分析認(rèn)為，軸承鋼球淬火開裂與鍛造及熱處理工藝密切相關(guān)。鍛造加熱時(shí)間或溫度控制不當(dāng)，造成鋼球過(guò)熱或過(guò)燒，故晶粒粗大，工件韌性下降。另一方面，西120mm鋼球中心部位鍛造變形小，冷卻速度也較小，因而該部位再結(jié)晶晶粒粗大，造成鋼球裂紋斷裂最易先在中部發(fā)生。
從熱處理工藝分析，由于進(jìn)行鍛后余熱淬火，F(xiàn)AG軸承鋼球未進(jìn)行球化退火處理，故晶粒粗大，并存在帶狀組織；同時(shí)，淬火馬氏體中碳含量很高，鍛后淬火中入水溫度偏高，使鋼球淬火應(yīng)力增大。分析認(rèn)為，西120mm鋼球采用水冷淬火，溫度分布很不均勻，形成很高的組織應(yīng)力，其表面呈壓應(yīng)力狀態(tài)．內(nèi)部為拉應(yīng)力，內(nèi)部拉應(yīng)力是造成工件斷裂的主要原因。此外，軸承鋼球水淬冷卻能力強(qiáng)，且工件內(nèi)層狀組織粗大，接近心部處存在較硬的組織，使工件心部韌性差，存在裂紋開裂隱患。工件生產(chǎn)中淬火后未及時(shí)回火，淬火后應(yīng)力很高而沒(méi)有得到消除和釋放，從而導(dǎo)致鋼球開裂損壞。
綜上分析，提出高碳馬氏體鋼球防止開裂工藝改進(jìn)措施如下：
(1)鍛造。加大鍛造比，嚴(yán)格鍛造工藝控制，防止鍛后心部組織粗大。
(2)淬火前增加球化退火，細(xì)化組織，使工件淬火后呈細(xì)針狀(細(xì)片狀．) 馬氏體，防止淬火后產(chǎn)生粗大組織。
(3)降低軸承鋼球淬火入水溫度，提高出水溫度，可使工件淬火應(yīng)力明顯減小和緩和。
(4)淬火后及時(shí)回火，消除淬火應(yīng)力，穩(wěn)定組織，進(jìn)一步去除工件產(chǎn)生開 裂的隱患。
采用上述工藝改進(jìn)后，F(xiàn)AG軸承鋼球淬火開裂失效現(xiàn)象消除，工件熱處理后質(zhì)量?jī)?yōu) 良，生產(chǎn)運(yùn)行良好。
軸承鋼球開裂的原因有哪些？舉例說(shuō)明
鋼球是球軸承總承載載荷的滾動(dòng)體，也是軸承重要的組成部件之一，但是我們?cè)谑褂幂S承過(guò)程中，常會(huì)發(fā)現(xiàn)軸承鋼球開裂的現(xiàn)象，比如說(shuō)：軸承鋼球磨損痕跡，軸承鋼球有明顯的擠壓，軸承鋼球局部缺損，軸承鋼球上出現(xiàn)裂紋和鋼球表面剝落等。
那到底哪些原因會(huì)造成軸承鋼球開裂呢？
1、根據(jù)軸承鋼球開裂斷口進(jìn)行分析，有些部位材質(zhì)均呈線狀分布，邊緣光亮且凹凸不平，有明顯的擠壓和磨損痕跡的這些軸承鋼球斷裂現(xiàn)象。
經(jīng)分析可能會(huì)有三種可能造成軸承鋼球開裂：
(1)鋼球是在安裝到軸承內(nèi)部后使用過(guò)程中開裂的，開裂方向均為材料軋制方向。
(2)鋼球心部存在明顯的疏松條帶，帶狀碳化物超標(biāo)且表面含有氧、鈣、鎂等異常元素。另外，條帶深度約0.25mm,由此確定鋼球心部存在縮孔殘余，屬于冶金缺陷，這也是導(dǎo)致鋼球在使用過(guò)程中發(fā)生開裂的主要原因。
(3)鋼球的淬回火組織過(guò)熱使其脆性增大，降低了抗壓強(qiáng)度，使鋼球更容易發(fā)生開裂。
當(dāng)鋼球尺寸較小或斷口擠壓、磨損較嚴(yán)重時(shí)，無(wú)法確定材料軋制方向，也難以進(jìn)行常規(guī)的斷口分析，此時(shí)可以通過(guò)金相法，通過(guò)觀察缺陷形貌與金相組織的關(guān)系找到開裂的主要原因。
