那哪些因素影响轴承钢疲劳寿命呢?

 新闻资讯     |      2021-09-07 08:15

1、氮化物对疲劳寿命的影响

有的学者指出:钢中增氮,氮化物的体积分数却下降,这是由于钢中夹杂物的平均尺寸减少的缘故,受技术所限,还有相当数量的小于0.2in夹杂物颗粒未计算在内。恰恰是这些微小的氮化物颗粒的存在状态,对轴承钢的疲劳寿命有着直接影响。Ti是形成氮化物的最强元素之一,比重小,易上浮,还会有一部分Ti留在钢中形成多棱角的夹杂物。这种夹杂物容易引起局部应力集中,产生疲劳裂纹,因此要控制此种夹杂物的产生。

试验结果表明:钢中氧含量降至20ppm以下,氮含量有所提高,非金属夹杂物的大小、类型和分布状态得到了改善,稳定夹杂物有明显的降低。钢中氮化物颗粒虽然增多,但其颗粒甚小,并于晶界或晶内呈弥散状态分布,成为有利因素,使轴承钢的强度和韧性得到了良好配合,极大地增加钢的硬度、强度,特别是接触疲劳寿命改善效果是客观存在的。

2、氧化物对疲劳寿命的影响

钢中氧含量是影响材质的重要因素,氧含量越低其纯洁度越高,相对应的额定寿命就越长。钢中氧含量和氧化物有着密切的关系,钢液在凝固过程中,铝、钙、硅等元素溶解的氧形成氧化物。氧化物夹杂含量是氧的函数。随着氧含量的降低,氧化物夹杂将减少;氮含量和氧含量一样,同样和氮化物存在函数关系,但由于氧化物在钢材中分布的较分散,起着和碳化物同样作用的支点作用,所以对钢材疲劳寿命没有起到破坏作用。

钢由于氧化物的存在,破坏了金属基体的延续性,又由于氧化物的膨胀系数小于轴承钢基体膨胀系数,当承受交变应力时,易于产生应力集中,成为金属疲劳的发源地。应力集中多数产生在氧化物、点状夹杂物和基体之间,当应力达到足够大时,就产生裂纹,并迅速扩展而破坏。夹杂物塑性越低,形状越尖棱,则应力集中也就越大。

3、硫化物对疲劳寿命的影响

钢中硫含量几乎全部以硫化物形态存在。钢中硫含量增高,则钢中硫化物相应增高,但因硫化物能很好地包围在氧化物周围,减少了氧化物对疲劳寿命的影响,所以夹杂物的数量对疲劳寿命的影响并不是绝对的,与夹杂物的性质、大小和分布有关。个一定夹杂物越多,疲劳寿命就一定越低,必须综合考虑其他影响因素。在轴承钢中硫化物呈细小状弥散分布,并且混入氧化物夹杂之中,即使采用金相方法也难以辨认。试验证实:在原有工艺的基础上,增加Al量对降低氧化物﹑硫化物起到积极的作用。这是因为Ca具有相当强的脱硫能力。夹杂物对强度影响甚微,而对钢的韧性危害较大,其危害程度又取决于钢的强度。

GCr15钢的断裂过程,根据断口分析主要为解理和准解理断裂机制。著名专家肖纪美指出:钢中夹杂物是一种脆性相,体积分数愈高,韧性愈低;夹杂物的尺寸愈大,韧性下降的愈快。对于解理断裂的韧性而言,夹杂物的尺寸愈细小,夹杂物的间距愈小,则韧性不但不下降,反而提高,如果晶内脆性相排列较密,则可缩短位错堆塞距离,不易发生解理断裂,从而提高解理断裂强度。有人专门做过试验:A、B两批钢材属于同一钢种,但是各自所含夹杂物的情况不同。

经过热处理,A、B两批钢材达到相同的抗拉强度95kg/mm',A、B钢材的屈服强度是一样的。在延伸率和面缩率方面,B钢材略低于A钢材仍为合格。经疲劳试验(旋转弯曲)后发现:A钢材是长寿命材,疲劳极限高;B钢材为短寿命材,疲劳极限低。当钢材试样所受循环应力略高于A钢材的疲劳极限时,B钢材的寿命只有A钢材的1/10。A、B钢材中的夹杂物均为氧化物。从夹杂物总量上看,A钢材的纯净度比B钢材的纯净度更差一些,但A钢材的氧化物颗粒大小一致,分布均匀;B钢材含有一些大颗粒的夹杂物,分布也不均匀。这充分说明肖纪美先生的观点是正确的。