軸受鋼の疲労寿命に影響を与える要因

軸受鋼の疲労寿命に影響を与える要因は何でしょうか？上記の問題について、以下のように分析します。
1. 窒化物が疲労寿命に及ぼす影響
鋼に窒素を添加すると、窒化物の体積分率が減少すると指摘する学者もいる。これは、鋼中の介在物の平均サイズが小さくなるためである。技術的な制約により、0.2 インチ以下の介在物粒子が依然として相当数存在する。まさにこれらの微細な窒化物粒子の存在が、軸受鋼の疲労寿命に直接影響を与える。チタンは窒化物を形成する最も強い元素の一つである。比重が小さく、浮遊しやすい。チタンの一部は鋼中に残り、多角形の介在物を形成する。このような介在物は局所的な応力集中や疲労亀裂を引き起こす可能性があるため、このような介在物の発生を制御する必要がある。
試験結果によると、鋼中の酸素含有量は20ppm以下に低減され、窒素含有量が増加し、非金属介在物のサイズ、種類、分布が改善され、安定介在物は大幅に減少しました。鋼中の窒化物粒子は増加しますが、粒子は非常に小さく、粒界または粒内に分散した状態で分布しているため、好ましい要因となり、軸受鋼の強度と靭性が良好に整合し、鋼の硬度と強度が大幅に向上します。特に、接触疲労寿命の改善効果は客観的です。
2. 酸化物が疲労寿命に及ぼす影響
鋼中の酸素含有量は、材料に影響を与える重要な要素です。酸素含有量が低いほど純度が高くなり、それに伴う定格寿命も長くなります。鋼中の酸素含有量と酸化物には密接な関係があります。溶鋼の凝固過程において、アルミニウム、カルシウム、シリコンなどの元素に溶解した酸素が酸化物を形成します。酸化物介在物の含有量は酸素の関数です。酸素含有量が減少すると、酸化物介在物も減少します。窒素含有量も酸素含有量と同様で、窒化物とも機能的な関係がありますが、酸化物は鋼中に広く分散しているため、炭化物の支点と同じ役割を果たします。したがって、鋼の疲労寿命に破壊的な影響はありません。
酸化物の存在により、鋼は金属マトリックスの連続性を破壊し、酸化物の膨張係数は支持鋼マトリックスの膨張係数よりも小さいため、交番応力を受けると応力集中が発生しやすく、金属疲労の原因となります。応力集中の大部分は、酸化物、点状介在物、およびマトリックスの間で発生します。応力が十分に大きくなると、亀裂が発生し、急速に拡大して破壊します。介在物の塑性が低く、形状が鋭いほど、応力集中は大きくなります。
3. 硫化物が疲労寿命に及ぼす影響
鋼中の硫黄のほぼすべては硫化物の形で存在します。鋼中の硫黄含有量が高いほど、鋼中の硫化物も多くなります。しかし、硫化物は酸化物で十分に覆われるため、酸化物が疲労寿命に及ぼす影響は小さくなります。したがって、介在物の数と疲労寿命の関係は絶対的なものではなく、介在物の性質、サイズ、分布に関係します。介在物が多いほど疲労寿命は低くなるはずであり、他の影響要因も総合的に考慮する必要があります。軸受鋼では、硫化物は微細な形で分散・分布しており、酸化物介在物と混ざっているため、金属組織学的方法でも識別が困難です。実験により、元のプロセスに基づいて、Alの量を増やすと酸化物と硫化物の減少にプラスの効果があることが確認されています。これは、Caがかなり強い脱硫能力を持っているためです。介在物は鋼の強度にはほとんど影響を与えないが、靭性にはより大きな悪影響を及ぼし、その損傷の程度は鋼の強度によって異なる。
著名な専門家である肖吉梅氏は、鋼中の介在物は脆性相であり、体積分率が高いほど靭性が低くなり、介在物のサイズが大きいほど靭性の低下が速くなると指摘した。劈開破壊の靭性については、介在物のサイズが小さく、介在物の間隔が小さいほど、靭性は低下するどころか増加する。劈開破壊は起こりにくくなり、それによって劈開破壊強度が増加する。ある人は特別なテストを行った。鋼Aと鋼Bの2つのバッチは同じ鋼種に属するが、それぞれに含まれる介在物は異なる。