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轴承过早失效的金相剖析
来源:海力轴承网 时间:2013-04-12
一、失效布景
某动力机厂在拼装S195柴油机齿轮箱时；呈现6205深沟球轴承内圈接连或接连地发作崩裂(块)表象；在数量上占有必定的份额(每台齿轮箱装四套).据现场知道；该批轴承总供货量为3000套；实践已装用1000套；余下的2000套因用户“心有余悸”不敢装机.
经查实；齿轮箱轴的尺度契合图纸需求；轴承装机办法正确；系由固定的熟练工完结.用户曾开箱抽取40套测定轴承内外圈的硬度；并经DZ-2000型大型磁力探伤机探伤；成果硬度处于61～65HRC规模；契合JB1255规范规则；肉眼查看未发现裂纹.鉴于此；为了觅求轴承套圈崩裂的缘由；将现场破损的轴承回来；进行了惯例理化测验.
这些套圈系经箱式电阻炉840～860℃加热淬火；160℃×2～h低温油回火处置.
二、实验办法与成果
1。微观调查
图1为装机时破损的轴承之什物相片.
经仔细调查什物可知：
(1)在所有破损的轴承上未见到因装机敲击而留下的击伤痕迹；钢球、坚持架等零件完好无损.
(2)内圈的崩裂起始于滚道中间的一侧；约占端面直径的1/2或1/4.
(3)断口处存在伸入内径面的二次纵向直裂纹；裂纹形似刀切；穿透壁面.
(4)整个崩裂的外形凹凸不平；但断口外表润滑平坦.没有塑性变形痕迹；仅有少数撕裂缝.
(5)断口呈灰色细晶粒瓷状脆性断口.
2。酸蚀实验
分别将崩裂内圈与完好内圈用1：1的盐酸水溶液进行热酸洗；温度为60～70℃；时刻10min；成果如图2所示.
(1)在崩裂处邻近的滚道内存在条带状磨削烧伤与磨削裂纹.
(2)磨削裂纹呈树枝状；沿滚道一侧散布；并与磨削方向平行；崩裂正巧沿磨削裂纹开展.
(3)二次纵向直裂纹与崩裂断口及磨削裂纹大致呈“T”形笔直.
(4)整个套圈外表散布着疏松状黑色暗点和孔隙；其外形呈圆形或椭圆形.在扩大40倍的体视显微镜下调查；其外形呈不规则的空泛或圆形针孔；它们彼此能够连接成似晶界形状；而完好的套圈外表则较为光亮；看不到上述的缺点.
3。微观硬度与显微安排
为了进一步知道套圈的硬度散布状况和淬回火显微安排及表层的显微安排特征；挑选有些崩裂的内圈及其碎块；在其端面上侧定微观硬度；并用线切割法在崩裂处邻近截取纵向金相试样；成果为：
(1)微观硬度值为64～65。2HRC.
(2)淬回火安排契合JB1255规范的3～4级；部分区域达5级；为细微结晶马氏体+隐晶马氏体十细微针状马氏体+少数剩余碳化物+剩余奥氏体.
(3)在100倍下调查；马氏体基体呈显着的是非条带状安排；若按YB9-59规范则可评定为4级；如图3所示.
(4)调查到滚道外表存在一层外形呈月牙形的二次淬火白层安排和次外表的高温软化层安排；即“过回火层".其白层深度(最外表至月牙底)约为0。033～0。056mm；过回火层深度约为0。293mm；可见磨削烧伤程度甚为严峻；如图4所示.
三、成果剖析
1。磨削质量对轴承过早失效的影响从以上的测验成果能够断定；滚道一侧的磨削裂纹和磨削烧伤是招致套圈崩裂、招致轴承过早失效的一个直接缘由、本例提醒的裂纹微观形状与磨削烧伤的散布特征阐明；滚道的原始方位过偏或滚道的R不圆；使滚道的一侧磨削余量增大；当粗磨期间进给量大、磨削速度快时；整个滚道就发作了不均匀的磨削.若是砂轮不及时修整；将促进磨屑嵌入或粘着构成砂轮孔隙阻塞而钝化；由此会招致砂轮不平衡度增高；主轴振荡加重；乃至机床振荡而发作磨削颤振.显着磨削力就发作周期性改变；构成接连性的烧伤条带.
这样磨削区的率擦力与磨削力必然就会增高；发作较高的磨削热.当磨削区外表霎时温度高达或超越Acm时；滚道部分被磨外表将从头奥氏体化.此刻体积胀大；而内层的低温有些则阻止其胀大；发作外表紧缩而内层为伸胀的热应力.当砂轮脱离磨削外表后。在外部冷却液的急冷条件下(即便是空冷)；外表已奥氏体化的薄层又从头进行第2次悴火；构成高硬度的二次淬火安排；即“磨削白层”.一起因为磨削热向内和其邻层进行的浸透扩散效果；使之构成一层硬度较低的黑色“过回火层”；此刻体积缩短；这样在磨削外表层内就发作了较高的温度梯度；然后招致一系列安排改变和力学功能的改变。"磨削白层”系处于压应力状况；而“过回火层”则处于最大的拉应力状况；因而裂纹中心最简单在此萌发；尤其是“磨削白层”与‘过回火层；的接壤面上；因为这里是安排改变最显着骤变处；拉应力最会集；强度最弱；当剩余拉应力值大于资料的抗破断强度时；裂纹就向半径方向扩大；使表层呈现开裂；即磨削裂纹.
