GCr15鋼制φ40mm×50mm滾子破壞分析

孫海洋，崔丹男，王曉敏

（1. 哈爾濱軸承集團公司 質量控制部，黑龍江 哈爾濱 150036；2. 哈爾濱健力精密機械制造有限公司, 黑龍江 巴彥151800）

GCr15鋼制φ40mm×50mm滾子破壞分析

孫海洋1，崔丹男1，王曉敏2

（1. 哈爾濱軸承集團公司 質量控制部，黑龍江 哈爾濱 150036；2. 哈爾濱健力精密機械制造有限公司, 黑龍江 巴彥151800）

通過對已損壞的φ40mm×50mm滾子從顯微組織、硬度和鋼種等方面進行試驗和分析，發現熱處理淬火組織不良、硬度低、淬硬層淺是導致滾子早期損壞的主要原因；材料中的碳化物網狀不合格和使用中的冷作硬化對滾子也會產生不良影響。

疲勞破壞；屈氏體；冷作硬化；網狀碳化物

1 前言

滾動軸承壽命是衡量軸承質量最重要的技術指標，它與材料及熱處理質量好壞關系極大，如果材料或熱處理質量不好、把關不嚴，不僅軸承壽命達不到要求，而且會在使用中造成嚴重后果。通過對軋機軸承滾子故障分析，證明某廠軸承部件生產確實存在較大的質量問題。要保證軸承質量就必須嚴格控制材料質量，生產廠要有可靠的工藝規范和相應的質量保證措施，才能生產出讓用戶滿意的合格產品。

2 試驗分析

2.1 軸承破壞情況

GCr15鋼制φ40mm×50mm滾子用于軋鋼機軸承，在重載下工作后短時間出現故障，滾子被破壞。

被破壞滾子共兩件，1#滾子外貌特征見圖1。其工作表面有嚴重的疲勞剝落（脫皮），其缺陷尺寸：長度為滾子長度，寬度為24mm。2#滾子在一個端面倒角處出現多處脆性崩裂掉塊，見圖 2。

圖1 1#滾子外圓表面疲勞剝落特征，放大倍數 1.2：1

圖2 2#滾子在倒角位置多處崩裂掉塊，放大倍數 1.2：1

2.2 尺寸測量

尺寸測量結果見表 1。

由表 1 可以看出，使用過的滾子端面有凹陷，1#剝落滾子被輾長，超過設計規定，未出廠庫存滾子尺寸符合設計規定。

2.3 硬度測定

滾子硬度測定結果見表 2。

表1 破壞滾子尺寸測量結果與未出廠庫存滾子對比/mm

表2 破壞滾子硬度測定結果/HRC

由表 2 可見，1#滾子距表層3mm處硬度變化較大，最低硬度為HRC42.5，不符合JB/T1255-2001標準規定；2#滾子距表層3mm處硬度分布不均，最高達HRC70，遠遠超過標準規定上限，這樣高的硬度是GCr15鋼淬回火后不能達到的，它是滾子在工作時工作表面受到很大的擠壓應力產生的冷作硬化的結果。

2.4 顯微組織

滾子淬回火顯微組織按JB/T 1255-2001標準第 2 級別圖和第 3 級別圖進行評定，檢驗結果見表 3。

表3 滾子淬回火顯微組織評定結果

圖3 1#滾子外徑表層淬回火組織，屈氏體＞3級（不合格），500×

圖4 2#滾子淬回火過熱組織，針狀馬氏體+殘留奧氏體（不合格），500×

顯微組織檢驗結果表明1#剝落滾子為淬火欠熱或冷卻速度不足的屈氏體組織，而2#崩裂掉塊滾子屬淬火過熱馬氏體組織。

表4 材料碳化物網狀、碳化物帶狀和碳化物液析檢驗結果

圖5 1#滾子材料碳化物帶狀＞3級（不合格），500×

2.5 材料碳化物不均勻性

材料碳化物不均勻性檢驗結果見表 4。

材料碳化物不均勻性除1#滾子碳化物網狀不符合標準規定外，其它均符合要求。

表5 材料非金屬夾雜物檢驗結果

2.6 材料非金屬夾雜物

材料非金屬夾雜物檢驗結果見表 5。

2.7 斷口分析

由圖 1 可以明顯看出，該滾子破壞面具有相互平行條狀并有一定弧度呈扇形向外延伸，類似貝殼紋狀的疲勞條紋，條紋間距約為0.5mm，條紋較粗。通常疲勞紋需要在放大到數千倍至上萬倍電子顯微鏡下才能區分清楚，而該滾子疲勞紋在宏觀下就能看得十分清晰，這說明該滾子疲勞裂紋發展很快，在很短時間內工件就被破壞，也可稱為早期疲勞破壞（剝落）。

圖 2 滾子崩裂掉塊在倒角處，斷口肉眼觀察呈顆粒狀結構，晶粒較粗，與顯微組織觀察淬火溫度偏高組織過熱有關。在斷面上未發現有陳舊性斷口和材料缺陷。

2.8 鋼種分析

通過看譜分析，確定1#剝落滾子和2#崩裂掉塊滾子材料為GCr15鋼。

3 結論

（1）所用的被破壞的￠40mm×50mm滾子，鋼種為GCr15鋼，材料質量（碳化物帶狀、碳化物液析與鋼中非金屬夾雜物）合格，未發現有冶金缺陷。

（2）1#滾子破壞屬于疲勞剝落，是由于熱處理淬火硬度低、淬火硬化層太淺，顯微組織中存在較多的屈氏體和材料中的碳化物網狀造成的。

（3）2#滾子破壞屬于脆性崩裂掉塊，是由于熱處理淬火加熱溫度過高、組織過熱使鋼的強韌性降低所致。

（4）2#滾子表面硬度過高是滾子在運轉時重載下冷作硬化造成的，這種冷作硬化使滾子工作表層的硬度超過GCr15鋼淬火后所能達到的最高硬度，容易使滾子產生脆性崩裂掉塊現象。

（編輯：王立新）

Roller failure analysis of φ 40mm × 50mm made of GCr15 steel

Sun Haiyang1, Cui Dannan1, Wang Xiaomin2
( 1. Department of Quality Control,Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China; 2.Harbin Health Force Precision Machinery Manufacturing Co., Ltd,Bayan 151800,China )

Through testing and analysis to damaged ￠ 40 mm× 50 mm roller from the microstructure, hardness and steel type and so on through heat treatment it is found poor quenching organization, low hardness, shallow hardened layer is causing major reason damage to the roller early; unqualif i ed mesh carbide in material and cold work hardening in use will also have adverse effects to roller.

fatigue failure; troostite; cold work hardening; mesh carbide

TH133.33+2

B

1672-4852（2014）02-0017-02

2013-09-03.

孫海洋（1976 -），女，統計師.