2、這種軸承鋼球整體表現(xiàn)光亮，未見高溫變色，但有一條裂紋大約有10mm左右，裂紋的附近存在剝落的現(xiàn)象。
經(jīng)分析得出，這種軸承鋼球的開裂原因主要由于淬火加熱溫度過(guò)高，碳化物大量溶解，使奧氏體含碳量明顯增加，冷卻時(shí)就在晶界形成網(wǎng)狀或半網(wǎng)狀碳化物。觀察與分析故障鋼球金相組織，得出：故障鋼球在淬火過(guò)程中出現(xiàn)了過(guò)熱現(xiàn)象。同時(shí),鋼球組織中存在帶狀碳化物，使貧碳區(qū)在熱處理過(guò)程中過(guò)熟。從而使鋼球在淬火時(shí)產(chǎn)生較大變形易導(dǎo)致淬火裂紋產(chǎn)生。也就是說(shuō)淬火溫度過(guò)高所導(dǎo)致的淬火裂紋。
淬火裂紋是指在淬火過(guò)程中或在淬火后的室溫放置過(guò)程中產(chǎn)生的裂紋，屬于宏觀裂紋，由宏觀內(nèi)應(yīng)力引起。發(fā)生淬火開裂后，在后續(xù)工作過(guò)程中，鋼球在淬火裂紋缺陷的影響以及周期脈動(dòng)接觸應(yīng)力作用下發(fā)生了接觸疲勞剝落。
注：在鋼球熱處理過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制熱處理工藝參數(shù)，以保證熱處理溫度和保溫時(shí)間的穩(wěn)定。
3、有的軸承鋼球呈現(xiàn)局部凸起，或呈橢圓狀，但是脫殼后的鋼球表面光亮、完整的想象。
造成軸承鋼球這種現(xiàn)象的原因可能是運(yùn)轉(zhuǎn)條件等外來(lái)因素造成的，但相當(dāng)一部分是由于鋼球自身因素導(dǎo)致的。如原材料缺陷或制造缺陷等，而原材料因素又主要分為表面缺陷、低倍組織缺陷和顯微組織缺陷三種方面的影響。另一部分軸承鋼球失效的原因也可能是疲勞所致。
(運(yùn)轉(zhuǎn)世界大國(guó)龍騰 龍出東方 騰達(dá)天下 龍騰三類調(diào)心滾子軸承 劉興邦CA CC E MB MA)
軸承套圈常見開裂宏觀形貌及原因
軸承套圈是軸承組成零件中重要部分之一，其軸承使用過(guò)程中，軸承套圈開裂、斷裂是常見的一種損壞形式，有些軸承在早期使用過(guò)程中套圈就進(jìn)行開裂，有的軸承在使用過(guò)程中因?yàn)槠诙鴶嗔选?br />
1、深溝球軸承外圈開裂宏觀形貌圖及原因
軸承斷裂宏觀形貌圖，軸承外圈發(fā)生斷裂，斷面基本垂直于表面，如圖1中的箭頭所指，斷面起始于圖中滾道右側(cè)的外內(nèi)徑下表面，向外表面并向左側(cè)快速擴(kuò)展至斷裂。軸承外圈斷口沒(méi)有明顯的塑性變形，呈脆性的斷裂特征。
經(jīng)過(guò)分析，該軸承套圈在熱處理過(guò)程中，熱處理爐內(nèi)的保護(hù)氣氛是多種氣體的混合物，有氧化性氣體、中性氣體、還原性氣體和滲碳性氣體等。在高溫下加熱時(shí)其化學(xué)反應(yīng)很復(fù)雜，不論是脫碳反應(yīng)，還.是增碳反應(yīng)，除自由氧原子的參與外，都能在一定條件下達(dá)到平衡，甚至進(jìn)行可逆反應(yīng)。爐內(nèi)碳勢(shì)的高低，對(duì)滲碳層厚度、含碳量以及碳濃度梯度有很大的影響。
