影響軸承壽命的因素及控制（二）

　淬火未溶碳化物除了數(shù)量對材料性能有影響之外，尺寸、形貌、分布也對材料性能產(chǎn)生影響。為了避免軸承鋼中未溶碳化物的危害，要求未溶碳化物少(數(shù)量少)、小(尺寸小)、勻(大小彼此相差很小，而且分布均勻)、圓(每粒碳化物皆呈球形)。應(yīng)該指出，軸承鋼淬火后有少量未溶碳化物是必要的，不僅可以保持足夠的耐磨性，而且也是獲得細晶粒隱晶馬氏體的必備條件。

　　1.4、淬火回火后的殘留應(yīng)力

　　軸承零件經(jīng)淬火低溫回火后，仍具有較大的內(nèi)應(yīng)力。零件中的殘留內(nèi)應(yīng)力有利和弊兩種狀態(tài)。鋼件熱處理后，隨著表面殘留壓應(yīng)力的增大，鋼的疲勞強度隨之增高，反之表面殘留內(nèi)應(yīng)力為拉應(yīng)力時，則使鋼的疲勞強度降低。這是由于零件的疲勞失效出現(xiàn)在承受過大拉應(yīng)力的時候，當(dāng)表面有較大壓應(yīng)力殘存時，會抵消同等數(shù)值的拉應(yīng)力，而使鋼的實際承受拉應(yīng)力數(shù)值減小，使疲勞強度極限值增高，當(dāng)表面有較大拉應(yīng)力殘存時，會與承受的拉應(yīng)力載荷疊加而使鋼的實際承受的拉應(yīng)力明顯增大，即使疲勞強度極限值降低。因此，使軸承零件淬火回火后表面殘留較大的壓應(yīng)力，也是提高使用壽命的措施之一(當(dāng)然過大的殘留應(yīng)力可能引起零件的變形甚至開裂，應(yīng)給予足夠重視)。

　　1.5、鋼的雜質(zhì)含量

　　鋼中的雜質(zhì)包括非金屬夾雜物和有害元素(酸溶)含量，它們對鋼性能的危害往往是相互助長的，如氧含量越高，氧化物夾雜物就越多。鋼中雜質(zhì)對力學(xué)性能和制件抗失效能力的影響與雜質(zhì)的類型、性質(zhì)、數(shù)量、大小及形狀有關(guān)，但通常都有降低韌性、塑性和疲勞壽命的作用。

　　隨著夾雜物尺寸的增大，疲勞強度隨之而降低，而且鋼的抗拉強度越高，降低趨勢加大。鋼中含氧量增高(氧化物夾雜增多)，彎曲疲勞和接觸疲勞壽命在高應(yīng)力作用下也隨之降低。因此，對于在高應(yīng)力下工作的軸承零件，降低制造用鋼的含氧量是必要的。一些研究表明，鋼中的MnS夾雜物，因形狀呈橢球狀,而且能夠包裹危害較大的氧化物夾雜,故其對疲勞壽命降低影響較小甚至還可能有益,故可從寬控制。

　　2、影響軸承壽命的材料因素的控制

　　為了使上述影響軸承壽命的材料因素處于最佳狀態(tài)，首先需要控制淬火前鋼的原始組織，可以采取的技術(shù)措施有：高溫(1050℃)奧氏體化速冷至630℃等溫正火獲得偽共析細珠光體組織，或者冷至420℃等溫處理，獲得貝氏體組織。也可采用鍛軋余熱快速退火，獲得細粒狀珠光體組織，以保證鋼中的碳化物細小和均勻分布。這種狀態(tài)的原始組織在淬火加熱奧氏體化時，除了溶入奧氏體中的碳化物外，未溶碳化物將聚集成細粒狀。

　　當(dāng)鋼中的原始組織一定時，淬火馬氏體的含碳量(即淬火加熱后的奧氏體含碳量)、殘留奧氏體量和未溶碳化物量主要取決于淬火加熱溫度和保持時間，隨著淬火加熱溫度增高(時間一定)，鋼中未溶碳化物數(shù)量減少(淬火馬氏體含碳量增高)、殘留奧氏體數(shù)量增多，硬度則先隨著淬火溫度的增高而增加，達到峰值后又隨著溫度的升高而降低。當(dāng)淬火加熱溫度一定時，隨著奧氏體化時間的延長，未溶碳化物的數(shù)量減少，殘留奧氏體數(shù)量增多，硬度增高，時間較長時，這種趨勢減緩。當(dāng)原始組織中碳化物細小時，因碳化物易于溶入奧氏體，故使淬火后的硬度峰移向較低溫度和出現(xiàn)在較短的奧氏體化時間。

　　綜上所述，GCrl5鋼淬火后未溶碳化物在7%左右，殘留奧氏體在9%左右(隱晶馬氏體的平均含碳量在0.55%左右)為最佳組織組成。而且，當(dāng)原始組織中碳化物細小，分布均勻時，在可靠地控制上述水平的顯微組織組成時，有利于獲得高的綜合力學(xué)性能，從而具有高的使用壽命。應(yīng)該指出，具有細小彌散分布碳化物的原始組織，淬火加熱保溫時，未溶的細小碳化物會聚集長大，使其粗化。因此，對于具有這種的原始組織軸承零件淬火加熱時間不宜過長，采用快速加熱奧氏體化淬火工藝，將可獲得更高的綜合力學(xué)性能。

　　為了使軸承零件淬回火后表面殘留較大的壓應(yīng)力，可在淬火加熱時通入滲碳或滲氮的氣氛，進行短時間的表面滲碳或滲氮。由于這種鋼淬火加熱時奧氏體實際含碳量不高，遠低于相圖上示出的平衡濃度，因此可以吸碳(或氮)。當(dāng)奧氏體含有較高的碳或氮后，其Ms降低，淬火時表層較內(nèi)層和心部后發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生了較大的殘留壓應(yīng)力。GCrl5鋼以滲碳氣氛和非滲碳氣氛加熱淬火(均經(jīng)低溫回火)處理后,經(jīng)接觸疲勞試驗可以看出，表面滲碳的壽命比未滲碳的提高了1.5倍。其原因就是滲碳的零件表面具有較大的殘留壓應(yīng)力。

　　3、結(jié)論

　　影響高碳鉻鋼滾動軸承零件使用壽命的主要材料因素及控制程度為：

　　(1)鋼在淬火前的原始組織中的碳化物要求細小、彌散。可采用高溫奧氏體化630℃、或420℃高溫,也可利用鍛軋余熱快速退火工藝來實現(xiàn)。

　　(2)對于GCr15鋼淬火后，要求獲得平均含碳量為0.55%左右的隱晶馬氏體、9%左右Ar和7%左右呈勻、圓狀態(tài)的未溶碳化物的顯微組織。可利用淬火加熱溫度和時間來控制得到這種顯微組織。

　　(3)零件淬火低溫回火后要求表面殘留有較大的壓應(yīng)力，這有助于疲勞抗力的提高。可采用在淬火加熱時進行表面短時間滲碳或滲氮的處理工藝，使得表面殘留有較大的壓應(yīng)力。

　　(4)制造軸承零件用鋼，要求具有較高的純凈度，主要是減少O2、N2、P、氧化物和磷化物的含量。可采用電渣重熔，真空冶煉等技術(shù)措施使材料含氧量≤15PPM為宜。