吳松林,倪亞紅
(錢潮軸承有限公司,杭州 311215)
RNNCS6/38V為雙列無外圈圓柱滾子軸承,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??蛻舴答佪S承在試車過程中有異響,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)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渡,無銳角,如圖6所示。
圖6 碎裂處越程槽形狀
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。
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》檢測內(nèi)圈化學(xué)成分,數(shù)據(jù)見表1,結(jié)果合格。
采用HR-150A洛氏硬度計(jì)、Axiovert 40 mat顯微鏡、JD18測長儀、D923軸儀、杠桿齒輪比較儀等檢測設(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)行檢查和評定,數(shù)據(jù)見表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)未見脫碳、增碳、燒傷、過燒、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×)
在連續(xù)式網(wǎng)帶回火爐上對失效的軸承內(nèi)圈進(jìn)行160 ℃×4 h回火,檢測內(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。
(1)通過對軸承材料、熱處理和與軸承碎裂可能相關(guān)的尺寸等項(xiàng)目檢測,未發(fā)現(xiàn)軸承自身存在可能引起擋邊碎裂的缺陷。
(2)通過對軸承的外觀檢查,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)場了解軸承安裝的過程如下: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階面接觸為止,此過程擋邊承受打具傳來的不均勻的沖擊力。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應(yīng)關(guān)系,可初步確定:在以敲打方式安裝軸承的過程中,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大。在內(nèi)圈被沖擊加速移動(dòng)過程中,擋邊受到來自滾子的反沖擊力,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),致使擋邊過載碎裂。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn),驗(yàn)證了此分析結(jié)果。
(1)通過對失效軸承進(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程中局部產(chǎn)生的沖擊力過載所致。
(2)軸承的尺寸精度對軸承的噪聲和壽命影響較大,GCr15材料屬過共析鋼,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。