一般來(lái)說(shuō)，爐內(nèi)碳勢(shì)越高，碳濃度梯度越陡，形成粗大和網(wǎng)狀碳化物的傾向越大。為了避免碳勢(shì)過(guò)高，引起軸承套圈表面增碳現(xiàn)象，熱處理時(shí)不能急劇加熱，需采用適當(dāng)?shù)募訜釡囟?，使鋼的晶粒不長(zhǎng)大為好。正確選擇和設(shè)計(jì)加熱介質(zhì)、加熱速度、加熱溫度和保溫時(shí)間等加熱參數(shù)；嚴(yán)格控制爐溫均勻性，不能波動(dòng)過(guò)大。通過(guò)控制爐內(nèi)碳勢(shì)來(lái)嚴(yán)格控制軸承套圈的碳濃度及濃度梯度，從而保證套圈的熱處理質(zhì)量和使用壽命。
2、開裂的軸承套圈的宏觀形貌圖及原因
如圖3所示，此時(shí)在使用過(guò)程中發(fā)生開裂的，圖3上中粗頭圈裂紋沿縱向發(fā)展并且較直，裂紋已經(jīng)穿透該軸承套圈壁厚，在其外壁課件環(huán)狀顏色較暗的氧化區(qū)域，黑色氧化區(qū)域帶寬約為26mm，同時(shí)在外壁可見許多大小不一、深淺不均的剝落凹坑，深度約為10.5mm。軸承套圈斷口上裂紋從凹坑底部向軸承套圈表面呈河流花樣擴(kuò)展，由此可見裂源在軸承套圈表面凹坑的底部或靠近底部位置。人為打開斷口，打開后的軸承套圈斷口宏觀形貌，如圖4所示。
軸承套圈一旦發(fā)生接觸疲勞剝落將導(dǎo)致其失穩(wěn)，加之材料硬度高、脆性大，在局部剝落的區(qū)域開始發(fā)生一次性脆性斷裂，即較直的宏觀裂紋，微觀斷口較平直，呈解理特征快速擴(kuò)展，且快速擴(kuò)展區(qū)域占斷口斷面的大部分區(qū)域。產(chǎn)生接觸疲勞的因素包括材料的組織結(jié)構(gòu)、表面強(qiáng)化工藝、工件表面粗糙度、潤(rùn)滑劑以及應(yīng)力等。通過(guò)分析可見，該工件組織均勻且正常、表面未經(jīng)強(qiáng)化處理，工件工作面上也未見較粗糙特征，在斷裂源處未見明顯的組織變化，故可以排除表面組織變化原因?qū)е陆佑|疲勞，即該軸承套圈表面產(chǎn)生接觸疲勞的原因可能是接觸應(yīng)力和循環(huán)應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生的微滑移共同作用的結(jié)果。
3、軸承外圈溝道表面開裂宏觀形貌圖及原因
將某斷裂的軸承外圈進(jìn)行酸浸處理后，肉眼觀察可見溝道表面顯示嚴(yán)重的黑色燒傷斑痕跡與磨削方向基本垂直的平行分布的橫向裂紋，如圖5所示，摔開斷口上呈現(xiàn)月牙形燒傷層，斷口呈細(xì)瓷狀，由溝道處啟裂快速向里推進(jìn)至完全斷裂，見圖6所示。
軸承外圈溝道表面平行狀裂紋屬典型的磨削裂紋，導(dǎo)致其磨削開裂主要是由磨削量過(guò)大和磨削工藝條件惡劣等因素引起的；其次，軸承外圈回火不充分，亦增加了其磨削開裂的敏感性。建議改進(jìn)軸承外圈的回火工藝，采用170C×4h回火，可減小磨削拉應(yīng)力，使金屬體積更趨穩(wěn)定；另磨削加工時(shí)需嚴(yán)格控制進(jìn)磨量，充分冷卻，及時(shí)修整砂輪，可有效防止磨削開裂。
4、軸承內(nèi)圈溝道面開裂宏觀形貌圖及原因
在粗磨內(nèi)圈滾道面后，經(jīng)磁粉探傷發(fā)現(xiàn)滾道的兩側(cè)，尤其是靠近油溝處出現(xiàn)許多細(xì)小裂紋，個(gè)別套圈還出現(xiàn)了多道較深的、垂直于砂輪磨削方向的開裂及翹皮現(xiàn)象，其開裂形貌如圖7所示。經(jīng)線切割后，還出現(xiàn)整塊材料從滾道面脫落現(xiàn)象。
