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轴承过早失效的金相分析(一)点击次数:1392 发布时间:2010-07-08

 轴承在工作中,由于种种复杂的原因,诸如结构不合理,材料质量差,性能低,工作表面上的缺陷,冲击,振动,安装不当和润滑不良等,均能造成轴承早期失效。然而,在某些情况下,有的轴承根本就未投入使用(运行),只是用户在装机过程中原先的完整面貌即遭破损,失去了使用性,造成轴承过早失效。本文所要揭示的就是属于这种失效形式的一个实际例子。
  一、失效背景
  某动力机厂在组装S195柴油机齿轮箱时,出现6205深沟球轴承内圈间断或连续地发生崩裂(块)现象,在数量上占有一定的比例(每台齿轮箱装四套)。据现场了解,该批轴承总供货量为3000套,实际已装用1000套,余下的2000套因用户“心有余悸”不敢装机。
  经查实,齿轮箱轴的尺寸符合图纸要求,轴承装机方法正确,系由固定的熟练工完成。用户曾开箱抽取40套测定轴承内外圈的硬度,并经DZ-2000型大型磁力探伤机探伤,结果硬度处于61~65HRC范围,符合JB1255标准规定,肉眼检查未发现裂纹。鉴于此,为了觅求轴承套圈崩裂的原因,将现场破损的轴承返回,进行了常规理化测试。
  这些套圈系经箱式电阻炉840~860℃加热淬火,160℃×2~h低温油回火处理。
  二、试验方法与结果
  1.宏观观察
  图1为装机时破损的轴承之实物照片。
  经仔细观察实物可知:
  (1)在所有破损的轴承上未见到因装机敲击而留下的击伤痕迹,钢球、保持架等零件完整无损。
  (2)内圈的崩裂起始于滚道中心的一侧,约占端面直径的1/2或1/4。
  (3)断口处存在伸入内径面的二次纵向直裂纹,裂纹形似刀切,穿透壁面。
  (4)整个崩裂的外形高低不平,但断口表面光滑平整。没有塑性变形迹象,仅有少量撕裂痕。
  (5)断口呈灰色细晶粒瓷状脆性断口。

  2.酸蚀试验
  分别将崩裂内圈与完整内圈用1:1的盐酸水溶液进行热酸洗,温度为60~70℃,时间10min,结果如图2所示。
  (1)在崩裂处附近的滚道内存在条带状磨削烧伤与磨削裂纹。
  (2)磨削裂纹呈树枝状,沿滚道一侧分布,并与磨削方向平行,崩裂正好沿磨削裂纹发展。
  (3)二次纵向直裂纹与崩裂断口及磨削裂纹大致呈“T”形垂直。
  (4)整个套圈表面分布着疏松状黑色暗点和孔隙,其外形呈圆形或椭圆形。在放大40倍的体视显微镜下观察,其外形呈不规则的空洞或圆形针孔,它们相互可以连接成似晶界形状,而完整的套圈表面则颇为光洁,看不到上述的缺陷。
  3.宏观硬度与显微组织
  为了进一步了解套圈的硬度分布情况和淬回火显微组织及表层的显微组织特征,选择部分崩裂的内圈及其碎块,在其端面上侧定宏观硬度,并用线切割法在崩裂处附近截取纵向金相试样,结果为:
  (1)宏观硬度值为64~65.2HRC。
  (2)淬回火组织符合JB1255标准的3~4级,局部区域达5级,为细小结晶马氏体+隐晶马氏体十细小针状马氏体+少量残余碳化物+残余奥氏体。
  (3)在100倍下观察,马氏体基体呈明显的黑白条带状组织,若按YB9-59标准则可评定为4级,如图3所示。
  (4)观察到滚道表面存在一层外形呈月牙形的二次淬火白层组织和次表面的高温软化层组织,即“过回火层"。其白层深度(zui表面至月牙底)约为0.033~0.056mm,过回火层深度约为0.293mm,可见磨削烧伤程度甚为严重。
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苏小姐
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