軸承墊片斷裂原因分析

洛陽軸研科技股份有限公司 （河南 471039） 梁 華 王珊珊 仇亞軍

某公司送檢軸承墊片，材料為45鋼，型號為MCF 40 endplate，完整墊片的整體及斷口形貌見圖1。該批成品墊片在裝配軸承時有破裂現(xiàn)象，比例為1%～2%；軸承墊片的加工工藝流程為：棒材→車削加工→熱處理→磨削加工→表面發(fā)黑處理。墊片熱處理后的硬度要求為51～53HRC。為找出墊片產(chǎn)生斷裂的原因，對墊片進行了較為全面的理化檢驗與分析。

1.檢驗與分析

（1）宏觀及斷口檢查 送檢墊片在距其斷口約1mm處存在一條平行于斷口的微細裂紋；墊片的內(nèi)徑面有安裝磨損痕跡，其光亮度不同，以有微裂紋一端最為光亮，而對應的另一端面附近則無磨損，保持原發(fā)黑處理的表面（見圖2）；墊片的斷口平齊、色澤一致，為脆性斷口（見圖3）。

圖1 軸承墊片斷裂形貌

（2）硬度檢測 軸承墊片的硬度在HR－150A洛氏硬度計上測定，負荷為1500N（約150kg），誤差范圍為±0.5HRC，結(jié)果見表1，硬度值符合技術(shù)條件要求。

表1 軸承墊片端面的硬度值 （HRC）

（3）斷口微觀分析 將帶有裂紋的軸承墊片經(jīng)超聲波清洗烘干后放置在日本電子公司生產(chǎn)的JSM6380LV掃描電子顯微鏡中進行變倍觀察。結(jié)果表明：①斷口的擴展方向為從一側(cè)端面的內(nèi)徑倒角處開始沿著對角線向另一端面擴展；斷裂方式為沿晶脆性斷裂；斷口截面上未發(fā)現(xiàn)有晶粒粗大、過燒及大尺寸夾雜物等現(xiàn)象（見圖4～圖6）。②裂紋起始于墊片一側(cè)端面的內(nèi)徑倒角處，并分別沿著徑向和軸向兩個方向擴展；內(nèi)徑面上的摩擦及擠壓痕跡清晰可見（見圖7～圖12）。

圖4 墊片斷口的低倍形貌（右側(cè)為內(nèi)徑面）

圖5 圖4右側(cè)局部放大形貌

圖6 圖4右側(cè)局部高倍放大形貌

（4）材料及其金相組織檢查 將墊片制備成金相試樣后，放置在MG型立式顯微鏡下進行常規(guī)檢驗。原材料采用GB/T3077－2000標準，熱處理質(zhì)量參照《滾動軸承 碳鋼軸承零件熱處理技術(shù)條件》（JB/T8566－2008），檢查結(jié)果見表2。

圖7 墊片端面上的裂紋形貌（左側(cè)為內(nèi)徑面）

圖8 圖7所示倒角處裂紋（頭部）放大形貌

圖9 圖7所示墊片端面裂紋（尾部）放大形貌

圖10 墊片內(nèi)徑面上的裂紋形貌

圖11 圖10所示倒角處裂紋（頭部）放大形貌

圖12 圖10所示內(nèi)徑面上裂紋（尾部）放大形貌

表2 金相檢驗結(jié)果 （級）

由表2可知：軸承墊片的夾雜物含量較少，由于標準無明確要求（供需雙方協(xié)商確定），其評定級別僅供參考；墊片的金相組織（見圖13）符合相關(guān)標準規(guī)定。

圖13 軸承墊片淬回火組織

檢查墊片裂紋兩側(cè)及斷口附近的金相組織，均未發(fā)現(xiàn)有脫貧碳、磨削燒傷及其他異常現(xiàn)象。

（5）熱酸洗檢查 將軸承墊片按照GB/T3077－2000標準要求進行熱酸洗，結(jié)果表明：①墊片材料的致密度較好，低倍組織無異常，符合標準要求。②未發(fā)現(xiàn)有因熱處理及磨削等加工因素造成的開裂現(xiàn)象。

2.結(jié)果分析

（1）根據(jù)金相及熱酸洗的檢驗結(jié)果可知，軸承墊片材料及熱處理質(zhì)量均無明顯異常，符合相關(guān)標準及技術(shù)條件要求。

（2）任何零件的斷裂失效，都是在零件所承受外力超過了零件本身所具有抗力的條件下發(fā)生的。一般情況下，斷裂源都位于零件的表面、次表面，或在應力集中處萌生，如尖角、缺口、凹槽及表面損傷處等薄弱環(huán)節(jié)。

根據(jù)宏觀及微觀分析的結(jié)果可知，該墊片裝配時發(fā)生開裂屬于偶發(fā)現(xiàn)象，主要原因是由于軸承墊片的內(nèi)孔尺寸偏小且存在錐度，從而導致裝配軸承時其內(nèi)徑面一端倒角處承受較大的外力作用而發(fā)生沿晶脆性斷裂。

3.結(jié)語

（1）送檢軸承墊片的材料及熱處理質(zhì)量均未發(fā)現(xiàn)異常。

（2）墊片的內(nèi)孔尺寸存在偏差是導致裝配軸承時發(fā)生斷裂的主要原因。

（20121126）