梁華 張延芳 梁林霞
（洛陽（yáng）軸承研究所，河南洛陽 200331）
63/28軸承保（bǎo）持（chí）架形態為（wéi）衝壓浪形，材料為08鋼，零件表麵經氣體氮碳共滲處理。常規工藝為：加熱到570℃，保溫3-4h，油冷（lěng）或水冷。裝配成套的軸承保存一段時間後（hòu）部分軸承保持架（jià）發（fā）生斷裂，其它零件均（jun1）無異（yì）常。觀察斷口發現斷裂位置都在鉚釘鉚（mǎo）合部位，為此對（duì）斷（duàn）裂原因進行了（le）分析。
1 檢驗
從斷裂保（bǎo）持架（jià）的軸承中任意抽取兩套進行分析，編號分別為1號和2號。
1.1 保持架的金相組織
軸承（chéng）保持架的金相檢查（chá）在日本（běn）MG型顯微鏡下進行（háng），腐蝕劑采用4%硝酸酒精溶液。其氮碳共滲層深度、表層及心部金相組織見表1及圖1。
表1 斷裂保持架金相檢驗結果
圖1 氮碳共滲（shèn）保持架金相組織 ×500
（a）心部（bù）組織；（b）1號保持架共（gòng）滲層；（c）2號保持架（jià）共滲層；（d）2號保持架邊角效應 （×100）
分析金相（xiàng）檢（jiǎn）驗的結（jié）果可知（zhī）：①保持架表麵經氮碳共（gòng）滲（shèn）處理（lǐ）後氮（dàn）原子已滲透，在提高表麵硬度的同時，心（xīn）部組織也發生了改變（biàn），見圖1a。②從圖1b和1c可以看（kàn）出，氮碳共（gòng）滲（shèn）層（ε相和ν′相）過深，且存在（zài）不同程度的疏鬆和一定厚（hòu）度（dù）的黑色帶狀組織，2號（hào）保持架更為嚴重。③2號保持架的滲（shèn）氮層存在明（míng）顯的不均勻（yún）現象和邊角效應（見圖1d）。
1.2 保持（chí）架（jià）的硬度
保持架的表（biǎo）層及心部硬度檢測結果見表2。從表2可以（yǐ）看出：兩件保持架的表（biǎo）麵硬度值相差較大，根據金（jīn）相檢（jiǎn）驗結果推（tuī）測，其（qí）數值差別可能是由於2號試樣氮碳共滲（shèn）層疏鬆較為嚴重，厚度不均勻以及製樣時磨削量偏（piān）大，而黑色帶狀組織又較厚等多種原因所致。
表2 保持架（jià）表麵及心部硬度
2 結（jié）果分析與討論
2.1 氮（dàn）碳共滲層深度
氮碳共滲層（céng）主要由Fe2-3N（ε相）和（ν′相）組成（chéng），硬度較高，因而提高了零件的疲勞強度和表麵的耐磨性、抗蝕性能等（děng）[1]。按照工藝要求，氣體氮碳共滲層深度應為0.005-0.012mm，而該批保持架（jià）的氮碳共滲層深度（dù）已達0.050mm，其主要原因可（kě）能是氮（dàn）碳（tàn）共（gòng）滲溫度較高且時間較長。氮碳共滲溫度對化合物（wù）層硬度、滲層深度以及（jí）表麵硬度有很大（dà）的影響，隨著氮（dàn）碳共（gòng）滲溫度的（de）升高（gāo），化合物層厚度增加。另外，氮碳共滲溫度對化合物層的不均（jun1）勻性和疏鬆程度也有影（yǐng）響：溫（wēn）度愈高，疏鬆層（céng）愈厚，疏（shū）鬆程度也愈嚴重[2]，氮碳共滲處理的效果就會受到較大的影（yǐng）響。ε相為脆性相，極易崩落，而過深的白亮（liàng）層（ε相和ν′相）必然導（dǎo）致保持架的（de）脆化。
2.2 黑色組織
黑（hēi）色組（zǔ）織是氮碳共滲層的缺陷組織，有資（zī）料認為是一種空洞，可能是由於內（nèi）氧化而產生的氧化物。它一般僅分（fèn）布於（yú）零件表麵深度很淺的範圍內。黑色組織的（de）存在會降低零件表麵的致密度，影響耐（nài）磨性能，且易於剝（bāo）落，甚（shèn）至發生斷裂[1]。該批軸承保持架出現黑色組織是氮碳共滲溫度偏高的結果，共滲時間愈長則黑色帶愈寬，故硬度降低。從表1和表2可以推斷出2號保持（chí）架氮碳共滲過熱時間比1號長，因（yīn）而白亮層及黑色帶狀較寬、不均勻並存（cún）在（zài）明顯的邊角效應（見圖1c和1d），另外表麵硬度也較低。
