軸承套圈外徑面相關顯示分析

楊爭，楊德勝，曹健

1.洛陽LYC軸承有限公司 河南洛陽 471003

2.航空精密軸承國家重點實驗室 河南洛陽 471003

1 序言

在磁粉檢測時導致相關顯示產生的因素很多，如淬火裂紋、鍛造折疊、過燒等，需要根據具體的檢測分析結果確定引起相關顯示產生的原因。某廠使用GCr15SiMn鋼生產軸承套圈的加工工藝為：毛坯下料→鍛造→退火→車削加工→熱處理→磨削加工→磁粉檢測→裝配入庫，在磨削加工后磁粉檢測時，發現1件套圈外徑面有磁粉聚集現象。為了找到引起顯示的原因，本文從外觀檢查、化學成分、金相組織、能譜分析等方面進行檢測分析。

2 理化檢驗

2.1 外觀檢查

在磁粉檢測套圈時產生的顯示呈短線狀，沿軸向分布，其長度約為1mm。磁粉較聚集，顯示的重復性好，顯示形貌如圖1紅色圓圈內所示。

圖1 磁粉顯示形貌

2.2 化學成分分析

從套圈上取樣進行化學成分分析，直讀光譜儀檢測結果見表1，可見各元素含量均符合G B/T 18254—2016《高碳鉻軸承鋼》中對GCr15SiMn鋼成分的技術要求。

表1 套圈的化學成分（質量分數） （%）

2.3 金相檢驗

制取套圈顯示處和其橫截面金相試樣，在奧林巴斯GX51金相顯微鏡下觀察，可見顯示處存在細小線狀缺陷，長度約為1mm，與外觀檢查顯示長度基本一致。局部能觀察到少量夾雜物，如圖2所示。由此可以認為缺陷是引起顯示的直接原因。圖3是顯示橫截面金相形貌，缺陷垂直深度約為20μm，較為細小。

為了進一步觀察缺陷特征，采用4%硝酸酒精溶液擦拭缺陷處及其截面后在金相顯微鏡下觀察，缺陷兩側未觀察到發現脫貧碳組織，未見燒傷形貌，其余組織為隱針馬氏體和少量殘留奧氏體，缺陷截面金相組織如圖4所示。在日本電子JSM6610LV掃描電鏡下觀察，可見缺陷內局部有夾雜物存在，缺陷處及其附近的碳化物分布與其他區域無明顯差異，進一步證實了金相顯微鏡觀察到的結果，缺陷顯微形貌如圖5所示。

圖2 缺陷金相形貌

圖3 缺陷橫截面金相形貌

圖4 金相顯微組織

圖5 SEM缺陷處顯微形貌

2.4 能譜探針檢測

為了進一步對缺陷內夾雜物成分進行確認，通過采用電子探針能譜功能對表面缺陷夾雜物內成分進行檢測。能譜檢測結果顯示夾雜物含有O、F、Mg、Al、Si等元素，具體檢測結果如圖6所示，具體數據見表2。

圖6 能譜檢測結果

表2 夾雜物能譜分析結果（質量分數） （%）

3 分析與討論

通過對套圈進行化學成分分析、金相檢驗、能譜分析等，可知該套圈的化學成分、材料質量和熱處理質量均符合標準技術要求，因此該套圈的缺陷與材料成分、材料質量和熱處理質量無關。缺陷兩邊均無脫貧碳和氧化皮，由此可見該缺陷不是在鍛造過程中產生的，也不具備材料裂紋的特征。從掃描電鏡和能譜檢測結果看，缺陷兩邊的碳化物分布并無異常，撕裂狀特征不明顯，且缺陷內有含O、F、Mg、Al、Si等元素的夾雜物存在，因此該缺陷不是在熱處理過程中產生的。通過對缺陷形貌、分布方向及位置分析認為，該套圈外徑面缺陷為材料發紋。

發紋是一種存在于軸承鋼表面或表層下細小裂紋狀的缺陷，其形成的原因是鋼錠表層中的皮下氣孔或非金屬夾雜物，經軋制變形后沿軋制方向呈單一或斷續分布的細條狀的缺陷。

從掃描電鏡形貌和能譜分析結果看，該夾雜物屬于鎂鋁尖晶石類。在煉鋼過程中，采用鋁脫氧的鋼，經過精煉會產生大量鎂鋁尖晶石夾雜。其中鋁為添加元素，用于脫氧和細化晶粒，而氧化鎂一般來源于耐材侵蝕和精煉渣的卷入[1]。從能譜的檢測結果看，Mg含量不高，氧化鎂應為精煉渣的卷入。

在軸承的使用過程中，軸承零件極易在發紋處產生疲勞剝落，影響軸承的使用壽命。因此在冶煉時要避免鋼錠產生皮下氣孔或夾雜，在連鑄過程中一定要注意避免鈣酸鹽和鎂鋁尖晶石類夾雜物進入連鑄坯中，通過采用保護澆鑄與防止卷渣、結晶器內夾雜物上浮等技術可避免此類夾雜物進入連鑄坯中，實現潔凈鋼生產[2，3]。

4 結束語

該軸承套圈外徑面缺陷屬于材料發紋，該缺陷在磁粉檢測過程中導致了相關顯示的產生。這種缺陷是在軸承鋼冶煉過程中產生的細小裂紋狀的缺陷。因此，控制這類缺陷的產生應該在冶煉鋼材時避免夾雜物進入連鑄坯中，凈化鋼材。