套圈滾道周向磁痕原因分析
2018-10-28 張玲 楊爭(zhēng) 黃麗 李德田
（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）
摘 要：對(duì)比了圓柱軸承磁痕外圈和無磁痕外圈的金相組織、流線分布及套圈成形方式，確定了高碳鉻軸承鋼套圈批量性滾道周向磁痕性質(zhì)屬于非相關(guān)磁痕。結(jié)果表明：該類磁痕的發(fā)生是套圈流線與滾道面呈現(xiàn)交叉分布，當(dāng)帶狀碳化物沿金屬流線在滾道面斷開時(shí)，極易導(dǎo)致此類磁痕的發(fā)生。
關(guān)鍵詞：周向磁痕；套圈滾道；批量性；帶狀碳化物
為用戶加工的某一批圓柱軸承外圈，在其終磨后磁粉探傷工序常規(guī)檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)高達(dá)90%的批量性的磁痕。按照用戶對(duì)該產(chǎn)品的要求，不允許出現(xiàn)磁痕，一旦發(fā)現(xiàn)，則整批退貨。為此，針對(duì)產(chǎn)生的該類磁痕進(jìn)行了全面分析，找出了解決此類問題的有效途徑。
1.軸承套圈滾道磁痕形貌
采用國(guó)內(nèi)某鋼廠提供的原材料，電渣重熔鋼GCr18Moφ110mm棒料，加工成外徑為250mm的圓柱軸承套圈，經(jīng)鍛造﹑車工﹑熱處理﹑磨加工﹑探傷時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)磁痕外觀形貌如圖1所示，外觀檢查磁痕套圈，磁痕呈線狀，沿圓周方向分布，長(zhǎng)度為1～5mm。圖1a為樣圈1的磁痕形貌，圖1b為樣圈1滾道圓周向磁痕的局部放大圖；圖1c為樣圈2的磁痕形貌。
2.磁痕分析
取樣位置見圖1a，沿套圈高度1/2處，進(jìn)行線切割，制成寬度約為15mm的試樣。制取滾道磁痕處金相試樣和滾道磁痕處縱截面的金相試樣，冷酸腐蝕前后在顯微鏡下觀察，對(duì)比了磁痕圈和無磁痕圈金相組織狀態(tài)。
?。?）磁痕樣圈的組織狀態(tài)分析
首先是磁痕處表面（套圈滾道面）的金相分析。由圖2a和圖2b可見原磁痕處不同樣圈均有碳化物，呈現(xiàn)團(tuán)絮狀分布，依據(jù)《TB/T3010—2001鐵道車輛滾動(dòng)軸承高碳鉻軸承鋼訂貨技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)定，碳化物帶狀為2.5級(jí)，合格。金相觀察未見裂紋及其他缺陷。
再次，對(duì)磁痕樣縱截面的金相分析。由圖3a和圖3b可見不同樣圈滾道原磁痕處縱截面均分布著碳化物，呈現(xiàn)帶狀分布，依據(jù)《TB/T3010—2001鐵道車輛滾動(dòng)軸承高碳鉻軸承鋼訂貨技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)定，滾道碳化物帶狀均為2.0級(jí)，合格，金相觀察未見裂紋及其他缺陷。由圖3可以看出帶狀碳化物均與滾道面呈現(xiàn)一定的角度分布。在500倍下觀察，按照《JB/T1255—2014滾動(dòng)軸承高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術(shù)條件》評(píng)級(jí)，均為2級(jí)的貝氏體組織。
?。?）無磁痕樣圈的組織狀態(tài)分析
磨制無磁痕圈縱斷面的金相試樣，在金相顯微鏡下觀察其組織。100倍下觀察無磁痕圈1滾道部位存在1.0級(jí)的帶狀組織分布，但與滾道方向平行，見圖4a；100倍下觀察無磁痕圈2無帶狀組織，見圖4b。在500倍下觀察，按照《JB/T1255—2014滾動(dòng)軸承高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術(shù)條件》評(píng)級(jí)，組織均為2級(jí)的貝氏體組織。
?。?）套圈金屬纖維流線顯示
首先將某一批號(hào)套圈不同狀態(tài)的套圈分別各取4件，2個(gè)是磁痕套圈，2個(gè)是無磁痕套圈。沿圓周方向鋸切為整圈的1/4，并對(duì)每個(gè)樣件的兩個(gè)已線切割縱斷面進(jìn)行磨加工。
在溫度為70℃、濃度為50%的鹽酸水溶液中，將樣件浸沒，煮至40min后。清洗后，觀察滾道縱斷面的流線分布。無磁痕樣圈，套圈鍛造流線均沿材料軋制方向分布，與套圈高度方向平行；而套圈滾道周向磁痕圈流線分布與材料軋制方向呈現(xiàn)角度性分布，即與套圈高度方向成交叉性分布。對(duì)套圈滾道磁痕圈再次線切割加工制成小試樣，手工磨制滾道縱斷面，按照以上的熱酸洗方法，顯示流線。套圈流線均與滾道成角度性分布，表現(xiàn)有多條套圈鍛造后金屬流線在滾道面露頭。而對(duì)無磁痕圈的觀察可以看到，套圈流線與滾道沒有任何交叉，套圈流線平行于材料原始的流線方向。顯然套圈滾道沿周向分布的斷續(xù)狀磁痕與金屬流線的分別有一定的關(guān)聯(lián)。
?。?）過磨滾道面對(duì)套圈磁痕的影響
該批次產(chǎn)品嚴(yán)格按照《套圈的磁化探傷規(guī)范》進(jìn)行探傷檢查，磁痕均沿外圈滾道周向斷續(xù)狀分布，密集程度略有差異，且此類磁痕形貌具有重現(xiàn)性。
將10個(gè)成品套圈滾道面，進(jìn)行過磨0.20mm工藝試驗(yàn)，探傷檢查發(fā)現(xiàn)，在套圈滾道處，仍有與原來形貌相近的磁痕分布：沿外圈滾道均周向斷續(xù)狀分布；而無磁痕套圈即使過磨也沒有磁痕發(fā)生。
?。?）不同成形方式的影響
附表反映了套圈滾道周向磁痕與成形方式及電渣重熔鋼原材料狀態(tài)有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)套圈滾道部位的鍛造流線沿套圈軸向平行方向分布，即便存在帶狀碳化物組織也不會(huì)產(chǎn)生滾道部位的周向非相關(guān)磁痕；但當(dāng)套圈鍛造流線與滾道部位產(chǎn)生交叉時(shí)，若此區(qū)域恰好存在帶狀碳化物組織且沿流線方向分布時(shí)，則容易在套圈滾道部位產(chǎn)生周向的非相關(guān)磁痕，但實(shí)際上原材料無帶狀組織發(fā)生的幾率很少。因此，為了避免套圈滾道部位產(chǎn)生周向的非相關(guān)磁痕，選擇合適的鍛造成形方式成為解決問題的關(guān)鍵。鋼廠應(yīng)提供無帶狀組織的原材料或者提供均勻分布的帶狀組織，才能從源頭把控解決磁痕問題。
3.結(jié)語(yǔ)
?。?）該磁痕性質(zhì)屬于非相關(guān)磁痕。
（2）該磁痕與磨加工無關(guān)，與套圈鍛造成形方式有關(guān)。
?。?）當(dāng)無帶狀碳化物分布時(shí)，即使采用壓力機(jī)鍛造，仍無磁痕發(fā)生。
來源：《金屬加工：熱加工》2017年第21期
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