轴承内圈开裂分析
2023-09-07
作者：杨永锋 王鹏飞
摘 要：轴承在热装后空冷，发现内圈开裂。为此，对开裂的轴承内圈进行了化学成分分析和金相检验，以揭示内圈开裂的原因。结果表明，该轴承内圈的化学成分和低倍组织均合格，但有不良组织托氏体存在，降低了内圈的强度，导致其开裂。
关键词 ：轴承；开裂；托氏体
在工业齿轮箱运行过程中，轴承是机械运转中非常重要的部件之一。作为承载和转动的零部件，轴承损坏导致其他相关部件连锁损坏造成的损失非常惊人。为此，轴承失效分析及相关预防措施就显得非常重要。
1 理化检验
1.1 宏观检测
太原重型机械集团齿轮传动分公司外购的两套轴承经热装后自然冷却，第二天发现开裂。该套开裂轴承内圈尺寸为260ｍｍｘ480ｍｍｘ130ｍｍ（见图1），开裂部位为轴承内圈，裂纹垂直于周向，已完全断开，如图2所示。切割将轴承内断口剖开，可以看到断面平齐，裂纹始于一侧端面，属典型过应力脆断，如图3所示[1]。轴承内圈纵向试片酸浸试验未发现其他缺陷，可知轴承内圈低倍组织合格，如图4所示[2]。
1.2 化学成分分析
将断裂轴承内圈进行化学成分分析，结果如图表1所示。从表1可知，该轴承材料符合轴承钢材质要求。
1.3 硬度测试
将断裂轴承内圈进行硬度测试，结果如表2所示。从表2试验结果可知，该断裂轴承内圈硬度合格。
1.4显微组织观察
对断裂轴承内圈裂纹处取样进行显微组织观察，结果如表3和图5、图6所示。从检测结果可知，轴承内圈纯净度合格，碳化物合格，但显微组织中出托氏体，属淬火欠热组织[3]。
2 分析和讨论
轴与轴承内圈采用热装基孔制过盈配合。通常重载产品均要求有较大的过盈量，以防工作中打滑，但当过盈量过大时会直接导致过应力脆断。过盈量过大的原因为轴承内圈孔加工尺寸偏小或轴偏大。另外，安装定位后，如果两者同轴度偏差较大，也会内圈端面直接加大事实上的过盈量，引起过应力脆断。
轴承内圈材料组织出现托氏体，属淬火欠热形成的缺陷组织。虽然宏观硬度值合格，但托氏体微观硬度低于回火马氏体， 直接形成微观软点，降低了材料的力学性能，尤其后期使用过程中耐接触疲劳性差，易引起早期点蚀。此外，托氏体组织对材料断裂强度有一定影响，在热装后也有可能对开裂产生一定的促进作用。
3 结论
通过对轴承内圈断口度进行宏观检测、显微组织观察、化学成分分析、硬度测试等方法，对断裂轴承开裂原因进行分析，发现断裂轴承内圈材质合格，纯净度合格，致密度、均匀性良好。轴承内圈开裂属热装后过应力脆断，原因为过盈配合形成的应力过大所致。过应力来源可能为过盈量过大、安装同轴度偏差大。此外，材料中拖氏体组织对轴承的断裂强度有一定影响，在热装后也有可能对开裂产生一定的促进作用。
参考文献
［1］中国机械工程学会热处理学会．热处理手册：第４卷［M］.北京：机械工业出版，2008．
［2］王广生．金属热处理缺陷分析及案例［M］.北 京：机械工业出版，2007．
［3］成大先． 机械设计基础 ：第 1卷 ［ Ｍ ］. 4版．北京：化学工业出版 社，2002.
来源：热处理
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