某軸承內圈內部缺陷分析

張凱勝，趙開禮，蘇偉強，王歡

(中國航發哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150025)

航空軸承在可靠性、質量、推重比、工況條件、使用壽命等方面提出了更高的要求，因此對航空軸承材料的缺陷控制也越來越嚴格。

套圈是軸承的重要零件，其原材料一般為鍛軋狀態，若存在裂紋、縮孔、脆性夾雜物、白點、嚴重偏析等缺陷，或在鍛造后出現折疊等，會降低成品的抗沖擊、疲勞載荷的能力[1]。對于存在于表面、近表面的缺陷[2]，一般通過套圈終磨滾道后磁粉檢查即可發現；而內部缺陷則需通過超聲法檢查[3]。結合這2種方法可確保所有孔洞、裂紋類缺陷的有效檢出，對于表面缺陷的磁粉檢查結果一般較為直觀，而內部缺陷的檢查結果需要通過儀器反映，其方法的有效性及結果的準確性至關重要。

現針對實際檢測時發現的某批內圈缺陷進行金相檢查和水浸超聲檢查。

1 金相分析

以某型軸承內圈缺陷為例進行分析，其外徑148.7 mm、內徑130 mm、寬度24 mm，選取典型件，對熒光磁粉探傷發現的缺陷位置進行軸向截取試樣，垂直磁痕磨拋，通過37081體視顯微鏡觀察其缺陷位置及對應部位截面形貌，分別如圖1、圖2所示。

圖1 典型聚磁缺陷位置

圖2 典型聚磁缺陷截面形貌

由圖可知，在內圈內徑面存在周向線性磁痕，磁痕位置可見折線形裂紋，由內徑面向內延伸，長約0.55 mm，深約0.26 mm。在距內徑面約0.5 mm處同時存在另一條長約0.22 mm裂紋。

將試樣逐層磨拋，在顯微鏡下觀察缺陷形貌，結果如圖3、圖4所示。由圖可知，缺陷呈線性分布，長約1.91 mm。

圖3 磨拋的內部缺陷

圖4 缺陷微觀形貌

2 掃描電鏡分析

原材料8CrMo4V鋼的化學成分見表1。對缺陷及其附近區域進行掃描電鏡分析，EDS圖像如圖5所示，不同測試點的成分見表2。由圖、表可知，缺陷位置及其附近Al，Si，O元素存在異常情況，由此可知夾雜有少量的SiO2及Al2O3，同時有簇群狀夾雜，因此可能是原材料夾雜引起的缺陷。

表1 8Cr4Mo4V鋼的化學成分

表2 測點的化學成分

3 超聲檢測

因表層存在缺陷，采用ScanMaster水浸超聲和高頻(頻率10 MHz)聚焦探頭，對100件該軸承內圈進行縱波直入射掃查[4]，發現反射信號超過驗收標準(φ0.4 mm-10 dB)的內圈12件，其具體情況見表3，表中超標信號定位均在滾道與內徑面之間的區域。由表可知，信號定位位置距滾道1.14～4.57 mm，長度為0.80～10.39 mm。此外，確定了缺陷埋深位置，缺陷距內徑面約4.5 mm，距滾道表面約1.3 mm，截取試樣(圖6)進行分析。

表3 水浸超聲超標信號情況表

在表3中選2件典型內圈(10#和12#)進行解剖分析。這2件中都有多個缺陷，為便于分析，選擇缺陷較大位置進行解剖分析，超聲檢測結果如圖7所示，圖中，顏色比例尺反應波幅高度。由圖可知內圈內部存在缺陷。內圈缺陷的2種檢測結果見表4。

圖7 內圈超聲C掃圖

表4 內圈缺陷的檢測結果對比

由表4可知，理化測量尺寸與水浸超聲檢測結果基本一致，但12#內圈缺陷在超聲圖中顯示為一個整體長度，而理化結果顯示多個斷續線狀缺陷，這是因為超聲測量的缺陷長度為整個內圈深度在C掃圖上的整體反映，而實際解剖時僅為某一磨剖面，因此缺陷實際連續性與超聲C掃圖有一定差異。12#內圈缺陷形貌如圖8所示。 測試結果表明，采用超聲方法檢測該類缺陷是準確有效的。

圖8 12#內圈缺陷微觀形貌

4 結束語

對入廠原材料的非金屬夾雜、碳化物不均勻性、晶粒度、低倍組織、化學成分等進行檢查，未發現不合格。由于C含量偏高，可能是原材料在鍛造過程中混入雜質，該情況應為偶發事件。因原材料多處存在Al，Si元素較多的情況，而入廠一般采用抽樣檢查，所以不能完全對成分偏析進行識別，因此考慮為元素偏析引起的缺陷。缺陷(裂紋)處Al，Si元素存在偏析，較嚴重的偏析將顯著降低材料的強度，在鍛造塑性變形過程中形成內部缺陷，使其在鍛壓成形過程中變形、延展[5]。采用高頻水浸超聲法可以有效檢出該類缺陷。