經(jīng)過(guò)熱酸洗后，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈兩側(cè)滾道面均有裂紋，裂紋的形狀多為網(wǎng)狀，也有垂直于磨削方向的直線裂紋，見圖8所示。
經(jīng)了解，可知軸承內(nèi)圈裂紋兩側(cè)無(wú)脫碳，裂紋產(chǎn)生于熱處理或磨削工序；滾道表面存在嚴(yán)重的二次淬火和高溫回火層，酸洗后裂紋分布呈網(wǎng)狀或與磨削方向垂直，而淬火馬氏體在合格范圍內(nèi)，因此,內(nèi)圈滾道面上的裂紋是磨削裂紋。內(nèi)圈一側(cè)滾道面上的裂紋較深，說(shuō)明該側(cè)滾道面在磨削過(guò)程中所承受的磨削應(yīng)力和熱應(yīng)力均較大，因而造成金屬脫落的面積及厚度也較大。
為避免磨削裂紋的產(chǎn)生就要減少磨削熱的產(chǎn)生和加速熱量的散發(fā)?？梢圆扇〉念A(yù)防措施有：
(1)選擇恰當(dāng)?shù)那邢饕海M(jìn)行充分而均勻的冷卻。
(2)選擇合適的砂輪。在磨料確定的前提下，可選用硬度較低、組織號(hào)大的砂輪并及時(shí)修整，因?yàn)榇髿饪咨拜喿凿J性好，散熱性佳，可有效避免燒傷和磨削裂紋。
(3)合理選擇磨削進(jìn)給量，減小進(jìn)刀量，提高工件圓周速度也可降低磨削溫度，減少燒傷，從而避免磨削裂紋。
5、軸承齒圈開裂宏觀形貌圖及原因
此齒圈的斷裂位置位于其中一個(gè)螺栓孔處，并且沿著孔內(nèi)壁已經(jīng)裂透，截取斷口部位清洗后觀察，其宏觀形貌見圖9，可見孔內(nèi)壁存在銹蝕現(xiàn)象，且銹蝕不均勻，裂紋起源于螺栓孔內(nèi)壁銹蝕相對(duì)較嚴(yán)重的區(qū)域，呈多源特征，斷面上可見明顯的貝殼紋特征，并且裂紋擴(kuò)展區(qū)占整個(gè)斷口的95以上，瞬斷區(qū)靠近齒圈內(nèi)、外兩側(cè)，瞬斷區(qū)面積<5，且存在明顯的擦傷痕跡。
在低當(dāng)量應(yīng)力幅和長(zhǎng)壽命范圍內(nèi)，裂紋起始?jí)勖饕Q于裂紋起始門檻值。在同一當(dāng)量應(yīng)力幅下，裂紋起始門檻值越高，則裂紋起始?jí)勖介L(zhǎng)，要使材料具有高的裂紋起始門檻值，主要是提高其屈服強(qiáng)度。而該開裂齒圈的屈服強(qiáng)度值低于技術(shù)要求值，即其疲勞壽命較短。
齒圈在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，于孔內(nèi)壁產(chǎn)生氧化腐蝕，并且不同的孔、孑L的不同部位氧化腐蝕深度不同，在腐蝕坑底部甚至還出現(xiàn)了微裂紋。
腐蝕坑以及微裂紋都使得材料的疲勞門檻值降低，同時(shí)在腐蝕坑以及微裂紋處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，所以當(dāng)齒圈服役中存在交變載荷的情況下，在腐蝕較深的腐蝕坑處首先萌生微裂紋，并且在后續(xù)使用過(guò)程中，在交變載荷的作用下裂紋以疲勞方式不斷擴(kuò)展。由于齒圈在受到工作應(yīng)力作用的同時(shí)還承受切向拉應(yīng)力的作用，一旦裂紋萌生，切向拉應(yīng)力會(huì)加速裂紋的擴(kuò)展；同時(shí)由于齒圈被固定在設(shè)備上，其兩側(cè)均被約束，故受到震動(dòng)的振幅較小，同時(shí)由于所受應(yīng)力較小，裂紋以疲勞擴(kuò)展的過(guò)程較長(zhǎng)，所以擴(kuò)展區(qū)占整個(gè)斷口面積的比例很大。
