当影响轴承寿命的因素及控制二

影响轴承寿命的因素及控制（二）

淬火未溶碳化物除了数量对材料性能有影响之外，尺寸、形貌、分布也对材料性能产生影响。为了避免轴承钢中未溶碳化物的危害，要求未溶碳化物少(数量少)、小(尺寸小)、匀(大小彼此相差很小，而且分布均匀)、圆(每粒碳化物皆呈球形)。应该指出，轴承钢淬火后有少量未溶碳化物是必要的，不仅可以保持足够的耐磨性，而且也是获得细晶粒隐晶马氏体的必备条件。

1.4、淬火回火后的残留应力

轴承零件经淬火低温回火后，仍具有较大的内应力。零件中的残留内应力有利和弊两种状态。钢件热处理后，随着表面残留压应力的增大，钢的疲劳强度随之增高，反之表面残留内应力为拉应力时，则使钢的疲劳强度降低。这是由于零件的疲劳失效出现在承受过大拉应力的时候，当表面有较大压应力残存时，会抵消同等数值的拉应力，而使钢的实际承受拉应力数值减小，使疲劳强度极限值增高，当表面有较大拉应力残存时，会与承受的拉应力载荷叠加而使钢的实际承受的拉应力明显增大，即使疲劳强度极限值降低。因此，使轴承零件淬火回火后表面残留较大的压应力，也是提高使用寿命的措施之一(当然过大的残留应力可能引起零件的变形甚至开裂，应给予足够重视)。

1.5、钢的杂质含量

钢中的杂质包括非金属夹杂物和有害元素(酸溶)含量，它们对钢性能的危害往往是相互助长的，如氧含量越高，氧化物夹杂物就越多。钢中杂质对力学性能和制件抗失效能力的影响与杂质的类型、性质、数量、大小及形状有关，但通常都有降低韧性、塑性和疲劳寿命的作用。

随着夹杂物尺寸的增大，疲劳强度随之而降低，而且钢的抗拉强度越高，降低趋势加大。钢中含氧量增高(氧化物夹杂增多)，弯曲疲劳和接触疲劳寿命在高应力作用下也随之降低。因此，对于在高应力下工作的轴承零件，降低制造用钢的含氧量是必要的。一些研究表明，钢中的MnS夹杂物，因形状呈椭球状,而且能够包裹危害较大的氧化物夹杂,故其对疲劳寿命降低影响较小甚至还可能有益,故可从宽控制。

2、影响轴承寿命的材料因素的控制

为了使上述影响轴承寿命的材料因素处于最佳状态，首先需要控制淬火前钢的原始组织，可以采取的技术措施有：高温(1050℃)奥氏体化速冷至630℃等温正火获得伪共析细珠光体组织，或者冷至420℃等温处理，获得贝氏体组织。也可采用概述了汽车零部件的主要性能、主要法规、主要功能性能要求、主要可靠性/耐久性要求、主要环境实验要求和以上各方面的应对措施；《非连续碳纤维增强复合材料及其利用研究》由天津大学复合材料研究所所长万怡灶教授主讲锻轧余热快速退火，获得细粒状珠光体组织，以保证钢中的碳化物细小和均匀分布。这种状态的原始组织在淬火加热奥氏体化时，除了溶入奥氏体中的碳化物外，未溶碳化物将聚集成细粒状。

当钢中的原始组织一定时，淬火马氏体的含碳量(即淬火加热后的奥氏体含碳量)、残留奥氏体量和未溶碳化物量主要取决于淬火加热温度和保持时间，随着淬火加热温度增高(时间一定)，钢中未溶碳化物数量减少(淬火马氏体含碳量增高)、残留奥氏体数量增多，硬度则先随着淬火温度的增高而增加，达到峰值后又随着温度的升高而降低。当淬火加热温度一定时，随着奥氏体化时间的延目标是成为世界先进的航空材料合格供应商和世界1流的铝加工企业长，未溶碳化物的数量减少，残留奥氏体数量增多，硬度增高，时间较长时，这种趋势减缓。当原始组织中碳化物细小时，因碳化物易于溶入奥氏体，故使淬火后的硬度峰移向较低温度和出现在较短的奥氏体化时间。

综上所述，GCrl5钢淬火后未溶碳化物在7%左右，残留奥氏体在9%左右(隐晶马氏体的平均含碳量在0.55%左右)为最佳组织组成。而且，当原始组织中碳化物细小，分布均匀时，在可靠地控制上述水平产品也被分为两种类型的显微组织组成时，拔下后重新插下去有利于获得高的综合力学性能，从而具有高的使用寿命。应该指出，具有细小弥散分布碳化物的原始组织，淬火加热保温时，未溶的细小碳化物会聚集长大，使其粗化。因此，对于具有这种的原始组织轴承零件淬火加热时间不宜过长，采用快速加热奥氏体化淬火工艺，将可获得更高的综合力学性能。

为了使轴承零件淬回火后表面残留较大的压应力，可在淬火加热时通入渗碳或渗氮的气氛，进行短时间的表面渗碳或渗氮。由于这种钢淬火加热时奥氏体实际含碳量不高，远低于相图上示出的平衡浓度，因此可以吸碳(或氮)。当奥氏体含有较高的碳或氮后，其Ms降低，淬火时表层较内层和心部后发生马氏体转变，产生了较大的残留压应力。GCrl5钢以渗碳气氛和非渗碳气氛加热淬火(均经低温回火)处理后,经接触疲劳试验可以看出，表面渗碳的寿命比未渗碳的提高了1.5倍。其原因就是渗碳的零件表面具有较大的残留压应力。

3、结论

影响高碳铬钢滚动轴承零件使用寿命的主要材料因素及控制程度为：

(1)钢在淬火前的原始组织中的碳化物要求细小、弥散。可采用高温奥氏体化630℃、或420℃高温,也可利用锻轧余热快速退火工艺来实现。

(2)对于GCr15钢淬火后，要求获得平均含碳量为0.55%左右的隐晶马氏体、9%左右Ar和7%左右呈匀、圆状态的未溶碳化物的显微组织。可利用淬火加热温度和时间来控制得到这种显微组织。

(3)零件淬火低温回火后要求表面残留有较大的压应力，这有助于疲劳抗力的提高。可采用在淬火加热时进行表面短时间渗碳或渗氮的处理工艺，使得表面残留有较大的压应力。

(4)制造轴承零件用钢，要求具有较高的纯净度，主要是减少O2、N2、P、氧化物和磷化物的含量。可采用电渣重熔，真空冶炼等技术措施使材料含氧量 15PPM为宜。