專利名稱：一種加速超硬涂層零件滾動接觸疲勞失效的實驗方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種加速超硬涂層零件滾動接觸疲勞失效的實驗方法。該方法能獲得與常規(guī)疲勞實驗方法疲勞行為相同的實驗結果；加速疲勞實驗加速比約為3，加速疲勞實驗方法節(jié)省疲勞實驗中消耗時間。該方法適用于評價超硬涂層零件滾動接觸疲勞性能及研究其失效機理。

背景技術：
接觸疲勞破壞是傳動件主要失效形式之一。涂層零件抗接觸疲勞性能評價對使用者至關重要。偏離實際工況條件簡單的、常用的實驗方法如納米劃痕、納米壓入和高頻沖擊實驗評估方法難以精確表征實際工況條件下涂層零件層基結合強度、接觸疲勞強度和摩擦學性能。楊育林等提出了超硬涂層零件滾動接觸疲勞失效機理模型并公開了一種《工況模擬滾動接觸疲勞實驗機》(中國專利200510012674.4)，實驗表明該實驗機能較好的模擬工程實際工況條件，其智能檢測控制系統(tǒng)能動態(tài)探測診斷涂層軸承表面原發(fā)初始疲勞裂紋并實時急停，可準確捕捉接觸區(qū)疲勞裂紋初始狀態(tài)，為超硬涂層零件滾動接觸疲勞失效機理分析提供可靠的實驗依據(jù)。
通常使用的加速滾動接觸疲勞實驗方法有兩種一是提高實驗速度，二是增加實驗載荷。采用這兩種加速疲勞實驗方法要得到與實際工況條件相似疲勞實驗結果都要受到極限實驗速度增量和極限載荷增量的限制。


發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術存在的加速疲勞實驗受到極限實驗速度增量和極限載荷增量的限制等不足，本發(fā)明提供一種加速超硬涂層零件滾動接觸疲勞失效的實驗方法，該方法可有效節(jié)省試件疲勞試驗消耗的時間，加速超硬涂層零件滾動接觸疲勞失效的實驗方法。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是在潤滑油中加入適當比例的超硬微粒，超硬微粒在接觸區(qū)表面制造原始微裂紋，并對滾滑表層材料缺陷產(chǎn)生誘發(fā)擴展作用制備加速疲勞試件。然后采用純凈潤滑油對加速疲勞試件進行常規(guī)疲勞實驗，從而縮短疲勞實驗的時間。
該實驗方法的具體步驟是 (1)加速疲勞添加劑的制備通過將亞微米級SiC(100nm～1000nm)添加至潤滑油中，添加量質量百分比為2％～3％，并進行超聲波分散處理，超聲波分散時間不少于20分鐘，獲得加速疲勞添加劑。
(2)超硬涂層加速疲勞試件的制備將被測超硬涂層試件置于超硬涂層滾動接觸疲勞實驗機中，采用加速疲勞添加劑潤滑，應力循環(huán)次數(shù)為1.6×105次，將被測試件制備成加速疲勞試件。
(3)超硬涂層加速疲勞試件產(chǎn)生滾動接觸疲勞失效的實驗將制備出的超硬涂層加速疲勞試件置于超硬涂層滾動接觸疲勞實驗機中，采用純凈潤滑油為潤滑介質，進行常規(guī)疲勞實驗，直至超硬涂層加速疲勞試件產(chǎn)生滾動接觸疲勞失效。
本發(fā)明的有益效果是，亞微米級SiC作為加速疲勞添加劑不僅能夠在超硬涂層試件接觸區(qū)表面制造原始微裂紋，而且還利用應力增強效應對相對滾滑超硬涂層表層材料缺陷產(chǎn)生誘發(fā)擴展作用，有效地縮短了超硬涂層試件從無裂紋到裂紋萌生的時間，從而節(jié)省了評價超硬涂層試件滾動接觸疲勞性能評價的時間。



圖1是常規(guī)實驗接觸表面疲勞裂紋分布SEM圖； 圖2是加速疲勞接觸表面疲勞裂紋分布SEM圖； 圖3是常規(guī)實驗初始疲勞裂紋位置SEM圖； 圖4是加速疲勞初始疲勞裂紋位置SEM圖。

