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軸承套圈是軸承組成零件中重要部分之一，其軸承使用過程中，軸承套圈開裂、斷裂是常見的一種損壞形式，有些軸承在早期使用過程中套圈就進(jìn)行開裂，有的軸承在使用過程中因為疲勞而斷裂，下面本公司根據(jù)對軸承知識的了解，來分享出日常生活中，我們常見到一些軸承套圈開裂宏觀形貌圖，以及分析開裂的真正的原因。
1、深溝球軸承外圈開裂宏觀形貌圖及原因
如下圖1，軸承斷裂宏觀形貌圖，軸承外圈發(fā)生斷裂，斷面基本垂直于表面，如圖1中的箭頭所指，斷面起始于圖中滾道右側(cè)的外內(nèi)徑下表面，向外表面并向左側(cè)快速擴(kuò)展至斷裂。軸承外圈斷口沒有明顯的塑性變形，呈脆性的斷裂特征，如圖2所示。
圖1斷裂軸承形貌（箭頭所示為斷裂位置）
圖2外圈斷口裂紋源
經(jīng)過分析，該軸承套圈在熱處理過程中，熱處理爐內(nèi)的保護(hù)氣氛是多種氣體的混合物，有氧化性氣體、中性氣體、還原性氣體和滲碳性氣體等。在高溫下加熱時其化學(xué)反應(yīng)很復(fù)雜，不論是脫碳反應(yīng)，還.是增碳反應(yīng)，除自由氧原子的參與外，都能在一定條件下達(dá)到平衡，甚至進(jìn)行可逆反應(yīng)。爐內(nèi)碳勢的高低，對滲碳層厚度、含碳量以及碳濃度梯度有很大的影響。
一般來說，爐內(nèi)碳勢越高，碳濃度梯度越陡，形成粗大和網(wǎng)狀碳化物的傾向越大。為了避免碳勢過高，引起軸承套圈表面增碳現(xiàn)象，熱處理時不能急劇加熱，需采用適當(dāng)?shù)募訜釡囟龋逛摰木Я２婚L大為好。正確選擇和設(shè)計加熱介質(zhì)、加熱速度、加熱溫度和保溫時間等加熱參數(shù)；嚴(yán)格控制爐溫均勻性，不能波動過大。通過控制爐內(nèi)碳勢來嚴(yán)格控制軸承套圈的碳濃度及濃度梯度，從而保證套圈的熱處理質(zhì)量和使用壽命。
2、開裂的軸承套圈的宏觀形貌圖及原因
如圖3所示，此軸承時在使用過程中發(fā)生開裂的，圖3上中粗頭圈裂紋沿縱向發(fā)展并且較直，裂紋已經(jīng)穿透該軸承套圈壁厚，在其外壁課件環(huán)狀顏色較暗的氧化區(qū)域，黑色氧化區(qū)域帶寬約為26mm，同時在外壁可見許多大小不一、深淺不均的剝落凹坑，深度約為10.5mm。軸承套圈斷口上裂紋從凹坑底部向軸承套圈表面呈河流花樣擴(kuò)展，由此可見裂源在軸承套圈表面凹坑的底部或靠近底部位置。人為打開斷口，打開后的軸承套圈斷口宏觀形貌，如圖4所示。
圖3開裂軸承套圈的宏觀形貌圖
圖4斷口打開后宏觀形貌圖
軸承套圈一旦發(fā)生接觸疲勞剝落將導(dǎo)致其失穩(wěn)，加之材料硬度高、脆性大，在局部剝落的區(qū)域開始發(fā)生一次性脆性斷裂，即較直的宏觀裂紋，微觀斷口較平直，呈解理特征快速擴(kuò)展，且快速擴(kuò)展區(qū)域占斷口斷面的大部分區(qū)域。產(chǎn)生接觸疲勞的因素包括材料的組織結(jié)構(gòu)、表面強(qiáng)化工藝、工件表面粗糙度、潤滑劑以及應(yīng)力等。通過分析可見，該工件組織均勻且正常、表面未經(jīng)強(qiáng)化處理，工件工作面上也未見較粗糙特征，在斷裂源處未見明顯的組織變化，故可以排除表面組織變化原因?qū)е陆佑|疲勞，即該軸承套圈表面產(chǎn)生接觸疲勞的原因可能是接觸應(yīng)力和循環(huán)應(yīng)力場產(chǎn)生的微滑移共同作用的結(jié)果。
3、軸承外圈溝道表面開裂宏觀形貌圖及原因
將某斷裂的軸承外圈進(jìn)行酸浸處理后，肉眼觀察可見溝道表面顯示嚴(yán)重的黑色燒傷斑痕跡與磨削方向基本垂直的平行分布的橫向裂紋，如圖5所示，摔開斷口上呈現(xiàn)月牙形燒傷層，斷口呈細(xì)瓷狀，由溝道處啟裂快速向里推進(jìn)至完全斷裂，見圖6所示。
圖5軸承外圈溝道表面裂紋宏觀形貌圖
圖6斷口上月牙形燒傷層宏觀形貌圖
