RNNCS6/38V軸承擋邊碎裂的原因分析

吳松林，倪亞紅

(錢潮軸承有限公司，杭州 311215)

1 軸承檢查

RNNCS6/38V為雙列無外圈圓柱滾子軸承，材料為GCr15鋼，由內圈、卡簧、2列滾子和2個隔圈組成，如圖1所示。軸承外工作面為行星齒輪的內徑面。客戶反饋軸承在試車過程中有異響，拆卸后發現內圈擋邊局部碎裂，如圖2所示。軸承失效的原因分析如下。

1.1 外觀檢查

(1)在拆解失效軸承前，將發生擋邊碎裂的端面向上，軸承旋轉靈活，無卡滯現象。

(2)內圈端面及內、外倒角均未發現明顯的機械損傷。

圖1 軸承和行星齒輪結構

圖2 軸承擋邊碎裂

(3)碎裂擋邊的工作面上存在4處等距離的弧痕，如圖3所示。

圖3 擋邊工作面上的弧痕

(4)內圈擋邊碎裂部位對應的滾道面上同樣存在5處等距離的軸向印痕，如圖4所示。

圖4 內圈滾道上的印痕

(5)與碎裂擋邊一側配對的隔圈，其端面局部也有5處等距離的弧痕，如圖5所示，采用Taylor輪廓儀測量該弧痕最大深度為0.015 mm。

圖5 隔圈上的弧痕

(6)碎裂擋邊與滾道面間的越程槽為圓弧過渡，無銳角，如圖6所示。

圖6 碎裂處越程槽形狀

1.2 斷口檢查

內圈小擋邊的斷口情況如圖7和圖8所示，斷裂延伸至越程槽內，斷面上未見粗晶粒、斑點、夾雜及銹蝕等缺陷，斷口依據JB/T 1255—2001《高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理技術條件》評定為合格。

圖7 小擋邊斷口

圖8 內圈小擋邊碎裂區

從斷裂面上可清晰地觀察到較多的放射狀條紋，這是裂紋的擴展區。依據斷口理論的判別方法即放射狀條紋收斂方向的終點為裂紋源，可確定與圖8滾道面上的一處軸向印痕相對應的斷面區為裂紋源區。放射狀條紋發散至消失的最后斷裂區域可見明顯的剪切唇區(即瞬斷區)。據此可以確定裂紋產生于擋邊面內側的越程槽內，并向端面方向擴展至碎裂。

1.3 內圈化學成分檢測

采用JY56E火花發射光譜分析儀，依據GB/T 18254—2002《高碳鉻軸承鋼》檢測內圈化學成分，數據見表1，結果合格。

1.4 材料熱處理質量和關鍵尺寸的檢測

采用HR-150A洛氏硬度計、Axiovert 40 mat顯微鏡、JD18測長儀、D923軸儀、杠桿齒輪比較儀等檢測設備，依據JB/T 1255—2001《高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理技術條件》、GB/T 18254—2002《高碳鉻軸承鋼》和產品圖紙要求，對內圈、滾子和隔圈等零件的金相組織、硬度、材料及尺寸等進行檢查和評定，數據見表2和表3，結果均合格。

表1 內圈化學成分(質量分數) %

表2 內圈和滾子檢測結果

表3 隔圈硬度及可能引起擋邊碎裂的相關部位尺寸

內圈金相組織如圖9所示。擋邊碎裂起源區未見脫碳、增碳、燒傷、過燒、碳化物異常和原始裂紋等質量缺陷，如圖10所示。

圖9 內圈組織(500×)

圖10 碎裂擋邊區(500×)

1.5 回火穩定性試驗

在連續式網帶回火爐上對失效的軸承內圈進行160 ℃×4 h回火，檢測內圈硬度為62 HRC，較回火前低0.5 HRC。依據JB/T 1255—2001《高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理技術條件》要求，二次回火后零件硬度最大落差不大于1.0 HRC，故內圈回火穩定性合格。

2 失效原因分析

(1)通過對軸承材料、熱處理和與軸承碎裂可能相關的尺寸等項目檢測，未發現軸承自身存在可能引起擋邊碎裂的缺陷。

(2)通過對軸承的外觀檢查，并結合軸承的結構，分析認為碎裂擋邊面、滾道面和隔圈端面上的等距印痕均由滾子碰撞引起。

(3)在生產現場了解軸承安裝的過程如下：先徒手將軸承裝入行星齒輪，軸承外的塑料保持套隨即剝離，此過程軸承擋邊不受任何外力；隨后將帶行星齒輪的軸承水平置于軸的端面上，在軸承內圈端面上垂直放一打具，以銅錘手工方式敲擊打具，直至軸承的下端面與軸的臺階面接觸為止，此過程擋邊承受打具傳來的不均勻的沖擊力。檢查發現，打具與軸承相接觸的端面外圓部分已嚴重塌邊。

據此并結合內圈滾道面和擋邊上的滾子印痕與裂紋源的對應關系，可初步確定：在以敲打方式安裝軸承的過程中，由于施加的沖擊力大小不均，且打具與軸承端面發生偏斜，致使擋邊局部沖擊載荷過大。在內圈被沖擊加速移動過程中，擋邊受到來自滾子的反沖擊力，由于打具端面外側塌邊，該部位不能減緩內圈擋邊承受的反沖擊力，擋邊局部產生懸臂梁效應，致使擋邊過載碎裂。經現場試驗，驗證了此分析結果。

3 結論

(1)通過對失效軸承進行外觀、斷口、材料熱處理質量、外形尺寸等的檢查、分析及驗證，確定軸承擋邊碎裂是由安裝過程中局部產生的沖擊力過載所致。

(2)軸承的尺寸精度對軸承的噪聲和壽命影響較大，GCr15材料屬過共析鋼，在淬火加低溫回火后材料的脆性明顯高于中低碳鋼，因此在安裝過程中，應盡可能采用壓裝的方式，以避免軸承尺寸精度受到破壞或軸承碎裂。