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（洛陽LYC軸承有限公司，洛陽471003）

高碳鉻軸承鋼制鐵路的軸承零件，在制造及用戶驗收過程的磁粉檢測時，相關(guān)磁痕顯示及假磁痕顯示很少，發(fā)生幾率較高的多為非相關(guān)磁痕顯示。筆者列出了在高碳鉻軸承鋼制鐵路軸承零件磁粉探傷時，常見的一些非相關(guān)磁痕顯示的典型磁痕形貌圖片；結(jié)合失效分析手段，分析了非相關(guān)磁痕顯示產(chǎn)生的原因，判定了非相關(guān)磁痕顯示的性質(zhì)，并進行了歸類和總結(jié)。該方法有助于提高高碳鉻軸承鋼制軸承在制造及用戶驗收過程中，對各類非相關(guān)磁痕顯示的判斷準確率。

1 軸承零件用材料

制造鐵路客車、機車軸承套圈和滾動體的材料，大多數(shù)為高碳鉻軸承鋼GCr18Mo及GCr15；原材料的各項技術(shù)要求應(yīng)符合鐵道部行業(yè)標準TB/T 2235－2010《鐵道車輛滾動軸承》技術(shù)條件中關(guān)于GCr18Mo及GCr15的規(guī)定要求。

標準明確規(guī)定，材料冶煉方式必須采用電渣重熔。GCr18Mo鋼廣泛用于制造車輛軸箱軸承中圓柱滾子軸承套圈、機車軸箱軸承套圈、鐵路提速客車軸承套圈中；GCr15鋼廣泛用于制造提速客車軸承滾子、機車軸承滾子、貨車軸承滾子中。

2 軸承零件非相關(guān)磁痕顯示的特點

筆者對原材料帶狀組織引起的非相關(guān)磁痕顯示的形貌進行了分類和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生的部位及分布規(guī)律有如下特征：① 套圈端面磁痕沿周向端面分布呈點狀及線狀磁痕。② 磁粉聚集沿套圈外徑、內(nèi)徑、內(nèi)滾道及外滾道的軸向磁痕。③ 沿套圈內(nèi)滾道、外滾道的周向磁痕，滾子滾道軸向磁痕。

另外，有些是因零件應(yīng)力應(yīng)變產(chǎn)生的磁痕，發(fā)現(xiàn)頻率較少。從磁痕的密集程度分：有單條、多條、數(shù)條，單點、多點、數(shù)點。從磁痕的形貌分：一種是有規(guī)律性的非相關(guān)磁痕，一種是隨機性的非相關(guān)磁痕。

3 軸承零件磁粉探傷

3.1 工藝流程

檢查設(shè)備各部分動作→各類工具檢查→軸承零件已磨削→按照要求設(shè)置參數(shù)→日常性能校驗→零件進行復(fù)合磁化→噴磁懸液→觀察及判定→退磁。

3.2 設(shè)備型號

套圈磁粉探傷機選用CJW－9000探傷機，滾子磁粉探傷機選用CJW－1500探傷機。

3.3 檢測方法和參數(shù)要求

均采用非熒光磁粉復(fù)合磁化濕法連續(xù)法檢測試驗，可同時發(fā)現(xiàn)工件表面全方位的缺陷。

根據(jù)零件的尺寸大小，選擇合適的磁粉檢測參數(shù)，避免磁場過低造成缺陷漏檢和磁場過強產(chǎn)生過飽和磁化，形成偽缺陷磁痕。

3.4 檢測規(guī)則

《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》和《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》均要求鐵路軸承零件應(yīng)進行100%的磁粉檢測。通過磁粉檢測，可以檢驗軸承零件存在的原材料缺陷（裂紋）、鍛造缺陷（折疊、過燒）、熱處理缺陷（淬火裂紋）及機械加工缺陷（磨削裂紋）等，也可發(fā)現(xiàn)各種非相關(guān)磁痕顯示。

4 軸承零件非相關(guān)磁痕形貌

4.1 因帶狀組織引起的非相關(guān)磁痕

眾所周知，原材料的帶狀組織形成的磁痕顯示為非相關(guān)磁痕顯示。

高碳鉻軸承鋼GCr18Mo和GCr15在鋼錠凝固時產(chǎn)生樹枝狀偏析，導(dǎo)致鋼的化學(xué)成分不均勻，在枝晶間隙中形成碳化物；鋼錠在軋制過程中，沿壓延方向被拉成帶狀，產(chǎn)生組織的不均勻性。

碳化物條帶組織是一種微觀組織形態(tài)，當碳化物成條帶分布明顯時，由于碳化物與基體的磁導(dǎo)率不同，從而在兩相界面處形成漏磁場，導(dǎo)致磁粉積聚成為磁痕顯示［1]。筆者收集了大量的磁痕顯示樣件，均為帶狀碳化物引起的各類形貌不同的非相關(guān)磁痕。大部分情況下，帶狀碳化物組織雖然會導(dǎo)致磁痕顯示，但其帶狀碳化物的級別并沒有超標。

