轧机推力轴承断裂原因分析

赵丽明　谷国刚　谷国华

(山东泰山钢铁集团有限公司新材料研究所，山东271199)

轧机推力轴承断裂原因分析

赵丽明谷国刚谷国华

(山东泰山钢铁集团有限公司新材料研究所，山东271199)

摘要：某轧钢厂轧机推力轴承4228D及829234上线工作较短时间就发生断裂。经检测分析发现，4228D轴承保持架质量没有问题，断裂是因轴向力过大造成的，而829234轴承中挡圈热处理质量存在严重问题，硬度低是断裂的主要原因。

关键词：推力轴承；断裂；轴向力；硬度

某轧钢厂轧机推力轴承4228D及829234上线工作较短时间就发生了断裂，断裂处分别为4228D轴承保持架和8299234轴承中挡圈。两种轴承材质分别为HPb59-1(新标准牌号ZCuZn40Pb2)及GCr15。取样对此次轴承断裂原因进行了分析。

1试验检测

1.1轴承部件断裂宏观形貌

4228D轴承保持架在靠近轧辊一侧(轴向力产生方向)发生不连续的开裂，另一侧完好。829234轴承中挡圈也存在不同程度断裂，并且与滚柱接触的两个面上均存在同间距压痕。轴承部件断裂宏观形貌如图1所示。

1.2断口分析

图2为轴承失效部位断口的宏观形貌。

从图中可以看出，4228D轴承保持架断口无明显的疲劳断裂区，属正常断裂。829234轴承中挡圈断口靠内一侧存在一个小的疲劳区，其余部位为瞬时断裂区。

1.3金相组织

在轴承断裂部位截取特征试样，试样经预磨抛光后，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀829234轴承中挡圈试样，用FeCl3盐酸水溶液腐蚀4228D保持架试样，然后在GX-51金相显微镜上观察其金相组织。

1.3.14228D轴承保持架

4228D轴承保持架金相组织如图3所示。从图中可以看出，保持架断口附近无塑性变形痕迹，为穿晶正常断裂，其中心为α+β相黄铜+颗粒状Pb，组织正常。

1.3.2829234轴承中挡圈

将829234轴承中挡圈试样从内向外分为五个区域，如图4所示。其各区域显微组织如图5所示。

从图5可以看出，829234轴承中挡圈内圈及外圈表层存在淬火马氏体+片状索氏体，淬火深度约3.0 mm～4.6 mm。这些组织均为相变淬火组织，只是一部分转变为马氏体及贝氏体，另一部分转变为片状索氏体，中间无相变。

1.4硬度测定

利用洛氏硬度计测定829234轴承中挡圈的硬度，利用布氏硬度计测定4228D保持架的硬度，结果如表1所示。

根据JB/T 1255—2001《高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》及GB 1176—1987《铸造铜合金技术条件》标准的规定，不难看出4228D轴承保持架硬度符合标准要求，而829234轴承各区域硬度均不同程度低于标准要求。

(a)4228D轴承保持架 (b)829234轴承中挡圈

(a)断口组织 (200×) (b)中心组织 (500×)

图4　829234轴承中挡圈试样分区示意图

轴承型号硬度测定区123标准4228DHB-94.490.793.9≥90829234HRCabcde46.840.217.031.036.046.541.320.534.034.247.035.020.534.030.557～61

2分析讨论

2.14228D轴承保持架

(a)淬火马氏体+片状索氏体 (b)未溶碳化物+片状索氏体

(c)未溶碳化物+粒状索氏体 (d) 未溶碳化物+粒状索氏体

(e)未溶碳化物+贝氏体+片状索氏体

通过对保持架进行宏观检测、金相组织分析及硬度测定后发现，4228D轴承保持架断裂属正常的穿晶断裂，与材质没有关系。在正常情况下，保持架一般不受应力的作用，但在单向较大轴向力的作用下，保持架一侧会发生断裂情况。建议减小轴向力或选用钢制保持架的推力轴承。

2.2829234轴承中挡圈

829234轴承中挡圈断口处存在小的疲劳断裂区，其余为瞬时断裂区，而产生这种断裂失效的原因一般是材质的强度较低。

轴承中挡圈由内向外组织依次为淬火马氏体+片状索氏体、未溶碳化物+片状索氏体、未溶碳化物+粒状索氏体及未溶碳化物+贝氏体+片状索氏体，可以断定中挡圈的热处理存在严重问题，材质没有淬上火，产生的主要原因是淬火温度低、加热保温时间短及淬火速度慢，同时材质未回火。

轴承中挡圈各区域硬度测定值均低于标准要求，这也说明了材质质量存在问题。

3结论

3.14228D轴承保持架质量没有问题，断裂是由轴向力过大造成的，建议减小轴向力或选用钢制保持架的推力轴承。

3.2829234轴承中挡圈热处理质量存在严重问题，硬度低是断裂的主要原因。

编辑李韦萤

Cause Analysis on Thrust Bearing Fracture of Rolling Mill

Zhao Liming, Gu Guogang, Gu Guohua

Abstract：4228D and 829234 thrust bearings of rolling mill in a steel mill are fractured when they are worked online in short time. The inspection is taken to find that there is no problem for the quality of 4228D bearing cage, and the fracture is caused by excessive axial force. There are serious problems for the heat treatment quality of 829234 bearing guide ring, and low hardness is the main reason of fracture.

Key words：thrust bearing; fracture; axial force; hardness

收稿日期：2015—12—17

作者简介：赵丽明(1984—)，硕士，工程师，从事钢铁材料分析。电话：13696343387，E-mail：zhaoliming_03@163.com

中图分类号：TG333.17

文献标志码：B