32315軸承內(nèi)圈裂紋原因分析

孫欽賀，張鳴娣

杭州駿馬軸承有限公司 浙江杭州 311113

我公司提供給客戶的32315軸承內(nèi)圈淬火件，經(jīng)客戶磨削加工后，有一件軸承內(nèi)圈磨削完成后發(fā)現(xiàn)斷裂且小端內(nèi)徑沿圓周有明顯裂紋，如圖1所示。

圖1 失效件

該軸承套圈的生產(chǎn)工藝流程為：棒料中頻感應(yīng)加熱→下料→鍛造成形→球化退火→車削→淬火＋回火→磨削加工。

鍛造采用中頻感應(yīng)加熱，溫度1050～1100℃；車削：車削成形加工；淬火加熱在保護(hù)氣氛網(wǎng)帶式淬火加熱爐中進(jìn)行。工藝為加熱溫度Ⅰ區(qū)850℃、Ⅱ區(qū)860℃、Ⅲ區(qū)860℃、Ⅳ區(qū)855℃，加熱時間80min，淬火冷卻介質(zhì)為等溫光亮淬火油，油溫95℃。油淬后用80℃左右熱水清洗，9～12℃冷水二次冷卻，然后170℃×6h回火后進(jìn)行拋光處理。再經(jīng)磨削加工。

1 檢驗方法和結(jié)果

1.1 外觀檢查分析

（1）外觀 軸承內(nèi)圈斷裂且小端內(nèi)徑沿圓周有明顯裂紋，小端面內(nèi)徑有明顯的裂紋并斷裂開，內(nèi)徑表面發(fā)黃，如圖2所示。

圖2 內(nèi)徑裂紋

（2）冷熱酸洗 首先對裂紋套圈用線切割機(jī)切開，一半進(jìn)行熱酸洗，一半進(jìn)行冷酸洗，冷酸洗后的套圈外觀如圖3所示。套圈冷酸洗后內(nèi)徑及小端面有磨削燒傷的痕跡，滾道部位顏色均勻一致，未發(fā)現(xiàn)有磨削燒傷的痕跡。

圖3 冷酸洗后套圈外觀

（3）熱酸洗后套圈外觀 如圖4所示，套圈熱酸洗后內(nèi)徑呈現(xiàn)較為明顯的龜裂狀裂紋。滾道部位顏色均勻一致，未發(fā)現(xiàn)裂紋。

根據(jù)套圈冷熱酸洗結(jié)果，說明32315軸承內(nèi)圈淬火件，經(jīng)磨削后內(nèi)徑和端面有明顯的磨削燒傷缺陷。

1.2 材料分析

依據(jù)GB/T 18254—2016標(biāo)準(zhǔn)，對化學(xué)成分進(jìn)行分析。結(jié)果見表1。由表中可見，化學(xué)成分符合GB/T 18254—2016《高碳鉻軸承鋼》標(biāo)準(zhǔn)的要求。

非金屬夾雜物、碳化物不均勻性檢查，結(jié)果見表2、表3。由表中可見，套圈中的非金屬夾雜物、碳化物不均勻性符合GB/T 18254—2016標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖4 熱酸洗后套圈外觀

表1 軸承內(nèi)圈化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 非金屬夾雜物 （級）

表3 碳化物不均勻性 （級）

1.3 淬回火質(zhì)量分析

將裂紋套圈用線切割機(jī)切下一塊試樣，如圖5所示，進(jìn)行淬回火質(zhì)量分析。

圖5 失效件試樣

（1）硬度 從厚壁端到薄壁端硬度實(shí)測值為：60.5HRC、61HRC、61.5HRC、62HRC，要求值為60～64HRC，可見硬度合格。

（2）顯微組織 圖6為試樣心部金相顯微組織，為隱晶馬氏體、細(xì)小結(jié)晶馬氏體、細(xì)小而均勻分布的殘留碳化物和少量的殘留奧氏體組成。

圖6 金相顯微組織

按JB/T 1255—2014《高碳鉻軸承零件熱處理技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)第三級別圖進(jìn)行評定為3級，為合格金相顯微組織，可見套圈淬回火質(zhì)量符合JB/T 1255—2014《高碳鉻鋼制軸承零件熱處理技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1.4 裂紋處金相顯微組織

圖7為裂紋處金相顯微組織，未發(fā)現(xiàn)明顯的亮白色，即沒有明顯的脫碳，這說明裂紋是在熱處理后也就是磨削加工過程中形成的。

圖7 裂紋處金相顯微組織

2 分析與討論

1）32315軸承內(nèi)圈淬火件材料化學(xué)成分、非金屬夾雜以及碳化物不均勻性均符合GB/T 18254—2016《高碳鉻軸承鋼》標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2）32315軸承內(nèi)圈淬火件硬度符合客戶的技術(shù)要求，金相顯微組織符合JB/T 1255—2014《高碳鉻鋼制軸承零件熱處理技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3）根據(jù)樣品斷口及裂紋處金相顯微組織特征，初步判斷32315軸承內(nèi)圈斷裂且小端內(nèi)徑沿圓周有明顯裂紋是在磨削過程中造成的。進(jìn)一步分析，可能是個別32315軸承內(nèi)圈高度和內(nèi)徑磨削留量過大，在磨削雙端面過程中，在較高磨削力作用下，最后導(dǎo)致套圈磨削裂紋。在磨削內(nèi)徑過程中因磨削量過大，產(chǎn)生較大磨削熱，工件表面瞬間奧氏體化加上磨削液冷卻，發(fā)生了二次淬火，轉(zhuǎn)變?yōu)槎未慊瘃R氏體組織。其次表層因溫度下降幅度大、時間短，達(dá)不到Ac1點(diǎn)，只能形成高溫回火組織[1]。這樣就使表層和次表層不同組織之間產(chǎn)生巨大的組織應(yīng)力。而表層是極薄的一層硬而脆的二次淬火馬氏體組織，承受不了這樣大的應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生的較大應(yīng)力導(dǎo)致斷裂且小端內(nèi)徑沿圓周形成明顯的裂紋[2]。

再進(jìn)一步分析，可能是軸承套圈鍛件在車削加工過程中，32315軸承內(nèi)圈分為粗車和精車兩次車削，操作工漏掉了工序，內(nèi)徑和高度只進(jìn)行了粗車，沒有進(jìn)行精車，且粗車車削留量比正常留量多0.5～0.7mm，導(dǎo)致磨削留量異常大。

3 結(jié)束語

綜上所述，32315軸承內(nèi)圈斷裂且小端內(nèi)徑沿圓周有明顯裂紋是在磨削過程中造成的。但問題的根源在于車削加工內(nèi)徑和高度只進(jìn)行粗車而沒有進(jìn)行精車導(dǎo)致漏工序，解決問題的根本在于有效控制軸承套圈淬火件磨削留量。

建議采取如下措施：

1）對熱處理后的軸承套圈磨削面（內(nèi)外徑、滾道、高度）進(jìn)行全尺寸檢驗，挑出超過淬火件圖樣規(guī)定尺寸的工件。

2）對于超過淬火件圖樣規(guī)定尺寸的軸承套圈，做好標(biāo)識并轉(zhuǎn)運(yùn)到磨削加工工序，調(diào)整磨削工藝，單獨(dú)磨削。這樣也可以避免因為磨削留量不一致，導(dǎo)致軸承套圈磨削燒傷。

3）對于因車削加工漏工序?qū)е碌某叽绮顒e特別大的軸承套圈淬火件，挑出做報廢處理，絕對不能流入磨削加工工序。