SSR6-2HRS不銹鋼軸承失效分析

黃曉輝

（哈爾濱軸承集團(tuán)公司 技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150036）

SSR6-2HRS不銹鋼軸承失效分析

黃曉輝

（哈爾濱軸承集團(tuán)公司 技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150036）

通過對SSR6-2HRS不銹軸承鋼的失效分析，討論現(xiàn)市場上低端不銹鋼軸承的制造工藝及應(yīng)用局限。

不銹鋼軸承；失效；殘余奧氏體；粗大一次碳化物；低端軸承

1 前言

G102Cr18Mo（原牌號9Cr18Mo）及G95Cr18（原牌號9Cr18）是目前市場上普遍采用的制造不銹鋼軸承的材料。由于材料的自身特點(diǎn)，存在一次碳化物粗大及淬火后殘余奧氏體含量過多等問題。不銹鋼軸承與普通鋼相比，有更強(qiáng)的防銹、防腐蝕性，選擇合適的潤滑油、防塵蓋等，可以在零下60至300攝氏度高溫環(huán)境下工作。不銹鋼軸承又因機(jī)械強(qiáng)度高、負(fù)載能力大，廣泛使用于各機(jī)械行業(yè)，尤其是軸承行業(yè)。由于市場利潤空間較大，一些并不十分具備生產(chǎn)條件的軸承廠家也紛紛加入生產(chǎn)行列。這些低檔的不銹鋼軸承，在低轉(zhuǎn)速、低載荷、無噪音要求的應(yīng)用場合還可勉強(qiáng)使用，但當(dāng)用于高轉(zhuǎn)速、高載荷的應(yīng)用場合時(shí)就會發(fā)生早期失效。引起早期失效的主要原因是未經(jīng)足夠鍛造細(xì)化的粗大一次碳化物殘留于滾道表面及軸承零件的不嚴(yán)格的熱處理制度而引發(fā)的尺寸失穩(wěn)。下面就近期發(fā)生的一起軸承失效案例來說明低檔不銹鋼軸承的應(yīng)用局限。

2 失效背景

某家電生產(chǎn)廠家開發(fā)一豆?jié){機(jī)，其中攪拌主軸使用兩套SSR6-2HRS軸承。在新項(xiàng)目的測試過程中發(fā)現(xiàn)軸承卡死。把靠近刀片的軸承編號為1，靠近離合器的軸承編號為2。發(fā)現(xiàn)1#軸承損壞較為嚴(yán)重，保持架斷裂，軸承散架，鋼球和滾道表面出現(xiàn)嚴(yán)重的壓傷擦傷等。2#軸承外觀較為完好，但當(dāng)軸承出現(xiàn)卡死，拆開密封圈后，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)部有大量黑色粘附物，疑為油脂干涸后殘留物質(zhì)。

圖1 1#軸承外圈滾道硬質(zhì)顆粒壓痕

圖2 1#軸承內(nèi)圈滾道剝落及壓傷

3 檢查及分析

3.1 軸承零件檢查

在體視顯微鏡下對1#、2#軸承內(nèi)圈、外圈、滾道及鋼球進(jìn)行檢察，發(fā)現(xiàn)以下情況。

（1）1#軸承外圈滾道有硬質(zhì)顆粒壓痕，如圖1 所示，內(nèi)圈滾道發(fā)生剝落，如圖 2 所示，鋼球表面發(fā)生剝落及壓傷，如圖 3 示，保持架破碎缺失。

（2）2#軸承內(nèi)、外圈滾道有硬質(zhì)顆粒壓痕，鋼球表面存在壓傷，保持架基本完好。

圖3 1#軸承鋼球剝落及壓傷

圖4 1#鋼球淬火組織500× 2%鹽酸苦味酸腐蝕

3.2 各零件熱處理質(zhì)量檢查（表1）

1#、2#軸承內(nèi)套、外套和鋼球熱處理質(zhì)量如表 1 所示。

表1 軸承零件熱處理質(zhì)量

3.3 軸徑及內(nèi)圈內(nèi)徑測量

經(jīng)檢測，軸承內(nèi)徑與軸徑尺寸符合圖紙要求，軸與內(nèi)徑過盈量正常。

3.4 分析

（1）1#、2#軸承各零件淬火組織及硬度符合JB1460-92標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）軸承內(nèi)徑尺寸符合圖紙要求。

（3）內(nèi)外圈溝道處硬度高于心部硬度是因?yàn)樵撦S承熱處理過程中未經(jīng)冷處理，殘奧量較大，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中由于溫升及壓力，發(fā)生殘余奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變不僅會使溝道表面硬度增加，同時(shí)還會引起內(nèi)圈溝道尺寸的增大。

（4）內(nèi)外圈組織中，一次碳化物較粗大。這種粗大碳化物裸露于溝道表面易引起溝道粗糙度增加，使軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)引起溫升。

圖5 1#內(nèi)套淬火組織500× 2%鹽酸苦味酸腐蝕

圖6 1#外套淬火組織500× 2%鹽酸苦味酸腐蝕

（5）該軸承所處環(huán)境為封閉環(huán)境，散熱條件差，粗大碳化物裸露于溝道表面引起溫升，溫升又導(dǎo)致內(nèi)圈溝道尺寸增大，使軸承游隙變小。游隙變小又進(jìn)一步加劇溫升，從而引發(fā)軸承的抱死及損壞。

