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特殊環(huán)境對(duì)軸承性能要求更高
近來，隨著高速旋轉(zhuǎn)和小型化的要求越來越高，因此對(duì)軸承性能提出了更高的要求。特別是汽車工業(yè)的減小汽車尺寸和降低燃料消耗對(duì)此有極高的需求。另一方面，電子工業(yè)也要求有非常小的軸承以利于節(jié)約能源和當(dāng)電子儀器更小時(shí)沒有震動(dòng)。
盡管軸承的使用要求越來越高，但也要求其使用壽命比以前更長(zhǎng)。但是，由于軸承滾珠偶爾發(fā)生剝落，因此延長(zhǎng)軸承使用壽命非常困難。為了滿足用戶日益嚴(yán)格的要求，就必須通過減少鋼中的氧化物和氮化物夾雜來提高鋼的潔凈度。
對(duì)于更潔凈的鋼來說，采用傳統(tǒng)的ASTM方法分析疲勞壽命與鋼的潔凈性關(guān)系非常困難，因此就需要新的夾雜物測(cè)定方法。
一、軸承用超潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)
1、超潔凈鋼的生產(chǎn)
超潔凈鋼除了采用更嚴(yán)格的精練工藝以使氧化物和氮化物夾雜最小化外，其生產(chǎn)工藝與普通鋼相同。
經(jīng)鐵水預(yù)處理充分脫磷和脫硫的鐵水在轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行脫碳處理。轉(zhuǎn)爐渣是一種氧化渣。為了減少氧化物夾雜，爐渣被切斷，因而使氧化物夾雜不會(huì)流入鋼包中。在精煉（加熱、脫氣）和連鑄時(shí)，鋼水被比平常更嚴(yán)的惰性氣體屏蔽以防止與空氣接觸發(fā)生二次氧化。在精煉過程中，由于渣的堿度非常高，鋼水經(jīng)充分?jǐn)嚢?，使氧化物夾雜（主要是三氧化二鋁）上浮進(jìn)入渣中，因此，鋼變得更潔凈，只有很少量的夾雜。
要減少氮化物夾雜，就必須使鋼中的鈦含量最小。鈦主要來源于鐵合金，特別是用于調(diào)整鋼化學(xué)成分的鉻鐵。通常，鉻鐵在鋼包精煉過程中添加到鋼水中。由于鋼水中的氧含量非常低，因此以氧化鈦的形式（二氧化鈦）去除鈦非常困難。
2、超潔凈鋼的性能
在超潔凈鋼52100中，氧含量可以控制到平均4．1ppm，鈦含量平均為6．0ppm。超潔凈鋼52100的疲勞壽命與有關(guān)對(duì)比試驗(yàn)的鋼相比，L10更高。此外，還采用了許多檢測(cè)方法對(duì)超潔凈鋼與普通鋼的潔凈性進(jìn)行了對(duì)比。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，超潔凈鋼的潔凈性與普通軸承鋼并沒有很大差異，然而超潔凈鋼的疲勞壽命要遠(yuǎn)長(zhǎng)于普通鋼。
二、鋼中夾雜物的新測(cè)定方法
由于超潔凈鋼有非常低的氧含量，因此采用傳統(tǒng)的ASTM測(cè)試方法對(duì)氧含量和夾雜物進(jìn)行測(cè)定不能給出與疲勞壽命很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。為此，試驗(yàn)了電子束熔煉以測(cè)定潔凈鋼中的夾雜物。因此開發(fā)了酸溶解方法以檢測(cè)小的夾雜物和檢測(cè)夾雜物數(shù)量。
酸溶解方法包括溶化被檢測(cè)的材料以分離出夾雜物。富含三氧化二鋁的夾雜物可以被分離出來，但是，氧化鈣夾雜物不能檢測(cè)出來，原因是其在酸中溶解。
首先，30～100g的樣品在硝酸中溶解并加熱到90℃。在冷卻后對(duì)溶液進(jìn)行過濾，過濾器中的殘留物作為夾雜物被分離。過濾器網(wǎng)格尺寸為10目，尺寸大于10目的夾雜物留在過濾器中。用掃描電鏡對(duì)夾雜物進(jìn)行觀察，用電子探針顯微分析方法對(duì)夾雜物進(jìn)行分析。
通過采用這些方法，可以檢測(cè)到大量的夾雜物，而且可以避免碳化物的影響。通過采用酸溶解的方法，研究人員可以檢測(cè)氧含量低于9ppm、用于疲勞壽命試驗(yàn)的試樣。檢測(cè)結(jié)果表明，超潔凈鋼中的夾雜物數(shù)量和夾雜物最大尺寸分別少于和小于普通鋼材。當(dāng)氧含量均低于9ppm時(shí)，酸溶解方法也可以測(cè)定超潔凈鋼與普通鋼潔凈性的差異。
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