趙靈蓉 張（zhāng）書麗
（哈爾濱軸承集團公司航空航天軸承分廠）
摘 要：根據鉚釘斷口及軸承內外套失效後的形貌，分析軸承失效產生機理（lǐ）。
關鍵（jiàn）詞（cí）：鉚釘；斷口；軸承失效
1、前言
軸承通常由四部分主（zhǔ）要部件構成，即內套、外套、滾動體、保持架。保持架的（de）作用是在軸承運轉時保持滾動體在（zài）正確位置，軸承（chéng）保持架一旦損壞通常會引起軸（zhóu）承發生整體失效。有時會因保持架（jià）的破斷將滾動體擠傷，甚至會將（jiāng）軸承抱死引發事故。可見保持（chí）架在軸承中的作用是不可忽視的。而（ér）作為連結保（bǎo）持架的鉚釘，則是保持架可靠運轉的保障，如果（guǒ）發生斷裂（liè）將會引起保持架的損壞（huài）。
某（mǒu）套深溝球軸承在交付客戶使用300h後，發生保持架鉚釘（dìng）斷（duàn）裂，客戶將失效軸承返廠（chǎng）分析其保持架鉚釘斷裂（liè）原因。
2、檢驗及（jí）分析
由於軸承失效件為鉚釘，在（zài）軸承拆套（tào）分析時並沒有采取將鉚釘破壞，取下保持（chí）架（jià）從而將內外套及滾動體分離的方式，而是采取將軸承外套用線切割從兩側切開，拆套分離的方式。采用這種拆套方式，保（bǎo）持了失效件的原始狀態，為（wéi）準確找到失效原因奠定了基（jī）礎。
拆（chāi）開軸承後，將斷（duàn）裂鉚釘取下在顯微鏡下（xià）觀察，兩個斷裂鉚釘的斷口經放大，可清（qīng）楚地看到頸（jǐng）縮和完整的剪切唇，斷口在顯微鏡下呈纖維狀，灰暗色，如（rú）圖1所示。鉚釘材質為ML15。ML15含碳量約為0.15%左右，屬於典型的低碳（tàn）鋼。一（yī）般來講，低碳（tàn）鋼試樣的軸向拉伸斷口是由三部分組成，即剪切唇（chún）、放射區、纖維區，並且在斷口附近還存在著明顯的頸縮現象。頸縮是塑性較好的金屬材料在拉伸過（guò）程中變形集中於局部區域的現（xiàn）象，它是應變硬化與截麵減（jiǎn）小共同作用的結果（guǒ）。低碳鋼試樣軸向拉伸（shēn）應力達到屈服點（diǎn）之前，塑性變形是均勻的（de），在軸向拉伸應力超過屈服點後，由於應變硬化（huà）跟不上塑（sù）性變（biàn）形發展，使變（biàn）形集中於（yú）局部區域產生頸（jǐng）縮（suō）。纖維區的形成是由（yóu）於軸（zhóu）向（xiàng）拉伸過程中，當應力達到材料（liào）的屈服點後，試樣局部區域產生頸縮，同時試樣的（de）應力狀態也由單向變為三向，且中心軸向應力Z大。在中（zhōng）心三向拉應力作（zuò）用下，塑性變形難於進行，致（zhì）使（shǐ）試樣中心部分（fèn）的（de）夾雜物或第二相質點本身碎裂，或使夾雜物（wù）質點與基體界麵脫（tuō）離（lí）而形成微孔。微孔不斷長大和聚合就形成了顯微裂（liè）紋。顯微（wēi）裂紋不斷擴展（zhǎn）和相互連接形成（chéng）鋸（jù）齒狀的纖維區，而灰暗（àn）色則是纖維斷口對（duì）光反射能力弱所（suǒ）致。在試樣拉伸斷裂的Z後（hòu）階段，試樣邊緣剪切斷（duàn）裂形成杯狀或（huò）錐狀的剪切唇。剪切唇表麵光滑，與拉伸軸約呈45°。通過觀察可以看出，斷裂鉚（mǎo）釘的斷（duàn）口形態形貌符合了低碳鋼試樣拉伸斷口的大部分特點，存在纖維區、剪（jiǎn）切（qiē）唇，存在明顯（xiǎn）的頸縮現象。在斷口上未觀察到明顯放射區是因為軸向力瞬時增大，塑性變形未來得及（jí）完全進行即發（fā）生了斷裂所（suǒ）致。該軸承屬角接觸球軸承，在軸向單方向雖然要承（chéng）受一定的載荷（hé），但受力時保持架與鉚釘不應受較大載荷，以至於引起保持架（jià）鉚釘拉伸斷裂。為了弄清引起保持架鉚釘拉伸斷（duàn）裂的原因，又對內外（wài）套及保持架進行了觀察分析。
確定鉚釘是由（yóu）於拉伸（shēn）而引起的塑性斷裂後就可以斷定保持架一定受（shòu）到了一個軸向的力的作用。下麵對（duì）這（zhè）個（gè）軸向力是怎樣產生又是怎樣（yàng）施加加以敘述。
通過觀察軸承的保（bǎo）持架與內外套（tào），發現（xiàn）兩半保持架結合部已產生較大縫隙，外徑、內徑和套圈溝道邊緣凸起對應（yīng）處被切刮出（chū）溝槽，如圖2所（suǒ）示。外套溝道兩側邊明顯有均勻分布的壓痕，形成26個波，兩側峰穀相（xiàng）對，溝邊凸起，如圖3所示。內套溝道（dào）出現不同程度剝落，溝形（xíng）變大變深，溝邊凸（tū）起，如圖4所示。鋼球表麵出現（xiàn）不同程度的剝落。
經化（huà）學成分（fèn）分析，軸（zhóu）承內套、外套（tào）和鋼球材質符合GB/T 18254-2002國家（jiā）標準中規定的GCr15鋼成分。各零件的組織硬度也均符合軸承鋼熱處理（lǐ）質量標準JB1255要求。由此可見軸承的失（shī）效可能與客戶使用有關。從兩半保持架被撐開和（hé）溝道邊緣凸起呈波浪形的特征，可以推斷故障是由於工作中的軸承受到軸向振動衝擊力（lì），使本應沿溝道呈圓周公轉的鋼球（qiú）產（chǎn）生軸向（xiàng）衝擊力，作用（yòng）於（yú）溝道兩側，致使溝（gōu）道兩側邊緣塑性變形，溝道邊緣（yuán）凸起形（xíng）成波浪狀（均勻分布的26個波，兩側峰穀相對，說明是有（yǒu）規律（lǜ）的振（zhèn）動）；此軸向（xiàng）衝擊力同時作用於保持架（jià）兜孔兩側，致（zhì）使兩半保持架分離，鉚（mǎo）釘（dìng）受軸向拉伸力而被拉斷。鉚釘（dìng）的斷口可清（qīng）楚地看（kàn）到頸縮和完整的（de）剪切唇，拉伸斷（duàn）裂特征比較明顯。
由於（yú）不（bú）正常的軸向振動衝擊力超過軸承負荷極限（xiàn），促使（shǐ）軸承過早損壞（huài）。
3、結論
（1）軸承內、外套圈和（hé）鋼球材質符合GB/T 18254－2002國家標準中規定GCr15的鋼成分，熱處理（lǐ）質量符合JB1255規定。
（2）軸承工作中（zhōng）出現的不正常軸向振動衝擊（jī）力是造（zào）成軸承失效及鉚釘斷（duàn）裂的根本原因。
來源：《哈（hā）爾濱軸承（chéng）》2007年01期
