专利名称：一种加速超硬涂层零件滚动接触疲劳失效的实验方法
技术领域：
本发明涉及一种加速超硬涂层零件滚动接触疲劳失效的实验方法。该方法能获得与常规疲劳实验方法疲劳行为相同的实验结果；加速疲劳实验加速比约为3，加速疲劳实验方法节省疲劳实验中消耗时间。该方法适用于评价超硬涂层零件滚动接触疲劳性能及研究其失效机理。
背景技术：
接触疲劳破坏是传动件主要失效形式之一。涂层零件抗接触疲劳性能评价对使用者至关重要。偏离实际工况条件简单的、常用的实验方法如纳米划痕、纳米压入和高频冲击实验评估方法难以精确表征实际工况条件下涂层零件层基结合强度、接触疲劳强度和摩擦学性能。杨育林等提出了超硬涂层零件滚动接触疲劳失效机理模型并公开了一种《工况模拟滚动接触疲劳实验机》(中国专利200510012674.4)，实验表明该实验机能较好的模拟工程实际工况条件，其智能检测控制系统能动态探测诊断涂层轴承表面原发初始疲劳裂纹并实时急停，可准确捕捉接触区疲劳裂纹初始状态，为超硬涂层零件滚动接触疲劳失效机理分析提供可靠的实验依据。
通常使用的加速滚动接触疲劳实验方法有两种一是提高实验速度，二是增加实验载荷。采用这两种加速疲劳实验方法要得到与实际工况条件相似疲劳实验结果都要受到极限实验速度增量和极限载荷增量的限制。
发明内容
为了克服现有技术存在的加速疲劳实验受到极限实验速度增量和极限载荷增量的限制等不足，本发明提供一种加速超硬涂层零件滚动接触疲劳失效的实验方法，该方法可有效节省试件疲劳试验消耗的时间，加速超硬涂层零件滚动接触疲劳失效的实验方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是在润滑油中加入适当比例的超硬微粒，超硬微粒在接触区表面制造原始微裂纹，并对滚滑表层材料缺陷产生诱发扩展作用制备加速疲劳试件。然后采用纯净润滑油对加速疲劳试件进行常规疲劳实验，从而缩短疲劳实验的时间。
该实验方法的具体步骤是 (1)加速疲劳添加剂的制备通过将亚微米级SiC(100nm～1000nm)添加至润滑油中，添加量质量百分比为2％～3％，并进行超声波分散处理，超声波分散时间不少于20分钟，获得加速疲劳添加剂。
(2)超硬涂层加速疲劳试件的制备将被测超硬涂层试件置于超硬涂层滚动接触疲劳实验机中，采用加速疲劳添加剂润滑，应力循环次数为1.6×105次，将被测试件制备成加速疲劳试件。
(3)超硬涂层加速疲劳试件产生滚动接触疲劳失效的实验将制备出的超硬涂层加速疲劳试件置于超硬涂层滚动接触疲劳实验机中，采用纯净润滑油为润滑介质，进行常规疲劳实验，直至超硬涂层加速疲劳试件产生滚动接触疲劳失效。
本发明的有益效果是，亚微米级SiC作为加速疲劳添加剂不仅能够在超硬涂层试件接触区表面制造原始微裂纹，而且还利用应力增强效应对相对滚滑超硬涂层表层材料缺陷产生诱发扩展作用，有效地缩短了超硬涂层试件从无裂纹到裂纹萌生的时间，从而节省了评价超硬涂层试件滚动接触疲劳性能评价的时间。
图1是常规实验接触表面疲劳裂纹分布SEM图； 图2是加速疲劳接触表面疲劳裂纹分布SEM图； 图3是常规实验初始疲劳裂纹位置SEM图； 图4是加速疲劳初始疲劳裂纹位置SEM图。
具体实施例方式 实施例 1.加速疲劳添加剂的制备在实验室条件下，制备加速疲劳添加剂。其中，所用原料是亚微米级SiC(纯度99％，产地徐州宏武纳米材料有限公司)。通过将亚微米级SiC(200nm)添加至润滑油中，添加量质量百分比为2％，并进行超声波分散处理，超声波分散时间为20分钟，获得加速疲劳添加剂。
2.加速疲劳试件的制备在实验室条件下，将被测超硬涂层试件置于超硬涂层滚动接触疲劳实验机中，加入加速疲劳添加剂润滑，应力循环次数为1.6×105次，将被测试件制备成加速疲劳试件。
3.疲劳试件的制备在实验室条件下，将制备的超硬涂层加速疲劳试件置于超硬涂层滚动接触疲劳实验机中，采用纯净润滑油为润滑介质，在超硬涂层滚动接触疲劳实验机中进行常规疲劳实验。直至超硬涂层加速疲劳试件产生滚动接触疲劳失效。
对比实验 在实验室条件下，将被测超硬涂层试件置于超硬涂层滚动接触疲劳实验机中，采用纯净润滑油为润滑介质，在超硬涂层滚动接触疲劳实验机中进行常规疲劳实验，直至超硬涂层试件产生滚动接触疲劳失效。
加速疲劳和常规疲劳方法所得到的实验结果见图1、图2、图3和图4。
对比实验结果表明加速疲劳和常规疲劳的滚动接触疲劳失效行为非常相似。采用加速滚动接触疲劳实验方法，可以为研究超硬涂层零件滚动接触疲劳失效机理提供可靠的实验依据。加速疲劳试验加速比约为3，该发明十分有效地节省了试件疲劳试验中消耗的时间。
权利要求
1.一种加速超硬涂层零件滚动接触疲劳失效的实验方法，其特征是
a.加速疲劳添加剂的制备将亚微米级SiC添加至润滑油中，SiC的晶粒直径为100nm～1000nm，添加量质量百分比为2％～3％，并进行超声波分散处理，超声波分散时间不少于20分钟；
b.超硬涂层加速疲劳试件的制备将被测超硬涂层试件置于超硬涂层滚动接触疲劳实验机中，加入加速疲劳添加剂润滑，利用超硬微粒在接触区表面制造原始微裂纹，并对相对滚滑表层材料缺陷产生诱发扩展作用，应力循环次数为1.6×105次，将被测试件制备成超硬涂层加速疲劳试件；
c.将超硬涂层加速疲劳试件置于超硬涂层滚动接触疲劳实验机中，使用纯净润滑油为润滑介质，进行常规疲劳实验，直至超硬涂层加速疲劳试件产生滚动接触疲劳失效。
全文摘要
一种加速超硬涂层零件滚动接触疲劳失效的实验方法，其特征是a.加速疲劳添加剂的制备；b.超硬涂层加速疲劳试件的制备；c.将超硬涂层加速疲劳试件置于超硬涂层滚动接触疲劳实验机中，使用纯净润滑油为润滑介质，进行常规疲劳实验，直至超硬涂层加速疲劳试件产生滚动接触疲劳失效。本发明利用超硬微粒在接触区表面制造原始微裂纹，并对相对滚滑表层材料缺陷产生诱发扩展作用，有效缩短了超硬涂层试件从无裂纹到裂纹萌生的时间，从而节省了评价超硬涂层试件滚动接触疲劳性能评价的时间。
文档编号G01M13/02GK101118212SQ20071006255
公开日2008年2月6日 申请日期2007年8月10日 优先权日2007年8月10日
发明者齐效文, 杨育林 申请人:燕山大学