圓柱滾子軸承內圈剝離失效分析

申明月

（瓦房店軸承集團傳動機械軸承研究所，遼寧大連 116300）

圓柱滾子軸承承載能力強，同時額定轉速較高，常用于各行各業的機械設備中，是應用最廣泛的軸承之一。NJ型的圓柱滾子軸承常被用在振動電機中，而振動電機又用于破碎機、振動篩、打包機、打樁機等遍布建筑、建材、冶金、輕工等行業的諸多設備之上。本文通過分析某振動電機用圓柱滾子軸承的損壞形式，探討其損壞機理。

某軸承公司生產的圓柱滾子軸承使用在振動電機上，軸承內圈滾道在載荷區剝離，剝離形貌如圖1所示；軸承內徑面對應剝離位置發生蠕動腐蝕，如圖2所示；軸承外徑面有滑動痕跡，如圖3所示。

圖1 內圈剝離形貌

圖2 軸承內徑面蠕動腐蝕形貌

圖3 軸承外徑面滑動形貌

1 軸承運轉情況

軸承配合方式：內圈間隙配合；軸承冷卻方式：自然；軸承潤滑方式：脂潤滑。

待檢試樣如圖4所示，從左至右依次為外圈、內圈。

圖4 送檢試樣形貌

2 軸承微觀檢測

2.1 化學成分檢測

采用ARL4460直讀光譜分析儀按GB/T4336—2016《碳素鋼和中低合金鋼多元素含量的測定火花放電原子發射光譜法（常規法）》對送檢的外圈、內圈試樣進行檢測。根據圖紙，送檢的外圈、內圈試樣材料牌號為標準GB/T18254—2016《高碳鉻軸承鋼》中的GCr15，檢驗結果見表1。根據檢測結果，送檢試樣的化學成分均符合圖紙中規定的優質鋼標準要求。

表1 化學成分檢測結果%

2.2 力學性能檢測

采用HR-150A洛氏硬度計（檢測范圍：20～67HRC），按GB/T230.1—2018《金屬材料洛氏硬度試驗方法》對外圈和內圈試樣端面及芯部進行檢測。該軸承內外圈有效壁厚均為13.25 mm，檢測結果見表2。根據圖紙，外圈和內圈試樣硬度均不符合GB/T34891—2017《滾動軸承高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術條件》標準要求。

表2 硬度檢測結果HRC

2.3 非金屬夾雜物檢測

采用LEICA DMRXE金相顯微鏡按GB/T10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定-標準評級圖顯微檢驗法》對送檢試樣進行檢測，檢測結果見表3。根據檢測結果，非金屬夾雜物符合GB/T18254—2016《高碳鉻軸承鋼》標準要求。

表3 非金屬夾雜物檢測結果級

2.4 金相組織檢測

采用LEICA DMRXE金相顯微鏡按GB/T34891—2017《滾動軸承高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術條件》對外圈和內圈試樣進行檢測，檢測結果見表4。由于內外圈表層組織中屈氏體含量較大，已無法對其進行淬火馬氏體組織級別評定。外圈和內圈金相組織均不符合GB/T34891—2017《滾動軸承高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術條件》標準要求，照片見圖5-10。

表4 顯微組織檢測結果級

圖5 外圈距表層3mm 以內屈氏體×500

圖6 外圈距表層3mm 以外屈氏體×500

圖7 內圈距表層3mm 以內屈氏體×500

圖8 內圈距表層3mm 以外屈氏體×500

圖10 內圈網狀碳化物組織×500

3 分析與討論

送檢的外圈和內圈試樣表層及芯部屈氏體均超標，這是由于熱處理加熱不足或冷卻不良所致。

超標的屈氏體引起軸承的硬度和強度下降，對其耐磨性和耐疲勞性也不利[1]。由于內圈的屈氏體超標更為嚴重，其硬度遠低于標準要求[2]；內圈的網狀碳化物超標，在軸承使用過程中也會加劇其剝離，因此內圈在載荷區首先發生剝離。

4 結語

軸承顯微組織決定其機械性能，因此產品加工過程中應嚴格執行熱處理工藝，避免產生不合格組織。