寿命。 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。 1 N 1斜率参数:服从威布尔分布，lnln 舟丽一一〕对In (-专分~)或lglg (二一币下不犷- J对少‘不岁朴‘IJpe卜~”“J’刀””-一、1一P (N)s“”“ 、Y_i-’肋‘”‘”、1一P (N) s ?? ?? ?? ??… ?， ?? ?? N Ig (-丙，直线的斜率o Gf T接触疲劳寿命t1,散程度或试样接触疲劳寿命的稳定性。 ::: 滑差率: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。 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。 试验机 5.1 安装条件: 在0.5i1 000以内 52 枯太蓉戈 试验机应安装在无冲击、无强烈振动、无腐蚀的干燥试验室内。试验机安装水平度应 中华人民共和国冶金工业部1989-02-10批准 1990一07一0】实施 GB 10622一 :9 5.2.1 试样、陪试件轴线在铅垂平面内，平行度应不大于0. 02 m m o 5.2.2 试样、陪试件轴线在水平平面内，平行度应不大于。.02mmo 5.2.3 主轴在安装试样和陪试件位置处的径向跳动w应不大于O. Olm m ,端面跳动量应不大J二。.01mm, 5.2.4 静态载荷误差应不大于士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5.2.1一5.2.4进行校验。不更换卞轴或轴 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 试脸机应配备自动停机装置，试样发生疲劳失效时能及时自动报警停机，无误停和滞停现象， 试样疲劳点的检测灵敏度可调。 5.2.7 计数器和的十时器应准确可靠。 5.3 润滑 5.3.1 试验机的轴承、齿轮和试样，应采用符合GB 443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55,C。对汕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4℃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 1次;间断工 作，每年至少换油一次。 6 试样、陪试件 6.1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1一图6.可根据试验目的和试验机类型进行 选用。建议JP一1号和JP一2号试样用于点接触的试验;JP-3号和JP一4号试样用于线接触的试 验。 表 1 试 样 陪 试 件 适用试验机 型 号试 样 号 接触方式 陪试件号 形 状 1P一1(图I) IP一2(图2) IP一3(图3) 点接触 点接触 线接触 PS一1(图5) 圆柱形 if,M 一1 IP一4(图4) 线接触 PS一2 (图6) 圆盘形 } IP- BD 1;00 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。 CB10622一88 全部倒角 其余 x寸5 罕 图 1 JP一1号试样 540 CE 10622一公9 图 2 JP一2号试样 几91 GB 10622一 ;1F: 图 3 JP一3号试样 92 GJd 10022一二 a }:’ I= 了 \、州 图4 JP一4号试样 几勺3 G日10622一的 图5 PS一1号陪试件 594 CB 10622一 T; 图6 PS一2号陪试件 8.2 试样和陪试件的制备 6.2.1 选材 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 炉号同 批次， 同一规格的材料;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 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要求进行热处理。 6.2.3.2 硬度大于等于40 HR C情况，同 .批试样、陪试件的硬度差应不大于2 HRC，同一试样、 陪试件本身的硬度差应不大于1.5 HRC，组与组之间的试样、陪试件的硬度差可根据试验F]的确定。 低硬度 (小于40 HRC)情况，可根据试验要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 GB 10622一 89 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 表面缺陷 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GB 2300 6.2.5 试样和陪试件应采取防锈措施，存放于无腐蚀介质的室温环境中口 7.1 试验方法 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S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:IP一1号试样的接触应力选择5 000 N/ mm2左右;JP一2号 试样的接触应力选择3500 N /mm2左右;JP一3号和IP一4号试样的接触应力选择2 500 N/mm2左 右。