軸承外圈溝道表面平行狀裂紋屬典型的磨削裂紋，導(dǎo)致其磨削開裂主要是由磨削量過大和磨削工藝條件惡劣等因素引起的；其次，軸承外圈回火不充分，亦增加了其磨削開裂的敏感性。建議改進(jìn)軸承外圈的回火工藝，采用170C×4h回火，可減小磨削拉應(yīng)力，使金屬體積更趨穩(wěn)定；另磨削加工時需嚴(yán)格控制進(jìn)磨量，充分冷卻，及時修整砂輪，可有效防止磨削開裂。
4、軸承內(nèi)圈溝道面開裂宏觀形貌圖及原因
在粗磨內(nèi)圈滾道面后，經(jīng)磁粉探傷發(fā)現(xiàn)滾道的兩側(cè)，尤其是靠近油溝處出現(xiàn)許多細(xì)小裂紋，個別套圈還出現(xiàn)了多道較深的、垂直于砂輪磨削方向的開裂及翹皮現(xiàn)象，其開裂形貌如圖7所示。經(jīng)線切割后，還出現(xiàn)整塊材料從滾道面脫落現(xiàn)象。
圖7軸承內(nèi)圈溝道面裂紋形貌圖
經(jīng)過熱酸洗后，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈兩側(cè)滾道面均有裂紋，裂紋的形狀多為網(wǎng)狀，也有垂直于磨削方向的直線裂紋，見圖8所示。
圖8熱酸洗后滾道面裂紋形貌
經(jīng)了解，可知軸承內(nèi)圈裂紋兩側(cè)無脫碳，裂紋產(chǎn)生于熱處理或磨削工序；滾道表面存在嚴(yán)重的二次淬火和高溫回火層，酸洗后裂紋分布呈網(wǎng)狀或與磨削方向垂直，而淬火馬氏體在合格范圍內(nèi)，因此內(nèi)圈滾道面上的裂紋是磨削裂紋。內(nèi)圈一側(cè)滾道面上的裂紋較深，說明該側(cè)滾道面在磨削過程中所承受的磨削應(yīng)力和熱應(yīng)力均較大，因而造成金屬脫落的面積及厚度也較大。
為避免磨削裂紋的產(chǎn)生就要減少磨削熱的產(chǎn)生和加速熱量的散發(fā)?？梢圆扇〉念A(yù)防措施有：
(1)選擇恰當(dāng)?shù)那邢饕?，進(jìn)行充分而均勻的冷卻。
(2)選擇合適的砂輪。在磨料確定的前提下，可選用硬度較低、組織號大的砂輪并及時修整，因為大氣孔砂輪自銳性好，散熱性佳，可有效避免燒傷和磨削裂紋。
(3)合理選擇磨削進(jìn)給量，減小進(jìn)刀量，提高工件圓周速度也可降低磨削溫度，減少燒傷，從而避免磨削裂紋。
5、軸承齒圈開裂宏觀形貌圖及原因
此軸承齒圈的斷裂位置位于其中一個螺栓孔處，并且沿著孔內(nèi)壁已經(jīng)裂透，截取斷口部位清洗后觀察，其宏觀形貌見圖9，可見孔內(nèi)壁存在銹蝕現(xiàn)象，且銹蝕不均勻，裂紋起源于螺栓孔內(nèi)壁銹蝕相對較嚴(yán)重的區(qū)域，呈多源特征，斷面上可見明顯的貝殼紋特征，并且裂紋擴(kuò)展區(qū)占整個斷口的95以上，瞬斷區(qū)靠近齒圈內(nèi)、外兩側(cè)，瞬斷區(qū)面積<5，且存在明顯的擦傷痕跡。
圖9 軸承齒圈斷口的宏觀形貌圖
在低當(dāng)量應(yīng)力幅和長壽命范圍內(nèi)，裂紋起始壽命主要取決于裂紋起始門檻值。在同一當(dāng)量應(yīng)力幅下，裂紋起始門檻值越高，則裂紋起始壽命越長，要使材料具有高的裂紋起始門檻值，主要是提高其屈服強(qiáng)度。而該開裂齒圈的屈服強(qiáng)度值低于技術(shù)要求值，即其疲勞壽命較短。
齒圈在長期使用過程中，于孔內(nèi)壁產(chǎn)生氧化腐蝕，并且不同的孔、孑L的不同部位氧化腐蝕深度不同，在腐蝕坑底部甚至還出現(xiàn)了微裂紋。
腐蝕坑以及微裂紋都使得材料的疲勞門檻值降低，同時在腐蝕坑以及微裂紋處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，所以當(dāng)齒圈服役中存在交變載荷的情況下，在腐蝕較深的腐蝕坑處首先萌生微裂紋，并且在后續(xù)使用過程中，在交變載荷的作用下裂紋以疲勞方式不斷擴(kuò)展。由于齒圈在受到工作應(yīng)力作用的同時還承受切向拉應(yīng)力的作用，一旦裂紋萌生，切向拉應(yīng)力會加速裂紋的擴(kuò)展；同時由于齒圈被固定在設(shè)備上，其兩側(cè)均被約束，故受到震動的振幅較小，同時由于所受應(yīng)力較小，裂紋以疲勞擴(kuò)展的過程較長，所以擴(kuò)展區(qū)占整個斷口面積的比例很大。
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