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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(lái)源:安慶永益機(jī)械有限公司 >> 進(jìn)入該公司展臺(tái)      閱讀量:13

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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(zhēng)、曾朝凡
(洛陽(yáng)LYC軸承有限公司、航空精密軸承國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)
  某軸承用戶(hù)反映有一套特大型雙列調(diào)心滾子軸承軸承在使用過(guò)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(hào)材料為GCr15SiMn鋼,其加工工藝過(guò)程為:φ300mm原材料進(jìn)廠(chǎng)超聲波探傷→下料段→鍛造成形→球化退火→車(chē)加工→熱處理→探傷→磨削加工→探傷→裝配入庫(kù)?,F(xiàn)筆者對(duì)其進(jìn)行理化檢驗(yàn)分析,找出失效原因。
  1.理化檢驗(yàn)
  (1)宏觀(guān)檢驗(yàn)
  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(guān)形貌
 ?。?)化學(xué)成分分析
  對(duì)外圈進(jìn)行取樣,大小為15mm×15mm×15mm,采用直讀光譜儀進(jìn)行化學(xué)成分分析,檢驗(yàn)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?jǐn)?shù))(%)
  (3)金相檢驗(yàn)
  首先,低倍觀(guān)察。制取孔洞部位斷口試樣口后觀(guān)察,可見(jiàn)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(chēng)“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(guān)察,可見(jiàn)表面有大量孔洞分布,邊緣呈尖角狀,個(gè)別孔洞深不見(jiàn)底,其外觀(guān)形貌如圖2b所示。
圖2
  其次,金相觀(guān)察。制取孔洞部位截面金相試樣后在OLYMPUSGX51顯微鏡下觀(guān)察,可見(jiàn)截面上有大量不規(guī)則尖角狀孔洞分布,邊緣有氧化,個(gè)別孔洞深不見(jiàn)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(guān)察,可見(jiàn)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(cè)
  制取外圈縱橫截面金相試樣后,在光學(xué)顯微鏡下觀(guān)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(jìn)行評(píng)定,檢測(cè)結(jié)果分別如表2、表3所示,以上檢測(cè)結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
表2 外圈材料質(zhì)量檢測(cè)
表3 外圈熱處理質(zhì)量檢測(cè)
  2.分析討論
  通過(guò)對(duì)該套圈宏觀(guān)檢驗(yàn)、成分分析、金相檢驗(yàn)以及材料與熱處理質(zhì)量檢驗(yàn),認(rèn)為該套圈表面缺陷為過(guò)燒孔洞,可以確定該套圈存在過(guò)燒現(xiàn)象。
  經(jīng)查,對(duì)該批套圈棒料進(jìn)廠(chǎng)檢驗(yàn)時(shí)未發(fā)現(xiàn)原材料缺陷,由此可以確定該孔洞為鍛造過(guò)程中形成的。
  軸承套圈在鍛造時(shí)如果加熱溫度超過(guò)工藝溫度的上限,在此溫度保溫時(shí)間又很長(zhǎng),則材料會(huì)過(guò)熱,嚴(yán)重時(shí)過(guò)燒,不但表面層金屬晶界被氧化開(kāi)裂,而且金屬內(nèi)部成分偏析較嚴(yán)重的區(qū)域,晶界也開(kāi)始熔化,形成尖角狀洞穴。在這種狀態(tài)下進(jìn)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(guò)燒套圈的表面形態(tài)如桔子皮,上面分布有細(xì)小的裂縫和很厚的氧化皮。
  由于套圈存在過(guò)燒孔洞,過(guò)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(qiáng)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(guò)燒現(xiàn)象,只有在車(chē)加工或者磨加工后才可能顯現(xiàn)出過(guò)燒特征。
  3.結(jié)論及建議
 ?。?)該外圈存在嚴(yán)重的過(guò)燒孔洞是造成外圈早期失效的直接原因。
 ?。?)過(guò)燒孔洞主要形成于套圈鍛造前加熱過(guò)程,由于加熱爐“跑溫”、操作人員沒(méi)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蓿瑧?yīng)該通過(guò)定期校準(zhǔn)爐溫曲線(xiàn)、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(guò)燒概率。
  (3)增加探傷工序,宜采用熒光磁粉進(jìn)行探傷,使缺陷顯示更為清晰,麻點(diǎn)孔洞為鍛造過(guò)燒缺陷所致,發(fā)現(xiàn)過(guò)燒套圈,應(yīng)立即報(bào)廢。
來(lái)源:《金屬加工(熱加工)》雜志
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