無(wú)論是軸承在進(jìn)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(jiàn)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的失效原因所在。

1、此軸承套圈結構

如圖1所示：該軸承套圈比普通套圈多二條密封槽，此結構特點(diǎn)決定它比普通套圈更容易引起應力集中。

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(jiàn)圖2)：裂紋細長(cháng)，彎曲不規則地分布在套圈外表面，裂紋起始端在密封槽(應力最集中的位置)。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(wú)分枝，周邊無(wú)氧化脫碳區，裂尖銳利。原因是裂紋在淬火快速冷卻過(guò)程中形成，隨后套圈不再經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間高溫加熱，因此裂紋周?chē)鸁o(wú)氧化脫碳區。

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(jiàn)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的表面龜裂狀開(kāi)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(wú)分枝，周邊有氧化脫碳區，裂尖圓鈍。原因是軸承套圈在鍛造后再需退火，在退火過(guò)程中裂紋經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)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(chē)削裂紋(見(jiàn)圖6)：裂紋短而直，沿套圈圓周方向(即車(chē)刀運動(dòng)方向)斷斷續續地平行分布，再從圖7的裂紋周邊和末端形貌來(lái)看，裂紋深0.1mm，無(wú)分枝和氧化脫碳區、裂尖銳利。原因是車(chē)削裂紋也在淬火過(guò)程中形成，以后不再經(jīng)歷長(cháng)時(shí)間高溫加熱，所以裂紋周?chē)鸁o(wú)氧化脫碳區。

圖6車(chē)削裂紋形貌

圖7裂紋周邊和末端(×400)

4)磨削裂紋(見(jiàn)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別，磨削裂紋套圈的表面有時(shí)伴隨出現帶狀回火區域，熱處理表面龜裂的原因是表面脫碳，而冷酸洗時(shí)未發(fā)現表面脫碳，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(lái)看，裂紋深0.08mm，無(wú)分枝和氧化脫碳區，裂尖銳利。原因是磨削裂紋形成后也不再經(jīng)歷長(cháng)時(shí)間高溫加熱，因此裂紋周?chē)鸁o(wú)氧化脫碳區。

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：由灰色粗結晶狀斷口區組成，根據JB1255—91標準評定為過(guò)熱斷口(見(jiàn)圖9)。

2)鍛造水裂斷口：斷口由淺灰色細瓷狀脆性斷口區組成，按有關(guān)標準評為正常斷口，但在滾道一側有寬2mm、長(cháng)16mm的黑色斷口區，而在黑色斷口區與淺灰色斷口區交界處有多條極細的放射線(xiàn)，這表明黑色斷口區為裂紋源(見(jiàn)圖10)。

3)車(chē)削裂紋斷口：斷口平直，由灰色細瓷狀脆性斷口區組成，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表面粗車(chē)刀痕相連，這表明裂紋是在粗車(chē)刀痕根部起裂并朝徑向擴展而形成，在外力作用下它進(jìn)一步加深(見(jiàn)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組成，按標準可評為正常斷口，此外在斷口上也有放射線(xiàn)，但無(wú)黑色斷口區(見(jiàn)圖12)。

3、裂紋形成原因及預防措施

1）淬火裂紋的形成原因是由于在振底式氮氣保護爐內部分套圈被粘住，而未能按節拍振出高溫加熱區，導致淬火加熱溫度過(guò)高，加熱時(shí)間過(guò)長(cháng)，使奧氏體晶粒變粗，碳化物溶解過(guò)多，在淬火過(guò)程中形成粗大馬氏體，伴隨產(chǎn)生很大的組織應力和熱應力，當套圈應力集中處(密封槽)的應力超過(guò)原子間結合力則產(chǎn)生微裂紋，隨后微裂紋進(jìn)一步擴展形成淬火裂紋。預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(shí)被粘住。

2）鍛造水裂裂紋的形成原因是鍛加工時(shí)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，預防措施是排除地面積水或防止套圈掉入積水。

3）車(chē)削裂紋的形成原因是淬火冷卻時(shí)在粗車(chē)刀痕處產(chǎn)生應力集中，使刀痕根部開(kāi)裂產(chǎn)生微裂紋并徑向擴展。預防措施是使操作人員正確地執行操作工藝，避免產(chǎn)生粗車(chē)刀痕。

4）磨削裂紋的形成原因是磨削過(guò)程中采用鈍磨輪和大進(jìn)給量高速磨削，使套圈表面溫度達820～840℃，套圈表面部分區域被重新奧氏體化，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)生很大的熱應力和組織應力，結果在套圈表面形成網(wǎng)狀磨削裂紋。預防措施是及時(shí)修整磨輪，避免采用大進(jìn)給量高速磨削，減少磨削熱。

4、軸承套圈不同類(lèi)型的裂紋的特點(diǎn)總結：

1）淬火裂紋：裂紋呈不規則線(xiàn)條狀，起始于應力集中區(如棱角、凹槽、夾雜物等部位)，裂紋周邊無(wú)氧化脫碳區，裂尖銳利，過(guò)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，裂尖圓鈍，正常斷口。

3）車(chē)削裂紋：裂紋較淺，呈直線(xiàn)狀，起始于粗車(chē)刀痕根部，裂紋斷斷續續地沿車(chē)刀運動(dòng)方向平行分布，裂紋周邊無(wú)氧化脫碳區，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帶狀回火區，裂紋周邊無(wú)氧化脫碳區，裂尖銳利，正常斷口。