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        軸承外圈裂紋原因分析

        2022-09-20 06:16:16于衛(wèi)國(guó)孫偉
        金屬加工(熱加工) 2022年9期
        關(guān)鍵詞:板條脫碳外徑

        于衛(wèi)國(guó),孫偉

        洛陽市洛凌軸承科技股份有限公司 河南洛陽 471000

        1 序言

        我公司生產(chǎn)的軸承外圈產(chǎn)品狀態(tài)如下。

        1)型號(hào)和尺寸:型號(hào)為6313外圈,尺寸為φ140mm(外徑)×φ116mm(內(nèi)徑)×33mm(高度)。

        2)材質(zhì):GCr15鋼,執(zhí)行GB/T 18254—2016《高碳鉻軸承鋼》規(guī)定[1]。

        3)化學(xué)成分:直讀光譜檢測(cè)符合G B/T 18254—2016《高碳鉻軸承鋼》的要求[1]。

        4)軸承外圈狀態(tài):熱處理淬火、回火。

        5)裂紋發(fā)現(xiàn)環(huán)節(jié):淬火、回火后的熒光磁粉檢測(cè)工序。

        6)基本加工流程:原材料→鍛造(加熱→切料→鐓餅→沖孔→平高→碾擴(kuò)→整徑)→可控氣氛退火→車削→可控氣氛淬火→回火。

        7)軸承外圈熱處理加工設(shè)備:退火設(shè)備為可控氣氛雙層余熱利用球化退火爐,氣氛為氮?dú)?丙烷;淬火設(shè)備為可控氣氛托輥式網(wǎng)帶爐,氣氛為氮?dú)?甲醇+丙烷,淬火冷卻介質(zhì)為光亮淬火油。

        2 缺陷宏觀描述

        1)此產(chǎn)品在淬火、回火后熒光磁粉檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)一件軸承外圈產(chǎn)生裂紋,裂紋位置主要在外徑、端面及倒角處,且裂紋均集中在產(chǎn)品一端位置。裂紋宏觀形貌及無損檢測(cè)照片如圖1、圖2所示。

        圖1 裂紋宏觀形貌

        圖2 無損檢測(cè)狀態(tài)

        經(jīng)宏觀觀察,隱約可見裂紋的形態(tài)與熒光磁粉檢測(cè)顯示的基本一致。在外徑上裂紋沿周向稍微向一端面偏斜,外徑上多條裂紋呈近似平行狀分布。

        2)試樣切割。為確保能夠觀察裂紋的微觀形態(tài),并盡量減少對(duì)裂紋的破壞,以端面裂紋為邊界,并橫跨外徑裂紋進(jìn)行切割,試樣切割的位置及形狀如圖3所示。

        圖3 試樣切割的位置及形狀

        3 分析過程描述

        3.1 缺陷宏觀分析

        缺陷件端面上存在3條較為明顯徑向裂紋,且均跨過倒角延伸至外徑處與正常碾擴(kuò)方向垂直;外徑處存在數(shù)條周向近似平行裂紋,與正常碾擴(kuò)方向一致;其他部位沒有發(fā)現(xiàn)裂紋。一般碾擴(kuò)形成的裂紋與碾擴(kuò)方向垂直。根據(jù)宏觀形態(tài)無法確定裂紋是產(chǎn)生于鍛造環(huán)節(jié)還是淬火環(huán)節(jié),因此需進(jìn)一步檢測(cè)該缺陷產(chǎn)品的材料成分、硬度、微觀組織,以及現(xiàn)場(chǎng)查看加工設(shè)備等,從而確認(rèn)裂紋產(chǎn)生的根本原因。

        3.2 缺陷件成分及硬度檢測(cè)

        用直讀光譜儀對(duì)缺陷件材料化學(xué)成分進(jìn)行分析,結(jié)果見表1。

        表1 缺陷件材料化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

        用洛氏硬度計(jì)分別對(duì)缺陷件的試樣及殘件進(jìn)行硬度檢測(cè),結(jié)果見表2。

        表2 缺陷件的試樣及殘件硬度檢測(cè)結(jié)果 (HRC)

