調(diào)心球軸承保持架表面白斑缺陷的原因分析

尤蕾蕾，端木培蘭，劉匯河，陳小超，陳翠麗

(洛陽(yáng)LYC軸承有限公司 技術(shù)中心，河南 洛陽(yáng) 471039)

在對(duì)某批調(diào)心球軸承保持架(材料為08Al)進(jìn)行冷酸洗(去銹蝕和氧化皮)時(shí)發(fā)現(xiàn)其表面顏色異常，存在亮白色斑點(diǎn)。為了探尋保持架表面出現(xiàn)白斑缺陷的原因，分別抽取表面異常和未經(jīng)過(guò)再結(jié)晶退火工序表面正常的保持架進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 缺陷形貌特征

1.1 保持架表面白斑缺陷形貌

缺陷保持架和正常保持架小爪、大爪表面的外觀形貌如圖1和圖2所示。從圖中可以看出：缺陷保持架表面粗糙，呈橘皮狀，有亮白色斑點(diǎn)，且該斑點(diǎn)主要分布于大爪的四周及小爪的整個(gè)表面上；而正常保持架表面光滑，外觀顏色均勻一致。

圖2 保持架大爪表面形貌

1.2 保持架內(nèi)部宏觀形貌

分別將缺陷保持架和正常保持架的大爪、小爪進(jìn)行鑲樣，然后磨取金相試樣并對(duì)其進(jìn)行冷酸腐蝕。磨后試樣外觀形貌如圖3所示。由圖3a可以看出，經(jīng)過(guò)冷酸腐蝕后，缺陷保持架磨制成的試樣表面仍然可以看到明顯的亮白色斑點(diǎn)，由此可以說(shuō)明，亮白色斑點(diǎn)并非僅存在于表面，保持架的內(nèi)部也存在亮白色斑點(diǎn)。從圖3b可以看出，正常保持架磨制成的試樣經(jīng)過(guò)冷酸腐蝕后表面色澤均勻，未發(fā)現(xiàn)類似斑點(diǎn)。

圖3 大、小爪試樣酸洗照片

2 保持架晶粒觀察分析

2.1 正常保持架與缺陷保持架的晶粒對(duì)比

對(duì)正常保持架和缺陷保持架大爪、小爪的顯微組織(晶粒度)分別進(jìn)行了觀察和分析研究，晶粒度的金相照片如圖4所示。

圖4 大、小爪試樣晶粒組織對(duì)比

由圖4a可以看出，正常試樣的晶粒比較細(xì)小、均勻，并具有一定的位向性。晶粒具有位向性是由于保持架是鋼板經(jīng)過(guò)切齒、成形、整形等工序加工而成的，在沖擊力的作用下產(chǎn)生塑性變形，晶粒的位向與變形方向大致相同，依據(jù)GB/T 6394—2002《標(biāo)準(zhǔn)金屬平均晶粒度測(cè)定方法》進(jìn)行評(píng)級(jí)，該晶粒度為8級(jí)。由圖4b和圖4c可以看出，缺陷保持架的大爪邊緣與內(nèi)部晶粒尺寸相差很大，邊緣晶粒異常粗大，晶粒度為4.5級(jí)；而心部區(qū)域的晶粒細(xì)小、均勻，與正常保持架基本一致，從圖4d可以看出，缺陷試樣小爪心部晶粒極不均勻，小爪晶粒粗大的區(qū)域晶粒度為0級(jí)。

2.2 晶粒大小及其均勻性與白斑缺陷的關(guān)系

由于材料的晶界處聚集了很多雜質(zhì)，因此，晶界比晶粒內(nèi)部更易腐蝕。細(xì)小晶粒區(qū)域與粗大晶粒區(qū)域相比，前者晶界密度大，即晶界總面積多，必然會(huì)降低該區(qū)域耐蝕性能。在對(duì)缺陷保持架進(jìn)行酸洗時(shí)，由于晶粒大小極不均勻，小爪以及大爪的邊緣存在耐腐蝕的粗大晶粒區(qū)，因此，酸洗后顯示亮白色，而不耐腐蝕的細(xì)小晶粒區(qū)呈暗灰色。

3 粗大不均勻晶粒產(chǎn)生原因及形成白斑的試驗(yàn)驗(yàn)證

該保持架的加工過(guò)程為：剪料→切料圓環(huán)→切齒→再結(jié)晶退火→清理→成形→整形→酸洗→涂油。表面正常的保持架則未經(jīng)過(guò)再結(jié)晶退火，晶粒大小極為均勻。調(diào)查表明，與表面出現(xiàn)白亮狀斑點(diǎn)的缺陷保持架使用同批鋼板的其他型號(hào)保持架雖然也經(jīng)過(guò)了再結(jié)晶退火，但保持架表面并未出現(xiàn)白亮狀斑點(diǎn)。由此可見(jiàn)，保持架表面出現(xiàn)的白亮狀斑點(diǎn)與鋼板質(zhì)量無(wú)關(guān)，同時(shí)也證明，如果對(duì)保持架采用正常的再結(jié)晶退火工藝，同樣也不會(huì)出現(xiàn)白亮狀斑點(diǎn)。

為了進(jìn)一步分析研究保持架表面出現(xiàn)白亮狀斑點(diǎn)的成因，對(duì)3件未經(jīng)過(guò)再結(jié)晶退火的保持架采用高于正常再結(jié)晶退火工藝規(guī)定的溫度進(jìn)行退火試驗(yàn)。正常的再結(jié)晶退火工藝為：加熱到640 ℃ ，保溫3～4 h，出爐空冷。本試驗(yàn)選定的退火加熱溫度分別為700，680和660 ℃，保溫時(shí)間為3.5 h，然后出爐空冷。對(duì)其進(jìn)行酸洗腐蝕，照片如圖5所示。從圖中可以明顯地看出，3件保持架表面均存在白亮狀斑點(diǎn)，且加熱溫度越高，白亮狀斑點(diǎn)越嚴(yán)重。該批保持架材料為08Al，其金相組織主要由鐵素體晶粒組成，在對(duì)保持架進(jìn)行腐蝕檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，粗大的晶粒區(qū)比細(xì)小晶粒區(qū)更耐腐蝕。

圖5 不同退火溫度的保持架表面照片

通過(guò)以上分析和試驗(yàn)可以看出，保持架表面出現(xiàn)的亮白色斑點(diǎn)是由于該批保持架在再結(jié)晶退火處理時(shí)加熱溫度過(guò)高造成的晶粒粗大所致。

建議生產(chǎn)中再結(jié)晶退火工序要嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行，定期對(duì)爐膛溫度及爐溫均勻性進(jìn)行校準(zhǔn)，并定期鑒定熱電偶和控溫儀表等，以避免類似情況發(fā)生。