影響軸承鋼疲勞壽命因素

發布時間：2022-01-19 10:37:02 瀏覽次數：1301

軸承鋼GCr15作為軸承常用的一種材料了，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？上海御微軸承公司技術部工程師分析后認為原因：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。

那哪些因素會影響軸承鋼疲勞壽命呢？現就以上問題分析如下：

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。著名專家肖紀美指出: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，疲勞高;B鋼材為短壽命材，疲勞低。當鋼材試樣所受循環應力略高于A鋼材的疲勞時，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。這充分說明肖紀美先生的觀點是正確的。