某深沟球轴承失效分析

2014-03-07王晓凯张晓雪

哈尔滨轴承 2014年3期

关键词：深沟火花马氏体

王晓凯，张晓雪

（哈尔滨轴承集团公司质量控制部，黑龙江哈尔滨 150036）

某深沟球轴承失效分析

王晓凯，张晓雪

（哈尔滨轴承集团公司质量控制部，黑龙江哈尔滨 150036）

通过材料与热处理多项检测方法，对某深沟球轴承的失效原因进行分析和探讨，排除了材料和热处理对轴承失效的影响。显微组织观察发现，轴承在运转过程中产生高温，使轴承滚道产生二次（重新）淬火，是造成轴承碎裂失效的原因。

深沟球轴承；烧伤；变质层；疲劳

1 前言

轴承是各种运转机械设备的主要转动工件，在使用和安装过程中，如果轴承上的任何部件出现问题就会造成整套轴承乃至整套设备的失效，甚至酿成更严重的后果，因此，轴承的失效分析是轴承可靠性系统工程中一个重要的组成部分。轴承的失效主要表现为磨损、烧伤、剥落和断裂等几种形式，失效原因错综复杂，不易判定，一般情况可以从外来因素和内在因素两个方面来分析。①外来因素：主要是安装、使用、维护保养是否符合技术要求。②内在因素：主要是设计、制造和材质等是否合理。要针对失效的产品进行检验分析，还要了解加工过程和使用情况，才能做出准确的判定。

2 轴承失效概况

某深沟球轴承被用于127机组轧辊机上。轴的两端各安装一套轴承，轴长度为80～100mm,润滑方式为普通黄油，轧辊转速为103r/min，水温在20℃左右。近期轴承出现频繁损坏现象，导致单班（12h）更换轴承20套左右。以前使用该型号轴承从未出现过如此高的更换频率。在使用过程中，轴承的外套、内套、同时发生碎断。

3 检测分析

3.1 宏观检验

送检轴承已严重损坏，表面全部呈黑灰色，外套碎断多块，内套也断碎多块，滚动体和保持架整体形状基本完好（见图 1）。用汽油清洗轴承散件后，可以看到在外套的外径上有明显磨痕（见图 2），这说明轴承滚动体在滚道上已经不能正常运转，滚动体带动外套在壳体内进行不正常的相对运动。轴承外套工作滚道受力部位—压力带有明显地偏向一侧的现象（见图 3）。轴承的内套工作滚道已产生严重的塑性变形（见图4），说明滚动体不是在轴承滚道上正常运转，而是对滚道形成一种碾压状态。

3.2 火花检验及光谱分析

3.2.1 火花检验

图1 某深沟球轴承使用时损坏状况，1：1

图2 某深沟球轴承外套外径破摩擦痕迹，1：1

图3 外套滚道压力带偏向沟道一侧，2：1

图4 内套滚道碾压塑性变形，2：1

轴承的外套、内套及滚动体的火花：火束的颜色明亮，火花爆裂非常活跃，呈大星形状，分叉多而细，爆花为3～5次爆裂复花，附有很多碎花粉，火花尾部较暗，符合GCr15轴承钢。

3.2.2 光谱鉴定

故障轴承经光谱分析，轴承的外套、内套及滚动体均为GCr15轴承用钢，符合设计要求。

3.2.3 硬度测定

轴承的外套、内套及滚动体硬度测定结果见表 1。

硬度测定结果表明轴承的外套、内套及滚动体硬度均符合标准规定。

表1 轴承零件硬度测定 HRC

表2 轴承零件淬回火组织

3.2.4 金相检验

用线切割设备，在损坏的轴承外套、内套套圈上截取试样25mm×20mm，经镶嵌、磨光、浸蚀制成金相试样，在4xc型立式金相显微镜下放大500×观察，轴承的外套、内套及滚动体淬回火组织见表 2。

图5 故障轴承外套淬回火组织（3级），隐晶结晶马氏体+细小分散的残留碳化物，4%硝酸酒精溶液腐蚀，500×。

图6 故障轴承外套淬回火组织（2级），隐晶结晶马氏体+均匀分布的细小残留碳化物，4%硝酸酒精溶液腐蚀，500×。

经以上检验，故障轴承外套、内套和滚动体显微组织均符合“高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件”，即JB/T1255-2001标准规定。

3.2.5 材料质量

对故障轴承的材料质量进行金相检验，其结果见表 3。

表3 轴承零件材料检验/级

故障轴承材料各项质量检验结果均符合国标GB/T 18254-2002规定。

3.2.6 故障轴承烧伤分析

在显微组织检验中，发现在轴承的外套滚道受力处有严重的烧伤组织（见图 7）。

由图 7 可见，组织中有一层白条带状白亮区，深度0.028mm，为二次（重新）淬火马氏体；向里深灰色为高温回火组织；再向里为轴承在制造时的正常热处理淬回火组织。这说明轴承在运转时产生高温，最高工作温度已经超过钢的临界点，温度达到800℃以上，使套圈工作部位表层组织发生相变，重新形成马氏体。

内套工作滚道上的烧伤组织和外套相似，见图 8 所示。

由于轴承滚道表面在使用时产生烧伤变质层，造成了轴承套圈的断裂和轴承的失效。

Analysis on a deep groove ball bearing failure

Wang Xiaokai, Zhang Xiaoxue
( Department of Quality Control,Harbin Bearing Group Corporation, Harbin 150036,China )

Through several materials and heat treatment detection methods, the failure reasons of a deep groove ball bearing was analyzed and discussed, excluding the impact of material and heat treatment on bearing failure. It was observed by microstructure the bearings temperature become high during operation, the bearing raceway produced secondary (re) quenching, then the bearing failure fragmentation was result in. .

deep groove ball bearing; burns; metamorphic layer; fatigue