32216軸承斷裂失效分析

劉 晶

（瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司 工程中心，遼寧 瓦房店 116300）

1 前言

圓錐滾子軸承內(nèi)圈斷裂是失效的一種形式，有很多方面的原因。主要分為軸承本身加工過程中出現(xiàn)的鍛造裂紋、淬火裂紋等質(zhì)量問題；軸承安裝拆卸過程中直接錘擊或過盈配合較緊導(dǎo)致軸承過載斷裂；在彎曲、拉伸、扭轉(zhuǎn)條件下，應(yīng)力不斷超過疲勞強(qiáng)度極限產(chǎn)生的疲勞裂紋；與軸承套圈端面配合的零件之間發(fā)生滑動(dòng)摩擦，在軸向力的作用下，摩擦及高熱導(dǎo)致軸承套圈端面產(chǎn)生熱裂等使用問題。

2 失效軸承狀態(tài)

軸承安裝到試驗(yàn)軸上準(zhǔn)備試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)其中一套軸承內(nèi)圈斷裂，將軸承進(jìn)行拆套，通過斷口切樣，檢查斷口處，發(fā)現(xiàn)斷口起源于內(nèi)圈大端面，斷口起源有氧化變色。

內(nèi)圈斷裂狀態(tài)參見圖 1 和圖 2。

圖 2 內(nèi)圈的斷口面

3 理化檢測

3.1 化學(xué)成分檢驗(yàn)

通過圖紙得知，該軸承的內(nèi)圈材料為 GCr15,化學(xué)成分檢測見表 1。

表1 軸承內(nèi)圈材料GCr15的化學(xué)成分檢測

化學(xué)成分檢驗(yàn)符合 GB/T 18254-2016《高碳鉻軸承鋼》標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 硬度檢驗(yàn)

對軸承內(nèi)圈材料進(jìn)行了硬度檢驗(yàn)，見表 2。

表2 軸承內(nèi)圈材料硬度檢驗(yàn)

硬度符合GB/T 34891-2017《滾動(dòng)軸承 高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 非金屬夾雜物檢驗(yàn)

軸承內(nèi)圈材料的非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果見表 3。

表3 軸承內(nèi)圈材料非金屬夾雜物檢驗(yàn)

非金屬夾雜物符合 GB/T 34891-2017《滾動(dòng)軸承 高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 組織檢驗(yàn)

軸承內(nèi)圈材料的組織檢驗(yàn)結(jié)果見表 4。

表4 軸承內(nèi)圈材料的組織檢驗(yàn)

內(nèi)圈熱處理組織符合 GB/T 34891-2017《滾動(dòng)軸承 高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 酸洗檢查

通過端面腐蝕，去除金屬表面的氧化物，腐蝕檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)內(nèi)圈大端面表面有裂紋，見圖 3。放大 50 倍，裂紋比較規(guī)整平滑，無明顯細(xì)尖端，斷面裂紋處有明顯脫碳現(xiàn)象，見圖 4。

圖 3 腐蝕檢驗(yàn)內(nèi)圈大端面

圖 4 斷面裂紋處的脫碳現(xiàn)象

5 分析判斷

32216 斷裂內(nèi)圈的所有理化檢驗(yàn)均為合格，原材料報(bào)告合格，考慮為生產(chǎn)過程中鍛造或熱處理中存在問題。

淬火冷卻過程中，只有當(dāng)馬氏體轉(zhuǎn)變數(shù)量達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，裂紋才有可能形成。與此相對應(yīng)的溫度，大約在 250℃ 以下。在這樣的低溫下，即使產(chǎn)生了裂紋，裂紋兩側(cè)也不會(huì)發(fā)生脫碳和出現(xiàn)明顯氧化。所以，有氧化脫碳現(xiàn)象的裂紋是非淬火裂紋。

經(jīng)追溯，32216 軸承套圈毛坯鍛造后，鍛件的始鍛溫度在 1 050～1 150℃，而終鍛溫度在800～1 050℃。32216 套圈屬于高碳鉻軸承鋼，終鍛后采用噴水以達(dá)到快速冷卻的目的，700℃以下進(jìn)行緩冷。如果軸承套圈的停鍛溫度較高，冷卻時(shí)局部或全部碰到冷卻水而急冷，鍛件的局部表面冷卻過快，造成鍛件表面冷卻過程局部的應(yīng)力過大，進(jìn)而造成組織開裂，往往在表面產(chǎn)生裂紋，這樣的裂紋被稱為鍛造濕裂。鍛件在產(chǎn)生裂紋后，溫度還在 800℃ 以上，因氧氣沿縫隙進(jìn)入造成裂紋兩側(cè)脫碳。組織為鐵素體，其形態(tài)特征是裂紋比較粗壯且一般呈多條形式存在，無明顯細(xì)尖端，比較圓鈍。

結(jié)合以上分析，可以判斷軸承失效原因?yàn)殄懺鞚窳选?/p>

6 結(jié)論

32216 軸承斷裂內(nèi)圈經(jīng)檢驗(yàn)化學(xué)成分、硬度、非金屬夾雜物、組織均符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)合軸承損壞形貌分析，內(nèi)圈斷口起源靠大端面處且較規(guī)整，斷口起源有氧化變色，并有表面脫碳現(xiàn)象，分析確定套圈鍛造過程中存在裂紋，即鍛造濕裂，后續(xù)加工過程未及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，軸承安裝到試驗(yàn)軸時(shí)受力的作用，引起套圈斷裂失效。