材料次表面起源型剝落的長壽命技術(shù)

發(fā)布于：02-11

根據(jù)軸承的工況條件不同，其失效形式不同，所采用的材料及熱處理長壽命措施各異。



提高鋼的潔凈度，改善夾雜物的分布對(duì)于易發(fā)生次表面起源型剝落的軸承，如潔凈潤滑及密封良好的軸承，其壽命主要取決于材料中夾雜物的類型、數(shù)量及尺寸。其中，氧化物型(AI：O，，SiO：等)和Ti型(TiN)非金屬夾雜物是有害的，其縮短軸承壽命，尤其是粗大的硬脆夾雜物對(duì)接觸疲勞的壽命影響最大，夾雜物的尺寸越大，與基體的硬度差別越大，其危害越大。因而，為了延長軸承壽命，有效的方法是減少非金屬夾雜物量，其中最有效的方法是降低鋼中的Ti和氧含量。通過鋼包精煉、真空脫氣、改善制鋼條件降低非金屬夾雜物等雜質(zhì)和氧含量，可有效提高鋼的潔凈度和疲勞壽命。當(dāng)氧含量由30×10“降低到10×10。6以下時(shí)，軸承壽命提高20—30倍以上。如NSK開發(fā)的Z鋼、KOYO生產(chǎn)的高精煉鋼HRS，其軸承的壽命為標(biāo)準(zhǔn)鋼制軸承的3倍，等同于特殊重熔鋼的壽命(如VAR，ESR)。



近年來的研究還發(fā)現(xiàn)：即使是鋼的氧含量降至10×10。6以下，甚至是6×10。6以下，其疲勞壽命仍具有分散性，即少數(shù)的軸承壽命仍很低，影響了軸承的可靠性;同時(shí)，進(jìn)一步降低氧含量將大大增加成本。其原因是盡管鋼的整體氧含量很低、非金屬夾雜物的總量很少，但仍存在極少量的大尺寸非金屬夾雜物，在一定的條件下導(dǎo)致軸承的早期疲勞剝落。為此，最近日本采用了一些新的夾雜物評(píng)定控制方法，如極限法統(tǒng)計(jì)(The?statisticsof?extremes?method)、NSK—ISD法(NSK—inclusionsize?distribution?discriminating?method)等。采用這些評(píng)估方法可以改善煉鋼工藝和條件來減少非金屬夾雜物的數(shù)量和尺寸，控制夾雜物的尺寸和分布，尤其是控制大尺寸夾雜物的數(shù)量。如NSK在采用NSK—ISD法評(píng)定夾雜物的試驗(yàn)基礎(chǔ)上確立SNRP(SANYO?New?Refining?Process)煉鋼方法，生產(chǎn)出EP鋼。該鋼的氧含量為5×10。6左右，夾雜物分布及尺寸均勻，壽命長(厶。為z鋼的5倍以上)、壽命分散性大大減小，使可靠性大大提高。另外，除非金屬夾雜物外，粗大的碳化物同樣也是疲勞剝落的優(yōu)先源區(qū)，尤其是在高純度鋼中，其對(duì)壽命和可靠性的影響更加突出。因此，國外公司在煉鋼時(shí)采用了多種措施來改善碳化物的分布，如澆注時(shí)采用電磁攪拌、采用大尺寸的連鑄等。此外，結(jié)合鍛造，采用等溫球化退火也可進(jìn)一步細(xì)化均勻碳化物。



2.改進(jìn)合金成分提高基體強(qiáng)度



在潔凈潤滑條件下，次表面起源的剝落也可由最大切應(yīng)力處基體的疲勞而引起。在這種情況下，延長疲勞壽命的有效途徑是通過合金元素的最佳化來強(qiáng)化材料的基體，防止基體疲勞的發(fā)生。如KOYO開發(fā)的GT鋼，其是在SUJ2的基礎(chǔ)上添加Si，Ni，提高了基體強(qiáng)度、韌性，同時(shí)提高了抗回火穩(wěn)定性，在潔凈潤滑條件下其軸承的疲勞壽命約為標(biāo)準(zhǔn)SUJ2的6倍以上。GT鋼用于制造在重載、潤滑條件下或小型輕量化條件下使用的軸承。NSK開發(fā)的SHJ5是在GCrl5的基礎(chǔ)上增加了鉻含量。