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軸承過早失效的金相剖析
來源:海力軸承網 時間:2013-04-12
一、失效布景
某動力機廠在拼裝S195柴油機齒輪箱時；呈現6205深溝球軸承內圈接連或接連地發作崩裂(塊)表象；在數量上占有必定的份額(每臺齒輪箱裝四套).據現場知道；該批軸承總供貨量為3000套；實踐已裝用1000套；余下的2000套因用戶“心有余悸”不敢裝機.
經查實；齒輪箱軸的尺度契合圖紙需求；軸承裝機辦法正確；系由固定的熟練工完結.用戶曾開箱抽取40套測定軸承內外圈的硬度；并經DZ-2000型大型磁力探傷機探傷；成果硬度處于61～65HRC規模；契合JB1255規范規則；肉眼查看未發現裂紋.鑒于此；為了覓求軸承套圈崩裂的緣由；將現場破損的軸承回來；進行了慣例理化測驗.
這些套圈系經箱式電阻爐840～860℃加熱淬火；160℃×2～h低溫油回火處置.
二、實驗辦法與成果
1。微觀調查
圖1為裝機時破損的軸承之什物相片.
經仔細調查什物可知：
(1)在所有破損的軸承上未見到因裝機敲擊而留下的擊傷痕跡；鋼球、堅持架等零件完好無損.
(2)內圈的崩裂起始于滾道中間的一側；約占端面直徑的1/2或1/4.
(3)斷口處存在伸入內徑面的二次縱向直裂紋；裂紋形似刀切；穿透壁面.
(4)整個崩裂的外形凹凸不平；但斷口外表潤滑平坦.沒有塑性變形痕跡；僅有少數撕裂縫.
(5)斷口呈灰色細晶粒瓷狀脆性斷口.
2。酸蝕實驗
分別將崩裂內圈與完好內圈用1：1的鹽酸水溶液進行熱酸洗；溫度為60～70℃；時刻10min；成果如圖2所示.
(1)在崩裂處鄰近的滾道內存在條帶狀磨削燒傷與磨削裂紋.
(2)磨削裂紋呈樹枝狀；沿滾道一側散布；并與磨削方向平行；崩裂正巧沿磨削裂紋開展.
(3)二次縱向直裂紋與崩裂斷口及磨削裂紋大致呈“T”形筆直.
(4)整個套圈外表散布著疏松狀黑色暗點和孔隙；其外形呈圓形或橢圓形.在擴大40倍的體視顯微鏡下調查；其外形呈不規則的空泛或圓形針孔；它們彼此能夠連接成似晶界形狀；而完好的套圈外表則較為光亮；看不到上述的缺點.
3。微觀硬度與顯微安排
為了進一步知道套圈的硬度散布狀況和淬回火顯微安排及表層的顯微安排特征；挑選有些崩裂的內圈及其碎塊；在其端面上側定微觀硬度；并用線切割法在崩裂處鄰近截取縱向金相試樣；成果為：
(1)微觀硬度值為64～65。2HRC.
(2)淬回火安排契合JB1255規范的3～4級；部分區域達5級；為細微結晶馬氏體+隱晶馬氏體十細微針狀馬氏體+少數剩余碳化物+剩余奧氏體.
(3)在100倍下調查；馬氏體基體呈顯著的是非條帶狀安排；若按YB9-59規范則可評定為4級；如圖3所示.
(4)調查到滾道外表存在一層外形呈月牙形的二次淬火白層安排和次外表的高溫軟化層安排；即“過回火層".其白層深度(最外表至月牙底)約為0。033～0。056mm；過回火層深度約為0。293mm；可見磨削燒傷程度甚為嚴峻；如圖4所示.
三、成果剖析
1。磨削質量對軸承過早失效的影響從以上的測驗成果能夠斷定；滾道一側的磨削裂紋和磨削燒傷是招致套圈崩裂、招致軸承過早失效的一個直接緣由、本例提醒的裂紋微觀形狀與磨削燒傷的散布特征闡明；滾道的原始方位過偏或滾道的R不圓；使滾道的一側磨削余量增大；當粗磨期間進給量大、磨削速度快時；整個滾道就發作了不均勻的磨削.若是砂輪不及時修整；將促進磨屑嵌入或粘著構成砂輪孔隙阻塞而鈍化；由此會招致砂輪不平衡度增高；主軸振蕩加重；乃至機床振蕩而發作磨削顫振.顯著磨削力就發作周期性改變；構成接連性的燒傷條帶.
這樣磨削區的率擦力與磨削力必然就會增高；發作較高的磨削熱.當磨削區外表霎時溫度高達或超越Acm時；滾道部分被磨外表將從頭奧氏體化.此刻體積脹大；而內層的低溫有些則阻止其脹大；發作外表緊縮而內層為伸脹的熱應力.當砂輪脫離磨削外表后。在外部冷卻液的急冷條件下(即便是空冷)；外表已奧氏體化的薄層又從頭進行第2次悴火；構成高硬度的二次淬火安排；即“磨削白層”.一起因為磨削熱向內和其鄰層進行的浸透擴散效果；使之構成一層硬度較低的黑色“過回火層”；此刻體積縮短；這樣在磨削外表層內就發作了較高的溫度梯度；然后招致一系列安排改變和力學功能的改變。"磨削白層”系處于壓應力狀況；而“過回火層”則處于最大的拉應力狀況；因而裂紋中心最簡單在此萌發；尤其是“磨削白層”與‘過回火層；的接壤面上；因為這里是安排改變最顯著驟變處；拉應力最會集；強度最弱；當剩余拉應力值大于資料的抗破斷強度時；裂紋就向半徑方向擴大；使表層呈現開裂；即磨削裂紋.
