32216軸承斷裂失效分析

劉 晶

（瓦房店軸承集團有限責任公司 工程中心，遼寧 瓦房店 116300）

1 前言

圓錐滾子軸承內圈斷裂是失效的一種形式，有很多方面的原因。主要分為軸承本身加工過程中出現的鍛造裂紋、淬火裂紋等質量問題；軸承安裝拆卸過程中直接錘擊或過盈配合較緊導致軸承過載斷裂；在彎曲、拉伸、扭轉條件下，應力不斷超過疲勞強度極限產生的疲勞裂紋；與軸承套圈端面配合的零件之間發生滑動摩擦，在軸向力的作用下，摩擦及高熱導致軸承套圈端面產生熱裂等使用問題。

2 失效軸承狀態

軸承安裝到試驗軸上準備試驗時發現其中一套軸承內圈斷裂，將軸承進行拆套，通過斷口切樣，檢查斷口處，發現斷口起源于內圈大端面，斷口起源有氧化變色。

內圈斷裂狀態參見圖 1 和圖 2。

圖 2 內圈的斷口面

3 理化檢測

3.1 化學成分檢驗

通過圖紙得知，該軸承的內圈材料為 GCr15,化學成分檢測見表 1。

表1 軸承內圈材料GCr15的化學成分檢測

化學成分檢驗符合 GB/T 18254-2016《高碳鉻軸承鋼》標準要求。

3.2 硬度檢驗

對軸承內圈材料進行了硬度檢驗，見表 2。

表2 軸承內圈材料硬度檢驗

硬度符合GB/T 34891-2017《滾動軸承 高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術條件》標準要求。

3.3 非金屬夾雜物檢驗

軸承內圈材料的非金屬夾雜物檢驗結果見表 3。

表3 軸承內圈材料非金屬夾雜物檢驗

非金屬夾雜物符合 GB/T 34891-2017《滾動軸承 高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術條件》標準要求。

3.4 組織檢驗

軸承內圈材料的組織檢驗結果見表 4。

表4 軸承內圈材料的組織檢驗

內圈熱處理組織符合 GB/T 34891-2017《滾動軸承 高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術條件》標準要求。

4 酸洗檢查

通過端面腐蝕，去除金屬表面的氧化物，腐蝕檢驗發現內圈大端面表面有裂紋，見圖 3。放大 50 倍，裂紋比較規整平滑，無明顯細尖端，斷面裂紋處有明顯脫碳現象，見圖 4。

圖 3 腐蝕檢驗內圈大端面

圖 4 斷面裂紋處的脫碳現象

5 分析判斷

32216 斷裂內圈的所有理化檢驗均為合格，原材料報告合格，考慮為生產過程中鍛造或熱處理中存在問題。

淬火冷卻過程中，只有當馬氏體轉變數量達到一定數量時，裂紋才有可能形成。與此相對應的溫度，大約在 250℃ 以下。在這樣的低溫下，即使產生了裂紋，裂紋兩側也不會發生脫碳和出現明顯氧化。所以，有氧化脫碳現象的裂紋是非淬火裂紋。

經追溯，32216 軸承套圈毛坯鍛造后，鍛件的始鍛溫度在 1 050～1 150℃，而終鍛溫度在800～1 050℃。32216 套圈屬于高碳鉻軸承鋼，終鍛后采用噴水以達到快速冷卻的目的，700℃以下進行緩冷。如果軸承套圈的停鍛溫度較高，冷卻時局部或全部碰到冷卻水而急冷，鍛件的局部表面冷卻過快，造成鍛件表面冷卻過程局部的應力過大，進而造成組織開裂，往往在表面產生裂紋，這樣的裂紋被稱為鍛造濕裂。鍛件在產生裂紋后，溫度還在 800℃ 以上，因氧氣沿縫隙進入造成裂紋兩側脫碳。組織為鐵素體，其形態特征是裂紋比較粗壯且一般呈多條形式存在，無明顯細尖端，比較圓鈍。

結合以上分析，可以判斷軸承失效原因為鍛造濕裂。

6 結論

32216 軸承斷裂內圈經檢驗化學成分、硬度、非金屬夾雜物、組織均符合相應標準要求。結合軸承損壞形貌分析，內圈斷口起源靠大端面處且較規整，斷口起源有氧化變色，并有表面脫碳現象，分析確定套圈鍛造過程中存在裂紋，即鍛造濕裂，后續加工過程未及時發現問題，軸承安裝到試驗軸時受力的作用，引起套圈斷裂失效。