軸承過早失效的金相分析（一）

 軸承在工作中，由于種種復雜的原因，諸如結構不合理，材料質量差，性能低，工作表面上的缺陷，沖擊，振動，安裝不當和潤滑不良等，均能造成軸承早期失效。然而，在某些情況下，有的軸承根本就未投入使用（運行），只是用戶在裝機過程中原先的完整面貌即遭破損，失去了使用性，造成軸承過早失效。本文所要揭示的就是屬于這種失效形式的一個實際例子。
　　一、失效背景
　　某動力機廠在組裝S195柴油機齒輪箱時，出現(xiàn)6205深溝球軸承內圈間斷或連續(xù)地發(fā)生崩裂（塊）現(xiàn)象，在數(shù)量上占有一定的比例（每臺齒輪箱裝四套）。據(jù)現(xiàn)場了解，該批軸承總供貨量為3000套，實際已裝用1000套，余下的2000套因用戶“心有余悸”不敢裝機。
　　經(jīng)查實，齒輪箱軸的尺寸符合圖紙要求，軸承裝機方法正確，系由固定的熟練工完成。用戶曾開箱抽取40套測定軸承內外圈的硬度，并經(jīng)DZ-2000型大型磁力探傷機探傷，結果硬度處于61～65HRC范圍，符合JB1255標準規(guī)定，肉眼檢查未發(fā)現(xiàn)裂紋。鑒于此，為了覓求軸承套圈崩裂的原因，將現(xiàn)場破損的軸承返回，進行了常規(guī)理化測試。
　　這些套圈系經(jīng)箱式電阻爐840～860℃加熱淬火，160℃×2～h低溫油回火處理。
　　二、試驗方法與結果
　　1.宏觀觀察
　　圖1為裝機時破損的軸承之實物照片。
　　經(jīng)仔細觀察實物可知：
　　（1）在所有破損的軸承上未見到因裝機敲擊而留下的擊傷痕跡，鋼球、保持架等零件完整無損。
　?。?）內圈的崩裂起始于滾道中心的一側，約占端面直徑的1/2或1/4。
　　（3）斷口處存在伸入內徑面的二次縱向直裂紋，裂紋形似刀切，穿透壁面。
　　（4）整個崩裂的外形高低不平，但斷口表面光滑平整。沒有塑性變形跡象，僅有少量撕裂痕。
　?。?）斷口呈灰色細晶粒瓷狀脆性斷口。

　　2.酸蝕試驗
　　分別將崩裂內圈與完整內圈用1：1的鹽酸水溶液進行熱酸洗，溫度為60～70℃，時間10min，結果如圖2所示。
　　（1）在崩裂處附近的滾道內存在條帶狀磨削燒傷與磨削裂紋。
　　（2）磨削裂紋呈樹枝狀，沿滾道一側分布，并與磨削方向平行，崩裂正好沿磨削裂紋發(fā)展。
　?。?）二次縱向直裂紋與崩裂斷口及磨削裂紋大致呈“T”形垂直。
　?。?）整個套圈表面分布著疏松狀黑色暗點和孔隙，其外形呈圓形或橢圓形。在放大40倍的體視顯微鏡下觀察，其外形呈不規(guī)則的空洞或圓形針孔，它們相互可以連接成似晶界形狀，而完整的套圈表面則頗為光潔，看不到上述的缺陷。
　　3.宏觀硬度與顯微組織
　　為了進一步了解套圈的硬度分布情況和淬回火顯微組織及表層的顯微組織特征，選擇部分崩裂的內圈及其碎塊，在其端面上側定宏觀硬度，并用線切割法在崩裂處附近截取縱向金相試樣，結果為：
　?。?）宏觀硬度值為64～65.2HRC。
　?。?）淬回火組織符合JB1255標準的3～4級，局部區(qū)域達5級，為細小結晶馬氏體+隱晶馬氏體十細小針狀馬氏體+少量殘余碳化物+殘余奧氏體。
　?。?）在100倍下觀察，馬氏體基體呈明顯的黑白條帶狀組織，若按YB9-59標準則可評定為4級，如圖3所示。
　?。?）觀察到滾道表面存在一層外形呈月牙形的二次淬火白層組織和次表面的高溫軟化層組織，即“過回火層"。其白層深度（zui表面至月牙底）約為0.033～0.056mm，過回火層深度約為0.293mm，可見磨削燒傷程度甚為嚴重。