2.3 擴散層及心部組織
碳鋼（gāng）氮碳共滲後出爐（lú）快冷，在金相顯微鏡下觀（guān）察其擴散層，與氮碳共滲前無明（míng）顯（xiǎn）差別。這是由於在氮碳共滲溫度下滲入到（dào）擴散層中的氮均固溶於α-Fe中，在隨後油冷時成為過飽和氮的α-Fe固（gù）溶體，因而看不（bú）出擴（kuò）散層的深（shēn）度。必須再在（zài）300℃下回火（huǒ）1-2h，促使氮由過（guò）飽和α-Fe中析出形成Fe4N（又稱ν′相）針狀分布在鐵素（sù）體基體上，才能（néng）測（cè）得一定深度的氮化（huà）擴散層。但值得強調的（de）是，在生產（chǎn）中采用回火法僅僅是為了顯示擴散層的深度，對產品零件不宜采用回（huí）火處理，因為氮從α-Fe中脫溶後，會（huì）引起疲勞強度的下降，同時還（hái）增加了脆性[3]。據金相（xiàng）分析，該批軸承保（bǎo）持架不僅已（yǐ）氮碳共滲滲透至（zhì）心部，而且還經曆了類（lèi）似於回火的過（guò）程，使鐵素（sù）體基體上析出了黑色針狀ν′相，見（jiàn）圖1a和1d。
2.4 保持架的應力
衝壓（yā）成型的保持架具有（yǒu）一定的冷加工（gōng）應力（lì），經氮碳共滲後必然會疊加一定的組織應力和熱應力，尤其（qí）是保持架的鉚釘鉚合處。由於該部位冷衝壓變形（xíng）比較大（dà），再加上鉚釘鉚合時所造成的應力使得該部位存在較大的殘餘應（yīng）力，造成了應力集中。當保持架由於某種原（yuán）因脆性增大時，材料的強度低於殘（cán）餘應力，保持架就（jiù）會發生開裂，從而導致（zhì）軸承早期失效。
2.5 關於（yú）保持架表麵處理工藝的（de）討論
由（yóu）於目前國內尚無軸承（chéng）保持架（jià）表麵處理技術條（tiáo）件（jiàn）的標（biāo）準，給分（fèn）析工作造成了一定（dìng）的困難（nán）。據文獻[4]介紹，同種類型（xíng）（成分、尺寸相近（jìn），經過氮碳共滲處（chù）理）的日本保持架，其氮碳共滲（shèn）層深度為0.0075mm，表麵（miàn）硬度及心部硬度分別為696HV0.01和171HV0.01。比較而言，該斷（duàn）裂保持架的滲層過深（約是日本的6倍），表（biǎo）麵（miàn）硬度偏低，而心部硬度值又偏高。結合金相組織檢查和（hé）分析結果，可以確定斷裂保持架的表麵處理工藝確實存在諸多不足，如氮碳（tàn）共滲溫度過高、冷卻速度較慢（màn）等。不合理的（de）氮碳共（gòng）滲工藝必然會影響保持架的使用性能（néng）和壽命。
3 結論及建議（yì）
（1）保持架氮碳共滲工藝不合理，致使滲層過（guò）深（shēn）、表層硬度過低而心（xīn）部硬度（dù）太高，且存在黑色帶狀組織（zhī），增加了保持架的脆性，導致開裂。
（2）擴散（sàn）層析出（chū）的黑色針狀組織是由於保持架氮碳（tàn）共滲冷卻速度較慢，而黑色帶狀組織的出現是由於氮碳共滲溫度偏高造成的，2號（hào）保持架更嚴（yán）重一些。
（3）軸承保持架多在鉚釘鉚合部位開裂是由於此處應力大且比較集中，更易（yì）使脆化的保（bǎo）持架開裂。
（4）建（jiàn）議調整工藝並嚴防氮碳共滲溫度過高，以避免不必要的損失。
參考文獻：
[1]上海市機械製造工藝研究所.金相分（fèn）析技術[M].上海（hǎi）:上海科學技術文獻出版社,1987:522-523.
[2]柳祥訓,等.化學熱處理問（wèn）答[M].北京:國防工業出版社,1991:133.
[3]上海交通大學《金相分析編寫組》.金相分析[M].北京:國防工業出版社,1982:311
[4]洛陽軸承研究（jiū）所.摩（mó）托車發動機曲軸軸承保持架表麵處理技術研究及應用[R].1999.
來源：《金屬熱處理》2005年第30卷第3期
