22324軸承內(nèi)圈滾道面開裂原因分析

王學(xué)平，鄧有云

(六安滾動(dòng)軸承有限公司，安徽 六安 237161)

1 存在的問題

某一22324軸承內(nèi)圈，系由GCr15鋼制造，采用常規(guī)淬、回火工藝進(jìn)行熱處理。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裂及翹皮現(xiàn)象，其開裂形貌如圖1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。

圖1 裂紋形貌

2 檢驗(yàn)

2.1 金相檢驗(yàn)

從出現(xiàn)開裂的軸承套圈上切取一塊試樣(將裂紋沿縱向解剖)，制備成金相試樣后，放置在光學(xué)顯微鏡下觀察并按照J(rèn)B/T1255-2001標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定，結(jié)果如下：

(1)滾道表面存在嚴(yán)重的二次淬火層和高溫回火層，二次淬火層深度約0.2 mm，高溫回火層深度約1.0 mm。金相組織見圖2。

圖2 二次淬火層+高溫回火層金相組織

(2)裂紋起源于滾道表面的高溫回火層，深度約2.5 mm，其形貌見圖1和圖3[1]。

(3)裂紋兩側(cè)未發(fā)現(xiàn)有脫貧碳現(xiàn)象(圖3)。

圖3 裂紋兩側(cè)無脫碳

(4)內(nèi)圈的淬回火馬氏體組織為4級(jí)，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 熱酸洗檢驗(yàn)

將線切割過程中表面發(fā)生脫落的試樣按照J(rèn)B/T1255-2001標(biāo)準(zhǔn)附錄C進(jìn)行熱酸洗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：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，見圖4。

圖4 熱酸洗后滾道面裂紋形貌

3 結(jié)果分析

在熱處理過程中，內(nèi)圈滾道面往往會(huì)因?yàn)檩^深的車刀痕、熱處理組織過熱或因返修致使表面嚴(yán)重脫碳而產(chǎn)生裂紋[2]。在磨削過程中，也會(huì)因?yàn)槟ハ鳠岫a(chǎn)生磨削裂紋。磨削熱與砂輪磨削力和磨削速度成正比。由于磨削力和磨削速度很大，因此，磨削熱會(huì)很大，瞬間溫度可達(dá)800～1 500 ℃。在磨削過程中，如果散熱措施不好，很容易造成工件表面燒傷，而GCr15軸承鋼是導(dǎo)熱性較差的材料，操作不當(dāng)很容易燒傷。此外，工件表面高溫也容易造成工件表面發(fā)生二次淬火，產(chǎn)生較大的應(yīng)力而引起裂紋[3]。熱處理裂紋的特點(diǎn)是裂紋一般較深且細(xì)，裂紋兩側(cè)沒有脫碳；而磨削裂紋一般較淺，裂紋兩側(cè)無脫碳，燒傷層金相組織會(huì)因二次淬火及高溫回火而發(fā)生明顯的變化。

根據(jù)受檢內(nèi)圈金相組織和裂紋形貌初步判斷如下：(1)裂紋兩側(cè)無脫碳，裂紋產(chǎn)生于熱處理或磨削工序；(2)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，說明該側(cè)滾道面在磨削過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。

由以上分析可以確定，送檢的22324軸承內(nèi)圈滾道面裂紋為磨削裂紋，其是造成滾道面開裂及翹皮的主要原因。

4 預(yù)防措施

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)。可以采取的預(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[3]，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。

因此，采取的措施是：(1)精心調(diào)整設(shè)備，杜絕大進(jìn)給量磨削，采用均勻進(jìn)給，小火花磨削，2 s無火花光磨加緩慢退刀的操作規(guī)程。(2)確保冷卻液對(duì)試件進(jìn)行充分而均勻的冷卻。(3)選用硬度級(jí)別為J，組織號(hào)為6的橡膠砂輪。

通過采取上述措施后，再未出現(xiàn)類似的滾道面磨削開裂及翹皮現(xiàn)象。