Faktor-faktor yang Mempengaruhi Umur Kelelahan Baja Bantalan

Faktor apa saja yang akan memengaruhi umur kelelahan baja bantalan? Masalah-masalah di atas dianalisis sebagai berikut:
1. Pengaruh nitrida terhadap umur kelelahan
Beberapa ahli telah menunjukkan bahwa ketika nitrogen ditambahkan ke baja, fraksi volume nitrida menurun. Hal ini disebabkan oleh pengurangan ukuran rata-rata inklusi dalam baja. Karena keterbatasan teknologi, masih terdapat sejumlah besar partikel inklusi yang lebih kecil dari 0,2 inci. Justru keberadaan partikel nitrida kecil inilah yang berdampak langsung pada umur kelelahan baja bantalan. Ti adalah salah satu unsur terkuat yang dapat membentuk nitrida. Ia memiliki berat jenis yang kecil dan mudah mengapung. Sebagian Ti tetap berada dalam baja untuk membentuk inklusi multi-sudut. Inklusi semacam itu cenderung menyebabkan konsentrasi tegangan lokal dan retakan kelelahan, sehingga perlu untuk mengendalikan terjadinya inklusi tersebut.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa kandungan oksigen dalam baja berkurang hingga di bawah 20 ppm, kandungan nitrogen meningkat, ukuran, jenis, dan distribusi inklusi non-logam membaik, dan inklusi stabil berkurang secara signifikan. Meskipun partikel nitrida dalam baja meningkat, partikel tersebut sangat kecil dan tersebar dalam keadaan terdispersi di batas butir atau di dalam butir, yang menjadi faktor menguntungkan, sehingga kekuatan dan ketangguhan baja bantalan sangat sesuai, dan kekerasan serta kekuatan baja meningkat pesat, terutama efek peningkatan umur kelelahan kontak sangat objektif.
2. Pengaruh oksida terhadap umur kelelahan
Kandungan oksigen dalam baja merupakan faktor penting yang memengaruhi material tersebut. Semakin rendah kandungan oksigen, semakin tinggi kemurniannya dan semakin lama masa pakainya. Terdapat hubungan erat antara kandungan oksigen dalam baja dan oksida. Selama proses pembekuan baja cair, oksigen terlarut dari aluminium, kalsium, silikon, dan unsur-unsur lainnya membentuk oksida. Kandungan inklusi oksida merupakan fungsi dari oksigen. Seiring penurunan kandungan oksigen, inklusi oksida akan berkurang; kandungan nitrogen sama dengan kandungan oksigen, dan juga memiliki hubungan fungsional dengan nitrida, tetapi karena oksida lebih tersebar dalam baja, ia berperan sama seperti titik tumpu karbida, sehingga tidak memiliki efek merusak pada masa pakai baja.
Karena adanya oksida, baja merusak kontinuitas matriks logam, dan karena koefisien ekspansi oksida lebih kecil daripada koefisien ekspansi matriks baja penahan beban, ketika dikenai tegangan bolak-balik, mudah terjadi konsentrasi tegangan dan menjadi penyebab kelelahan logam. Sebagian besar konsentrasi tegangan terjadi antara oksida, inklusi titik, dan matriks. Ketika tegangan mencapai nilai yang cukup besar, retakan akan terjadi, yang akan dengan cepat meluas dan merusak. Semakin rendah plastisitas inklusi dan semakin tajam bentuknya, semakin besar konsentrasi tegangan.
3. Pengaruh sulfida terhadap umur kelelahan
Hampir semua kandungan sulfur dalam baja terdapat dalam bentuk sulfida. Semakin tinggi kandungan sulfur dalam baja, semakin tinggi pula kandungan sulfidanya. Namun, karena sulfida dapat dikelilingi dengan baik oleh oksida, pengaruh oksida terhadap umur kelelahan berkurang, sehingga pengaruh jumlah inklusi terhadap umur kelelahan tidak sepenuhnya mutlak, melainkan terkait dengan sifat, ukuran, dan distribusi inklusi. Semakin banyak inklusi tertentu, semakin rendah umur kelelahannya, dan faktor-faktor pengaruh lainnya harus dipertimbangkan secara komprehensif. Pada baja bantalan, sulfida tersebar dan terdistribusi dalam bentuk halus, dan bercampur dengan inklusi oksida, yang sulit diidentifikasi bahkan dengan metode metalografi. Eksperimen telah mengkonfirmasi bahwa berdasarkan proses aslinya, peningkatan jumlah Al memiliki efek positif dalam mengurangi oksida dan sulfida. Hal ini karena Ca memiliki kemampuan desulfurisasi yang cukup kuat. Inklusi memiliki sedikit pengaruh terhadap kekuatan, tetapi lebih berbahaya bagi ketangguhan baja, dan tingkat kerusakannya bergantung pada kekuatan baja.
Xiao Jimei, seorang ahli terkenal, menunjukkan bahwa inklusi dalam baja merupakan fase rapuh, semakin tinggi fraksi volumenya, semakin rendah ketangguhannya; semakin besar ukuran inklusinya, semakin cepat ketangguhannya menurun. Untuk ketangguhan patahan belah, semakin kecil ukuran inklusinya dan semakin kecil jarak antar inklusinya, ketangguhannya tidak hanya tidak menurun, tetapi malah meningkat. Patahan belah menjadi kurang mungkin terjadi, sehingga meningkatkan kekuatan patahan belah. Seseorang telah melakukan uji khusus: dua kelompok baja A dan B termasuk dalam jenis baja yang sama, tetapi inklusi yang terkandung di dalamnya berbeda.