軸承套圈常見(jiàn)開(kāi)裂宏觀形貌及原因

軸承套圈是軸承組成零件中重要部分之一，其軸承使用過(guò)程中，軸承套圈開(kāi)裂、斷裂是常見(jiàn)的一種損壞形式，有些軸承在早期使用過(guò)程中套圈就進(jìn)行開(kāi)裂，有的軸承在使用過(guò)程中因?yàn)槠诙鴶嗔?，下?a href=http://m.graphenearc.com/About-us.html target='_blank'>愛(ài)斯艾爾軸承（ASAL）根據(jù)對(duì)軸承知識(shí)的了解，來(lái)分享出日常生活中，我們常見(jiàn)到一些軸承套圈開(kāi)裂的真正的原因。

1、深溝球軸承外圈開(kāi)裂宏觀形貌圖及原因

軸承外圈發(fā)生斷裂，斷面基本垂直于表面，斷面起始于圖中滾道右側(cè)的外內(nèi)徑下表面，向外表面并向左側(cè)快速擴(kuò)展至斷裂。軸承外圈斷口沒(méi)有明顯的塑性變形，呈脆性的斷裂特征.

經(jīng)過(guò)分析，該軸承套圈在熱處理過(guò)程中，熱處理爐內(nèi)的保護(hù)氣氛是多種氣體的混合物，有氧化性氣體、中性氣體、還原性氣體和滲碳性氣體等。在高溫下加熱時(shí)其化學(xué)反應(yīng)很復(fù)雜，不論是脫碳反應(yīng)，還.是增碳反應(yīng)，除自由氧原子的參與外，都能在一定條件下達(dá)到平衡，甚至進(jìn)行可逆反應(yīng)。爐內(nèi)碳勢(shì)的高低，對(duì)滲碳層厚度、含碳量以及碳濃度梯度有很大的影響。

一般來(lái)說(shuō)，爐內(nèi)碳勢(shì)越高，碳濃度梯度越陡，形成粗大和網(wǎng)狀碳化物的傾向越大。為了避免碳勢(shì)過(guò)高，引起軸承套圈表面增碳現(xiàn)象，熱處理時(shí)不能急劇加熱，需采用適當(dāng)?shù)募訜釡囟?，使鋼的晶粒不長(zhǎng)大為好。正確選擇和設(shè)計(jì)加熱介質(zhì)、加熱速度、加熱溫度和保溫時(shí)間等加熱參數(shù)；嚴(yán)格控制爐溫均勻性，不能波動(dòng)過(guò)大。通過(guò)控制爐內(nèi)碳勢(shì)來(lái)嚴(yán)格控制軸承套圈的碳濃度及濃度梯度，從而保證套圈的熱處理質(zhì)量和使用壽命。

2、開(kāi)裂的軸承套圈的宏觀形貌及原因

軸承時(shí)在使用過(guò)程中發(fā)生開(kāi)裂的，粗頭圈裂紋沿縱向發(fā)展并且較直，裂紋已經(jīng)穿透該軸承套圈壁厚，在其外壁課件環(huán)狀顏色較暗的氧化區(qū)域，黑色氧化區(qū)域帶寬約為26mm，同時(shí)在外壁可見(jiàn)許多大小不一、深淺不均的剝落凹坑，深度約為10.5mm。軸承套圈斷口上裂紋從凹坑底部向軸承套圈表面呈河流花樣擴(kuò)展，由此可見(jiàn)裂源在軸承套圈表面凹坑的底部或靠近底部位置。人為打開(kāi)斷口，打開(kāi)后的軸承套圈斷口宏觀形貌。

軸承套圈一旦發(fā)生接觸疲勞剝落將導(dǎo)致其失穩(wěn)，加之材料硬度高、脆性大，在局部剝落的區(qū)域開(kāi)始發(fā)生一次性脆性斷裂，即較直的宏觀裂紋，微觀斷口較平直，呈解理特征快速擴(kuò)展，且快速擴(kuò)展區(qū)域占斷口斷面的大部分區(qū)域。產(chǎn)生接觸疲勞的因素包括材料的組織結(jié)構(gòu)、表面強(qiáng)化工藝、工件表面粗糙度、潤(rùn)滑劑以及應(yīng)力等。通過(guò)分析可見(jiàn)，該工件組織均勻且正常、表面未經(jīng)強(qiáng)化處理，工件工作面上也未見(jiàn)較粗糙特征，在斷裂源處未見(jiàn)明顯的組織變化，故可以排除表面組織變化原因?qū)е陆佑|疲勞，即該軸承套圈表面產(chǎn)生接觸疲勞的原因可能是接觸應(yīng)力和循環(huán)應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生的微滑移共同作用的結(jié)果。

3、軸承外圈溝道表面開(kāi)裂宏觀形貌及原因

將某斷裂的軸承外圈進(jìn)行酸浸處理后，肉眼觀察可見(jiàn)溝道表面顯示嚴(yán)重的黑色燒傷斑痕跡與磨削方向基本垂直的平行分布的橫向裂紋,摔開(kāi)斷口上呈現(xiàn)月牙形燒傷層，斷口呈細(xì)瓷狀，由溝道處啟裂快速向里推進(jìn)至完全斷裂，

