薄壁軸套斷裂原因分析

郭靖，關力，張曉鵬

(1.國家軸承質量監督檢驗中心，河南 洛陽 471039；2.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039)

某廠生產的2種型號薄壁軸套在客戶裝配過程中出現沿軸向方向的斷裂，軸套材料為GCr15，裝配工藝為壓裝→精車外徑→拋光→清洗→烘干→包裝發運。現從斷裂樣品中任選2件進行斷裂原因分析。

1 檢驗與分析

1.1 宏觀檢查

送檢的2件斷裂樣品的宏觀形貌如圖1和圖2所示。根據送檢方提供的樣品相關說明可知，2件樣品除寬度有差異外，其余尺寸均相同(寬度較小軸套編為1#，寬度較大軸套編為2#)。由圖可見，2件樣品的斷裂形式相同，均在圖中箭頭所示的區域產生斷裂，即沿軸向方向的貫穿裂紋，而其余表面均未發現異常現象。

圖1 1#軸套裂紋形貌

圖2 2#軸套裂紋形貌

1.2 硬度檢驗

依據JB/T 7361—2007《滾動軸承 零件硬度試驗方法》，根據樣品的端面有效寬度，選用洛氏硬度法A標尺，對2件斷裂樣品進行端面硬度檢驗，結果見表1。由表1可知，2件斷裂樣品的硬度均符合JB/T 1255—2001標準的相關規定。

表1 送檢樣品硬度檢驗結果

1.3 斷口分析

將2件樣品的斷口采用超聲波清洗烘干后，分別放置在JSM-6380LV掃描電子顯微鏡下進行斷口分析。圖3所示為1#樣品的斷口裂紋源區形貌，由圖可見，斷口表面有些區域已被污染，但從斷口的裂紋擴展形貌判斷，裂紋起源于圖3所示的內徑倒角區域。圖4所示為2#樣品的裂紋源區形貌，由圖可見，裂紋起源于距一側端面約1.28mm的內徑面上，高倍觀察發現裂紋源區的斷面呈沿晶斷裂，且晶粒較為粗大(圖5和圖6)，未發現夾雜等其他異常。

圖3 1#樣品裂紋源區形貌

圖4 2#樣品裂紋源區形貌

圖5 2#樣品裂紋源區放大圖

圖6 2#樣品裂紋源區放大圖

1.4 酸洗檢驗

依據JB/T 1255—2001標準的冷、熱酸洗檢驗規程，對送檢的2件樣品分別進行冷、熱酸洗檢驗。冷酸洗結果表明，1#樣品內徑表面及內徑一側倒角區域均存在不同程度的燒傷現象，2#樣品各表面均未發現燒傷現象；經熱酸洗檢驗發現，1#樣品內徑一側倒角區域發現與磨削方向垂直或呈一定角度的直線狀細小裂紋(圖7)，2#樣品各表面均未發現異常現象。

圖7 1#樣品熱酸洗后裂紋形貌

1.5 金相檢驗

分別將送檢的2件樣品沿縱向切割后，經鑲嵌制樣進行金相檢驗。1#樣品的淬、回火金相組織為細小結晶馬氏體+隱晶馬氏體+少量細小針狀馬氏體+較少量殘留碳化物+較多殘留奧氏體，依據JB/T 1255—2001標準評定淬、回火組織為4級，網狀碳化物為1級，符合標準要求，但內徑一側倒角區域存在如圖8所示的磨削燒傷組織，表面白亮層為二次淬火組織，次表層暗黑色區域為高溫回火組織，其余為正常淬、回火馬氏體組織。2#樣品的淬、回火基體組織粗大，細小針狀馬氏體分布明顯，殘留碳化物少，且顆粒大小及分布均勻性較差，局部區域碳化物已全部溶解(圖9)，依據JB/T 1255—2001標準評定淬、回火組織大于5級，網狀碳化物為1級，淬、回火組織不符合標準規定。

圖8 1#樣品磨削燒傷組織形貌

圖9 2#樣品淬、回火過熱組織形貌

2 斷裂原因分析

(1) 1#軸套的酸洗檢驗和金相檢驗表明，內徑一側倒角區域在磨削過程中產生了磨削燒傷，且形成了磨削裂紋；斷口分析也表明，斷裂起源于內徑倒角區域。由此可以推斷，1#軸套在安裝過程中，由于外力的作用導致在磨削裂紋處形成斷裂起源，從而造成開裂。

(2) 2#軸套的金相檢驗表明，在淬火過程中由于淬火溫度過高或保溫時間過長，引起淬、回火組織中馬氏體較粗，造成軸套的脆性增加，殘余內應力較大，而斷口分析結果也表明，斷裂源區域晶粒粗大，形成了危險區域，從而導致該軸套在裝配過程中易于從危險區域發生開裂。

由以上分析可知，磨削裂紋和淬、回火組織過熱是造成送檢軸套在裝配過程中產生軸向斷裂的主要原因。

3 結束語

對于薄壁軸套而言，由于其壁很薄，必須采取措施避免淬、回火組織過熱現象的發生，減少淬、回火過程中的熱處理變形，如車加工后應進行去應力退火，淬火加熱溫度應選用下限，采用分級淬火等，另外還要采取合適的磨削工藝以防止形成磨削燒傷和磨削裂紋。