De ce nu poate reduce conținutul de oxigen să îmbunătățească durata de viață la oboseală a oțelului pentru rulmenți? În urma analizelor, se consideră că motivul este că, după reducerea cantității de incluziuni de oxid, excesul de sulfură devine un factor nefavorabil care afectează durata de viață la oboseală a oțelului. Numai prin reducerea simultană a conținutului de oxizi și sulfuri, se poate exploata pe deplin potențialul materialului, iar durata de viață la oboseală a oțelului pentru rulmenți poate fi îmbunătățită considerabil.
Ce factori vor afecta durata de viață la oboseală a oțelului pentru rulmenți? Problemele de mai sus sunt analizate după cum urmează:
1. Efectul nitrurilor asupra rezistenței la oboseală
Unii cercetători au subliniat că atunci când se adaugă azot în oțel, fracția volumică de nitruri scade. Acest lucru se datorează reducerii dimensiunii medii a incluziunilor din oțel. Limitate de tehnologie, există încă un număr considerabil de particule de incluziune mai mici de 0,2 in. Tocmai existența acestor particule minuscule de nitrură are un impact direct asupra duratei de viață la oboseală a oțelului pentru rulmenți. Ti este unul dintre cele mai puternice elemente care formează nitruri. Are o greutate specifică mică și este ușor de plutit. O parte din Ti rămâne în oțel pentru a forma incluziuni multi-unghiulare. Astfel de incluziuni sunt susceptibile de a provoca concentrații locale de stres și fisuri de oboseală, așa că este necesar să se controleze apariția unor astfel de incluziuni.
Rezultatele testelor arată că nivelul de oxigen din oțel este redus sub 20 ppm, conținutul de azot este crescut, dimensiunea, tipul și distribuția incluziunilor nemetalice sunt îmbunătățite, iar incluziunile stabile sunt reduse semnificativ. Deși particulele de nitrură din oțel cresc, acestea sunt foarte mici și sunt distribuite într-o stare dispersată la limita granulelor sau în interiorul granulelor, ceea ce devine un factor favorabil, astfel încât rezistența și tenacitatea oțelului rulmentului sunt bine adaptate, iar duritatea și rezistența oțelului sunt mult crescute. În special, efectul de îmbunătățire a duratei de viață la oboseală prin contact este obiectiv.
2. Efectul oxizilor asupra rezistenței la oboseală
Conținutul de oxigen din oțel este un factor important care afectează materialul. Cu cât conținutul de oxigen este mai mic, cu atât puritatea este mai mare și durata de viață nominală corespunzătoare este mai lungă. Există o relație strânsă între conținutul de oxigen din oțel și oxizi. În timpul procesului de solidificare a oțelului topit, oxigenul dizolvat din aluminiu, calciu, siliciu și alte elemente formează oxizi. Conținutul de incluziuni de oxid este o funcție a oxigenului. Pe măsură ce conținutul de oxigen scade, incluziunile de oxid vor scădea; conținutul de azot este același cu conținutul de oxigen și are, de asemenea, o relație funcțională cu nitrura, dar deoarece oxidul este mai dispersat în oțel, joacă același rol ca punctul de sprijin al carburii, deci nu are niciun efect distructiv asupra duratei de viață la oboseală a oțelului.
Datorită existenței oxizilor, oțelul distruge continuitatea matricei metalice, iar deoarece coeficientul de dilatare al oxizilor este mai mic decât coeficientul de dilatare al matricei de oțel a rulmentului, atunci când este supus unui stres alternativ, este ușor să genereze o concentrare de stres și să devină sursa oboselii metalului. Cea mai mare parte a concentrării de stres are loc între oxizi, incluziuni punctuale și matrice. Când tensiunea atinge o valoare suficient de mare, vor apărea fisuri, care se vor extinde rapid și vor distruge. Cu cât plasticitatea incluziunilor este mai mică și forma este mai ascuțită, cu atât concentrarea de stres este mai mare.
3. Efectul sulfurii asupra rezistenței la oboseală
Aproape tot conținutul de sulf din oțel există sub formă de sulfuri. Cu cât conținutul de sulf din oțel este mai mare, cu atât sulfura este mai mare. Cu toate acestea, deoarece sulfura poate fi bine înconjurată de oxid, influența oxidului asupra duratei de viață la oboseală este redusă, astfel încât influența numărului de incluziuni asupra duratei de viață la oboseală nu este în mod absolut legată de natura, dimensiunea și distribuția incluziunilor. Cu cât incluziunile sunt mai specifice, cu atât durata de viață la oboseală trebuie să fie mai mică, iar alți factori de influență trebuie luați în considerare în mod cuprinzător. În oțelul pentru rulmenți, sulfurile sunt dispersate și distribuite într-o formă fină și sunt amestecate cu incluziuni de oxid, care sunt dificil de identificat chiar și prin metode metalografice. Experimentele au confirmat că, pe baza procesului original, creșterea cantității de Al are un efect pozitiv asupra reducerii oxizilor și sulfurilor. Acest lucru se datorează faptului că Ca are o capacitate de desulfurare destul de puternică. Incluziunile au un efect redus asupra rezistenței, dar sunt mai dăunătoare pentru tenacitatea oțelului, iar gradul de deteriorare depinde de rezistența oțelului.
Xiao Jimei, un expert renumit, a subliniat că incluziunile din oțel sunt o fază fragilă, cu cât fracția volumică este mai mare, cu atât tenacitatea este mai mică; cu cât dimensiunea incluziunilor este mai mare, cu atât tenacitatea scade mai repede. În ceea ce privește tenacitatea fracturii prin clivaj, cu cât dimensiunea incluziunilor este mai mică și cu cât distanța dintre incluziuni este mai mică, cu atât tenacitatea nu numai că nu scade, ci crește. Fractura prin clivaj este mai puțin probabilă să apară, crescând astfel rezistența la fractura prin clivaj. Cineva a efectuat un test special: cele două loturi de oțel A și B aparțin aceluiași tip de oțel, dar incluziunile conținute în fiecare sunt diferite.
După tratamentul termic, cele două loturi de oțeluri A și B au atins aceeași rezistență la tracțiune de 95 kg/mm', iar rezistențele de curgere ale oțelurilor A și B au fost aceleași. În ceea ce privește alungirea și reducerea ariei, oțelul B este puțin mai slab decât oțelul A, fiind încă calificat. După testul de oboseală (îndoire prin rotație), se constată că: oțelul A este un material cu durată lungă de viață, cu o limită de oboseală ridicată; B este un material cu durată scurtă de viață, cu o limită de oboseală scăzută. Când tensiunea ciclică a probei de oțel este puțin mai mare decât limita de oboseală a oțelului A, durata de viață a oțelului B este de doar 1/10 din cea a oțelului A. Incluziunile din oțelul A și B sunt oxizi. În ceea ce privește cantitatea totală de incluziuni, puritatea oțelului A este mai slabă decât cea a oțelului B, dar particulele de oxid ale oțelului A au aceeași dimensiune și sunt distribuite uniform; oțelul B conține unele incluziuni cu particule mari, iar distribuția nu este uniformă. Acest lucru demonstrează pe deplin că punctul de vedere al domnului Xiao Jimei este corect.
Data publicării: 25 iulie 2022