現代の工業機器や高速列車の電源システムでは,軸承は高速,高負荷,連続熱循環の条件下で安定して動作する必要があります.これは,特に鉄道車両の牽引モーターには当てはまります.これらのベアリングは,摩擦熱と外部の熱源に長期的に曝されている.熱性疲労に敏感になる皮が剥がれ 硬さの劣化 構造の不安定性といった問題につながります understanding the thermal fatigue failure mechanisms of high-temperature bearing steels and optimizing these mechanisms through alloy design is crucial for enhancing the reliability of high-temperature bearings.

軸承鋼に対する高温熱循環の主な影響機構

高温環境では,ローヤーのレースウェイ表面の重複的な加熱と冷却プロセスは熱圧集中を生成します.ローリングの早期の疲労裂けを促す重要な誘導体です. ローリングの疲労裂けは,具体的メカニズムは以下のとおりです.

熱圧交代負荷: 温度グラデーションにより,表面とコア間の繰り返し拉伸力および圧縮力による周期的な負荷が生じる.

材料構造の変化:マルテンサイトの硬化,カービッドの粗化,鋼の再分配により硬さが減少する.

潤滑膜の不安定性:高温で油膜の安定性が損なわれ,接触面摩擦が増加し,微量溶接が強化される.

酸化誘発性破裂:高温酸化層の破裂により酸化残骸が形成され,疲労裂けの拡散が加速する.

典型的な故障モード分析:熱疲労によるスパリングと硬度回帰

実用的な用途では,高温ベアリングの最も一般的な故障モードは以下のとおりである.

ローリング表面のパッチの剥離 (Spalling): 主に熱疲労によるもので,深灰色で浅い穴のような剥離が示され,深さは1~3μmである.

表面硬さの劣化:時間の経過とともに,表面硬さは60HRC以上から55HRCまたはそれ以下へと徐々に減少し,接触疲労強度を失う.

裂け目源の連鎖発現:微細裂け目が熱循環の作用で徐々に結合し,剥離によって形成される.

ネットワークカービッド降水: 鉄鋼中のカービッドは再採取され,成長し,粒の境界で硬化ゾーンを形成し,これはクラックの好ましい経路になります.

高温の軸承鋼の構造の進化特性

現在では,AISI M50,M50NiL,JIS SUJ2 (修正),Cr4Mo4Vなど,高温軸承鋼が主流となっている.熱性疲労条件下では次の微細構造の進化を示している:

テンプレートされたマルテンサイトはテンプレートされたソルビットまたは再オーステニットに変換され,硬さは減少する.

カービッドの粗化と集積は構造の均一性を低下させ,疲労裂けが容易に見られる.

粒子は粗いので,細晶強化効果が失われ,接触疲労寿命が短くなる.

余剰オーステナイトが消えるか不安定な変換が起こります.容量の変化や破裂が 容易に見られます

熱疲労環境における材料性能基準

高温軸承鋼は,通常,次の基準や試験パラメータを満たす必要があります.

GB/T 18254 "高炭素クロム軸承鋼" 鋼の基本性能規格

AMS 6491 (M50) と AMS 6278 (M50NiL): 航空用軸承鋼の熱処理および性能要件

ISO 683-17: ローリングベアリングのための熱処理合金鋼の一般規格.

硬さ維持性能: 150°C~300°Cの温度では,硬さは少なくとも58HRCを維持する.

熱裂け耐性:裂けの広がり限界 ΔK は 15 MPa√m 以上である.

合金精密調節の方向性:熱疲労のための最適化設計

熱疲労による故障メカニズムでは,合金組成と熱処理は,次の側面から微調整できます.

モリブデン (Mo) とバナジウム (V) を加え,カービッドを精製し,高温硬さと熱破裂耐性を向上させ,ニッケル (Ni) を加え,残留アウステナイトを安定させ,衝撃強度と熱処理の次元安定性を向上させる;

Cの含有量を0.25%~0.35%に最適化:カービッドの数と形状を制御し,穀物境界の脆さを減らす.

温度制御の耐熱処理:耐熱安定性を向上させ,硬度低下を抑制するための二次耐熱 (540~560°C)

稀土鋼の開発: 挿入物の形状の改善,スケール粘着の改善,およびスパリングの源の減少

新しい材料の傾向とエンジニアリングの事例参照

いくつかの高級アプリケーションでは,次の新しい高温軸承鋼が採用されています.

M62 (Cr-Mo-V-Niシリーズ): エアエンジンの主軸承に使用され,優れた熱裂け耐性がある.

クロニドゥル30 (窒素合金マルテンシット鋼) 耐腐蝕性,耐熱性,高速モーターで使用可能

ハイブリッドセラミック ハイブリッド軸承鋼: Si3N4ロールと組み合わせて摩擦加熱を軽減し,温度制限能力を向上させる.

Actual cases show that the gear box bearing with M50NiL steel and oil mist lubrication system can still maintain its complete structure without signs of spalling or cracking after running on the rail train for more than 2 million kilometers.

軸承の信頼性は,材料の性質から拡張されています

熱性疲労は,主に材料の微細構造が熱循環に不安定な反応をするため,高温ベアリングの寿命を制限する重要なボトルネックとなっています.熱疲労障害のメカニズムを深く理解し,合金元素を正確に最適化することで高温環境では,より長い耐久性とより高い信頼性を達成できます.高速列車などの高温アプリケーションでは熱力,機械,電池,電池,電池,電池,電池,電池,電池,電池高温ベアリング性能のための頑丈な"保護壁"が本当に確立することができます.