使用潔凈鋼讓軸承壽命更長久

JANSSON Roger

奧沃科集團亞太區總經理

高的機械強度并不是制造軸承用鋼材的唯一關鍵因素。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公司專業化了潔凈鋼材的制造，并嚴格控制了能導致早期疲勞失效的夾雜物的數量和尺寸。

Ovako開發了一個大容量疲勞數據庫。這些數據表明鋼中的缺陷(例如非金屬夾雜物)會引發疲勞破壞。這些夾雜物起到了應力集中的作用。這意味著它們可導致施加在構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系。顯然，當存在較大的夾雜物時，只需要較低的應力就能引發疲勞破壞。試驗表明:常規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計壽命延長和/或提高性能。在確保最終產品的高質量和一致性條件下，也可以進行適度的設計更改。從傳統鋼材升級到BQ級鋼通常是提高品質的第一步。

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級鋼適用于復雜負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載荷后的表現。在不同的加載模式下，BQ級鋼和IQ級鋼都遠比傳統鋼優秀。

圖2 傳統鋼與BQ級鋼和IQ級鋼在縱向和橫向上的旋轉彎曲疲勞性能對比

潔凈鋼的價值

與傳統鋼相比，潔凈鋼是優質鋼材。但重要的是要評估使用潔凈鋼制造軸承的經濟性，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計的靈活性，通過提高性能以及減小尺寸和重量，使傳統鋼材無法勝任的部件設計成為可能。它甚至可以減少制造構件所需的鋼材用量。選擇潔凈鋼可達到高性價比的目的，在軸承設計中有重要作用。