风电转盘轴承套圈裂纹原因分析及预防措施

王婵，李贵方，仵永刚，曾朝凡，赵翠翠

1.洛阳LYC轴承有限公司 河南洛阳 471039

2.航空精密轴承国家重点实验室 河南洛阳 471039

1 序言

转盘轴承由于特殊的使用环境和要求，需要进行适当的调质工艺和滚道感应淬火工艺，来满足轴承使用过程中所需要的强度和冲击韧度要求。某公司生产的转盘轴承套圈经过滚道表面感应淬火后，滚道表面100%荧光磁粉检测时，发现多件有裂纹，为了避免类似的缺陷重复出现，减少不必要的经济损失，笔者对套圈裂纹性质进行检测分析。

该型号套圈材料为42CrMo钢，加工工艺流程为：下料→锻造制坯→辗扩→粗车→调质→车加工→滚道感应淬火。

2 理化检验

2.1宏观检验

转盘轴承套圈裂纹均位于套圈内径靠近端面处，每件套圈裂纹数量不等，裂纹多沿圆周方向分布，长短不一，最长裂纹约延伸3/4圆周，个别裂纹尾部已延伸至端面，裂纹套圈轴承宏观形貌如图1所示，其中一处裂纹形貌如图2所示。

图1 裂纹套圈轴承宏观形貌

图2 磁粉检测套圈裂纹形貌

套圈滚道在表面感应淬火时，由于受高温热影响而产生明显变色，该热影响区边缘距离套圈端面约20mm，套圈裂纹靠近端面，裂纹处内径表面呈亮金属色，远离热影响区。裂纹所在位置外观形貌如图3所示。

图3 裂纹所在位置外观形貌

2.2 化学成分分析

对套圈进行线切割取样，尺寸为15m m×15mm×15mm，采用直读光谱仪对套圈进行化学成分分析（见表1）。符合GB/T 3077—1999要求。

表1 套圈化学成分（质量分数） （%）

2.3 金相检验

制取套圈裂纹横向截面金相试样，使用奥林巴斯显微镜观察裂纹形貌。金相显微形貌如图4所示，可见该裂纹与表面呈一定角度，整体深约3.6mm，呈撕裂状，两侧耦合，尾部较细，裂纹两侧有氧化，局部有氧化皮分布。裂纹头部及尾部均未发现材料夹杂等其他异常情况。

用4%（体积分数）的硝酸酒精溶液腐蚀裂纹截面处后在显微镜下观察，裂纹处金相显微形貌如图5所示，可见裂纹两侧局部有贫碳现象。

图4 裂纹尾部截面形貌

图5 裂纹两侧局部贫碳

另经检查，裂纹处无贫碳区域与套圈基体的显微组织形貌分别如图6、图7所示，裂纹处、套圈基体显微组织无明显差异，均为回火索氏体+铁素体。由两处的显微组织对比可以看出，裂纹处的显微组织并没有受到滚道感应淬火的影响。

图6 裂纹处显微组织形貌

图7 套圈基体显微组织形貌

2.4 硬度检验

经洛氏硬度计检测，套圈基体、裂纹两侧位置硬度结果见表2。根据检测结果，裂纹部位硬度与基体硬度无明显差异。

表2 套圈基体及裂纹两侧硬度值 （HRC）

3 分析讨论

通过对该轴承套圈的宏观检验、化学成分分析、金相检验及硬度检测结果分析，可排除滚道感应淬火对裂纹的影响，确定该裂纹为调质淬火裂纹。

由于加热保温时间充足，调质淬火裂纹产生的深度及宽度都比表面淬火裂纹略宽，且由于后续的高温回火加热，在无保护气氛下会出现明显氧化和氧化皮[1]，裂纹尾部出现短而粗的撕裂状形貌。调质淬火裂纹延伸多沿圆周方向，靠近端面位置居多。

表面感应淬火裂纹是由于加热时间短，热影响区仅限于淬硬层区域，产生的裂纹比较浅且细小，尾部非常尖细，分布和延伸方向也与调质裂纹不同，在淬硬区呈短弧线状分布的较多，并且淬火后的低温回火不足以在裂纹两侧产生明显氧化和贫碳[2]。

经查，产生调质淬火裂纹的原因是淬火工艺不恰当造成的，由于淬火加热温度在850～900℃，温度相对过高，再通过水剂淬火冷却介质急剧冷却[3]，在组织转变过程中，局部拉应力大于材料的断裂强度后产生的撕裂状裂纹，这是造成转盘轴承调质淬火裂纹的主要原因之一。

4 结论及建议

1）经过理化分析，出现调质淬火裂纹的轴承应予以报废处理。

2）在调质中，选择合适的淬火工艺参数，可适当降低淬火温度，减少组织应力和热应力。

3）调质后，可以增加磁粉检测工序，能够及时发现裂纹，避免不合格品进入下一道工序。