軸承外圈溝道表面平行狀裂紋屬典型的磨削裂紋，導(dǎo)致其磨削開(kāi)裂主要是由磨削量過(guò)大和磨削工藝條件惡劣等因素引起的；其次，軸承外圈回火不充分，亦增加了其磨削開(kāi)裂的敏感性。建議改進(jìn)軸承外圈的回火工藝，采用170C×4h回火，可減小磨削拉應(yīng)力，使金屬體積更趨穩(wěn)定；另磨削加工時(shí)需嚴(yán)格控制進(jìn)磨量，充分冷卻，及時(shí)修整砂輪，可有效防止磨削開(kāi)裂。

4、軸承內(nèi)圈溝道面開(kāi)裂宏觀形貌及原因

在粗磨內(nèi)圈滾道面后，經(jīng)磁粉探傷發(fā)現(xiàn)滾道的兩側(cè)，尤其是靠近油溝處出現(xiàn)許多細(xì)小裂紋，個(gè)別套圈還出現(xiàn)了多道較深的、垂直于砂輪磨削方向的開(kāi)裂及翹皮現(xiàn)象，其開(kāi)裂形貌如圖7所示。經(jīng)線切割后，還出現(xiàn)整塊材料從滾道面脫落現(xiàn)象。

經(jīng)過(guò)熱酸洗后，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈兩側(cè)滾道面均有裂紋，裂紋的形狀多為網(wǎng)狀，也有垂直于磨削方向的直線裂紋，

經(jīng)了解，可知軸承內(nèi)圈裂紋兩側(cè)無(wú)脫碳，裂紋產(chǎn)生于熱處理或磨削工序；滾道表面存在嚴(yán)重的二次淬火和高溫回火層，酸洗后裂紋分布呈網(wǎng)狀或與磨削方向垂直，而淬火馬氏體在合格范圍內(nèi)，因此,內(nèi)圈滾道面上的裂紋是磨削裂紋。內(nèi)圈一側(cè)滾道面上的裂紋較深，說(shuō)明該側(cè)滾道面在磨削過(guò)程中所承受的磨削應(yīng)力和熱應(yīng)力均較大，因而造成金屬脫落的面積及厚度也較大。

為避免磨削裂紋的產(chǎn)生就要減少磨削熱的產(chǎn)生和加速熱量的散發(fā)?？梢圆扇〉念A(yù)防措施有：

(1)選擇恰當(dāng)?shù)那邢饕?，進(jìn)行充分而均勻的冷卻。

(2)選擇合適的砂輪。在磨料確定的前提下，可選用硬度較低、組織號(hào)大的砂輪并及時(shí)修整，因?yàn)榇髿饪咨拜喿凿J性好，散熱性佳，可有效避免燒傷和磨削裂紋。

(3)合理選擇磨削進(jìn)給量，減小進(jìn)刀量，提高工件圓周速度也可降低磨削溫度，減少燒傷，從而避免磨削裂紋。

5、軸承齒圈開(kāi)裂宏觀形貌及原因

此軸承齒圈的斷裂位置位于其中一個(gè)螺栓孔處，并且沿著孔內(nèi)壁已經(jīng)裂透，截取斷口部位清洗后觀察，其宏觀形貌見(jiàn)圖9，可見(jiàn)孔內(nèi)壁存在銹蝕現(xiàn)象，且銹蝕不均勻，裂紋起源于螺栓孔內(nèi)壁銹蝕相對(duì)較嚴(yán)重的區(qū)域，呈多源特征，斷面上可見(jiàn)明顯的貝殼紋特征，并且裂紋擴(kuò)展區(qū)占整個(gè)斷口的95以上，瞬斷區(qū)靠近齒圈內(nèi)、外兩側(cè)，瞬斷區(qū)面積<5，且存在明顯的擦傷痕跡。

在低當(dāng)量應(yīng)力幅和長(zhǎng)壽命范圍內(nèi)，裂紋起始?jí)勖饕Q于裂紋起始門檻值。在同一當(dāng)量應(yīng)力幅下，裂紋起始門檻值越高，則裂紋起始?jí)勖介L(zhǎng)，要使材料具有高的裂紋起始門檻值，主要是提高其屈服強(qiáng)度。而該開(kāi)裂齒圈的屈服強(qiáng)度值低于技術(shù)要求值，即其疲勞壽命較短。

齒圈在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，于孔內(nèi)壁產(chǎn)生氧化腐蝕，并且不同的孔、孑L的不同部位氧化腐蝕深度不同，在腐蝕坑底部甚至還出現(xiàn)了微裂紋。

腐蝕坑以及微裂紋都使得材料的疲勞門檻值降低，同時(shí)在腐蝕坑以及微裂紋處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，所以當(dāng)齒圈服役中存在交變載荷的情況下，在腐蝕較深的腐蝕坑處首先萌生微裂紋，并且在后續(xù)使用過(guò)程中，在交變載荷的作用下裂紋以疲勞方式不斷擴(kuò)展。由于齒圈在受到工作應(yīng)力作用的同時(shí)還承受切向拉應(yīng)力的作用，一旦裂紋萌生，切向拉應(yīng)力會(huì)加速裂紋的擴(kuò)展；同時(shí)由于齒圈被固定在設(shè)備上，其兩側(cè)均被約束，故受到震動(dòng)的振幅較小，同時(shí)由于所受應(yīng)力較小，裂紋以疲勞擴(kuò)展的過(guò)程較長(zhǎng)，所以擴(kuò)展區(qū)占整個(gè)斷口面積的比例很大。