2。二次淬火白层安排的特征
因为白层是一种奥氏体、马氏体和碳化物共存的多相高弥散安排。奥氏体与马氏体之间存在着共格的伪平衡体系以及晶格常数有差异；所以构成马氏体时；二次奥氏体的点阵发作激烈暗变；这就招致了白层安排硬度的增高.又因奥氏体-马氏体界面上的外表能趋于零；在腐蚀剂的效果下；安排上不发作电化学的原电池；故白层难于腐蚀；只不过它是在磨削条件下构成的白层.
3。钢材质量和淬回火安排质量对诱发磨削裂纹的影响
淬回火状况时马氏体基体是非浓度差；较高的微观硬度值及疏松缺点等；也是诱发磨削裂纹的一个不行无视的潜在要素.是非浓度差的呈现标明原始安排中存在严峻的带状碳化物；由此招致带上与带间的碳格浓度的偏析；因而淬火后增大了带间的过热倾向和Ms点凹凸之不同；构成淬火安排和剩余应力的散布不均匀性及添加基体脆性；削弱了晶粒与晶粒、晶粒与基体、以及基体与基体之间的接合力。虽然套圈现已过低温油回火；但因为回火不充沛或该马氏体基体在该条件下回火；其抗回火性高的缘由；致使淬火马氏体回火转变不完全；仍坚持高硬度、高内应力的淬火状况.这些要素均有利于磨削应力会集；不易涣散；易与基体剩余应力叠加；特别是在超等级带状碳化物上随同有网状、条状碳化物时；则磨削应力最易会集；促进零件外表构成脱落及涣散散布的条状与剩余网络状龟裂.显着的疏松缺点在制品轴承套圈上是不容许存在的.它会下降套圈的致密度；使内部富集较多的微孔隙；低熔点杂质；气体和非金属夹杂物。它与带状碳化物相同；起到切割基体接连性效果；构成成分偏析；基体致脆；大大下降套圈的归纳力学功能；并且磨削时增大摩擦阻力和缺口敏感性；促进磨削应力高度会集；很容易诱发磨削裂纹.
4。磨削裂纹的特性剖析
磨削裂纹纤细；仅伸入外表浅层；开口极.延诜⑾郑皇且恢值湫偷谋砻媪盐疲黄湫蕴卮啵辉诠こ躺衔：π约螅皇撬辛盐浦凶钗Ｏ盏囊恢.往往一经外力效果就使金属内部布局的运动有了方向性；有时即便在较小的外力效果下；只需外力效果时刻充沛；也会发作裂纹或使零件开裂.乃至有时根本就没有外力；因为金属内部的空位和塞积的迁移扩散；剩余应力的开释；剩余奥氏体的马氏体化相变胀应力；原子运动的加重等；只需在必定的温度条件下；经过外表某些缺口；比如磨裂、烧伤、发裂、打字痕、车刀痕、锐角、疏松孔洞和部分拉应力会集区等；相同会招致开裂(本身裂纹)；构成崩裂(脱裂、脱圈、脱肩和脱缘)；构成大片的脱落块.
磨削裂纹最常见的微观形状有两种；即与磨削方向成直角的若干平行线和龟甲状.而本例提醒的磨削裂纹微观形状较为特别；系与磨削方向平行.正因为这样；延迟了套圈在加工过程中发作开裂.或许裂纹还未全构成；仅仅在该部位会集了较高的拉应力.或裂纹现已构成；只因甚为纤细；致使于磁力探伤也无法显现；而在热酸蚀的效果下；沿最大拉应力方向开展为类似于应力腐蚀裂纹(SCC)的磨削裂纹；将裂纹进一步扩大.
无疑；6205轴承在装机时的敲击(冲击)招致的振荡和轴与套之间的胀力招致的弹(塑)性变形；正是为套圈的崩裂供给了“天然的”外力效果与时刻；当崩裂发作后就以笔直方法疾速扩大为二次裂纹.
四、定论
(1)套圈所用资料的均匀性与致密度较差是构成套圈崩裂的先天性要素.
(2)套圈被道在激烈的磨削热和冷却液的效果下；外表薄层瞬时构成二次悴火磨削白层；发作较高的磨削拉应力；招致磨削裂纹与磨削烧伤.
(3)套圈回火不充沛；致使马氏体基体仍坚持高硬度脆性；较高的剩余应力；以及微观安排的不均匀性；很容易促进应力叠加并诱发磨削裂纹和磨削烧伤.
(4)能够以为6205轴承过早失效是资料的冶金缺点、热处置缺点和磨削裂纹等要素的归纳效果的成果；而微观安排的不均匀性(截面安排差异)与外表部分拉应力是崩裂的根本缘由.
(5)轴承装机时的振荡和胀力正是为崩裂供给了“天然的”外力效果与时刻；致使促发套圈俄然发作脆性崩裂掉块.
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