滾珠絲杠副的疲勞試驗與失效分析.pdf

1、疲勞壽命是滾珠絲杠副可靠性的重要指標。目前國內對滾珠絲杠副的選材與熱處理工藝開展了大量的實驗研究，產品質量有很大改進，但對滾珠絲杠副的疲勞壽命研究卻不多見。國產滾珠絲杠副在精度和疲勞壽命等可靠性方面與國外高檔產品相比尚有較大差距。因此，在優(yōu)選國產滾珠絲杠副材料和優(yōu)化熱處理工藝基礎上，開展疲勞壽命試驗研究，對提高國產滾珠絲杠副的質量具有重要意義。
　　本文對國內傳統(tǒng)GCr15鋼滾珠絲杠進行了疲勞試驗與失效分析，對其材質與工藝缺陷進行

2、了研究。在此基礎上，對國產Φ80mm大規(guī)格滾珠絲杠的選材與熱處理工藝進行了優(yōu)化，將山東博特精工股份有限公司生產的55CrMo鋼滾珠絲杠副與同規(guī)格的臺灣產50CrMo4鋼、日本產50CrMo4鋼滾珠絲杠副進行了疲勞試驗。通過表面形貌觀察、化學成分分析、顯微組織觀察、硬度梯度分布檢測等手段進行了疲勞試驗結果對比和失效分析。
　　研究結果表明，傳統(tǒng)GCr15鋼滾珠絲杠易于發(fā)生早期失效的主要原因是絲杠溝槽底部（即工作部位）的表面淬硬層硬度

3、梯度分布不合理，這與鋼材選用和表面感應加熱淬火工藝不當有關。
　　選定國產55CrMo合金結構鋼為Φ80mm及以上大規(guī)格滾珠絲杠的專用材料。預先熱處理工藝采用調質處理，表面感應加熱淬火工藝采用四匝感應圈和優(yōu)化的工藝參數。因此，55CrMo鋼滾珠絲杠基體和表面淬硬層的組織合理、性能改善，保證了大規(guī)格滾珠絲杠的質量要求。
　　疲勞試驗結果表明，在相同試驗條件下，山東博特精工股份有限公司產Φ80mm規(guī)格55CrMo鋼滾珠絲杠副的疲

4、勞壽命最長，而日本產50CrMo4鋼和臺灣產50CrMo4鋼滾珠絲杠副的疲勞壽命依次降低。因此，55CrMo鋼滾珠絲杠副的綜合性能指標達到或超過了臺灣和日本同類產品的先進水平。
　　失效分析結果表明，山東博特精工股份有限公司產55CrMo鋼滾珠絲杠副的失效原因主要是，B螺母中GCr15鋼球破損，從而對螺母的滾道表面造成擦傷，鋼球的破損與碳化物偏聚有關。臺灣產50CrMo4鋼滾珠絲杠副的失效原因主要是A螺母滾道發(fā)生嚴重剝落，這與A螺

5、母表層組織中存在粗針狀馬氏體有關。日本產50CrMo4鋼滾珠絲杠副的失效原因則主要是A、B螺母滾道存在明顯壓痕及點蝕，這與螺母中存在帶狀組織有關。55CrMo鋼滾珠絲杠的表面有效淬硬層深度、硬度梯度分布均優(yōu)于臺灣和日本生產的同規(guī)格50CrMo4鋼滾珠絲杠。
　　綜合實驗和分析結果表明，國產55CrMo鋼滾珠絲杠采用調質預先熱處理+四匝感應圈與優(yōu)化的表面感應加熱淬火工藝，可以滿足Φ80mm及以上大規(guī)格滾珠絲杠的工藝質量要求，具有重要