低9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。 7.1.1.2测定尸一S-N曲线的试验应力，应在零件实际工作应力范围内选择4一5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250一400 N/ mmli线接触的 应力级差选择180一300 N / mm2为宜。 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 二二 一 . n. a" A (1)和 (2)计算: F(2,o)' 口.” ， 1一”i 气 — 十 艺, 一“z .......···.，..·....一 (1) Umax F (乏p) ，, 1一川 兀’乙l一一王万— 十E, (2) :amax— 最大接触应力，N/ mmz, 二— 常数，取3.141 6; a,刀— 点接触变形系数， F.一一施加于试样上的载荷，N. li,- 试样的泊松比; 4z- 陪试件的泊松比; E,— 试样的弹性模量，N/ mml; 凡— 陪试件的弹性模量，N/ mm'; L— 试样接触长度，mmj P— 试样与陪试件接触处的主曲率，mm 1, ? ? ?? ? GB 10622一 89 lP 试样、陪试件主曲率之和，mm 1, 艺P=P,I+A2+P21+Pat???????? 1“R?+ 式中:R, , 试样垂直于滚动方向的曲率半径，mm; Rig R21 试样沿滚动方向的曲率半径，MM; 陪试件垂直于滚动方向的曲率半径，m m , R22 陪试件沿滚动方向的曲率半径，mmo ???? 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0.3和2.06 x 10 S N/ mml,则点接触 和线接触最大应力分别按公式 (3)和 (4)计算: 852.6 Jmar二一a.8一 XI/ F (2: p) 2。·.⋯ ⋯ 。.⋯⋯。.······⋯ ⋯ (3) o.,.= 189. 8 F(I P) L (4) 公式(1)和(3)中的a,刀值由辅助参数COST决定: COST= I (P,一P,2)，( P21一。2)【/“， 根据计算得C os:值从附录A中查得相应的。、夕值。 7.1.3试样接触应力循环次数按公式 (5)计算: N=扮t ··································”········，·⋯⋯ (5) 式中:四一 接触应力循环次数; 。 试样转速，r /min; t- 试验时间，mine 1.1.4 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A>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。 了.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: ，=一ho R. ReX2.0400’‘(，。。。)。一*0.407(孕 尸 (6) ?? ???又二 Ra X 2. 65110.7 v 0.分0.54R0.43q0.13忿 “03 (7) 式中:几— 油膜参数， ho- 最小油膜厚度，Am y CB 10622一 8: R一 试样表面综合粗糙度，Wm; R x= 矢8;+R>2 式中:R,;— 试样表面粗糙度，[Lm; Rez-一-陪试件表面粗糙度，vm, 0- 漏泄修正系数 0二(1+ Ry、_，入 — 矛 Rx' 1 1 R丁=~Rtx+ Rzx R, 式中:R x- Ry Rt、— R:二— 刀t F- R,y— 1 1 R,丁+Rz r 试样和陪试件垂直于滚动方向的当量曲率半径，mm; 试样和陪试件沿滚动方向的当量曲率半径，mm; 试样垂直于滚动方向的曲率半径，mm; 陪试件垂直于滚动方向的曲率半径，mm; 试样沿滚动方向的曲率半径，mm; 陪试件沿滚动方向的曲率半径，mm. 大气压下润滑油的粘度，N- s / mml; 压力系数，mm'/ N ;(按GB 443规定的20号油，算得B=0.0202 mmz/N) 当量滚动速度，mm/s; ? ? ? Ut+补z :二 一 一 - 一 - ~ 2 式中:vi 试样的滚动速度，mm / s; V2- 陪试件的滚动速度，mm/5。 R一一试样与陪试件的综合曲率半径，mm; 1 1 1 1 1 R“ R;x-+ Rir朴R;丁十一Rsr F— 施加于试样上的径向载荷，N; F— 试样和陪试件的综合当量弹性模量，N/ mm'; 尸 上( 1一u; . 1一ui、 — 十 一 1 五、 也2 式中:E,— 试样弹性模量，N/ mm'; E2— 陪试件弹性模量，N/ mm2; u,— 试样泊松比。 u2— 陪试件泊松比。 4— 单位长度载荷，N/ mm; 。二FI 式中:L— 试样接触1习变，mm; F- 施加于试样的径向载荷，No 了‘1.5 滑差率的选择 GB 10622一 89 试样和陪试件的滑差率，主要根据零件工作滑差范围进行选择。对于模拟滚动轴承的试验，选用 5%的滑差率为宜，对于模拟齿轮等的试验，选用10%一20%左右的滑差率为宜。模拟其他零件的试 验，可根据零件实际工况确定恒滑差率或变滑差率。推荐10%的滑差率作为一般试验目的采用。 7.1.6 转速的选择 试验机主轴的转速，应根据试验载荷和试样的滑差率来选择，重载荷大滑差率可选择1 50。一 2 000 r/ min;轻载荷小滑差率可选择2 000'-3 OOOr/min。