某深溝球軸承失效分析

王曉凱，張曉雪

（哈爾濱軸承集團公司 質量控制部，黑龍江 哈爾濱 150036）

某深溝球軸承失效分析

王曉凱，張曉雪

（哈爾濱軸承集團公司 質量控制部，黑龍江 哈爾濱 150036）

通過材料與熱處理多項檢測方法，對某深溝球軸承的失效原因進行分析和探討，排除了材料和熱處理對軸承失效的影響。顯微組織觀察發現，軸承在運轉過程中產生高溫，使軸承滾道產生二次（重新）淬火，是造成軸承碎裂失效的原因。

深溝球軸承；燒傷；變質層；疲勞

1 前言

軸承是各種運轉機械設備的主要轉動工件，在使用和安裝過程中，如果軸承上的任何部件出現問題就會造成整套軸承乃至整套設備的失效，甚至釀成更嚴重的后果，因此，軸承的失效分析是軸承可靠性系統工程中一個重要的組成部分。軸承的失效主要表現為磨損、燒傷、剝落和斷裂等幾種形式，失效原因錯綜復雜，不易判定，一般情況可以從外來因素和內在因素兩個方面來分析。①外來因素：主要是安裝、使用、維護保養是否符合技術要求。②內在因素：主要是設計、制造和材質等是否合理。要針對失效的產品進行檢驗分析，還要了解加工過程和使用情況，才能做出準確的判定。

2 軸承失效概況

某深溝球軸承被用于127機組軋輥機上。軸的兩端各安裝一套軸承，軸長度為80～100mm,潤滑方式為普通黃油，軋輥轉速為103r/min，水溫在20℃左右。近期軸承出現頻繁損壞現象，導致單班（12h）更換軸承20套左右。以前使用該型號軸承從未出現過如此高的更換頻率。在使用過程中，軸承的外套、內套、同時發生碎斷。

3 檢測分析

3.1 宏觀檢驗

送檢軸承已嚴重損壞，表面全部呈黑灰色，外套碎斷多塊，內套也斷碎多塊，滾動體和保持架整體形狀基本完好（見圖 1）。用汽油清洗軸承散件后，可以看到在外套的外徑上有明顯磨痕（見圖 2），這說明軸承滾動體在滾道上已經不能正常運轉，滾動體帶動外套在殼體內進行不正常的相對運動。軸承外套工作滾道受力部位—壓力帶有明顯地偏向一側的現象（見圖 3）。軸承的內套工作滾道已產生嚴重的塑性變形（見圖4），說明滾動體不是在軸承滾道上正常運轉，而是對滾道形成一種碾壓狀態。

3.2 火花檢驗及光譜分析

3.2.1 火花檢驗

圖1 某深溝球軸承使用時損壞狀況，1：1

圖2 某深溝球軸承外套外徑破摩擦痕跡，1：1

圖3 外套滾道壓力帶偏向溝道一側，2：1

圖4 內套滾道碾壓塑性變形，2：1

軸承的外套、內套及滾動體的火花：火束的顏色明亮，火花爆裂非常活躍，呈大星形狀，分叉多而細，爆花為3～5次爆裂復花，附有很多碎花粉，火花尾部較暗，符合GCr15軸承鋼。

3.2.2 光譜鑒定

故障軸承經光譜分析，軸承的外套、內套及滾動體均為GCr15軸承用鋼，符合設計要求。

3.2.3 硬度測定

軸承的外套、內套及滾動體硬度測定結果見表 1。

硬度測定結果表明軸承的外套、內套及滾動體硬度均符合標準規定。

表1 軸承零件硬度測定 HRC

表2 軸承零件淬回火組織

3.2.4 金相檢驗

用線切割設備，在損壞的軸承外套、內套套圈上截取試樣25mm×20mm，經鑲嵌、磨光、浸蝕制成金相試樣，在4xc型立式金相顯微鏡下放大500×觀察，軸承的外套、內套及滾動體淬回火組織見表 2。

圖5 故障軸承外套淬回火組織（3級），隱晶結晶馬氏體+細小分散的殘留碳化物，4%硝酸酒精溶液腐蝕，500×。

圖6 故障軸承外套淬回火組織（2級），隱晶結晶馬氏體+均勻分布的細小殘留碳化物，4%硝酸酒精溶液腐蝕，500×。

經以上檢驗，故障軸承外套、內套和滾動體顯微組織均符合“高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理技術條件”，即JB/T1255-2001標準規定。

3.2.5 材料質量

對故障軸承的材料質量進行金相檢驗，其結果見表 3。

表3 軸承零件材料檢驗/級

故障軸承材料各項質量檢驗結果均符合國標GB/T 18254-2002規定。

3.2.6 故障軸承燒傷分析

在顯微組織檢驗中，發現在軸承的外套滾道受力處有嚴重的燒傷組織（見圖 7）。

由圖 7 可見，組織中有一層白條帶狀白亮區，深度0.028mm，為二次（重新）淬火馬氏體；向里深灰色為高溫回火組織；再向里為軸承在制造時的正常熱處理淬回火組織。這說明軸承在運轉時產生高溫，最高工作溫度已經超過鋼的臨界點，溫度達到800℃以上，使套圈工作部位表層組織發生相變，重新形成馬氏體。

內套工作滾道上的燒傷組織和外套相似，見圖 8 所示。

由于軸承滾道表面在使用時產生燒傷變質層，造成了軸承套圈的斷裂和軸承的失效。

Analysis on a deep groove ball bearing failure

Wang Xiaokai, Zhang Xiaoxue
( Department of Quality Control,Harbin Bearing Group Corporation, Harbin 150036,China )

Through several materials and heat treatment detection methods, the failure reasons of a deep groove ball bearing was analyzed and discussed, excluding the impact of material and heat treatment on bearing failure. It was observed by microstructure the bearings temperature become high during operation, the bearing raceway produced secondary (re) quenching, then the bearing failure fragmentation was result in. .

deep groove ball bearing; burns; metamorphic layer; fatigue

4 結論

TH133.33+1

B

1672-4852（2014）03-0016-02

2014-05-16.

王曉凱（1956 -），男，工程師.