滲碳鋼是軸承常見(jiàn)的一種材質(zhì)，下面本公司舉例滲碳鋼圓錐滾子軸承外圈開(kāi)裂的列子，并對軸承外圈開(kāi)裂的宏觀(guān)特征、斷口檢查以及金相組織檢查，來(lái)分析造成圓錐滾子軸承外圈開(kāi)裂的具體原因。

1、圓錐滾子軸承外圈開(kāi)裂宏觀(guān)特征

如圖1、2所示，失效的滲碳鋼圓錐滾子軸承外圈外表面除有一條貫通的且軸線(xiàn)平行的裂紋外，還有兩條源自大裂縫的散射細裂紋。除兩端及中部非工作區外，套圈上有兩道大的磨損區，呈不同的亮白色光澤帶。從距端面約20mm的磨損區邊緣開(kāi)始分布有多條“刻度狀”細小直裂紋，方向與大裂紋平行，最長(cháng)的40mm左右，多數為5-10mm。這些特征說(shuō)明，貫通的大裂紋是由這些細小裂紋之一發(fā)展而成的。

圖1 外圈表面距端面20mm處的“刻度狀”裂紋

圖2 磁粉檢測發(fā)現的“刻度狀”裂紋

2、外圈斷口掃面電鏡檢查

外圈原始大裂紋的斷口宏觀(guān)特征如圖3所示，呈現脆斷特征，在外圈斷口外表面“刻度狀”裂紋區對應的斷口處能見(jiàn)到疲勞源特征，如圖4所示。據此可判斷套圈的開(kāi)裂為疲勞脆斷。

圖3 斷口宏觀(guān)特征

圖4 疲勞源位置

在掃描電鏡下檢查發(fā)現，疲勞源區位于套圈外表面的白亮帶中，如圖5、6所示。從不同放大倍率的斷口組織可以看到該白亮區位于滲碳淬火層的表面，即靠近套圈的外表面處。疲勞區域以下的滲碳淬火層開(kāi)裂呈解理開(kāi)裂特征，如圖7所示，說(shuō)明疲勞開(kāi)裂不久就發(fā)生了一次性的快速斷裂。套圈心部的斷口組織以韌窩為主，是由于心部位較軟的板條馬氏體組織所致，如圖8所示。

外圈表面上的白亮磨損區大量的細小開(kāi)裂在掃描電鏡下的細節如圖9所示，可以看出這些細小開(kāi)裂都平行于貫通的主裂紋，與外圈表面上的磨損方向完全垂直。在與小裂紋平行方向制成
金相試樣的磨損區進(jìn)行顯微硬度對比測試發(fā)現，磨損區以下約0.1mm深度的截面上的硬度值比滲碳淬火層的硬度高（見(jiàn)圖10），這說(shuō)明套圈外表面上的磨損區產(chǎn)生了硬化現象，磨損硬化層硬度為923HV、941HV，滲碳淬火層硬度為730HV、719HV。

3、金相組織檢查

外表面磨損區有一層約0.05mm厚的耐浸蝕白亮區， 白亮區之下為正常的滲碳淬火層，即細小針狀馬氏體組織（見(jiàn)圖11），套圈心部為板條狀淬火馬氏體組織（見(jiàn)圖12）。

4、化學(xué)成分分析

能譜分析如圖1 3所示，化學(xué)成分分析見(jiàn)附表，兩項分析都表明套圈材料的化學(xué)成分符合G20CrNi2Mo標準要求。

圖13 能譜分析結果

套圈材料化學(xué)成分分析結果（質(zhì)量分數） （%）

5、總結

（1）開(kāi)裂套圈材料的化學(xué)成分、滲碳熱處理工藝及金相組織正常。

（2）套圈的開(kāi)裂屬疲勞引起的脆性斷裂，疲勞源位于套圈外表面摩擦損傷硬化區。

（3）軸承在磨削加工時(shí)表面有磨削燒傷或二次硬化現象，軸承在運行中外圈有偏載滑動(dòng)磨損現象，導致軸承外圈在摩擦損傷區中產(chǎn)生了硬化和開(kāi)裂。同時(shí)運行中套圈受到較大的壓力，在套圈四周方向上產(chǎn)生較大交變拉應力，促成了磨損區表面的細小開(kāi)裂并引發(fā)疲勞源萌生，最終造成套圈貫穿性開(kāi)裂。