影响轴承钢疲劳寿命因素

发布时间：2022-01-19 10:37:02 浏览次数：31225

轴承钢GCr15作为轴承常用的一种材料了，内在质量的综合标志就是疲劳寿命，有学者提出观点：降低氧含量仍未起到大幅度提高轴承钢疲劳寿命的作用。其实只有同时降低氧化物和硫化物含量，才能充分挖掘材质潜力，大幅度提高轴承钢的疲劳寿命。

为什么降低氧含量不能提高轴承钢疲劳寿命呢？上海御微轴承公司技术部工程师分析后认为原因：在氧化物夹杂量降低以后，多余的硫化物又成为影响钢材疲劳寿命的不利因素。只有同时降低氧化物和硫化物含量，才能充分挖掘材质潜力，大幅度提高轴承钢的疲劳寿命。

那哪些因素会影响轴承钢疲劳寿命呢？现就以上问题分析如下：

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95 kg/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，疲劳高;B钢材为短寿命材，疲劳低。当钢材试样所受循环应力略高于A钢材的疲劳时，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。