        3.3 缺陷件的試樣微觀組織檢測(cè)

        缺陷件的試樣經(jīng)過磨制和拋光,并使用4%硝酸酒精腐蝕后進(jìn)行微觀組織檢測(cè),結(jié)果如下。

        (1)端面裂紋 裂紋長(zhǎng)度為3247μm,裂紋深度為1443μm,裂紋周邊存在異常區(qū),其金相組織如圖4所示。1000倍下可清晰地看到裂紋周邊異常組織為低碳板條馬氏體,如圖5所示。

        圖4 端面裂紋及周邊異常區(qū)金相組織(50×)

        圖5 端面裂紋周邊組織(1000×)

        (2)外徑裂紋 試樣外徑面共存在6條裂紋。每條裂紋周邊均有近似相同的微觀組織,其中最深的裂紋長(zhǎng)度為57.5mm、深度為550μm。裂紋周邊存在異常區(qū),裂紋+異常區(qū)為701μm,如圖6所示。1000倍下可清晰地看到裂紋周邊異常組織為低碳板條馬氏體,同時(shí)在裂紋邊緣可看到明顯的全脫碳形成的鐵素體塊,如圖7所示。

        圖6 外徑裂紋及周邊異常區(qū)(50×)

        圖7 外徑裂紋周邊組織(1000×)

        (3)檢測(cè)結(jié)果 通過微觀檢測(cè)發(fā)現(xiàn),缺陷部位裂紋周邊為不同深度的脫碳組織[2],即低碳板條馬氏體+全脫碳形成的鐵素體組織。

        (4)初步原因 因?yàn)橥嘶鸷痛慊鹁鶠榭煽貧夥占訜?,所以不可能在裂紋周邊出現(xiàn)脫碳組織,即低碳板條馬氏體+鐵素體組織[3]。因此,這種裂紋肯定產(chǎn)生在鍛造過程,正常的鍛造碾擴(kuò)形成的外徑裂紋一般是軸向的,但此次裂紋卻是周向的,為此我們對(duì)鍛造碾擴(kuò)設(shè)備進(jìn)行調(diào)查分析。

        4 鍛造碾擴(kuò)設(shè)備調(diào)查與分析

        鍛造碾擴(kuò)設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖8所示。其中,碾擴(kuò)輪安裝在滑塊上。

        圖8 鍛造碾擴(kuò)設(shè)備示意

        現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn),上下移動(dòng)的滑塊間隙大。在碾壓輪剛接觸碾壓產(chǎn)品的瞬間向圖中箭頭方向有一個(gè)小位移,會(huì)在外徑上形成短時(shí)間的軸向拉力,當(dāng)此拉力超過材料強(qiáng)度時(shí)裂紋就產(chǎn)生了。另外,該設(shè)備的冷卻水為手動(dòng)控制,當(dāng)鍛造過程中料坯懸掛在芯輥上后,如沒有及時(shí)碾擴(kuò),會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品局部受到冷卻水的澆注而降溫過多。在局部溫度過低的情況下進(jìn)行碾擴(kuò),碾壓輪剛接觸產(chǎn)品時(shí),由于滑塊間隙大而產(chǎn)生軸向拉力,且當(dāng)此拉力超過材料強(qiáng)度時(shí)會(huì)形成周向裂紋,這些裂紋隨著鍛造后的冷卻在裂紋周邊形成脫碳層。端面因只受到周向碾擴(kuò)拉力,所以端面出現(xiàn)徑向裂紋。

        5 結(jié)束語

        1)裂紋是鍛造碾擴(kuò)過程中產(chǎn)生的。

        2)裂紋產(chǎn)生的原因?yàn)殄懺爝^程中料坯懸掛在芯輥上后,沒有及時(shí)碾擴(kuò),導(dǎo)致產(chǎn)品局部因受到冷卻水的澆注而造成溫度下降,在局部溫度過低的情況下進(jìn)行碾擴(kuò)出現(xiàn)的局部低溫拉裂。外徑局部拉裂隨著碾擴(kuò)的進(jìn)展而變細(xì)、變長(zhǎng)。

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