主要內在因素有如下幾項:
1.淬火鋼中的馬氏體
高碳鉻鋼原始組織為粒狀珠光體時,在淬火低溫回火狀態下,淬火馬氏體含碳量,明顯影響鋼的力學性能。強度、韌性在0.5%左右,接觸疲勞壽命在0.55%左右,抗壓潰能力在0.42%左右,當GCr15鋼淬火馬氏體含碳量為0.5%~0.56%時,可以獲得抗失效能力最強的綜合力學性能。
2.淬火鋼中的殘留奧氏體
高碳鉻鋼經正常淬火後,可含有8%~20%Ar(殘留奧氏體)。軸承零件中的Ar有利也有弊,為了興利除弊,Ar含量應適當。由於Ar量主要與淬火加熱奧氏體化條件有關,它的多少又會影響淬火馬氏體的含碳量和未溶碳化物的數量,較難正確反映Ar量對力學性能的影響。為此,固定奧氏條件,利用奧氏體體化熱穩定化處理工藝,以獲得不同Ar量,在此研究了淬火低溫回火後Ar含量對GCr15鋼硬度和接觸疲勞壽命的影響。隨著奧氏體含量的增多,硬度和接觸疲勞壽命均隨之而增加,達到峰值後又隨之而降低,但其峰值的Ar含量不同,硬度峰值出現在17%Ar左右,而接觸疲勞壽命峰值出現在9%左右。當試驗載荷減小時,因Ar量增多對接觸疲勞壽命的影響減小。這是由於當Ar量不多時對強度降低的影響不大,而增韌的作用則比較明顯。原因是載荷較小時,Ar發生少量變形,既消減了應力峰,又使已變形的Ar加工強化和發生應力應變誘發馬氏體相變而強化。但如載荷大時,Ar較大的塑性變形與基體會局部產生應力集中而破裂,從而使壽命降低。應該指出,Ar的有利作用必須是在Ar穩定狀態之下,如果自發轉變為馬氏體,將使鋼的韌性急劇降低而脆化。
3.淬火鋼中的未溶碳化物
淬火鋼中未溶碳化物的數量、形貌、大小、分布,既受到鋼的化學成分和淬火前原始組織的影響,又受奧氏體化條件的影響,有關未溶碳化物對軸承壽命的影響研究較少。碳化物是硬脆相,除了對耐磨性有利之外,承載時因會(特別是碳化物呈非球形)與基體引起應力集中而產生裂紋,從而會降低韌性和疲勞抗力。淬火未溶碳化物除了自身對鋼的性能產生影響之外,還影響淬火馬氏體的含碳量和Ar含量及分布,從而對鋼的性能產生附加影響。為了揭示未溶碳化物對性能的影響,采用不同含碳量的鋼,淬火後使其馬氏體含碳量和Ar含量相同而未溶碳化物含量不同的狀態,經150℃回火後,由於馬氏體含碳量相同,而且硬度較高,因而未溶碳化物少量增高對硬度增高值不大,反映強度和韌性的壓潰載荷則有所降低,對應力集中敏感的接觸疲勞壽命則明顯降低。因此淬火未溶碳化物過多對鋼的綜合力學性能和失效抗力是有害的。適當降低軸承鋼的含碳量是提高制件使用壽命的途徑之壹。
4.淬火回火後的殘留應力
軸承零件經淬火低溫回火後,仍具有較大的內應力。零件中的殘留內應力有利和弊兩種狀態。鋼件熱處理後,隨著表面殘留壓應力的增大,鋼的疲勞強度隨之增高,反之表面殘留內應力為拉應力時,則使鋼的疲勞強度降低。這是由於零件的疲勞失效出現在承受過大拉應力的時候,當表面有較大壓應力殘存時,會抵消同等數值的拉應力,而使鋼的實際承受拉應力數值減小,使疲勞強度極限值增高,當表面有較大拉應力殘存時,會與承受的拉應力載荷疊加而使鋼的實際承受的拉應力明顯增大,即使疲勞強度極限值降低。因此,使軸承零件淬火回火後表面殘留較大的壓應力,也是提高使用壽命的措施之壹(當然過大的殘留應力可能引起零件的變形甚至開裂,應給予足夠重視)。
5.鋼的雜質含量
鋼中的雜質包括非金屬夾雜物和有害元素(酸溶)含量,它們對鋼性能的危害往往是相互助長的,如氧含量越高,氧化物夾雜物就越多。鋼中雜質對力學性能和制件抗失效能力的影響與雜質的類型、性質、數量、大小及形狀有關,但通常都有降低韌性、塑性和疲勞壽命的作用。