使用洁净钢让轴承寿命更长久

JANSSON Roger

奥沃科集团亚太区总经理

高的机械强度并不是制造轴承用钢材的唯一关键因素。疲劳强度也同样重要，因为疲劳是造成所有机械服役失效的主要因素。因此，Ovako公司专业化了洁净钢材的制造，并严格控制了能导致早期疲劳失效的夹杂物的数量和尺寸。

Ovako开发了一个大容量疲劳数据库。这些数据表明钢中的缺陷(例如非金属夹杂物)会引发疲劳破坏。这些夹杂物起到了应力集中的作用。这意味着它们可导致施加在构件上的额定载荷成倍增加而超过安全极限并形成初始裂纹。这些裂纹会随着时间的推移而扩展，从而引发失效。

由此可见轴承用钢的洁净度是决定其疲劳寿命的主要因素。使用洁净钢(与传统钢相比，该钢的缺陷更小)将改善轴承的疲劳寿命。

图1显示了缺陷尺寸和疲劳强度之间的密切关系。显然，当存在较大的夹杂物时，只需要较低的应力就能引发疲劳破坏。试验表明:常规钢中通常具有明显的缺陷，如尺寸为60、70、80 μm的夹杂物甚至更大，其疲劳强度约为400 MPa。但是洁净钢中夹杂物被控制在20 μm以下，疲劳强度会增加到600 MPa甚至800 MPa以上。

图1 缺陷尺寸和疲劳强度之间的关系

洁净钢的类型——BQ级钢和IQ级钢

BQ级钢是一系列具有小尺寸缺陷的高洁净度钢。BQ级钢中夹杂物尺寸的减小可使设计寿命延长和/或提高性能。在确保最终产品的高质量和一致性条件下，也可以进行适度的设计更改。从传统钢材升级到BQ级钢通常是提高品质的第一步。

IQ级钢具有各向同性，是洁净钢中更高级别的钢。这些钢中的夹杂物既细小又分布弥散，其纯净度可与电渣重熔钢媲美。小而均匀的夹杂物具有各向同性，可以在各个方向承受重载。因此，IQ级钢适用于复杂负载工况如制造齿轮等。

图2为不同类型的钢在纵向和横向承受循环载荷后的表现。在不同的加载模式下，BQ级钢和IQ级钢都远比传统钢优秀。

图2 传统钢与BQ级钢和IQ级钢在纵向和横向上的旋转弯曲疲劳性能对比

洁净钢的价值

与传统钢相比，洁净钢是优质钢材。但重要的是要评估使用洁净钢制造轴承的经济性，这要从更大的范围看问题。洁净钢使轴承在制造和使用中性能得到提高，说明这种选择是合理的。

使用洁净钢增加了设计的灵活性，通过提高性能以及减小尺寸和重量，使传统钢材无法胜任的部件设计成为可能。它甚至可以减少制造构件所需的钢材用量。选择洁净钢可达到高性价比的目的，在轴承设计中有重要作用。