改善GCr15轴承的抗疲劳性能

2017-04-07 07:38:24 NSK 985
NSK轴承

影响轴承高速疲劳寿命的主要因素有材料的抗疲劳性能和接触载荷提高表面硬度或是表面耐磨性都可以提高其抗接触疲劳性能。疲劳失效是轴承失效的典型现象,主要与承力、运行时间(或循环次数)和材质有关。轴承疲劳故障就特征而言可分为两类:在金属内部产生的疲劳源和金属表面发生的疲劳源。金属表面产生的疲劳源破坏要高于内部的,表现为表面的微滑行现象,表面状态对疲劳性能影响很大。

屈服强度

材料的屈服强度和疲劳极限之间有一定的关系,一般来说,材料的屈服强度越高,疲劳强度也越高,因此应设法提高材料的屈服强度,或采用屈服强度和抗拉强度比值高的材料。对同一材料来说,细晶粒组织比粗细晶粒组织具有更高的屈服强度。

表面状态

最大应力多发生在材料的表层,所以表面质量对疲劳强度的影响很大。材料在成型过程中造成的裂纹、疵点和伤痕等缺陷往往是造成疲劳断裂的原因。

材料表面粗糙度越小,应力集中愈小,疲劳强度也愈高随着表面粗糙度的增加,疲劳极限下降。表面变粗糙和产生脱碳现象,也会降低疲劳强度。对材料表面进行磨削、强压、抛丸和滚压等都可以提高疲劳强度。

NSK轴承

尺寸效应

材料的尺寸愈大,由于各种冷加工和热加工工艺所造成的缺陷可能性愈高,产生表面缺陷的可能性也越大,这些原因都会导致疲劳性能下降。

冶金缺陷

冶金缺陷是指材料中的非金属夹杂、气泡、元素的偏析等等存在于表面的夹杂物是应力集中源,会导致夹杂物与基体界面之间过早地产生疲劳裂纹。采用真空冶炼、真空浇注、电渣重溶等措施,可以大大提高钢材的质量。

腐蚀介质

在腐蚀介质中工作时,由于表面产生点蚀或表面晶界被腐蚀而成为疲劳源,在变应力作用下就会逐步扩展而导致断裂。在腐蚀条件下工作为了保证其疲劳强度,可采用抗腐蚀性能高的材料,如不锈钢、非铁金属(陶瓷等),或者表面加保护层

NSK轴承

温度

碳钢的疲劳强度,从室温到120℃时下降,从120℃350℃又上升,温度高于350℃以后又下降,在高温时没有疲劳极限。在高温条件下工作的弹簧,要考虑采用耐热钢。在低于室温的条件下,钢的疲劳极限有所增加。

解决措施

根据疲劳破坏的分析,裂纹源通常是在有应力最大的部位产生,而且构件持久极限的降低,很大程度是由于各种影响因素带来的应力集中影响。因此设法避免或减弱应力集中,可以有效提高构件的疲劳强度。可以从以下几个方面来提高构件的疲劳强度。

选择优质原材料

优质的原材料以及高品质的预处理状态可以是材料内部缺陷极大地减少,克制表层下裂纹源的发生,原材料是基础、预处理是品质实现及缺陷的补救措施

提高构件表面质量

对疲劳强度的高要求,应采用精加工,以获得较高的表面质量。减少表面摩擦发热、擦伤的发生可能,摩擦副的不同质设计等。

提高构件表面强度

常用的方法有表面热处理和表面机械强化两种方法。表面热处理通常采用碳氮共渗、氮化等措施,以提高构件表层材料的抗疲劳强度能力。表面机械强化通常采用对表面进行滚压、喷丸等,使表面形成预压应力层,以降低最容易形成疲劳裂纹的拉应力,从而提高表层强度。

豪克能技术的应用

豪克能技术可以给金属表面预置压应力,提高材料的抗疲劳性能。

热处理组织的合理设置

残余奥氏体对疲劳寿命有显著地影响,可以减少在交变应力作用下产生的疲劳裂纹的扩展速度、释放裂纹尖角处的应力,较高的残奥量可大大提高轴承在污染环境下的使用寿命和可靠性。

随着残余奥氏体含量的减少,接触疲劳寿命随之下降,成非线性梯度关系:过低的残奥量会降低轴承钢的韧性,使轴承接触疲劳寿命显著下降。

残奥量在12%左右时(10%~15%间),已具有很好的疲劳寿命;随着残奥量的续增,疲劳寿命增幅有所下降。

贝氏体对裂纹的不敏感性以及高强度的马氏体组织的合理比例分配都会对疲劳寿命有着显著的影响。