使用潔凈鋼讓軸承壽命更長久

JANSSON Roger

奧沃科集團亞太區(qū)總經(jīng)理

高的機械強度并不是制造軸承用鋼材的唯一關(guān)鍵因素。疲勞強度也同樣重要，因為疲勞是造成所有機械服役失效的主要因素。因此，Ovako公司專業(yè)化了潔凈鋼材的制造，并嚴(yán)格控制了能導(dǎo)致早期疲勞失效的夾雜物的數(shù)量和尺寸。

Ovako開發(fā)了一個大容量疲勞數(shù)據(jù)庫。這些數(shù)據(jù)表明鋼中的缺陷(例如非金屬夾雜物)會引發(fā)疲勞破壞。這些夾雜物起到了應(yīng)力集中的作用。這意味著它們可導(dǎo)致施加在構(gòu)件上的額定載荷成倍增加而超過安全極限并形成初始裂紋。這些裂紋會隨著時間的推移而擴展，從而引發(fā)失效。

由此可見軸承用鋼的潔凈度是決定其疲勞壽命的主要因素。使用潔凈鋼(與傳統(tǒng)鋼相比，該鋼的缺陷更小)將改善軸承的疲勞壽命。

圖1顯示了缺陷尺寸和疲勞強度之間的密切關(guān)系。顯然，當(dāng)存在較大的夾雜物時，只需要較低的應(yīng)力就能引發(fā)疲勞破壞。試驗表明:常規(guī)鋼中通常具有明顯的缺陷，如尺寸為60、70、80 μm的夾雜物甚至更大，其疲勞強度約為400 MPa。但是潔凈鋼中夾雜物被控制在20 μm以下，疲勞強度會增加到600 MPa甚至800 MPa以上。

圖1 缺陷尺寸和疲勞強度之間的關(guān)系

潔凈鋼的類型——BQ級鋼和IQ級鋼

BQ級鋼是一系列具有小尺寸缺陷的高潔凈度鋼。BQ級鋼中夾雜物尺寸的減小可使設(shè)計壽命延長和/或提高性能。在確保最終產(chǎn)品的高質(zhì)量和一致性條件下，也可以進行適度的設(shè)計更改。從傳統(tǒng)鋼材升級到BQ級鋼通常是提高品質(zhì)的第一步。

IQ級鋼具有各向同性，是潔凈鋼中更高級別的鋼。這些鋼中的夾雜物既細(xì)小又分布彌散，其純凈度可與電渣重熔鋼媲美。小而均勻的夾雜物具有各向同性，可以在各個方向承受重載。因此，IQ級鋼適用于復(fù)雜負(fù)載工況如制造齒輪等。

圖2為不同類型的鋼在縱向和橫向承受循環(huán)載荷后的表現(xiàn)。在不同的加載模式下，BQ級鋼和IQ級鋼都遠(yuǎn)比傳統(tǒng)鋼優(yōu)秀。

圖2 傳統(tǒng)鋼與BQ級鋼和IQ級鋼在縱向和橫向上的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞性能對比

潔凈鋼的價值

與傳統(tǒng)鋼相比，潔凈鋼是優(yōu)質(zhì)鋼材。但重要的是要評估使用潔凈鋼制造軸承的經(jīng)濟性，這要從更大的范圍看問題。潔凈鋼使軸承在制造和使用中性能得到提高，說明這種選擇是合理的。

使用潔凈鋼增加了設(shè)計的靈活性，通過提高性能以及減小尺寸和重量，使傳統(tǒng)鋼材無法勝任的部件設(shè)計成為可能。它甚至可以減少制造構(gòu)件所需的鋼材用量。選擇潔凈鋼可達(dá)到高性價比的目的，在軸承設(shè)計中有重要作用。