薄壁軸套斷裂原因分析

郭靖，關(guān)力，張曉鵬

(1.國家軸承質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，河南 洛陽 471039；2.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039)

某廠生產(chǎn)的2種型號(hào)薄壁軸套在客戶裝配過程中出現(xiàn)沿軸向方向的斷裂，軸套材料為GCr15，裝配工藝為壓裝→精車外徑→拋光→清洗→烘干→包裝發(fā)運(yùn)?，F(xiàn)從斷裂樣品中任選2件進(jìn)行斷裂原因分析。

1 檢驗(yàn)與分析

1.1 宏觀檢查

送檢的2件斷裂樣品的宏觀形貌如圖1和圖2所示。根據(jù)送檢方提供的樣品相關(guān)說明可知，2件樣品除寬度有差異外，其余尺寸均相同(寬度較小軸套編為1#，寬度較大軸套編為2#)。由圖可見，2件樣品的斷裂形式相同，均在圖中箭頭所示的區(qū)域產(chǎn)生斷裂，即沿軸向方向的貫穿裂紋，而其余表面均未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

圖1 1#軸套裂紋形貌

圖2 2#軸套裂紋形貌

1.2 硬度檢驗(yàn)

依據(jù)JB/T 7361—2007《滾動(dòng)軸承 零件硬度試驗(yàn)方法》，根據(jù)樣品的端面有效寬度，選用洛氏硬度法A標(biāo)尺，對2件斷裂樣品進(jìn)行端面硬度檢驗(yàn)，結(jié)果見表1。由表1可知，2件斷裂樣品的硬度均符合JB/T 1255—2001標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。

表1 送檢樣品硬度檢驗(yàn)結(jié)果

1.3 斷口分析

將2件樣品的斷口采用超聲波清洗烘干后，分別放置在JSM-6380LV掃描電子顯微鏡下進(jìn)行斷口分析。圖3所示為1#樣品的斷口裂紋源區(qū)形貌，由圖可見，斷口表面有些區(qū)域已被污染，但從斷口的裂紋擴(kuò)展形貌判斷，裂紋起源于圖3所示的內(nèi)徑倒角區(qū)域。圖4所示為2#樣品的裂紋源區(qū)形貌，由圖可見，裂紋起源于距一側(cè)端面約1.28mm的內(nèi)徑面上，高倍觀察發(fā)現(xiàn)裂紋源區(qū)的斷面呈沿晶斷裂，且晶粒較為粗大(圖5和圖6)，未發(fā)現(xiàn)夾雜等其他異常。

圖3 1#樣品裂紋源區(qū)形貌

圖4 2#樣品裂紋源區(qū)形貌

圖5 2#樣品裂紋源區(qū)放大圖

圖6 2#樣品裂紋源區(qū)放大圖

1.4 酸洗檢驗(yàn)

依據(jù)JB/T 1255—2001標(biāo)準(zhǔn)的冷、熱酸洗檢驗(yàn)規(guī)程，對送檢的2件樣品分別進(jìn)行冷、熱酸洗檢驗(yàn)。冷酸洗結(jié)果表明，1#樣品內(nèi)徑表面及內(nèi)徑一側(cè)倒角區(qū)域均存在不同程度的燒傷現(xiàn)象，2#樣品各表面均未發(fā)現(xiàn)燒傷現(xiàn)象；經(jīng)熱酸洗檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，1#樣品內(nèi)徑一側(cè)倒角區(qū)域發(fā)現(xiàn)與磨削方向垂直或呈一定角度的直線狀細(xì)小裂紋(圖7)，2#樣品各表面均未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

圖7 1#樣品熱酸洗后裂紋形貌

1.5 金相檢驗(yàn)

分別將送檢的2件樣品沿縱向切割后，經(jīng)鑲嵌制樣進(jìn)行金相檢驗(yàn)。1#樣品的淬、回火金相組織為細(xì)小結(jié)晶馬氏體+隱晶馬氏體+少量細(xì)小針狀馬氏體+較少量殘留碳化物+較多殘留奧氏體，依據(jù)JB/T 1255—2001標(biāo)準(zhǔn)評定淬、回火組織為4級(jí)，網(wǎng)狀碳化物為1級(jí)，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但內(nèi)徑一側(cè)倒角區(qū)域存在如圖8所示的磨削燒傷組織，表面白亮層為二次淬火組織，次表層暗黑色區(qū)域?yàn)楦邷鼗鼗鸾M織，其余為正常淬、回火馬氏體組織。2#樣品的淬、回火基體組織粗大，細(xì)小針狀馬氏體分布明顯，殘留碳化物少，且顆粒大小及分布均勻性較差，局部區(qū)域碳化物已全部溶解(圖9)，依據(jù)JB/T 1255—2001標(biāo)準(zhǔn)評定淬、回火組織大于5級(jí)，網(wǎng)狀碳化物為1級(jí)，淬、回火組織不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

圖8 1#樣品磨削燒傷組織形貌

圖9 2#樣品淬、回火過熱組織形貌

2 斷裂原因分析

(1) 1#軸套的酸洗檢驗(yàn)和金相檢驗(yàn)表明，內(nèi)徑一側(cè)倒角區(qū)域在磨削過程中產(chǎn)生了磨削燒傷，且形成了磨削裂紋；斷口分析也表明，斷裂起源于內(nèi)徑倒角區(qū)域。由此可以推斷，1#軸套在安裝過程中，由于外力的作用導(dǎo)致在磨削裂紋處形成斷裂起源，從而造成開裂。

(2) 2#軸套的金相檢驗(yàn)表明，在淬火過程中由于淬火溫度過高或保溫時(shí)間過長，引起淬、回火組織中馬氏體較粗，造成軸套的脆性增加，殘余內(nèi)應(yīng)力較大，而斷口分析結(jié)果也表明，斷裂源區(qū)域晶粒粗大，形成了危險(xiǎn)區(qū)域，從而導(dǎo)致該軸套在裝配過程中易于從危險(xiǎn)區(qū)域發(fā)生開裂。

由以上分析可知，磨削裂紋和淬、回火組織過熱是造成送檢軸套在裝配過程中產(chǎn)生軸向斷裂的主要原因。

3 結(jié)束語

對于薄壁軸套而言，由于其壁很薄，必須采取措施避免淬、回火組織過熱現(xiàn)象的發(fā)生，減少淬、回火過程中的熱處理變形，如車加工后應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力退火，淬火加熱溫度應(yīng)選用下限，采用分級(jí)淬火等，另外還要采取合適的磨削工藝以防止形成磨削燒傷和磨削裂紋。