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軸承鋼GCr15作為軸承常用的一種材料了，內(nèi)在質(zhì)量的綜合標(biāo)志就是疲勞壽命，有學(xué)者提出觀點(diǎn)：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(shí)只有同時(shí)降低氧化物和硫化物含量，才能充分挖掘材質(zhì)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(shù)部工程師分析后認(rèn)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(shí)降低氧化物和硫化物含量，才能充分挖掘材質(zhì)潛力，大幅度提高軸承鋼的疲勞壽命。
那哪些因素會(huì)影響軸承鋼疲勞壽命呢？現(xiàn)就以上問題分析如下：
1、氮化物對(duì)疲勞壽命的影響
有的學(xué)者指出：鋼中增氮，氮化物的體積分?jǐn)?shù)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(shù)所限，還有相當(dāng)數(shù)量的小于0．2in夾雜物顆粒未計(jì)算在內(nèi)。恰恰是這些微小的氮化物顆粒的存在狀態(tài)，對(duì)軸承鋼的疲勞壽命有著直接影響。Ti是形成氮化物的強(qiáng)元素之一，比重小，易上浮，還會(huì)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(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋，因此要控制此種夾雜物的產(chǎn)生。
試驗(yàn)結(jié)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(tài)得到了改善，穩(wěn)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(nèi)呈彌散狀態(tài)分布，成為有利因素，使軸承鋼的強(qiáng)度和韌性得到了良好配合，極大地增加鋼的硬度、強(qiáng)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(duì)疲勞壽命的影響
鋼中氧含量是影響材質(zhì)的重要因素，氧含量越低其純潔度越高，相對(duì)應(yīng)的額定壽命就越長(zhǎng)。鋼中氧含量和氧化物有著密切的關(guān)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(shù)。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(shù)關(guān)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(diǎn)作用，所以對(duì)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(xù)性，又由于氧化物的膨脹系數(shù)小于軸承鋼基體膨脹系數(shù)，當(dāng)承受交變應(yīng)力時(shí)，易于產(chǎn)生應(yīng)力集中，成為金屬疲勞的發(fā)源地。應(yīng)力集中多數(shù)產(chǎn)生在氧化物、點(diǎn)狀?yuàn)A雜物和基體之間，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到足夠大時(shí)，就產(chǎn)生裂紋，并迅速擴(kuò)展而破壞。夾雜物塑性越低，形狀越尖棱，則應(yīng)力集中也就越大。
3、硫化物對(duì)疲勞壽命的影響
鋼中硫含量幾乎全部以硫化物形態(tài)存在。鋼中硫含量增高，則鋼中硫化物相應(yīng)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(duì)疲勞壽命的影響，所以夾雜物的數(shù)量對(duì)疲勞壽命的影響并不是絕對(duì)的，與夾雜物的性質(zhì)、大小和分布有關(guān)。個(gè)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(xì)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(rèn)。試驗(yàn)證實(shí):在原有工藝的基礎(chǔ)上，增加Al量對(duì)降低氧化物?硫化物起到積極的作用。這是因?yàn)镃a具有相當(dāng)強(qiáng)的脫硫能力。夾雜物對(duì)強(qiáng)度影響甚微，而對(duì)鋼的韌性危害較大，其危害程度又取決于鋼的強(qiáng)度。
GCr15鋼的斷裂過程，根據(jù)斷口分析主要為解理和準(zhǔn)解理斷裂機(jī)制。著名專家肖紀(jì)美指出:鋼中夾雜物是一種脆性相，體積分?jǐn)?shù)愈高，韌性愈低;夾雜物的尺寸愈大，韌性下降的愈快。對(duì)于解理斷裂的韌性而言，夾雜物的尺寸愈細(xì)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(nèi)脆性相排列較密，則可縮短位錯(cuò)堆塞距離，不易發(fā)生解理斷裂，從而提高解理斷裂強(qiáng)度。有人專門做過試驗(yàn):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(jīng)過熱處理，A、B兩批鋼材達(dá)到相同的抗拉強(qiáng)度95 kg/mm'，A、B鋼材的屈服強(qiáng)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(jīng)疲勞試驗(yàn)(旋轉(zhuǎn)彎曲)后發(fā)現(xiàn):A鋼材是長(zhǎng)壽命材，疲勞高;B鋼材為短壽命材，疲勞低。當(dāng)鋼材試樣所受循環(huán)應(yīng)力略高于A鋼材的疲勞時(shí)，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(jì)美先生的觀點(diǎn)是正確的。
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