孫海洋，崔丹男，王曉敏

（1. 哈爾濱軸承集團(tuán)公司 質(zhì)量控制部，黑龍江 哈爾濱 150036；2. 哈爾濱健力精密機(jī)械制造有限公司, 黑龍江 巴彥151800）

GCr15鋼制φ40mm×50mm滾子破壞分析

孫海洋1，崔丹男1，王曉敏2

（1. 哈爾濱軸承集團(tuán)公司 質(zhì)量控制部，黑龍江 哈爾濱 150036；2. 哈爾濱健力精密機(jī)械制造有限公司, 黑龍江 巴彥151800）

通過(guò)對(duì)已損壞的φ40mm×50mm滾子從顯微組織、硬度和鋼種等方面進(jìn)行試驗(yàn)和分析，發(fā)現(xiàn)熱處理淬火組織不良、硬度低、淬硬層淺是導(dǎo)致滾子早期損壞的主要原因；材料中的碳化物網(wǎng)狀不合格和使用中的冷作硬化對(duì)滾子也會(huì)產(chǎn)生不良影響。

疲勞破壞；屈氏體；冷作硬化；網(wǎng)狀碳化物

1 前言

滾動(dòng)軸承壽命是衡量軸承質(zhì)量最重要的技術(shù)指標(biāo)，它與材料及熱處理質(zhì)量好壞關(guān)系極大，如果材料或熱處理質(zhì)量不好、把關(guān)不嚴(yán)，不僅軸承壽命達(dá)不到要求，而且會(huì)在使用中造成嚴(yán)重后果。通過(guò)對(duì)軋機(jī)軸承滾子故障分析，證明某廠軸承部件生產(chǎn)確實(shí)存在較大的質(zhì)量問(wèn)題。要保證軸承質(zhì)量就必須嚴(yán)格控制材料質(zhì)量，生產(chǎn)廠要有可靠的工藝規(guī)范和相應(yīng)的質(zhì)量保證措施，才能生產(chǎn)出讓用戶滿意的合格產(chǎn)品。

2 試驗(yàn)分析

2.1 軸承破壞情況

GCr15鋼制φ40mm×50mm滾子用于軋鋼機(jī)軸承，在重載下工作后短時(shí)間出現(xiàn)故障，滾子被破壞。

被破壞滾子共兩件，1#滾子外貌特征見圖1。其工作表面有嚴(yán)重的疲勞剝落（脫皮），其缺陷尺寸：長(zhǎng)度為滾子長(zhǎng)度，寬度為24mm。2#滾子在一個(gè)端面倒角處出現(xiàn)多處脆性崩裂掉塊，見圖 2。

圖1 1#滾子外圓表面疲勞剝落特征，放大倍數(shù) 1.2：1

圖2 2#滾子在倒角位置多處崩裂掉塊，放大倍數(shù) 1.2：1

2.2 尺寸測(cè)量

尺寸測(cè)量結(jié)果見表 1。

由表 1 可以看出，使用過(guò)的滾子端面有凹陷，1#剝落滾子被輾長(zhǎng)，超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定，未出廠庫(kù)存滾子尺寸符合設(shè)計(jì)規(guī)定。

2.3 硬度測(cè)定

滾子硬度測(cè)定結(jié)果見表 2。

表1 破壞滾子尺寸測(cè)量結(jié)果與未出廠庫(kù)存滾子對(duì)比/mm

表2 破壞滾子硬度測(cè)定結(jié)果/HRC

由表 2 可見，1#滾子距表層3mm處硬度變化較大，最低硬度為HRC42.5，不符合JB/T1255-2001標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；2#滾子距表層3mm處硬度分布不均，最高達(dá)HRC70，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限，這樣高的硬度是GCr15鋼淬回火后不能達(dá)到的，它是滾子在工作時(shí)工作表面受到很大的擠壓應(yīng)力產(chǎn)生的冷作硬化的結(jié)果。

2.4 顯微組織

滾子淬回火顯微組織按JB/T 1255-2001標(biāo)準(zhǔn)第 2 級(jí)別圖和第 3 級(jí)別圖進(jìn)行評(píng)定，檢驗(yàn)結(jié)果見表 3。

