研磨退火引发的轴承套断裂
2010-06-18作者：崔约贤；王长利；曾 岗(哈尔滨工业大学分析测试中心)
卢延欣，李潮丹(哈尔滨轴承集团公司)
卢延欣，李潮丹(哈尔滨轴承集团公司)
摘 要：对失效轴承套进行了分析，认为导致轴承套断裂的原因是轴承内套大挡边非正常研磨使大挡边局部退火，造成局部硬度降低，同时研磨使零件表面产生了一定的塑性流动，形成沟槽形貌。在运转中磨损沟漕处萌生裂纹，导致断裂。
关键词：轴承套；研磨；退火；疲劳断裂
1 引言
某车辆齿轮箱的主动斜齿轮，转速1400～1800r/min，润滑方式为飞溅润滑，使用中轴承内套大挡边发生断裂。采用S2570扫描电子显微镜、能谱仪及金相显微镜等对失效件进行了综合分析。
2 检验
2.1 化学成分分析
在断裂轴承套上取样进行化学成分分析，结果见表1，其成分符合要求。
关键词：轴承套；研磨；退火；疲劳断裂
1 引言
某车辆齿轮箱的主动斜齿轮，转速1400～1800r/min，润滑方式为飞溅润滑，使用中轴承内套大挡边发生断裂。采用S2570扫描电子显微镜、能谱仪及金相显微镜等对失效件进行了综合分析。
2 检验
2.1 化学成分分析
在断裂轴承套上取样进行化学成分分析，结果见表1，其成分符合要求。
2.2 宏观断口分析
图1为轴承内套示意图，断口沿轴线方向与内套圆周线相垂直，断口附近无塑性变形痕迹。断口分两个区，一是为从顶端开始的平坦区，约占整个断口的2/3；另一区为略有起伏的瞬断区。整个套圈比较光亮。仔细观察，轴套大挡边有过热氧化色，由外侧到内侧从蓝色过渡到黄色。用放大镜观察，在大挡边边缘可见研磨塑性流动造成的沟槽。
图1为轴承内套示意图，断口沿轴线方向与内套圆周线相垂直，断口附近无塑性变形痕迹。断口分两个区，一是为从顶端开始的平坦区，约占整个断口的2/3；另一区为略有起伏的瞬断区。整个套圈比较光亮。仔细观察，轴套大挡边有过热氧化色，由外侧到内侧从蓝色过渡到黄色。用放大镜观察，在大挡边边缘可见研磨塑性流动造成的沟槽。
2.3 硬度及分布
取轴承内套垂直与圆周线的截面，测定截面上的硬度分布，结果如图2所示。可以看出，内套大挡边顶端有氧化色处硬度明显降低。
取轴承内套垂直与圆周线的截面，测定截面上的硬度分布，结果如图2所示。可以看出，内套大挡边顶端有氧化色处硬度明显降低。
2.4 金相检验
光学显微镜下观察，研磨退火区域组织为回火屈氏体(见图3)，而正常组织应为回火马氏体+碳化物+残余奥氏体(见图4)。
光学显微镜下观察，研磨退火区域组织为回火屈氏体(见图3)，而正常组织应为回火马氏体+碳化物+残余奥氏体(见图4)。
图3 回火屈氏体 450×
图4 正常组织 450×
2.5 微观断口分析
扫描电镜下观察，裂纹源位于内套大挡边顶端，见图5。在裂纹源附近进行能谱分析，未见夹杂元素。在裂纹源区可见磨削沟槽，见图6。
扫描电镜下观察，裂纹源位于内套大挡边顶端，见图5。在裂纹源附近进行能谱分析，未见夹杂元素。在裂纹源区可见磨削沟槽，见图6。
图5 裂纹源
图6 源区磨削沟槽
3 分析
圆锥滚柱轴承在工作时受轴向和径向力作用，但主要为轴向力。正常工作状态下滚柱与内套大挡边中间有润滑油，无研磨条件。但若润滑不良且受到某种非正常工作状态引起的外力的作用，就可能发生意外的研磨现象，例如安装时轴线偏斜、载荷偏载、滚柱间隙不当等原因，使滚柱与内套大挡边接触，在无润滑高速滑动接触的摩擦作用下，被研磨部分就会有瞬时的温升。本例轴承的大挡边经历了研磨历程，致使其外侧温度急剧升高，从失效件颜色及硬度变化情况看，温度曾达400℃左右，造成了局部退火，使局部硬度降低(裂纹源区的局部硬度由原来的61HRC降至47～53HRC)并产生一定的热应力。由于工作状态的不利变化，在周向拉应力作用下导致在顶端沟槽处萌生裂纹，并在周期应力作用下裂纹发生疲劳扩展，Z终导致断裂。
4 结论
轴承套断裂系轴承内套大挡边非正常研磨使大挡边发生局部退火，造成局部硬度降低所致。
圆锥滚柱轴承在工作时受轴向和径向力作用，但主要为轴向力。正常工作状态下滚柱与内套大挡边中间有润滑油，无研磨条件。但若润滑不良且受到某种非正常工作状态引起的外力的作用，就可能发生意外的研磨现象，例如安装时轴线偏斜、载荷偏载、滚柱间隙不当等原因，使滚柱与内套大挡边接触，在无润滑高速滑动接触的摩擦作用下，被研磨部分就会有瞬时的温升。本例轴承的大挡边经历了研磨历程，致使其外侧温度急剧升高，从失效件颜色及硬度变化情况看，温度曾达400℃左右，造成了局部退火，使局部硬度降低(裂纹源区的局部硬度由原来的61HRC降至47～53HRC)并产生一定的热应力。由于工作状态的不利变化，在周向拉应力作用下导致在顶端沟槽处萌生裂纹，并在周期应力作用下裂纹发生疲劳扩展，Z终导致断裂。
4 结论
轴承套断裂系轴承内套大挡边非正常研磨使大挡边发生局部退火，造成局部硬度降低所致。
