滾柱軸承失效分析

摘 要：從失效軸承的斷口形狀入手，分析了滾柱和軸承外圈的內(nèi)部夾雜物、顯微組織及裂紋形態(tài)，提出了軸承失效的原因。

三峽大壩施工用的挖掘機(jī)是從韓國(guó)進(jìn)口的，在使用過程中常出現(xiàn)軸承斷裂，致使挖掘機(jī)不能正常工作。本文通過對(duì)失效的滾柱和軸承外圈的金相組織、顯微硬度等方面的分析，提出了軸承失效的原因。

1 失效零件宏觀檢查

1.1 滾柱

所示，在圓柱面上可看見表層剝落后產(chǎn)生的大小不一的凹坑，且端面受損嚴(yán)重，磨去了很多。將滾柱在凹坑處沿直徑縱向剖開后觀察，剖面右下角有倒三角形空洞，這是該處原有裂紋在開始時(shí)剝落造成的。右上角有一條從端面向柱內(nèi)延伸的裂縫，長(zhǎng)約4.5mm，裂縫在中部有分枝，裂紋瘦直剛健，尾端尖細(xì)(見圖2)，具有明顯的應(yīng)力裂紋特征。

1.2 軸承外圈碎片

在外圈碎片上能看到部分疲勞斷口形態(tài)。在碎片距表面0.7mm處可以看見一條與表面平行的裂縫，裂縫斷續(xù)、曲折、尾端尖細(xì)。為該裂縫的一部分，該裂紋同樣具有應(yīng)力裂紋的特征。

2 非金屬夾雜物評(píng)級(jí)

(1)滾柱：硫化物l級(jí)，點(diǎn)狀及球狀氧化物1.5級(jí)。

(2)軸承外圈：硫化物1級(jí)點(diǎn)狀、球狀氧化物1.5級(jí)。

3 顯微組織檢查

3.1 滾柱

3.1.1 心部組織

心部組織為回火隱針馬氏體，粒狀碳化物及殘余奧氏體組成。

滾柱原始組織4%稍酸酒精浸蝕 ×500

3.1.2 表面凹坑周圍組織

在滾柱表面剝落形成的凹坑處觀察金相組織時(shí)發(fā)現(xiàn)：凹坑底部是一白亮層，其寬度約為0.18～0.5mm，長(zhǎng)為15mm。白亮層內(nèi)有三條橫向裂紋。凹坑底部次外層緊靠白亮層有一寬約0.40～0.50mm的暗區(qū)，暗區(qū)過后才是滾柱原始組織。白亮區(qū)和暗區(qū)間組織為淬火馬氏體，暗區(qū)為回火隱針細(xì)針馬氏體+少量顆粒狀碳化物+殘余奧氏體。

3.1.3 顯微硬度

為了反映三種不同顏色的組織在硬度上的區(qū)別，我們由表及里對(duì)滾柱剖面進(jìn)行了顯微硬度測(cè)試，直觀地反映了顯微硬度壓痕大小變化情況：白亮層中壓痕最小，暗區(qū)內(nèi)壓痕最大，顏色稍淺的原始組織壓痕居中。三個(gè)區(qū)的平均硬度值分別為：白亮區(qū)HV0.11264、暗區(qū)HV0.1551、原始組織HV0.1800。

滾柱坑底部的白亮區(qū)、暗區(qū)、原始組織及顯微硬度壓痕 ×200　4%稍酸酒精浸蝕

3.2 軸承外圈顯微組織

軸承外圈顯微組織為回火隱針馬氏體+少量粒狀碳化物及殘余奧氏體。

3.3 表面硬度

3.3.1 滾柱

滾柱表面上大多數(shù)點(diǎn)的硬度在HRC60～61之間，但也有的地方縱向一條線硬度均為HRC56～57之間。

3.3.2 軸承外圈碎片硬度

經(jīng)測(cè)試，軸承外圈碎片內(nèi)表面硬度為HRC58～59。

4 滾柱表面坑產(chǎn)生原因分析

從白亮區(qū)的淬火馬氏體組織我們可以推知，滾柱在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中因?yàn)楸舜藟旱锰o，因摩擦產(chǎn)生了大量的熱，被擠壓部位就形成了高溫區(qū)，由于有潤(rùn)滑油存在，因此表面上高溫部位被重新淬火，形成了淬火馬氏體(腐蝕后呈白亮色)。由于局部高溫的作用，使緊靠表面的次表層又接受了一次回火，因此次回火溫度高于滾柱原來熱處理時(shí)的回火溫度，致使次表層硬度下降，極易剝落，剝落后就形成了坑，我們所看到的凹坑底部的白亮區(qū)實(shí)際是表層剝落后殘留下來的。

由此，我們不難得出結(jié)論：滾柱上的裂紋是由于滾柱裝配過緊，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)彼此撞壓，使局部發(fā)生了組織轉(zhuǎn)變，在巨大的組織應(yīng)力作用下產(chǎn)生的，因此具有應(yīng)力裂紋特征。由于組織轉(zhuǎn)變使得軸承內(nèi)滾柱體積變大，使軸承外圈內(nèi)表面承受了極大的壓應(yīng)力，因而最終被撐裂。