帶狀碳化物組織所引起的磁痕具有如下特征：軸承套圈出現(xiàn)批量性的端面磁痕屬于偶發(fā)，比例較小的端面磁痕比較常見。不同部位表現(xiàn)不同的特征：套圈端面磁痕形貌有長有短，有點狀也有線狀；點狀磁痕較為密集，線狀磁痕有單條、多條及數(shù)條，均沿圓周方向分布。套圈外徑面、內(nèi)徑面及滾道面大致沿軸向分布，表現(xiàn)為單條、多條及數(shù)條；一般表現(xiàn)為局部分布，且數(shù)條磁痕同時出現(xiàn)，這種現(xiàn)象比較常見。磁痕具有重現(xiàn)性，即使重新過磨甚至磨削多遍，也無法消除此種磁痕形貌；磁痕顯示的方向比較整齊，磁痕輪廓不分明，磁粉吸附與相關(guān)磁痕相比較為松散；擦掉磁痕后，肉眼外觀未見任何缺陷；擦去磁痕后在放大鏡下觀察原磁痕處，未發(fā)現(xiàn)有裂紋分布；在該磁痕部位截取試樣后在顯微鏡下觀察，未見裂紋缺陷特征；缺陷處未發(fā)現(xiàn)材料夾雜物分布；冷酸洗腐蝕后無脫貧碳和燒傷。與發(fā)紋磁痕的區(qū)別：非常細小，均勻而不濃密，但輪廓清晰（發(fā)紋是沿著圓鋼鋼材纖維組織方向分布的磁痕顯示）。

通過解剖大量的磁痕樣件，并觀察其微觀組織表明，磁痕的形成與碳化物聚集有關(guān)。

排除各類影響因素，如套圈的磨削燒傷、熱處理組織的影響等，再進行分析和檢驗，可以確定此類磁痕并不是裂紋缺陷磁痕。碳化物條帶如未超出相關(guān)標準的技術(shù)要求，則沒有必要對此類磁痕控制過嚴。

4.1.1 內(nèi)圈滾道面磁痕形貌

圖1（a）、（b）反映了內(nèi)圈滾道面的不同形態(tài)的磁痕顯示特征和分布形貌，圖1（c）、（d）分別代表圖1（a）、（b）磁痕處對應(yīng)的金相組織，可見有帶狀碳化物分布。外觀檢查，磁痕位于軸承內(nèi)圈滾道，呈線狀，大致沿軸向分布，長約8 mm，形貌如圖1（a）所示；磁痕位于軸承內(nèi)圈滾道、斜坡處，呈現(xiàn)數(shù)條，且多沿軸向分布，長短不一，最長的一條約為15 mm，磁痕形貌如圖1（b）所示。

圖1 內(nèi)圈滾道面磁痕及帶狀組織形貌

4.1.2 外圈外徑面磁痕形貌

圖2（a）、（b）反映了外圈外徑面有多條長短不一，沿軸向不同形態(tài)的磁痕顯示特征和分布形貌；在顯微鏡下觀察，原磁痕處的金相及截面組織均可見該處有帶狀碳化物分布，圖2（c）反映了圖2（a）的磁痕組織形貌；圖2（d）反映了圖2（b）的磁痕處對應(yīng)的截面組織分布形貌。

圖2 外圈外徑面及帶狀組織形貌

4.1.3 內(nèi)圈內(nèi)徑面及外圈滾道面軸向磁痕形貌

進行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)圈內(nèi)徑面和外圈滾道沿軸向分布有數(shù)條磁痕，分別如圖3（a）、（b）所示；其原磁痕處的帶狀組織形貌分別如圖3（c）、（d）所示。

圖3 內(nèi)圈內(nèi)徑及外圈滾道磁痕及組織形貌

4.1.4 端面磁痕形貌

套圈端面（打字面或非打字面均有）分布有多種形貌的磁痕。沿周向分布許多密密麻麻的點狀磁痕；有的靠外內(nèi)徑有一側(cè)占的比例較大，有的集中于端面某個區(qū)域；其形貌如圖4（a）所示，觀察端面磁痕組織和截面組織均有帶狀組織分布，如圖4（e）所示，為截面處金相組織分布。多條短線狀端面聚集有大面積粗磁痕，且長短不一，如圖4（b）所示；圖4（f）為其截面處帶狀碳化物組織分布。

套圈端面磁痕形貌與周向有一定的角度分布，呈角度型數(shù)條磁痕分布，如圖4（c），（g）為其截面處金相組織分布。

進行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)磁痕呈短線狀，長短不一，且大致沿圓周方向密集分布，其形貌如圖4（d）所示；反映端面磁痕處金相組織如圖4（h）所示。

