圆柱滚子轴承内圈剥离失效分析

申明月

（瓦房店轴承集团传动机械轴承研究所，辽宁大连 116300）

圆柱滚子轴承承载能力强，同时额定转速较高，常用于各行各业的机械设备中，是应用最广泛的轴承之一。NJ型的圆柱滚子轴承常被用在振动电机中，而振动电机又用于破碎机、振动筛、打包机、打桩机等遍布建筑、建材、冶金、轻工等行业的诸多设备之上。本文通过分析某振动电机用圆柱滚子轴承的损坏形式，探讨其损坏机理。

某轴承公司生产的圆柱滚子轴承使用在振动电机上，轴承内圈滚道在载荷区剥离，剥离形貌如图1所示；轴承内径面对应剥离位置发生蠕动腐蚀，如图2所示；轴承外径面有滑动痕迹，如图3所示。

图1 内圈剥离形貌

图2 轴承内径面蠕动腐蚀形貌

图3 轴承外径面滑动形貌

1 轴承运转情况

轴承配合方式：内圈间隙配合；轴承冷却方式：自然；轴承润滑方式：脂润滑。

待检试样如图4所示，从左至右依次为外圈、内圈。

图4 送检试样形貌

2 轴承微观检测

2.1 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）》对送检的外圈、内圈试样进行检测。根据图纸，送检的外圈、内圈试样材料牌号为标准GB/T18254—2016《高碳铬轴承钢》中的GCr15，检验结果见表1。根据检测结果，送检试样的化学成分均符合图纸中规定的优质钢标准要求。

表1 化学成分检测结果%

2.2 力学性能检测

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》对外圈和内圈试样端面及芯部进行检测。该轴承内外圈有效壁厚均为13.25 mm，检测结果见表2。根据图纸，外圈和内圈试样硬度均不符合GB/T34891—2017《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

2.3 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》对送检试样进行检测，检测结果见表3。根据检测结果，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

2.4 金相组织检测

采用LEICA DMRXE金相显微镜按GB/T34891—2017《滚动轴承高碳铬轴承钢零件热处理技术条件》对外圈和内圈试样进行检测，检测结果见表4。由于内外圈表层组织中屈氏体含量较大，已无法对其进行淬火马氏体组织级别评定。外圈和内圈金相组织均不符合GB/T34891—2017《滚动轴承高碳铬轴承钢零件热处理技术条件》标准要求，照片见图5-10。

表4 显微组织检测结果级

图5 外圈距表层3mm 以内屈氏体×500

图6 外圈距表层3mm 以外屈氏体×500

图7 内圈距表层3mm 以内屈氏体×500

图8 内圈距表层3mm 以外屈氏体×500

图10 内圈网状碳化物组织×500

3 分析与讨论

送检的外圈和内圈试样表层及芯部屈氏体均超标，这是由于热处理加热不足或冷却不良所致。

超标的屈氏体引起轴承的硬度和强度下降，对其耐磨性和耐疲劳性也不利[1]。由于内圈的屈氏体超标更为严重，其硬度远低于标准要求[2]；内圈的网状碳化物超标，在轴承使用过程中也会加剧其剥离，因此内圈在载荷区首先发生剥离。

4 结语

轴承显微组织决定其机械性能，因此产品加工过程中应严格执行热处理工艺，避免产生不合格组织。