【正文】 傷。脆性夾雜物 (如 Al2O3 夾雜 )一般沿軋制方向排列成串狀或點鏈狀；塑性夾雜物 (如硫化物 )呈連續(xù)性分布；點狀 (或球狀 )夾雜物在熱加工時不變形；即不同類型的夾雜物，具有不同的熱應(yīng)力變形能力。但是不同的夾雜物類型、形態(tài)、數(shù)量、尺寸和分布，對鋼的疲勞壽命影響是不相同的。 4 夾雜物對軸承鋼質(zhì)量的影響 夾雜物類型和數(shù)量對疲勞壽命的影響 鋼中的非金屬夾雜物，破壞了金屬的連續(xù)性和均勻性。 由于殘余元素的有害作用，為了提高軸承鋼質(zhì)量，國外在標準中對殘余元素有明確的規(guī)定，如 SKF D33“ SKF3 熱軋球化退火鋼棒”標準中規(guī)定 Ti≤ 30ppm；As≤ %； Sn≤ %； Sb≤ %； Pb≤ %； ≤ %。鎳會降低滾珠軸承淬火層的硬度。 ][% ][% ][% ][% ][% ????? VNiMoCuAl (2) 滾珠軸承鋼有白點敏感性，鋼中氫增加會導(dǎo)致疲勞壽命下降。 由于沒有可靠的檢測方法，對于殘余元素如砷、鉍、鉛、銻和錫等對軸承鋼壽命的影 響報導(dǎo)很少。 Cogne 等和坪田等認為 Ti 含量超過 30~50 10－ 6時疲勞壽命開始下降。因此，在很多國家的軸承鋼標準中都規(guī)定 (如瑞典 SKF、美國 ASTM 標準等 )，不能用 Ca 或 Ca－ Si脫氧。但對軸承鋼而言，殘留鈣不是有意添加的，而是來源于與鋼水接觸的熔渣和爐襯。 圖 5 夾雜物類型對軸承鋼的有害程度 利用上式所作的預(yù)測值和實測結(jié)果基本吻合，由此證明點狀夾雜的確是軸承疲勞壽命降低的直接原因，夾雜尺寸愈大，疲勞壽命愈短。 含 CaO 的點狀夾雜物經(jīng)常是軸承鋼產(chǎn)生裂紋的源泉，佩特爾森 (Peterson)根椐點狀夾雜就是裂紋的假設(shè)。在氧含量很低的軸承鋼中，鈣可部分替代硫化錳中的錳。這種夾雜物與其它夾雜物不同，熱加工時既不變形，也不會破碎。因為要改善鋼中硫化物的尺寸和分布，使其變得細小分散，必須注意凝固條件，應(yīng)盡量將澆鑄溫度降低，以減少硫化物偏析。例如日本山陽特殊鋼公司已將鋼中的硫含量降到了很低的程度 (％ )，但它的硫化物級別并不很低，平均為 級。這是由于鋼中硫化物含量較低，絕不意味著大顆粒夾雜物完全消失，因為鋼在凝固過程中 ，夾雜物存在著聚集、長大的條件。 [%O]/[%S]恒定， [%O]低者其接觸疲勞壽命高。 Cogne 等指出 [18]：在這種條件下硫化物的破壞作用自然也就會顯現(xiàn)出來 (見圖 5)。然而不可否認它也是雜質(zhì)，同樣也會破壞鋼基體組織的連續(xù)性與均勻性。另一方面，所謂用硫化物包覆氧化物可提高滾珠軸承的壽命只是相對的。在熱加工和熱處理溫度下，已形成的硫化物“膜”有可能部分再次溶于鋼的基體。一方面，是因為硫化物包覆氧化物并非僅靠控制氧硫比就一定能實現(xiàn)。按上述研究，這被認為就是其壽命高的原因。其氧含量約為 25~50 10－ 6，硫含量在%以上。瑞典 SKF公司曾經(jīng)是世界上最高質(zhì)量滾珠軸承鋼的生產(chǎn)者。 Eneke 也持相似的觀點。從本世紀 70 年代初期以來，許多研究結(jié)果都指出適當提高鋼中 MnS類硫化物的含量對滾珠軸承的接觸疲勞壽命至少是無害的，甚至是有益的。認為硫化物有益的觀點，常用“共生理論”來解釋之。 硫 峰公雄認為： ( . % . ) % ( . % . )0 21 0 003 0 21 0 007O S O? ? ? ?，硫?qū)π阅軟]有影響。 據(jù)此，只能將氧含量看作是特定工藝范圍內(nèi)疲勞極限的一個相關(guān)參數(shù)。因此，不同的冶煉方法，氧含量即使相同，其疲勞壽命也完全不一樣。這些夾雜物有硫化物（ A類）、氧化物（ B、 C、 D 類）和氮化物。但是應(yīng)當指出的是，氧含量與疲勞壽命的關(guān)系是辯證的關(guān)系，不是絕對的，因為鋼中氧含量的高低，實際上只能代表鋼中氧化物夾雜數(shù)量的多少，它不能代表硫化物和氮化物量的高低，更不用說夾雜物的尺寸及分布了。大冶特殊鋼股份有限公司近年來對此也做過一系列試驗 [15]，結(jié)果表明，當精煉鋼中氧含量降到 20 10－ 6 時，疲勞壽命是電弧爐大氣下熔煉鋼（氧含量為 30 10－ 6）的 倍， 15 10－ 6是 倍， 8 10－ 6 是 倍，接近電渣重熔鋼的水平（見圖 2）。L10(相對壽命 )=372〔 O〕 － ，即二次精煉鋼（氧含量為 10 10－ 6）的疲勞壽命是大氣下熔煉鋼（氧含量為 40 10－ 6）的 10 倍。 對于在特殊條件下工作的軸承，還有特殊要求，如耐高溫性能、耐低溫性能、防腐蝕性能和抗磁性能等等。 