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硫化物对轴承钢质量的影响

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联系人：陈晶晶
钢中的硫化物几乎全部以硫化物形态存在。凡钢中的硫含量增高,则钢中的化合硫相应增高,但因硫化物能很好的包围在氧化物的周围,减少了氧化物对疲劳寿命的影响。所以说,夹杂物的数量对疲劳寿命的影响并不是的,与夹杂物的性质、大小和分布有关。不一定夹杂物多,疲劳寿命就一定低,必须联系其他影响因素加以综合考虑。有的专家研究结果得出:夹杂物平均直径小于0.8μm以下时,不影响其疲劳强度。
   硫化物具有较低的熔点,当钢凝固时,就附着在多角形的氧化物夹杂的表面,特别是棱角处,形成氧化物———硫化物共生夹杂物。因此硫含量适当的提高,增加氧化物被硫化物包围的机会,导致共生夹杂数量增多。当热加工时,这种共生夹杂物与基体之间造成一个平滑的内表面,它的应力集中倾向比脆性棱角形氧化物低。同时由于硫化物的膨胀系数大,不易出现拉应力,被硫化物包围的氧化物与基体之间的应力也是很低的。当硫化物-氧化物共生时,即使硫化物夹杂体积比氧化物大或小,基体中的残余应力比起没有同硫化物结合的来说,在程度上有所减轻。残余应力本身是不足以引起疲劳的,但遇到存在的氧化物夹杂,应力就会加强,氧化物被应力所包围,再加上任何外加的应力,使应力强化到某种程度,结果导致产生疲劳裂纹。所以外部应力是破坏的直接原因,而夹杂是内因,这两者的应力场将使材料更加经不住外来的应力。当硫化物与氧化物共生时,则残余应力较低,压应力的作用也小,这将阻碍裂纹的发生,材料也就增强了抵抗外来应力的能力,提高材料的疲劳寿命。
   在喷粉工艺生产的GCr15钢中硫化物变成了细小球状弥散分布,并且混入氧化物夹杂之中,既使用金相方法也难以辩认。试验证实:在原有工艺的基础上,增加Al量对降低氧化物、硫化物、夹杂物起到积极的作用,这是优化工艺的重要举措。主要原因在于降低钢中的氧含量。在精炼初期钢中的氧主要是以Al2O3夹杂形式存在,这有利于在喷吹过程中去除在喷吹过程中,CaO与Al2O3结合,提供了很好的去除条件,优化后的工艺使轴承钢的质量有明显的改善,这是降低钢中氧化物夹杂的重要技术思路。这是因为:喷入钢液中的Ca具有相当强的脱硫能力。喷吹Si-Ca粉的过程,应主要是Ca的脱硫。但覆盖渣对脱硫的影响不可忽略。具有强的脱氧能力的覆盖渣,在出钢及喷吹过程中在渣钢界面进行脱硫反应,还通过钙脱硫产物间的相互作用,促进钙脱硫反应的进行,保证了深脱硫效果的实现。夹杂物对强度影响甚微,而对钢的韧性危害较大,其危害程度又取决于钢的强度。强度愈高,夹杂物对韧性的危害愈大。甚至在较低的应力作用下,夹杂物可能成为高强低韧性材料的裂纹源。由于高强度材料抗断裂能力较差,一旦出现裂纹源,就会使裂纹源迅速扩展并导致断裂。非金属夹杂物及夹杂物和基体的界面都是影响钢材连续性的薄弱环节。钢中夹杂物是裂纹成核的场所,导致钢材会优先在大颗粒夹杂上成核,因此将钢中非金属夹杂物可看作是等价的裂纹。轴承钢在交变载荷作用下,其中小颗粒夹杂物也会开裂,形成微裂纹,这些微裂纹又会长大直至成为失稳扩展的裂纹源。微裂纹的扩展通常称为亚稳扩展。我们在轴承钢的拉伸断口观察中曾发现1个10μm的球形夹杂物为裂纹源,这与我们的研究结论是一致的。