鐵路客車軸承外圈疲勞失效分析

陳明浩

（瓦房店軸承集團水泥事業部，遼寧 瓦房店 116300）

1 前言

當年 5T 監測中心 TADS 監測系統曾監測發現某次列車機后 14 位輪對軸承故障報警[1][2]。通過追蹤查詢，發現了軸承故障車號，TADS 監控發現京九線某一探測站預報該車次機后 14 位一級軸承外圈故障報警一次，其故障頻譜符合故障特征，基本確定該軸承為外圈故障[3]。后來運用車間分解了故障輪對。

來樣故障軸承編號：101-1502026，為某軌道客車有限公司新裝軸承，軸承裝用時間將近一年。拆檢軸承發現：軸承外圈承載區滾道一處剝離，承載區外徑表面略有變色；內圈滾道及滾子滾動表面存在碾壓剝離碎屑而產生的凹坑；保持架未見異常。

2 失效軸承狀態

外圈承載區滾道有一處剝離，見圖 1。剝離起源于近非打字端面一側近油溝邊緣并沿軸向擴展；近油溝邊緣處損傷較重，剝離長度約125 mm，寬度布滿滾道全寬，見圖 2。放大觀察，剝離區呈現疲勞擴展特征的海灘狀條紋，見圖 3。外徑接觸載荷區存在兩邊接觸、中間未接觸的異常情況，見圖 4。

圖1 外圈滾道剝離形貌

圖2 外圈滾道剝離起源部位及擴展方向

圖4 外圈載荷區接觸形貌

3 理化檢測

3.1 化學成分能譜檢測分析

采用 ARL4460 直讀光譜分析儀檢測，失效軸承外圈材料為 GCr18Mo（電渣重熔）鋼[4]，化學成分均符合 TB/T 2235—2016 標準要求[5]。檢驗結果見表 1：

表1 外圈化學成分檢測 %

3.2 硬度檢驗

采用 HR-150A 洛氏硬度計（檢測范圍：20～67HRC）對來樣進行硬度檢驗，外圈表面硬度符合 TB/T 2235—2016 標準要求，檢測結果如下：

外圈硬度：60.5 61.0 61.0 HRC（標準58～62 HRC）

3.3 顯微組織檢驗

采用 LEICA DMRXE 金相顯微鏡檢驗，外圈淬火組織符合 TB/T 2235—2016 標準要求，檢驗結果詳見表 2 及圖 5。

表2 外圈淬火組織檢驗結果

采用 LEICA DMRXE 金相顯微鏡檢驗，外圈非金屬夾雜物符合 TB/T 2235—2016 標準要求，檢驗結果詳見表 3 及圖 5。

表3 外圈非金屬夾雜物檢驗結果

圖5 放大500 倍 外圈貝氏體組織

4 軸承外圈輪廓檢測

根據外圈承載區滾道剝離形貌判定，剝離起源于非打字面一側滾道近油溝的邊緣處。通過對外圈未損壞部位滾道輪廓進行檢測，近剝離起源部位滾道邊緣（近油溝處）存在凸起，表明滾道未加工到位，見圖 6。外圈外徑輪廓檢測結果見圖 7。

圖6 外圈滾道輪廓

圖7 外圈外徑輪廓

5 分析判斷

結合檢驗結果分析，軸承外圈材料及熱處

理質量未見異常，排除因材料及熱處理等因素引起的疲勞剝離。軸承外圈載荷區外徑接觸痕跡異常，兩端接觸痕跡重，中間接觸痕跡輕，說明軸承外圈與軸承座接觸形式異常。軸承外圈外徑直線度符合標準要求，結合外圈外徑接觸痕跡推斷應是軸承座接觸面出現凹陷形式，這種接觸形式會對軸承受載產生影響。軸承外圈兩端油溝處受力大，易出現應力集中，加之軸承滾道通過輪廓儀檢測發現外圈近非打字端面一側滾道邊緣（近油溝處）存在凸起，即滾道未加工到位，在軸承持續運轉過程中，滾子與外圈滾道凸起部位接觸時產生應力集中。另軸承外圈外徑油溝位置受力大，凸起部位逐漸產生疲勞剝離，剝離進一步沿軸向擴展并布滿滾道全寬。故此次軸承失效與外圈外徑接觸異常；滾道未加工到位，邊緣存在凸起兩個方面有直接關系[6]。

6 結論

軸承失效與外圈外徑接觸異常；滾道未加工到位，邊緣存在凸起兩個方面有直接關系。

建議在加工制造過程中要嚴格控制軸承尺寸精度，加強檢驗，避免漏檢而出現的質量問題；另在安裝使用過程中建議車輛段對軸承座尺寸也要嚴格檢測，避免因接觸不良而產生受力不均，進而引起軸承失效。