圖4 套圈端面周向磁痕及組織形貌

依照標準TB/T 3010《鐵道車輛滾動軸承高碳鉻軸承鋼訂貨技術(shù)條件》，上述帶狀組織評級均不超標。

4.2 機械加工因素引起的非相關(guān)磁痕顯示

套圈外徑表面有聚粉現(xiàn)象的直接原因是：套圈被磁化時，外徑表面有磕碰的區(qū)域因為產(chǎn)生塑性變形和冷作硬化，形成局部漏磁場，磁粉粒子被漏磁場吸附而聚集形成磁痕；當表面磕碰傷、劃傷被繼續(xù)磨削加工消除后，雖肉眼觀察不到明顯的磕碰痕跡，但因其表面殘余內(nèi)應(yīng)力未完全消失，該部位仍會形成微弱的漏磁場而吸附磁粉，這類磁痕屬于非相關(guān)磁痕。尤其是在產(chǎn)生塑性變形的冷作硬化部位，漏磁場增強，吸附磁粉明顯，因此，縱向磁化電流過大造成外徑面周向磁痕加劇［2]。

鐵路軸承零件外表面發(fā)生磕碰傷，產(chǎn)生塑性變形和冷卻硬化，其磁痕形貌如圖5所示。分析方法是首先觀察磁痕相貌，然后橫向切取原磁痕處再制成金相試樣后觀察，缺陷處未發(fā)現(xiàn)材料夾雜物分布。冷酸腐蝕后觀察，缺陷處未發(fā)現(xiàn)脫貧碳及磨削燒傷。如圖5（a）所示，軸承滾子外徑面有三條磁痕，沿圓周方向分布，相互平行，長度約為3～6 mm，該磁痕為機械傷所致。檢測車輛段時發(fā)現(xiàn)，軸承內(nèi)圈滾道有磁痕，如圖5（b）所示，呈線狀，大致沿圓周方向分布，磁痕較分散，聚集程度不高，長約7 mm，擦去磁痕后在放大鏡下觀察原磁痕處，未發(fā)現(xiàn)有裂紋分布。依據(jù)上述分析，該缺陷為非相關(guān)磁痕。

還有一種是機械劃傷所致的內(nèi)徑面周向分布磁痕，呈現(xiàn)線狀分布，長度為2～6 mm，如圖5（c）所示；圖5（d）中劃傷沿軸向方向分布。該類磁痕的形貌大小長短不一，形態(tài)各異，嚴重者有局部塑性變形，也有輕微劃傷。

圖5 機械劃傷磁痕

4.3 流線磁痕

從磁痕分布的面積來看：流線磁痕有數(shù)條短線磁痕沿圓周方向分布，對此類磁痕形貌觀察，可以看到沿磁痕面積寬度方向從外圈滾道距離端面1/4高度到1/2高度有分布；流線磁痕總長度分布占套圈周長的1/4～2/3，有的甚至整圈均稀疏分布，如圖6（a）、（b）所示；觀察單個磁痕呈線狀，沿圓周方向分布，長度為1～6 mm，且在整個滾道周向均有數(shù)條線狀磁痕分布。流線磁痕分布在工件滾道面，分布面積廣泛，且均沿滾道周向分布。對其磁痕進行解剖和斷面流線顯示，可知此類磁痕與流線有關(guān)。外觀滾子外徑面呈現(xiàn)不是十分清晰可見的虛磁痕，沿滾道材料軋制方向分布有數(shù)條磁痕，拋光腐蝕后觀察無任何組織缺陷，無裂紋，這種磁痕形貌罕見，其形貌如圖6（c）所示。

圖6 外圈滾道流線型磁痕及滾子虛磁痕

5 結(jié)語

（1）因原材料帶狀組織引起的軸承零件的非相關(guān)磁痕產(chǎn)生幾率較高，雖然磁痕處的帶狀組織有時不超標，但會導(dǎo)致此類組織出現(xiàn)磁痕。由于碳化物條帶未超出相關(guān)標準的技術(shù)要求，因此沒有必要對此類磁痕過嚴控制。

（2）對國內(nèi)鋼廠生產(chǎn)的電渣重熔鋼，應(yīng)采取措施提高原材料帶狀碳化物的均勻性，減少此類非相關(guān)磁痕的產(chǎn)生，最大限度地滿足鐵路安全生產(chǎn)所要求的材料純凈度；同時軸承制造廠家應(yīng)對進廠原材料實施塔形試樣檢驗，避免因帶狀組織引起的批量非相關(guān)磁痕發(fā)生。

（3）軸承在加工、檢測、搬運、組裝等環(huán)節(jié)應(yīng)避免磕碰傷，減少由于零件表面冷作硬化而導(dǎo)致的非相關(guān)磁痕。

［1]熊瑛，付立群，楊克杰.碳化物聚集形成的磁痕分析［J].無損檢測，2008，30（11）：836－837.

［2]包順毅.提速客車軸承套圈外徑面周向聚粉現(xiàn)象的原因分析及預(yù)防措施［J].軸承，2007（12）：28－30.