趙麗明　谷國(guó)剛　谷國(guó)華

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司新材料研究所，山東271199)

軋機(jī)推力軸承斷裂原因分析

趙麗明谷國(guó)剛谷國(guó)華

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司新材料研究所，山東271199)

摘要：某軋鋼廠軋機(jī)推力軸承4228D及829234上線工作較短時(shí)間就發(fā)生斷裂。經(jīng)檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，4228D軸承保持架質(zhì)量沒有問題，斷裂是因軸向力過大造成的，而829234軸承中擋圈熱處理質(zhì)量存在嚴(yán)重問題，硬度低是斷裂的主要原因。

關(guān)鍵詞：推力軸承；斷裂；軸向力；硬度

某軋鋼廠軋機(jī)推力軸承4228D及829234上線工作較短時(shí)間就發(fā)生了斷裂，斷裂處分別為4228D軸承保持架和8299234軸承中擋圈。兩種軸承材質(zhì)分別為HPb59-1(新標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)ZCuZn40Pb2)及GCr15。取樣對(duì)此次軸承斷裂原因進(jìn)行了分析。

1試驗(yàn)檢測(cè)

1.1軸承部件斷裂宏觀形貌

4228D軸承保持架在靠近軋輥一側(cè)(軸向力產(chǎn)生方向)發(fā)生不連續(xù)的開裂，另一側(cè)完好。829234軸承中擋圈也存在不同程度斷裂，并且與滾柱接觸的兩個(gè)面上均存在同間距壓痕。軸承部件斷裂宏觀形貌如圖1所示。

1.2斷口分析

圖2為軸承失效部位斷口的宏觀形貌。

從圖中可以看出，4228D軸承保持架斷口無明顯的疲勞斷裂區(qū)，屬正常斷裂。829234軸承中擋圈斷口靠?jī)?nèi)一側(cè)存在一個(gè)小的疲勞區(qū)，其余部位為瞬時(shí)斷裂區(qū)。

1.3金相組織

在軸承斷裂部位截取特征試樣，試樣經(jīng)預(yù)磨拋光后，用4%的硝酸酒精溶液腐蝕829234軸承中擋圈試樣，用FeCl3鹽酸水溶液腐蝕4228D保持架試樣，然后在GX-51金相顯微鏡上觀察其金相組織。

1.3.14228D軸承保持架

4228D軸承保持架金相組織如圖3所示。從圖中可以看出，保持架斷口附近無塑性變形痕跡，為穿晶正常斷裂，其中心為α+β相黃銅+顆粒狀Pb，組織正常。

1.3.2829234軸承中擋圈

將829234軸承中擋圈試樣從內(nèi)向外分為五個(gè)區(qū)域，如圖4所示。其各區(qū)域顯微組織如圖5所示。

從圖5可以看出，829234軸承中擋圈內(nèi)圈及外圈表層存在淬火馬氏體+片狀索氏體，淬火深度約3.0 mm～4.6 mm。這些組織均為相變淬火組織，只是一部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體及貝氏體，另一部分轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑺钏魇象w，中間無相變。

1.4硬度測(cè)定

利用洛氏硬度計(jì)測(cè)定829234軸承中擋圈的硬度，利用布氏硬度計(jì)測(cè)定4228D保持架的硬度，結(jié)果如表1所示。

根據(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》及GB 1176—1987《鑄造銅合金技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，不難看出4228D軸承保持架硬度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，而829234軸承各區(qū)域硬度均不同程度低于標(biāo)準(zhǔn)要求。

(a)4228D軸承保持架 (b)829234軸承中擋圈

(a)斷口組織 (200×) (b)中心組織 (500×)

圖4　829234軸承中擋圈試樣分區(qū)示意圖

軸承型號(hào)硬度測(cè)定區(qū)123標(biāo)準(zhǔn)4228DHB-94.490.793.9≥90829234HRCabcde46.840.217.031.036.046.541.320.534.034.247.035.020.534.030.557～61

2分析討論

2.14228D軸承保持架

(a)淬火馬氏體+片狀索氏體 (b)未溶碳化物+片狀索氏體

(c)未溶碳化物+粒狀索氏體 (d) 未溶碳化物+粒狀索氏體

(e)未溶碳化物+貝氏體+片狀索氏體

通過對(duì)保持架進(jìn)行宏觀檢測(cè)、金相組織分析及硬度測(cè)定后發(fā)現(xiàn)，4228D軸承保持架斷裂屬正常的穿晶斷裂，與材質(zhì)沒有關(guān)系。在正常情況下，保持架一般不受應(yīng)力的作用，但在單向較大軸向力的作用下，保持架一側(cè)會(huì)發(fā)生斷裂情況。建議減小軸向力或選用鋼制保持架的推力軸承。

2.2829234軸承中擋圈

829234軸承中擋圈斷口處存在小的疲勞斷裂區(qū)，其余為瞬時(shí)斷裂區(qū)，而產(chǎn)生這種斷裂失效的原因一般是材質(zhì)的強(qiáng)度較低。

軸承中擋圈由內(nèi)向外組織依次為淬火馬氏體+片狀索氏體、未溶碳化物+片狀索氏體、未溶碳化物+粒狀索氏體及未溶碳化物+貝氏體+片狀索氏體，可以斷定中擋圈的熱處理存在嚴(yán)重問題，材質(zhì)沒有淬上火，產(chǎn)生的主要原因是淬火溫度低、加熱保溫時(shí)間短及淬火速度慢，同時(shí)材質(zhì)未回火。

軸承中擋圈各區(qū)域硬度測(cè)定值均低于標(biāo)準(zhǔn)要求，這也說明了材質(zhì)質(zhì)量存在問題。

3結(jié)論

3.14228D軸承保持架質(zhì)量沒有問題，斷裂是由軸向力過大造成的，建議減小軸向力或選用鋼制保持架的推力軸承。

3.2829234軸承中擋圈熱處理質(zhì)量存在嚴(yán)重問題，硬度低是斷裂的主要原因。

編輯李韋螢

Cause Analysis on Thrust Bearing Fracture of Rolling Mill

Zhao Liming, Gu Guogang, Gu Guohua

Abstract：4228D and 829234 thrust bearings of rolling mill in a steel mill are fractured when they are worked online in short time. The inspection is taken to find that there is no problem for the quality of 4228D bearing cage, and the fracture is caused by excessive axial force. There are serious problems for the heat treatment quality of 829234 bearing guide ring, and low hardness is the main reason of fracture.

Key words：thrust bearing; fracture; axial force; hardness

收稿日期：2015—12—17

作者簡(jiǎn)介：趙麗明(1984—)，碩士，工程師，從事鋼鐵材料分析。電話：13696343387，E-mail：zhaoliming_03@163.com

中圖分類號(hào)：TG333.17

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B