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    影響軸承鋼疲勞壽命因素

    2021-02-21 15:17:44

    軸承鋼內在質量的綜合標志就是疲勞壽命,有學者提出觀點:降低氧含量仍未起到大幅度提高軸承鋼疲勞壽命的作用。其實只有同時降低氧化物和硫化物含量,才能充分挖掘材質潛力,大幅度提高軸承鋼的疲勞壽命。


    為什么降低氧含量不能提高軸承鋼疲勞壽命呢?在氧化物夾雜量降低以后,多余的硫化物又成為影響鋼材疲勞壽命的不利因素。只有同時降低氧化物和硫化物含量,才能充分挖掘材質潛力,大幅度提高軸承鋼的疲勞壽命。




    那哪些因素影響軸承鋼疲勞壽命呢?分享如下:


    1、氮化物對疲勞壽命的影響


    有的學者指出:鋼中增氮,氮化物的體積分數卻下降,這是由于鋼中夾雜物的平均尺寸減少的緣故,受技術所限,還有相當數量的小于0.2in夾雜物顆粒未計算在內。恰恰是這些微小的氮化物顆粒的存在狀態,對軸承鋼的疲勞壽命有著直接影響。Ti是形成氮化物的最強元素之一,比重小,易上浮,還會有一部分Ti留在鋼中形成多棱角的夾雜物。這種夾雜物容易引起局部應力集中,產生疲勞裂紋,因此要控制此種夾雜物的產生。


    試驗結果表明:鋼中氧含量降至20ppm以下,氮含量有所提高,非金屬夾雜物的大小、類型和分布狀態得到了改善,穩定夾雜物有明顯的降低。鋼中氮化物顆粒雖然增多,但其顆粒甚小,并于晶界或晶內呈彌散狀態分布,成為有利因素,使軸承鋼的強度和韌性得到了良好配合,極大地增加鋼的硬度、強度,特別是接觸疲勞壽命改善效果是客觀存在的。


    2、氧化物對疲勞壽命的影響


    鋼中氧含量是影響材質的重要因素,氧含量越低其純潔度越高,相對應的額定壽命就越長。鋼中氧含量和氧化物有著密切的關系,鋼液在凝固過程中,鋁、鈣、硅等元素溶解的氧形成氧化物。氧化物夾雜含量是氧的函數。隨著氧含量的降低,氧化物夾雜將減少;氮含量和氧含量一樣,同樣和氮化物存在函數關系,但由于氧化物在鋼材中分布的較分散,起著和碳化物同樣作用的支點作用,所以對鋼材疲勞壽命沒有起到破壞作用。


    鋼由于氧化物的存在,破壞了金屬基體的延續性,又由于氧化物的膨脹系數小于軸承鋼基體膨脹系數,當承受交變應力時,易于產生應力集中,成為金屬疲勞的發源地。應力集中多數產生在氧化物、點狀夾雜物和基體之間,當應力達到足夠大時,就產生裂紋,并迅速擴展而破壞。夾雜物塑性越低,形狀越尖棱,則應力集中也就越大。


    3、硫化物對疲勞壽命的影響


    鋼中硫含量幾乎全部以硫化物形態存在。鋼中硫含量增高,則鋼中硫化物相應增高,但因硫化物能很好地包圍在氧化物周圍,減少了氧化物對疲勞壽命的影響,所以夾雜物的數量對疲勞壽命的影響并不是絕對的,與夾雜物的性質、大小和分布有關。個一定夾雜物越多,疲勞壽命就一定越低,必須綜合考慮其他影響因素。在軸承鋼中硫化物呈細小狀彌散分布,并且混入氧化物夾雜之中,即使采用金相方法也難以辨認。試驗證實:在原有工藝的基礎上,增加Al量對降低氧化物﹑硫化物起到積極的作用。這是因為Ca具有相當強的脫硫能力。夾雜物對強度影響甚微,而對鋼的韌性危害較大,其危害程度又取決于鋼的強度。


    GCr15鋼的斷裂過程,根據斷口分析主要為解理和準解理斷裂機制。鋼中夾雜物是一種脆性相,體積分數愈高,韌性愈低;夾雜物的尺寸愈大,韌性下降的愈快。對于解理斷裂的韌性而言,夾雜物的尺寸愈細小,夾雜物的間距愈小,則韌性不但不下降,反而提高,如果晶內脆性相排列較密,則可縮短位錯堆塞距離,不易發生解理斷裂,從而提高解理斷裂強度。有人專門做過試驗:A、B兩批鋼材屬于同一鋼種,但是各自所含夾雜物的情況不同。


    經過熱處理,A、B兩批鋼材達到相同的抗拉強度95 kg/mm',A、B鋼材的屈服強度是一樣的。在延伸率和面縮率方面,B鋼材略低于A鋼材仍為合格。經疲勞試驗(旋轉彎曲)后發現:A鋼材是長壽命材,疲勞極限高;B鋼材為短壽命材,疲勞極限低。當鋼材試樣所受循環應力略高于A鋼材的疲勞極限時,B鋼材的壽命只有A鋼材的1/10。A、B鋼材中的夾雜物均為氧化物。從夾雜物總量上看,A鋼材的純凈度比B鋼材的純凈度更差一些,但A鋼材的氧化物顆粒大小一致,分布均勻;B鋼材含有一些大顆粒的夾雜物,分布也不均勻。

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