滾動軸承套圈溝道表面坑點淺析

陳掌娥，沈張宇，李興林，吳加鍬，陳炳順

（1.杭州軸承試驗研究中心（聯合國援助）有限公司博士后工作站，杭州 310022；2.機械工業(yè)軸承產品質量檢測中心（杭州）ISO/IEC 檢測/校準 CNAS L 0309，杭州 310022；3.杭州誠信汽車軸承有限公司，杭州 310024；4.杭州德奔汽車部件有限公司，杭州 311411）

1 前言

滾動軸承作為關鍵基礎零部件，直接決定重大裝備和主機產品的性能、質量及可靠性，生產企業(yè)必須對影響產品質量的各個因素進行全面監(jiān)控，保證這種因素的變化對工序質量不會造成不利影響。滾動軸承的滾道作為工作表面，其表面質量對成品軸承產生很大的影響，即使?jié)L動表面存在微米級的缺陷，都會影響整個系統(tǒng)的使用性能和軸承的正常壽命[1][2]。軸承若在磨削加工過程中工藝控制不當，或者生產工序環(huán)節(jié)中疏忽管理，都可能會導致成品軸承因缺陷原因造成軸承振動噪聲過大而無法正常使用[3][4]。

2 檢測

本文針對兩個不同的 6206 軸承內圈缺陷（兩個內圈皆已加工至合套前狀態(tài)，還未到最終成品，分別編號為 1# 和 2# 樣品），采用硬度、金相、化學成分、掃描電鏡等方法對溝道表面坑點狀缺陷進行檢測，分析兩種缺陷產生的原因。

2.1 體視顯微鏡觀察

觀察 1# 樣品溝道部位，目測可見多處坑點缺陷；在顯微鏡下放大觀察，發(fā)現缺陷小坑伴有曳尾痕跡，典型的缺陷見圖 1 所示。觀察 2# 樣品溝道部位，目測也可見有多處坑點;在顯微鏡下放大觀察，坑點未見曳尾痕跡，典型的缺陷見圖 2 所示。

圖1 1#樣品溝道缺陷圖片（100×）

圖2 2#樣品溝道缺陷圖片（100×）

2.2 洛氏硬度檢測

依據 JB/T 7361—2007《滾動軸承 零件硬度試驗方法》標準要求，采用洛氏硬度計對 1# 樣品和 2# 樣品分別進行洛氏硬度檢測，檢測結果見表 1。兩個樣品均符合 GB/T 34891—2017《滾動軸承 高碳鉻軸承鋼零件 熱處理技術條件》標準淬回火技術要求。

表1 硬度檢測結果表

2.3 非金屬夾雜物檢測

依據 GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢驗法》標準，采用金相顯微鏡對 1# 樣品和 2# 樣品分別進行非金屬夾雜物檢測，檢測結果見表 2。兩個樣品均符合GB/T 18254—2016《高碳鉻軸承鋼》標準優(yōu)質鋼技術要求。

表2 非金屬夾雜物檢測結果表 級

2.4 金相組織檢測

依據 GB/T 34891—2017《滾動軸承 高碳鉻軸承鋼零件 熱處理技術條件》標準，采用金相顯微鏡對 1# 樣品和 2# 樣品進行顯微組織和網狀碳化物組織檢驗，檢測結果見表 3，顯微組織分別見圖 3 和圖 4。兩個樣品均符合 GB/T 34891—2017《滾動軸承 高碳鉻軸承鋼零件 熱處理技術條件》標準淬回火技術要求。

表3 顯微組織、網狀碳化物檢測結果表

圖3 1#樣品顯微組織圖（1000×）

圖4 2#樣品顯微組織圖（1000×）

2.5 化學成分檢測

依據 GB/T 4336—2016 《碳素鋼和中低合金鋼 多元素含量的測定 火花放電原子發(fā)射光譜法（常規(guī)法）》標準要求，采用光譜儀對 1# 樣品和 2# 樣品進行化學成分檢驗，檢測結果見表4。兩個樣品原材料鋼種均為 GCr15 牌號，化學成分均符合 GB/T 18254—2016《高碳鉻軸承鋼》標準 GCr15 優(yōu)質鋼技術要求。

表4 化學成分含量檢測結果表

2.6 掃描電鏡及能譜分析

掃描電鏡下觀察 1# 樣品缺陷形貌如圖 5 所示，可見缺陷頭部有夾雜物存在，對此處進行能譜分析，發(fā)現含有較多 Al、O 等元素，見圖 6。

圖5 1#樣品缺陷電鏡形貌

圖6 1#樣品缺陷能譜分析結果

掃描電鏡下觀察 2# 樣品缺陷形貌如圖 7 所示，對缺陷及基體區(qū)域進行能譜分析，發(fā)現樣品缺陷處（譜圖 1、譜圖 2）檢測出基體（譜圖3）未檢出的 S、Cl、Na、O、Ba 元素，見圖 8—10 所示。

圖7 2#樣品缺陷電鏡形貌

圖8 2#樣品缺陷（譜圖1）能譜分析結果

圖9 2#樣品缺陷（譜圖2）能譜分析結果

圖10 2#樣品基體（譜圖3）能譜分析結果

3 分析與討論

通過上述方法檢測，兩個樣品硬度、金相組織、非金屬夾雜物及化學成分檢測結果均符合相關技術要求，表明樣品缺陷由熱處理質量及材料本身產生的可能性不大。1# 樣品坑點頭部檢測出 Al、O 等元素，且含量較高，而目前軸承零件超精用油石主磨料主要成分為 Al2O3和 SiO2。因與油石成分基本匹配，結合缺陷形貌判斷 1# 樣品溝道坑點應為加工過程中大磨粒脫落或其它外來雜質顆粒侵入，在磨削表面引起刮傷所致[5]。2# 樣品缺陷區(qū)域均檢測出基體未檢出的 S、Cl、Na、O、Ba 元素。因含易發(fā)生腐蝕的元素成分，結合形貌判斷 2# 樣品溝道坑點應為外來腐蝕性物質殘留在軸承工作表面未被去除干凈而引起的腐蝕坑[6]。

綜合上述分析套圈缺陷產生的原因，軸承企業(yè)應在超精加工時合理選用油石質量[7]、避免外部硬顆粒的侵入；嚴禁軸承及零件接觸腐蝕性物質，在車、磨、熱處理等工序中加強生產現場管理，避免偶發(fā)因素引起軸承的腐蝕[3]。

4 結束語

通過硬度、金相、非金屬夾雜物、電鏡及能譜等方法對兩個不同的軸承套圈溝道表面坑點缺陷進行了檢測，分析出套圈溝道表面的坑點缺陷分別由加工缺陷和腐蝕物質所致，建議生產企業(yè)合理選擇油石，在各工序中加強環(huán)境管理，避免產品出現類似缺陷，從而保障軸承的產品質量。