泥漿泵用圓柱滾子軸承外圈斷裂分析

畢艷霞

（上海 201799）

泥漿泵用圓柱滾子軸承外圈斷裂分析

畢艷霞

（上海 201799）

針對泥漿泵用圓柱滾子軸承使用不久即發(fā)生斷裂的情況，將故障軸承返廠詳細分析，找出了斷裂原因，并采取了相應措施，避免了軸承斷裂的再次發(fā)生。

泥漿泵；石油機械；圓柱滾子軸承；外圈斷裂

1 前言

隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展，石油機械的應用范圍日益廣泛，對性能的要求越來越高。泥漿泵作為石油機械的重要組成部分，其運動的關鍵零件軸承的質量決定著泥漿泵的性能和工作效率。圖1是某大型圓柱滾子軸承裝配圖，此類軸承被安裝在石油機械泥漿泵上，整機在野外作業(yè)，轉速120r/min,重載，連續(xù)工作，工作溫度一般在40℃～80℃之間。該圓柱滾子軸承外圈在使用1天后出現(xiàn)故障，不能使用。經拆機檢查，發(fā)現(xiàn)軸承外圈斷裂。我們將出現(xiàn)裂紋的套圈返回制造廠，與該廠有關人員一道，從生產、工藝裝備及溫度測量等各個方面，對外圈裂紋產生的原因進行調查分析，采取了行之有效的控制措施，避免了軸承斷裂的再次發(fā)生。

2 淬火裂紋

該大型圓柱滾子軸承在淬火后發(fā)現(xiàn)有裂紋3件，該批套圈共計90件。

圖1 泥漿泵用大型圓柱滾子軸承裝配圖

2.1 套圈裂紋分析

（1）裂紋沿油溝和套圈外徑車刀紋路開裂，裂紋延伸到金屬內部，以至于使整個套圈斷裂開，見圖 2、3、4。

（2）套圈裂紋邊緣無脫碳，斷口無油跡，套圈淬回火組織為3級和大于3級（合格）。

圖2 外圈淬火裂紋，1：2

圖3 在外圈端面處由淬火裂紋引起的開裂，1：2

圖4 在外圈油溝處由淬火裂紋引起的開裂，2.5 ×

（3）裂紋套圈的硬度為 60.4～61.9HRC。

（4）裂紋套圈未經過磨削加工，這說明裂紋與磨加工無關。

2.2 裂紋原因

根據以上分析和生產情況調查，認為該批套圈裂紋主要是由于套圈在淬火時，出油溫度偏高、清洗液溫度低，產生的應力過大而引起的。

2.3 對該批產品的處理意見

（1） 針對該批產品淬火應力過大，引起套圈開裂的特點，對該批產品全部再進行一次190℃×3.5h補充回火，進一步消除應力。

（2） 對該批產品做標記“△”，進行正常加工。

（3） 對該批產品由檢查科負責、冶金科協(xié)助，用磁力探傷和超聲波探傷方法100%仔細檢查，確保裂紋產品不至于遺漏出廠。

（4）車間要采取相應技術措施，避免裂紋再次發(fā)生。

3 磨削裂紋

對外套標記有“△”的該批產品，磨加工后抽取10個套圈做下落試驗，落下高度約為2m，進一步驗證該批產品質量狀況。經下落試驗的10個套圈中，磁力探傷檢查發(fā)現(xiàn)三個套圈外徑有裂紋，其中兩個套圈裂紋特征見圖5和圖 6，另一個套圈外徑有一條裂紋，在隨后的探傷檢查過程中又發(fā)現(xiàn)兩個套圈有類似裂紋（圖 7）。

