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特大型軸承外圈早期失效原因分析

2023年03月10日 10:04:57      來源:安慶永益機械有限公司 >> 進入該公司展臺      閱讀量:12

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特大型軸承外圈早期失效原因分析

2019-09-28
李貴方、楊爭、曾朝凡
(洛陽LYC軸承有限公司、航空精密軸承國家重點實驗室)
  某軸承用戶反映有一套特大型雙列調(diào)心滾子軸承軸承在使用過程中發(fā)現(xiàn)外圈滾到出現(xiàn)早期失效,該套軸承圈用于水泥立磨輥,工作環(huán)境較差。該型號材料為GCr15SiMn鋼,其加工工藝過程為:φ300mm原材料進廠超聲波探傷→下料段→鍛造成形→球化退火→車加工→熱處理→探傷→磨削加工→探傷→裝配入庫?,F(xiàn)筆者對其進行理化檢驗分析,找出失效原因。
  1.理化檢驗
 ?。?)宏觀檢驗
  外圈經(jīng)氣割取樣,滾道面整體有摩擦磨損現(xiàn)象,局部區(qū)域有不規(guī)則孔洞,其形貌如圖1所示,除此以外未發(fā)現(xiàn)其他異常。
圖1 外圈滾道面宏觀形貌
 ?。?)化學(xué)成分分析
  對外圈進行取樣,大小為15mm×15mm×15mm,采用直讀光譜儀進行化學(xué)成分分析,檢驗結(jié)果如表1所示,其化學(xué)成分符合GB/T18254—2016中GCr15SiMn標(biāo)準(zhǔn)要求。
表1 外圈的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù))(%)
 ?。?)金相檢驗
  首先,低倍觀察。制取孔洞部位斷口試樣口后觀察,可見斷口表面粗糙,上有閃閃發(fā)光的晶粒棱面,除此以外,還分布有孔洞,俗稱“豆腐渣”斷口,其斷口形貌如圖2a所示。
  制取試樣任意截面后低倍觀察,可見表面有大量孔洞分布,邊緣呈尖角狀,個別孔洞深不見底,其外觀形貌如圖2b所示。
圖2
  其次,金相觀察。制取孔洞部位截面金相試樣后在OLYMPUSGX51顯微鏡下觀察,可見截面上有大量不規(guī)則尖角狀孔洞分布,邊緣有氧化,個別孔洞深不見底,其金相形貌如圖3所示。
圖3 孔洞截面處金相形貌
  最后,掃描電鏡斷口分析。制取孔洞部位斷口后,在JSM-6610LV掃描電鏡下觀察,可見斷口上分布有大量有尖角狀孔洞,孔內(nèi)局部有金屬熔融形貌,如圖4所示。
圖4 孔洞顯微形貌
 ?。?)材料及熱處理質(zhì)量檢測
  制取外圈縱橫截面金相試樣后,在光學(xué)顯微鏡下觀察,依據(jù)材料標(biāo)準(zhǔn)GB/T18254—2016及熱處理標(biāo)準(zhǔn)JB/T1255—2014進行評定,檢測結(jié)果分別如表2、表3所示,以上檢測結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
表2 外圈材料質(zhì)量檢測
表3 外圈熱處理質(zhì)量檢測
  2.分析討論
  通過對該套圈宏觀檢驗、成分分析、金相檢驗以及材料與熱處理質(zhì)量檢驗,認為該套圈表面缺陷為過燒孔洞,可以確定該套圈存在過燒現(xiàn)象。
  經(jīng)查,對該批套圈棒料進廠檢驗時未發(fā)現(xiàn)原材料缺陷,由此可以確定該孔洞為鍛造過程中形成的。
  軸承套圈在鍛造時如果加熱溫度超過工藝溫度的上限,在此溫度保溫時間又很長,則材料會過熱,嚴(yán)重時過燒,不但表面層金屬晶界被氧化開裂,而且金屬內(nèi)部成分偏析較嚴(yán)重的區(qū)域,晶界也開始熔化,形成尖角狀洞穴。在這種狀態(tài)下進行鍛造,材料受到重錘的鍛打,使工件產(chǎn)生撕裂,形成較大的孔洞,此種缺陷大部分出現(xiàn)在倒角、端面和內(nèi)徑上。鍛造過燒套圈的表面形態(tài)如桔子皮,上面分布有細小的裂縫和很厚的氧化皮。
  由于套圈存在過燒孔洞,過燒組織破壞了晶界,極大地割裂了基體的連續(xù)性,降低材料的強度和塑性,增加脆性。由于套圈鍛造后表面有很厚的氧化皮,在該工序很難發(fā)現(xiàn)過燒現(xiàn)象,只有在車加工或者磨加工后才可能顯現(xiàn)出過燒特征。
  3.結(jié)論及建議
 ?。?)該外圈存在嚴(yán)重的過燒孔洞是造成外圈早期失效的直接原因。
  (2)過燒孔洞主要形成于套圈鍛造前加熱過程,由于加熱爐“跑溫”、操作人員沒有嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)程等原因?qū)е录訜釡囟雀哂诠に嚋囟壬舷?,?yīng)該通過定期校準(zhǔn)爐溫曲線、操作人員嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)程,嚴(yán)查工藝紀(jì)律等手段降低過燒概率。
 ?。?)增加探傷工序,宜采用熒光磁粉進行探傷,使缺陷顯示更為清晰,麻點孔洞為鍛造過燒缺陷所致,發(fā)現(xiàn)過燒套圈,應(yīng)立即報廢。
來源:《金屬加工(熱加工)》雜志
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