具體實施例方式 實施例 1.加速疲勞添加劑的制備在實驗室條件下，制備加速疲勞添加劑。其中，所用原料是亞微米級SiC(純度99％，產(chǎn)地徐州宏武納米材料有限公司)。通過將亞微米級SiC(200nm)添加至潤滑油中，添加量質量百分比為2％，并進行超聲波分散處理，超聲波分散時間為20分鐘，獲得加速疲勞添加劑。
2.加速疲勞試件的制備在實驗室條件下，將被測超硬涂層試件置于超硬涂層滾動接觸疲勞實驗機中，加入加速疲勞添加劑潤滑，應力循環(huán)次數(shù)為1.6×105次，將被測試件制備成加速疲勞試件。
3.疲勞試件的制備在實驗室條件下，將制備的超硬涂層加速疲勞試件置于超硬涂層滾動接觸疲勞實驗機中，采用純凈潤滑油為潤滑介質，在超硬涂層滾動接觸疲勞實驗機中進行常規(guī)疲勞實驗。直至超硬涂層加速疲勞試件產(chǎn)生滾動接觸疲勞失效。
對比實驗 在實驗室條件下，將被測超硬涂層試件置于超硬涂層滾動接觸疲勞實驗機中，采用純凈潤滑油為潤滑介質，在超硬涂層滾動接觸疲勞實驗機中進行常規(guī)疲勞實驗，直至超硬涂層試件產(chǎn)生滾動接觸疲勞失效。
加速疲勞和常規(guī)疲勞方法所得到的實驗結果見圖1、圖2、圖3和圖4。
對比實驗結果表明加速疲勞和常規(guī)疲勞的滾動接觸疲勞失效行為非常相似。采用加速滾動接觸疲勞實驗方法，可以為研究超硬涂層零件滾動接觸疲勞失效機理提供可靠的實驗依據(jù)。加速疲勞試驗加速比約為3，該發(fā)明十分有效地節(jié)省了試件疲勞試驗中消耗的時間。
權利要求
1.一種加速超硬涂層零件滾動接觸疲勞失效的實驗方法，其特征是
a.加速疲勞添加劑的制備將亞微米級SiC添加至潤滑油中，SiC的晶粒直徑為100nm～1000nm，添加量質量百分比為2％～3％，并進行超聲波分散處理，超聲波分散時間不少于20分鐘；
b.超硬涂層加速疲勞試件的制備將被測超硬涂層試件置于超硬涂層滾動接觸疲勞實驗機中，加入加速疲勞添加劑潤滑，利用超硬微粒在接觸區(qū)表面制造原始微裂紋，并對相對滾滑表層材料缺陷產(chǎn)生誘發(fā)擴展作用，應力循環(huán)次數(shù)為1.6×105次，將被測試件制備成超硬涂層加速疲勞試件；
c.將超硬涂層加速疲勞試件置于超硬涂層滾動接觸疲勞實驗機中，使用純凈潤滑油為潤滑介質，進行常規(guī)疲勞實驗，直至超硬涂層加速疲勞試件產(chǎn)生滾動接觸疲勞失效。
全文摘要
一種加速超硬涂層零件滾動接觸疲勞失效的實驗方法，其特征是a.加速疲勞添加劑的制備；b.超硬涂層加速疲勞試件的制備；c.將超硬涂層加速疲勞試件置于超硬涂層滾動接觸疲勞實驗機中，使用純凈潤滑油為潤滑介質，進行常規(guī)疲勞實驗，直至超硬涂層加速疲勞試件產(chǎn)生滾動接觸疲勞失效。本發(fā)明利用超硬微粒在接觸區(qū)表面制造原始微裂紋，并對相對滾滑表層材料缺陷產(chǎn)生誘發(fā)擴展作用，有效縮短了超硬涂層試件從無裂紋到裂紋萌生的時間，從而節(jié)省了評價超硬涂層試件滾動接觸疲勞性能評價的時間。
文檔編號G01M13/02GK101118212SQ20071006255
公開日2008年2月6日 申請日期2007年8月10日 優(yōu)先權日2007年8月10日
發(fā)明者齊效文, 楊育林 申請人:燕山大學