探究影响接触疲劳强度的因素

（1）影响轴承钢接触疲劳寿命的因素

1）碳含量的影响。马氏体碳含量在w（C）=0.5%附近，接触疲劳寿命最高。碳含量低于或高于这个值，寿命都急剧降低（图4-24）。当碳含量一定时，未溶碳化物量增加时，寿命降低。但碳化物对提高耐磨性，阻止加热时晶粒长大有好处，故一般控制未溶碳化物量在3%～6%比较合适。

2）合金元素的影响。轴承钢中Si含量增加，则显著地提高疲劳寿命。如w（Si）从0.58%提高到1.65%，平均寿命可提高到两倍左右。

3）非金属夹杂物的影响。夹杂物的种类、数量、形状、尺寸大小及分布不同，对接触疲劳寿命的影响不同。脆性夹杂物危害最大，球状夹杂物次之，塑性夹杂物危害最小。夹杂物颗粒尺寸越大，量越多，分布越不均，危害越大，轴承钢使用寿命越低。

图4-24 轴承钢中马氏体中含碳量与接触疲劳寿命关系

4）碳化物的影响。碳化物数量太多，粒度粗大，形状不规则，分布不均匀，使性能、组织也不均匀，并产生应力集中，使接触疲劳寿命降低。因而适当降低轴承钢的碳量，充分锻造，合理的球化退火工艺，是保证使碳化物少、小、匀、圆，提高寿命的重要途径。

5）纤维流向的影响。接触疲劳寿命随着工作表面与纤维流线间夹角从0°到90°的增加而降低。见表4-5。

表4-5 纤维流向与接触疲劳寿命的关系

6）材料硬度的影响。硬度在62HRC左右时，接触疲劳寿命最高，因此，轴承钢在850℃淬火经低温回火后寿命最佳。

7）表面残余应力的影响。表面残余压应力可提高接触疲劳寿命。

8）表面粗糙度的影响。表面粗糙度越低，接触疲劳寿命越高，尤其在10级以下，对寿命影响很大。根据弹性流体动压润滑理论的试验得到：

A=h_min/（b²₁+b²₂）^1/2 （4-65）

式中 A——油膜系数；

b₁、b₂——两接触物体的表面粗糙度；

h_min——油膜最小厚度。(www.xing528.com)

当1.6<A<3.0时，接触疲劳寿命较高。

（2）影响渗碳钢接触疲劳寿命的因素

1）心部硬度的影响。心部强度（硬度）太低，增大了切应力与剪切强度的比值，易在过渡区产生裂纹而降低零件寿命。因此心部要有相当的强度（硬度）才能提高寿命，例如心部强度高的40CrNi₃比心部强度低的12Cr₂Ni₄的寿命提高约2.6倍（表4-6）。为了防止脆断，使零件具有一定韧性，心部硬度一般在38～45HRC范围内为好。

表4-6 渗碳钢心部硬度与接触疲劳寿命的关系

2）渗碳层深度的影响。渗碳层深度若太小，易使最大切应力落在硬化层和心部间的过渡区，使寿命大大降低，因此要选择合适的渗层深度，使最大切应力落在硬化层内以提高寿命，如表4-7所示。用下式可求得合理的渗层深度t（mm），这时最大切应力落在硬化层内：

式中 σ_max——最大接触应力（MPa）；

R——接触部位相对曲率半径（m）；

HV——渗层维氏硬度。

表4-7 渗炭层深度与接触疲劳寿命的关系

3）表面脱碳的影响。表面脱碳大大降低了接触疲劳寿命，这是因为脱碳后使表层剪切强度降低，奥氏体不稳定易出现屈氏体（或索氏体）组织和在贫碳的表层区内产生残余拉应力的缘故。

4）相对滑动率的影响。条件接触疲劳极限（N=10⁷次的最大接触应力）随着相对滑动率的增加而降低。

此外，许多零件在反复加热和冷却的温度循环下，由于温度导致的膨胀、收缩会产生较大的热应力，这种反复作用的热应力所产生的疲劳破坏现象叫做热疲劳。热疲劳损坏也是塑性变形累积损伤的结果。细晶和定向结晶材料的热疲劳抗力较好。