軸承在進(jìn)行超精加工過(guò)程中只有極少部分軸承套圈斷裂，但是會(huì )有很多套軸承的套圈出現裂紋，并且在放置過(guò)程中又陸續有更多的軸承套圈出現了裂紋。這是怎么回事呢？本公司根據對軸承套圈加工知識的了解，來(lái)分享下軸承套圈在加工過(guò)程中出現斷裂失效的分析及原因介紹。

1、軸承套圈斷裂樣品分析

軸承套圈斷裂失效件如圖1所示，首先將軸承套圈斷裂失效樣品的斷裂面整個(gè)切下，以觀(guān)察斷裂形貌特征。其他有裂紋的軸承套圈無(wú)損檢測后在相應的裂紋產(chǎn)生的位置用記號筆坐下標記，沿著(zhù)做標記的位置取樣，盡量保證將裂紋包括在內并且恰好在表面呈現。

圖1 軸承外圈斷裂宏觀(guān)形貌

2、宏觀(guān)和微觀(guān)結果分析

圖2為軸承失效外圈斷口的掃描電鏡照片，以及臺階各處的放大圖像?？梢钥闯?，主要裂紋源為臺階處的立面，在立面上存在較多比較平滑的波紋狀區域及孔洞，并在較低臺階的兩個(gè)面上都發(fā)現了較為明顯的內部裂紋。

圖2 軸承套圈的斷口形貌

圖3則給出了未發(fā)生斷裂的幾處裂紋的顯微形貌。裂紋深度為0.5 - 1mm，平均深度約為0.8mm，基本垂直于并延伸至表面。將開(kāi)裂的試樣沿裂紋深度方向做成金相試樣，拋光并腐蝕后通過(guò)打1描電子顯微鏡研究裂紋的微觀(guān)形態(tài)，在圖4中給出了圖3所列出的3條裂紋的微觀(guān)形貌，從圖4中可以發(fā)現裂紋基本垂直于表面向內擴展，為彎曲走向，呈鋸齒狀，也有不連續現象，并在一些區域存在顯微孔洞，裂紋為沿晶開(kāi)裂，裂紋附近的組織與基體組織相同，但顏色稍深。圖5針對圖4中最后一張圖進(jìn)行了放大，從圖中可以明顯看出裂紋尖端組織中存在一定量的顯微孔洞。

圖3  軸承套圈中的各條裂紋相貌

圖4  各裂紋處的顯微組織

圖5 裂紋3尖端的掃描點(diǎn)鏡像

根據上面的分析及延遲斷裂的特征，基本可以判定該開(kāi)裂現象屬于氫致延遲斷裂范疇，排除淬火裂紋的可能，屬于磨削開(kāi)裂現象的一種。

磨削是微型軸承加工的重要工序之一。一般情況下，磨削時(shí)表面的溫度非常高，許多試驗也證明磨削區的溫度可以驟然升高到400~ 1000C。同時(shí)，在冷卻液及工件自身導熱的作用下，工件表層又會(huì )被急速冷卻，類(lèi)似于一種瞬時(shí)的熱處理過(guò)程，通常把這種薄層稱(chēng)為磨削變質(zhì)層，急冷后形成二次淬火層，而同時(shí)在工件的次表面由于磨削產(chǎn)生的熱量還沒(méi)有完全散失，反過(guò)來(lái)對表面二次淬火層又進(jìn)行了自回火。當自回火溫度接近材料的最終回火溫度時(shí)，腐蝕后的組織就會(huì )和心部正常顯微組織接近，但顏色會(huì )稍有不同。磨削熱使工件表面的溫度升高，而工件表面又會(huì )在冷卻液的作用下急冷，這個(gè)過(guò)程會(huì )產(chǎn)生非常大的熱應力。由于磨削變質(zhì)層很淺，最大殘余應力也會(huì )出現在磨削表面較小的范圍內，所以磨削裂紋一般都比較淺。

另外，金屬材料在加工制造過(guò)程中易受到氫的侵入。研究表明，一般鋼中的含氫量在(5~10)×10-4%以上時(shí)可產(chǎn)生氫致裂紋，但對于高輕度鋼，即使鋼中的氫含最小于1×10-4%，也可以產(chǎn)生氫致裂紋。在磨削過(guò)程中，由于應力的作用，原來(lái)處在點(diǎn)陣中的氫原子會(huì )通過(guò)擴散集中于裂紋尖端等應力集中處，并優(yōu)先積聚在品界和位錯等缺陷位置，氫原子與位錯的交互作用，使位錯線(xiàn)被釘扎住，不能再自由活動(dòng)，從而使基體變脆。在外加或殘余拉應力作用下，氫原子通過(guò)降低材料的結合力、表面能或改變其塑性變形行為等各種可能的方式，導致材料脆化，有人通過(guò)設計試驗也證明了氫對GCr15的磨削裂紋的形成和擴展都有促進(jìn)作用。

一般情況，只有硬度45HRC以上的金屬材料才有磨削開(kāi)裂的可能，而要達到此硬度要求，其顯微組織.一般應為回火馬氏體、貝氏體等。由于淬火馬氏體存在大量晶體缺陷(位錯等)，以及淬火后的殘余應力存在，增大了吸氫效應，因此淬火馬氏體(低溫回火馬氏體)是對氫脆最為敏感的顯微組織。另外，本文中所用到的軸承制品加人了深冷處理工序。深冷處理相當于二次淬火，其主要作用是將材料中的殘留奧氏體在更低的溫度下轉變?yōu)轳R氏體，也容易產(chǎn)生磨削開(kāi)裂。

3、結果

(1) 該軸承部件的開(kāi)裂為氫致延遲性破裂，屬于磨削開(kāi)裂的一種。

(2)針對氫致延遲斷裂這種磨削開(kāi)裂模式，需要在磨削過(guò)程中調整相關(guān)參數，一方面盡量降低磨削熱的大量積聚，如控制單次進(jìn)給量等;另方面就是可考慮在深冷處理前增加一道回火工序，或在深冷處理后迅速進(jìn)行更高一點(diǎn)溫度的回火處理，具體工藝參數也有待進(jìn)步的研究。