表3 滾子淬回火顯微組織評(píng)定結(jié)果

圖3 1#滾子外徑表層淬回火組織，屈氏體＞3級(jí)（不合格），500×

圖4 2#滾子淬回火過(guò)熱組織，針狀馬氏體+殘留奧氏體（不合格），500×

顯微組織檢驗(yàn)結(jié)果表明1#剝落滾子為淬火欠熱或冷卻速度不足的屈氏體組織，而2#崩裂掉塊滾子屬淬火過(guò)熱馬氏體組織。

表4 材料碳化物網(wǎng)狀、碳化物帶狀和碳化物液析檢驗(yàn)結(jié)果

圖5 1#滾子材料碳化物帶狀＞3級(jí)（不合格），500×

2.5 材料碳化物不均勻性

材料碳化物不均勻性檢驗(yàn)結(jié)果見表 4。

材料碳化物不均勻性除1#滾子碳化物網(wǎng)狀不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定外，其它均符合要求。

表5 材料非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果

2.6 材料非金屬夾雜物

材料非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果見表 5。

2.7 斷口分析

由圖 1 可以明顯看出，該滾子破壞面具有相互平行條狀并有一定弧度呈扇形向外延伸，類似貝殼紋狀的疲勞條紋，條紋間距約為0.5mm，條紋較粗。通常疲勞紋需要在放大到數(shù)千倍至上萬(wàn)倍電子顯微鏡下才能區(qū)分清楚，而該滾子疲勞紋在宏觀下就能看得十分清晰，這說(shuō)明該滾子疲勞裂紋發(fā)展很快，在很短時(shí)間內(nèi)工件就被破壞，也可稱為早期疲勞破壞（剝落）。

圖 2 滾子崩裂掉塊在倒角處，斷口肉眼觀察呈顆粒狀結(jié)構(gòu)，晶粒較粗，與顯微組織觀察淬火溫度偏高組織過(guò)熱有關(guān)。在斷面上未發(fā)現(xiàn)有陳舊性斷口和材料缺陷。

2.8 鋼種分析

通過(guò)看譜分析，確定1#剝落滾子和2#崩裂掉塊滾子材料為GCr15鋼。

3 結(jié)論

（1）所用的被破壞的￠40mm×50mm滾子，鋼種為GCr15鋼，材料質(zhì)量（碳化物帶狀、碳化物液析與鋼中非金屬夾雜物）合格，未發(fā)現(xiàn)有冶金缺陷。

（2）1#滾子破壞屬于疲勞剝落，是由于熱處理淬火硬度低、淬火硬化層太淺，顯微組織中存在較多的屈氏體和材料中的碳化物網(wǎng)狀造成的。

（3）2#滾子破壞屬于脆性崩裂掉塊，是由于熱處理淬火加熱溫度過(guò)高、組織過(guò)熱使鋼的強(qiáng)韌性降低所致。

（4）2#滾子表面硬度過(guò)高是滾子在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)重載下冷作硬化造成的，這種冷作硬化使?jié)L子工作表層的硬度超過(guò)GCr15鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度，容易使?jié)L子產(chǎn)生脆性崩裂掉塊現(xiàn)象。

（編輯：王立新）

Roller failure analysis of φ 40mm × 50mm made of GCr15 steel

Sun Haiyang1, Cui Dannan1, Wang Xiaomin2
( 1. Department of Quality Control,Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China; 2.Harbin Health Force Precision Machinery Manufacturing Co., Ltd,Bayan 151800,China )

Through testing and analysis to damaged ￠ 40 mm× 50 mm roller from the microstructure, hardness and steel type and so on through heat treatment it is found poor quenching organization, low hardness, shallow hardened layer is causing major reason damage to the roller early; unqualif i ed mesh carbide in material and cold work hardening in use will also have adverse effects to roller.

fatigue failure; troostite; cold work hardening; mesh carbide

TH133.33+2

B

1672-4852（2014）02-0017-02

2013-09-03.

孫海洋（1976 -），女，統(tǒng)計(jì)師.