首钢技术研究院

　　5 碳化物对轴承钢质量的影响
　　碳化物对疲劳寿命的影响是十分明显的。特别是随着冶炼、浇铸等技术的进步，在钢中氧含量及氧化物夹杂含量极低的情况下，碳化物的作用就显得更为重要了。
　　5.1碳化物颗粒大小及分布的影响
　　碳化物的颗粒大小、形状、数量及分布状况都影响疲劳寿命。轴承厂要求轴承钢材中碳化物颗粒细小，形状规则，而且分布均匀。当存在粗颗粒碳化物时，钢的淬硬值、压坏值、转动疲劳寿命都要恶化。J.E.梅雷廷恩和J.F.修厄尔在测定疲劳寿命与碳化物颗粒大小与分布的关系的试验中发现，碳化物细小，分布均匀，疲劳寿命较好(见图7)。对于碳化物的不均匀性常用碳化物颗粒平均间距(MSP)来衡量，日本不二越钢厂在研究轴承钢的碳化物时，测定了MSP与疲劳寿命的关系，并建立起碳化物颗粒平均距离(MSP)与疲劳寿命的回归方程：

　　式中：Y：疲劳寿命；
　　χ：碳化物颗粒平均距离，um。

　　文献[40~42]报道用型号6305的滚动轴承的内外套圈作试样[40]，在承受径向交变负荷的寿命试样机上做了试验。结果表明，碳化物颗粒Z大和Z小两者之间的平均寿命相差大约2.0倍。用碳化物颗粒为0.9~1.4um的各种环形试样作寿命试验，结论是：碳化物颗粒间平均距离的对数的倒数和疲劳寿命呈直线关系，即碳化物颗粒越细小，寿命越高。大泽近藤也做了同样的试验，得出结论：具有细球状碳化物(平均直径0.5~1.0um)材料寿命为粗颗粒碳化物(平均直径2.5~3.5um)材料的1.5倍。也有人用平均碳化物颗粒分别为0.6um和1.4um的细颗粒和粗颗粒碳化物的钢，将马氏体含碳量固定在0.5%，做推力片寿命试验，试验结果表明：细颗粒材料比粗颗粒材料显著要好，平均寿命(L50)大约为2.5∶1，之所以粗颗粒碳化物比细颗粒碳化物寿命差，他们认为：轴承钢在淬火温度下，奥氏体的含碳量不是充分均匀的。在碳化物附近的奥氏体和远离碳化物的奥氏体之间存在着碳的浓度差。碳化物颗粒越大，这种浓度差也越大。而浓度高和浓度低的地方寿命都不好，这样平均寿命自然也低。
　　5.2带状碳化物的影响
　　带状碳化物是由枝晶偏析引起的。前苏联学者研究了带状碳化物对轴承钢疲劳寿命的影响。他们将直径为100mm的GCr15SiMn棒料(中心区带状组织评级为3.5级、边缘为2级)在1150℃扩散退火15h，得到带状组织小于0.5级的钢棒；以未经扩散退火的直径为100mm的钢棒改锻为60mm，在790℃进行球化退火；再将两者一同加工成疲劳试样进行试验。结果表明：扩散退火使纵向和横向试样的接触疲劳强度大大提高。如果把带状3.0~3.5级试样的寿命作为99%，则带状为0.5级的纵向寿命为166%，横向为388%。
　　5.3网状碳化物的影响
　　网状碳化物是在热加工变形后的冷却过程中形成的，如果在800～900℃之间冷却速度太慢，则溶解在奥氏体中的碳有足够动力和充分的时间扩散到奥氏体晶粒的边界上析出。Z终在钢中呈沿晶的网络状分布。关于网状碳化物对性能的影响，研究的不多。A.T.斯别克托尔研究发现，随网状级别的增加，接触疲劳强度下降。冶钢公司一组GCr15钢氧含量为 14×10-6，碳化物网状为1.5级，与SKF一组相同牌号钢氧含量为8×10-6，网状为3.0级的钢材对比。大冶材的接触疲劳寿命L10、L50分别为SKF的1.67和1.74倍。
　　5.4液析碳化物的影响
　　液析碳化物与带状碳化物的起因相同，都起源于枝晶偏析。当偏析严重达到共晶成分时，形成共晶碳化物。液析碳化物的影响与带状碳化物大体相当。由于起因相同，减轻和消除的方法也相同。
　　5.5残余碳化物含量的影响
　　用轴承钢加工成轴承，必须在淬、回火状态下使用，此时钢具有混合组织，通常含有80%(体积比)的马氏体，5~10%的残余奥氏体和7%左右的未溶/碳化物—残余碳化物。残余碳化物的含量同样影响疲劳寿命。有的研究结果指出，残余碳化物的含量为7~8%时，寿命Z长。但这种试验结果是用含碳量一定的钢(1.0%C)，在不同温度淬火条件下进行实验得出的。由于淬火加热温度不同，残余碳化物数量固然有变化，但同时马氏体的含碳量也在变化，而马氏体含碳量对疲劳寿命有显著影响。因此，残余碳化物含量为7~8%时是否寿命Z高，这一结论还是一个问题。日本学者用其它成分和GCr15相同，而含碳量在0.70~1.17%之间变化的钢，对其进行适当的热处理，使马氏体中的含碳量保持一定，均为0.45%，在这样的条件下研究残余碳