軸承墊片斷裂原因分析
2019-03-13 梁華 王珊珊 仇亞軍
（洛陽軸研科技股份有限公司）
某公司送檢軸承墊片，材料為45鋼，型號(hào)為MCF40endplate，完整墊片的整體及斷口形貌見圖1。該批成品墊片在裝配軸承時(shí)有破裂現(xiàn)象，比例為1%~2%；軸承墊片的加工工藝流程為：棒材→車加工→熱處理→磨加工→表面發(fā)黑處理。墊片熱處理后的硬度要求為51~53HRC。為確定墊片產(chǎn)生斷裂的原因，對(duì)墊片進(jìn)行了較為全面的理化檢驗(yàn)與分析。
圖1 軸承墊片斷裂形貌
1.檢驗(yàn)與分析
?。?）宏觀及斷口檢查
送檢墊片在距其斷口約1mm處存在一條平行于斷口的微細(xì)裂紋；墊片的內(nèi)徑面有安裝磨損痕跡，其光亮度不同，以有微裂紋一端光亮，而對(duì)應(yīng)的另一端面附近則無磨損，保持原發(fā)黑處理的表面（見圖2）；墊片的斷口平齊、色澤一致，為脆性斷口（見圖3）。
?。?）硬度檢測
軸承墊片的硬度在HR-150A洛氏硬度計(jì)上測定，負(fù)荷為150kg，誤差范圍為±0.5HRC，結(jié)果見表1。
表1軸 承墊片端面的硬度值（HRC）
由表1結(jié)果知，軸承墊片的硬度值符合技術(shù)條件要求。
?。?）斷口微觀分析
將帶有裂紋的軸承墊片經(jīng)超聲波清洗烘干后放置在日本電子公司生產(chǎn)的JSM6380LV掃描電子顯微鏡中進(jìn)行變倍觀察。結(jié)果表明：
?、贁嗫诘臄U(kuò)展方向?yàn)閺囊粋?cè)端面的內(nèi)徑倒角處開始沿著對(duì)角線方向向另一端面擴(kuò)展；斷裂方式為沿晶脆性斷裂；斷口截面上未發(fā)現(xiàn)有晶粒粗大、過燒及大尺寸夾雜物等現(xiàn)象（見圖4~圖6）。
②裂紋起始于墊片一側(cè)端面的內(nèi)徑倒角處，并分別沿著徑向和軸向向兩個(gè)方向擴(kuò)展；內(nèi)徑面上的摩擦及擠壓痕跡清晰可見（見圖7~圖12）。
（4）材料及其金相組織檢查
將墊片制備成金相試樣后，放置在MG型立式顯微鏡下進(jìn)行常規(guī)檢驗(yàn)。原材料采用GB/T3077-2000標(biāo)準(zhǔn)，熱處理質(zhì)量參照《滾動(dòng)軸承碳鋼軸承零件熱處理技術(shù)條件》（JB/T8566-2008），檢查結(jié)果見表2。
表2 金相檢驗(yàn)結(jié)果（級(jí)）
由表2可知：軸承墊片的夾雜物含量較少，由于標(biāo)準(zhǔn)無明確要求（供需雙方協(xié)商確定），其評(píng)定級(jí)別僅供參考；墊片的金相組織（見圖13）符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
檢查墊片裂紋兩側(cè)及斷口附近的金相組織，均未發(fā)現(xiàn)有脫貧碳、磨削燒傷及其他異常現(xiàn)象。
?。?）熱酸洗檢查
將軸承墊片按照GB/T3077-2000標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行熱酸洗，結(jié)果表明：①墊片材料的致密度較好，低倍組織無異常，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。②未發(fā)現(xiàn)有因熱處理及磨削等加工因素造成的開裂現(xiàn)象。
2.結(jié)果分析
（1）根據(jù)金相及熱酸洗的檢驗(yàn)結(jié)果可知，軸承墊片材料及熱處理質(zhì)量均無明顯異常，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)條件要求。
（2）任何零件的斷裂失效，都是在零件所承受的外力超過了零件的本身所具有的抗力的條件下發(fā)生的。一般情況下，斷裂源都位于零件的表面或次表面或在應(yīng)力集中處萌生，如尖角、缺口、凹槽及表面損傷處等薄弱環(huán)節(jié)。
根據(jù)宏觀及微觀分析的結(jié)果可知，該墊片裝配時(shí)發(fā)生開裂屬于偶發(fā)現(xiàn)象，主要原因是由于軸承墊片的內(nèi)孔尺寸偏小且存在錐度，從而導(dǎo)致裝配軸承時(shí)其內(nèi)徑面一端倒角處承受較大的外力作用而發(fā)生沿晶脆性斷裂。
3.結(jié)語
?。?）送檢軸承墊片的材料及熱處理質(zhì)量均未發(fā)現(xiàn)異常。
?。?）墊片的內(nèi)孔尺寸存在偏差是導(dǎo)致裝配軸承時(shí)發(fā)生斷裂的主要原因。
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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