2。二次淬火白層安排的特征
因為白層是一種奧氏體、馬氏體和碳化物共存的多相高彌散安排。奧氏體與馬氏體之間存在著共格的偽平衡體系以及晶格常數有差異；所以構成馬氏體時；二次奧氏體的點陣發作激烈暗變；這就招致了白層安排硬度的增高.又因奧氏體-馬氏體界面上的外表能趨于零；在腐蝕劑的效果下；安排上不發作電化學的原電池；故白層難于腐蝕；只不過它是在磨削條件下構成的白層.
3。鋼材質量和淬回火安排質量對誘發磨削裂紋的影響
淬回火狀況時馬氏體基體是非濃度差；較高的微觀硬度值及疏松缺點等；也是誘發磨削裂紋的一個不行無視的潛在要素.是非濃度差的呈現標明原始安排中存在嚴峻的帶狀碳化物；由此招致帶上與帶間的碳格濃度的偏析；因而淬火后增大了帶間的過熱傾向和Ms點凹凸之不同；構成淬火安排和剩余應力的散布不均勻性及添加基體脆性；削弱了晶粒與晶粒、晶粒與基體、以及基體與基體之間的接合力。雖然套圈現已過低溫油回火；但因為回火不充沛或該馬氏體基體在該條件下回火；其抗回火性高的緣由；致使淬火馬氏體回火轉變不完全；仍堅持高硬度、高內應力的淬火狀況.這些要素均有利于磨削應力會集；不易渙散；易與基體剩余應力疊加；特別是在超等級帶狀碳化物上隨同有網狀、條狀碳化物時；則磨削應力最易會集；促進零件外表構成脫落及渙散散布的條狀與剩余網絡狀龜裂.顯著的疏松缺點在制品軸承套圈上是不容許存在的.它會下降套圈的致密度；使內部富集較多的微孔隙；低熔點雜質；氣體和非金屬夾雜物。它與帶狀碳化物相同；起到切割基體接連性效果；構成成分偏析；基體致脆；大大下降套圈的歸納力學功能；并且磨削時增大摩擦阻力和缺口敏感性；促進磨削應力高度會集；很容易誘發磨削裂紋.
4。磨削裂紋的特性剖析
磨削裂紋纖細；僅伸入外表淺層；開口極.延詵⑾鄭皇且恢值湫偷謀礱媼鹽疲黃湫蘊卮啵輝詮こ躺銜：π約螅皇撬辛鹽浦兇釵Ｏ盞囊恢.往往一經外力效果就使金屬內部布局的運動有了方向性；有時即便在較小的外力效果下；只需外力效果時刻充沛；也會發作裂紋或使零件開裂.乃至有時根本就沒有外力；因為金屬內部的空位和塞積的遷移擴散；剩余應力的開釋；剩余奧氏體的馬氏體化相變脹應力；原子運動的加重等；只需在必定的溫度條件下；經過外表某些缺口；比如磨裂、燒傷、發裂、打字痕、車刀痕、銳角、疏松孔洞和部分拉應力會集區等；相同會招致開裂(本身裂紋)；構成崩裂(脫裂、脫圈、脫肩和脫緣)；構成大片的脫落塊.
磨削裂紋最常見的微觀形狀有兩種；即與磨削方向成直角的若干平行線和龜甲狀.而本例提醒的磨削裂紋微觀形狀較為特別；系與磨削方向平行.正因為這樣；延遲了套圈在加工過程中發作開裂.或許裂紋還未全構成；僅僅在該部位會集了較高的拉應力.或裂紋現已構成；只因甚為纖細；致使于磁力探傷也無法顯現；而在熱酸蝕的效果下；沿最大拉應力方向開展為類似于應力腐蝕裂紋(SCC)的磨削裂紋；將裂紋進一步擴大.
無疑；6205軸承在裝機時的敲擊(沖擊)招致的振蕩和軸與套之間的脹力招致的彈(塑)性變形；正是為套圈的崩裂供給了“天然的”外力效果與時刻；當崩裂發作后就以筆直方法疾速擴大為二次裂紋.
四、定論
(1)套圈所用資料的均勻性與致密度較差是構成套圈崩裂的先天性要素.
(2)套圈被道在激烈的磨削熱和冷卻液的效果下；外表薄層瞬時構成二次悴火磨削白層；發作較高的磨削拉應力；招致磨削裂紋與磨削燒傷.
(3)套圈回火不充沛；致使馬氏體基體仍堅持高硬度脆性；較高的剩余應力；以及微觀安排的不均勻性；很容易促進應力疊加并誘發磨削裂紋和磨削燒傷.
(4)能夠以為6205軸承過早失效是資料的冶金缺點、熱處置缺點和磨削裂紋等要素的歸納效果的成果；而微觀安排的不均勻性(截面安排差異)與外表部分拉應力是崩裂的根本緣由.
(5)軸承裝機時的振蕩和脹力正是為崩裂供給了“天然的”外力效果與時刻；致使促發套圈俄然發作脆性崩裂掉塊.
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