李莉萍 錢曉光
（東莞市TR軸承有限公司，廣東東莞 523009）
摘 要：采用理（lǐ）化（huà）分析的方（fāng）法（fǎ），對叉車軸承CW309外（wài）圈產生（shēng）裂紋的原因進行了分析，結果（guǒ）表明，磨加工時因磨削燒傷產（chǎn）生的磨削裂紋和材料缺陷（xiàn）（顯微孔隙（xì））是引起CW309外圈開裂的主要原（yuán）因。
關鍵詞：滾動軸承；叉車軸（zhóu）承；外圈；磨削裂紋；顯微孔隙
叉車軸承CW309在（zài）裝配過程中發現外圈有裂紋現象，其中有一件（jiàn）外圈已經斷裂。為了查（chá）清外（wài）圈裂紋的性質和產生原因，對合（hé）套CW309軸承的外圈（編號為1#）和一塊CW309斷裂外圈試樣（編號為2#）進行理化檢驗分析，以（yǐ）查找該批（pī）軸承外圈產生裂紋的原因。
1 宏觀檢（jiǎn）查與分析
樣品宏觀形（xíng）貌見圖（tú）1。1#外圈上有一條沿軸（zhóu）向（xiàng）的裂紋，該裂紋（wén）貫穿外徑表麵（miàn）和端麵，並從（cóng）兩端麵向外內徑和滾道（dào）麵延伸。
2#斷（duàn）裂外圈的斷裂方向沿（yán）軸向，斷口中部晶粒較為粗大（圖2）。
2 理化檢驗
2.1 化學成分分析
采用Spector M9型直讀光譜儀對軸承外圈的化學（xué）成分進行分析，並根據GB/T 18254-2002標準進行評定，其主要元素分析結果見（jiàn）表（biǎo）1。
化學成分檢驗結果表明，該批軸承（chéng）外圈是由GCrl5鋼製造而成，其主要元素（sù）符合（hé）相關標準要求。
2.2 硬度檢驗
在洛氏硬度計上對CW309軸承外圈進行硬度檢（jiǎn）驗，並按照JB/T 1255-2001標（biāo）準進行評定，結果（guǒ）見表2。由測試結果可知（zhī），1#外圈的裂紋（wén）兩側硬（yìng）度值偏低且不均勻，2#外圈硬度值也偏低（dī），均不符合（hé）標準要求。
2.3 冷酸洗檢驗（yàn）
依據JB/T 1255-2001標準中的冷酸洗檢驗（yàn）規程對CW309軸承外圈進行冷酸洗（xǐ）檢驗。經檢驗發現，1#和2#外圈（quān）的端麵均存在不同程度的燒（shāo）傷現象（圖3）；另外，兩外圈的外（wài）徑表麵也都存在沿圓周方向的砂輪花狀燒傷現象（圖4）。
2.4 熱酸洗檢驗（yàn）
依（yī）據JB/T 1255-2001標準中的熱酸洗檢驗規程對兩個CW309軸承外圈進行熱（rè）酸洗檢驗。檢驗發現1#外圈的裂紋已貫穿整（zhěng）個壁（bì）厚（圖5）；套圈的一側（cè）端麵（miàn）裂紋呈現為S形和Y形（圖6），其他區域（yù）均未發現裂（liè）紋，且材料致密（mì）。2#外圈材料的致密性較差並存在嚴重的顯微孔（kǒng）隙（圖7）。
2.5 金相檢驗
2.5.1 原材料及淬回火組織
從送檢的兩件外圈上各切取（qǔ）金相試樣，經磨製後放置在顯（xiǎn）微鏡下對其原材料及淬回火組織進行檢驗，評定標準分別采用GB/T 18254-2002和JB/T 1255-2001，腐蝕劑采用4％硝酸（suān）酒精，檢驗結果見表（biǎo）3。檢驗結果表明，CW309外圈的原材（cái）料質量及淬回火組織均符合相關（guān）標準要（yào）求（qiú）。
2.5.2 顯微（wēi）觀察
（1）1#外（wài）圈。在1#外圈裂紋處取樣，經磨製腐（fǔ）蝕後放置（zhì）在金相（xiàng）顯微鏡下觀察確定，裂紋兩側無脫貧碳（tàn）現象（xiàng），但發現兩端麵均存在不同（tóng）程度的磨削燒傷變質層，其中一側端麵局部還存在二次淬火燒傷變（biàn）質層（圖（tú）8），變質層Z深處約0.3 mm。
（2）2#外圈。將2#外圈沿縱向切割取樣，在（zài）磨（mó）製過程中發現縱截麵中部存在不同程度的顯（xiǎn）微孔隙（圖9）。依（yī）據GB/T 6394-2002標準對2#圈進行晶粒度評定，發（fā）現孔隙周圍的晶粒度與（yǔ）其他區域的晶粒度無明顯區別（bié），平均晶（jīng）粒度在8級左右。
2.6 掃描電鏡分析
采（cǎi）用JSM-5610LV掃描電子顯微鏡對2#外圈的斷口和磨麵進行觀察和分析，結果發現，外圈的斷口粗糙處（chù）晶粒粗大，呈冰糖狀（圖10）。磨麵上孔隙呈不規則尖角狀（圖（tú）11），孔隙內的形貌特征與斷口相似。由此可以確定，材料的顯（xiǎn）微孔（kǒng）隙是由於局（jú）部過燒引起的。在斷口及磨麵（miàn）孔隙內未發現有非金屬夾雜物及其他異常（cháng）現（xiàn）象。
