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。