调心滚子轴承内外圈剥离失效分析_纪云巧.pdf

调心滚子轴承内外圈剥离失效分析纪云巧摘要：针对调心滚子轴承外圈一列载荷区发生剥离、内圈一列沿圆周方向均发生剥离的现象，采用化学成分分析、金相组织检验及洛氏硬度检验等技术，对调心滚子轴承外圈和内圈剥离原因进行了分析。结果表明：调心滚子轴承内圈剥离位置有多处网状碳化物超标，该网状碳化物严重破坏了金属基体的连续性，并增加了基体脆性。内圈在该位置易产生剥离，当内圈剥离后剥离物进入滚道，导致外圈在载荷区发生剥离。关键词：剥离；网状碳化物；化学成分；金相组织；洛氏硬度中图分类号：TG142.15 文献标识码：B 文章编码：1672-4852（2023）02-0032-04Failure Analysis of Inner and Outer Rings Peeling in Spherical Roller Bearing收稿日期：作者简介：2023-02-03纪云巧（1986），女，高级工程师。JI Yunqiao(Engineering Center of Wafangdian Bearing Group Co.,Ltd.,Wafangdian 116300,China)Abstract:The peeling occurred in the load zone of the outer ring of the spherical roller bearing,while the peeling occurred in the inner ring along the circumferential direction.The reasons for the peeling of the outer and inner rings of the spherical roller bearing were analyzed using techniques such as chemical composition analysis,metallographic examination,and Rockwell hardness testing.The results show that there are multiple network carbides at the peeling position of the inner ring of the spherical roller bearing that exceed the standard.This network carbides seriously damage the continuity of the metal matrix and increase the brittleness of the matrix.The inner ring is prone to peeling at this position.When the inner ring peels off,the peeled material enters the raceway,causing the outer ring to peel off in the load zone.Key words:peeling;network carbide;chemical composition;microstructure;Rockwell hardness（瓦房店轴承集团有限责任公司 工程中心，辽宁 瓦房店 116300）1 前言调心滚子轴承主要应用于钢铁、矿山、造纸、船舶、纺织机械、电力等行业的各种机械设备中，是机械工业中使用最为广泛的一类轴承。该类轴承除承受径向载荷外，还可以承受双向轴向载荷及其联合载荷，承载能力较大，同时具有较好的抗震动、抗冲击能力。某轴承公司提供给客户的调心滚子轴承在风场运行时出现故障，经在客户基地拆解，内外圈滚道表面有疲劳剥离，滚子、保持架完整。轴承损坏形貌如图 1-3 所示。2 轴承宏观检测第 44 卷第 2 期2 0 2 3 年 6 月Vol.44 No.2Jun.2 02 3哈 尔 滨 轴 承JOURNAL OF HARBIN BEARING图 1 轴承外圈失效形貌图 2 轴承内圈失效形貌33该轴承外圈一列载荷区发生剥离，另一列无明显损坏痕迹，如图 1 所示。内圈一列滚道面沿圆周方向均发生剥离，该列与外圈剥离列对应，另一列滚道面发生变色，如图 2 所示。滚子外径局部有擦伤，如图 3 所示。3 轴承微观检测图 3 滚子失效形貌3.1 化学成分检测采用ARL4460直读光谱分析仪按 GB/T43362016碳素钢和中低合金钢 多元素含量的测定 火花放电原子发射光谱法（常规法）对试样进行检测。根据图纸，外圈、内圈和滚子试样材料牌号为标准GB/T182542016高碳铬轴承钢中的GCr15SiMnA，检验结果见表 1。根据检测结果，外圈、内圈、滚子试样的化学成分均符合GB/T182542016高碳铬轴承钢标准要求。