軸承內圈開裂分析
2023-09-07
作者：楊永鋒 王鵬飛
摘 要：軸承在熱裝后空冷，發現內圈開裂。為此，對開裂的軸承內圈進行了化學成分分析和金相檢驗，以揭示內圈開裂的原因。結果表明，該軸承內圈的化學成分和低倍組織均合格，但有不良組織托氏體存在，降低了內圈的強度，導致其開裂。
關鍵詞 ：軸承；開裂；托氏體
在工業齒輪箱運行過程中，軸承是機械運轉中非常重要的部件之一。作為承載和轉動的零部件，軸承損壞導致其他相關部件連鎖損壞造成的損失非常驚人。為此，軸承失效分析及相關預防措施就顯得非常重要。
1 理化檢驗
1.1 宏觀檢測
太原重型機械集團齒輪傳動分公司外購的兩套軸承經熱裝后自然冷卻，第二天發現開裂。該套開裂軸承內圈尺寸為260ｍｍｘ480ｍｍｘ130ｍｍ（見圖1），開裂部位為軸承內圈，裂紋垂直于周向，已完全斷開，如圖2所示。切割將軸承內斷口剖開，可以看到斷面平齊，裂紋始于一側端面，屬典型過應力脆斷，如圖3所示[1]。軸承內圈縱向試片酸浸試驗未發現其他缺陷，可知軸承內圈低倍組織合格，如圖4所示[2]。
1.2 化學成分分析
將斷裂軸承內圈進行化學成分分析，結果如圖表1所示。從表1可知，該軸承材料符合軸承鋼材質要求。
1.3 硬度測試
將斷裂軸承內圈進行硬度測試，結果如表2所示。從表2試驗結果可知，該斷裂軸承內圈硬度合格。
1.4顯微組織觀察
對斷裂軸承內圈裂紋處取樣進行顯微組織觀察，結果如表3和圖5、圖6所示。從檢測結果可知，軸承內圈純凈度合格，碳化物合格，但顯微組織中出托氏體，屬淬火欠熱組織[3]。
2 分析和討論
軸與軸承內圈采用熱裝基孔制過盈配合。通常重載產品均要求有較大的過盈量，以防工作中打滑，但當過盈量過大時會直接導致過應力脆斷。過盈量過大的原因為軸承內圈孔加工尺寸偏小或軸偏大。另外，安裝定位后，如果兩者同軸度偏差較大，也會內圈端面直接加大事實上的過盈量，引起過應力脆斷。
軸承內圈材料組織出現托氏體，屬淬火欠熱形成的缺陷組織。雖然宏觀硬度值合格，但托氏體微觀硬度低于回火馬氏體， 直接形成微觀軟點，降低了材料的力學性能，尤其后期使用過程中耐接觸疲勞性差，易引起早期點蝕。此外，托氏體組織對材料斷裂強度有一定影響，在熱裝后也有可能對開裂產生一定的促進作用。
3 結論
通過對軸承內圈斷口度進行宏觀檢測、顯微組織觀察、化學成分分析、硬度測試等方法，對斷裂軸承開裂原因進行分析，發現斷裂軸承內圈材質合格，純凈度合格，致密度、均勻性良好。軸承內圈開裂屬熱裝后過應力脆斷，原因為過盈配合形成的應力過大所致。過應力來源可能為過盈量過大、安裝同軸度偏差大。此外，材料中拖氏體組織對軸承的斷裂強度有一定影響，在熱裝后也有可能對開裂產生一定的促進作用。
參考文獻
［1］中國機械工程學會熱處理學會．熱處理手冊：第４卷［M］.北京：機械工業出版，2008．
［2］王廣生．金屬熱處理缺陷分析及案例［M］.北 京：機械工業出版，2007．
［3］成大先． 機械設計基礎 ：第 1卷 ［ Ｍ ］. 4版．北京：化學工業出版 社，2002.
來源：熱處理
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