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無論是軸承在進行加工生產(chǎn)中，還是使用工作當中，軸承套圈裂紋和斷裂是常見的一種損傷的想象，下面本公司分享有關(guān)軸承套圈的裂紋和斷裂失效特征以及相應(yīng)的失效原因所在。
1、此軸承套圈結(jié)構(gòu)
如圖1所示：該軸承套圈比普通套圈多二條密封槽，此結(jié)構(gòu)特點決定它比普通套圈更容易引起應(yīng)力集中。
圖1軸承套圈
2、軸承套圈裂紋形貌和斷口特征
2.1裂紋形貌分析
1)淬火裂紋(見圖2)：裂紋細長，彎曲不規(guī)則地分布在套圈外表面，裂紋起始端在密封槽(應(yīng)力最集中的位置)。從圖3裂紋的周邊和末端形貌上可看到裂紋深0.2mm，平直無分枝，周邊無氧化脫碳區(qū)，裂尖銳利。原因是裂紋在淬火快速冷卻過程中形成，隨后套圈不再經(jīng)過長時間高溫加熱，因此裂紋周圍無氧化脫碳區(qū)。
圖2淬火裂紋形貌
圖3裂紋周邊和末端(×400)
2)鍛造水裂裂紋(見圖4箭頭A處)：裂紋起始于端面倒角處，沿軸向延伸。普通鍛造裂紋是鍛加工后沿晶界出現(xiàn)的表面龜裂狀開裂，而鍛造水裂裂紋是鍛造成形的高溫套圈掉入地面積水中，套圈部分區(qū)域在積水中被淬火所造成。再從圖5的裂紋周邊和末端形貌上可看到，裂紋深0.5mm，平直無分枝，周邊有氧化脫碳區(qū)，裂尖圓鈍。原因是軸承套圈在鍛造后再需退火，在退火過程中裂紋經(jīng)過長時間高溫加熱，使裂紋周邊產(chǎn)生氧化、脫碳。
圖4鍛造水裂裂紋形貌
圖5裂紋周邊和末端(×100)
3)車削裂紋(見圖6)：裂紋短而直，沿套圈圓周方向(即車刀運動方向)斷斷續(xù)續(xù)地平行分布，再從圖7的裂紋周邊和末端形貌來看，裂紋深0.1mm，無分枝和氧化脫碳區(qū)、裂尖銳利。原因是車削裂紋也在淬火過程中形成，以后不再經(jīng)歷長時間高溫加熱，所以裂紋周圍無氧化脫碳區(qū)。
圖6車削裂紋形貌
圖7裂紋周邊和末端(×400)
4)磨削裂紋(見圖4)：裂紋呈網(wǎng)狀分布，其形貌與熱處理表面龜裂相似但有區(qū)別，磨削裂紋套圈的表面有時伴隨出現(xiàn)帶狀回火區(qū)域，熱處理表面龜裂的原因是表面脫碳，而冷酸洗時未發(fā)現(xiàn)表面脫碳，因此圖5中的表面網(wǎng)狀裂紋是磨削裂紋。再從圖8的裂紋周邊和末端形貌來看，裂紋深0.08mm，無分枝和氧化脫碳區(qū)，裂尖銳利。原因是磨削裂紋形成后也不再經(jīng)歷長時間高溫加熱，因此裂紋周圍無氧化脫碳區(qū)。
圖8裂紋周邊和末端(×400)
2.2斷口特征分析
1)淬火裂紋斷口：由灰色粗結(jié)晶狀斷口區(qū)組成，根據(jù)JB1255—91標準評定為過熱斷口(見圖9)。
2)鍛造水裂斷口：斷口由淺灰色細瓷狀脆性斷口區(qū)組成，按有關(guān)標準評為正常斷口，但在滾道一側(cè)有寬2mm、長16mm的黑色斷口區(qū)，而在黑色斷口區(qū)與淺灰色斷口區(qū)交界處有多條極細的放射線，這表明黑色斷口區(qū)為裂紋源(見圖10)。
3)車削裂紋斷口：斷口平直，由灰色細瓷狀脆性斷口區(qū)組成，按標準評為正常斷口。此外在斷口上還可看到短的徑向裂紋與套圈內(nèi)表面粗車刀痕相連，這表明裂紋是在粗車刀痕根部起裂并朝徑向擴展而形成，在外力作用下它進一步加深(見圖11箭頭處)。
4)磨削裂紋斷口：斷口由淺灰色細瓷狀脆性斷口區(qū)組成，按標準可評為正常斷口，此外在斷口上也有放射線，但無黑色斷口區(qū)(見圖12)。
3、裂紋形成原因及預(yù)防措施
1）淬火裂紋的形成原因是由于在振底式氮氣保護爐內(nèi)部分套圈被粘住，而未能按節(jié)拍振出高溫加熱區(qū)，導致淬火加熱溫度過高，加熱時間過長，使奧氏體晶粒變粗，碳化物溶解過多，在淬火過程中形成粗大馬氏體，伴隨產(chǎn)生很大的組織應(yīng)力和熱應(yīng)力，當套圈應(yīng)力集中處(密封槽)的應(yīng)力超過原子間結(jié)合力則產(chǎn)生微裂紋，隨后微裂紋進一步擴展形成淬火裂紋。預(yù)防措施是清理振底式氮氣保護爐爐膛粘狀物，防止套圈加熱時被粘住。
2）鍛造水裂裂紋的形成原因是鍛加工時操作人員不慎將剛鍛造成形的高溫套圈掉入機床附近的地面積水中，預(yù)防措施是排除地面積水或防止套圈掉入積水。
3）車削裂紋的形成原因是淬火冷卻時在粗車刀痕處產(chǎn)生應(yīng)力集中，使刀痕根部開裂產(chǎn)生微裂紋并徑向擴展。預(yù)防措施是使操作人員正確地執(zhí)行操作工藝，避免產(chǎn)生粗車刀痕。
4）磨削裂紋的形成原因是磨削過程中采用鈍磨輪和大進給量高速磨削，使套圈表面溫度達820～840℃，套圈表面部分區(qū)域被重新奧氏體化，這部分奧氏體在冷卻液作用下再次被淬火成馬氏體(二次馬氏體)，由此產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，結(jié)果在套圈表面形成網(wǎng)狀磨削裂紋。預(yù)防措施是及時修整磨輪，避免采用大進給量高速磨削，減少磨削熱。
4、軸承套圈不同類型的裂紋的特點總結(jié)：
1）淬火裂紋：裂紋呈不規(guī)則線條狀，起始于應(yīng)力集中區(qū)(如棱角、凹槽、夾雜物等部位)，裂紋周邊無氧化脫碳區(qū)，裂尖銳利，過熱斷口。
2）鍛造水裂裂紋：裂紋較深，起始于水浸部位，裂紋周邊有氧化脫碳區(qū)，裂尖圓鈍，正常斷口。
3）車削裂紋：裂紋較淺，呈直線狀，起始于粗車刀痕根部，裂紋斷斷續(xù)續(xù)地沿車刀運動方向平行分布，裂紋周邊無氧化脫碳區(qū)，裂尖銳利，正常斷口。
4）磨削裂紋：裂紋較淺呈網(wǎng)狀，磨削表面常伴隨出現(xiàn)帶狀回火區(qū)，裂紋周邊無氧化脫碳區(qū)，裂尖銳利，正常斷口。
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