雙半外圈角接觸球軸承滾動體裂紋分析

王新偉，王曉凱 ，李淑鏡

（1.哈爾濱軸承配件有限公司，黑龍江 哈爾濱 150030 ；2.哈爾濱軸承集團公司 質量管理部，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

軸承質量是關系到裝機設備安全、可靠運行的重要前提，鋼材的內部質量是決定軸承壽命的關鍵因素。因此，從材料采購、進廠檢查到鍛造、車工、熱處理、磨工、裝配各工序都要嚴格按工藝規程執行，確保材料在各道工序質量合格，才能保證軸承成品質量合格。某雙半外圈角接觸球軸承在某廠裝機試車115min后，用戶分解檢查時發現一個鋼球有裂紋。為了查明該鋼球裂紋原因，進行一系列測試和模擬性試驗工作。

2 試驗與分析

（1）裂紋鋼球形狀如圖 1 所示。裂紋長度為4.1mm。

（2）裂紋球表面經輕拋光，用4% HNO3酒精溶液腐蝕，經顯微組織觀察，裂紋邊緣有脫碳，如圖2所示。

（3） 裂紋鋼球淬回火組織為隱晶狀馬氏體＋均勻分布的殘留碳化物（圖3），硬度測定為63～63.5HRC ，符合熱處理質量標準規定。

圖1 軸承滾動體（7/8"鋼球）裂紋形狀，2 ×,試樣經4% HNO3酒精溶液腐蝕

圖2 7/8〞鋼球裂紋邊緣脫碳，200 ×

（4） 看譜分析裂紋鋼球材料為ZGCr15鋼。

（5） 裂紋鋼球經600℃、2h高溫回火，在50%HCl 水溶液中加熱至60～70℃，浸蝕40min，可見裂紋平行于球極的切線方向，位于極到環帶之間的2/3 處，如圖 4 所示。

（6）沿鋼球兩極縱向剖開，顯微觀察，無氣孔、夾渣等缺陷。鋼中的非金屬夾雜物符合技術條件規定。

（7）裂紋切斷金屬流線（圖 5），裂紋深度為2.0 mm。

通過以上試驗可證明：

圖3 裂紋鋼球淬回火組織（合格），500 ×

圖4 裂紋在鋼球上分布位置，2 ×

圖5 縱向剖面鋼球裂紋與金屬流線分布，裂紋切斷流線，25 ×

（1）裂縫鋼球材料和熱處理質量符合相關標準規定。

（2）裂紋邊緣有脫碳，說明鋼球裂紋是在淬火前形成的。

（3）鋼球裂紋不是材料裂紋造成的。其分布與材料裂紋方向不一致。材料裂紋在鋼球上表現特征是順金屬流線分布，從一個極到另一個極，垂直于環帶，裂紋邊緣有明顯脫碳現象。

（4）鋼球裂紋不是材料內部缺陷造成的。裂紋切斷金屬流線，而不是平行金屬流線，裂紋與材料內部缺陷分布不一致。

（5）裂紋不是沖壓折疊。其分布和這種缺陷不符。

為了進一步弄清楚裂紋產生的原因，對鋼球生產全過程進行調查，經過對7/8"鋼球生產工藝過程進行全面分析研究，認為沖壓前材料本身有外傷（非材料缺陷），在沖壓時有可能產生上述鋼球裂紋缺陷。

為了證明上述設想，進行以下模擬試驗：

試驗規程Ⅰ：用7/8"鋼球原料，首先在料端部4mm 處做一外傷，用大約25°刀刃，在材料橫向剁一個0.5 mm 深的口，然后沖壓成球，并經過正常工藝退火、淬火和回火。

試驗規程Ⅱ：和規程Ⅰ基本相同，僅使剁口底部造成一小裂紋。

兩種規程的鋼球淬回火后均進行600 ℃、2h高溫回火，縱向剖開，測量裂紋深度，見表 1。鋼球縱向剖開，經熱酸洗后,裂紋分布方向與金屬流線分布和故障鋼球類似,見圖 6 和圖 7 。

表1 兩種試驗規程對比

由材料外傷造成鋼球裂紋的試驗結果可以看出：

（1）材料外傷沖壓后形成的裂紋橫向分布在極和環帶之間，深度增加4倍左右；

（2）成形后鋼球裂紋深度(除掉0.7mm加工余量)和形狀 與7/8"故障球相似，裂紋切斷金屬流線。

圖6 規程Ⅰ,剁口底部不造成裂紋的鋼球金屬流線與裂紋分布方向,20 ×

圖7 規程Ⅱ,剁口底部造成裂紋的鋼球金屬流線與裂紋分布方向,20×

3 結 論

綜合以上試驗分析結果證明，該軸承滾動體（7/8"鋼球）裂紋是由于材料外傷經沖壓后形成的缺陷。