Varför kan inte en minskning av syrehalten förbättra utmattningslivslängden hos lagerstål? Efter analys tror man att orsaken är att efter att mängden oxidinneslutningar minskat blir överskottet av sulfid en ogynnsam faktor som påverkar stålets utmattningslivslängd. Endast genom att samtidigt minska innehållet av oxider och sulfider kan materialets potential utnyttjas fullt ut och utmattningslivslängden hos lagerstål förbättras avsevärt.
Vilka faktorer påverkar utmattningslivslängden hos lagerstål? Ovanstående problem analyseras enligt följande:
1. Nitriders inverkan på utmattningslivslängden
Vissa forskare har påpekat att när kväve tillsätts stålet minskar volymfraktionen av nitrider. Detta beror på minskningen av den genomsnittliga storleken på inneslutningarna i stålet. Begränsat av tekniken finns det fortfarande ett betydande antal inneslutningspartiklar mindre än 0,2 tum räknat. Det är just förekomsten av dessa små nitridpartiklar som har en direkt inverkan på utmattningslivslängden hos lagerstål. Ti är ett av de starkaste elementen för att bilda nitrider. Det har en liten specifik vikt och är lätt att flyta. En del av Ti finns kvar i stålet och bildar flervinkeliga inneslutningar. Sådana inneslutningar orsakar sannolikt lokal spänningskoncentration och utmattningssprickor, så det är nödvändigt att kontrollera förekomsten av sådana inneslutningar.
Testresultaten visar att syrehalten i stålet reduceras till under 20 ppm, kvävehalten ökas, storleken, typen och fördelningen av icke-metalliska inneslutningar förbättras och de stabila inneslutningarna minskas avsevärt. Även om nitridpartiklarna i stålet ökar är partiklarna mycket små och fördelade i ett dispergerat tillstånd vid korngränsen eller inom kornet, vilket blir en gynnsam faktor, så att lagerstålets hållfasthet och seghet matchas väl, och stålets hårdhet och hållfasthet ökas kraftigt, särskilt den förbättrade effekten av kontaktutmattningslivslängden är objektiv.
2. Oxidernas inverkan på utmattningslivslängden
Syrehalten i stål är en viktig faktor som påverkar materialet. Ju lägre syrehalten är, desto högre renhet och desto längre motsvarande nominell livslängd. Det finns ett nära samband mellan syrehalten i stål och oxider. Under stelningsprocessen av smält stål bildar det lösta syret i aluminium, kalcium, kisel och andra element oxider. Oxidinnehållet är en funktion av syre. När syrehalten minskar minskar oxidinnehållet; kvävehalten är densamma som syrehalten och har också ett funktionellt samband med nitriden, men eftersom oxiden är mer spridd i stålet spelar den samma roll som karbidens stödpunkt, så den har ingen destruktiv effekt på stålets utmattningslivslängd.
På grund av förekomsten av oxider förstör stål kontinuiteten i metallmatrisen, och eftersom oxidernas expansionskoefficient är mindre än expansionskoefficienten för lagerstålsmatrisen, är det lätt att generera spänningskoncentrationer när de utsätts för alternerande spänningar och bli orsaken till metallutmattning. Merparten av spänningskoncentrationen sker mellan oxider, punktinneslutningar och matrisen. När spänningen når ett tillräckligt stort värde kommer sprickor att uppstå, vilka snabbt expanderar och förstörs. Ju lägre inneslutningarnas plasticitet och ju skarpare formen är, desto större är spänningskoncentrationen.
3. Effekten av sulfid på utmattningslivslängden
Nästan all svavelhalt i stål finns i form av sulfider. Ju högre svavelhalt i stålet är, desto högre är sulfidhalten i stålet. Eftersom sulfiden kan omges väl av oxiden minskar oxidens inverkan på utmattningslivslängden, så inverkan av antalet inneslutningar på utmattningslivslängden är inte absolut relaterad till inneslutningarnas natur, storlek och distribution. Ju fler säkra inneslutningar det finns, desto lägre måste utmattningslivslängden vara, och andra påverkande faktorer måste beaktas i sin helhet. I lagerstål är sulfider dispergerade och fördelade i en fin form och blandas med oxidinneslutningar, vilka är svåra att identifiera även med metallografiska metoder. Experiment har bekräftat att, baserat på den ursprungliga processen, har en ökning av mängden Al en positiv effekt på att minska oxider och sulfider. Detta beror på att Ca har en ganska stark avsvavlingsförmåga. Inneslutningar har liten effekt på hållfastheten, men är mer skadliga för stålets seghet, och graden av skada beror på stålets hållfasthet.
Xiao Jimei, en välkänd expert, påpekade att inneslutningar i stål är en spröd fas, ju högre volymfraktion, desto lägre seghet; ju större inneslutningarnas storlek är, desto snabbare minskar segheten. För klyvningsbrottsegheten, ju mindre inneslutningarnas storlek är och ju mindre avståndet mellan inneslutningarna är, desto inte bara minskar segheten inte, utan ökar. Klyvningsbrott är mindre sannolikt, vilket ökar klyvningsbrotthållfastheten. Någon har gjort ett speciellt test: de två satserna av stål A och B tillhör samma ståltyp, men inneslutningarna i varje är olika.
Efter värmebehandling uppnådde de två satserna av stål A och B samma draghållfasthet på 95 kg/mm², och sträckgränserna för stål A och B var desamma. När det gäller töjning och areminskning är B-stål något lägre än vad A-stål fortfarande är kvalificerat. Efter utmattningstestet (rotationsböjning) konstateras att: A-stål är ett material med lång livslängd och hög utmattningsgräns; B är ett material med kort livslängd och låg utmattningsgräns. När den cykliska spänningen i stålprovet är något högre än utmattningsgränsen för A-stål, är livslängden för B-stål endast 1/10 av A-stål. Inneslutningarna i stål A och B är oxider. När det gäller den totala mängden inneslutningar är renheten hos stål A sämre än hos stål B, men oxidpartiklarna i stål A är av samma storlek och jämnt fördelade; stål B innehåller några inneslutningar med stora partiklar, och fördelningen är inte enhetlig. Detta visar till fullo att Xiao Jimeis synpunkt är korrekt.
Publiceringstid: 25 juli 2022