3.2 性能检测采用HR-150A洛氏硬度计（检测范围：2067 HRC），按GB/T230.12018金属材料洛氏硬度试验方法对外圈、内圈、滚子试样进行检测，检测结果见表 2。根据图纸，外圈、内圈、滚子试样硬度符合JB/T12552014滚动轴承 高碳铬轴承钢零件 热处理技术条件标准要求。产品名称元素CSSiPMnCrCuNiMoAlTiCa(标准值)0.951.05 0.020 0.450.75 0.020 0.951.25 1.401.65 0.20 0.25 0.10 0.050 0.003 0 0.001 0外圈(实测值)0.980.0010.530.0051.051.420.100.070.020.0010.000 90.000 2内圈0.960.0010.530.0031.001.450.120.080.020.0030.000 80.000 2滚子0.980.0010.620.0061.101.500.110.120.030.0020.001 70.000 4表 1 化学成分检测结果（质量分数）%3.3 非金属夹杂物检测采用LEICA DMRXE金相显微镜按GB/T105612005钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法对试样进行检测，检测结果见表 3。根据检测结果，送检试样非金属夹杂物符合GB/T182542016高碳铬轴承钢标准要求。表 2 硬度检测结果 HRC产品名称标准值实测值外圈596460.3 60.9 61.2内圈586358.8 59.0 59.1滚子586461.3 61.5 61.93.4 金相组织检测采用LEICA DMRXE金相显微镜按JB/T12552014滚动轴承 高碳铬轴承钢零件 热处理技术条件和图纸对外圈、内圈、滚子试样进行检测，检测结果见表 4。根据检测结果，内圈网状碳化物超标，其余组织均符合JB/T12552014滚动轴承 高碳铬轴承钢零件 热处理技术条件和图纸要求，组织照片见图 48。产品名称检测项目A 类B 类C 类D 类Ds细系粗系细系粗系细系粗系细系粗系(标准值)2.5 1.5 2.0 1.0 0 0 1.0 0.5 1.5外圈(实测值)1.00.500000.500内圈0.5000000.500滚子0.5000000.500表 3 非金属夹杂物检测结果级级表 4 显微组织检测结果产品名称 检测项目淬火马氏体屈氏体网状碳化物距工作面3mm 以内距工作面3mm 以外外圈标准值14 1不予控制 2.5实测值3 1/2.5内圈标准值14 2不予控制 2.5实测值3 1/2.5滚子标准值14 2不予控制 2.5实测值3 1/2第 2 期纪云巧：调心滚子轴承内外圈剥离失效分析34内圈剥离位置有多处网状碳化物超标，如图9 所示。图 4 外圈显微组织 500图 5 外圈网状碳化物组织 500图 6 内圈显微组织 500图 7 滚子显微组织 500图 8 滚子网状碳化物组织 500（a）内圈剥离位置 1 网状碳化物组织 500（b）内圈剥离位置 2 网状碳化物组织 500（c）内圈剥离位置 3 网状碳化物组织 500哈 尔 滨 轴 承第 44 卷35（d）内圈剥离位置 4 网状碳化物组织 500图 9 内圈网状碳化物组织4 分析与讨论经上述理化检验可知，内圈网状碳化物超标，其余组织均符合标准要求。检测内圈剥离位置，发现多处网状碳化物超标，该网状碳化物严重破坏了金属基体的连续性，并增加基体脆性。内圈在该位置易产生剥离，当内圈剥离后，剥离物进入滚道，导致外圈在载荷区发生剥离。该内圈产品加工过程中，其原材料锻造时如存在加热温度高、停锻温度高或冷却方式不合理等情况，都会造成碳化物沿晶界呈网状析出，形成网状碳化物。5 结语锻造对零件最终热处理的组织和性能影响很大1，降低锻造的加热温度、降低停锻温度、提高辗环完成后的冷却速度可以减少网状碳化物的形成2-3。轴承零件加工过程中要严格执行锻造工艺，控制锻造加工过程质量。参考文献：1 仇亚军,叶健熠,张娟娟.GCr15钢网状碳化物对其冲击性能的影响J.轴承,2008(4):28-31.2 县晓明,叶健熠,折文革.GCr15钢中网状碳化物在锻造及热处理过程中的形态变化J.轴承,2012(8):37-40.3 杨晨星,宋华华,李付伟,等.高碳铬轴承钢网状碳化物的析出规律研究J.热处理技术及装备,2022,43(05):29-32.（编辑：李继霞）低、中、高频振动均有改善，提高了产品相应振动等级的合格率，提升了轴承整体静音效果。综上所述，2 号专用轴承润滑脂是比较适合某型轴承使用的低噪声润滑脂。参考文献：1 李英姿,杨启餑,刘晓峰.几种油性剂减摩性能的探讨J.石油炼制与化工,2000,31(2):41-43.（编辑：李继霞）（上接第 31 页）第 2 期纪云巧：调心滚子轴承内外圈剥离失效分析