吳松林，倪亞紅

(錢(qián)潮軸承有限公司，杭州 311215)

1 軸承檢查

RNNCS6/38V為雙列無(wú)外圈圓柱滾子軸承，材料為GCr15鋼，由內(nèi)圈、卡簧、2列滾子和2個(gè)隔圈組成，如圖1所示。軸承外工作面為行星齒輪的內(nèi)徑面?？蛻?hù)反饋軸承在試車(chē)過(guò)程中有異響，拆卸后發(fā)現(xiàn)內(nèi)圈擋邊局部碎裂，如圖2所示。軸承失效的原因分析如下。

1.1 外觀檢查

(1)在拆解失效軸承前，將發(fā)生擋邊碎裂的端面向上，軸承旋轉(zhuǎn)靈活，無(wú)卡滯現(xiàn)象。

(2)內(nèi)圈端面及內(nèi)、外倒角均未發(fā)現(xiàn)明顯的機(jī)械損傷。

圖1 軸承和行星齒輪結(jié)構(gòu)

圖2 軸承擋邊碎裂

(3)碎裂擋邊的工作面上存在4處等距離的弧痕，如圖3所示。

圖3 擋邊工作面上的弧痕

(4)內(nèi)圈擋邊碎裂部位對(duì)應(yīng)的滾道面上同樣存在5處等距離的軸向印痕，如圖4所示。

圖4 內(nèi)圈滾道上的印痕

(5)與碎裂擋邊一側(cè)配對(duì)的隔圈，其端面局部也有5處等距離的弧痕，如圖5所示，采用Taylor輪廓儀測(cè)量該弧痕最大深度為0.015 mm。

圖5 隔圈上的弧痕

(6)碎裂擋邊與滾道面間的越程槽為圓弧過(guò)渡，無(wú)銳角，如圖6所示。

圖6 碎裂處越程槽形狀

1.2 斷口檢查

內(nèi)圈小擋邊的斷口情況如圖7和圖8所示，斷裂延伸至越程槽內(nèi)，斷面上未見(jiàn)粗晶粒、斑點(diǎn)、夾雜及銹蝕等缺陷，斷口依據(jù)JB/T 1255—2001《高碳鉻軸承鋼滾動(dòng)軸承零件熱處理技術(shù)條件》評(píng)定為合格。

圖7 小擋邊斷口

圖8 內(nèi)圈小擋邊碎裂區(qū)

從斷裂面上可清晰地觀察到較多的放射狀條紋，這是裂紋的擴(kuò)展區(qū)。依據(jù)斷口理論的判別方法即放射狀條紋收斂方向的終點(diǎn)為裂紋源，可確定與圖8滾道面上的一處軸向印痕相對(duì)應(yīng)的斷面區(qū)為裂紋源區(qū)。放射狀條紋發(fā)散至消失的最后斷裂區(qū)域可見(jiàn)明顯的剪切唇區(qū)(即瞬斷區(qū))。據(jù)此可以確定裂紋產(chǎn)生于擋邊面內(nèi)側(cè)的越程槽內(nèi)，并向端面方向擴(kuò)展至碎裂。

1.3 內(nèi)圈化學(xué)成分檢測(cè)

采用JY56E火花發(fā)射光譜分析儀，依據(jù)GB/T 18254—2002《高碳鉻軸承鋼》檢測(cè)內(nèi)圈化學(xué)成分，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，結(jié)果合格。

1.4 材料熱處理質(zhì)量和關(guān)鍵尺寸的檢測(cè)

采用HR-150A洛氏硬度計(jì)、Axiovert 40 mat顯微鏡、JD18測(cè)長(zhǎng)儀、D923軸儀、杠桿齒輪比較儀等檢測(cè)設(shè)備，依據(jù)JB/T 1255—2001《高碳鉻軸承鋼滾動(dòng)軸承零件熱處理技術(shù)條件》、GB/T 18254—2002《高碳鉻軸承鋼》和產(chǎn)品圖紙要求，對(duì)內(nèi)圈、滾子和隔圈等零件的金相組織、硬度、材料及尺寸等進(jìn)行檢查和評(píng)定，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2和表3，結(jié)果均合格。

