【正文】 曲旋轉(zhuǎn)疲勞性能與失效率的關(guān)系。這種空洞引起“劃傷”往往就是疲勞破壞的“胚芽”，因此點(diǎn)狀?yuàn)A雜物危害極大。有時(shí)在變形時(shí)，這些夾雜物還能將鋼的基體劃傷。脆性夾雜物(如Al2O3夾雜)一般沿軋制方向排列成串狀或點(diǎn)鏈狀；塑性夾雜物(如硫化物)呈連續(xù)性分布；點(diǎn)狀(或球狀)夾雜物在熱加工時(shí)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(duì)鋼的疲勞壽命影響是不相同的。4 夾雜物對(duì)軸承鋼質(zhì)量的影響 D型和B型夾雜的彎曲疲勞 強(qiáng)度的失效分布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(biāo)準(zhǔn)中對(duì)殘余元素有明確的規(guī)定，如SKF D33“SKF3熱軋球化退火鋼棒”標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定Ti≤30ppm；As≤%；Sn≤%；Sb≤%；Pb≤%；≤%。鎳會(huì)降低滾珠軸承淬火層的硬度。 (2)滾珠軸承鋼有白點(diǎn)敏感性，鋼中氫增加會(huì)導(dǎo)致疲勞壽命下降。由于沒有可靠的檢測(cè)方法，對(duì)于殘余元素如砷、鉍、鉛、銻和錫等對(duì)軸承鋼壽命的影響報(bào)導(dǎo)很少。Cogne等和坪田等認(rèn)為Ti含量超過30~5010－6時(shí)疲勞壽命開始下降。因此，在很多國家的軸承鋼標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定(如瑞典SKF、美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)等)，不能用Ca或Ca－Si脫氧。但對(duì)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。利用上式所作的預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合，由此證明點(diǎn)狀?yuàn)A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(diǎn)狀?yuàn)A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(diǎn)狀?yuàn)A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(shí)既不變形，也不會(huì)破碎。因?yàn)橐纳其撝辛蚧锏某叽绾头植?，使其變得?xì)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(jí)別并不很低。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?yàn)殇撛谀踢^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(huì)顯現(xiàn)出來(見圖5)。然而不可否認(rèn)它也是雜質(zhì)，同樣也會(huì)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(duì)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?yàn)榱蚧锇惭趸锊⒎莾H靠控制氧硫比就一定能實(shí)現(xiàn)。按上述研究，這被認(rèn)為就是其壽命高的原因。其氧含量約為25~5010－6，%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(diǎn)。從本世紀(jì)70年代初期以來，許多研究結(jié)果都指出適當(dāng)提高鋼中MnS類硫化物的含量對(duì)滾珠軸承的接觸疲勞壽命至少是無害的，甚至是有益的。認(rèn)為硫化物有益的觀點(diǎn)，常用“共生理論”來解釋之。圖3 不同煉鋼工藝的GCr15鋼中總氧含 量與彎曲疲勞極限的關(guān)系 圖4 硫化物阻止蝶形開裂萌發(fā)一例(只有 單翼的蝶裂) 峰公雄認(rèn)為：，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(gè)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(dāng)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(duì)的，因?yàn)殇撝醒鹾康母叩停瑢?shí)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(duì)此也做過一系列試驗(yàn)[15]，結(jié)果表明，當(dāng)精煉鋼中氧含量降到2010－6時(shí)，疲勞壽命是電弧爐大氣下熔煉鋼（氧含量為3010－6），1510－，810－，接近電渣重熔鋼的水平（見圖2）。(相對(duì)壽命)=372〔O〕－，即二次精煉鋼（氧含量為1010－6）的疲勞壽命是大氣下熔煉鋼（氧含量為4010－6）的10倍。對(duì)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。軸承的壽命和可靠性雖然與軸承的設(shè)計(jì)、加工制造、潤滑條件、安裝、維護(hù)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(dòng)體的表面上抗疲勞強(qiáng)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(dòng)體的很小面積上。當(dāng)軸承工作時(shí)，軸承內(nèi)、外套圈，軸承滾動(dòng)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(jìn)廠家相比還存在一定差距，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)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(dòng)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(rèn)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(dá)到1010－6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，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。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(dòng)軸承是重要的機(jī)械基礎(chǔ)件，在宇航、軍工、機(jī)械制造、鐵路運(yùn)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。%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(jì)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(dá)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(rèn)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(chǎng)的需求，并有少量出口；而且其內(nèi)部質(zhì)量也接近或達(dá)到國際水平，如氧含量降到了1010－6左右。2 軸承的工作環(huán)境及對(duì)軸承鋼的性能要求 軸承是由內(nèi)、外套圈、滾動(dòng)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(duì)于滾珠，作用在一點(diǎn)上；而對(duì)于滾柱則作用在一條線上，并且滾動(dòng)體與套圈間接觸面積也很?。ǔ庶c(diǎn)/線接觸），因此軸承零件在工作時(shí)，其滾動(dòng)體和套圈表面的單位面積上要承受很大的壓力，一般高達(dá)1500－5000N/mm2；軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(dòng)體和套圈間不僅存在滾動(dòng)，而且還有滑動(dòng)，所以在滾動(dòng)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?duì)軸承的工作條件和破損的分析，對(duì)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(qiáng)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(duì)軸承鋼質(zhì)量的影響圖1 氧含量與壽命的關(guān)系 瑞典SKF公司和日本山陽特殊鋼公司對(duì)軸承鋼氧含量與疲勞壽命的關(guān)系，做過大量的試驗(yàn)研究工作，得出了明確的結(jié)論，見圖1～2。上杉年一認(rèn)為：精煉鋼氧含量降到510－6，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(dāng)