高性能GCr15轴承钢中夹杂物控制与疲劳性能

GCr15轴承钢的冶炼工艺对钢的疲劳性能具有显著影响。研究了LF＋VD、电渣重熔（ESR）和真空感应＋真空自耗（VIM＋VAR）冶炼工艺对钢中氧、氮、硫的质量分数和非金属夹杂物的分布特征以及疲劳性能的影响规律。结果表明,VIM＋VAR冶炼钢中氧和氮的质量分数分别为0.000 5%和0.001 6%,夹杂物总数量仅为1.54个/mm^2。ESR冶炼钢中氧和氮的质量分数分别为0.001 8%和0.011 0%,夹杂总数量为17.78个/mm^2,夹杂物尺寸均小于13μm。LF＋VD冶炼钢中硫的质量分数为0.002 6%,钢中硫和氧的质量比为3.7,夹杂总数量最多为20.73个/mm^2,大于13μm的夹杂物中CaS和CaS与Oxide复合夹杂比例较高。旋转弯曲疲劳试验结果表明,LF＋VD、ESR和VIM＋VAR冶炼钢的安全疲劳极限分别为980、1 164和1 158 MPa,引起疲劳破坏的夹杂物类型与制备工艺有关,LF＋VD冶炼钢的夹杂物有CaS、CaS（Oxide）和CaO·Al2O3,ESR冶炼钢的夹杂物有Al2O3和CaO·Al2O3,VIM＋VAR冶炼钢的夹杂物有TiN、MgO·Al2O3和CaS（Oxide）。依据真实应力因素和疲劳寿命,钢中夹杂物的危害程度由大到小依次为TiN、CaO·Al2O3、MgO·Al2O3、Al2O3、CaS（Oxide）和CaS,夹杂物类型和尺寸的不同导致了GCr15轴承钢安全疲劳极限的差异。