عوامل موثر بر عمر خستگی فولاد بلبرینگ

چه عواملی بر عمر خستگی فولاد بلبرینگ تأثیر می گذارد؟ مشکلات فوق به شرح زیر تحلیل می شوند:
1. اثر نیتریدها بر عمر خستگی
برخی از محققان اشاره کرده اند که وقتی نیتروژن به فولاد اضافه می شود، کسر حجمی نیتریدها کاهش می یابد. این به دلیل کاهش اندازه متوسط ​​آخال ها در فولاد است. با محدودیت فناوری، هنوز تعداد قابل توجهی از ذرات گنجانده شده کوچکتر از 0.2 اینچ شمارش شده است. دقیقاً وجود این ذرات ریز نیترید است که تأثیر مستقیمی بر عمر خستگی فولاد بلبرینگ دارد. Ti یکی از قوی ترین عناصر برای تشکیل نیتریدها است. وزن مخصوص کمی دارد و به راحتی شناور می شود. بخشی از Ti در فولاد باقی می ماند تا آخال های چند زاویه ای ایجاد کند. چنین آخال‌هایی احتمالاً باعث تمرکز تنش موضعی و ترک‌های خستگی می‌شوند، بنابراین کنترل وقوع چنین آخال‌هایی ضروری است.
نتایج آزمایش نشان می‌دهد که محتوای اکسیژن در فولاد به کمتر از 20ppm کاهش می‌یابد، محتوای نیتروژن افزایش می‌یابد، اندازه، نوع و توزیع آخال‌های غیرفلزی بهبود می‌یابد و آخال‌های پایدار به طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد. اگرچه ذرات نیترید در فولاد افزایش می‌یابد، اما ذرات بسیار کوچک هستند و در یک حالت پراکنده در مرز دانه یا درون دانه توزیع می‌شوند که به یک عامل مطلوب تبدیل می‌شود، به طوری که استحکام و چقرمگی فولاد یاتاقان به خوبی مطابقت دارد. و سختی و استحکام فولاد بسیار افزایش می یابد. به خصوص اثر بهبودی عمر خستگی تماسی عینی است.
2. تأثیر اکسیدها بر عمر خستگی
محتوای اکسیژن در فولاد عامل مهمی است که بر مواد تأثیر می گذارد. هرچه میزان اکسیژن کمتر باشد، خلوص بالاتر و عمر نامی مربوطه بیشتر می شود. رابطه نزدیکی بین محتوای اکسیژن در فولاد و اکسیدها وجود دارد. در طی فرآیند انجماد فولاد مذاب، اکسیژن محلول آلومینیوم، کلسیم، سیلیکون و سایر عناصر تشکیل اکسید می دهد. محتوای اکسید در داخل تابعی از اکسیژن است. با کاهش محتوای اکسیژن، ترکیبات اکسید کاهش می یابد. محتوای نیتروژن با محتوای اکسیژن یکسان است و همچنین با نیترید رابطه عملکردی دارد، اما از آنجایی که اکسید در فولاد پراکنده تر است، همان نقش تکیه گاه کاربید را ایفا می کند. بنابراین هیچ اثر مخربی بر عمر خستگی فولاد ندارد.
به دلیل وجود اکسیدها، فولاد پیوستگی زمینه فلزی را از بین می برد و چون ضریب انبساط اکسیدها کمتر از ضریب انبساط ماتریس فولادی یاتاقان است، هنگامی که تحت تنش متناوب قرار می گیرد، به راحتی می توان غلظت تنش ایجاد کرد و تبدیل شد. منشا خستگی فلزات بیشتر تمرکز تنش بین اکسیدها، اجزاء نقطه و ماتریس رخ می دهد. هنگامی که تنش به مقدار کافی بزرگ می رسد، ترک هایی ایجاد می شود که به سرعت گسترش یافته و از بین می روند. هرچه شکل پذیری کمتر و شکل تیزتر باشد، غلظت تنش بیشتر می شود.
3. اثر سولفید بر عمر خستگی
تقریباً تمام محتوای گوگرد در فولاد به شکل سولفید وجود دارد. هر چه میزان گوگرد در فولاد بیشتر باشد، سولفید در فولاد بیشتر است. با این حال، از آنجایی که سولفید می تواند به خوبی توسط اکسید احاطه شود، تأثیر اکسید بر عمر خستگی کاهش می یابد، بنابراین تأثیر تعداد مواد در طول عمر خستگی مطلقاً مربوط به ماهیت، اندازه و توزیع نیست. اجزاء هر چه موارد معین بیشتری وجود داشته باشد، عمر خستگی باید کمتر باشد و سایر عوامل تأثیرگذار باید به طور جامع در نظر گرفته شوند. در فولاد بلبرینگ، سولفیدها به شکل ریز پراکنده و توزیع می شوند و با آخال های اکسیدی مخلوط می شوند که شناسایی آنها حتی با روش های متالوگرافی دشوار است. آزمایش‌ها تأیید کرده‌اند که بر اساس فرآیند اولیه، افزایش مقدار Al تأثیر مثبتی بر کاهش اکسیدها و سولفیدها دارد. این به این دلیل است که کلسیم دارای توانایی گوگردزدایی نسبتاً قوی است. آخال ها تاثیر کمی روی استحکام دارند، اما برای چقرمگی فولاد مضرتر هستند و میزان آسیب به استحکام فولاد بستگی دارد.
شیائو جیمی، یک متخصص مشهور، خاطرنشان کرد که آخال ها در فولاد یک فاز شکننده هستند، هر چه کسر حجمی بالاتر باشد، چقرمگی کمتر است. هرچه اندازه اجزاء بزرگتر باشد، چقرمگی سریعتر کاهش می یابد. برای چقرمگی شکستگی، هرچه اندازه انکلوزیون ها کوچکتر باشد و فاصله انکلوزیون ها کمتر باشد، سختی نه تنها کاهش نمی یابد، بلکه افزایش می یابد. احتمال وقوع شکستگی کمتر است و در نتیجه قدرت شکستگی افزایش می یابد. کسی آزمایش خاصی انجام داده است: دو دسته فولاد A و B متعلق به یک نوع فولاد هستند، اما اجزای موجود در هر یک متفاوت است.