Dlaczego obniżenie zawartości tlenu nie może poprawić trwałości zmęczeniowej stali łożyskowej? Po przeprowadzeniu analizy uważa się, że przyczyną jest to, że po zmniejszeniu ilości wtrąceń tlenkowych, nadmiar siarczków staje się niekorzystnym czynnikiem wpływającym na trwałość zmęczeniową stali. Tylko poprzez jednoczesne obniżenie zawartości tlenków i siarczków można w pełni wykorzystać potencjał materiału i znacznie wydłużyć trwałość zmęczeniową stali łożyskowej.
Jakie czynniki wpływają na trwałość zmęczeniową stali łożyskowej? Powyższe problemy analizujemy w następujący sposób:
1. Wpływ azotków na trwałość zmęczeniową
Niektórzy naukowcy zauważyli, że dodanie azotu do stali powoduje zmniejszenie objętościowego udziału azotków. Wynika to ze zmniejszenia średniej wielkości wtrąceń w stali. Mimo ograniczeń technologicznych, nadal nalicza się znaczną liczbę cząstek wtrąceń mniejszych niż 0,2 cala (ok. 2,2 mm). To właśnie obecność tych drobnych cząstek azotków ma bezpośredni wpływ na trwałość zmęczeniową stali łożyskowej. Ti jest jednym z pierwiastków o największej wytrzymałości, tworzących azotki. Ma mały ciężar właściwy i łatwo się unosi. Część Ti pozostaje w stali, tworząc wielokątne wtrącenia. Takie wtrącenia mogą powodować lokalną koncentrację naprężeń i pęknięcia zmęczeniowe, dlatego konieczne jest kontrolowanie ich występowania.
Wyniki testów pokazują, że zawartość tlenu w stali została zredukowana poniżej 20 ppm, wzrosła zawartość azotu, poprawiła się wielkość, rodzaj i rozkład wtrąceń niemetalicznych, a także znacząco zredukowano ich stabilność. Pomimo wzrostu liczby cząstek azotku w stali, cząstki te są bardzo małe i rozproszone na granicy ziaren lub w ich wnętrzu, co jest korzystne, ponieważ zapewnia dobre dopasowanie wytrzymałości i udarności stali łożyskowej, a także znacząco zwiększa jej twardość i wytrzymałość. W szczególności, obiektywny jest efekt poprawy trwałości zmęczeniowej.
2. Wpływ tlenków na trwałość zmęczeniową
Zawartość tlenu w stali jest ważnym czynnikiem wpływającym na materiał. Im niższa zawartość tlenu, tym wyższa czystość i dłuższa odpowiadająca jej nominalna trwałość. Istnieje ścisły związek między zawartością tlenu w stali a tlenkami. Podczas procesu krzepnięcia ciekłej stali, rozpuszczony tlen z glinu, wapnia, krzemu i innych pierwiastków tworzy tlenki. Zawartość wtrąceń tlenkowych jest funkcją tlenu. Wraz ze spadkiem zawartości tlenu zmniejsza się ilość wtrąceń tlenkowych; zawartość azotu jest taka sama jak zawartość tlenu i również ma związek funkcjonalny z azotkiem, ale ponieważ tlenek jest bardziej rozproszony w stali, pełni tę samą rolę co punkt podparcia węglika, więc nie ma niszczącego wpływu na trwałość zmęczeniową stali.
Z powodu obecności tlenków, stal niszczy ciągłość osnowy metalowej, a ponieważ współczynnik rozszerzalności tlenków jest mniejszy niż współczynnik rozszerzalności osnowy stali łożyskowej, poddana naprężeniom zmiennym łatwo ulega koncentracji naprężeń, co prowadzi do zmęczenia metalu. Większość koncentracji naprężeń występuje pomiędzy tlenkami, punktowymi wtrąceniami a osnową. Gdy naprężenie osiągnie wystarczająco dużą wartość, pojawią się pęknięcia, które szybko się rozszerzą i zniszczą. Im niższa plastyczność wtrąceń i im ostrzejszy kształt, tym większa koncentracja naprężeń.
3. Wpływ siarczku na trwałość zmęczeniową
Prawie cała zawartość siarki w stali występuje w postaci siarczków. Im wyższa zawartość siarki w stali, tym wyższa zawartość siarczków w stali. Jednakże, ponieważ siarczek może być dobrze otoczony tlenkiem, wpływ tlenku na trwałość zmęczeniową jest zmniejszony, więc wpływ liczby wtrąceń na trwałość zmęczeniową nie jest absolutnie związany z naturą, rozmiarem i rozmieszczeniem wtrąceń. Im więcej pewnych wtrąceń, tym niższa musi być trwałość zmęczeniowa, a inne czynniki wpływające muszą być kompleksowo uwzględnione. W stali łożyskowej siarczki są rozproszone i rozłożone w drobnym kształcie i są zmieszane z wtrąceniami tlenkowymi, które są trudne do zidentyfikowania nawet metodami metalograficznymi. Doświadczenia potwierdziły, że na podstawie oryginalnego procesu, zwiększenie ilości Al ma pozytywny wpływ na redukcję tlenków i siarczków. Dzieje się tak, ponieważ Ca ma dość silną zdolność odsiarczania. Wtrącenia mają niewielki wpływ na wytrzymałość, ale są bardziej szkodliwe dla ciągliwości stali, a stopień uszkodzenia zależy od wytrzymałości stali.
Xiao Jimei, znany ekspert, zauważył, że wtrącenia w stali są fazą kruchą – im większy udział objętościowy, tym niższa wytrzymałość; im większy rozmiar wtrąceń, tym szybciej spada wytrzymałość. W przypadku wytrzymałości na pękanie łupliwe, im mniejszy rozmiar wtrąceń i im mniejszy odstęp między nimi, tym wytrzymałość nie tylko nie maleje, ale wręcz wzrasta. Pękanie łupliwe jest mniej prawdopodobne, co zwiększa wytrzymałość na pękanie łupliwe. Ktoś przeprowadził specjalny test: dwie partie stali A i B należą do tego samego rodzaju stali, ale wtrącenia w każdej z nich są różne.
Po obróbce cieplnej dwie partie stali A i B osiągnęły tę samą wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą 95 kg/mm', a granice plastyczności stali A i B były takie same. Pod względem wydłużenia i redukcji powierzchni stal B jest nieznacznie niższa niż stal A, która nadal jest kwalifikowana. Po badaniu zmęczeniowym (zginanie obrotowe) stwierdzono, że: Stal A jest materiałem o długiej żywotności z wysoką granicą zmęczenia; B jest materiałem o krótkiej żywotności z niską granicą zmęczenia. Gdy cykliczne naprężenie próbki stali jest nieznacznie wyższe niż granica zmęczenia stali A, trwałość stali B wynosi tylko 1/10 trwałości stali A. Wtrącenia w stali A i B to tlenki. Pod względem całkowitej ilości wtrąceń czystość stali A jest gorsza niż stali B, ale cząstki tlenków stali A mają tę samą wielkość i są równomiernie rozłożone; stal B zawiera pewne wtrącenia o dużych cząstkach, a ich rozkład nie jest równomierny. To w pełni pokazuje, że punkt widzenia pana Xiao Jimei jest słuszny.
Czas publikacji: 25 lipca 2022 r.