3 結果分析
3.1 磨削（xuē）裂紋
套圈在磨（mó）削時，如果工藝參數選擇不當（dāng）或操作不（bú）當，會導致工作表麵溫度達到150-200℃，此時（shí）表麵因馬氏體（tǐ）分（fèn）解，體（tǐ）積縮小，而中心馬氏（shì）體不收縮，致使表層承受較大拉應力而開裂，此種（zhǒng）情況下，一般裂紋與磨削方向垂直，裂（liè）紋之間相互（hù）平行[1]。有時零件表麵瞬時溫度會達到820-840℃，其溫升速度高達600℃/s，如果冷（lěng）卻不充分，則由（yóu）於磨削形成的熱（rè）量足以使表麵薄層重新奧氏體（tǐ）化，會發生再次淬火而形成淬火馬氏體。此外，磨削形（xíng）成的（de）熱量使零件表麵溫度升高極快，由此（cǐ）而形成（chéng）的組織（zhī）應力和熱應力也會導致磨削表麵出現磨削裂紋[2]。
當磨削熱所造成的溫度低於軸（zhóu）承（chéng）鋼的相變點Ac1時（軸承鋼的相（xiàng）變點為745℃），這時表層中的馬氏體與殘餘奧氏體則發（fā）生分解，轉變為細點狀屈氏體或索氏體組織，為典型的高溫回火組織；該組（zǔ）織抗酸的浸蝕能力較差，經冷酸洗後呈暗黑色，並且導致軸承零件的（de）硬度偏低。如（rú）果磨削熱的溫度高（gāo）於相變點Ac1時，則軸承零件的表層組織由馬氏體轉變為（wéi）奧（ào）氏體，然後由於冷卻液的作用（yòng），被（bèi）二次淬火，形成淬火馬氏（shì）體和（hé）殘餘奧氏體。
二次淬火形成的淬火馬氏體未經低溫回火，不易受酸的浸蝕，所以在冷（lěng）酸洗後該處無明顯變色（sè），而與其相鄰的區域，則呈現為暗黑色的高溫回火燒傷，包圍著灰白色的二次淬火區域。磨削燒傷處的垂直剖麵組織，表麵灰白色（sè）層為二次淬火組織（zhī），該層下麵（miàn）的暗黑色組織為高溫回火組織[2]。該CW309外圈（quān）的局部表麵就（jiù）存在二次（cì）淬（cuì）火燒（shāo）傷變質（zhì）層（céng）+高溫回火燒傷變質層組織。
檢驗硬度時，發（fā）現外圈端麵裂紋周圍區域硬度低且不均勻（yún）；腐蝕（shí）後發現外圈端麵存在不規則的片狀燒傷現象；顯微觀察時發現此區端麵上存在不同程度的燒（shāo）傷變質層。熱酸洗後該端麵（miàn）裂紋區域存在S形和Y形裂紋，此（cǐ）裂紋是典型的磨削裂（liè）紋。通常情況下，磨削裂紋深度較淺，但當受到外力（lì）作用時易快速擴展而發生斷裂甚至破碎。送檢的1#外圈發生開裂就是裝配過程（chéng）中磨削裂紋擴展的結果。
3.2 軸承鋼中存在顯微孔隙
如果在軸（zhóu）承鋼中有顯微孔隙（xì）存在，將大大降低晶粒間的（de）結合力，這不僅嚴重影響軸承零件的力學性能，熱處理淬火時容易產生（shēng）淬火裂紋，而且在顯微孔隙缺陷處會產生應力集中，使其成為疲勞（láo）裂（liè）紋源，降低軸承（chéng）的使用性（xìng）能和（hé）壽命[2]。由掃描電鏡檢驗（yàn）結果分析可知，造成2#外圈（quān）斷裂的（de）原因是斷口晶粒（lì）粗大（組（zǔ）織過燒）而形成的（de）顯微孔隙所致。就高碳鉻軸承鋼而言，從冶煉到加工過程中多（duō）種因素可（kě）導（dǎo）致（zhì）形（xíng）成顯微孔隙，主要原（yuán）因（yīn）有：一是加（jiā）熱溫度過高，導致鋼坯中心部位的某些低熔點合金相熔（róng）融或半（bàn）熔融（róng）。二是在鍛造或材料軋製（zhì）過程中過燒；三是由某種原（yuán）因形成的材料撕裂（liè）；四是材料成分嚴重偏析（xī）而造成的局部相對過（guò）燒（shāo）心[2]。
由於（yú）套圈成品經過了多次熱（rè）加工，顯（xiǎn）微孔隙周（zhōu）圍的晶粒度所表征的僅是外圈鍛造退火及淬回火後（hòu）的晶粒大小，反映的（de）是熱（rè）處理工藝（yì）的恰當與否（fǒu），而不能確切判定造成材料過燒的根本原因。
4 結論
CW309叉車軸承的1#外（wài）圈端麵上的裂紋（wén）為磨削裂紋，磨削工藝（yì）不當是導致產品產生磨削裂紋的主要原因；2#外圈內存在材（cái）料缺陷-顯微孔隙，這也是（shì）導致其開裂的主要原因。
參考文獻
[1]王廣生.金屬熱處理缺陷分（fèn）析及案例[M].北京:機械工業出版社.1997.
[2]雷建中（zhōng）,楊曉蔚.滾動軸承零件廢品分析及圖譜[M].洛陽:洛陽軸承研究所,2001.
來源：《軸承》2009年10期（qī）
