This study has been carried out to evaluate effects of alloying elements and nitrocarburizing on rolling contact fatigue life. Manganese has a significant influence on the distribution of retained carbides and microstructural changes after rolling contact fatigue test. The effect of the manganese addition stabilized fine retained carbide particles during rolling contact fatigue life test, and so increased fatigue life markedly. High carbon chromium bearing steel with different matrixes were nitrocarbunzed by austenitic nitrocarburizing process at $850^{\circ}C$ for 4hrs. Rolling contact fatigue life of the nitrocarburized specimen was increased 2 times than full hardening treated.
This paper presents a study based on the damage due to the fatigue life of thrust ball bearings using vibratory analysis. The main contribution of this work lies in establishing a relation between modal damping and the rolling contact fatigue damage of the thrust ball bearing. Time domain signals and frequency spectra are extracted from both static and dynamic experiments. The first part of this research consists in measuring the damping of damaged thrust ball bearings using impact hammer characterization tests. In a second part, indented components representing spalled bearings are studied to determine the evolution of damping values in real-time vibration spectra using the random decrement method. Dynamic results, in good agreement with static tests, show that damping varies depending on the component's damage state. Therefore, the method detailed in this work will offer a possible technique to estimate the thrust ball bearing fatigue damage variation in presence of spalling.
It has been very important in various industry fields to improve the fatigue strength characteristics of bearings such as bearing life, fatigue limit, etc., because such poor properties could result in shortening the machinery life as well as in decreasing the accuracy. However, no successful heat treatment criterion seems to be available at present. In this study, the effect of the $170^{\circ}C\times120min$ tempering cycles repeated after $380^{\circ}C\times80min$ oil quenching for $800^{\circ}C$ spheroidizing-annealed bearing steel (STB2) as base metal on the $120^{\circ}C$ high temperature rotary bending fatigue strength characteristics were investigated, including the effects on hardness, Charpy impact value and micro-structure, in order to seek for the best heat treatment condition finally. The important results obtained are as follows : 1) The optimal cycle of tempering so that the fatigue strength .sigma. could become the highest was the 4th cycle. And it is confirmed that this $\sigma_{F}$ is about 6 times more increased than that of base metal, and about 1.3 times more increased than the case of the 1 cycle tempered. 2) As a result of the investigation for the effects of tempering cycles on hardness, the hardness at the tempering number of 2 thru 5 cyles was not decreased severely ; only about 10% decrease from those of the quenched and 1 cycle tempered case. Such hardness is equivalent to $H_{R}$/C61-62 with no bad effect on anti-abrasion of bearing steel. 3) In the case of 2 thru 5 cycle tempering as well as 1 cycle tempering, the impact value was not so improved comparing with the case of quenching, but an increase of 5 to 10% could be expected at least. 4) It was experimentally confirmed that the control of the mechanical properties improvement such as fatigue strength and fatigue life for bearing steels could be possible by the number of tempering cycles.
It has been very important in various industry fields to improve the fatigue strength characteristics of bearings such as bearing life, fatigue limit, etc., because such poor properties could result in shortening the machinery life as well as in decreasing the accuracy. However, no successful heat treatment criterion seems to be available at present. In this study, the effect of the $170^{\circ}C\times120min$ tempering cycles repeated after $380^{\circ}C\times80min$ oil quenching for $800^{\circ}C$ spheroidizing-annealed bearing steel (STB2) as base metal on the $120^{\circ}C$ high temperature rotary bending fatigue strength characteristics were investigated, including the effects on hardness, Charpy impact value and micro-structure, in order to seek for the best heat treatment condition finally. The important results obtained are as follows : 1) The optimal cycle of tempering so that the fatigue strength .sigma. could become the highest was the 4th cycle. And it is confirmed that this $\sigma_{F}$ is about 6 times more increased than that of base metal, and about 1.3 times more increased than the case of the 1 cycle tempered. 2) As a result of the investigation for the effects of tempering cycles on hardness, the hardness at the tempering number of 2 thru 5 cyles was not decreased severely ; only about 10% decrease from those of the quenched and 1 cycle tempered case. Such hardness is equivalent to $H_{R}$/C61-62 with no bad effect on anti-abrasion of bearing steel. 3) In the case of 2 thru 5 cycle tempering as well as 1 cycle tempering, the impact value was not so improved comparing with the case of quenching, but an increase of 5 to 10% could be expected at least. 4) It was experimentally confirmed that the control of the mechanical properties improvement such as fatigue strength and fatigue life for bearing steels could be possible by the number of tempering cycles.
Effect of Mn addition on rolling contact fatigue of C-base induction hardened bearing steels has been investigated to develop inexpensive surface-hardened bearing steels with improved resistance to rolling contact fatigue. Fatigue tests were conducted in elasto-hydrodynamic lubricating conditions at a shaft speed of 5,000rpm, under max. Hertzian stress of $492kg/mm^2$. It was found in the C-Mn steels that effective depth of induction hardened layer and amount of retained austenite were slightly increased in comparison with those of C-base steels. finer interlamellar spacing of pearlite in the C-Mn steels was also observed using TEM. Decomposition of retained austenite during rolling contact fatigue was smaller in quantity in the C-Mn steels than C-base steels. This might be associated with enhanced mechanical stability of retained austenite with addition of Mn. Statistical analysis of fatigue life for C-Mn steels using Weibull distribution indicated that improved resistance to rolling contact fatigue was mainly attributed to transformation induced plasticity and mechanical stability of retained austenite.
