22324軸承內圈滾道面開裂原因分析

王學平，鄧有云

(六安滾動軸承有限公司，安徽 六安 237161)

1 存在的問題

某一22324軸承內圈，系由GCr15鋼制造，采用常規淬、回火工藝進行熱處理。在粗磨內圈滾道面后，經磁粉探傷發現滾道的兩側，尤其是靠近油溝處出現許多細小裂紋，個別套圈還出現了多道較深的、垂直于砂輪磨削方向的開裂及翹皮現象，其開裂形貌如圖1所示。經線切割后，還出現整塊材料從滾道面脫落現象。

圖1 裂紋形貌

2 檢驗

2.1 金相檢驗

從出現開裂的軸承套圈上切取一塊試樣(將裂紋沿縱向解剖)，制備成金相試樣后，放置在光學顯微鏡下觀察并按照JB/T1255-2001標準進行評定，結果如下：

(1)滾道表面存在嚴重的二次淬火層和高溫回火層，二次淬火層深度約0.2 mm，高溫回火層深度約1.0 mm。金相組織見圖2。

圖2 二次淬火層+高溫回火層金相組織

(2)裂紋起源于滾道表面的高溫回火層，深度約2.5 mm，其形貌見圖1和圖3[1]。

(3)裂紋兩側未發現有脫貧碳現象(圖3)。

圖3 裂紋兩側無脫碳

(4)內圈的淬回火馬氏體組織為4級，符合標準要求。

2.2 熱酸洗檢驗

將線切割過程中表面發生脫落的試樣按照JB/T1255-2001標準附錄C進行熱酸洗，結果發現：兩側滾道面均有裂紋，裂紋的形狀多為網狀，也有垂直于磨削方向的直線裂紋，見圖4。

圖4 熱酸洗后滾道面裂紋形貌

3 結果分析

在熱處理過程中，內圈滾道面往往會因為較深的車刀痕、熱處理組織過熱或因返修致使表面嚴重脫碳而產生裂紋[2]。在磨削過程中，也會因為磨削熱而產生磨削裂紋。磨削熱與砂輪磨削力和磨削速度成正比。由于磨削力和磨削速度很大，因此，磨削熱會很大，瞬間溫度可達800～1 500 ℃。在磨削過程中，如果散熱措施不好，很容易造成工件表面燒傷，而GCr15軸承鋼是導熱性較差的材料，操作不當很容易燒傷。此外，工件表面高溫也容易造成工件表面發生二次淬火，產生較大的應力而引起裂紋[3]。熱處理裂紋的特點是裂紋一般較深且細，裂紋兩側沒有脫碳；而磨削裂紋一般較淺，裂紋兩側無脫碳，燒傷層金相組織會因二次淬火及高溫回火而發生明顯的變化。

根據受檢內圈金相組織和裂紋形貌初步判斷如下：(1)裂紋兩側無脫碳，裂紋產生于熱處理或磨削工序；(2)滾道表面存在嚴重的二次淬火和高溫回火層，酸洗后裂紋分布呈網狀或與磨削方向垂直，而淬火馬氏體在合格范圍內，因此，內圈滾道面上的裂紋是磨削裂紋。內圈一側滾道面上的裂紋較深，說明該側滾道面在磨削過程中所承受的磨削應力和熱應力均較大，因而造成金屬脫落的面積及厚度也較大。

由以上分析可以確定，送檢的22324軸承內圈滾道面裂紋為磨削裂紋，其是造成滾道面開裂及翹皮的主要原因。

4 預防措施

為避免磨削裂紋的產生就要減少磨削熱的產生和加速熱量的散發。可以采取的預防措施有：(1)選擇恰當的切削液，進行充分而均勻的冷卻。(2)選擇合適的砂輪。在磨料確定的前提下，可選用硬度較低、組織號大的砂輪并及時修整，因為大氣孔砂輪自銳性好，散熱性佳，可有效避免燒傷和磨削裂紋。(3)合理選擇磨削進給量[3]，減小進刀量，提高工件圓周速度也可降低磨削溫度，減少燒傷，從而避免磨削裂紋。

因此，采取的措施是：(1)精心調整設備，杜絕大進給量磨削，采用均勻進給，小火花磨削，2 s無火花光磨加緩慢退刀的操作規程。(2)確保冷卻液對試件進行充分而均勻的冷卻。(3)選用硬度級別為J，組織號為6的橡膠砂輪。

通過采取上述措施后，再未出現類似的滾道面磨削開裂及翹皮現象。