風(fēng)電轉(zhuǎn)盤軸承套圈裂紋原因分析及預(yù)防措施

王嬋，李貴方，仵永剛，曾朝凡，趙翠翠

1.洛陽LYC軸承有限公司 河南洛陽 471039

2.航空精密軸承國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽 471039

1 序言

轉(zhuǎn)盤軸承由于特殊的使用環(huán)境和要求，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)質(zhì)工藝和滾道感應(yīng)淬火工藝，來滿足軸承使用過程中所需要的強(qiáng)度和沖擊韌度要求。某公司生產(chǎn)的轉(zhuǎn)盤軸承套圈經(jīng)過滾道表面感應(yīng)淬火后，滾道表面100%熒光磁粉檢測時(shí)，發(fā)現(xiàn)多件有裂紋，為了避免類似的缺陷重復(fù)出現(xiàn)，減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失，筆者對套圈裂紋性質(zhì)進(jìn)行檢測分析。

該型號(hào)套圈材料為42CrMo鋼，加工工藝流程為：下料→鍛造制坯→輾擴(kuò)→粗車→調(diào)質(zhì)→車加工→滾道感應(yīng)淬火。

2 理化檢驗(yàn)

2.1宏觀檢驗(yàn)

轉(zhuǎn)盤軸承套圈裂紋均位于套圈內(nèi)徑靠近端面處，每件套圈裂紋數(shù)量不等，裂紋多沿圓周方向分布，長短不一，最長裂紋約延伸3/4圓周，個(gè)別裂紋尾部已延伸至端面，裂紋套圈軸承宏觀形貌如圖1所示，其中一處裂紋形貌如圖2所示。

圖1 裂紋套圈軸承宏觀形貌

圖2 磁粉檢測套圈裂紋形貌

套圈滾道在表面感應(yīng)淬火時(shí)，由于受高溫?zé)嵊绊懚a(chǎn)生明顯變色，該熱影響區(qū)邊緣距離套圈端面約20mm，套圈裂紋靠近端面，裂紋處內(nèi)徑表面呈亮金屬色，遠(yuǎn)離熱影響區(qū)。裂紋所在位置外觀形貌如圖3所示。

圖3 裂紋所在位置外觀形貌

2.2 化學(xué)成分分析

對套圈進(jìn)行線切割取樣，尺寸為15m m×15mm×15mm，采用直讀光譜儀對套圈進(jìn)行化學(xué)成分分析（見表1）。符合GB/T 3077—1999要求。

表1 套圈化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

2.3 金相檢驗(yàn)

制取套圈裂紋橫向截面金相試樣，使用奧林巴斯顯微鏡觀察裂紋形貌。金相顯微形貌如圖4所示，可見該裂紋與表面呈一定角度，整體深約3.6mm，呈撕裂狀，兩側(cè)耦合，尾部較細(xì)，裂紋兩側(cè)有氧化，局部有氧化皮分布。裂紋頭部及尾部均未發(fā)現(xiàn)材料夾雜等其他異常情況。

用4%（體積分?jǐn)?shù)）的硝酸酒精溶液腐蝕裂紋截面處后在顯微鏡下觀察，裂紋處金相顯微形貌如圖5所示，可見裂紋兩側(cè)局部有貧碳現(xiàn)象。

圖4 裂紋尾部截面形貌

圖5 裂紋兩側(cè)局部貧碳

另經(jīng)檢查，裂紋處無貧碳區(qū)域與套圈基體的顯微組織形貌分別如圖6、圖7所示，裂紋處、套圈基體顯微組織無明顯差異，均為回火索氏體+鐵素體。由兩處的顯微組織對比可以看出，裂紋處的顯微組織并沒有受到滾道感應(yīng)淬火的影響。

圖6 裂紋處顯微組織形貌

圖7 套圈基體顯微組織形貌

2.4 硬度檢驗(yàn)

經(jīng)洛氏硬度計(jì)檢測，套圈基體、裂紋兩側(cè)位置硬度結(jié)果見表2。根據(jù)檢測結(jié)果，裂紋部位硬度與基體硬度無明顯差異。

表2 套圈基體及裂紋兩側(cè)硬度值 （HRC）

3 分析討論

通過對該軸承套圈的宏觀檢驗(yàn)、化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)及硬度檢測結(jié)果分析，可排除滾道感應(yīng)淬火對裂紋的影響，確定該裂紋為調(diào)質(zhì)淬火裂紋。

由于加熱保溫時(shí)間充足，調(diào)質(zhì)淬火裂紋產(chǎn)生的深度及寬度都比表面淬火裂紋略寬，且由于后續(xù)的高溫回火加熱，在無保護(hù)氣氛下會(huì)出現(xiàn)明顯氧化和氧化皮[1]，裂紋尾部出現(xiàn)短而粗的撕裂狀形貌。調(diào)質(zhì)淬火裂紋延伸多沿圓周方向，靠近端面位置居多。

表面感應(yīng)淬火裂紋是由于加熱時(shí)間短，熱影響區(qū)僅限于淬硬層區(qū)域，產(chǎn)生的裂紋比較淺且細(xì)小，尾部非常尖細(xì)，分布和延伸方向也與調(diào)質(zhì)裂紋不同，在淬硬區(qū)呈短弧線狀分布的較多，并且淬火后的低溫回火不足以在裂紋兩側(cè)產(chǎn)生明顯氧化和貧碳[2]。

經(jīng)查，產(chǎn)生調(diào)質(zhì)淬火裂紋的原因是淬火工藝不恰當(dāng)造成的，由于淬火加熱溫度在850～900℃，溫度相對過高，再通過水劑淬火冷卻介質(zhì)急劇冷卻[3]，在組織轉(zhuǎn)變過程中，局部拉應(yīng)力大于材料的斷裂強(qiáng)度后產(chǎn)生的撕裂狀裂紋，這是造成轉(zhuǎn)盤軸承調(diào)質(zhì)淬火裂紋的主要原因之一。

4 結(jié)論及建議

1）經(jīng)過理化分析，出現(xiàn)調(diào)質(zhì)淬火裂紋的軸承應(yīng)予以報(bào)廢處理。

2）在調(diào)質(zhì)中，選擇合適的淬火工藝參數(shù)，可適當(dāng)降低淬火溫度，減少組織應(yīng)力和熱應(yīng)力。

3）調(diào)質(zhì)后，可以增加磁粉檢測工序，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)裂紋，避免不合格品進(jìn)入下一道工序。