性能要求 軸承的壽命和可靠性雖然與軸承的設(shè)計、加工制造、潤滑條件、安裝、維護保養(yǎng)等因素有關(guān)，但軸承材料的高質(zhì)量 和可靠性是關(guān)鍵。在以上幾種力的綜合作用下，在套圈或滾動體的表面上抗疲勞強度低的部位首先產(chǎn)生疲勞裂紋，最后形成疲勞剝落，使軸承破損失效。載荷集中作用在滾動體的很小面積上。當軸承工作時，軸承內(nèi)、外套圈，軸承滾動體間承受高頻、變應(yīng)力的作用。但是國產(chǎn)軸承鋼與瑞典 SKF、日本山陽等先進廠家相比還存在一定差距，主要表現(xiàn)在以下三個方面：一是鋼中微量雜質(zhì)元素含量偏高；二是表面質(zhì)量差 (包括尺寸精度、表面裂紋和脫碳等 )；三是內(nèi)部質(zhì)量不穩(wěn)定，波動范圍大。其 冶煉方法，從 30~40年代傳統(tǒng)的酸性平爐、堿性平爐、堿性電弧爐單煉， 60 年代的鋼包滴流脫氣法和真空循環(huán)脫氣法 (RH)精煉，發(fā)展到今天的綜合爐外精煉工藝 (LF+RH、 LF+VD 等 )，使鋼中氧含量及其它有害元素的含量大幅度降低，疲勞壽命猛增，例如瑞典 SKF 公司是世界公認的軸承及軸承鋼生產(chǎn)“王國”，質(zhì)量居全球之冠，它們 80 年代創(chuàng)建的 SKFMR 法 (MR 是熔煉加精煉的意思 )，使軸承鋼的氧含量達到 10 10－ 6 以下，日本山陽特殊鋼公司從 60 年代起經(jīng)過整整 30~40 年的努力，到80 年代末，最終形成了 90tEAFLFRHCC 工藝生產(chǎn)軸承鋼，氧含量達到 10－ 6 左右。軸承鋼是重要的特鋼品種，其純凈度和組織均勻性是影響軸承壽命的重要因素。 ： ； :； 群： ： ； :； 群： 軸承鋼的生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展 首鋼技 術(shù)研究院 1 前言 滾動軸承是重要的機械基礎(chǔ)件，在宇航、軍工、機械制造、鐵路運輸以及汽車制造等行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。它在很大程度上決定了裝備的精度、性能、壽命與可靠性。含 %C、 %Cr 的GCr15 滾珠軸承鋼是專用鋼中質(zhì)量要求最為苛刻的鋼種，該鋼種是 19 世紀末發(fā)明的， 100年來，成分基本沒變化，而質(zhì)量提高了很多，它是發(fā)達國家中在生產(chǎn)、科研方面投入人力、物力最多的鋼種，一向被認為是高質(zhì)量鋼的代表。 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，中國目前不僅已經(jīng)成為軸承鋼生產(chǎn)大國，形成了幾條軸承鋼生產(chǎn)工藝路線，即 EF＋ LF＋ VD、 EF＋ VAD、 EF＋吹氬或喂絲工藝路線等，年產(chǎn)軸承鋼 80 萬噸左右（日本 60 萬噸、瑞典 70 萬噸），基本能滿足國內(nèi)市場的需求，并有少量出口；而且其內(nèi)部質(zhì)量也接近或達到國際水平，如氧含量降到了 10 10－ 6左右。 2 軸承的工作環(huán)境及對軸承鋼的性能要求 工作環(huán)境 軸承是由內(nèi)、外套圈、滾動體（滾珠、滾柱或滾針）和保持器四部分組成，除保持器外，其余都是由軸承鋼組成。軸承的工作條件十分復(fù)雜。理論上講對于滾珠，作用在一點上；而對于滾柱則作用在一條線上，并且滾動體與套圈間接觸面積也很小（呈點 /線接觸），因此軸承零件在工作時，其滾動體和套圈表面的單 位面積上要承受很大的壓力，一般高達 1500－ 5000N/mm2；軸承旋轉(zhuǎn)時，還要承受離心力的作用，作用力隨轉(zhuǎn)速的增加而增大；滾動體和套圈間不僅存在滾動，而且還有滑動，所以在滾動體與套圈之間還存在著摩擦。軸承正常的破損形式是接觸疲勞損壞，常見的還有塑性變形、壓痕、磨損、裂紋等?；谝陨蠈S承的工作條件和破損的分析， 對軸承鋼的性能應(yīng)有如下要求： (1)高的純凈度和高均勻性； (2)足夠的抗壓強度和抗永久變形能力； (3)優(yōu)良的接觸疲勞性能； (4)高的耐磨性； (5)良好的尺寸穩(wěn)定性； (6)良好的工藝性能。 3 微量元素對軸承鋼質(zhì)量的影響 氧 瑞典 SKF公司和日本山陽特殊鋼公司對軸承鋼氧含量與疲勞壽命的關(guān)系，做過大量的試驗研 究工作，得出了明確的結(jié)論，見圖 1～ 2。上杉年一認為：精煉鋼氧含量降到 5 10－ 6，其疲勞壽命是非精煉鋼的 30倍，與真空自耗和電渣重熔鋼相當。 軸承鋼中的氧含量與疲勞壽命之間的關(guān)系，國內(nèi)外的試驗結(jié)果大體一致。通常，一個軸承件的破壞，往往是由許多夾雜物中的一個大型夾雜物引起。從這個意義上說，夾雜物的尺寸與分 布對疲勞壽命影響最大。圖 3表示各種不同煉鋼