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軸承內(nèi)圈開裂分析

作者:楊永鋒 王鵬飛

摘 要:軸承在熱裝后空冷,發(fā)現(xiàn)內(nèi)圈開裂。為此,對(duì)開裂的軸承內(nèi)圈進(jìn)行了化學(xué)成分分析和金相檢驗(yàn),以揭示內(nèi)圈開裂的原因。結(jié)果表明,該軸承內(nèi)圈的化學(xué)成分和低倍組織均合格,但有不良組織托氏體存在,降低了內(nèi)圈的強(qiáng)度,導(dǎo)致其開裂。

關(guān)鍵詞 :軸承;開裂;托氏體 

在工業(yè)齒輪箱運(yùn)行過程中,軸承是機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中非常重要的部件之一。作為承載和轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件,軸承損壞導(dǎo)致其他相關(guān)部件連鎖損壞造成的損失非常驚人。為此,軸承失效分析及相關(guān)預(yù)防措施就顯得非常重要。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀檢測(cè) 

太原重型機(jī)械集團(tuán)齒輪傳動(dòng)分公司外購的兩套軸承經(jīng)熱裝后自然冷卻,第二天發(fā)現(xiàn)開裂。該套開裂軸承內(nèi)圈尺寸為260mmx480mmx130mm(見圖1),開裂部位為軸承內(nèi)圈,裂紋垂直于周向,已完全斷開,如圖2所示。切割將軸承內(nèi)斷口剖開,可以看到斷面平齊,裂紋始于一側(cè)端面,屬典型過應(yīng)力脆斷,如圖3所示[1]。軸承內(nèi)圈縱向試片酸浸試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)其他缺陷,可知軸承內(nèi)圈低倍組織合格,如圖4所示[2]。

1.2 化學(xué)成分分析

將斷裂軸承內(nèi)圈進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果如圖表1所示。從表1可知,該軸承材料符合軸承鋼材質(zhì)要求。

1.3 硬度測(cè)試

將斷裂軸承內(nèi)圈進(jìn)行硬度測(cè)試,結(jié)果如表2所示。從表2試驗(yàn)結(jié)果可知,該斷裂軸承內(nèi)圈硬度合格。

1.4顯微組織觀察 

對(duì)斷裂軸承內(nèi)圈裂紋處取樣進(jìn)行顯微組織觀察,結(jié)果如表3和圖5、圖6所示。從檢測(cè)結(jié)果可知,軸承內(nèi)圈純凈度合格,碳化物合格,但顯微組織中出托氏體,屬淬火欠熱組織[3]。

2 分析和討論 

軸與軸承內(nèi)圈采用熱裝基孔制過盈配合。通常重載產(chǎn)品均要求有較大的過盈量,以防工作中打滑,但當(dāng)過盈量過大時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致過應(yīng)力脆斷。過盈量過大的原因?yàn)檩S承內(nèi)圈孔加工尺寸偏小或軸偏大。另外,安裝定位后,如果兩者同軸度偏差較大,也會(huì)內(nèi)圈端面直接加大事實(shí)上的過盈量,引起過應(yīng)力脆斷。

軸承內(nèi)圈材料組織出現(xiàn)托氏體,屬淬火欠熱形成的缺陷組織。雖然宏觀硬度值合格,但托氏體微觀硬度低于回火馬氏體, 直接形成微觀軟點(diǎn),降低了材料的力學(xué)性能,尤其后期使用過程中耐接觸疲勞性差,易引起早期點(diǎn)蝕。此外,托氏體組織對(duì)材料斷裂強(qiáng)度有一定影響,在熱裝后也有可能對(duì)開裂產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用。

3 結(jié)論 

通過對(duì)軸承內(nèi)圈斷口度進(jìn)行宏觀檢測(cè)、顯微組織觀察、化學(xué)成分分析、硬度測(cè)試等方法,對(duì)斷裂軸承開裂原因進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)斷裂軸承內(nèi)圈材質(zhì)合格,純凈度合格,致密度、均勻性良好。軸承內(nèi)圈開裂屬熱裝后過應(yīng)力脆斷,原因?yàn)檫^盈配合形成的應(yīng)力過大所致。過應(yīng)力來源可能為過盈量過大、安裝同軸度偏差大。此外,材料中拖氏體組織對(duì)軸承的斷裂強(qiáng)度有一定影響,在熱裝后也有可能對(duì)開裂產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì).熱處理手冊(cè):第4卷[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版,2008.

[2]王廣生.金屬熱處理缺陷分析及案例[M].北 京:機(jī)械工業(yè)出版,2007.  

[3]成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) :第 1卷 [ M ]. 4版.北京:化學(xué)工業(yè)出版 社,2002.

來源:熱處理

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