The main goal of this paper is to establish an interference tolerance for determining optimal amount of clearance in the shaft-bearing system supported by radial ball bearings. The 2-D frictional contact model was employed for the FE analysis between the shaft and the inner raceway. Several examples were simulated using different material properties for the solid shaft. Efforts were focused on the deformation applied in the radial direction to select suitable bearings. The analysis results showed that the initial axial preload applied on the bearings plays a significant role to reduce bearing fatigue life. The proposed design parameters obtained by numerical simulations can approximately predict a rate of bearing life reduction as a function of shaft diameter ratio. This analysis can also be used to calculate the optimal initial radial clearance in order to obtain a shaft-bearing system design for high accuracy and long life.
In order to study the fatigue performance of the flat steel plate-lightweight aggregate concrete hollow composite bridge slab subjected to fatigue load, both static test on two specimens and fatigue test on six specimens were conducted. The effects of the arrangement of the steel pipes, the amplitude of the fatigue load and the upper limit as well as lower limit of fatigue load on failure performance were investigated. Besides, for specimens in fatigue test, strains of the concrete, residual deflection, bending stiffness, residual bearing capacity and dynamic response were analyzed. Test results showed that the specimens failed in the fracture of the bottom flat steel plate regardless of the arrangement of the steel pipes. Moreover, the fatigue loading cycles of composite slab were mainly controlled by the amplitude of the fatigue load, but the influences of upper limit and lower limit of fatigue load on fatigue life was slight. The fatigue life of the composite bridge slabs can be determined by the fatigue strength of bottom flat steel plate, which can be calculated by the method of allowable stress amplitude in steel structure design code.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2001.11a
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pp.166-171
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2001
In order to improve the efficiency of the design process and the quality of the resulting design for the application-based exclusive rolling element bearings, this study propose design methodologies by using a genetic-based combinatorial optimization. By the presence of discrete variables such as the number of rolling element (standard component) and by the engineering point of views, the design problem of the rolling element bearing can be characterized by the combinatorial optimization problem as a fully discrete optimization. A genetic algorithm is used to efficiently find a set of the optimum discrete design values from the pre-defined variable sets. To effectively deal with the design constraints and the multi-objective problem, a ranking penalty method is suggested for constructing a fitness function in the genetic-based combinatorial optimization. To evaluate the proposed design method, a robust performance analyzer of ball bearing based on quasi-static analysis is developed and the computer program is applied to some design problems, 1) maximize fatigue life, 2) maximize stiffness, 3) maximize fatigue life and stiffness, of a angular contact ball bearing. Optimum design results are demonstrate the effectiveness of the design method suggested in this study. It believed that the proposed methodologies can be effectively applied to other multi-objective discrete optimization problems.
Choi, Byung Young;Kim, Dong Keon;Kim, Chang Seok;Jin, Jai Koan
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.9
no.3
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pp.169-176
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1996
Effect of retained austenite on rolling contact fatigue of nitrocarburized high-carbon chromium bearing steel has been investigated to develop surface-hardened bearing steel with imprved resistance to rolling contact fatigue. Fatigue tests were conducted in elesto-hydrodynamic lubricating conditions at a shaft speed of 5,000rpm, under max, hertzian stress of $492kg/mm^2$. Volume fraction of retained austenite in austenitic nitrocarburized STB2 steel was controlled by tempering at various temperature, $200{\sim}250^{\circ}C$. It was observed using TEM that decomposition of retained austenite during tempering at $250^{\circ}C$ was the highest in quantity, resulted in formation of lower bainite. Rolling contact fatigue life of the specimens with lower bainite, formed by decomposition of retained austenite, was improved in comparison with there of specimens with more amount of retained austenite.
The increase in waste tires has brought serious environmental problems. Using waste tires rubber particles as aggregate in concrete can reduce pollution and decrease the usage of natural aggregate. The paper describes an investigation on flexural bearing capacity of self-compacting concrete (SCC) pavement slabs containing crumb rubber. Cyclic loading tests with different stress ratios and loading frequencies are carried out on SCC pavement slabs containing crumb rubber. Based on Paris Law and test data, the fatigue life of SCC pavement slab containing crumb rubber is discussed, and a revised mathematical model is established to predict the fatigue life of SCC pavement slab containing crumb rubber. The model applies to different stress ratios and loading frequencies. The fatigue life of SCC pavement slab containing crumb rubber is affected by the stress ratio and loading frequency. The fatigue life increases with the increase of stress ratio and loading frequency. Real-time acoustic emission (AE) signals in the SCC pavement slab containing crumb rubber under cyclic loading are measured, and the characteristics of crack propagation in the SCC pavement slab containing crumb rubber under different stress ratios and loading frequencies are compared. The AE signals provide abundant information of fracture process zone and crack propagation. The variation of AE ringing count, energy and b-value show that the fracture process of SCC pavement slab containing crumb rubber is divided into three stages.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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