調(diào)心滾子軸承內(nèi)外圈剝離失效分析

紀(jì)云巧

（瓦房店軸承集團有限責(zé)任公司工程中心，遼寧瓦房店 116300）

1 前言

調(diào)心滾子軸承主要應(yīng)用于鋼鐵、礦山、造紙、船舶、紡織機械、電力等行業(yè)的各種機械設(shè)備中，是機械工業(yè)中使用最為廣泛的一類軸承。該類軸承除承受徑向載荷外，還可以承受雙向軸向載荷及其聯(lián)合載荷，承載能力較大，同時具有較好的抗震動、抗沖擊能力。

某軸承公司提供給客戶的調(diào)心滾子軸承在風(fēng)場運行時出現(xiàn)故障，經(jīng)在客戶基地拆解，內(nèi)外圈滾道表面有疲勞剝離，滾子、保持架完整。軸承損壞形貌如圖1-3所示。

2 軸承宏觀檢測

該軸承外圈一列載荷區(qū)發(fā)生剝離，另一列無明顯損壞痕跡，如圖1所示。內(nèi)圈一列滾道面沿圓周方向均發(fā)生剝離，該列與外圈剝離列對應(yīng)，另一列滾道面發(fā)生變色，如圖2所示。滾子外徑局部有擦傷，如圖3所示。

圖1 軸承外圈失效形貌

圖2 軸承內(nèi)圈失效形貌

圖3 滾子失效形貌

圖4 外圈顯微組織×500

圖5 外圈網(wǎng)狀碳化物組織×500

圖6 內(nèi)圈顯微組織×500

圖7 滾子顯微組織×500

圖8 滾子網(wǎng)狀碳化物組織×500

3 軸承微觀檢測

3.1 化學(xué)成分檢測

采用ARL4460直讀光譜分析儀按GB/T4336—2016《碳素鋼和中低合金鋼多元素含量的測定火花放電原子發(fā)射光譜法（常規(guī)法）》對試樣進行檢測。根據(jù)圖紙，外圈、內(nèi)圈和滾子試樣材料牌號為標(biāo)準(zhǔn)GB/T18254—2016《高碳鉻軸承鋼》中的GCr15SiMnA，檢驗結(jié)果見表1。根據(jù)檢測結(jié)果，外圈、內(nèi)圈、滾子試樣的化學(xué)成分均符合GB/T18254—2016《高碳鉻軸承鋼》標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 化學(xué)成分檢測結(jié)果 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

3.2 性能檢測

采用HR-150A洛氏硬度計（檢測范圍：20～67HRC），按GB/T230.1—2018《金屬材料洛氏硬度試驗方法》對外圈、內(nèi)圈、滾子試樣進行檢測，檢測結(jié)果見表2。根據(jù)圖紙，外圈、內(nèi)圈、滾子試樣硬度符合JB/T1255—2014《滾動軸承高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 硬度檢測結(jié)果HRC

3.3 非金屬夾雜物檢測

采用LEICA DMRXE金相顯微鏡按GB/T10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定-標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗法》對試樣進行檢測，檢測結(jié)果見表3。根據(jù)檢測結(jié)果，送檢試樣非金屬夾雜物符合GB/T18254—2016《高碳鉻軸承鋼》標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 非金屬夾雜物檢測結(jié)果級

3.4 金相組織檢測

采用LEICA DMRXE金相顯微鏡按JB/T1255—2014《滾動軸承高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術(shù)條件》和圖紙對外圈、內(nèi)圈、滾子試樣進行檢測，檢測結(jié)果見表4。根據(jù)檢測結(jié)果，內(nèi)圈網(wǎng)狀碳化物超標(biāo)，其余組織均符合JB/T1255—2014《滾動軸承高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術(shù)條件》和圖紙要求，組織照片見圖4-8。

表4 顯微組織檢測結(jié)果級

內(nèi)圈剝離位置有多處網(wǎng)狀碳化物超標(biāo)，如圖9所示。

圖9 內(nèi)圈網(wǎng)狀碳化物組織

4 分析與討論

經(jīng)上述理化檢驗可知，內(nèi)圈網(wǎng)狀碳化物超標(biāo)，其余組織均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

檢測內(nèi)圈剝離位置，發(fā)現(xiàn)多處網(wǎng)狀碳化物超標(biāo)，該網(wǎng)狀碳化物嚴(yán)重破壞了金屬基體的連續(xù)性，并增加基體脆性。內(nèi)圈在該位置易產(chǎn)生剝離，當(dāng)內(nèi)圈剝離后，剝離物進入滾道，導(dǎo)致外圈在載荷區(qū)發(fā)生剝離。

該內(nèi)圈產(chǎn)品加工過程中，其原材料鍛造時如存在加熱溫度高、停鍛溫度高或冷卻方式不合理等情況，都會造成碳化物沿晶界呈網(wǎng)狀析出，形成網(wǎng)狀碳化物。

5 結(jié)語

鍛造對零件最終熱處理的組織和性能影響很大[1]，降低鍛造的加熱溫度、降低停鍛溫度、提高輾環(huán)完成后的冷卻速度可以減少網(wǎng)狀碳化物的形成[2-3]。軸承零件加工過程中要嚴(yán)格執(zhí)行鍛造工藝，控制鍛造加工過程質(zhì)量。