Чому зменшення вмісту кисню не може покращити втомну довговічність підшипникової сталі? Після аналізу вважається, що причина полягає в тому, що після зменшення кількості оксидних включень надлишок сульфідів стає несприятливим фактором, що впливає на втомну довговічність сталі. Тільки шляхом одночасного зменшення вмісту оксидів і сульфідів можна повністю використати матеріальний потенціал і значно покращити втомну довговічність підшипникової сталі.
Які фактори впливатимуть на довговічність підшипникової сталі? Вищезазначені проблеми аналізуються наступним чином:
1. Вплив нітридів на довговічність
Деякі вчені зазначають, що при додаванні азоту до сталі об'ємна частка нітридів зменшується. Це пов'язано зі зменшенням середнього розміру включень у сталі. Через обмеження технології все ще існує значна кількість частинок включень розміром менше 0,2 дюйма. Саме наявність цих крихітних частинок нітридів безпосередньо впливає на довговічність підшипникової сталі. Ti є одним з найміцніших елементів, що утворюють нітриди. Він має невелику питому вагу і легко флотується. Частина Ti залишається в сталі, утворюючи багатокутні включення. Такі включення можуть спричинити локальну концентрацію напружень і тріщини від втоми, тому необхідно контролювати появу таких включень.
Результати випробувань показують, що вміст кисню в сталі знижується до рівня нижче 20 ppm, вміст азоту збільшується, розмір, тип та розподіл неметалевих включень покращуються, а стабільні включення значно зменшуються. Хоча кількість нітридних частинок у сталі збільшується, вони дуже малі та розподілені в дисперсному стані на межі зерен або всередині зерна, що є сприятливим фактором, завдяки якому міцність та в'язкість підшипникової сталі добре узгоджуються, а твердість та міцність сталі значно збільшуються, особливо об'єктивним є ефект покращення контактної втоми.
2. Вплив оксидів на довговічність
Вміст кисню в сталі є важливим фактором, що впливає на матеріал. Чим нижчий вміст кисню, тим вища чистота і тим довший відповідний номінальний термін служби. Існує тісний зв'язок між вмістом кисню в сталі та оксидами. Під час процесу затвердіння розплавленої сталі розчинений кисень алюмінію, кальцію, кремнію та інших елементів утворює оксиди. Вміст оксидних включень залежить від кисню. Зі зменшенням вмісту кисню зменшуються включення оксидів; вміст азоту такий самий, як і вміст кисню, і також має функціональний зв'язок з нітридом, але оскільки оксид більш диспергований у сталі, він відіграє ту саму роль, що й точка опори карбіду, тому він не має руйнівного впливу на втомну довговічність сталі.
Через наявність оксидів сталь руйнує безперервність металевої матриці, і оскільки коефіцієнт розширення оксидів менший за коефіцієнт розширення сталевої матриці підшипника, під впливом змінного напруження легко виникає концентрація напружень, що призводить до втоми металу. Найбільша концентрація напружень виникає між оксидами, точковими включеннями та матрицею. Коли напруження досягає достатньо великого значення, виникають тріщини, які швидко розширюються та руйнуються. Чим нижча пластичність включень і чим гостріша їх форма, тим більша концентрація напружень.
3. Вплив сульфіду на довговічність
Майже вся сірка в сталі знаходиться у формі сульфідів. Чим вищий вміст сірки в сталі, тим більше сульфідів у сталі. Однак, оскільки сульфід може бути добре оточений оксидом, вплив оксиду на довговічність зменшується, тому вплив кількості включень на довговічність не зовсім пов'язаний з природою, розміром та розподілом включень. Чим більше певних включень, тим нижчою має бути довговічність, і інші фактори впливу необхідно враховувати комплексно. У підшипниковій сталі сульфіди дисперговані та розподілені у дрібній формі, а також змішуються з включеннями оксидів, які важко ідентифікувати навіть металографічними методами. Експерименти підтвердили, що на основі оригінального процесу збільшення кількості Al позитивно впливає на відновлення оксидів та сульфідів. Це пояснюється тим, що Ca має досить сильну здатність до десульфуризації. Включення мало впливають на міцність, але більш шкідливі для в'язкості сталі, а ступінь пошкодження залежить від міцності сталі.
Сяо Цзімей, відомий експерт, зазначив, що включення в сталі є крихкою фазою, чим вища об'ємна частка, тим нижча в'язкість; чим більший розмір включень, тим швидше вона знижується. Що стосується в'язкості до розламування сколом, то чим менший розмір включень і чим менша відстань між ними, тим в'язкість не тільки не зменшується, а й збільшується. Руйнування сколом рідше виникає, тим самим збільшуючи міцність на розлам сколом. Хтось провів спеціальний тест: дві партії сталі A та B належать до одного типу сталі, але включення, що містяться в кожній, різні.
Після термічної обробки дві партії сталей A та B досягли однакової міцності на розтяг 95 кг/мм², а границі текучості сталей A та B були однаковими. Щодо видовження та зменшення площі, сталь B трохи нижча, ніж сталь A, але все ще кваліфікована. Після випробування на втому (обертальне згинання) було виявлено, що: сталь A є довговічним матеріалом з високою межею втоми; B є коротковічним матеріалом з низькою межею втоми. Коли циклічне напруження зразка сталі трохи вище, ніж межа втоми сталі A, термін служби сталі B становить лише 1/10 від терміну служби сталі A. Включення в сталі A та B є оксидами. Щодо загальної кількості включень, чистота сталі A гірша, ніж у сталі B, але частинки оксиду сталі A мають однаковий розмір і рівномірно розподілені; сталь B містить деякі включення з великими частинками, і розподіл не є рівномірним. Це повністю показує, що точка зору пана Сяо Цзімей є правильною.
Час публікації: 25 липня 2022 р.