軸承內(nèi)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(fā)現(xiàn)內(nèi)圈開裂。為此，對開裂的軸承內(nèi)圈進(jìn)行了化學(xué)成分分析和金相檢驗(yàn)，以揭示內(nèi)圈開裂的原因。結(jié)果表明，該軸承內(nèi)圈的化學(xué)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(nèi)圈的強(qiáng)度，導(dǎo)致其開裂。
關(guān)鍵詞 ：軸承；開裂；托氏體
在工業(yè)齒輪箱運(yùn)行過程中，軸承是機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中非常重要的部件之一。作為承載和轉(zhuǎn)動的零部件，軸承損壞導(dǎo)致其他相關(guān)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(guān)預(yù)防措施就顯得非常重要。
1 理化檢驗(yàn)
1.1 宏觀檢測
太原重型機(jī)械集團(tuán)齒輪傳動分公司外購的兩套軸承經(jīng)熱裝后自然冷卻，第二天發(fā)現(xiàn)開裂。該套開裂軸承內(nèi)圈尺寸為260ｍｍｘ480ｍｍｘ130ｍｍ（見圖1），開裂部位為軸承內(nèi)圈，裂紋垂直于周向，已完全斷開，如圖2所示。切割將軸承內(nèi)斷口剖開，可以看到斷面平齊，裂紋始于一側(cè)端面，屬典型過應(yīng)力脆斷，如圖3所示[1]。軸承內(nèi)圈縱向試片酸浸試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)其他缺陷，可知軸承內(nèi)圈低倍組織合格，如圖4所示[2]。
1.2 化學(xué)成分分析
將斷裂軸承內(nèi)圈進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如圖表1所示。從表1可知，該軸承材料符合軸承鋼材質(zhì)要求。
1.3 硬度測試
將斷裂軸承內(nèi)圈進(jìn)行硬度測試，結(jié)果如表2所示。從表2試驗(yàn)結(jié)果可知，該斷裂軸承內(nèi)圈硬度合格。
1.4顯微組織觀察
對斷裂軸承內(nèi)圈裂紋處取樣進(jìn)行顯微組織觀察，結(jié)果如表3和圖5、圖6所示。從檢測結(jié)果可知，軸承內(nèi)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(nèi)圈采用熱裝基孔制過盈配合。通常重載產(chǎn)品均要求有較大的過盈量，以防工作中打滑，但當(dāng)過盈量過大時會直接導(dǎo)致過應(yīng)力脆斷。過盈量過大的原因?yàn)檩S承內(nèi)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(nèi)圈端面直接加大事實(shí)上的過盈量，引起過應(yīng)力脆斷。
軸承內(nèi)圈材料組織出現(xiàn)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(diǎn)，降低了材料的力學(xué)性能，尤其后期使用過程中耐接觸疲勞性差，易引起早期點(diǎn)蝕。此外，托氏體組織對材料斷裂強(qiáng)度有一定影響，在熱裝后也有可能對開裂產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用。
3 結(jié)論
通過對軸承內(nèi)圈斷口度進(jìn)行宏觀檢測、顯微組織觀察、化學(xué)成分分析、硬度測試等方法，對斷裂軸承開裂原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)斷裂軸承內(nèi)圈材質(zhì)合格，純凈度合格，致密度、均勻性良好。軸承內(nèi)圈開裂屬熱裝后過應(yīng)力脆斷，原因?yàn)檫^盈配合形成的應(yīng)力過大所致。過應(yīng)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(qiáng)度有一定影響，在熱裝后也有可能對開裂產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用。
參考文獻(xiàn)
［1］中國機(jī)械工程學(xué)會熱處理學(xué)會．熱處理手冊：第４卷［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版，2008．
［2］王廣生．金屬熱處理缺陷分析及案例［M］.北 京：機(jī)械工業(yè)出版，2007．
［3］成大先． 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) ：第 1卷 ［ Ｍ ］. 4版．北京：化學(xué)工業(yè)出版 社，2002.
來源：熱處理
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