影響直線軸承鋼球疲勞壽命的原因
直線軸承鋼球內在質量的綜合標志是疲勞壽命。有學者提出,減少氧含量并沒有顯著提高直線軸承鋼球的疲勞壽命。減少氧含量不能提高直線軸承鋼球疲勞壽命的原因是氧化物夾雜數量減少后,過多的硫化物成為影響鋼疲勞壽命的不利因素。只有同時減少氧化物和硫化物的含量,才能充足挖掘材料的潛力,大幅度提高直線軸承鋼球的疲勞壽命。
影響直線軸承鋼球疲勞壽命的原因大致可以分為以下幾點:
1.氮化物
隨著鋼中氮含量的增加,氮化物的體積分數減少,這是由于鋼中夾雜物的平均尺寸減小。由于技術原因,大量小體積夾雜物顆粒未被包括在內。這些微小氮化物顆粒的存在直接影響直線軸承鋼球的疲勞壽命。Ti是形成氮化物的強元素之一。它的比重很小,很容易漂浮。一些鈦會殘留在鋼中形成多角夾雜物。這種夾雜物容易引起局部應力集中和疲勞裂紋,應控制這種夾雜物的產生。
2.氧化物
鋼中的氧含量是影響材料性能的重要因素。氧含量越低,純度越高,相應的額定壽命越長。鋼中的氧含量與氧化物密切相關。鋼水凝固過程中,鋁、鈣、硅等元素溶解的氧形成氧化物。氧化物夾雜物的含量是氧的函數。隨著氧含量的減少,氧化物夾雜物減少;氮含量和氧含量一樣,與氮化物有函數關系。但由于氧化物在鋼中分布比較分散,起到了和碳化物一樣的支點作用,所以不會損害鋼的疲勞壽命。
氧化物的存在破壞了金屬基體的連續性。由于氧化物的膨脹系數小于直線軸承鋼球基體的膨脹系數,在受到交變應力時容易產生應力集中,成為金屬疲勞的發源地。大部分應力集中發生在氧化物、點缺陷和基體之間。當應力足夠大時,裂紋就會出現,并迅速擴展而被破壞。塑性越低,夾雜物的形狀越尖銳,應力集中越大。
3.硫化物
鋼中的硫幾乎都是以硫化物的形式存在的。當鋼中硫含量增加時,鋼中的硫化物也相應增加。但由于硫化物能很好地包圍氧化物,所以氧化物對疲勞壽命的影響減小。因此,夾雜物數量對疲勞壽命的影響不是確定的,而是與夾雜物的性質、大小和分布有關。夾雜物越多,疲勞壽命越低。其他影響因素需要綜合考慮。在直線軸承鋼球中,硫化物以細小的形狀彌散混合在氧化物夾雜中,即使用金相方法也很難識別。