表1 內(nèi)圈化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

表2 內(nèi)圈和滾子檢測(cè)結(jié)果

表3 隔圈硬度及可能引起擋邊碎裂的相關(guān)部位尺寸

內(nèi)圈金相組織如圖9所示。擋邊碎裂起源區(qū)未見(jiàn)脫碳、增碳、燒傷、過(guò)燒、碳化物異常和原始裂紋等質(zhì)量缺陷，如圖10所示。

圖9 內(nèi)圈組織(500×)

圖10 碎裂擋邊區(qū)(500×)

1.5 回火穩(wěn)定性試驗(yàn)

在連續(xù)式網(wǎng)帶回火爐上對(duì)失效的軸承內(nèi)圈進(jìn)行160 ℃×4 h回火，檢測(cè)內(nèi)圈硬度為62 HRC，較回火前低0.5 HRC。依據(jù)JB/T 1255—2001《高碳鉻軸承鋼滾動(dòng)軸承零件熱處理技術(shù)條件》要求，二次回火后零件硬度最大落差不大于1.0 HRC，故內(nèi)圈回火穩(wěn)定性合格。

2 失效原因分析

(1)通過(guò)對(duì)軸承材料、熱處理和與軸承碎裂可能相關(guān)的尺寸等項(xiàng)目檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)軸承自身存在可能引起擋邊碎裂的缺陷。

(2)通過(guò)對(duì)軸承的外觀檢查，并結(jié)合軸承的結(jié)構(gòu)，分析認(rèn)為碎裂擋邊面、滾道面和隔圈端面上的等距印痕均由滾子碰撞引起。

(3)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)了解軸承安裝的過(guò)程如下：先徒手將軸承裝入行星齒輪，軸承外的塑料保持套隨即剝離，此過(guò)程軸承擋邊不受任何外力；隨后將帶行星齒輪的軸承水平置于軸的端面上，在軸承內(nèi)圈端面上垂直放一打具，以銅錘手工方式敲擊打具，直至軸承的下端面與軸的臺(tái)階面接觸為止，此過(guò)程擋邊承受打具傳來(lái)的不均勻的沖擊力。檢查發(fā)現(xiàn)，打具與軸承相接觸的端面外圓部分已嚴(yán)重塌邊。

據(jù)此并結(jié)合內(nèi)圈滾道面和擋邊上的滾子印痕與裂紋源的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可初步確定：在以敲打方式安裝軸承的過(guò)程中，由于施加的沖擊力大小不均，且打具與軸承端面發(fā)生偏斜，致使擋邊局部沖擊載荷過(guò)大。在內(nèi)圈被沖擊加速移動(dòng)過(guò)程中，擋邊受到來(lái)自滾子的反沖擊力，由于打具端面外側(cè)塌邊，該部位不能減緩內(nèi)圈擋邊承受的反沖擊力，擋邊局部產(chǎn)生懸臂梁效應(yīng)，致使擋邊過(guò)載碎裂。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證了此分析結(jié)果。

3 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)失效軸承進(jìn)行外觀、斷口、材料熱處理質(zhì)量、外形尺寸等的檢查、分析及驗(yàn)證，確定軸承擋邊碎裂是由安裝過(guò)程中局部產(chǎn)生的沖擊力過(guò)載所致。

(2)軸承的尺寸精度對(duì)軸承的噪聲和壽命影響較大，GCr15材料屬過(guò)共析鋼，在淬火加低溫回火后材料的脆性明顯高于中低碳鋼，因此在安裝過(guò)程中，應(yīng)盡可能采用壓裝的方式，以避免軸承尺寸精度受到破壞或軸承碎裂。