调心滚子轴承内外圈剥离失效分析

纪云巧

（瓦房店轴承集团有限责任公司工程中心，辽宁瓦房店 116300）

1 前言

调心滚子轴承主要应用于钢铁、矿山、造纸、船舶、纺织机械、电力等行业的各种机械设备中，是机械工业中使用最为广泛的一类轴承。该类轴承除承受径向载荷外，还可以承受双向轴向载荷及其联合载荷，承载能力较大，同时具有较好的抗震动、抗冲击能力。

某轴承公司提供给客户的调心滚子轴承在风场运行时出现故障，经在客户基地拆解，内外圈滚道表面有疲劳剥离，滚子、保持架完整。轴承损坏形貌如图1-3所示。

2 轴承宏观检测

该轴承外圈一列载荷区发生剥离，另一列无明显损坏痕迹，如图1所示。内圈一列滚道面沿圆周方向均发生剥离，该列与外圈剥离列对应，另一列滚道面发生变色，如图2所示。滚子外径局部有擦伤，如图3所示。

图1 轴承外圈失效形貌

图2 轴承内圈失效形貌

图3 滚子失效形貌

图4 外圈显微组织×500

图5 外圈网状碳化物组织×500

图6 内圈显微组织×500

图7 滚子显微组织×500

图8 滚子网状碳化物组织×500

3 轴承微观检测

3.1 化学成分检测

采用ARL4460直读光谱分析仪按GB/T4336—2016《碳素钢和中低合金钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法（常规法）》对试样进行检测。根据图纸，外圈、内圈和滚子试样材料牌号为标准GB/T18254—2016《高碳铬轴承钢》中的GCr15SiMnA，检验结果见表1。根据检测结果，外圈、内圈、滚子试样的化学成分均符合GB/T18254—2016《高碳铬轴承钢》标准要求。

表1 化学成分检测结果 （质量分数）%

3.2 性能检测

采用HR-150A洛氏硬度计（检测范围：20～67HRC），按GB/T230.1—2018《金属材料洛氏硬度试验方法》对外圈、内圈、滚子试样进行检测，检测结果见表2。根据图纸，外圈、内圈、滚子试样硬度符合JB/T1255—2014《滚动轴承高碳铬轴承钢零件热处理技术条件》标准要求。

表2 硬度检测结果HRC

3.3 非金属夹杂物检测

采用LEICA DMRXE金相显微镜按GB/T10561—2005《钢中非金属夹杂物含量的测定-标准评级图显微检验法》对试样进行检测，检测结果见表3。根据检测结果，送检试样非金属夹杂物符合GB/T18254—2016《高碳铬轴承钢》标准要求。

表3 非金属夹杂物检测结果级

3.4 金相组织检测

采用LEICA DMRXE金相显微镜按JB/T1255—2014《滚动轴承高碳铬轴承钢零件热处理技术条件》和图纸对外圈、内圈、滚子试样进行检测，检测结果见表4。根据检测结果，内圈网状碳化物超标，其余组织均符合JB/T1255—2014《滚动轴承高碳铬轴承钢零件热处理技术条件》和图纸要求，组织照片见图4-8。

表4 显微组织检测结果级

内圈剥离位置有多处网状碳化物超标，如图9所示。

图9 内圈网状碳化物组织

4 分析与讨论

经上述理化检验可知，内圈网状碳化物超标，其余组织均符合标准要求。

检测内圈剥离位置，发现多处网状碳化物超标，该网状碳化物严重破坏了金属基体的连续性，并增加基体脆性。内圈在该位置易产生剥离，当内圈剥离后，剥离物进入滚道，导致外圈在载荷区发生剥离。

该内圈产品加工过程中，其原材料锻造时如存在加热温度高、停锻温度高或冷却方式不合理等情况，都会造成碳化物沿晶界呈网状析出，形成网状碳化物。

5 结语

锻造对零件最终热处理的组织和性能影响很大[1]，降低锻造的加热温度、降低停锻温度、提高辗环完成后的冷却速度可以减少网状碳化物的形成[2-3]。轴承零件加工过程中要严格执行锻造工艺，控制锻造加工过程质量。