对于单因素的对比试验，如滑差率为5%， 转速可选择3 OOOr/min;如滑差率为15%左右，转速可选择2 000r/min。其他试验应根据具体情况 确定。 7.2 子样容量的选择 7.2.1 筛选试验的子样数量不少于6个。定性比较试验的子样数量不少于12个。 7.2.2 为制订材料标准和改进设计等提供依据的高可靠性 (可靠度在90%以上)试验，一般子样数量 不少于16个。 7.3 试验的选择 7.3.1 筛选试验和定性比较试验，建议侧定P-N曲线。高可靠度试验，一般需测定P一S一N曲线。 了.3.2 测定尸一N曲线，可以进行完全失效试验，或定数截尾试验，其截尾数量不大于子样数量的 20 。按8.1和8.2求得P一N曲线。 7.3.3测定P一S一N曲线，一般选取4一5级应力水平，在每一应力水平下按7.3.2测定P一N曲 线。根据各应力水平下的P一N曲线，按8.3求得P一S一N曲线。 7.4 N次循环的中值接触疲劳强度的测定 第一个试样的应力水平应选择略高于预计的中值接触疲劳强度，试验一般在3一5级等间距应力 水平下进行，应力增量一般约取预计的中值接触疲劳强度的3%一5%左右。每级应力水平下一般试 验两个以上的试样。试验顺序如图7或图8或图9所示。 用下列方法之一处理试验结果所得应力水平即为N次循环的中值接触疲劳强度QR <.N7 a.半数试样试验至指定循环数N而不失效的最高应力水平。但在比此应力水平低一级的应力水 平下，试验至N次循环而不失效的试样必须超过半数，见图7和图8。 b.如果在某级应力水平下，超过半数的试样试验未达N次循环已失效，而在比此应力水平低一 级的应力水平下，试样试验至1V次循环而全部不失效时，则上述两级应力水平的平均值确定为N次循 环的中值接触疲劳强度，见图90 指定循环数N，应根据材料和使用要求确定，一般可取N= lo'次. 试验顺序 一一一~-门卜 t 2 3 4 5 6 ‘ 口眨}— x— 飞- X一 。 ? ? ? ? 内I— o— %— IF crv, us I一 0.一一一以 、一 脸证试脸 图 7 第一种情况的试验顺序 CB 19622一 89 试验顺序 ，一 -，，‘目闷.. t 2 3 4 x一 - - oz阵一一、— 一、二三 、 、X- - ._ 一 __ __ ? ? ? ? ? a扮 bV, 一 验证试验 图 8 第二种情况的试验顺序 试验顺序 2 3 4 5 6 x一 — X— k 一一一 一一一一一一 一一一 一一一--一一一一一一一一一一一一 “H (M 一 0 一 口一 ? ? ? ?? ?? ?? ?? ? ?? ??? ?? ? ?? ? ? ?? ?? ? ? ? ? ? 图 9 第三种情况的试验顺序 7.5 试样安装与加载 7.5.1 试样和陪试件在安装前，用煤油将其清洗干净。试样装于上主轴，陪试件装于下主轴。试样与 陪试件接触后，在摇摆头的压力下测试样径向跳动量，应不大于0.03 mm, 7.5.2 如试验机的载荷系统为d码杠杆载荷系统，须把加力一级杠杆调到水-,P.试样加预载荷后开机， 然后施加主载荷。不允许带主载荷开机、停机 (自动停机除外)。试验过程中应保持载荷恒定。无特 殊情况不得中途停试。 了6 交叉试验 7.6.， 台次交叉:当一组试样在几台试验机上试验时，每台试验机试验的试样数量应相近。 了6.2 时间交叉:几组试样在同一台试验机上试验时，各组试样的试验次序要按顺序循坏进行。 7.6.8 应填写试验原始记录表，其格式可参照附录E。 7.了 疲劳失效的判别 7.7.1 深层剥落面积大于或等于3 mm2时，即判为疲劳失效。 7. 7.2 麻点剥落 (集中区)，在10 mm2面积内出现麻点率达15%的损伤时，即判为疲劳失效。 了.7.3 特殊试验的疲劳失效判别，可根据试验目的确定。 C日 10622一 as 7.8 试验数据的取舍 了.8.1 有F列情况之一者，试验无效: a.载荷吊杆刀口脱出，杠杆比发生变化，载荷不准。 b. 陪试件疲劳剥落而损伤r试样表面。 c.试样和陪试件互相装错位置。 d.振动加剧，试样表面局部有压痕或凹坑。 e 了闰滑不足，试样表面烧伤。 f. 由于书轴轴承疲劳或r轴变形，发生强烈振动。 9 试样或陪试件松动，滑移。 h. 控制仪器失灵，试样剥落长度大于5 mm. 78.2 有下列情况之一者， a.b.发现计数器失灵， 处理: 该试样的寿命按计时器的时间计算。 中途突然停电或仪器误停 (即带载荷停机)。 个别寿命特别长或特别短的试验数据，尤其f样数量较小的情况。 6 数据处理方法 滚动接触疲劳试验数据处理采用两参数威布尔分布函数，其参数估计采用最大似然 (ML)方法， 或采用最佳线性不变估计 (BLIE)方法。P一S一N曲线参数估计采用最小二乘法。 8.1 两参数威布尔分布函数: <-与 6 fs (8) 其对数形式: P (N)s= 1 1 1一P(N)s〕=b (InN一lnf!S) (9)?1 1一P (N)，〕= b (1gN一lgts)一0.362 22 式中:尸(N),-一 b- N- 气 — 通过数据处理， 子样数量为。， 完全失效试验 表示在某一试验应力水平S下，试样寿命小于N的概率，%; 威布尔分布的斜率参数; 试样寿命，次; 威布尔分布的特征寿命，次， 自然对数的底，取2.718 280 砍淀出子样寿命分布的两参数b和屹，据此对试样材料母体寿命分布作出估计。 经试验后获得的实际寿命为: Ni =_,N,,,从叹二 i二1，2，3， 一<} N;$, ....义N， 月 定数截尾试验 万1戒丛