3.5 建議及措施

（1）家電生產(chǎn)廠家應(yīng)采用高質(zhì)量不銹鋼軸承。高質(zhì)量的不銹鋼軸承無論是在原材料的選取上，還是在各工序的加工過程中都會嚴(yán)格把關(guān)，而且由于熱處理過程本身就受原材料、預(yù)先熱處理質(zhì)量、車工質(zhì)量等各個(gè)環(huán)節(jié)的影響，高質(zhì)量的不銹鋼軸承從初始工序到最終工序嚴(yán)格把關(guān)，最終才能獲得具有綜合力學(xué)性能的軸承，通過選用高質(zhì)量的產(chǎn)品可以有效避免因不銹鋼軸承質(zhì)量引發(fā)使用過程中的問題。

（2）不銹鋼軸承生產(chǎn)廠家應(yīng)加大鍛壓比，在鍛造過程中盡可能將原材料中的一次碳化物打碎。一次碳化物系偏析引起的亞穩(wěn)定結(jié)晶產(chǎn)物，顆粒尺寸較大，常沿軋制方向分布，形成偏析碳化物帶，硬度高、脆性大，易引起淬火裂紋，使鋼的耐磨性變差，以至工件在使用過程中造成表面脫落或中心破裂。一次碳化物因?yàn)樵诩訜釙r(shí)，碳化物很難溶入奧氏體，無法在淬火過程中進(jìn)行消除，因此其主要是靠合理的鍛造工藝（相當(dāng)大的總鍛造比）和適當(dāng)?shù)耐嘶鸸に噥淼玫剑虼藢︿摫仨毤哟箦憠罕葥羲榇执筇蓟?，使其?xì)化，并通過金屬的合理熱塑性變形使其分布均勻，以此為熱處理工序提供良好的原始組織。

（3）不銹鋼軸承生產(chǎn)廠家應(yīng)提高熱處理質(zhì)量，在淬火后增加冷處理，從而提高軸承的尺寸穩(wěn)定性。因?yàn)樘兹?jīng)過淬火后，內(nèi)部組織仍保留較多的奧氏體，這種殘余奧氏體組織是一種不穩(wěn)定性組織，在儲存和使用軸承過程中，會不斷地發(fā)生變化，從而改變軸承的精度。為此采用冷處理工藝，它能減少組織中的殘余奧氏體，稍微提高軸承的硬度。因此，通過淬火后對軸承零件進(jìn)行冷處理的技術(shù)可以有效的防止軸承在使用過程中的尺寸變化，增加軸承的尺寸穩(wěn)定性。

（4）不銹鋼軸承生產(chǎn)廠家對軸承的生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，增加對影響軸承性能要求的項(xiàng)目進(jìn)行測試，比如熱處理后殘余奧氏體量的測試。同時(shí)，對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行追溯跟蹤，建立軸承失效質(zhì)量數(shù)據(jù)庫，以便發(fā)現(xiàn)軸承在使用過程中影響軸承使用性能及壽命的因素。

4 結(jié)束語

由于目前很多小公司不具備不銹鋼軸承材料鍛造加工的技術(shù)能力，往往在不銹鋼軸承內(nèi)外圈成型方式上采用不銹鋼管料或棒料車制軸承內(nèi)外圈。由于鍛造比的不足，粗大一次碳化物未被充分破斷，會大量的存在于不銹鋼軸承套圈內(nèi)。雖然這些粗大一次碳化物按原材料標(biāo)準(zhǔn)GB3086中的不銹軸承鋼粗大碳化物評級標(biāo)準(zhǔn)評定是合格的，但并不代表它們是符合軸承的使用性能要求的。這些粗大的碳化物祼露于溝道表面時(shí)會影響溝道粗糙度，引起軸承振動及噪音的增加，同時(shí)也會引起軸承的溫升及使用過程中的早期滾道剝落。另外，由于不銹軸承鋼的合金含量較高，淬火后會有大量的殘余奧氏體。某些不具備冷處理加工條件的生產(chǎn)廠家，出于成本考慮，將此工序省略。殘余奧氏體如不經(jīng)冷處理消除，會在使用過程中由于溫度及壓力的變化而引起軸承零件尺寸發(fā)生變化，從而引起軸承失效。

[1] 王玉金，葉健熠，李 紅，方 芳，譚曙光.9Cr18不銹鋼軸承的 加工[J]. 軸承, 2005,(3).

[2] 王玉金，葉健熠.常用不銹鋼軸承的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與材料[J].軸承, 2004(12).

[3] 俞 峰, 魏果能, 許 達(dá).不銹軸承材料的研究和發(fā)展[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào),17(1).

（編輯：王立新）

SSR6-2HRS stainless steel bearing failure analysis

Huang Xiaohui
( Technical Center, Harbin Bearing Group Corporation, Harbin 150036,China)

By analyzing the failure of SSR6-2HRS stainless steel bearing , the manufacturing process and the application limitation of low-end stainless steel bearings on the market were discussed.

stainless steel bearings; failure; residual austenite; coarse primary carbides; low-end bearing

TH133.33+1

B

1672-4852（2014）03-0020-02

2014-05-16.

黃曉輝（1980 -），女，工程師.