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轴承过早失效的金相分析(二)点击次数:1214 发布时间:2010-07-08

三、结果分析
  1.磨削质量对轴承过早失效的影响从以上的测试结果可以判定,滚道一侧的磨削裂纹和磨削烧伤是引起套圈崩裂、导致轴承过早失效的一个直接原因、本例揭示的裂纹宏观形态与磨削烧伤的分布特征说明,滚道的原始位置过偏或滚道的R不圆,使滚道的一侧磨削余量增大,当粗磨阶段进给量大、磨削速度快时,整个滚道就产生了不均匀的磨削。如果砂轮不及时修整,将促使磨屑嵌入或粘着造成砂轮孔隙堵塞而钝化,由此会引起砂轮不平衡度增高,主轴振动加剧,甚至机床振动而发生磨削颤振。显然磨削力就发生周期性变化,形成间断性的烧伤条带。
  这样磨削区的率擦力与磨削力势必就会增高,产生较高的磨削热。当磨削区表面瞬间温度高达或超过Acm时,滚道局部被磨表面将重新奥氏体化。此时体积膨胀,而内层的低温部分则阻碍其膨胀,产生表面压缩而内层为伸胀的热应力。当砂轮脱离磨削表面后.在外部冷却液的急冷条件下(即使是空冷),表面已奥氏体化的薄层又重新进行第二次悴火,形成高硬度的二次淬火组织,即“磨削白层”。同时由于磨削热向内和其邻层进行的渗透扩散作用,使之形成一层硬度较低的黑色“过回火层”,此时体积收缩,这样在磨削表面层内就产生了较高的温度梯度,从而引起一系列组织变化和力学性能的变化."磨削白层”系处于压应力状态,而“过回火层”则处于zui大的拉应力状态,因此裂纹核心zui容易在此萌生,尤其是“磨削白层”与‘过回火层,的交界面上,因为这里是组织变化zui明显突变处,拉应力zui集中,强度zui弱,当残余拉应力值大于材料的抗破断强度时,裂纹就向半径方向扩展,使表层出现断裂,即磨削裂纹。
  2.二次淬火白层组织的特征
  由于白层是一种奥氏体、马氏体和碳化物共存的多相高弥散组织.奥氏体与马氏体之间存在着共格的伪平衡系统以及晶格常数有差异,所以形成马氏体时,二次奥氏体的点阵发生强烈暗变,这就导致了白层组织硬度的增高。又因奥氏体-马氏体界面上的表面能趋于零,在腐蚀剂的作用下,组织上不产生电化学的原电池,故白层难于腐蚀,只不过它是在磨削条件下形成的白层。
  3.钢材质量和淬回火组织质量对诱发磨削裂纹的影响
  淬回火状态时马氏体基体黑白浓度差,较高的宏观硬度值及疏松缺陷等,也是诱发磨削裂纹的一个不可忽视的潜在因素。黑白浓度差的出现表明原始组织中存在严重的带状碳化物,由此引起带上与带间的碳格浓度的偏析,因此淬火后增大了带间的过热倾向和Ms点高低之差别,造成淬火组织和残余应力的分布不均匀性及增加基体脆性,削弱了晶粒与晶粒、晶粒与基体、以及基体与基体之间的接合力.尽管套圈已经过低温油回火,但由于回火不充分或该马氏体基体在该条件下回火,其抗回火性高的原因,以致淬火马氏体回火转变不完全,仍保持高硬度、高内应力的淬火状态。这些因素均有利于磨削应力集中,不易分散,易与基体残余应力叠加,特别是在超级别带状碳化物上伴随有网状、条状碳化物时,则磨削应力zui易集中,促使零件表面形成剥落及分散分布的条状与残余网络状龟裂。明显的疏松缺陷在成品轴承套圈上是不容许存在的。它会降低套圈的致密度,使内部富集较多的微孔隙,低熔点杂质,气体和非金属夹杂物.它与带状碳化物一样,起到分割基体连续性作用,造成成分偏析,基体致脆,大大降低套圈的综合力学性能,而且磨削时增大摩擦阻力和缺口敏感性,促使磨削应力高度集中,极易诱发磨削裂纹。
  4.磨削裂纹的特性分析
  磨削裂纹纤细,仅伸入表面浅层,开口极小,难于发现,是一种典型的表面裂纹,其性特脆,在工程上危害性极大,是所有裂纹中zui危险的一种。往往一经外力作用就使金属内部结构的运动有了方向性,有时即使在较小的外力作用下,只要外力作用时间充分,也会产生裂纹或使零件断裂。甚至有时根本就没有外力,由于金属内部的空位和塞积的迁移扩散,残余应力的释放,残余奥氏体的马氏体化相变胀应力,原子运动的加剧等,只要在一定的温度条件下,通过表面某些缺口,诸如磨裂、烧伤、发裂、打字痕、车刀痕、锐角、疏松孔洞和局部拉应力集中区等,同样会引起开裂(自身裂纹),形成崩裂(脱裂、脱圈、脱肩和脱缘),造成大片的剥落块。
  磨削裂纹zui常见的宏观形态有两种,即与磨削方向成直角的若干平行线和龟甲状。而本例揭示的磨削裂纹宏观形态较为特殊,系与磨削方向平行。正因为这样,延迟了套圈在加工过程中发生断裂。或者裂纹还未全形成,只是在该部位集中了较高的拉应力。或裂纹已经形成,只因甚为纤细,以致于磁力探伤也无法显示,而在热酸蚀的作用下,沿zui大拉应力方向发展为类似于应力腐蚀裂纹(SCC)的磨削裂纹,将裂纹进一步扩大。
  无疑,6205轴承在装机时的敲击(冲击)引起的振动和轴与套之间的胀力引起的弹(塑)性变形,正是为套圈的崩裂提供了“天然的”外力作用与时间,当崩裂发生后就以垂直方式快速扩展为二次裂纹。
  四、结论
  (1)套圈所用材料的均匀性与致密度较差是造成套圈崩裂的先天性因素。
  (2)套圈被道在强烈的磨削热和冷却液的作用下,表面薄层瞬时形成二次悴火磨削白层,产生较高的磨削拉应力,引起磨削裂纹与磨削烧伤。
  (3)套圈回火不充分,致使马氏体基体仍保持高硬度脆性,较高的残余应力,以及微观组织的不均匀性,极易促使应力叠加并诱发磨削裂纹和磨削烧伤。
  (4)可以认为6205轴承过早失效是材料的冶金缺陷、热处理缺陷和磨削裂纹等因素的综合作用的结果,而微观组织的不均匀性(截面组织差异)与表面局部拉应力是崩裂的根本原因。
  (5)轴承装机时的振动和胀力正是为崩裂提供了“天然的”外力作用与时间,致使促发套圈突然发生脆性崩裂掉块。
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苏小姐
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