某軸承內(nèi)圈內(nèi)部缺陷分析

張凱勝，趙開禮，蘇偉強(qiáng)，王歡

(中國航發(fā)哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150025)

航空軸承在可靠性、質(zhì)量、推重比、工況條件、使用壽命等方面提出了更高的要求，因此對(duì)航空軸承材料的缺陷控制也越來越嚴(yán)格。

套圈是軸承的重要零件，其原材料一般為鍛軋狀態(tài)，若存在裂紋、縮孔、脆性夾雜物、白點(diǎn)、嚴(yán)重偏析等缺陷，或在鍛造后出現(xiàn)折疊等，會(huì)降低成品的抗沖擊、疲勞載荷的能力[1]。對(duì)于存在于表面、近表面的缺陷[2]，一般通過套圈終磨滾道后磁粉檢查即可發(fā)現(xiàn)；而內(nèi)部缺陷則需通過超聲法檢查[3]。結(jié)合這2種方法可確保所有孔洞、裂紋類缺陷的有效檢出，對(duì)于表面缺陷的磁粉檢查結(jié)果一般較為直觀，而內(nèi)部缺陷的檢查結(jié)果需要通過儀器反映，其方法的有效性及結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

現(xiàn)針對(duì)實(shí)際檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)的某批內(nèi)圈缺陷進(jìn)行金相檢查和水浸超聲檢查。

1 金相分析

以某型軸承內(nèi)圈缺陷為例進(jìn)行分析，其外徑148.7 mm、內(nèi)徑130 mm、寬度24 mm，選取典型件，對(duì)熒光磁粉探傷發(fā)現(xiàn)的缺陷位置進(jìn)行軸向截取試樣，垂直磁痕磨拋，通過37081體視顯微鏡觀察其缺陷位置及對(duì)應(yīng)部位截面形貌，分別如圖1、圖2所示。

圖1 典型聚磁缺陷位置

圖2 典型聚磁缺陷截面形貌

由圖可知，在內(nèi)圈內(nèi)徑面存在周向線性磁痕，磁痕位置可見折線形裂紋，由內(nèi)徑面向內(nèi)延伸，長約0.55 mm，深約0.26 mm。在距內(nèi)徑面約0.5 mm處同時(shí)存在另一條長約0.22 mm裂紋。

將試樣逐層磨拋，在顯微鏡下觀察缺陷形貌，結(jié)果如圖3、圖4所示。由圖可知，缺陷呈線性分布，長約1.91 mm。

圖3 磨拋的內(nèi)部缺陷

圖4 缺陷微觀形貌

2 掃描電鏡分析

原材料8CrMo4V鋼的化學(xué)成分見表1。對(duì)缺陷及其附近區(qū)域進(jìn)行掃描電鏡分析，EDS圖像如圖5所示，不同測試點(diǎn)的成分見表2。由圖、表可知，缺陷位置及其附近Al，Si，O元素存在異常情況，由此可知夾雜有少量的SiO2及Al2O3，同時(shí)有簇群狀?yuàn)A雜，因此可能是原材料夾雜引起的缺陷。

表1 8Cr4Mo4V鋼的化學(xué)成分

表2 測點(diǎn)的化學(xué)成分

3 超聲檢測

因表層存在缺陷，采用ScanMaster水浸超聲和高頻(頻率10 MHz)聚焦探頭，對(duì)100件該軸承內(nèi)圈進(jìn)行縱波直入射掃查[4]，發(fā)現(xiàn)反射信號(hào)超過驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)(φ0.4 mm-10 dB)的內(nèi)圈12件，其具體情況見表3，表中超標(biāo)信號(hào)定位均在滾道與內(nèi)徑面之間的區(qū)域。由表可知，信號(hào)定位位置距滾道1.14～4.57 mm，長度為0.80～10.39 mm。此外，確定了缺陷埋深位置，缺陷距內(nèi)徑面約4.5 mm，距滾道表面約1.3 mm，截取試樣(圖6)進(jìn)行分析。

表3 水浸超聲超標(biāo)信號(hào)情況表

在表3中選2件典型內(nèi)圈(10#和12#)進(jìn)行解剖分析。這2件中都有多個(gè)缺陷，為便于分析，選擇缺陷較大位置進(jìn)行解剖分析，超聲檢測結(jié)果如圖7所示，圖中，顏色比例尺反應(yīng)波幅高度。由圖可知內(nèi)圈內(nèi)部存在缺陷。內(nèi)圈缺陷的2種檢測結(jié)果見表4。

圖7 內(nèi)圈超聲C掃圖

表4 內(nèi)圈缺陷的檢測結(jié)果對(duì)比

由表4可知，理化測量尺寸與水浸超聲檢測結(jié)果基本一致，但12#內(nèi)圈缺陷在超聲圖中顯示為一個(gè)整體長度，而理化結(jié)果顯示多個(gè)斷續(xù)線狀缺陷，這是因?yàn)槌暅y量的缺陷長度為整個(gè)內(nèi)圈深度在C掃圖上的整體反映，而實(shí)際解剖時(shí)僅為某一磨剖面，因此缺陷實(shí)際連續(xù)性與超聲C掃圖有一定差異。12#內(nèi)圈缺陷形貌如圖8所示。 測試結(jié)果表明，采用超聲方法檢測該類缺陷是準(zhǔn)確有效的。

圖8 12#內(nèi)圈缺陷微觀形貌

4 結(jié)束語

對(duì)入廠原材料的非金屬夾雜、碳化物不均勻性、晶粒度、低倍組織、化學(xué)成分等進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)不合格。由于C含量偏高，可能是原材料在鍛造過程中混入雜質(zhì)，該情況應(yīng)為偶發(fā)事件。因原材料多處存在Al，Si元素較多的情況，而入廠一般采用抽樣檢查，所以不能完全對(duì)成分偏析進(jìn)行識(shí)別，因此考慮為元素偏析引起的缺陷。缺陷(裂紋)處Al，Si元素存在偏析，較嚴(yán)重的偏析將顯著降低材料的強(qiáng)度，在鍛造塑性變形過程中形成內(nèi)部缺陷，使其在鍛壓成形過程中變形、延展[5]。采用高頻水浸超聲法可以有效檢出該類缺陷。