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夹杂物对GCr15轴承精密钢管疲劳寿命的影响

出现于GCr15轴承精密钢管中的非金属材料掺杂物,损坏了金属材料的持续性,在交变应力功用下,容易造成应力集中,变成疲劳裂痕源,显著减少钢的疲劳寿命。科学研究提出,掺杂物对疲劳寿命的干扰,与掺杂物种类有关系。危害性最高的是点状掺杂和刚玉;其次是氮化物和半塑性变形掺杂物;塑性变形硅酸盐危害性较小。硫化物并无有害干扰,甚至有人以为提高硫含量反而会使疲劳寿命提高。有人试验把硫含量从0.008%提高到0.018%,可使疲劳寿命提高200%。

但是也有试验提出,硫含量从0,007%提高到0.045%疲劳寿命的平均值没有什么变化。不太一样试验得出的结论不太一样,这可能和冶炼方法不太一样及试验复杂性等因素有关。硫化物的有益(至少是无害的)功用,这是近年来对掺杂物深入研究所得到的一个重要的技术成果。长期以来,人们把所有的掺杂物都视为有害的,以为硫含量控制越低越好,对这种概念应有新的认识。

为何不太一样种类掺杂物对GCr15轴承精密钢管的疲劳寿命造成不太一样的干扰?这与掺杂物的热塑性和热膨胀系数有关。掺杂物与金属材料基材相对形变能力,可用形变因素来表示(形变因素为掺杂物形变量与金属材料基材形变量之比)。科学研究提出,刚玉、镁尖晶石和钙的铝酸盐在形变溫度下不具备塑性变形,即形变因素为零。

在热变时,这些硬脆的掺杂物将把钢的基材“刮伤”。显微观查得出结论,在点状不形变掺杂物的周边常发觉有喇叭形的空洞或裂痕,这种“刮伤”往往就是疲劳损坏的“胚芽”;但在硫化物周边就看不到这种裂痕。掺杂物的室内温度塑性变形影响到在应力功用下与GCr15轴承精密钢管基材能否发生协调性形变。上面提到的刚玉、钙的铝酸盐和尖晶石在室内温度下不能形变,导致掺杂物与GCr15精密钢管基材界面脱开而开裂。而硫化物能和基材一起协调性形变,因而就不会出现界面脱开的现象。由Brooksbank微观应力场理论可以知道,当溫度变化时,因为钢基材热膨胀系数与掺杂物热膨胀系数不太一样而造成应力。

因为氧化物质的热膨胀系数小于基材的热膨胀系数,从而冷却时在GCr15轴承精密钢管的基材中产生残余拉应力;而硫化物的热膨胀系数大于基材的热膨胀系数,则产生残余压应力。硫化物的有益功用,还可以用“共生关系”理论来解释。钢液凝结时,低熔点的硫化物吸附在多角形的氧化物质外表上,产生硫化物包围着氧化物质的共生关系掺杂物,它可以松驰拉应力,并能开展协调性形变,从而减少氧化物质的有害功用。

有关掺杂物的总产量、规格、样式和分散对GCr15轴承精密钢管的疲劳寿命的干扰也开展过许多科学研究,结论提出,疲劳寿命随氧化物质的总产量增多和规格增大而减少,并且试样规格越小,掺杂物规格的干扰就越大,掺杂物规格越大,越可以在较深处造成疲劳裂痕。在试样表层上能造成疲劳裂痕损坏的下限规格为6〜8μm,小于这个规格的掺杂物对寿命无干扰;当规格大于20〜30μm以后,对疲劳寿命危害性功用急剧增大。掺杂物的样式是多样的,有圆的、方的、条形、角状和链状等不规则样式,通常以为细条形塑性变形掺杂物危害性较小,尖棱状硬脆掺杂物危害性最高,因为它非常容易“刮伤”金属材料基材和造成应力集中。

轴承用精密钢管中相同掺杂物,因为脱离外表的间距不太一样,其干扰水平也不太一样。前面提及,疲劳裂痕源通常出现在最高切应力处(离外表约0.35〜0.55mm),掺杂物脱离这个部位越长,其危害性水平就越小。从以上所述可以知道,为减少掺杂物的危害性,不光要减少钢中掺杂物的总产量,而且要控制掺杂物的种类、大小、样式和分散。满意的状况是掺杂物总产量少、规格小、塑性变形好、并呈细条形分布均匀。

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