3.1 裂紋分布特征

（1）裂紋分布在套圈的外徑表面，在外徑的某個區(qū)域或幾個區(qū)域存在。有的套圈裂紋分布有對稱性，這可能是由于套圈橢圓和磨削應力大造成的。

圖5 在外圈外徑上通過磁粉探傷發(fā)現(xiàn)的磨削裂紋（1），1：2

圖6 在外圈外徑上通過磁粉探傷發(fā)現(xiàn)的磨削裂紋（2），1：2

圖7 在套圈的外徑上通過熱酸洗方法顯示的磨削裂紋，1：2

（2）裂紋呈網絡狀，有的沿圓周方向分布。

（3）裂紋深度較淺，斷口分析裂紋一般在1mm內。

（4）這種裂紋在套圈的內徑、滾道、油溝及端面打字處——應力易集中的地方均未發(fā)現(xiàn)，僅僅位于套圈的外徑上。

箭頭指示暗色區(qū)斷口是回火氧化所致，說明裂紋在回火前就已經產生。

經圖8分析證明，圖 5、圖 6、圖7裂紋與發(fā)現(xiàn)的淬火裂紋不一樣，它不是熱處理產生的，而是由于套圈在磨削外徑造成的磨削裂紋。

圖8 外圈淬回火組織4級（過熱），500 ×

4 關于淬火過熱組織

在分析該批裂紋產品過程中，發(fā)現(xiàn)2個套圈淬火組織為4級——過熱組織（圖 8）。隨后又抽取七個套圈，檢查結果：有一個4級（過熱）；小于4級4個；3級1個；大于3級1個，過熱產品占14%。

經分析產品熱處理過熱的原因是：

（1）控制爐溫的熱電偶管被燒壞，熱電偶在保護氣氛中滲碳時失靈。

（2）車間顯微鏡鑒別率較差，以至于出現(xiàn)淬火過熱組織也很難檢查出來。

5 4級過熱組織的機械性能分析

為了摸清楚4級過熱組織的性能，以便對該批產品的處理提供參考，特在實驗室條件下，采用不同的淬火溫度來驗證組織對性能的影響，其試驗結果見表 1。

表1 淬火加熱溫度對組織和性能影響

6 針對本次熱處理裂紋和組織過熱問題采取的措施

6.1 熱處理車間采取的措施

（1）換控溫熱電偶，把原每月校對一次爐溫改為每周校對一次，并做記錄。

（2）淬火油溫、清洗液溫度每班校對一次，并做記錄。

（3）延長油冷卻時間，原7min改為15min。降低工件出油溫度。

（4）原工藝無空冷時間，現(xiàn)已增加15min空冷時間。

（5）召開現(xiàn)場會，對職工進行一次軸承質量重要性的強化教育。

6.2 技術部門采取的措施

（1）對引進的熱處理設備進行一次全面檢修，并對爐溫的均勻性進行一次測定，使設備運轉達到最佳狀態(tài)。

（2）進一步充實、完善該類軸承熱處理專用工藝。

（3）整頓質量檢查標準與方法，使其抽樣數量更有代表性。按批量大小，進行首爐、尾爐和中間產品的壓碎、斷口和金相組織檢驗。

（4）加強該類軸承的生產管理，按專用軸承生產，實行生產記錄卡，記錄實際的工藝溫度、時間、油溫、油冷時間及清洗防銹液溫度等。

（5）要求工廠盡快解決破碎機一臺和大型磨片機1臺，供檢查破碎產品看斷口和磨試樣看金相組織之用。

6.3 磨削車間采取的措施

嚴格按磨削工藝加工，控制進給量，避免磨削燒傷。

7 結論

（1）通過上述分析，外圈裂紋有兩種：一種為熱處理淬火裂紋，表現(xiàn)在工件的油溝、棱角和端面處形成的體積開裂。這種裂紋比較明顯，經嚴格檢查能夠發(fā)現(xiàn)，不易遺漏，另一種為磨削裂紋，這種裂紋分布在套圈外徑表層，是由于外徑磨削不當造成的。這種裂紋通常比較細小，肉眼不易發(fā)現(xiàn)，用磁粉探傷法很容易發(fā)現(xiàn)。

（2） 該批產品熱處理金相組織大部分合格，但有部分產品為4級輕微過熱組織，這種組織經過190℃×3.5h補充回火，對鋼的韌性會有一定成度改善。

（3）鋼的性能試驗結果表明，淬火過熱組織硬度較高（合格），韌性稍低，對質量影響不明顯。

（編輯：林小江）

Fracture analysis of cylindrical roller bearing outer ring for mud pump

Bi Yanxia
( Shanghai 201799,China )

For cylindrical roller bearings for mud pump occuring the fracture shortly after use, the defective bearing was returned to the factory for a detailed analysis ,the fracture reason was found and corresponding measures were taken to prevent the bearing fracture from happening again.

mud pump; petroleum machinery; cylindrical roller bearing; outer ring fracture

TH133.33+2

B

1672-4852（2017）02-0024-03

2017-05-29.

畢艷霞（1981-），女，工程師.